Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Возрастные особенности биоэлектрической активности головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Возрастные особенности биоэлектрической активности головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии"

На правах рукописи

Дадаева Хеда Халитовна

ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА У ДЕТЕЙ, ПОДРОСТКОВ И ЮНОШЕЙ В УСЛОВИЯХ НОРМОКСИИ И ГИПОКСИИ

03.03.01 - Физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

19 ДЕК ДЛЗ

005544064

Майкоп-2013

005544064

Работа выполнена на кафедре нормальной и патологической физиологам ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова» Министерства образования и науки Российской Федерации

Научный руководитель: Борукаева Ирина Хасанбиевна

доктор медицинских наук

Официальные оппоненты: Водолажская Маргарита Геннадьевна

доктор биологических наук, профессор, ФГБУ «НИИ Экспериментальной медицины» СЗО РАМН, старший научный сотрудник

Беляев Николай Георгиевич

доктор биологических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», профессор кафедры анатомии и физиологии

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Северо-Осетинская государственная медицинская академия»

Защита диссертации состоится «27» декабря 2013 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.001.07 в Адыгейском государственном университете по адресу: 385000, Республика Адыгея, г. Майкоп, ул. Пионерская, 260, конференц-зал научной библиотеки АГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Адыгейский государственный университет», с авторефератом на сайте ВАК http://www.vak.ed.gov.ru и на сайте Адыгейского государственного университета www.adygnet.ru. E-mail: dissagu@yandex.ru

Автореферат разослан «26» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент H.H. Хасанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одной из основных задач современной физиологии является выявление функционального развития головного мозга и физиологических систем, обеспечивающих его нормальное функционирование и формирование когнитивных процессов на разных этапах развития человека. Получить представления о функциональной активности головного мозга стало возможным после открытий немецкого психиатра Ганса Бергера, впервые применившего метод электроэнцефалографии (ЭЭГ) для регистрации биоэлектрической активности головного мозга. ЭЭГ изучает биоэлектрические процессы в головном мозге человека в диапазоне частот от 0,5 до 35 Гц (И.С. Егорова, 1997; В.Н. Кирой, 1998; Н.К. Благосклонова, 2000; Л.Р. Зенков, 2004; О.М. Бахтин, Д.М. Лазуренко, 2012; Г.Н. Болдырева, Л.А. Жаворонкова, Е.В. Шарова, 2012).

Как известно, ЭЭГ отражает функциональную активность головного мозга, которая зависит от степени зрелости мозговых структур. Поэтому, очевидно, что по мере созревания различных структур ЦНС изменяется биоэлектрическая активность головного мозга, что нашло отражение во встречающихся в литературе данных о возрастных особенностях ЭЭГ у детей (Д.А. Фарбер, В.Ю. Вильдавский, 1996; Г.Н. Болдырева, Е.В. Шарова, И.С. Добронравова, 2000; Н.К. Благосклонова, М.А. Морозова, 2006; А.Т. Бондарь, А.И. Федотчев, 2006; Л.С. Соколова, Р.И. Мачинская, 2006; Г.Н. Болдырева, 2007; В.П. Леутин, Е.И. Николаева, 2008; Д.А. Фарбер, 2009; И.В. Вершинина, 2010).

В настоящее время имеется довольно много работ по изучению биоэлектрической активности головного мозга у лиц разного возраста (И.Е. Кануников, 2000; H.H. Боголепов, В.Ф. Фокин, 2004; Е.В. Антонова, 2005; О.М. Гриндель, 2007; Л.А. Жаворонкова, 2009; Т.Г. Бетелева, C.B. Синицын, Д.А. Фарбер, 2009; Г.Н. Болдырева, Л.А. Жаворонкова, Е.В. Шарова, 2012), однако, несмотря на широкое применение ЭЭГ, данные о биоэлектрической активности детей, подростков и юношей весьма противоречивы. В доступной литературе практически отсутствуют сведения об изменении амплитуды основных биопотенциалов ЭЭГ в процессе возрастного развития в условиях нормоксии и при действии кратковре-менной гипоксии, имеющиеся данные весьма противоречивы и разрознены.

Биоэлектрическая активность головного мозга является объективным интегральным показателем физиологической активности головного мозга (И.Е. Кануников, Е.В. Антонова, 2000; Н.К. Благосклонова, 2006; Л.С. Соколова, Р.И. Мачинская, 2006; Г.Н. Болдырева, Е.В. Шарова, И.С. Добронравова, 2009; Л.А. Жаворонкова, 2009; О.С. Бороздина, 2010; Д.В. Бердников, 2012), который находится в непосредственной зависимости от снабжения головного мозга кислородом. Обеспечение кислородом различных тканей, в том числе головного мозга, осуществляется функциональной системой дыхания. Функциональная система дыхания включает в себя ряд физиологических систем и механизмов, обеспечивающих оптимальную поэтапную доставку кислорода к органам и тканям для осуществления аэробного окисления в митохондриях по кислородному запросу и выведение образовавшегося

углекислого газа из организма (А.З. Колчинская, 2003).

Согласованная работа всех структур, образующих функциональную систему дыхания, обеспечивает оптимальный и наиболее эффективный кислородный режим организма, необходимый для нормального функционирования головного мозга (А.З. Колчинская, Т.Н. Цыганова, JI.A. Остапенко, 2003; А.Б. Иванов, 2013). Вышеперечисленное объясняет необходимость проведения детального изучения состояния всех звеньев функциональной системы дыхания и выявления особенностей кислородного режима организма у лиц разных возрастных групп.

Особенности кислородного режима организма и обеспечения головного мозга кислородом находят отражение в изменении биоэлектрической активности головного мозга (И.Б. Соколова, 1999; А.Б. Иванов, 2003; М.Г. Водолажская, H.A. Крючков, К.В. Шеховцова, 2003; М.Т. Шаов, О.В. Пашкова, Б.М. Суншева, 2010). Выявление этих закономерностей, особенно в возрастном аспекте, имеет большое теоретическое и практическое значение. Несмотря на то, что в литературе встречаются сведения о возрастных особенностях снабжения организма кислородом на разных этапах (Н.В. Лауэр, 1966; Е.А. Коваленко, 1997; А.Б. Иванов, 2003; А.З. Колчинская, ТЛ. Цыганова, JI.A. Остапенко, 2003; И.А. Лапин, Т.С. Мельникова, В.Ф. Войцех, 2008; H.A. Тушмалова, 2009; Т.С. Мельникова, 2010; Т.А. Рогачева, 2012), вопросы зависимости амплитуды основных биопотенциалов ЭЭГ от снабжения кислородом головного мозга у детей, подростков и юношей недостаточно освещены, носят фрагментарный характер, во многом противоречивы и неполны. Проведенные исследования не обеспечивают целостного представления о механизмах взаимосвязи биоэлектрической активности головного мозга от состояния всех структур функциональной системы дыхания и кислородного режима организма детей, подростков и юношей. Все это обусловливает необходимость комплексных исследований по выявлению взаимозависимости биоэлектрической активности головного мозга от обеспечения кислородом всего организма и коры головного мозга в возрастном аспекте.

Выявление зависимости состояния различных отделов головного мозга от кислородного режима организма имеет большое значение как для характеристики состояния функций головного мозга у здоровых детей, подростков и юношей, так и для диагностики предпатологических состояний, основным патогенетическим звеном которых является гипоксия (Ф.З. Меерсон, 1994; В .А. Березовский, 2000; Г.Н. Болдырева, Л.А. Жаворонкова, Е.В. Шарова, 2003; H.A. Агаджанян, P.M. Баевский, А.П. Берсенева, 2006; H.A. Агаджанян, 2006; Т.С. Мельникова, Т.А. Рогачева, H.A. Тушмалова, 2008; М.Т. Шаов, О.В. Пшикова, 2010; Э.А. Бурых, 2010). Поэтому, в последние годы актуальным направлением исследований в физиологии стало изучение влияния кратковременной гипоксии на биоэлектрическую активность головного мозга и функциональную систему дыхания.

