Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1. Характеристика эритроцитарной системы человека 7
1.2. Механизмы адаптации эритроцитарной системы к физическим нагрузкам у взрослых лиц 22
1.3. Морфофункциональные особенности эритрона и адаптация растущего организма к физическим нагрузкам 26
Глава 2. Материал и методы исследования 33
2.1. Общая характеристика исследуемых групп 33
2.2. Характеристика методов исследования 35
2.3. Методы статистических исследований 38
Глава 3. Характеристика эритроцитарной системы детей дошкольного возраста . 46
3.1. Морфологическая и функциональная характеристика эритроцитарной системы здоровых детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет 46
3.2. Нейросетевой анализ типов функционального ответа эритрона на вибрационное воздействие 75
Глава 4. Сравнительная характеристика морфологических и функциональных особенностей эритроцитарной системы детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет, относящихся к 1 и 2 группам здоровья 101
Глава 5. Взаимосвязь уровня физического, биологического развития и функционального состояния эритрона у детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет 132
Глава 6. Обсуждение результатов исследования 152
Выводы и практические рекомендации 168
Литература 171
- Характеристика эритроцитарной системы человека
- Морфологическая и функциональная характеристика эритроцитарной системы здоровых детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет
- Нейросетевой анализ типов функционального ответа эритрона на вибрационное воздействие
- Взаимосвязь уровня физического, биологического развития и функционального состояния эритрона у детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет
Характеристика эритроцитарной системы человека
Эритроцитарная система как часть системы крови включает в себя циркулирующие эритроциты; красный костный мозг - орган эритропоэза; элементы мононуклеарной фагоцитарной системы (МФС), представленной макрофагами селезёнки, печени и других органов, участвующих в разрушении эритроцитов; депо эритроцитов и аппарат нейро-гуморальной регуляции органов эритроцитарной системы. Для обозначения совокупности всех элементов красного ряда используется термин «эритрон» - вся масса эритроидных клеток организма, включая ядерные костномозговые формы, ретикулоциты и зрелые эритроциты [124, 160]. Понятие «эритрон» имеет системный характер, объясняемое тем, что количество эритроцитов, а также их структурно-функциональные особенности являются интегральным показателем деятельности органов образования, перераспределения и разрушения красных клеток крови, осуществляемым под контролем специальных механизмов регуляции. Гемопоэтические клетки отличаются большим разнообразием как по ультраструктуре, функциональным свойствам, так и по степени зрелости. После созревания клетки покидают очаг кроветворения и попадают в кровеносное русло, где находятся, в зависимости от вида клетки, от нескольких часов до нескольких месяцев. Основную свою функцию - снабжение тканей кислородом -эритроциты осуществляют, находясь в кровеносном русле [41, 246].
Эмбриональное кроветворение последовательно проходит несколько стадий, каждая из которых характеризуется определённым местом преимущественного кроветворения, где формируется соответствующее кроветворное микроокружение. Первый период эритропоэза начинается на 2-3 неделе разви 8 тия эмбриона в островках желточного мешка. На 3-4 неделе эмбриогенеза происходит закладка печени, которая с 5-6 недели постепенно становится основным местом гемопоэза, однако к концу внутриутробного периода кроветворение в печени прекращается. Роль и функция селезёнки в процессе кроветворения является предметом дискуссии. Вероятно, в результате скопления большого объёма крови селезёнка плода становится центром гемопоэза до момента рождения, когда селезёночный эритропоэз постепенно прекращается [188]. Однако есть предположение, что селезёнка не является значительным кроветворным органом, а незрелые кроветворные клетки отражают процесс захвата циркулирующих предшественников из крови плода. Некоторые из мезенхим-ных клеток тимуса дают начало эритроцитам, но это явление преходящее, поскольку основным процессом в тимусе является лимфопоэз. Становление костномозгового кроветворения происходит параллельно с формированием костей скелета: в длинных костях добавочного скелета признаки гемопоэтической активности обнаруживаются на 9-11 неделе беременности, затем - в ребрах и костях позвоночника, в грудине - на 22 неделе. В костном мозге активнее ком-митированные клетки-предшественники гранулоцитарного ряда, в то время как в эмбриональной печени значительно более высоким пролиферативным потенциалом характеризуются клетки-предшественники эритропоэза [11, 41, 160]. С момента рождения развитие первичных полипотентных стволовых клеток и миелопоэз происходят в костном мозге почти всех костей осевого и добавочного скелета, однако при патологии он может возобновляться в селезенке, в печени, повторяя стадии развития плода. В костном мозге существуют области так называемого гемопоэтического индуктивного микроокружения, которые обеспечивают продукцию эритроцитов. Их формируют стромальные клетки (ретикулярные и барьерные), а также внутрикостные и лимфоидные клетки, остеобласты, остеокласты, макрофаги и их растворимые ростовые факторы (цитоки-ны). Развитие эритроцитов происходит в эритробластных островках, которые состоят из центральных макрофагов, окруженных дифференцирующимися и пролиферирующими эритробластами. Островки могут иметь в своем составе и клетки гранулоцитарного ряда [71, 72, 202, 216].
