Алтайский государственный медицинский университет (г. Барнаул)

                 Сердце с давних времен привлекает внимание исследователей. Интерес к изучению его структуры и функции в норме и при патологических состояниях на современном этапе инициируется не только бурным развитием кардиологии, но и необходимостью обоснования формообразовательных процессов в этом сложном (как по функции, так и по структуре) органе.

                В настоящее время накоплен достаточный материал по изучению морфологии, физиологии сердца и его оболочек [5,6,7,8,9,10,13]. Однако, авторы подробно описывая возрастные изменения формы, массы и размеров органа используют только описательные методы и традиционные способы статистической обработки [9,10,13] полученного материала. В тоже время применение современного математического аппарата [2,3,4,12,14,15] позволяет получить более достоверную информацию о возрастных перестройках биологических систем различного уровня организации.

                В связи с вышеизложенным целью исследования явилось углубить с использованием современных методов статистической обработки полученных материалов представление об изменчивости сердца при формировании его структур на поздних этапах пренатального и всех этапах постнатального онтогенеза.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для изучения формообразовательных процессов в сердце был использован материал от 414 трупов людей обоего пола разных периодов онтогенеза, причина смерти которых не была связана с патологией органов сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Измерение внешних размеров сердца (органометрию) производили металлической измерительной линейкой с учетом рекомендаций Л.М. Непомнящих, Г.Г. Автандилова [1,11]. В каждом органе измеряли длину (от основания до верхушки сердца), ширину (расстояние между боковыми поверхностями органа на уровне основания желудочков) и переднезадний (на уровне основания желудочков) размеры. Вес сердца регистрировали после вскрытия и освобождения органа от сгустков крови.

        Весь полученный материал был обработан современными методами математической статистики. Для кластеризации данных использовали метод к-средних [3,12], с проверкой точности распределения групп дискриминантным анализом [2,4,]. Для демонстрации оценки удаленности или близости между группами использовали расстояние Махаланобиса [14,15]. Для визуализации структуры распределения групп в многомерном пространстве признаков использовали метод главных компонент с расчетом канонических переменных.

В работе проводился статистический анализ полученных результатов посредством обработки программой Statistica 6,0 (Stat Soft, USA, 1999). Данные представлялись в виде медианы, 25 и 75 процентиля. Различия между выборками оценивались с помощью непараметрического U-критерия Манна-Уитни. Значимыми считались различия при p<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

По совокупности исследуемых параметров методом к-средних сформировано 14 групп, соответствующих общепринятой [1] возрастной классификации.  Точность разделения материала на эти группы  проверена дискриминантным анализом. С целью демонстрации оценки удаленности или близости между группами использовали расстояние Махаланобиса (табл. 1).

По F-критерию Фишера были выделены наиболее информативные признаки, отличающие эти группы между собой. Такими критериями являются масса сердца (R=0,92), его ширина (R=0,62) и переднезадний (R=0,47) размер, а пол (R=0,019) практически не оказывает на него никакого воздействия. Однако, при проведении дискриминантного анализа выявлено, что степень влияния этих  признаков на различия между двумя соседними возрастными  группами  меняется. Для визуализации структуры распределения групп в многомерном пространстве признаков использовали метод главных компонент с расчетом канонических переменных (рис.1).

Благодаря проведенному анализу, возрастные изменения сердца могут быть сгруппированы в два этапа, каждый из которых характеризуется своими закономерностями развития, формирования структур органа и изменениями их биомеханических свойств (рис. 1).

                                                                                                                                                        Таблица 1

Расстояние Махаланобиса между группами

Первый этап включает в себя пренатальный онтогенез и состоит из трех возрастных групп (1 группа - 5-6 мес., 2 группа - 7-8 мес., 3 группа - 9-10 мес. внутриутробного развития). При этом между каждой возрастной группой регистрируется незначительное расстояние Махаланобиса (табл. 1), при отсутствии достоверных отличий (р>0,05), что и позволило выделить данный период. В тоже время расстояние Махаланобиса между показателями в 9-10 мес. внутриутробного развития и периодом новорожденности составляет 15,73 при  р<0,05, что говорит о наличии достоверных отличий между этими возрастами.