Особенности биоэлектрической активности головного мозга и нейрофизиологических механизмов, обеспечивающих оптимальный кислородный режим, находят непосредственное отображение в формировании

когнитивных процессов (A.B. Лурия, 1973; Н.П. БехтереваД974; Д.А. Фарбер, 1996; Н.В. Дубровинская, Д.А. Фарбер, М.М. Безруких, 2000; J1.A. Жаворонкова, 2002; И.Е. Кануников, Е.В. Антонова, 2000; М.М. Безруких, Д.А. Фарбер, 2009; Д.А. Кошельков, Р.И. Мачинская, 2010; О .С. Бороздина, 2010; Р.И. Мачинская, Д.А. Фарбер, 2011). Поэтому поиск зависимости биоэлектрической активности головного мозга и когнитивных процессов от состояния функциональной системы дыхания и кислородного режима организма представляет современную актуальную и практически неизученную проблему.

Цель диссертационного исследования.

Изучить особенности биоэлектрической активности головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии.

Задачи исследования:

1. Охарактеризовать амплитуду и индекс основных биопотенциалов электроэнцефалограммы в различных областях коры головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии.

2. Изучить возрастные особенности изменения амплитуды основных биопотенциалов ЭЭГ в различных отведениях у детей, подростков и юношей в условиях гипоксии.

3. Определить показатели функциональной системы дыхания и кислородного режима организма детей, подростков и юношей при нормоксии и гипоксии и выявить зависимость биоэлектрической активности головного мозга от состояния функциональной системы дыхания и кислородного режима организма.

4. Провести анализ изменений умственной работоспособности у детей, подростков и юношей в условиях вдыхания воздуха с нормальным содержанием кислорода и при гипоксии и выявить ее зависимость от биоэлектрической активности головного мозга и кислородного режима организма.

Научная новизна работы. На основе комплексного подхода с использованием современных физиологических методов исследования детей, подростков и юношей впервые получены новые данные

о возрастных особенностях изменений амплитуды основных биопотенциалов ЭЭГ в различных областях коры головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии;

- о зависимости индекса и амплитуды основных биопотенциалов ЭЭГ от состояния функциональной системы дыхания и кислородного режима организма детей, подростков и юношей при нормальном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе и при гипоксии;

- о взаимозависимости умственной работоспособности, биоэлектрической активности головного мозга и особенностях кислородного режима организма детей, подростков и юношей при нормоксии и гипоксии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. У детей 8-12 лет и юношей 17-21 года преобладающими биоэлектрическими потенциалами ЭЭГ являются колебания в альфа-диапазоне с максимальными его значениями индекса и амплитуды в затылочных и

теменных отведениях. Подростковый период 13-16 лет характеризуется повышением медленноволиовой тета- и дельта-активности и снижением индекса и амплитуды альфа-ритма.

2. Наиболее чувствительными к гипоксии биопотенциалами ЭЭГ у детей и юношей являются альфа- и тета-ритмы; у подростков (13-16 лет) гипоксия привела к возрастанию индекса и амплитуды дельта-активности и уменьшению альфа-активности, что указывает на повышение влияния подкорковых структур в формировании биоэлектрической активности головного мозга в условиях гипоксии.

3. В подростковом периоде отмечается снижение скорости и интенсивности потребления кислорода, приводящие к развитию субкомпенсированной тканевой гипоксии, что находит отражение на ЭЭГ у лиц данной возрастной группы.

4. Наибольшей умственной работоспособностью отличаются дети 8-12 лет и юноши 19-21 года; у подростков 13-16 лет достоверно снижается умственная работоспособность в условиях нормоксии и гипоксии, что согласуется с изменениями функциональной системы дыхания и биоэлектрической активности головного мозга у лиц разного возраста.

Теоретическая значимость работы. Результаты настоящей работы существенно расширяют современные представления об особенностях функционального развития головного мозга и нейрофизиологических механизмах, влияющих на формирование когнитивных процессов в разные возрастные периоды развития. Исследования показателей всех звеньев функциональной системы дыхания у детей, подростков и юношей позволили выявить особенности кислородного режима их организма и определить зависимость биоэлектрической активности головного мозга от состояния механизмов, обеспечивающих поэтапную доставку и утилизацию кислорода тканями.

Новые знания о возрастных особенностях биоэлектрической активности головного мозга и функциональной системы дыхания вносят определенный вклад в изучение фундаментальных проблем возрастной физиологии, дают возможность концептуально шире раскрыть нейрофизиологические механизмы, определяющие когнитивные процессы у детей, подростков и юношей.

Выявленные закономерности изменений биоэлектрической активности головного мозга и функциональной системы дыхания в условиях гипоксии позволяют углубить представления о физиологических механизмах адаптации к гипоксии и могут способствовать развитию методов ранней диагностики и профилактики предпатологических состояний, основным патогенетическим звеном которых является гипоксия.

Практическая значимость работы. Представленные в работе нейрофизиологические и функциональные возрастные показатели детей, подростков и юношей могут быть рекомендованы для оценки функционального состояния головного мозга и когнитивных возможностей у здоровых лиц в медико-биологических исследованиях.

Обнаруженная зависимость изменений биоэлектрической активности головного мозга от состояния функциональной системы дыхания и

б

особенностей кислородного режима организма позволяет улучшить функциональную активность мозга, воздействуя на различные звенья поэтапной доставки кислорода.

Выявленные изменения биопотенциалов головного мозга при действии гипоксии имеют большое практическое значение для подбора индивидуального режима гипоксической тренировки, которая широко применяется для улучшения состояния организма здоровых детей, подростков и юношей. У подростков 13-16 лет отмечается повышенная чувствительность к действию гипоксии, что необходимо учитывать при адаптации к гипоксии для улучшения состояния организма здоровых подростков. Для определения индивидуальной чувствительности к гипоксии и подбора оптимального содержания кислорода в гипоксической смеси целесообразно проведение двухступенчатого гипоксического теста.

Результаты исследования могут быть использованы в кабинетах функциональной диагностики при проведении ЭЭГ, в диспансерах для профилактического выявления предпатологических состояний, основным патогенетическим механизмом которых является гипоксия; внедрены в учебный процесс в рамках биологических и медицинских дисциплин.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и доложены на 7-ой Всероссийской конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2009); на международной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Шомахова А.О. «Вопросы и перспективы развития медицинской науки и практики на современном этапе (Нальчик, 2012); на XIV международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, 2012); на XXII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Волгоград, 2013); на научно-практической конференции с международным участием «Реабилитация и профилактика-2013» (Москва, 2013).

По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Внедрение результатов исследования. Материалы диссертационного исследования внедрены в практическую деятельность кабинета функциональной диагностики городской больницы № 10 г. Грозный и в учебный процесс на кафедре физиологии и анатомии человека и животных Чеченского государственного университета, о чем имеются соответствующие акты внедрения (акты внедрения прилагаются).

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 03.03.01 -Физиология по нескольким областям исследований: п. 3 - Исследование закономерностей функционирования основных систем организма (нервной, иммунной, сенсорной, двигательной, крови, кровообращения, лимфообращения, дыхания, выделения, пищеварения, размножения, внутренней секреции и др.); п. 5 - Исследование динамики физиологических процессов на всех стадиях развития организма; п. 8 - Изучение физиологических механизмов адаптации человека к различным географическим, экологическим, трудовыми социальным условиям.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 140 страницах компьютерного текста, содержит 19 таблиц, иллюстрирована 14 рисунками, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, библиографического указателя используемой литературы, включающего 165 отечественных и 88 иностранных источников.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Обследовано 250 здоровых лиц от 8 до 21 года, которые в соответствии с возрастной периодизацией, рекомендованной Институтом возрастной физиологии РАО (1965), были разделены на 3 возрастные группы: 1 группа - 65 детей 8-12-лет (второе детство), 2 группа - 75 детей в возрасте от 13 до 16 лет (подростковый период) и 3 группу составили 70 лиц в возрасте от 17 до 2] лет (юношеский период). Все обследованные были мужского пола и правшами. Обследование детей и подростков проводилось на базе Республиканского Базового Детского Социально-Реабилитационного Центра «Радуга», юношей -в санатории МВД РФ «Нальчик». При проведении исследований респондентам и родителям была предоставлена полная информация о целях и характере исследований; обследование проводилось после получения письменного согласия респондентов и родителей на участие в исследованиях в соответствии с Хельсинским договором. Инструментальное исследование проводилось в утренние часы натощак и после 30-минутного отдыха в лаборатории.