В костном мозге существует 3 варианта эритропоэза: общий, неэффективный и стрессовый. Обычно эритропоэз проходит по общему типу: родона-чальные полипотентные стволовые клетки переходят в эритропоэтинчувстви-тельные через стадию коммитированных в сторону эритропоэза морфологически нераспознаваемых бурстобразующей эритроидной единицы (БОЕ-Э) и продукта ее дифференциации в течение 10-15 дней колониеобразующей эритроидной единицы (КОЕ-Э). От момента образования их полипотентной стволовой клеткой они претерпевают от 5 до 10 делений. КОЕ-Э дает начало про-эритробласту - самому раннему из эритроидных клеток-предшественников, морфологически различимых в костном мозге, уже способному к синтезу гемоглобина. Проэритробласт после деления дает базофильные эритробласты, из которых соответственно образуются полихроматофильные эритробласты. Следующий класс составляют неспособные к делению клетки-предшественники, которые созревают, подвергаясь морфологическим изменениям. Это окси-фильные эритробласты, полихроматофильный и оксифильный нормобласты. В норме трансформация проэритробласта в наиболее зрелые нормобласты проходит за 4 дня через 3-4 деления клетки. Ядро нормобласта выталкивается путём внутриклеточной демаркации и внеклеточного давления, кариорексис может наблюдаться уже на поздней стадии полихромагофильного нормобласта. После удаления ядра из нормобласта образуется ретикулоцит, который остаётся в костном мозге в течение 2,5-3 дней, а затем поступает в кровеносное русло, в котором остается последующие 24 ч., после чего теряет митохондрии и рибосомы, принимая вид морфологически зрелого эритроцита [67, 77, 154, 160, 251].
Неэффективный эритропоэз обусловлен тем, что часть эритронормобла-стов (не более 3-8%) не закончила цикл дифференцировки до эритроцита и разрушилась в костном мозге: полагают, что это является одним из физиологи 10 ческих механизмов регуляции равновесия в системе эритрона при постоянно меняющейся потребности организма в эритроцитах. При различных анемиях неэффективный эритропоэз увеличивается до 50%. В результате этим термином обозначают, кроме внутрикостномозгового разрушения ядросодержащих эритроидных предшественников, еще и продукцию функционально неполноценных эритроцитов [67, 145, 154, 160]. Существует так называемый стрессовый эритропоэз, когда вызревание эритроцитов происходит, минуя несколько этапов деления (перескок деления) эритроидных клеток костного мозга для быстрейшего пополнения ими периферической крови и улучшения снабжения тканей кислородом в неблагоприятных условиях жизнедеятельности. Существует точка зрения, что из стволовой клетки в результате постепенной диффе-ренцировки без деления может образовываться один эритроцит. При стрессовом эритропоэзе эритроциты увеличиваются в размерах, однако при истощении компенсаторных систем наряду с макроцитами появляются и мелкие клетки [3, 67, 85].
Для постоянного обновления клеток крови гемопоэз находится под строгим контролем. Ранее считалось, что именно величина напряжения кислорода в костном мозге регулирует скорость эритропоэза. Согласно этой концепции костный мозг даже в норме испытывает некоторое кислородное голодание, которое непосредственно стимулирует эритропоэз. Однако позже было установлено, что гипоксия стимулирует эритропоэз в костном мозге не прямо, а опосредованно, путем образования эритропоэтина - гликопротеина, производимого в ответ на тканевую гипоксию в печени плода и почке взрослого. Его уровень может быть измерен в фетальной крови на 16-й неделе гестации [145]. При этом восприятие результата деятельности осуществляется кислородчувстви-тельными рецепторами (хеморецепторы каротидного синуса) [56]. Большое значение имеют внутрисистемные механизмы саморегуляции, например способность почек к выработке эритропоэтина без участия нервной системы, что было доказано в опытах на денервированных или изолированных почках в условиях перфузии [61,117,231].
Эритроидная дифференцировка со стадии КОЕ-Э в значительной степени регулируется именно эритропоэтином. Из 18 делений, происходящих в процессе превращения стволовой клетки в зрелый эритроцит, эритропоэтин существенно стимулирует заключительные 8-Ю делений. Транскрипция гена эри-тропоэтина в почечных перитубулярных эндотелиальных клетках и гепатоци-тах регулируется кислородчувствительными факторами транскрипции, которые усиливают экспрессию гена при сокращении доставки кислорода [188]. Основными клеточными механизмами действия эритропоэтина являются стимуляция пролиферации и созревания ранних и промежуточных эритропоэтин-чувствительных клеток среди эритроидных коммитированных предшественников и индукция терминальной дифференциации поздних эритропоэтинчувстви-тельных клеток в эритробласты. Дополнительные механизмы действия эритропоэтина играют определенную роль в условиях эритропоэтического стресса: укорочение интермитотического периода у делящихся клеток эритрона, ускорение созревания неделящихся клеток, «перескоки» деления, уменьшение величины «неэффективного» эритропоэза, ускорение выхода ретикулоцитов из костного мозга в периферическую кровь. На молекулярном уровне основным механизмом действия эритропоэтина является экспрессия глобинового гена, который отвечает за синтез гемоглобина [144].