                Первый этап характеризуется интенсивным приростом показателей на протяжении поздних периодов пренатального онтогенеза. Так, в возрасте 5-6 мес. внутриутробного развития вес сердца оставляет 7,75 (7,0;8,0) г и он практически одинаков как у плодов мужского – 7,5 (7,0;8,0) г, так и женского пола – 8,0 (7,0;8,0) г. К 7-8 мес. она увеличивается на 29% - 10,0 (8,0;15,0) г. Однако, на данном этапе достоверный (р=0,008) прирост массы отмечается только у плодов мужского пола, в то время как у плодов женского пола происходит даже снижение этого показателя на 6%. В срок 9-10 мес. вес сердца увеличивается до 17,5 (15,5;21,5) г. Причем, у плодов женского пола  он возрастает практически в три раза (р=0,006).

В динамике пренатального онтогенеза происходит увеличение и всех размеров органа, которое также имеет ряд особенностей. Так, длина сердца к 7-8 мес. увеличивается почти на треть (р=0,004), ширина – на 24% (р=0,000), переднезадний размер изменяется незначительно (на 12%). В срок 9-10 мес. прирост длины органа составляет 26% (р=0,044), ширины – 28% (р=0,001), а переднезаднего – 60% (р=0,001). Особенно интенсивно увеличиваются длина (43%) и переднезадний (100%) размеры у плодов 9-10 мес. женского пола.

С периода новорожденности начинается второй этап – постнатальный онтогенез сердца. В нем между возрастными группами имеются достоверные отличия (р<0,05), что позволило выделить в этом этапе четыре фазы, которые отражают возрастную динамику их изменений. Различия между полученными фазами отражает расстояние Махаланобиса (табл. 1).               

Так, первая фаза постнатального онтогенеза включает первые три возрастные группы: новорожденность (4 группа), грудной возраст (5 группа) и раннее  детство (6 группа). Между первыми двумя возрастами расстояние Махаланобиса (табл. 1) составляет 3,46, а между грудным возрастом и ранним детством оно равно 2,49, что отражает достоверность отличий. Данная фаза характеризуется интенсивным приростом всех показателей макроразмеров сердца.

Обращает на себя внимание период новорожденности, в котором происходит снижение интенсивности роста сердца, при сопоставлении с такими же показателями у плодов 9-10 мес. внутриутробного развития. Можно предположить, что указанные процессы являются следствием адаптации организма к изменившимся условиям кровообращения и развития органа. Однако уже с грудного возраста отмечается интенсивный рост (р<0,05) всех показателей сердца. 

 Так, масса органа нарастает более чем на 100% независимо от пола. Обращает внимание прирост переднезаднего размера - от 15% до 53% в среднем в эту фазу, особенно интенсивно у  девочек - от 15% до 73%, а у  мальчиков - от 15% до 37%. Длина органа увеличивается на 24-46%. Размах колебаний этого показателя составляет 21-46% у лиц женского и 30-40% у лиц мужского  пола. Ширина сердца возрастает в данную фазу на 19-45%, причем у мальчиков эта величина составляет 23-53%, а у девочек 19-42%.     

Раннее детство, первый и второй периоды детства, подростковый возраст (группы 6,7,8,9) образуют вторую фазу формирования структур сердца в постнатальном онтогенезе, в которой расстояние Махаланобиса (табл. 1) между возрастами имеет небольшие значения, что и подтверждает правильность ее выделения. 

В эту фазу продолжается достоверное (р<0,05, р<0,001) увеличение всех макроразмеров сердца. Однако, темпы относительного прироста менее интенсивны, по сравнению с первой фазой. Так,  масса органа увеличивается на 32-69%, переднезадний размер – на 0-33%, длина – на 11-20% и ширина – на 3-27%.

Третья фаза постнатального онтогенеза, когда происходит формирование структур сердца, объединяет юношеский и первый период зрелого возраста (группы 10 и 11). Расстояние Махаланобиса между этими возрастными группами минимально и равно 0,85 (р=0,426). В эту же фазу входит второй период зрелого возраста (группа 12), так как расстояние Махаланобиса также минимально – 0,94 (табл. 1). В тоже время между подростковым и юношеским возрастами расстояние Махаланобиса имеет достаточно высокие значения (7,09), что и подтверждает правильность выделения второй и третьей фаз формирования структур органа в постнатальном онтогенезе.

В данной фазе возобновляются  темпы  увеличения  веса и макроразмеров сердца. Так, в юношеском возрасте масса органа возрастает на 58% (р=0,000) - 320,0 (265,0;340,0) г,  длина – на 8% (р=0,009) - 10,3 (10,0;11,0) см, ширина – на 10% (р=0,031) - 9,0 (8,0;10,0) см, переднезадний размер – на 9% (р>0,05) - 5,0 (4,5;5,5) см. Эти изменения более интенсивны у лиц мужского пола.

