CC BY
32
I
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
АКТИВНОСТИ НЕЙРОНОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА ВОЕННОСЛУЖАЩИХ СТАВРОПОЛЬСКОГО ГАРНИЗОНА
В АСПЕКТЕ АДАПТАЦИИ
О. А. Бутова, Е. А. Гришко
PECULIARITIES OF CEREBRUM NEURONS' BIOELECTRIC ACTIVITY DEVELOPMENT OF STAVROPOL GARRISON SERVICEMEN IN ADAPTATION ASPECT
Butova O. A., Grischko E. A.
Basing on the analysis of cerebrum bioelectric activity of servicemen in the landing-assault regiment of Stavropol Garrison taking part in the Georgia-Osetiya conflict the desynchronization of the basic cortical processes being the ground of neurophysiological and psycho-emotional stress has been revealed in the paper.
В работе на основе анализа биоэлектрической активности головного мозга военнослужащих десантно-штурмового полка Ставропольского гарнизона, принимавших участие в грузино-осетинском конфликте, выявлена десинхронизация основных корковых процессов, лежащих в основе нейрофизиологического и психоэмоционального стресса.
Ключевые слова: адаптация, электроэнцефалография, десинхронизация, биопотенциалы головного мозга.
УДК 612 + 572.087 + 572.512.823
Служба в рядах Вооруженных сил по контракту в частях постоянной боевой готовности предусматривает интенсивное, часто неблагоприятное действие на организм военно-профессиональных факторов, к которым относятся интенсивные физические нагрузки, нервно-эмоциональное напряжение, связанное с постоянной боевой готовностью, ненормированным рабочим днем, что сопровождается различными по направленности реакциями физиологических систем организма, которые до определенной величины профессиональной нагрузки характеризуются состоянием функционального оптимума или адекватной мобилизации (Медведев В. И., 1993). В связи с этим, особую актуальность приобретают задачи оценки и коррекции функциональных резервов организма военнослужащих с целью оптимизации военно-профессиональной адаптации, поддержания высокой работоспособности и сохранения профессионального здоровья.
Одним из основных методов объективного исследования нейронной активности головного мозга является электроэнцефалография (ЭЭГ), основанная на регистрации биоэлектрических потенциалов головного мозга, характеризующих функциональ-
Исследование проводилось на базе лаборатории патологической физиологии учебно-научного центра «Медицинская биохимия» Ставропольского государственного университета и медицинской роты десантно-штурмового полка Ставропольского гарнизона.
Бутова О. А., Гришко Е. А.
Особенности формирования биоэлектрической активности нейронов головного мозга...
ное состояние мозга человека в норме и при нарушениях центральной нервной системы (Новикова Л. А., 1978). В связи с этим, нами проведено исследование биоэлектрической активности головного мозга военнослужащих по контракту Ставропольского десантно-штурмового полка, в том числе и у принимавших участие в грузино-осетинском конфликте.
Эмпирической базой нашего исследования послужили военнослужащие по контракту юношеского периода онтогенеза, проходящие службу в десантно-штурмовом полку Ставропольского гарнизона. В первую группу включены - военнослужащие десантно-штурмового полка, не принимавшие участия в грузино-осетинском конфликте (n = 50), во вторую - военнослужащие десантно-штурмового полка, принимавшие участие в грузино-осетинском конфликте (n = 47). У военнослужащих 2-й группы исследованные ЭЭГ параметры получены в первые 2 недели после выхода из района боевых действий, т. е. в период срочной адаптации.
Исследование проводилось на базе лаборатории «Патологической физиологии» учебно-научного центра Ставропольского государственного университета и медицинской роты десант-но-штурмового полка Ставропольского гарнизона с помощью электроэнцефалографа «Нейро-визор» 24-канальный ООО «Нейроботикс», системы «Неокортекс-Про» для регистрации и анализа ЭЭГ с программным обеспечением «Биосенс». Анализу подвергались безартефактные отрезки ЭЭГ, полученные с применением Международной схемы расположения электродов «1020», в стандартных отведениях, включающих основные зоны мозга правого и левого полушарий, с размещением объединенных референтных электродов на мочках ушей. Запись осуществлялась монополярно в полосе пропускания 0-70 Гц, с использованием режекторного фильтра, настроенного на частоту 50 Гц. Оценка мощности ритма производилась с помощью методики частотного анализа ЭЭГ, при этом биоэлектрическую активность принимали за 100%, а интенсивность каждого из ритмов вычислялась в процентах по отношению к суммарной активности. Интенсивность ритма определялась в трех областях во фронтальной плоскости: лобно-теменных, теменно-височных, теменно-затылочных областях правого и левого полушарий. Для обработки полученных результатов использовалась программа анализа мощности спектра биоэлектрических ритмов, с целью определения соотношения различных ритмических составляющих в сложной ЭЭГ и выявления их индивидуальной выраженности, с применением быстрого преобразования Фурье.