Морфологическая и функциональная характеристика эритроцитарной системы здоровых детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет
С целью изучения морфологических и функциональных характеристик эритроцитов у детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет, относящихся к 1 и 2 группам здоровья, проведено определение общего количества, среднего объёма эритроцитов, характера распределения их по объёму, соотношения микроцитов, нормоцитов, макроцитов и их подфракций, механической резистентности эритроцитов в состоянии относительного покоя и после физической нагрузки.
Общее количество эритроцитов в исходном состоянии у детей 5 лет составило 3,81±0,09х1012/л. Диапазон колебаний в группе - от 2,57x1012/л до 4,76х1012/л. В пределах 2,57 - 3,00х1012/л было 2 случая (7,7%), 3,01 - 4,00 - 16 случаев (61,5%), 4,01 - 4,76 - 8 случаев (30,8%). Общее количество эритроцитов в группе детей 6 лет - 3,80+0,1 Ох 102/л. Диапазон колебаний - от 3,16х1012/л до 4,69х1012/л. В пределах 3,16 - 3,50х1012/л было 8 случаев (32%), 3,51 - 4,00 - 9 случаев (36%), 4,01 - 4,50 - 6 случаев (24%) и 4,51 - 4,69 - 2 случая (8%). Общее количество эритроцитов в группе детей 7 лет -3,67±0,09х1012/л. Диапазон колебаний в группе: от 2,88х102/л до 4,55х102/л. В пределах 2,88 - 3,0x1012/л было 2 случая (8,7%); 3,01 - 3,5 - 6 случаев (26,1%); 3,51 - 4,0 - 8 случаев (34,8%); 4,01 - 4,55 - 7 случаев (30,4%). Общее количество эритроцитов в группе контроля составило 4,05±0,10х102/л. Диапазон колебаний - от 3,23х10,2/л до 5,86х1012/л. В пределах 3,23х1012/л - 4,00х1012/л было 22 случая (59,4%), 4,01х1012/л - 5,00х1012/л - 12 случаев (32,4%) и 5,01х1012/л -5,86x1012/л - 3 случая (8,1%). При анализе популяционного состава эритроцитов выявлено, что процентное содержание микроцитов в исходном состоянии у детей 5 лет -45,13±2,33%, 6 лет - 44,98±2,11%, 7 лет - 39,35±2,75%, в группе контроля -10,31 0,77%; нормоцитов соответственно 38,69±0,72%, 38,6±1,74%, 41,0112,48% и 53,14±1,43%; макроцитов - 16,18±1,84%, 16,42±1,56%, 19,64±2,72% и 36,55±2,06%. Средний объём эритроцитов составил соответственно 80,31±1,05 фл, 80,34±0,73 фл, 82,78±1,21 фл и 94,46±1,07 фл. Различия между возрастными группами детей недостоверны (р 0,05), различия же между каждой из возрастных групп детей и группой контроля достоверны (р 0,05).
Показатели количественного и процентного соотношения эритроцитов с различными объёмами у детей 5, 6, 7 лет и взрослых лиц в исходном состоянии представлены в таблицах 2, 3. Выявлены достоверные (р=0,03) отличия по количественному содержанию микроцитов 2 во всех возрастных группах детей. При сравнении количественного и процентного соотношения эритроцитов с различными объемами у детей 5 и 6 лет достоверных отличий показателей не отмечено. У детей 7 лет достоверно (р 0,05) меньше количество микроцитов 2 по сравнению с детьми 6 лет. По результатам исследований построены цито-метрические кривые распределения эритроцитов по объёму у детей 5-ти, 6-ти, 7-ми лет и группы контроля (рис.2).
Выявлены существенные отличия популяционного состава эритрона в исходном состоянии у детей 5-ти, 6-ти, 7-ми лет в сравнении с группой контроля, заключающиеся в достоверном (р 0,05) преобладании микроцитов и меньшем содержании нормоцитов и макроцитов, что свидетельствует о превалировании молодых клеток. С возрастом отмечается тенденция к уменьшению процентного содержания микроцитов и увеличению нормоцитов и макроцитов. Средний объём эритроцитов также достоверно ниже показателя контроля во всех возрастных группах детей, с минимальным значением в 5 лет и постепенным нарастанием к 7-ми годам.
Общее количество эритроцитов у детей 5 лет после механического воздействия на пробу крови уменьшилось от 3,81±0,09х1012/л до 3,60±0,08х1012/л (р=0,01); у детей 6 лет - от 3,80±0,09х10,2/л до 3,56±0,07х1012/л (р=0,01); у детей 7 лет - от 3,67±0,09х1012/л до 3,47±0,10х102/л (р=0,01); в группе контроля -от 4,05±0,10х1012/л до 3,62±0,10х1012/л (р=0,00). Условный процент гемолиза составил +4,83±1,89% у детей 5 лет; +5,66±1,75% - у детей 6 лет; +5,24±1,71% -у детей 7 лет; +10,14±1,77% - в группе контроля. Средний объём эритроцитов после механического воздействия у детей 5 лет увеличился с 80,31+1,05 фл до 80,75±1,01 фл (р 0,05); у детей 6 лет с 80,34±0,73 фл до 82,45±1,8 фл, р 0,05; у 7-летних уменьшился с 82,78±1,21 фл до 82,29±1,36 фл, различия между возрастными группами недостоверны (р 0,05). В группе контроля средний объём эритроцитов изменился от 94,46±1,07 фл до 94,60±1,04 фл (р 0,05).
