Энергетическое состояние головного мозга у молодых жителей Арктической зоны Российской Федерации

Методы и методика исследования. Основу настоящей работы составили 3
серии исследований, проведенных у молодых людей 30-34 лет (основная группа)
и 18-22 лет (группа сравнения), родившихся и постоянно проживающих в
условиях Приполярья (Архангельск, Архангельская область). Группа 30–34 лет –
представители профессионально однородных контингентов. Группа 18–22 лет –
студенты очной формы обучения II–V курсов Северного государственного
медицинского университета (г. Архангельск). Возрастная группа 30-34 лет
характеризуется относительным равновесием всех систем организма. Группа
сравнения была обследована для более объективной оценки компенсаторно-
приспособительных изменений энергометаболизма, происходящих к 30-34 годам.
На момент исследования испытуемые отмечали физическое, психическое и
социальное благополучие; не принимали лекарственные препараты. Критериями
исключения были: наличие в анамнезе хронических заболеваний, психических
расстройств, перенесенные черепно-мозговые травмы, нейроинфекции,
менструальная фаза цикла у женщин.
При сборе материала соблюдались все необходимые условия для
составления выборок: исследование проводилось в первой половине дня, через
1,5-2 часа после приема пищи и 15-минутного отдыха, в условиях относительного
покоя в специально оборудованном кабинете с комфортным температурным
режимом. Каждый участник подписывал форму информированного согласия на
обследование, согласно Хельсинской декларации, регламентирующей проведение
научных исследований.
I серия исследований включала в себя регистрацию, обработку и анализ
УПП с помощью аппаратно-программного 5-канального диагностического
комплекса «НейроКМ» (Рег. удостоверение № ФСР 2009/ 0537 сертификат
соответствия №РОСС RU. ИМ 25. ВО2563) у 91 человека 30-34 лет (44 мужчины
и 47 женщин) и у 89 человек 18-22 лет (47 юношей и 42 девушки). Благодаря
наличию специальных методов анализа и топографического картирования УПП с
помощью данного оборудования оценивали энергообмен отдельных областей
коры головного мозга и суммарный церебральный метаболизм (Фокин В.Ф.,
Пономарева Н.В.,2001). Регистрация УПП проводилась монополярно с помощью
неполяризуемых хлорсеребряных чашечковых электродов “EE-G2”- активного и
“ЭВЛ-1-М4”- референтного. Активные электроды располагали по международной
схеме «10–20%» вдоль сагиттальной линии – в лобной (Fz), центральной (Cz),
затылочной (Oz) областях, а также в правом и левом височных отделах (Тd, Тs).
Референтный электрод накладывали на запястье левой руки. Запись УПП
осуществлялась через 5–7 минут после наложения на точки головы активных
электродов, а на запястье левой руки манжеты с насыщенным (30%) раствором
NaCl с постоянным контролем значений кожного сопротивления в местах
отведения УПП. Полученные данные обрабатывались с помощью программного
обеспечения с построением карты распределения УПП. Характеристики
распределения УПП сравнивались со среднестатистическими нормативными
значениями для определенных возрастных периодов, встроенных в программное
обеспечение комплекса «Нейро-КМ» (Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., 2003). Для
определения межэлектродной разности между монополярными отведениями,
градиентов и усредненных значений УПП использовалась программа
электронных таблиц Microsoft Excel 2003.
Во II серии исследований для выявления взаимосвязеймежду
церебральными энергопроцессами и вегетативным гомеостазом проводилась
регистрация УПП головного мозга и показателей ВСР у 63 человек 30-34 лет (30
мужчин и 33 женщины).
Вегетативный гомеостаз оценивали по параметрам ВСР с помощью
программно-аппаратного диагностического комплекса«ВНС-спектр» (ООО
«Нейрософт», Россия) в состоянии покоя и при пассивной ортостатической
пробе. Длительность записи в положении лежа составляла 5 минут. Затем
поднимали головной конец поворотного стола на 60° для максимального
исключения влияния на гемодинамику реакции скелетных мышц. После поворота
стола изучаемые параметры ВСР регистрировали в течение 5 минут.