Значения спектральной мощности биопотенциалов головного мозга определялись в пределах диапазонов частот, принятых для данного метода. Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакета программ «Statistica 6.0 for Windows». Для оценки достоверности изменений показателей применялся параметрический t-критерий Стьюдента.
При анализе суммарной спектральной мощности лобно-теменных, теменно-височных и теменно-затылочных областей с использованием унифицированного алгоритма описания ЭЭГ, отмечается достоверное уменьшение мощности ритмов всех диапазонов у военнослужащих 2 группы, особенно выраженное в низкочастотном (медленном) спектре (см. рис. 1).
Снижение спектральной мощности дельта- и тета-ритмов, которые встречаются на ЭЭГ взрослого бодрствующего человека, наблюдается в стрессовом состоянии и при выраженном негативизме, что и характеризует военнослужащих, принимавших участие в боевых действиях.
Минимальные различия выявлены между среднечастотными показателями - альфа- и бе-та-1-ритмами. Преобладающий в условиях физиологического покоя альфа-ритм свидетельствует о состоянии спокойного бодрствования, а выявленное нами у военнослужащих 2-й группы снижение альфа-ритма характеризует состояние напряжения, беспокойства и выявляет активизацию психических процессов. Бета-ритм - показатель биоэлектрической активности нейронов, находящихся в состоянии относительного покоя, характеризует резервные возможности коры головного мозга (Русинов В. С., 1987). Различия между показателями суммарной мощности спектра возрастают в высокочастотном диапазоне (бета-2, гамма), характеризующем интенсивность работы мозга в целом, и расценивается как показатель его суммарной активации.
дельта тета альфа бета 1 бета 2 гамма
ритм
□ 1 группа □ 2 группа
Рисунок 1. Суммарная спектральная мощность ЭЭГ у военнослужащих исследуемых групп
*** - уровень достоверности показателей спектральной мощности ритмов военнослужащих исследуемых групп (Р>0,001);
** - уровень достоверности показателей спектральной мощности ритмов военнослужащих исследуемых групп (Р>0,05).
Оценка спектральной биоэлектрической активности головного мозга с проведением методики частотного анализа проводилась в трех областях во фронтальной плоскости: лобно-теменной, теменно-височной, теменно-затылочной областях правого и левого полушарий (табл. 1).
Таблица 1
Представленность основных ритмов ЭЭГ в различных областях головного мозга (Мкв)
Лобно- Теменно- Теменно-
ритм группа теменные височные затылочные
отведения отведения отведения
Дельта 1 группа 10,5 ± 0,93 6,74 ± 0,89 8,92 ± 1,03
2 группа 6,3 ± 0,40 3,9±0,23 5,02±0,28
Тета 1 группа 6,83 ±0,58 7,4±0,62 7,99±0,65
2 группа 4,76 ±0,19 5,2±0,15 5,52±0,15
Альфа 1 группа 4,79 ± 0,35 6,37±0,34 6,43±0,38
2 группа 3,59 ± 0,12 5,36±0,17 5,16±0,15
Бета 1 1 группа 3,74 ± 0,45 4,33±0,43 4,66±0,45
2 группа 1,96 ± 0,06 2,68±0,08 2,76±0,08
Бета 2 1 группа 2,1 ± 0,36 2,17±0,34 2,45±0,37
2 группа 0,69 ± 0,03 0,84±0,03 0,91±0,04
Гамма 1 группа 3,05 ± 0,64 2,95±0,59 3,39±0,66
2 группа 0,52 ± 0,03 0,6±0,03 0,65±0,04
ы
г Бутова О. А., Гришко Е. А,
щ Особенности формирования биоэлектрической активности нейронов головного мозга.