После определения механической резистентности эритроцитов произошли структурные изменения в их популяции (табл.2, 3). У детей 5 лет уменьшилось абсолютное количество микроцитов в целом (р=0,02), их под-фракции микроциты 2 (р=0,02) и подфракции нормоциты 1 (р=0,01). Уменьши лось процентное содержание микроцитов; процентное содержание нормоцитов и макроцитов, напротив, увеличилось, что можно связать с явлением агрегации клеток. На гистограмме распределения эритроцитов по объёму до и после механического воздействия отмечается уменьшение процентного содержания микроцитов всех субпопуляций, макроцитов 2 и макроцитов 3 и увеличение -нормоцитов 2, нормоцитов 3 и макроцитов 1 (рис.3).
У детей 6 лет уменьшилось абсолютное количество микроцитов в целом (р=0,01), их подфракций микроциты 2 (р=0,00) и микроциты 3 (р=0,01) и нормоцитов в целом (р=0,01) и их подфракций нормоциты 1 (р=0,01) и нормоциты 2 (р=0,01). Также уменьшилось процентное содержание микроцитов 2 (р=0,05) и увеличилось - макроцитов 3 (р=0,05). Увеличение количества и процентного содержания микроцитов 1 после механического воздействия указывает на явление фрагментации. Кроме того, увеличение количества макроцитов 3 и процентного содержания макроцитов 2 и макроцитов 3 (р=0,05) после механического воздействия указывает на процесс агрегации. На гистограмме распределения эритроцитов по объёму до и после механического воздействия отмечается уменьшение процентного содержания эритроцитов всех подфракций за исключением микроцитов 1 и макроцитов 3, процентное содержание которых увеличилось (рис.4). По сравнению с детьми 5 лет, у детей 6 лет отмечено достоверно (р 0,05) меньшее процентное содержание нормоцитов и их субпопуляций нормоциты 2 и 3. Также у детей 6 лет по сравнению с 5-летними достоверно выше (р=0,05) условный гемолиз макроцитов 2 (-11,89+13,99% и -2,75±15,49% соответственно) и ниже - макроцитов 3 (+7,32±5,36% и -91,63178,98%).
У детей 7 лет имело место разрушение эритроцитов всех субпопуляций, достоверное в отношении подфракции микроциты 3 (р=0,04), нормоцитов в целом (р=0,01) и их подфракции нормоциты 1 (р=0,01), нормоциты 2 (р=0,01) и нормоциты 3 (р=0,02) за исключением микроцитов 1, количество которых увеличилось. По изменению процентного соотношения эритроцитов различных субпопуляций отмечено уменьшение эритроцитов также всех субпопуляций за исключением микроцитов в целом и их подфракции 1 и 3. Это указывает на явление фрагментации. На гистограмме распределения эритроцитов по объёму до и после механического воздействия отмечается увеличение процентного содержания микроцитов и уменьшение нормоцитов и макроцитов, что указывает на смещение питометрической кривой влево относительно исходной (рис.5). У детей 7 лет по сравнению 6-летними достоверно меньше условный гемолиз микроцитов (+4,96+3,95% и +2,78±2,92% соответственно), микроцитов 1 ( 8,02±15,76% и -0,65±3,95%), микроцитов 2 (+7,64±5,62% и +6,12±3,84%) и больше - макроцитов (-5,92+6,40% и +7,42+5,01%).
В группе контроля уменьшилось абсолютное количество микроцитов в целом (р=0,00), их подфракций микроциты 2 (р=0,01) и микроциты 3 (р=0,00); нормоцитов в целом (р=0,00), их подфракций нормоциты 1(р=0,00), нормоциты 2 (р=0,00) и нормоциты 3 (р=0,00); макроцитов (р=0,01), их подфракций макроциты 1 (р=0,00), макроциты 2 (р=0,05) и макроциты 3 (р=0,04). При анализе изменений процентного содержания отмечалось уменьшение микроцитов и нормоцитов. Процентное содержание макроцитов несколько увеличилось, что можно связать с явлением агрегации клеток. На гистограмме распределения эритроцитов по объёму до и после механического воздействия отмечается уменьшение процентного содержания микроцитов и нормоцитов 1 и увеличение нормоцитов 3 и макроцитов, что указывает на смещение цитометрической кривой вправо относительно исходной (рис.6).
Во всех возрастных группах детей по сравнению с контролем достоверно (р 0,05) отличаются показатели количественного и процентного содержания эритроцитов всех субпопуляций, за исключением общего количества эритроцитов; при анализе условного гемолиза выявлены отличия его величины в отношении подфракции микроциты 1 (-1,99±15,50% - детей 5 лет, -8 п1±15,76% -у детей 6 лет, -0,65±3,95% - у детей 7 лет и +2,70±2,70% - у лиц контрольной группы).
