13Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН № 5 (49) 2012
МЕДИЦИНА
УДК 612.084
ЗАВИСИМОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНДЕКСА И АМПЛИТУДЫ ОСНОВНЫХ БИОРИТМОВ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ ОТ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КИСЛОРОДОМ ГОЛОВНОГО МОЗГА
У ДЕТЕЙ 8-12 ЛЕТ
Х.Х. ДАДАЕВА, И.Х. БОРУКАЕВА
ФГБОУ ВПО Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173 E-mail: bsk@kbsu.ru
На основании проведенного обследования охарактеризована особенность распределения индекса и амплитуды основных биоритмов электроэнцефалограммы у детей 8-12 лет. Выявлена взаимозависимость биоэлектрической активности головного мозга и состояния функциональной системы дыхания, обеспечивающей адекватным количеством и качеством кислорода головной мозг.
Ключевые слова: амплитуда электроэнцефалограммы, индекс электроэнцефалограммы, функциональная система дыхания, обеспечение головного мозга кислородом.
Биоэлектрическая активность различных областей коры головного мозга претерпевает ряд существенных изменений в процессе индивидуального развития, что обусловлено ге-терохронностью созревания коры и подкорковых образований и различной степенью участия этих структур мозга в формировании электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [1, 2, 3].
Уровень локальной синхронизации потенциалов корковых нейронов является фактором, определяющим величину амплитуды волн ЭЭГ. Установлено, что 90% величины амплитуды определенного участка коры зависит от активности нейронов, что составляет примерно 10% от числа всех нейронов, определяющих амплитуду в данной области [4]. Несмотря на то, что в настоящее время описана общая тенденция возрастных изменений ЭЭГ головного мозга, остаются недостаточно охарактеризованными особенности распределения индекса и амплитуды основных биоритмов ЭЭГ у детей 8-12 лет [5, 6, 7, 10].
Основное назначение функциональной системы дыхания (ФСД) - обеспечение соответствия поэтапного процесса массопереноса респираторных газов метаболическим потребностям организма, то есть доставки кислорода в зависимости от кислородного запроса тканей, и выведение избытка образовавшегося углекислого газа. Процесс массопереноса кислорода и углекислого газа составляет объект системы дыхания, на него влияет центр управления системы - центральная, вегетативная и эндокринная системы с их рабочими органами: грудной клеткой и легкими, системами кровообращения, кроветворения и тканевыми механизмами, обеспечивающими доставку кислорода к митохондриям и утилизацию в них кислорода [8, 9].
Таким образом, особенности биоэлектрической активности головного мозга должны являться отражением состояния функциональной системы дыхания, обеспечивающей головной мозг адекватным его потребностям кислородом. Выявление этой зависимости у детей 8-12 лет определило актуальность данного исследования.
Целью исследования явилось выявление взаимозависимости распределения индекса и амплитуды основных биоритмов электроэнцефалограммы от состояния функциональной системы дыхания у детей 8-12 лет.
Материалы и методы исследования
Нами были обследованы 65 практически здоровых детей 8-12 лет, находящихся на санаторно-курортном лечении в ГУ БРДСРЦ «Радуга». Регистрация биопотенциалов различных участков коры головного мозга проводилась на электроэнцефалографе Epas 29/40/44/64/128 Schwarzer (Германия, 2007) с топографическим отображением результатов в виде гистограмм и карт (brain-mapping) в правых и левых затылочных (О1,О2), теменных (Р3,Р4), центральной (Cz), височных (Т3,Т4) и лобных (F3,F4) долях коры головного мозга.
Обследование включало запись так называемой «фоновой электроэнцефалограммы» (или «электроэнцефалограммы покоя») и запись электроэнцефалограммы при проведении функциональных нагрузок: проба открывания и закрывания глаз, ритмичное световое раздражение, проба с гипервентиляцией.
Состояние функциональной системы дыхания определялось по методике А.З. Колчин-ской (2004): дыхательный объем (ДО) и минутный объем дыхания (МОД), частота дыхания (ЧД) - с помощью волюметра VEB MEDIZINNECHNIK (Германия, 2003), потребление кислорода - по Дуглас-Холдейну, содержание кислорода во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном воздухе - на газоанализаторе «ИНСОВТ» (Санкт-Петербург, 2004), артериальное давление (АД) - по методике Н.С. Короткова, частота сердечных сокращений (ЧСС) и насыщение артериальной крови кислородом (SaO2) - на аппарате пульсоксиметр «Oxyshuttle» фирмы «Sensor-Medicus» (США), определение минутного объема крови - по формуле Старра (2001). Показатели кислородного режима организма рассчитывались экспертной системой оценки состояния организма здоровых детей 8-12 лет.
Статистическая обработка результатов проводилась в соответствии с правилами математической статистики с использованием программ «Microsoft Excel» и «Statistica 6,0» для «Windows». При проведении параметрического анализа использовался парный и непарный t-критерий Стьюдента.