Исследование вегетативного гомеостаза включало изучение временных и
частотных параметров ВСР с оценкой вегетативного тонуса, реактивности и
обеспечения. Функциональные изображения головного мозга и вегетативные
показатели были получены в ходе одного и того же сеанса исследований.
В III серии исследований для изучения особенностей сезонных реакций
церебрального энергометаболизма у одних и тех же 49 испытуемых (24 мужчины
и 25 женщин), в осенний (октябрь), в зимний (декабрь), весенний (март) и летний
(июнь) сезоны года проводилась регистрация УПП головного мозга.
Статистический анализ полученных результатов проводился с помощью
пакета программ IBM SPSS Statistics 26. Критический уровень значимости (р) при
проверке статистических гипотез принимался за 0,05. Вычислялась одномерная
описательная статистика для каждого из показателей, проводилась оценка
распределений признаков на нормальность по критерию Shapirо-Wilk.
Переменные имели ненормальное распределение. Для сравнения групп
применялся непараметрический критерий Манна-Уитни, внутригрупповые
сравнения проводились помощью критерия знаковых рангов Вилкоксона. При
проведении множественных попарных сравнений критический уровень
значимости подвергался корректировке с помощью поправки Бонферрони: α
корректир.= α/m, где α =0,05, m число сравнений. При анализе сезонных
изменений число попарных сравнений (m) равнялось 5. Различия считались
достоверно значимыми при уровне р<0,01. Результаты непараметрических методов обработки данных представлялись в виде медианы, первого и третьего квартилей (Mе(Q1;Q3)). Для исследования взаимосвязей изучаемых переменных использовался корреляционный анализ с расчетом коэффициента корреляции Спирмена и его статистической значимости (р<0,05-0,001). Для каждой обследуемой группы на каждом этапе исследования были построены корреляционные матрицы и проведен их полный сравнительный анализ. Результаты исследования и их обсуждение. При исследовании энергообменных процессов головного мозга у жителей Арктической зоны РФ в возрасте 18-22 и 30-34 лет были выявлены возрастно- половые особенности и изменения, происходящие у молодых людей к 30-34 годам. К 30-34 годам происходит снижение интенсивности энергообменных процессов в коре головного мозга, что находит свое отражение в снижении УПП в монополярных отведениях и усредененного УПП (рис.1). А)ЮношиМужчиныБ)ДевушкиЖенщины 2018,5220 15,8514,91*15,11*15,97* 14,67 1515 14,18*17,0414,75*11,738,25* 10,65* 10107,68* 7,112,28 9,89,8610,26,62 566,925 6,19 002,012,94 TsFzCzOzTdXср.TsFzCzOzTdХср. Рисунок 1 - Распределение УПП по монополярным отведениям и усредненному УПП у мужчин и юношей (А), женщин и девушек (Б)- жителей Арктической зоны (мВ). Примечание: * - отмечены статистически значимые отличия в группах исследования (p<0,05) Наибольшее снижение УПП как у мужчин, так и у женщин 30-34 лет, по сравнению с юношами и девушками 18-22 лет, отмечается в височных отведениях: на 53,1% в правом (Td), на 57,7% в левом височном отведении(Ts) у мужчин и на 64,6% и 73,8% соответственно у женщин. Снижение усредненного УПП(Хср.) у мужчин отмечается на 32,5%, у женщин – на 37,4%. По отношению к нормативам у мужчин все монополярные отведения и Хср. выше нормативных за исключением височных отделов, у юношей все показатели УПП превышают норму. Показатели УПП в правой височной области (Td) ниже нормативных значений на 15,5%, в левой – на 42,9%. Более выраженное снижение УПП в левой височной области связано с доминированием энергообмена в правом полушарии у мужчин. У женщин и девушек прослеживается единая направленность распределения УПП по отношению к нормативным значениям, за исключением усредненного УПП, который у девушек превышает нормативные значения на 4%, а у женщин ниже нормы на 23,7%. Снижение УПП у женщин по отношению к нормативам отмечается в левой височной области (Ts) – на 80,9% и правой (Td) – на 64,1%; тогда как у девушек снижение УПП в данных отведениях отмечалось на 26,9% (Ts) и 12,2% (Td) соответственно. Показатели УПП в лобном отведении и усредненный УПП у лиц мужского пола обеих возрастных групп статистически выше аналогичных показателей женщин и девушек, что свидетельствует не только о высокой интенсивности церебрального энергообмена у лиц мужского пола в целом, но и лобных отделов, ответственных за произвольный контроль, регуляцию и планирование деятельности. Одним из основных факторов, указывающих на нормальность распределения церебральных энергообменных процессов, является соответствие распределения УПП по коре головного мозга принципу «куполообразности» (В.