Исследованиями установлено, что в системе естественных датчиков времени биологические ритмы человека выполняют функцию адаптации к внешним условиям [1; 2]. Подстройка биоритмов человека к смене естественных датчиков времени осуществляется по закону резонанса, в этом случае ведущее место принадлежит элементам синфазности и когерентности колебаний [4; 11]. Динамика изменений разных объектов и их совокупностей проявляется по-разному, отличаясь скоростью изменений характеристик процесса, его контрастом, амплитудами, ансамблями частот, уровнем шумов [3; 5; 9]. Временные ряды должны рассматриваться как конечные индивидуальные реализации статистически нестационарных случайных процессов. Исходя из длины такой реализации и из предварительных представлений об изучаемых процессах, рассматриваемый ряд часто бывает целесообразно представить в виде суммы длиннопериодной и короткопериодной компонент. Первая из них, содержащая, в частности, средние значения и линейные и нелинейные тренды, может быть выделена с помощью сглаживания исходного ряда по «окну» подходящей формы и ширины. Нередко эта компонента мало похожа на реализацию какого-либо стационарного случайного процесса, и даже её спектр, строго говоря, не определен. Короткопериодная компонента, наоборот, часто выглядит похожей на реализацию некоторого стационарного случайного процесса и может быть описана его спектром [12; 14; 17; 21]. Динамика медицинских показателей имеет общие черты с динамикой процессов в экологии, геологии, биологии, экономике, социологии [7; 18-20].
В условиях местности, приравненной к районам Крайнего Севера, к которым относится Ханты-Мансийский автономный округ - Югра (ХМАО-Югра), существует совокупность факторов, определяющих климато-географические и социально-бытовые особенности региона: преобладание холодного дискомфортного климата, отсутствие специфической для человека фотопериодичности (смена дня и ночи), тяжелый аэродинамический режим, повышенная активность космических излучений, магнитного поля Земли и большая частота их апериодичных возмущений, своеобразный микроэлементный состав почвы и воды, специфичность питания [6; 9; 11; 13; 15], наблюдается значительная десинхронизация ритмов физиологических параметров у здоровых и больных людей.
Цель настоящего исследования - выявление периодов и мощности временных вариаций различных групп заболеваний, проявляющееся в количестве обращений в службу «Скорой помощи» г. Ханты-Мансийска, в том числе социально значимыми заболеваниями, патологией, связанной с сезонными обострениями, спонтанными инфекциями с социальными причинами и пандемиями вирусных инфекций.
Объекты и методы исследования
Обращения в службу «Скорой медицинской помощи» выкопировывались из базы данных вызовов за период с 01.01.2001 по 31.12.2015, в среднем за сутки по классам: I (Некоторые инфекционные и паразитарные болезни, АВ); II (Новообразования, CD); IV (Болезни эндокринной системы, Е); V (Психические расстройства и расстройства поведения, F); VI (Болезни нервной системы, G); IX (Болезни системы кровообращения, I); X (Болезни органов дыхания, J); XI ( Болезни органов пищеварения, К); XIII (Болезни костно-мышечной системы, М); XIV (Болезни мочеполовой системы, N); XV (Беременность, роды и послеродовый период, О); XIX (Травмы, ST) [16].
Для проверки гипотезы о наличии множества цикличностей применена авторская программа, использующая вейвлет-анализ для определения ритмической структуры отдельных параметров и оценивающая синхронизацию и когерентность описываемых параметров [8]. Вейвлет - это математическая функция, позволяющая анализировать различные частотные компоненты данных. Анализ сигналов производится в плоскости wavelet-коэффициентов (масштаб-время-уровень) (Scale-Time-Amplitude) Таким образом, по результатам вейвлетного преобразования можно судить о том, как меняется спектральный состав рассматриваемого ряда со временем [10].
Статистическая значимость ритмов оценивалась путем многократной (5000) случайной перестановки уровней исходного временного ряда. Приведенная в статье р показывает долю случаев, когда энергия выделенной частотной составляющей в исходном ряду превышала соответствующую энергию в случайной перестановке.