Нейросетевой анализ типов функционального ответа эритрона на вибрационное воздействие
Функциональный ответ эритроцитов на механическое воздействие неоднороден. Специалистом - экспертом выделяли 4 типа функционального ответа эритроцитарной системы на вибрационное воздействие in vitro: гемолиз, агрегация, фрагментация и сочетание процессов агрегации и фрагментации. О процессе гемолиза свидетельствует уменьшение абсолютного количества эритроцитов всех субпопуляций (рис.29). Процесс агрегации заключается в склеивании, слиянии эритроцитов с образованием конгломерата клеток, который воспринимается гематологическим счетчиком как одна клетка-макроцит. На процесс агрегации указывает уменьшение абсолютного количества и процентного содержания микроцитов и увеличение - макроцитов (рис.30). Общее количество эритроцитов при этом также уменьшается. Процесс фрагментации заключается в образовании из одной клетки-макроцита 2-4 клеток меньшего объёма. На процесс фрагментации указывает увеличение абсолютного количества и процентного содержания микроцитов и уменьшение - макроцитов (рис.31). Общее количество эритроцитов при этом может увеличиваться. Сочетание процессов агрегации и фрагментации проявляется увеличением абсолютного количества и процентного содержания как микро-, так и макроцитов.
Для создания более четких и объективных группировок при прогнозировании функционального ответа эритрона на вибрационное воздействие, используя лишь исходные эритроцитарные показатели, применяли нейросетевое моделирование. На первом этапе моделирование проводили с помощью нейронных сетей Кохонена. В связи с тем, что в нейронных сетях Кохонена происходит неуправляемое обучение (без учителя), сеть учится распознавать кластеры среди неразмеченных по видам процессов обучающих данных, содержащих только входные значения. Мы использовали значения 26 показателей абсолютного и процентного содержания эритроцитов различных объёмных диапазонов в исходной крови и в крови после проведения физической нагрузки. В качестве обучающей и контрольной выборок использовали по 55 случаев соответственно, выбранных случайным образом.
С помощью советника NNS-сети были автоматически определены параметры пре/пост - процессирования. Спроектированные сети Кохонена как до, так и после физической нагрузки характеризовалась общим числом элементов в столбце, равным 12 в выходном слое. Ширина выходного слоя равнялась 3 элементам. Общий вид сетей Кохонена до и после нагрузочной пробы представлен на рисунке 32.
Обучение сети проводили в 2 этапа, для достаточной эффективности на каждом этапе задавали 50 эпох для модели процессов в исходном состоянии и 100 эпох - для модели процессов после нагрузочной пробы. На 1 этапе уменьшение параметра скорость обучения задавалась с начального значения 0,5 и конечного - 0,1. Размер окрестности сохраняли равным 1. На 2 этапе скорость обучения держали постоянной и равной 0,1. Размер окрестности сохраняли равным 0. После обучения сети частота выигрышей (сколько раз каждый элемент из контрольного множества оказывался ближайшим к обрабатываемому наблюдению) некоторых элементов оказалась равной 0. Это указывает на то, что некоторые наблюдения оказались незадействованными, так как сеть не использовала все свои ресурсы и не вполне удачно обучилась. Однако показатели кластеризации для наших 4 групп процессов существенно не различались, что говорит о том, что сеть достаточно уверенно обобщала при решении нашей задачи. С целью выяснения смысла полученных сетью кластеров по видам процессов было проведено тестирование. При тестировании сети были получены топологические карты выходного слоя сети (рис.33, 34).
Результаты группировок показателей по видам функционального ответа эритрона на вибрационное воздействие до и после проведения нагрузочной пробы, выделенных по данным экспертной оценки, сравнивались с данными, полученными сетью Кохонена. В модели, построенной для показателей в исходном состоянии (до физической нагрузки), процесс гемолиза правильно распознавался сетью в 78,9% случаев. По 10,5% случаев в сравнении с результатами экспертной оценки, процессы были распознаны как относящиеся к агрегации и фрагментации соотвтственно. Процесс агрегации был правильно распознан в 30% случаев, в 50% случаи были распознаны, как относящиеся к процессу гемолиза и 20% - фрагментации. Процесс фрагментации правильно распознавался в 63,6% случаев. По 18,2% случаи были распознаны, как относящиеся к процессам гемолиза и агрегации соответственно. Сочетание процессов агрегации и фрагментации ни в одном случае сетью правильно не распознавалось, из них по 40% случаев распознавались, как относящиеся к процессам гемолиза и фрагментации соответственно, и в 20% - агрегации.
В модели, построенной для оценки показателей после физической нагрузки, процесс гемолиза правильно распознавался сетью в 31,3% случаев, в 38,9%о случаев в отличие от экспертной оценки, процессы были распознаны как относящиеся к агрегации в 33,3% - к сочетанию агрегации и фрагментации. Процесс агрегации был правильно распознан в 27,3%) случаев, в 31,8% случаи были распознаны, как относящиеся к процессу гемолиза, 13,6% - фрагментации и 27,3%) - сочетанию агрегации и фрагментации. Процесс фрагментации правильно распознавался в 30% случаев. По 20% случаев были распознаны, как относящиеся к процессам гемолиза и сочетанию процессов агрегации и фрагментации соответственно, и в 30% - к фрагментации в чистом виде. Сочетание процессов агрегации и фрагментации правильно распознавался сетью в 28,6% случаев, также в 28,6% соответственно случаи распознавались, как относящиеся к процессам агрегации и фрагментации в чистом виде и в 14,3%%) - гемолизу. Выделенные случаи несовпадения процессов в модели и по данным экспертного заключения в дальнейшем корректировались с учетом дополнительного мнения эксперта.