Запись биопотенциалов головного мозга осуществлялась с использованием электроэнцефалографа Epas 29/40/44/64/128 Schwarzer (Германия, 2007) с компьютерным изображением полученных результатов в виде графиков в правых и левых затылочных (0Ь02), теменных (Р3,РД центральных (С3, С4), височных (Т3,Т4) и лобных (F3,F4) отведениях коры головного мозга. Расположение электродов соответствовало международной системе 10/20. Обследование включало запись так называемой «фоновой ЭЭГ» (или «ЭЭГ покоя»), и запись ЭЭГ при вдыхании воздуха с пониженным содержанием кислорода. Регистрация биопотенциалов ЭЭГ осуществлялась с 17 отведений; в дальнейшем анализировалось 8 отведений ЭЭГ.

Показатели функциональной системы дыхания определялись согласно методике А.З. Колчинской (2003): дыхательный объем и минутный объем дыхания, частота дыхательных движений - с использованием волюметра VEB MEDIZINNECHNIK (Германия, 2003), скорость потребления кислорода - по методу Дуглас-Холдейна, содержание кислорода во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном воздухе - с использованием газоанализатора «ИНСОВТ» (Санкт-Петербург, 2004), частота сердечных сокращений и насыщение кислородом артериальной крови — с использованием пульсоксиметра «Oxyshuttle» фирмы «Sensor-Medicus» (США), определение минутного объема крови у детей и подростков - по методу Л.М. Путиной, у юношей - по формуле Старра (2007). Определение содержания гемоглобина в крови проводилось на фотоэлектроколориметре ФЭК-М. Параметры кислородного режима организма

определялись с использованием экспертной системы оценки состояния организма здоровых лиц разного возраста (А.З. Колчинская, 2003).

Гипоксические газовые смеси поступали от аппарата «гипоксикатор» «Био-Нова-204», который конвертировал комнатный воздух в гипоксическую газовую смесь с регулируемым содержанием кислорода. Оптимальное содержание кислорода в гипоксической смеси и длительность вдыхания гипоксической газовой смеси определялись в результате двухступенчатого гипоксического теста. Двухступенчатый тест проводился с содержанием кислорода в гипоксической смеси на первой ступени пятиминутного теста 15%, на второй - 14%. После первой ступени теста следовал нормоксический интервал 10 минут. Длительность гипоксического воздействия составляла 5 минут. Во время гипоксического теста определялись показатели состояния функциональной системы дыхания при вдыхании воздуха с 20,9% 02 в покое, затем во время вдыхания гипоксической смеси и в ближайшем восстановительном периоде после него (через каждые 5 минут в течение 20 минут). Выявление повышенной чувствительности к гипоксии со снижением напряжения кислорода в артериальной крови ниже критического уровня служило показанием к исключению этих лиц из дальнейшего исследования.

Для определения умственной работоспособности использовались корректурные тесты, таблицы Анфимова, метод А.Г. Иванова-Смоленского, лабиринт Торндайка. Статистическую обработку полученных результатов осуществляли с помощью программы «Microsoft Excel» и «Statistica 8,0» и парного и непарного t-критерия Стьюдента по правилам математической статистики. Все численные значения были представлены в виде среднего арифметического значения и стандартной ошибки среднего М±ш. Статистически достоверными считались различия при р< 0,05.

Для анализа полученных результатов и расчета показателей кислородного режима организма была создана экспертная система оценки состояния организма детей, подростков и юношей, позволяющая провести интегральную оценку организма лиц разного возраста.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Особенности биоэлектрической активности головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии. В настоящее время появилась потребность в получении количественных характеристик амплитуды основных потенциалов ЭЭГ, в связи с чем возникла необходимость детального изучения амплитуды основных биопотенциалов ЭЭГ у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии.

Распределение основных биопотенциалов ЭЭГ у детей 8-12 лет отличалось от биоэлектрической активности головного мозга лиц зрелого возраста. Эти различия проявлялись в увеличении медленноволновой и уменьшении быстроволновой активности, однако, несмотря на его уменьшение, доминирующим ритмом на ЭЭГ являлся альфа-ритм. Это указывало на усиление коркового влияния на подкорковые структуры у детей данной возрастной группы.

У детей 8-12 лет наибольшей амплитудой обладали альфа-волны: от

9

33,23±0,26 мкВ в правой фронтальной области до 56,51±1,25 мкВ в затылочных отделах. Амплитуда альфа-ритма достоверно (р<0,05) увеличивалась в продольном направлении от фронтальных до окципитальных областей коры, достигая в затылочных отделах наибольших значений. В париетальных и центральных областях коры головного мозга выявлялась выраженная асимметрия распределения альфа-ритма (р<0,05). Наиболее высокая активность дельта-ритма регистрировалась в лобных отделах, особенно в левой области (29,2411,42%). Амплитуда дельта-активности убывала в продольном фронтально-окципитальном направлении и достигала в правой затылочной области 17,53±1,26 мкВ. Амплитуда тета-ритма была также высокой и составляла 23,71±0,75 мкВ в правой фронтальной области и 38,68±1,42 мкВ в окципитальных областях.

Наиболее низким индексом и амплитудой отличался бета-ритм. Распределение бета-ритма в продольном направлении почти не изменилось, индекс бета-ритма оказался несколько более высоким в левой височной и левой затылочной областях (4,69±0,48% и 4,85±0,40% соответственно). Амплитуда бета-ритма была минимальной из всех основных биоритмов ЭЭГ и составляла в правой окципитальной области 7,72±0,31 мкВ и в центральных областях 8,83±0,46 мкВ (табл. 1).

Таблица 1

Показатели (М±ш) амплитуды ритмов ЭЭГ у детей 8-12 лет

в условиях нормоксии

Отведения ЭЭГ Амплитуда ритмов, мкВ

Альфа Бета Тега Дельта

F3 33,23±0,26 7,41±0,31 23,71 ±0,75 27,28±1,35

F4 37,47±0,25* 8,19±0,26* 35,42*1,25* 29,24±1,42

т3 37,04±0,32 7,72*0,17 29,37±0,32 19,62±1,66

Т, 44,77±0,36* 9,14±0,37* 39,43±0,62* 24,72*1,28*

С3 46,19±0,29 7,21±0,31 26,35±0,43 20,21±0,35

С4 4б,75±0,52 8,83±0,16* 36,82±0,49* 26,44±1,07*

О, 54,57±0,72 7,72±0,31 38,68±0,42 17,53±1,26

о2 56,51±1,35 7,57±0,44 34,74±1,26* 19,68±1,31

и- число обследованных п =65

(*) _ р<0,05 - достоверность межполушарных различий

Анализ величины амплитуды основных биоритмов ЭЭГ у детей 8-12 лет свидетельствовал о максимальной амплитуде альфа- и тета-ритмов практически во всех отведениях. Альфа-ритм у детей младшего школьного возраста уже являлся преобладающим, хотя оставалась еще высокой суммарная медленноволновая активность, что свидетельствовало о том, что в этом возрасте усиливалось корковое влияние, несмотря на сохраняющуюся высокую активность подкорковых структур.

У детей данной возрастной группы регистрировались ЭЭГ двух типов. К первому типу относились ЭЭГ, характеризующиеся большой выраженностью медленных колебаний и неравномерностью альфа-волн. Ко второму типу

относились кривые с ярко выраженным преобладанием альфа-колебаний и их высокой амплитудой, особенно в затылочных, теменных и центральных отделах коры головного мозга.

В 13-16 лет у мальчиков начинается процесс полового созревания и происходит значительная перестройка всех физиологических систем организма. В результате воздействия половых гормонов нарушаются взаимоотношения между корой головного мозга и подкорковыми образованиями, что нашло отражение на ЭЭГ. Проведенные нами исследования, выявили, что подростковый возраст характеризуется некоторой «регрессией» ЭЭГ: замедляется ведущий альфа-ритм и увеличивается медленноволновая активность за счет появления большого количества тета-волн. У подростков 1316 лет суммарная медленноволновая активность начинает преобладать над быстроволновой активностью, что свидетельствовало об усилении у подростков влияния подкорковых структур.