Ф.Фокин, Н.В.Пономарева, 2003), когда основной максимум УПП приходится на центральное отведение и плавно снижается к периферии. Значения постоянного потенциала по пяти монополярным отведениям в группе лиц мужского пола соответствуют принципу «куполообразности» (рис.1). У лиц женского пола наблюдается некоторое «искажение» данной модели из-за высоких значений УПП в затылочном (Oz) отведении. Суммарный показатель энергозатрат по всей коре головного мозга характеризует его функциональную организацию (В.Ф.Фокин, Н.В.Пономарева, 2003). У мужчин и юношей, проживающих в условиях Арктического региона, отмечаетсяинтенсификацияэнергометаболизма(Sumюн=75,54мВ; Sumмуж=50,99мВ) как отражение синдрома «адаптационного профицита» церебрального энергообмена (Грибанов А.В. с соавт.,2018). У девушек суммарные показатели УПП незначительно превышают норму (Sumдев=53,24мВ), а у женщин значительно ниже (Sumжен=33,09мВ) показателей мужчин-северян и нормативных значений, то есть формируется «адаптационный церебральный гипометаболизм», вероятно, связанный с возрастной экономизацией вегетативных функций, направленных в том числе и на уменьшение нагрузки на системы, обеспечивающие энергообмен (Гришин О.В.,Устюжанинова Н.В., 2010). Медиана межвисочного градиента (TdTs) у всех групп исследования меньше 1 мВ, следовательно, основной процент участников – лица с тесным межполушарным взаимодействием. Причем у лиц обоего пола 30-34 лет и девушек 18-22 лет преобладает энергообмен в правом, а у юношей 18-22лет – в левом полушарии. Правополушарное доминирование со сглаживанием межполушарной асимметрии может свидетельствовать об увеличении межполушарных связей, включении коры обоих полушарий в адаптивные перестройки функциональных систем организма (Боголепова И.Н. с соавт., 2017). Для изучения особенностей церебрального энергообмена у лиц 30-34 лет с разным типом межполушарной асимметрии было сформировано 4 подгруппы: 23 мужчины с право- и 21 – с левополушарным доминированием; 24 женщины с право- и 23 – с левополушарным доминированием церебрального энергообмена. У мужчин с левополушарным доминированием регистрируются высокие значения УПП в центральном (Cz), а также в затылочном (Oz) и левом височном отведениях (Ts). У мужчин с правополушарным доминированием наибольшие монополярные значения УПП регистрируются в центральном (Cz) и лобном (Fz) отведениях. У женщин с левополушарной асимметрией наибольшая интенсивность энергетических процессов отмечается по сагиттальной линии, при этом значения УПП в затылочном отведении (Oz) превышают значения во фронтальной (Fz) и центральной области (Cz). У лиц женского пола с правополушарной асимметрией наибольшие показатели УПП отмечаются в центральной (Cz), затылочной (Oz) и правой височной (Td) областях. У женщин с левополушарным доминированием во всех монополярных отведениях УПП регистрируются положительные значения. У женщин с правополушарным доминированием уровень потенциала в левом височном отведении ниже нуля (Ts= - 0,74мВ), что указывает на формировании в этой области энергодефицита. У мужчин и в определенной степени у женщин с правополушарной асимметриейраспределениецеребральныхэнергетическихпроцессов соответствуют принципу «куполообразности». У лиц мужского пола с левополушарным доминированием нарушение «куполообразности» происходит за счет высоких значений УПП в левой височной области (Ts); у женщин с левополушарным доминированием – за счет высоких значений УПП в затылочной области (Oz ) относительно центральной (Cz). В состоянии покоя у лиц обоего пола преобладает тонус парасимпатической нервной системы с более выраженным вагусным воздействием у женщин. Считается, что лица, обладающие ваготоническим типом вегетативной регуляции, проявляют энергетически более экономный характер функционирования систем организма (Бушов Ю.В., Несмелова Н.