На втором этапе моделирование проводили с помощью нейросетевой модели (MLP-сеть) в виде 3-слойной нейронной сети. Создание и обучение нейронной сети проводили по эталонам типа «входной сигнал - выходной сигнал». Были построены модели процессов в исходной крови и после физической нагрузки. Первоначально в составе входного вектора каждой модели входило по 26 переменных. Методом последовательного исключения признаков с максимальными по модулю весовыми коэффициентами были отобраны наиболее информативные для диагностики вида процесса (гемолиз, агрегация, фрагментация) показатели. Не выделяли в отдельную группу тип процесса, включающий в себя сочетание агрегации и фрагментации. Подобные случаи группировали либо с процессом агрегации, либо фрагментации. С помощью генетического алгоритма в модели процессов до физической нагрузки были выбраны показатели абсолютного и процентного содержания нормоцитов в целом, микроцитов 1, абсолютного содержания нормоцитов 1 и 2, абсолютного и процентного содержания нормоцитов 3, процентного содержания макроцитов 1 и абсолютного и процентного содержания макроцитов 3. С помощью генетического алгоритма в модели процессов после физической нагрузки были выбраны показатели абсолютного содержания нормоцитов в целом, абсолютного и процентного содержания макроцитов в целом, нормоцитов 1, абсолютного содержания нормоцитов 2 и 3, процентного содержания макроцитов 1, абсолютного содержания макроцитов 2, абсолютного и процентного содержания макроцитов 3.
Искусственные нейронные сети, построенные в ходе нейросетевого анализа по данным до и после физической нагрузки представлены на рис.35, 36.
Анализ полученных нейросетевых моделей, с учетом ошибки обучения (качества работы) MLP-сетей, равных 0,32 и 0,26, позволил признать их удовлетворительными в различении процессов гемолиза, агрегации и фрагментации.
Диагностическая эффективность модели проверена на обучающей и контрольной выборках (табл.8, 9).
В модели процессов до нагрузочной пробы точность распознавания гемолиза нейронной сетью составила 73,1%, агрегации - 71,4% и фрагментации -71,4%. В модели процессов после нагрузочной пробы точность была на уровне 85,7%, 77,9% и 23,8% соответственно. С учетом данных нейросетевого моделирования и экспертной оценки изменения эритроцитарных показателей до и после вибрационного воздействия на пробу крови до нагрузочного тестирования, процесс гемолиза был выявлен у 9 (12,2%) детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет и у 17 (47,2%) взрослых лиц; агрегация -соответственно у 46 (62,2%) и 10 (27,8%) человек; фрагментация - у 19 (25,7%) и 9 (25%) человек. При анализе процесса гемолиза по возрастным группам, выявлено, что он имел место у 3 (11,5%) детей 5-ти лет, 1 (4%) - 6-ти лет, 5 (21,7%) - 7-ми лет и у 17 (47,2%) взрослых лиц.
Преобладание процесса гемолиза у детей 5 лет сопровождалось уменьшением общего количества эритроцитов от 3,55±0,11х1012/л до 3,10±0,19х1012/л, средний объём эритроцитов изменился от 78,72±0,85 фл до 77,74±0,99 фл (р 0,05). Достоверных отличий в количественном и популяци-онном составе эритроцитов не выявлено. У ребенка 6 лет процесс гемолиза сопровождался уменьшением общего количества эритроцитов с 3,37x1012/л до 2,72х1012/л, средний объём эритроцитов изменился от 83,22 фл до 83,59 фл. Существенных сдвигов в абсолютном и процентном содержании эритроцитов не произошло. У детей 7 лет уменьшилось общее количество эритроцитов от 3,74±0,25х1012/л до 3,32±0,24х1012/л (р=0,04) и их средний объём от 81,23±1,76 фл до 80,64±1,64 фл (р=0,04). Процесс гемолиза в этой возрастной группе характеризовался уменьшением абсолютного количества эритроцитов всех субпопуляций, достоверное в отношении нормоцитов (р=0,04), их подфракций нормоциты 1 (р=0,04), 2 (р=0,04) и 3 (р=0,04), а также макроцитов (р=0,04). Количество микроцитов 1 и макроцитов 3 не изменилось. Увеличилось процентное содержание микроцитов (от 35,26±7,19% до 37,02±6,82%) и нормоцитов 1 (от 18,26±2,65% до 18,95+2,92%); уменьшилось - нормоцитов 2 (от 16,14±2,23% до 15,5212,28%) и нормоцитов 3 (от 19,41 ±2,06% до 18,58±1,55%) (табл. 11).