В этом возрасте отмечается достоверное (р<0,05) снижение индекса альфа-ритма в лобных, височных и центральных областях с увеличением в окципитальном направлении. Наиболее высокие значения индекса дельта-ритма отмечались в лобных и височных отделах. Далее в затылочном направлении индекс дельта-ритма уменьшался и становился самым низким в правой затылочной области коры. Отмечалась слабая асимметрия распределения индексов дельта-ритма в лобных и затылочных отведениях (р<0,05) (табл. 2).

Таблица 2

Показатели (М±т) амплитуды ритмов ЭЭГ у подростков

13-16 лет в условиях нормоксии_

Отведения ЭЭГ Амплитуда ритмов, мкВ

Альфа Бета Тега Дельта

Fj 19,56±0,26 7,83±0,33 25,27±0,37 26,38±1,27

f4 18,12±1,06 8,92±0,43 27,74±0,59* 24,38±1,51

т, 21,4610,51 6,48±0,4б 24,33±0,29 23,54±0,49

Ъ 24,2б±0,47* 8,47±0,42* 29,53±0,48* 24,48±1,21

с, 24,52±0,63 7,52±0,37 27,26±0,08 23,83±0,46

С, 25,52±0,47 8,84±0,49 29,47±0,29* 25,35±0,51*

О, 27,88±0,53 7,86±0,33 25,58±0,43 21,53*1,25

о2 28,22±0,64 7,42±0,47 21,52±0,36* 22,10±0,26

п- число обследованных п=75

(*) _ р<0,05 - достоверность межполушариых различий

Значения амплитуды дельта-ритма практически во всех отделах оставались высокими и симметрично распределялись в обоих полушариях головного мозга. Амплитуда тета-ритма была высокой, минимальные значения ее выявлялись в левой затылочной области и составляли 21,52±0,36 мкВ, постепенно увеличивались до 29,47±0,29 мкВ в центральных отделах. Отмечалась выраженная асимметрия (р<0,05) распределения тета-ритма в правом и левом полушарии головного мозга. Амплитуда бета-ритма оставалась

и

наименьшей и достегала 8,92±0,43 мкВ в центральных областях и снижалась до 6,48±0,46 мкВ в правой теменной области. Амплитуда альфа-ритма в целом была ниже, чем у детей 8-12 лет, ее значения колебались от 18,12±0,26 мкВ в левой фронтальной области до 28,22±0,64 мкВ в затылочных отделах головного мозга. Несмотря на уменьшение амплитуды альфа-ритма, сохранялось его увеличение в продольном направлении от фронтальных к затылочным отделам коры, что согласовывалось с теорией наличия «генераторов» альфа-ритма в центральных и теменно-затылочных отделах (О.М. Базанова, 2010; О.М. Бахтин, Д.М. Лазуренко, В.Н. Кирой, 2012).

Анализ распределения ритмов ЭЭГ в отдельных областях коры головного мозга у подростков свидетельствовал о том, что в лобных долях коры головного мозга медленноволновые ритмы занимали доминирующее место. Сумма индексов быстроволновых колебаний в левой лобной доле составлял не более 30%, а ее отношение к сумме индексов медленноволновых колебаний в левой лобной доле - всего 33%, в правой лобной доле сумма индексов альфа- и бета-ритмов - 36%, а ее отношение к сумме индексов медленной активности не превышало 31%. Оставался высоким индекс дельта-активности в височных отделах, так же, как и в лобных областях и составлял около 40%, а индекс тета-ритма был несколько ниже (на 5-7%). Как показали проведенные исследования, у подростков в результате повышения активности гипоталамо-гипофизарной системы на ЭЭГ появились подкорковые диэнцефальные знаки, связанные с повышением активности подкорковых структур.

В юношеском возрасте (17-21 год) завершается гормональная перестройка, устанавливаются более зрелые и стабильные взаимоотношения между корой головного мозга и подкорковьми структурами, что нашло отражение на ЭЭГ. Полученные данные свидетельствовали о том, что ЭЭГ юношей начинает приближаться к ЭЭГ взрослого человека. Это проявлялось в увеличении на ЭЭГ быстроволновой активности, а именно альфа-волн по сравнению с предыдущими возрастными группами. Индекс альфа-ритма в разных отделах коры в среднем колебался в пределах 50-74% и заметно увеличивался от лобных долей к затылочным отделам головного мозга. В затылочных областях коры у юношей выявлялись более высокие значения индекса альфа-ритма, чем у детей и у подростков. У юношей альфа-ритм являлся ведущим ритмов ЭЭГ во всех отделах головного мозга, что указывало на морфологическое и функциональное созревание всех структур головного мозга с усилением влияния коры на подкорковые структуры.

Дельта-активность в лобных, височных и центральных отделах коры характеризовалась низким индексом. Значения индекса тета-ритма в теменных и затылочных областях коры находились в пределах 20-25%. Низким оставался индекс бета-ритма и его значения находились на уровне 3,7-8,9%, с максимальной интенсивностью регистрировался в лобных отделах головного мозга. Распределение его в других областях коры в продольном направлении было относительно равномерным.

Как видно из таблицы 3, амплитуда альфа-волн самая высокая в затылочных областях коры и достигала в левой затылочной доле 76,00±0,78 мкВ, в правой - 78,67±0,76 мкВ; в центральных отделах колебалась от

64,67±0,76 мкВ до 71,00±0,69 мкВ и несколько снижалась во фронтальных и височных отделах головного мозга. Отмечалась выраженная асимметрия распределения альфа-ритма в височных и центральных отделах головного мозга.

Таблица 3

Показатели 1 М±т) амплитуды ритмов ЭЭГ у юношей 17-21 года

Отведения ЭЭГ Амплитуда ритмов, мкВ

Альфа Бета Тета Дельта

Рэ 45,08±0,80 9,75±0,48 25,33±0,88 18,17±0,47

49,08±0,86* 8,83±0,49 28,08±0,71* 15,58±0,4б*

Т3 55,50±0,87 6,75±0,39 24,00±0,95 13,33±0,54

т4 63,75±0,94* 5,08±0,51 23,67±0,71 16,50±0,34*

С, 64,58±0,92 5,67±0,33 25,33±0,41 16,83±0,04

С< 71,00±0,б9* 5,92±0,36 23,25±0,48» 18,92±0,38*

О, 78,67±0,76 5,42±0,53 25,50±0,98 11,25±0,73

о. 76,00+0,78 5,58±0,53 24,17*0,80 14,00±0,51*

п- число обследованных п=70

(*) _ р<0,05 - достоверность межлолушарных различий

Анализ распределения ритмов ЭЭГ в отдельных областях головного мозга показал следующее. Во фронтальных отделах доминирующим являлся альфа-ритм, но его активность была ниже, чем в других областях головного мозга. В височных отделах коры головного мозга основные биоритмы ЭЭГ распределялись аналогично с распределением их в лобных областях. В теменных областях коры головного мозга у юношей 17-21 года увеличивалась быстроволновая альфа-активность и уменьшалась активность дельта- и тета-ритмов ЭЭГ. Затылочные отделы коры головного мозга юношей 17-21 года отличались выраженным преобладанием быстроволновой биоэлектрической активности, доминированием альфа-ритма.

На основании проведенных исследований, у юношей 17-21 года биоэлектрическая активность коры головного мозга максимально приближалась к ЭЭГ взрослого человека. Об этом свидетельствовало доминирование альфа-ритма, что указывало на структурно-функциональное созревание высших отделов ЦНС.