Н., 1994),определяющий повышенную устойчивость к действию факторов различной физической природы. При проведении пассивной ортостатической пробы и у мужчин, и у женщин наблюдается нормальная реактивность парасимпатической нервной системы. Вегетативноеобеспечениеумужчинсопровождаетсявключением симпатического отдела вегетативной нервной системы (ВНС) в ответ на нагрузку, у женщин сохранен резерв парасимпатической регуляции. В состоянии покоя у мужчин основной процент корреляционного взаимодействия параметров ВСР и УПП приходится на правое височное отведение (число значимых корреляций от числа возможных – 14). При проведении ортостатической пробы число значимых корреляций увеличивается до 16, и основной процент корреляционных связей приходится также на правое височное отведение. Причем положительные корреляции УПП в Td отмечаются с параметрами симпатической активности ВСР как в покое,так и при нагрузке. Вегетативное обеспечение деятельности при нагрузках с активацией симпатического отдела ВНС отмечается при высоком уровне церебрального энергообмена в состоянии покоя. У женщин в состоянии покоя показатель активности симпатической нервной системы коррелирует с параметрами УПП в центральном отведении, усредненным и суммарными показателями УПП, а парасимпатической (pNN50,%; Mo) – с параметрами УПП в лобном отведении. При этом количество значимых корреляций УПП и ВСР – 9. При ортостатической пробе число значимых корреляций увеличивается до 102, причем показатель вегетативной реактивности (К30:15) и параметры парасимпатической активности коррелируют с параметрами УПП во фронтальной области, у показателя вегетативного обеспечения (LF/HF) при нагрузке отмечаются положительные корреляционные взаимосвязи с параметрами УПП в правой височной, отрицательные – с лобной областями. «Экономизация» церебрального энергообмена в покое наблюдается при более автономном функционировании физиологических систем организма, тесном взаимодействии коры головного мозга и вегетативной нервной системы при нагрузке для обеспечения адаптации внутренней среды организма к изменяющимся условиям внешней среды. Отсутствие «сильных» корреляционных связей (r>0,7) как у
мужчин, так и у женщин между параметрами УПП и ВСР в покое и при нагрузке
может быть обусловлено пластичностью процессов регуляции функций
организма.
Сезонные реакции церебрального энергообмена у северян имеют
особенности в зависимости от половой принадлежности. Наиболее
благоприятным сезоном был выявлен осенний период, когда значения УПП в
монополярных отведениях наиболее приближены к нормативам с соблюдением
принципа «куполообразности». У женщин «куполообразность» распределения
УПП отмечается в течение всех сезонов года, кроме летнего, у мужчин – кроме
зимнего и летнего.
Анализ монополярных значений УПП в течение года выявил увеличение
активности фронтальных структур с осени до лета у лиц обоего пола (рис.2).
УПП в височных отделах имеет наибольшие значения в зимний период с
дальнейшим падением до критического уровня в летний. Высокая активность
центральной области сохраняется на протяжении всех четырех сезонов. У мужчин
наименьшая активность затылочной области регистрируется в осенний период, у
женщин – в зимний; наибольшая – весной у лиц обоего пола.
3030Б)
А)
2020
1010
осеньзимавесналетоосеньзимавесналето
-10-10
-20-20
-30-30

FzCzOzFzCzOz
TdTsTdTs

Рисунок 2 – Сезонная динамика распределения УПП (мВ) у 30-34-летних жителей
Арктической зоны (А-мужчины, Б-женщины)
В течение всего года, за исключением весеннего периода, наиболее
активный энергообмен наблюдается в правом полушарии. Преобладание
энергообмена в левом полушарии весной предположительно может быть связано
с увеличением уровня освещенности, так как при этом активируется левое
полушарие (Semmes J. et al.,1968). Имеются данные, что в левом полушарии у
«правшей» преобладают короткоаксонные связи, а в правом – интеррегионарные
(Goldberg E. et al., 1981). В связи с этим левое полушарие обеспечивает лишь
локальную обработку информации, а правое полушарие способно активировать
всю кору в целом (Heilman K.M. et al., 1980), реализуя процессы сезонной
адаптации в условиях северных широт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Таким образом, в результате долговременной климатической адаптации у
проживающих на Арктической территории к 30-34 годам происходят изменения
функциональной организации головного мозга, что находит свое отражение в
особенностях энергообмена, его адаптивных перестройках, функциональной
межполушарной асимметрии, взаимосвязи нейроэнергометаболизма с вегетативным
гомеостазом, половых различиях. Важная роль при этом принадлежит стратегии
адаптации.
Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие
выводы:
1.Проявленияэкологическойадаптированностицеребрального
энергообмена как результат долговременной адаптации человека к Арктическим
условиям зависят от стратегий адаптации, различных у мужчин и женщин.
2.Энергетическое состояние головного мозга у мужчин характеризуется
высоким уровнем обменных процессов, более выраженных в центральном и
фронтальном отделах коры головного мозга. Для женщин характерна
«экономизация»энергообменныхпроцессовсболеевыраженным
энергометаболизмом в центральной и затылочной областях.
3. У лиц обоего пола наблюдается сглаживание межполушарной асимметрии
с незначительным преобладанием энергообмена в правом полушарии, что
сопровождается наиболее оптимальным распределением УПП с соблюдением
принципа«куполообразности».Следовательно,тесноемежполушарное
взаимодействие с преобладанием энергообмена в правом полушарии можно
рассматривать как одно из проявлений экологической адаптированности у жителей
Арктических широт.
4. У молодых жителей Арктической зоны преобладает тонус
парасимпатического отдела вегетативной нервной системы и нормальная его
реактивность при нагрузке; вегетативное обеспечение у мужчин осуществляется
за счет симпатической нервной системы, у женщин – за счет сохранения резерва
парасимпатической регуляции.
5. У мужчин наибольшее число корреляций параметров ВСР в состоянии
покоя и после нагрузки отмечается с параметрами УПП в правом височном
отведении. Повышение значений УПП в этом отведении сопровождается
усилением симпатической активности в покое и при нагрузке.
6. У женщин в покое показатели УПП в центральном отведении и
суммарные значения УПП имеют корреляционное взаимодействие с параметром
симпатической активности, показатели УПП в лобном отведении – с
парасимпатической. И при нагрузке в 11 раз увеличивается число значимых
корреляционных связей между параметрами УПП и ВСР, необходимых для
обеспечения деятельности организма в измененных условиях внешней среды, что
свидетельствует о тесном взаимодействии энергетического состояния коры
головного мозга и надсегментарного уровня вегетативной нервной системы.
7. Вегетативное обеспечение деятельности при нагрузках с активацией
симпатического звена вегетативной нервной системы наблюдается при высоких
показателях нейроэнергометаболизма в состоянии покоя. При исходном низком
уровне церебрального энергообмена вегетативное обеспечение деятельности при
нагрузках происходит за счет сохранения резерва парасимпатической активности.
8. Сезонные изменения энергетических процессов отмечаются в лобной,
височных и затылочной областях коры головного мозга. Высокая активность
центральной области сохраняется во все сезоны года. Активность фронтальной
коры нарастает с осени, достигая максимума в летний период. В височных
отведениях наиболее высокие значения УПП фиксируются в зимний период,
наименьшие – в летний. У мужчин наименьшая активность затылочной области
регистрируется в осенний период, у женщин – в зимний; наибольшая отмечается
весной у лиц обоего пола.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Результаты исследования церебральных энергетических процессов
рекомендуется использовать для экспресс-оценки функционального состояния
организма у молодых жителей Арктической зоны РФ.
2. Оценку значений УПП головного мозга следует проводить с учетом
половой принадлежности, типа межполушарной асимметрии и сезона проведения
исследований.
3. Аномальные значения церебрального энергообмена у лиц обоего пола
могут свидетельствовать о нейрофизиологической нестабильности, причем
высокие показатели УПП следует ожидать у мужчин, низкие – у женщин.
Перспективы дальнейшей разработки темы. Дальнейшие исследования
могут быть направлены наизучение сезонной динамики церебрального
энергообмена, вегетативного гомеостаза и их взаимоотношений у молодых людей
с разным типом межполушарной асимметрии.