Взаимосвязь уровня физического, биологического развития и функционального состояния эритрона у детей 5-ти, 6-ти и 7-ми лет
У детей 5-ти лет показатель роста составил 112,15±0,85 см, 6-ти лет -115,7±1,28 см, 7-ми лет - 121,32±1,02 см; масса тела соответственно 18,55±0,40 кг, 20,31±0,71 кг и 21,58±0,73 кг. Выявлены достоверные различия средних показателей роста (р=0,00) и массы тела (р=0,00) между всеми возрастными группами детей. У детей 5 лет 1 группы здоровья средняя величина роста составила 113,67+1,05 см, 2 группы - 110,0911,22 см; у детей 6 лет соответственно 117,6+2,03 см и 113,811,43 см; у детей 7 лет- 121,811,69 см и 120,9211,30 см. Показатель массы тела у детей 5 лет 1 и 2 групп здоровья был соответственно 19,2410,53 кг и 17,61+0,52 кг; у детей 6 лет - 21,1411,09 кг и 19,4810,87 кг; у детей 7 лет - 22,5111,25 кг и 20,810,84 кг.
В группе 5-ти летних мезосоматический тип развития был выявлен у 20 детей (80%), из которых с дефицитом массы 1 и 2 степени по 4 ребенка (40%); гиперсоматический тип - у 5 детей (20%), из которых с дефицитом массы 1 степени - 1 ребенок (20%). При анализе уровня физического развита у детей 5 лет 1 и 2 групп здоровья мезосоматический тип развития был выявлен у 10 (66,7%) детей 1 группы, из них 3 (30%) с дефицитом массы 1 степени и 1 (10%) с дефицитом массы 2 степени, и у 10 (100%) детей 2 группы, из них 1 (10%) с дефицитом массы 1 степени и 3 (30%) с дефицитом массы 2 степени. Гиперсоматический тип развития был выявлен только у 5 (33,3%) детей 1 группы, из них 1 с дефицитом массы 1 степени.
В группе 6-ти летних мезосоматический тип развития был выявлен у 16 детей (88,9%), из которых 3 (18,8%) с дефицитом массы 1 степени и 4 (25%) с дефицитом массы 2 степени; гиперсоматический тип - у 2 (11,1%) детей, из ко 133 торых 1 с дефицитом массы 1 степени. При анализе уровня физического развития у детей 6 лет 1 и 2 групп здоровья мезосоматический тип развития был выявлен у 8 (80%) детей 1 группы, из которых 3 (37,5%) с дефицитом массы 1 степени, и у 8 (100%) детей 2 группы, из которых 4 (50%) с дефицитом массы 2 степени. Гиперсоматический тип развития выявлен только у 2 (20%) детей 1 группы, из них 1 с дефицитом массы 1 степени.
В группе 7-ми летних мезосоматический тип развития был выявлен у 20 (90,9%) детей, из которых 7 (35%) с дефицитом массы 1 степени и 3 (15%) с дефицитом массы 2 а пени; гипосоматический тип - у 1 (4,5%) ребенка и гиперсоматический тип - тькже у 1 (4,5%) ребенка. При анализе уровня физического развития у детей 7 лет 1 и 2 групп здоровья мезосоматический тип был выявлен у 9 (90%) детей 1 группы, из которых 5 (55,5%) - с дефицитом массы 1 степени, и у 11 (91,7%) детей 2 группы, из которых 2 (18,2%) - с дефицитом массы 1 степени и 3 (27,3%) - с дефицитом массы 2 степени. Гиперсоматический тип развития выявлен только у 1 (10%) ребенка 1 группы здоровья; гипосоматический - у 1 (8,3%) ребенка 2 группы здоровья.
В целом во всех возрастных группах гипосоматический тип развития имел место у 1 ребенка (1,5%), мезосоматический с дефицитом массы 1 и 2 степени - у 25 детей (38,5%), мезосоматический тип - у 31 ребенка (47,7%), гиперсоматический с дефицитом массы 1 и 2 степени - у 2 детей (3,1%), гиперсоматический тип - у 6 детей (9,2%).
Выявлены достоверные (р=0,04) отличия по уровню гемолиза макроци-тов и количественному содержанию микроцитов (р=0,02) после вибрационного воздействия до пробы с физической нагрузкой во всех группах детей, отличающихся по уровню физического развития. Так, у ребенка с гипосоматиче-ским типом развития гемолиз макроцитов до пробы с физической нагрузкой составил 45,17%, в группе детей с мезосоматическим развитием с дефицитом массы 1 и 2 степени - -0,99±13,03%, с мезосоматическим развитием - -8,86+9,28%, гиперсоматическим с дефицитом массы 1 и 2 степени - 134 14,78±7,26% и гиперсоматическим - -30,67116,46%. То есть гемолиз макроци-тов максимален у ребенка с гипосоматическим типом развития и минимален -в группе детей с гиперсоматическим типом. Абсолютное количество микроци-тов после вибрационного воздействия на исходную кровь у ребенка с гипосоматическим развитием составило 2,07х1012/л, в группе детей с мезосоматиче-ским развитием с дефицитом массы тела 1 и 2 степени - 1,34±0,09х1012/л, ме-зосоматическим развитием - 1,52±0,07х1012/л, гиперсоматическим развитием с дефицитом массы 1 и 2 степени - 2,07±0,2х1012/л и гиперсоматическим -1,77±0,09х1012/л. Таким образом, абсолютное количество микроцитов после вибрационного воздействия до проведения нагрузочной пробы максимально у ребенка с гипосоматическим типом развития и минимально - в группе детей с мезосоматическим типом развития с дефицитом массы 1 и 2 степени.