Выявление возрастных особенностей распределения основных биоритмов ЭЭГ у детей, подростков и юношей позволило сделать следующее заключение. У детей 8-12 лет доминирующим ритмов ЭЭГ становится альфа-ритм, особенно в затылочных областях головного мозга на фоне сохранения высоких медленноволновых биоритмов на ЭЭГ. Это свидетельствовало об усилении коркового влияния у лиц данного возраста, несмотря на сохраняющуюся высокую активность подкорковых структур. В подростковом периоде происходит совершенствование ансамблевой организации нейронов ассоциативных областей коры головного мозга. Однако, влияние эндокринных изменений, связанных с половым созреванием и характеризующихся повышением активности гипоталамо-гипофизарной системы, приводит к

13

появлению на ЭЭГ подкорковых диэндефальных знаков - комплексов высокоамплитудной волновой активности и увеличением тета- и дельта-активности, связанной с повышением активности лимбической системы. У юношей ЭЭГ становится похожей на ЭЭГ взрослых с доминированием альфа-ритма и наибольшей его амплитудой и индексом в затылочных областях головного мозга. Суммарная быстроволновая биоэлектрическая активность в затылочных и теменных отведениях значительно превышала суммарную медленноволновую активность, что свидетельствовало о морфо-функциональном созревании всех структур головного мозга у юношей.

Изменение биоэлектрической активности головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях гипоксии. Выявление влияния гипоксии на функциональное состояние коры головного мозга чрезвычайно важно, так как многие предпатологические процессы в организме сопровождаются развитием гипоксического состояния. Однако, несмотря на проведенные исследования в этой области, изменения потенциалов ЭЭГ при действии гипоксии у детей, подростков и юношей крайне скудны и противоречивы (Г.Н. Болдырева, JI.A. Жаворонкова, Е.В. Шарова, 2003; H.A. Агаджанян, P.M. Баевский, А.П. Берсенева, 2006; М.Т. Шаов, О.В. Пшикова, 2010; Э.А. Бурых, 2010).

При изучении влияния гипоксии на биоэлектрическую активность коры головного мозга у детей 8-12 лет было выявлено достоверное (р<0,05) увеличение активности альфа-ритма и тета-ритма и снижение активности бета-ритма. Суммарная медленноволновая активность достоверно (р<0,05) возросла при действии гипоксии за счет тета-волн, что свидетельствовало о повышении активности лимбической системы. Выявлялась тенденция к увеличению (р>0,05) амплитуды дельта-ритма в затылочных и теменных долях головного мозга (рис. 1).

Сравнение амплитуды основных биоритмов ЭЭГ в лобных долях при гипоксическом воздействием указывало на то, что доля тета-активности и альфа-активности достоверно (р<0,05) возросла в результате гипоксии. Индексы бета- и дельта-ритмов изменились незначительно. Максимальное изменение индекса дельта-ритма отмечалось в лобных отведениях и составляло после гипоксии 20-30%.

Увеличение амплитуды альфа-колебаний в затылочных областях после гипоксического воздействия достигало 78 мкВ, средние значения колебаний находились на уровне 54-73 мкВ. В левой фронтальной области гипоксическое воздействие привело к еще большему увеличению доли медленноволновых ритмов в общем объеме ритмов ЭЭГ по сравнению с нормоксией - на 35%. В центральных отведениях эти изменения были более выраженными и достигали 58,2%. В затылочном отведении также увеличился индекс тета-ритма при гипоксии на 54%.

Как видно, у детей данной возрастной группы при действии гипоксии усиливалось доминирование индексов суммарной медленноволновой активности по сравнению с быстрочастотными за счет увеличения тета-колебаний, несмотря на возрастание активности альфа-волн, что свидетельствовало о повышении коркового влияния на фоне усиления активности лимбической системы. Амплитуда дельта-волн при гипоксическом

воздействии повысилась в правом фронтальном отведении до 33,33±2,37 мкВ, в правой затылочной области возросла до 44,64±2,71 мкВ. В результате действия пониженного содержания кислорода усилилась асимметрия распределения амплитуды дельта-ритма в правом и левом полушариях. Это указывало на повышение активности подкорковых структур и одновременное усиление коркового влияния при действии гипоксии у лиц данной возрастной группы.

Рис. 1. Сравнительная характеристика амплитуды ритмов ЭЭГ у дегей 8-12 лет при нормоксии и гипоксии

Таким образом, у детей 8-12 лет изменения альфа- и тета-ритмов, происходящие при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе, являются более чувствительными показателями к гипоксии, чем другие ритмы ЭЭГ.

Функциональная неполноценность коры головного мозга, несовершенство нервной и гуморальной регуляции, лабильность и неустойчивость регуляции вегетативной нервной системы, некоторое отставание темпов роста сердца от темпов роста тела, активация мозгового вещества надпочечников и повышенное содержание адреналина в крови объясняют повышенную чувствительность организма подростков 13-16 лет к гипоксии. У лиц данной возрастной группы отмечалось достоверное (р<0,05) снижение индексов

15

быстроволновой биоэлектрической активности, особенно в правом полушарии, и достоверное (р<0,05) увеличение суммарной медленноволновой активности. В этом возрасте отмечалась повышенная чувствительность к гипоксии, что нашло отражение на ЭЭГ у подростков при вдыхании воздуха с 14% кислорода. При действии пониженного содержания кислорода в организме подростков развивалась не компенсированная, а субкомпенсированная гипоксия, при которой уже начинала проявляться местная тканевая гипоксия.

Индекс альфа-ритма достоверно (р<0,05) снизился во всех исследуемых областях коры головного мозга с 23,78% при нормоксии до 16,91% при гипоксии. В затылочных отделах головного мозга в ответ на гипоксию наблюдалось существенное снижение индекса альфа-ритма в правой половине головного мозга, что свидетельствовало о том, что гипоксическое воздействие усугубило асимметричное распределение индекса альфа-ритма в исследуемых зонах коры головного мозга (табл. 4).

Таблица 4

Показатели (М±т) амплитуды ритмов ЭЭГ у подростков 13-16 лет в условиях гипоксии

Отведения ЭЭГ Амплитуда ритмов, мкВ

Альфа Бета Тета Дельта

F3 15,67±0,62* 5,33±0,14 28,00±0,85 29,33±0,38*

F 4 18,33±0,38 8,33±0,38 32,67±0,62* 34,67±0,93*

т3 17,00*0,25» 6,60±0,43 28,67±0,51* 32,67±1,26*

т4 21,67±0,28* 9,00±0,43 33,67±0,79* 35,00±0,74»

С3 16,33±0,38* 8,33±0,38 35,33±0,38* 34,67±0,51*

с4 21,00±1,13* 7,00±0,25 37,0О±ОД5* 32,00±0,74*

О, 22,03±0,74* 7,33±0,14 28,33±0,62» 31,00±0,65*

О: 24,20±0,98* 7,67±0,38 29,00±0,49* 38,33±2,09*

п- число обследованных п=45

(*) _ р<0,05 по отношению к показателям при иормоксия

В результате действия пониженного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе достоверно (р<0,05) снизилась амплитуда альфа-ритма в большинстве отведений по сравнению со значениями при нормоксии. Наиболее выраженные изменения отмечались в затылочных отведениях: амплитуда альфа-ритма снизилась до 22,03±0,74 мкВ в правой затылочной области и до 24,20±0,98 мкВ в левой затылочной области. Минимальные значения амплитуды альфа-ритма были зарегистрированы в лобных отделах: до 15,67±0,62 мкВ в правой лобной доле. В центральных отделах головного мозга отмечалась выраженная асимметрия амплитуды альфа-ритма.

Достоверных изменений амплитуды бета-ритма у подростков при действии гипоксии не наблюдалось (р>0,05). Амплитуда тета-ритма в исследуемых областях коры головного мозга увеличилась в среднем до 33,67±0,62 мкВ, наибольшие значения амплитуды тета-ритма зафиксированы во фронтальных, височных и центральных отделах головного мозга. В других областях головного мозга при гипоксии также отмечалось достоверное (р<0,05) увеличение амплитуды тета-ритма.

Гипоксическое воздействие привело к достоверному (р<0,05) увеличению амплитуды дельта-ритма во всех исследуемых зонах коры и к выраженной асимметрии его распределения. В правой фронтальной области амплитуда дельта-ритма достигала 29,33±0,38 мкВ, в левой фронтальной области -34,67±0,93 мкВ; в правом затылочном отведении - 31,00±0,65 мкВ, в левом затылочном отведении - 38,33±2,09 мкВ.