Результаты и их обсуждение
Исследование биоэлектрической активности различных отделов коры головного мозга у детей 8-12 лет было начато с регистрации и анализа ЭЭГ в условиях покоя (сидя с закрытыми глазами) при нормальном барометрическом давлении и нормальном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе (20,9%). Биоэлектрическая активность оценивалась по индексу и амплитуде альфа-, бета-, тета- и дельта-ритмов, по средней частоте электрических колебаний в лобных, височных, теменных, центральной и затылочной долях коры обоих полушарий головного мозга.
Полученные средние значения индексов и амплитуды указанных ритмов ЭЭГ детей и их изменения приведены на рисунке 1.
Доминирующим ритмом на ЭЭГ детей этого возраста является дельта-активность. Индекс дельта-волн в различных долях коры головного мозга находится в пределах 29-48%. Амплитуда дельта-колебаний достаточно высокая - от 40-60 мкВ.
Наиболее высокая активность дельта-ритма отмечается в лобных долях, особенно в левой доле (45,61±3,01%). Дельта-активность (индекс и амплитуда дельта-ритма) убывает в продольном фронтально-окципитальном направлении.
Во всех других областях коры головного мозга детей значения индекса и амплитуды мало отличаются друг от друга (р>0,05).
Индекс второго медленного компонента ЭЭГ - тета-ритма, значение которого колеблется от 21 до 29%, распределяется в фронтально-окципитальном направлении довольно равномерно, хотя его значение наиболее высокое в центральной доле. Амплитуда тета-
ритма несколько ниже, чем дельта-колебаний. Она также относительно одинакова в разных долях коры головного мозга.
отведенияЭЭГ
Рис. 1. Индекс и амплитуда ритмов ЭЭГ у детей 8-12 лет при нормоксии
Следует подчеркнуть, что средние значения доминирующего у взрослых лиц альфа-ритма у детей 8-12 лет не превышают 38%. Такой индекс отмечается только в теменных долях коры. В левой фронтальной доле индекс альфа-ритма самый низкий и составляет в среднем 18,3±2,47%. В правой фронтальной доле он также ниже, чем в других долях коры, но несколько выше, чем в левой лобной доле. Амплитуда около 30-50 мкВ.
Амплитуда альфа-ритма увеличивается в продольном направлении от фронтальных до окципитальных долей коры, причем она достигает в теменных и центральной долях наибольших значений, оставаясь в затылочных долях более высокой, чем в лобных долях коры.
У детей 8-12 лет наиболее низким индексом и амплитудой отличается самый быстрый по частоте бета-ритм. Индекс бета-ритма во всех исследуемых долях коры находится в пределах 2,7-4,8%, а амплитуда самой низкой - порядка 14 мкВ. Распределение бета-ритма в продольном направлении почти не изменяется, индекс бета-ритма оказывается несколько более высоким в левой височной и левой затылочной долях (4,68±0,24% и 4,95±0,30% соответственно).
Если суммировать индексы активности медленных колебаний тета- и дельта-ритмов и индексы активности быстрых колебаний - альфа- и бета-ритмов, то оказывается, что суммарная медленная активность составляет свыше 60-70% биопотенциалов ЭЭГ различных отделов коры головного мозга у детей 8-12 лет. Альфа-ритм у детей младшего школьного возраста еще не является преобладающим.
Проанализировав полученные результаты, мы выявили, что у детей данной возрастной группы отмечаются электроэнцефалограммы двух типов. К первому типу относятся кривые, отличающиеся большей выраженностью медленных колебаний и неравномерностью альфа-волн.
Ко второму, реже встречающемуся в этом возрасте типу, относятся кривые с четко выраженным преобладанием альфа-колебаний и их высокой амплитудой, особенно в затылочных, теменных и центральных отделах коры больших полушарий (70-100 мкВ).
Суммируя вышеприведенные данные, можно заключить, что у детей 8-12 лет преобладание медленных биоритмов на ЭЭГ отмечается во всех долях коры головного мозга. Оно более выражено в лобных и менее выражено в теменных долях.
При изучении состояния функциональной системы дыхания обследованных детей были выявлены следующие изменения. Дыхательный и минутный объем дыхания, альвеолярная вентиляция и ее доля в минутном объеме дыхания обеспечивали адекватное потребностям организма детей количество поступающего кислорода. Частота сердечных сокращений, ударный и минутный объемы сердца у обследованных детей были в пределах возрастной нормы. Не страдала также дыхательная функция крови, о чем свидетельствовало содержание гемоглобина в крови до 133,5±1,6 г/л, кислородная емкость крови - до 181,6±2,1 мл/л, насыщение кислородом артериальной крови - до 98,3±0,4%, содержание кислорода в артериальной крови - до 178,5±0,8 мл/л (табл. 1).
Таблица 1.