Дополнительным критерием отнесения ребенка к той или иной группе по уровню физического развития может служить величина гемолиза макроцитов в целом и количественного содержания микроцитов в исходной крови после вибрационного воздействия на нее.
До проведения нагрузочной пробы у детей с мезосоматическим типом развития и дефицитом массы 1 и 2 степени уравнение множественной регрессии имеет вид: ОП = 0,362 + 2,271 маЗ + 0,906 ми1 (RI=0,84; F=25,77; р=0,00). Построенное уравнение можно интерпретировать следующим образом: общий гемолиз эритроцитов до проведения нагрузочной пробы у детей с мезосоматическим типом развития и дефицитом массы 1 и 2 степени возрастает при увеличении гемолиза подфракции макроциты 3 и микроциты 1.
После проведения нагрузочной пробы искомая регрессия имеет вид: ОГ2 = 0,13 + 0,624 ми1 + 0,53 н1 + 0,473 ма (RI=0,84; F=20,44; р=0,00). Общий гемолиз эритроцитов возрастает при увеличении гемолиза подфракции микроциты 1 и нормоциты 1.
Выявлено уменьшение величины общего гемолиза эритроцитов с преобладающим вкладом в него микроцитов 1 и нормоцитов 1 в отличие от состоя 135 ния до нагрузочной пробы, когда возрастание общего гемолиза эритроцитов имело место при увеличении гемолиза макроцитов 3 и микроцитов 1. Это свидетельствует об уменьшении выраженности процесса гемолиза и нарастании -агрегации после пробы с приседаниями у детей с мезосоматическим типом развития с дефицитом массы 1 и 2 степени.
До проведения нагрузочной пробы у детей с мезосоматическим типом развития уравнение множественной регрессии имеет вид: ОГ1 = - 0,154 -0,924 миЗ - 0,396 н1 - 0,199 ми2 (RI=0,97; F=99,73; р=0,00). Уравнение можно интерпретировать следующим образом: общий гемолиз эритроцитов до проведения нагрузочной пробы у детей с мезосоматическим типом развития уменьшается при увеличении гемолиза под фракции микроциты 3, нормоциты 1 и микроциты 2.
После проведения нагрузочной пробы искомая регрессия имеет вид: ОГ2 = 0,211 + 0,944 маЗ + 0,589 н (RI=0,85; F=36,53; р=0,00). Общий гемолиз эритроцитов возрастает при увеличении гемолиза подфракции макроциты 3 и нормоцитов в целом.
Отмечено нарастание величины общего гемолиза эритроцитов с преобладающим вкладом в него макроцитов 3 и нормоцитов в отличие от состояния до нагрузочной пробы, когда имело место уменьшение общего гемолиза эритроцитов при увеличении гемолиза микроцитов 3, нормоцитов 1 и микроцитов 2. Это свидетельствует о преобладании гемолиза в ответной реакции эритрона на вибрационное воздействие после пробы с приседаниями у детей с мезосоматическим типом развития.
У детей 5-ти лет абсолютная площадь поверхности тела равнялась 7,69+0,11 м2, у детей 6-ти лет - 8,17±0,18 м2 и у детей 7-ми лет - 8,58±0,18 м2. Выявлены достоверные различия показателей (р=0,00) между всеми возрастными группами детей. Показатель абсолютной площади поверхности тела у детей 5 лет 1 и 2 групп здоровья был соответственно 7,89+0,14 м2 и 7,43±0,15 м2; у детей 6 лет - 8,40±0,89 м2 и 7,94±0,23 м2; у детей 7 лет - 8,79±0,30 м2 и 8,40±0,21 м2. У детей 7-ми лет выявлена достоверная обратная корреляционная зависимость между показателем абсолютной площади поверхности тела и средним объёмом эритроцитов в исходной крови, коэффициент корреляции Пирсона -0,48 (р 0,05). При анализе взаимосвязи показателей у детей 7 лет 1 и 2 групп здоровья выявлена достоверная обратная корреляционная зависимость между показателем абсолютной площади поверхности тела и средним объёмом эритроцитов в исходной крови (коэффициент корреляции Спирмена -0,65, р=0,04), а также между показателем абсолютной площади поверхности тела и средним объёмом эритроцитов после вибрационного воздействия на пробу крови (коэффициент корреляции Спирмена -0,76, р=0,01) у детей 1 группы. Зависимость может быть описана следующим уравнением: S = 20,29 - 0,14 MCV, где S - абсолютная площадь поверхности тела; MCV - средний объём эритроцитов в исходной крови (RI = 0,64, F = 14,51 при р 0,01). У детей 2 группы здоровья между вышеуказанными показателями, напротив, выявлена слабая положительная корреляция (R=0,07, р=0,81 и R=0,15, р=0,62). Отсутствие обратной корреляционной зависимости между абсолютной площадью поверхности тела и средним объёмом эритроцитов в исходной крови у детей 7 лет может служить дополнительным критерием отнесения ребенка ко 2 группе здоровья.