 Пожилой и старческий возраста (группы 13,14), характеризующиеся инволютивными изменениями, формируют последнюю, четвертую фазу. Расстояние Махаланобиса между этими возрастными группами также минимально – 1,69 (табл. 1), что свидетельствует об отсутствии достоверных различий в характеристике параметров макроразмеров органа. В тоже время между вторым периодом зрелого возраста и пожилым расстояние Махаланобиса имеет большие различия – 2,09. Правильность выделения четвертой фазы подтверждает и рисунок 1, в котором пожилой и старческий возраста (группы 13 и 14) в структуре распределения групп (возрастных периодов) в многомерном пространстве признаков с использованием метода главных компонент с расчетом канонических переменных оказались ниже -0,5.

Инволютивные изменения характеризуются незначительным (на 4-6%) увеличением массы сердца. Сердце не изменяется у пожилых и укорачивается на 7% в старческом возрасте. Ширина сердца не изменяется у стариков, а у пожилых немного (5%) увеличивается, по сравнению с предыдущим возрастом. Переднезадний размер сердца также увеличивается, но только в старческом (на 6%), а в пожилом уменьшается на 9%.

Таким образом, схему онтогенеза сердца, в котором происходит формирования структур органа, изменения органометрических показателей  можно представить в виде двух периодов: пренатального и постнатального. В свою очередь постнатальный период разделен на четыре фазы: первая (новорожденность, грудной возраст и раннее детство), вторая (раннее детство, первое и второе детство, подростковый), третья (юношеский, первый и второй периоды зрелого возраста) и четвертая (пожилой и старческий возраста). Выделение этих фаз не противоречит общепринятой возрастной периодизации, а позволяет дать более точную оценку интенсивности формирования структур сердца на ранних этапах онтогенеза и их инволютивные изменения.

ЛИТЕРАТУРА

1.                   Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия / Г.Г. Автандилов. – М.: Медицина, 1990. – 383 с.

2.                   Алферова М.А. Основы прикладной статистики (использование программы  Statistika в медицинских исследованиях): Учебное пособие / М.А. Алферова, И.М. Михалевич, Н.Ю. Рожкова. – Иркутск, ИГИУВ, 2005. – в. III. - 92 с.

3.                   Боровиков В.П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров / В.П. Боровиков. – М.: КомппьютерПресс, 2001. – 301 с.

4.                    Гланц С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. – М.: Изд-во «Практика», 1999. – 459 с.

5.                   Жеденов В.Н. Легкие и сердце животных и человека (в естественно-историческом развитии) / В.Н. Жеденов. – М.: изд-во «Высшая школа», 1961. – 478 с.

6.                   Кантор Б.Я. Нелинейная кардиобиомеханика левого желудочка / Б.Я. Кантор, Н.И. Яблучанский, В.Е. Шляховер. – Киев: Наук. думка, 1991. – 209 с.

7.                   Лушникова Е.Л. Общая численность кардиомиоцитов как показатель компенсаторно-приспособительного потенциала миокарда / Е.Л. Лушникова, Л.М. Непомнящих // Сибирский консилиум (медико-фармацевтический журнал). – Новосибирск, 2007. - № 7 (62). – С. 212.

8.                   Мархасин В.С. Физиологические основы нарушения сократительной функции миокарда / В.С. Мархасин, В.Я. Изаков, В.И. Шумаков. – СПб.: Наука, 1994. – 256 с.

9.                   Митрофанов М.П. Морфометрия нормального сердца / М.П. Митрофанов, Н. Стэрнби // Кардиология. – 1974. – Т. 14, № 3. – С. 23–29.

10.               Михайлов С.С. Клиническая анатомия сердца / С.С. Михайлов. – М.: Медицина, 1987. – 288 с.

11.               Непомняших Л.М. Морфогенез важнейших общепатологических процессов в сердце / Л.М. Непомнящих. – Новосибирск: Наука, 1991. – 352 с.

12.               Основы высшей математики и математической статистики: уч. – 2-е изд., испр. – М.: ГЕЭТАР-Медиа, 2007. – 424 с.

13.               Пузик В.И. Возрастная морфология сердечно-сосудистой системы человека / В.И. Пузик, А.А. Харьков. – М., Л.: Изд-во академии педагогических наук РСФСР, 1948. – 224 с.

14.               Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ Statistika / О.Ю. Реброва. – М.: МедиаСфера, 2003. – 312 с.

15.               Юнкеров В.И. Математико-статистические методы обработки данных медицинских исследований / В.И. Юнкеров, С.Г. Григорьев. – СПб.: Изд-во ВМедА, 2002. – 266 с.