Показатели функциональной системы дыхания у детей 8-12 лет
Показатели Контрольная группа (п=60) Обследованные дети (п=65)
МОД, мл/мин. 5000,3±32,3 5050,8±21,3
ДО, мл 263,8±13,5 280,6±6,0
АВ, мл/мин. 3952,2±28,1 4002,0±25,4
АВ/МОД, % 78,2±1,2 79,6±1,1
МОК, мл/мин. 3634,2±24,8 3900,4±13,3
УО, мл 45,9±1,8 49,5±1,0
Нв, г/л 138,0±1,2 133,7±1,3
КЕК, мл/л 184,9±3,3 181,6±2,1
SaO2, % 98,0±1,0 98,3±0,4
Са02, мл/л 183,9±4,4 178,5±0,8
ПО2 , мл/мин. 147,0±3,1 168,4±1,4
* - р<0,05 по сравнению с показателями контрольной группы.
В результате этого кислородный режим организма обследованных детей не страдал, о чем свидетельствовали не измененные вентиляционный и гемодинамический коэффициенты и кислородный эффект дыхательного и сердечного циклов.
Заключение
Полученные результаты исследования наглядно показали, что у детей 8-12 лет преобладает индекс медленноволновой активности (дельта- и тета-ритмов). Амплитуда дельта-волн довольна высокая во всех отведениях, особенно в лобных долях. Альфа-ритм не является доминирующим у данной группы, в отличие от лиц зрелого возраста. У детей 8-12 лет наиболее низким индексом и амплитудой отличается бета-ритм. Нами выявлено, что у детей 8-12 лет наблюдаются ЭЭГ двух типов. Первый тип характеризуется значительным числом медленных волн в передних областях коры мозга, тогда как в затылочно-теменных отделах регистрируется медленная активность типа дельта- и тета-колебаний в сочетании с ритмами альфа-диапазона. Второй тип кривых ЭЭГ - с преобладанием альфа-колебаний высокой амплитуды, особенно в затылочно-теменных и центральных отделах коры мозга и менее выраженной активностью медленных волн.
Проведенные исследования показали, что особенности биоэлектрической активности головного мозга напрямую зависят от состояния функциональной системы дыхания, обеспечивающей адекватную потребностям головного мозга скорость потребления кислорода, насыщение и напряжение кислородом артериальной крови.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бездудная Т.Г. Структурно-функциональная модель организации фоновой ритмической активности мозга / Проблемы нейрокибернетики. Материалы XII международной конференции по нейрокибернетике. Изд. Сев.-Кавказ. науч. центра высшей школы. Ростов-на-Дону, 1999.-С. 12-15.
2. Боголепов Н.Н., Фокин В.Ф. Функциональная межполушарная асимметрия // М: Научный мир, 2004. 728 с.
3. Бурых Э.А. Взаимоотношения гипокапнии, гипоксии, мозгового кровотока и электрической активности мозга при произвольной гипервентиляции у человека // Российский физиологический журнал, 2007. Т. 93. № 9. С. 982.
4. Вовенко Е.П., Соколова И.Б., Лощагин О.В. Диффузия кислорода через стенку ве-нул коры головного мозга при дыхании чистым кислородом // Российский физиологический журнал, 2002. Т. 88. № 3. С. 372.
5. Возрастная физиология. Руководство по физиологии. Санкт-Петербург: Наука, 2003. С. 191-194.
6. Долова Ф.В., Шаов М.Т., Иванов А.Б. Изменение биоэлектрических показателей и напряжения кислорода коры головного мозга при ступенчато-импульсной гипоксии // Гипоксия, 1998. № 2. С. 40.
7. Иванов А.Б. Биоэлектрическая активность, кровенаполнение и снабжение кислородом коры головного мозга детей и подростков при гипоксии // Автор. диссертации на соискание учен. ст. доктора биол. наук. Краснодар, 2002. С. 40.
8. Колчинская А.З. Кислородные режимы организма ребенка и подростка. Киев: Нау-кова думка, 1973. 320 с.
9. Маньковская И.Н. Режимы массопереноса кислорода в тканях и факторы, их определяющие // Вторичная тканевая гипоксия. Киев: Наукова думка, 1980. С. 14-30.
10. Семченко В.В., Степанов С.С., Боголепов Н.Н. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты). Омск, 2008. 408 с.
THE DEPENDENCE OF THE DISTRIBUTION OF THE INDEX AND THE AMPLITUDE OF THE MAIN BIORHYTHMS OF ELECTROENCEPHALOGRAM FROM THE OXYGEN SUPPLY OF THE BRAIN IN CHILDREN OF 8-12 YEARS
H.H. DADAEVA, I.H. BORUKAEVA
Kabardin-Balkar State University named after H.M. Berbekov 360004, Nalchik, 173, Chernyshevsky street E-mail: bsk@kbsu.ru
On the basis of the survey the authors described the feature of the distribution of the index and the amplitude of the electroencephalogram of the children of 8-12 years. They found the interdependence of bioelectric brain activity on the condition of the functional of the respiratory system, ensuring adequate quality and quantity of oxygen supply to the brain.
Key words: amplitude of the electroencephalogram, index of electroencephalogram, functional respiratory system, providing the brain with oxygen.
Работа поступила 13. 08. 2012 г.