Результаты и обсуждение
При вейвлет-анализе временных вариаций общего количества вызовов за период 2001 по 2014 год обнаруживается следующий спектр ритмов. Наиболее мощным (40,24 усл. ед.) является циркануальный (окологодовой) ритм с периодом 338,6 суток / 0,92 года (р=0,001). Такая же закономерность (рис. 1) наблюдается и в динамике некоторых инфекционных и паразитарных заболеваний (338,6 суток / 0,92 года (р=0,001)), болезней органов дыхания (338,6 суток / 0,92 года (р=0,001)), пищеварения (338,6 суток / 0,92 года (р=0,001)) и сердечно-сосудистой патологии (338,6 суток / 0,92 года (р=0,001)). В некоторых группах заболеваний фиксируются многолетние ритмы: болезни эндокринной системы - 736,2 суток / 2,01 года (р=0,043); болезни мочеполовой системы - 860,9 суток / 2,35 года (р=0,008); травматизм и вызовы по поводу новообразований - 1005,8 суток / 2,75 года (р=0,001); психические расстройства и расстройства поведения, болезни костно-мышечной системы - 1603,7 суток / 4,39 года (р=0,001); болезни нервной системы - 2188,7 суток / 5,99 года (р=0,001). Внутригодовые ритмы с периодом два, три и шесть месяцев обнаруживаются, но на уровне тенденции.
Классы нозологий по МКБ-10 |
Период ритма (сутки) |
Периодограммы обращений в службу «Скорая помощь» |
р |
Инфекционные и паразитарные болезни (А) |
338,6 |
0,001 |
|
Новообразования (С) |
1005,8 |
0,001 |
|
Болезни эндокринной системы (Е) |
736,9 |
0,043 |
|
Психические расстройства (F) |
1603,7 |
0,001 |
|
Болезни нервной системы (G) |
2188,7 |
0,001 |
|
Болезни системы кровообращения (I) |
386,6 |
0,001 |
|
Болезни органов дыхания (J) |
338,6 |
0,001 |
|
Болезни органов пищеварения (K) |
338,6 |
0,001 |
|
Болезни костно-мышечной системы (M) |
1603,7 |
0,001 |
|
Болезни мочеполовой системы (N) |
860,9 |
0,008 |
|
Беременность, роды и послеродовый период (O) |
1873,5 |
0,001 |
|
Травмы (ST) |
1005,8 |
0,001 |
Рис. 1. Периодограммы по данным вейвлет-анализа превалирующих ритмов обращений в службу «Скорая помощь» по основным группам нозологий в г. Ханты-Мансийске
за период с 2001 по 2014 гг.
Иерархия суммарной мощности выявленных ритмов, с одной стороны, соответствует частоте возникновения и обострения групп заболеваний, характерных для климато-экологических условий г. Ханты-Мансийска (J, I), с другой - мощные ритмы наблюдаются в группах социально значимых заболеваний (классы A, С, F).
Рис. 2. Мощность ритмов обращений в службу «Скорая помощь» по основным группам нозологий в г. Ханты-Мансийске за период с 2001 по 2014 год:
ось абсцисс - группы нозологий по МКБ-10; ось ординат - мощность ритма (усл. ед.)
На рис. 2 максимальная мощность (27,65 усл. ед.) принадлежит ритму заболеваний органов дыхания, по убыванию следуют ритмы инфекционных болезней (24,41 усл. ед.); вызовы по поводу новообразований (16,81 усл. ед.); психические расстройства (15,03 усл. ед.); на пятом месте обращения по поводу сердечно-сосудистой патологии (13,86 усл. ед.); далее следуют болезни органов пищеварения (8,50 усл. ед.); болезни нервной системы (8,06 усл. ед.); болезни костно-мышечной системы (7,02 усл. ед.); вызовы по поводу беременности и родов (3,73 усл. ед.); травмы (2,75 усл. ед.); болезни мочеполовой (2,50 усл. ед.) и эндокринной системы (1,05 усл. ед.). Нужно отметить, что уровень мощности и величина периода не всегда совпадают.
Заключение
Анализ протяженных временных рядов с применением вейвлет-анализа позволяет выделять многолетние ритмы нарушений здоровья, проявляющиеся в числе обращений в службу «Скорая помощь», что применимо для ретроспективной оценки и краткосрочного прогнозирования. Если окологодовую ритмичность можно объяснить колебаниями природно-климатических факторов, то наличие двух-, трех-, четырех- и шестилетних циклов предполагает воздействие на организм человека сочетания гелиогеофизических и социальных причин. Показатель мощности является более оперативным параметром для мониторинга здоровья, чем период ритма.