1 группа
7%
10%
12%
34%
11%
2 группа 4% 3%
20%
22%
35%
27%
□ дельта □ тета □ альфа □ бета1 □ бета2 □ гамма
Рисунок 2. Процентное соотношение мощности ритмов всех диапазонов у военнослужащих исследуемых групп в лобно-теменных областях
Так, в лобно-теменных областях военнослужащих 2-й группы максимально представлены волны низкочастотного диапазона (дельта, тета), за счет доминирования (27%) тета-ритма (рис. 2), свидетельствующего, по данным Новиковой Л. А. (1978), об усилении активности та-ламических, лимбико-ретикулярных структур головного мозга, регулирующих эмоционально-волевую сферу. Кроме того известно, что активация медленноволновых процессов имеет прямое отношение к регуляторным механизмам мозга. Являясь показателем процессов интеграции нейронов архикортекса (гиппокампа) и неокортекса, осуществляет гибкую адаптацию к изменяющимся условиям (Иваницкий А. М., 2009) и играет ведущую роль в регуляции всех вегетативно-висцеральных функций организма.
Волны среднечастотного диапазона также преобладают в группе военнослужащих, принимавших участие в грузино-осетинском конфликте, преимущественно за счет альфа ритма, представленного 20%, по сравнению с 1-й группой - 15%. Достоверных различий выраженности бета-1-ритма не выявлено. В общей мощности ритмов ЭЭГ военнослужащих 2-й группы волны высокочастотного диапазона (бета-2, гамма) представлены, практически в 2,5 раза меньше, чем у военнослужащих 1-й группы, где суммарная мощность высокочастотного ритма составила 17%.
2 группа
Рисунок 3. Процентное соотношение мощности ритмов всех диапазонов у военнослужащих исследуемых групп в теменно-височных областях
В теменно-височных областях (рис.3) у военнослужащих и 1-й и 2-й групп также преобладают низкочастотные волны, но интенсивность их меньше, чем в лобно-теменных отведениях и составила, соответственно 50% в группе военнослужащих, принимавших участие в боевых действиях и 48% у военнослужащих 1-й группы. Отмечаются достоверное увеличение показателей среднечастотного спектра (р<0,05) у военнослужащих 2-й группы - 43,5%, преимущественно за счет альфа-ритма.
Интенсивность быстрых ритмов осталась на прежнем уровне с минимальными значениями у военнослужащих 2-й группы также, как и в лобно-теменных областях.
В теменно-затылочных областях (рис.4.) в сравнении с характеристикой мощности ритма ЭЭГ в теменно-височных и лобно-теменных областях отмечается увеличение активности дельта-ритма как у юношей 2-й группы - 26,0%, так и у представителей 1-й группы - 26,5%, выраженность тета-ритма достоверно не изменилась. Представительство альфа-ритма по сравнению с теменно-височными областями незначительно уменьшилось как во второй группе с 29% до 25%, так и в первой группе с 21% до 19% соответственно.
1 группа
7%
10%
2 группа
4% 3%
26,5%
13,5%
19%
24%
27%
□ дельта □ тета □ альфа □ бета1 □ бета2 □ гамма
Рисунок 4. Процентное соотношение мощности ритмов всех диапазонов у военнослужащих исследуемых групп в теменно-затылочных областях
Опираясь на авторитетное мнение Русинова В. С. (1987) о том, что преобладание альфа-ритма во всех областях скальповой поверхности головы свидетельствует об увеличении функциональных возможностей коры головного мозга. Выявленные нами у военнослужащих, принимавших участие в боевых действиях, увеличение представленности этого ритма характеризует усиление активности центрального звена функциональной системы, эффекторными звеньями которой являются висцеросоматические системы. Активация коры головного мозга, на наш взгляд,может быть обусловлено усилением активности систем жизнеобеспечения военнослужащих 2-й группы, адекватным испытываемым нагрузкам. Отмечающаяся тенденция у военнослужащих, не принимавших участия в боевых действиях к смещению доминирующего средне-частотного альфа-ритма на высокочастотную бета активность свидетельствует, по мнению Вейн А. М и соавт. (1997) и Knott V. J. at all. (1996) о нарушении механизмов неспецифической активизирующей системы, клинически проявляющейся тревожными расстройствами. Как и во всех анализируемых областях интенсивность высокочастотного ритма осталась на прежнем уровне, что соответствует данным Даниловой Н. Н., Ханкевич А. А., (2001) и свидетельствует об отсутствии специфических зон головного мозга, генерирующих высокочастотные волны, отражающие уровень активации нейронных сетей и эффективность синаптической передачи в объеме целого мозга.