Таким образом, у подростков при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе происходило уменьшение быстроволновых колебаний в ритме альфа-диапазона и увеличение медленноволновой активности (тета- и дельта-ритмы), что свидетельствовало о повышении влияния подкорковых структур на биоэлектрическую активность головного мозга. Полученные данные при действии гипоксии выявили противоположную реакцию подростков на гипоксию по сравнению с детьми, у которых вдыхание воздуха с 14% 02 привело к возрастанию активности волн альфа-диапазона.

Вдыхание воздуха с пониженным содержанием кислорода (14%) у юношей 17-21 года привело к достоверному увеличению амплитуды альфа-ритма, тета-ритма и дельта-ритма во всех исследуемых областях коры головного мозга. Амплитуда бета-ритма достоверно снизилась во фронтальных отделах и правой височной области головного мозга; в центральных, теменных и затылочных отведениях достоверных изменений его амплитуды не отмечалось (рХ),05). Наиболее высокие значения амплитуды дельта-волн были зарегистрированы в теменных и затылочных областях коры мозга. Амплитуда тета-волн при гипоксии достоверно (р<0,05) возросла практически во всех областях головного мозга. Имелась асимметрия распределения амплитуды тета-ритма в правом и левом полушарии в лобных и центральных отделах головного мозга. Изменения амплитуды бета-активности при гипоксии были недостоверными (р>0,05), кроме правой фронтальной и левой теменной области (табл. 5).

Таблица 5

Показатели (М±ш) амплитуды основных биоритмов ЭЭГ

у юношей 17-21 года при гипоксии_

Отведения ЭЭГ Амплитуда ритмов, мкВ

Альфа Бета Тета Дельта

F3 55,33±0,75* 3,67±0,51* 29,33±1,02* 19,33±1,11

f4 54,00±0,25* 6,15±0,28 32,00±0,25* 17,00±0,25

т, 60,00±0,25* 5,08±0,43 28,00±0,65* 14,67±2,34

т4 70,67±0,57* 5,67±0,14* 26,00±0,43* 17,33±0,99

с, 75,00±0,74* 5,33±0,14 30,00±0,43* 18,00±1,50»

С4 78,67±0,62* 5,35±0,28 36,00±0,43* 20,00±0,65*

Oi 86,33±1,16* 5ДЗ±0,28 32,33±0,51* 12,00±2,84

о2 91,33±0,38* 5,00*0,25 31,67±0,62* 15,33±0Д8

п- число обследованных п=45

(*) - Р<0,05 по отношению к показателям при нормоксии

У части юношей в ответ на вдыхание воздуха с пониженным содержанием кислорода на ЭЭГ реакция проявлялась в виде диффузной пароксизмальной активности, что также являлось нормальной реакцией коры головного мозга в данной возрастной группе.

Таким образом, проведенные исследования биоэлектрической активности коры головного мозга у детей, подростков и юношей в условиях кратковременной гипоксии выявили четкую возрастную зависимость реакции организма на гипоксию: у детей 8-12 лет и юношей 17-21 года при действии гипоксии повышалась активность коркового влияния, у подростков усиливалась активность подкорковых структур.

Состояние функциональной системы дыхания и кислородного режима детей, подростков и юношей при нормоксии и гипоксии. В настоящее время изучены изменения дыхания, кровообращения, дыхательной функции крови, тканевого дыхания - физиологических систем, составляющих функциональную систему дыхания, от состояния которой зависит снабжение организма и его головного мозга кислородом (А.З. Колчинская, Т.Н. Цыганова, Л.А. Остапенко, 2003; А.Б. Иванов, 2013). Однако недостаточно сведений о взаимозависимости состояния функциональной системы дыхания и биоэлектрической активности головного мозга в возрастном аспекте.

В доступной литературе отсутствуют сведения о зависимости изменения основных биопотенциалов ЭЭГ от состояния функциональной системы дыхания и особенностей кислородного режима детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии. Поэтому возникла необходимость проведения исследования состояния всех звеньев функциональной системы дыхания и кислородного режима организма детей, подростков и юношей при нормоксии и гипоксии.

Таблица 6

Показатели (М±ш) внешнего дыхания и кровообращения _у детей 8-12 лет при нормоксии и гипоксии_

Показатели При нормоксии При гипоксии

(20,9 %02) (14,0 %02)

МОД, л/мин 5,6±0,2 7,8±0,3*

ЧД, дых./мин 17,0+0,3 20,7+0,2*

ДО, мл 329,4±5,3 376,1±4,4*

АВ, л/мин 4,2±0,04 4,9±0,12*

АВ/МОД, % 75,1±1,3 62,8±1,3*

П02, мл/мин 169,5±1,3 179,4±2,7*

ВЭ, у. е. 30,3+0,6 35,9±1,3*

КЭДЦ,мл 9,5±0,1 8,5±0,3*

МОК, л/мин 3,5+0,01 3,9±1,2

ЧСС, уд./мин 80,4±2,0 88,5±2,1*

СО, мл 43,5±1,1 48,9±0,7*

ГЭ, у. е. 20,6±1,2 21,5±1,3

п- число п=45

обследованных

С) ~ Р<0,05 по отношению к показателям при нормоксии

При вдыхании воздуха с 14% 02 минутный объем дыхания у детей 8-12 лет возрос на 28,5%, достоверно (р<0,05) увеличилась частота дыхания (на 15%), дыхательный объем (на 11,4%), альвеолярная вентиляция (14,28%) и ее доля в МОД (19,5%). Несмотря на повышение потребления кислорода на 5,5%, дыхание стало менее экономичным, достоверно (р<0,05) увеличился вентиляционный эквивалент и уменьшился кислородный эффект дыхательного цикла. При действии гипоксии у детей увеличилась частота сердечных сокращений на 9,15% и минутный объем крови на 11,3%. Следует отметить, что действие гипоксии привело к достоверному (р<0,05) возрастанию систолического объема, в результате чего кислородный режим организма существенно не изменился, о чем свидетельствовало отсутствие достоверного (р<0,05) изменения гемодинамического эквивалента и кислородного пульса при действии гипоксии (табл. 6).

Вдыхание гипоксической смеси с 14% 02 у детей привело к изменению показателей дыхательной функции крови: отмечалось достоверное (р<0,05) увеличение содержания гемоглобина в крови, в результате чего возросла и кислородная емкость крови. Но при этом достоверно (р<0,05) снизилось насыщение кислородом (с 98,7+0,1% до 94,9+0,3%) и его напряжение в артериальной крови (со 100 мм рт.ст. до 76 мм рт.ст.). Регистрировалось также снижение насыщения венозной крови кислородом при сохраненном содержании кислорода в крови.

Действие гипоксии у подростков 13-16 лет привело к достоверному (р<0,05) увеличению минутного объема дыхания на 17,6%, однако достоверного возрастания дыхательного объема и альвеолярной вентиляции не произошло. Это указывает на то, что повышение минутного объема дыхания произошло за счет увеличения частоты дыхания, что свидетельствовало о снижении экономичности и эффективности кислородного режима организма подростков. Достоверно (р<0,05) снизилась доля альвеолярной вентиляции в минутном объеме дыхания и значительно уменьшилось потребление кислорода тканями - на 24,88%, что характеризовало развитие субкомпенсированной гипоксии у лиц данной группы при вдыхании гипоксической смеси. Действие гипоксии привело к тому, что дыхание стало менее экономичным и эффективным, чем при нормоксии, о чем свидетельствовало достоверное (р<0,05) снижение скорости и интенсивности потребления кислорода и кислородного эффекта дыхательного цикла (рис. 2).

Для поддержания обеспечения тканей кислородом на уровнях, близких к нормоксическому, отмечалось учащение сердечных сокращений и обусловленное им некоторое увеличение минутного объема кровообращения, но несколько меньшего, чем у детей. При этом возрастание минутного объема крови произошло за счет увеличения частоты сердечных сокращений, при этом ударный объем сердца достоверно не изменился. Менее экономичным и эффективным стало кровообращение при гипоксии, о чем свидетельствовало достоверное (р<0,001) увеличение гемодинамического эквивалента и снижение кислородного пульса.