Картирование основных биопотенциалов головного мозга военнослужащих на групповом уровне выявило у юношей, принимавших участие в боевых действиях, высокочастотную левостороннюю асимметрию, а ритмы низкочастотного диапазона максимально представлены в правых височно-теменных областях (рис. 5), что свидетельствует о нарушении активационных систем, связанных с правым гиппокампом - амигдало-септо-гиппокампального комплекса, что является признаком нарушения функционального состояния ЦНС (Синячкин М. С., 1996). Уменьшение зоны распространения альфа-ритма и отсутствие четкой локализации свидетельствуют об устранении влияния таламических структур на функциональное состояние головного мозга и о десинхронизации корковой ритмики.
Бутова О. А., Гришко Е. А.
Особенности формирования биоэлектрической активности нейронов головного мозга...
л ■ IPH ~ ,.._... 1
1 группа 2 группа
Рисунок 5. Картирование биопотенциалов головного мозга у военнослужащих исследуемых групп
Примечание: максимальная интенсивность цвета характеризует низкочастотный спектр волн ЭЭГ; минимальная интенсивность цвета характеризует высокочастотный спектр волн ЭЭГ
У военнослужащих 1-й группы низкочастотные волны четко локализованы в области пре-и постцентральных извилин. Обращает на себя внимание наличие фокуса альфа-активности, локализованного преимущественно в правых медиобазальных и височных областях правого полушария, что определяется особенностями ориентации генерирующих её дипольных источников и является отражением реакции активации гиппокампальных структур головного мозга и ретикулярной формации.
Таким образом, результаты анализа суммарной биоэлектрической активности коры головного мозга, являющейся показателем корково-подкорковых взаимоотношений у военнослужащих в различных условиях прохождения военной службы по контракту отражают десинхро-низацию деятельности центральной нервной системы. У военнослужащих, принимавших участие в грузино-осетинском конфликте, корково-подкорковые взаимоотношения выражаются в преобладании тормозных процессов, являющихся признаком утомления и снижения эффективности деятельности ЦНС. У военнослужащих 1-й группы доминируют возбудительные процессы, свидетельствующие о повышении функциональной активности коры головного мозга. Де-синхронизация лежит в основе большинства вегетативных расстройств, составляющих физиологическую основу развития нейрофизиологического и психоэмоционального стресса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Медведев В. И. Функциональные состояния человека. - СПб.: Наука, 1993.
2. Новикова Л. А. Электроэнцефалография и ее использование для изучения функционального состояния мозга //Естественные основы психологии. -М.: Педагогика, 1978. - С. 155-177.
3. Данилова Н. Н. Гамма-осцилляции в когнитивной деятельности человека // XXX Всероссийское совещание по проблемам высшей нервной деятельности: тезисы. - СПб., 2000. - С. 78.
4. Русинов В. С. Биопотенциалы мозга человека. - М.: Наука, 1987.
5. Вейн А. М., Дюкова Г. М., Воробьева О. В., Данилов А. Б. Панические атаки. - СПб.: Институт медицинского маркетинга, 1997.
6. Knott V. J., Bakish D., Lusk S. Quantitative EEG correlates of panic disorder // Psychiatry Res. - 1996. -V.68, № 1. - P.31-39.
7. Данилова Н. Н., Ханкевич А. А. Гамма - ритм в условиях различения временных интервалов // Вестник Моск. ун-та. Сер.14. Психология. - 2001. - №1. - С. 51 - 64.
8. Синячкин М. С. Сравнительное психофизиологическое исследование мигрени и панических атак: Дис... канд. мед. наук -М., 1996.
Об авторах
Бутова Ольга Алексеевна, Ставропольский государственный университет, доктор медицинских наук, профессор, академик Российской экологической академии, член European Anthropological Association, почетный работник высшего профессионального образования РФ, заслуженный профессор СГУ, заведующая кафедрой анатомии, физиологии и гигиены человека и животных СГУ. Автор 229 научных и методических работ в международных, центральных и региональных изданиях. Сфера научных интересов - нейроэндокринные механизмы адаптации, клиническая физиология. olga_butova@mail.ru
Гришко Елена Анатольевна, Ставропольский государственный университет, кандидат медицинских наук, доцент кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека и животных СГУ. Сфера научных интересов - функциональная конституционология, нейроэндокринные механизмы адаптации. serdukova008@mail.ru