Дыхание гипоксической смесью подростками не привело к достоверному (р<0,05) увеличению содержания гемоглобина в крови, и, соответственно,

кислородной емкости крови. Кислородный режим подростков оказался наименее эффективным и при этом заметно снизилось насыщение и напряжение кислорода в артериальной крови.

со

17-21 год

250 200 150 100 50 0

8-12 лет * - р<0,05

13-16 лет

□ нормоксия ■ гипоксия

Рис.2. Изменения скорости потребления кислорода у детей, подростков и юношей при нормоксии и гипоксии

Увеличение минутного объема дыхания, параллельное снижению насыщения и напряжения кислорода в артериальной крови при кратковременной гипоксии отражало адекватный характер вентиляторного ответа на острую гипоксическую стимуляцию экономичным по сравнению с детьми 8-12 лет и юношами 17-21 года, у которых при действии гипоксии развивалась компенсированная гипоксия с адекватной адаптационной реакцией.

Юноши 17-21 года оказались также чувствительными к дыханию воздухом с пониженным содержанием кислорода, но не столь выражено, как подростки. В отличие от подростков, у юношей выявленное повышение минутного объема дыхания произошло за счет достоверного (р<0,05) увеличения частоты дььхания и дыхательного объема. Следует подчеркнуть, что в возрасте 17-21 лет в условиях гипоксии отношение АВ/МОД оказалось меньшим, чем у детей. Дыхание оставалось еще неэкономичным, хотя более эффективным, чем у подростков 13-16 лет. При гипоксии вентиляционный эквивалент достоверно (р<0,01) увеличился на 27,1%, а кислородный эффект дыхательного цикла достоверно (р<0,01) снизился на 31,89%. Вдыхание гипоксической смеси вызвало у юношей достоверное (р<0,05) увеличение частоты сердечных сокращений и, соответственно, минутного объема крови. Эффективность и экономичность кровообращения стали меньше, но не столь выражено, как у подростков. При действии острой гипоксии на организм юношей было выявлено достоверное (р<0,05) увеличение содержания гемоглобина в крови и ее кислородной емкости. Таким образом, по сравнению с показателями дыхательной функции крови у подростков, у юношей отмечалась более

20

адекватная реакция на гипоксию.

Особенно четкими изменения состояния организма у лиц разного возраста становились очевидными при изменении каскадов р02. Поэтапная доставка кислорода у детей осуществлялась в лучших условиях, чем у подростков. У детей при сохранении нормоксического уровня р02 в венозной крови, благодаря более высокому напряжению кислорода в артериальной крови, создавались более благоприятные условия для утилизации кислорода в тканях. В пубертатном возрасте по причине описанных выше особенностей дыхания и кровообращения парциальное давление в альвеолярном воздухе и напряжение кислорода в артериальной крови было ниже, чем у детей.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что подростки сильнее реагируют на воздействие гипоксии, чем дети и юноши, при пониженном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе у них развивалась субкомпенсированная гипоксия.

Выявленные особенности изменения дыхания, кровообращения, газообмена обусловили особенности изменения кислородных режимов организма детей и подростков. При меньшей скорости доставки кислорода на всех этапах его массопереноса и потребления детский организм отличался большей интенсивностью поэтапной доставки и потребления кислорода. С возрастом интенсивность доставки кислорода и его потребления закономерно снижались.

Реакция подросткового организма на гипоксию имеет свои особенности. Именно в подростковом периоде в связи с начавшимся половьм созреванием происходит бурный скачок в развитии организма и нарушается налаженная в детстве регуляция различных функций и систем организма. Изменяется регуляция и функционирование физиологических систем. В подростковом периоде в связи с усиленным ростом и половым развитием требуется больше энергетических запасов, большее количество потребляемого кислорода. Обнаруженное в исследованиях изменение кислородного режима у подростков приводит к конфликту между возросшей потребностью в нем и недостаточным снабжением. Поэтому организм подростков менее устойчив к гипоксическим воздействиям, чем организм детей и юношей. В пубертатном возрасте происходит перестройка имевшихся механизмов поддержания гомеостаза, которые еще не достигают совершенства взрослого организма. Адаптация к гипоксическим воздействиям осуществляется хуже. Менее эффективным путем обеспечивается адаптация системы внешнего дыхания; более низким, чем у детей, оказывается содержание, напряжение и насыщение кислородом артериальной крови. Гипоксемия более выражена. Несмотря на усиление кровотока, возникают затруднения в обеспечении органов и систем кислородом. При большей, чем у взрослого организма потребности тканей в кислороде, меньшая интенсивность доставки кислорода на всех этапах его переноса обусловливает более раннее развитие тканевой гипоксии, снижение скорости и интенсивности потребления кислорода.

Состояние умственной работоспособности у детей, подростков и юношей в условиях нормоксии и гипоксии. Состояние умственной работоспособности у лиц разного возраста является важным показателем, отражающим функциональное состояние головного мозга. В формировании

когнитивных процессов отводится важная роль таким подкорковым структурам, как ретикулярная система, лимбические структуры и корковый центр в лобной зоне (Д.А. Фарбер, 1996; Н.В. Дубровинская, Д.А. Фарбер, М.М. Безруких, 2000; JI.A. Жаворонкова, 2002; И.Е. Кануников, Е.В. Антонова, 2000; М.М. Безруких, Д.А. Фарбер, 2009; Д.А. Кошельков, Р.И. Мачинская, 2010; О.С. Бороздина, 2010; Р.И. Мачинская, Д.А. Фарбер, 2011). Функциональная активность этих структур определяет возможности когнитивных процессов. Для характеристики умственной работоспособности нами использовались результаты тестов, отражающих состояние основных нервных процессов -возбуждения и торможения и определение краткосрочной и долгосрочной памяти.

Наибольшей умственной работоспособностью отличались дети 8-12 лет и юноши 19-21 года; у подростков 13-16 лет была достоверно (р<0,05) снижена умственная работоспособность в условиях нормоксии и гипоксии, что согласовывалось с изменениями функциональной системы дыхания и биоэлектрической активности головного мозга у лиц разного возраста.

В условиях гипоксии показатели возбудительного и тормозного тестов имели тенденцию к ухудшению: количество выполненных знаков уменьшилось, а количество ошибок увеличилось по результатам корректурных тестов. У детей и подростков при гипоксии отмечалось достоверное (р<0,05) нарушение координации движения при прохождении лабиринта Торндайка, проявляющееся большим количеством касаний к его границам и выходов за пределы лабиринта. Достоверно (р<0,05) возросло время прохождения лабиринта. У юношей 17-21 года при гипоксии достоверных (р<0,05) изменений показателей тонкой координации не наблюдалось. Следует отметить, что большее количество ошибок совершили подростки 13-16 лет по сравнению с детьми и юношами, что свидетельствовало о повышенной чувствительности этой возрастной группы к гипоксии.

У детей, и, особенно, у подростков тормозные процессы развиты слабо. Поэтому действие гипоксии привело к достоверному (р<0,05) нарушению дифференцировочного и запаздывающего торможения. Выявленные особенности умственной работоспособности согласовывались с изменениями биоэлектрической активности головного мозга и особенностями кислородного режима организма. Несомненна функциональная роль альфа-ритма в когнитивных процессах, что нашло отражение в наших исследованиях. Альфа-ритм обеспечивает пространственное взаимодействие различных мозговых структур и синхронизацию их активности. Именно процессам синхронизации активности различных структур головного мозга придается большое значение в теории системной организации нейронных сетей (К. Fisher, S. Rose, 1997), по которой пространственная синхронизация альфа-ритма обеспечивает локальное и дистантное взаимодействие различных отделов коры головного мозга. У детей и юношей с доминированием альфа-ритма когнитивные процессы осуществлялись точнее и лучше. У подростков в результате повышения активности подкорковых структур выявлялись «регрессивные» признаки на ЭЭГ, сопровождающиеся повышением тета- и дельта-активности и снижением когнитивных процессов в условиях нормоксии и гипоксии.

выводы

1. В процессе роста и развития в условиях адекватного поглощения кислорода увеличивается амплитуда быстроволнового альфа-ритма в затылочных и теменных отделах головного мозга: у детей 8-12 лет с 33,23±0,26 мкВ во фронтальной области до 56,51±1,25 мкВ в затылочных отделах и у юношей до 78,67±0,76 мкВ во фронтальных отведениях, максимально приближаясь к амплитуде альфа-ритма у лиц зрелого возраста, что свидетельствовало о функциональном созревании коры головного мозга в ходе онтогенеза.

2. В подростковом периоде медленноволновая биоэлектрическая активность становится преобладающей на ЭЭГ и характеризуется высокой амплитудой тета-волн, достигающей 29,47±0,29 мкВ в центральных отделах и дельта-волн до 36,83±1,32 мкВ во фронтальных отведениях. Амплитуда альфа-волн достоверно (р<0,05) снижается по сравнению с детьми 8-12 лет и достигает лишь 18,12±0,26 мкВ в левой фронтальной области и 28,22±0,64 мкВ в затылочных отделах головного мозга, что можно рассматривать как регрессивные изменения ЭЭГ у лиц данной возрастной группы на фоне доминирования подкорковых структур.

3. У детей и юношей изменения биоэлектрической активности головного мозга при действии кратковременной гипоксии были схожи и проявлялись в увеличении индекса и амплитуды альфа-, тета- и дельта-волн. У детей 8-12 лет под влиянием гипоксии увеличивается амплитуда альфа-ритма до 78,64±0,12 мкВ во фронтальных отведениях, тета-волн на 33-37%, дельта-волн на 19-21 % с максимальным возрастанием значений в височных и теменных областях; у юношей амплитуда альфа-ритма возросла до 91,33±0,38 мкВ во фронтальных отведениях, тета-ритма - до 36,00±0,43 мкВ в центральных отведениях и дельта-ритма - до 20,02±0,13 мкВ в центральных отделах головного мозга, что характеризовало адекватную реакцию организма детей и юношей на кратковременную гипоксию.

4. Действие гипоксии на подростков 13-16 лет привело к увеличению амплитуды медленноволновой дельта-активности до 38,33±2,09 мкВ и снижению амплитуды быстроволновой альфа-активности до 20,17±1,13 мкВ в затылочных отведениях, что свидетельствовало о повышенной чувствительности организма подростков к действию гипоксии и усилению влияния подкорковых структур на биоэлектрическую активность коры головного мозга.

5. У подростков при вдыхании гипоксической смеси с 14% 02 выявлялось снижение скорости поэтапной доставки кислорода, насыщения и напряжения кислорода в артериальной крови, уменьшение артериовенозного различия по кислороду, скорости и интенсивности потребления кислорода, кислородного эффекта дыхательного и сердечного циклов, что расценивалось нами как проявления субкомпенсированной гипоксии. Особенности кислородного режима организма подростков обусловили выявленные изменения биоэлектрической активности головного мозга у лиц данной возрастной группы.

6. Воздействие кратковременной гипоксии обусловило снижение умственной работоспособности у всех обследованных, наиболее выраженное у подростков 13-16 лет: увеличилось время прохождения лабиринта, количество касаний и выходов за пределы лабиринта, отмечалось снижение концентрации и иррадиации возбудительного и тормозного процессов, нарушение их силы и подвижности, что согласовывалось с изменениями биоэлектрической активности головного мозга и функциональной системы дыхания у лиц разного возраста.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Дадаева, Х.Х. Возрастные особенности распределения индекса и амплитуды биопотенциалов электроэнцефалограммы у детей и подростков в условиях нормоксии и гипоксии / Х.Х. Дадаева, И.Х. Борукаева // Фундаментальные науки. - №10. - 2012. - С. 40-45 (0,38 п/л, личный вклад - 50%).

2. Дадаева, Х.Х. Зависимость распределения индекса и амплитуды основных биоритмов электроэнцефалограммы от обеспечения кислородом головного мозга у детей 8-12 лет / Х.Х. Дадаева, И.Х. Борукаева // Известия КБНЦ РАН. -№ 10. -2012 - С. 196-201 (0,38 п/л, личный вклад- 85%).

3. Дадаева, Х.Х. Особенности биоэлектрической активности головного мозга подростков 13-16 лет в условиях гипоксии / Х.Х. Дадаева // Врач-аспирант. -№6.1 (55).- 2012. -С.231-236 (0,38 п/л, личный вклад- 100%).

Работы, опубликованные в других изданиях

4. Дадаева, Х.Х. Возрастные особенности доставки кислорода к головному мозгу в условиях гипоксии по данным электро- и реоэнцефалографических исследований / А.Б. Иванов, Х.Х. Дадаева // Материалы 7 Всероссийской конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем».- Санкт Петербург.- 2009.-С.174-175 (0,13 п/л, личный вклад - 60%).

5. Дадаева, Х.Х. Особенности электроэнцефалограммы у детей в условиях гипоксии / Х.Х. Дадаева // Материалы XIV международного конгресса "Здоровье и образование в XXI веке",- Москва. - 2012. - С. 220 (0,06 п/л, личный вклад - 100%).

6. Дадаева, Х.Х. Особенности амплитуды основных биопотенциалов головного мозга у детей и подростков в условиях нормоксии / Х.Х. Дадаева // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора Шомахова А.О. «Вопросы и перспективы развития медицинской науки и практики на современном этапе».- Нальчик.- 2012.- С. 3941 (0,18 п/л, личный вклад - 100%).

7. Дадаева, Х.Х. Состояние функциональной системы дыхания детей 8-12 лет и подростков 13-16 лет в условиях нормоксии / Х.Х. Дадаева // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной памяти

профессора Шомахова А.О. «Вопросы и перспективы развития медицинской науки и практики на современном этапе».- Нальчик.- 2012,- С. 41-43 (0,24 п/л, личный вклад - 100%).

8. Дадаева, Х.Х. Особенности распределения потенциалов ЭЭГ у детей 8-12 лет при гипоксии / И.Х. Борукаева, А.Б. Иванов, М.Х. Казанчева, Х.Х. Дадаева // Материалы XXII съезда физиологического общества им И.П. Павлова.- 2013.-С. 74-75 (0,11 п/л, личный вклад - 40%).

9. Дадаева, Х.Х. Особенности распределения амплитуды основных биопотенциалов электроэнцефалограммы у подростков в условиях нормоксии / И.Х. Борукаева, А.Б. Иванов, Х.Х. Дадаева // Материалы Научно-практической конференции с международным участием «Реабилитация и профилактика -2013». - Москва.- 2013. - С. 75-77 (0,24 п/л, личный вклад - 50%).

Список сокращений

АВ - альвеолярная вентиляция

(а-у)02 - артерио-венозное различие по кислороду

ВЭ - вентиляционный эквивалент

ГЭ - гемодинамический эквивалент

АВ/МОД - доля альвеолярной вентиляции в МОД

ДО - дыхательный объем

КЕК - кислородная емкость крови

КП - кислородный пульс

КЭДЦ - кислородный эффект дыхательного цикла

МОД - минутный объем дыхания

МОК - минутный объем крови

ра02- напряжение кислорода в артериальной крови

ру02 - напряжение кислорода в венозной крови

БаОг - насыщение артериальной крови кислородом

рА02 - парциальное давление кислорода в альвеолах

П02 - скорость потребления кислорода

Нв - содержание гемоглобина в крови

Са02 - содержание 02 в артериальной крови

Су02 - содержание 02 в венозной крови

СО - систолический объем сердца

ФСД - функциональная система дыхания

ЧД - частота дыхания

ЧСС - частота сердечных сокращений

ЭЭГ - электроэнцефалография

Дадаева Хеда Халиговна

ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА У ДЕТЕЙ, ПОДРОСТКОВ И ЮНОШЕЙ В УСЛОВИЯХ НОРМОКСИИ и гипоксии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 06.10.2013 г. Формат 60x90 1/6 Бумага офисная. Печать-ризография. У.п.л. 2,6.Тираж 300 экз.

Издательство Чеченского государственного университета Адрес: 364037 ЧР, г. Грозный, ул. Киевская, 33