Введение. Электроэнцефалография (ЭЭГ) является универсальным методом регистрации биоэлектрической активности головного мозга. В отличие от других методов исследования головного мозга, электроэнцефалография позволяет показать один из основных параметров работы нервной системы – свойство ритмичности, которое отражает согласованность работы разных структур мозга. ЭЭГ фиксирует первичные изменения, т.е. биоэлектрические процессы в нервных клетках.
Исследованиями физиологов и невропатологов установлено, что развитие и рост разных отделов нервной системы происходят неодновременно и достигают определенного, устойчивого состояния, характерного для взрослых, в разные периоды постнатального развития [1-4].
Поэтому возникла необходимость изучения возрастных особенностей биоэлектрической активности различных областей головного мозга для выявления существенных изменений в процессе индивидуального развития. Особо важна характеристика возрастных особенностей биоэлектрической активности головного мозга у подростков 13-16 лет, так именно в период полового созревания происходит закономерное нарастание возбудимости и функциональной подвижности головного мозга.
По мере взросления роль коры больших полушарий в деятельности организма становится все более существенной, все большее влияние на функции организма оказывает высшая нервная, психическая деятельность, которая в раннем пубертатном возрасте развивается интенсивно. Происходит совершенствование функций подкорковой области с ее вегетативными центрами и все большее подчинение ее коре больших полушарий [5-7].
Несмотря на множество работ по изучению биоэлектрической активности головного мозга у лиц зрелого возраста, исследования, направленные на выявление возрастных особенностей распределения индекса и амплитуды основных биоритмов ЭЭГ у подростков 13-16 лет в условиях нормоксии и гипоксии довольно скудны [8,9]. Все это определило актуальность данной работы.
Целью работы явилось выявление возрастных особенностей распределения индекса и амплитуды основных ритмов ЭЭГ у подростков 13-16 лет в условиях гипоксии.
Материалы и методы исследования. Нами было обследовано 75 практически здоровых подростков 13-16 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 (Сz), 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. Колчинской [8]: 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 – расчетным методом. Показатели кислородного режима организма рассчитывались экспертной системой оценки состояния организма здоровых подростков 13-16 лет.
Статистическая обработка результатов проводилась в соответствии с правилами математической статистики с использованием программы «Microsoft Excel» и «Statistica 6,0» для «Windows». При проведении параметрического анализа использовался парный и непарный t-критерий Стьюдента.
Результаты и их обсуждение. Анализ особенностей распределения основных потенциалов электроэнцефалограммы у подростков 13-16 лет в условиях нормоксии показал, что у данной возрастной группы еще не произошло формирования ЭЭГ, характерной для взрослого организма. У детей подросткового возраста амплитуда дельта-активности остается еще максимальной, однако она ниже, чем у детей и составляет от 30,75±1,30 до 36,83±1,32 мкВ. Амплитуда тета-ритма также снижается и достигает 13,67±0,38 мкВ в правой теменной области. В центральной области его амплитуда составляет 26,50±0,53 мкВ. Как видно из полученных результатов, амплитуда медленноволновой активности с увеличением возраста снижается, однако остается ниже показателей лиц зрелого возраста (табл. 1).
Таблица 1. Амплитуда ритмов ЭЭГ у детей подросткового возраста (13-16 лет) в условиях нормоксии (M±m), n=75
У подростков амплитуда бета-ритма остается наименьшей и достигает лишь 8,92±0,63 мкВ в центральных областях. Амплитуда альфа-ритма достигает 26,17±0,74 мкВ лишь в центральных отделах головного мозга.
При изучении распределения индекса биопотенциалов ЭЭГ было обнаружено, что у подростков 13-16 лет доминирование альфа-ритма на ЭЭГ еще не происходит; индекс наиболее медленной активности (дельта-ритма) оказывается самым высоким по сравнению с индексами других ритмов.
Анализ распределения ритмов ЭЭГ в отдельных долях коры головного мозга подростков 13-16 лет свидетельствует о том, что в лобных долях коры медленноволновая активность - дельта- и тета-ритмы занимают доминирующее место. Сумма индексов быстрых колебаний - альфа и бета-ритмов в левой лобной доле составляет не более 21%, а ее отношение к сумме индексов медленных колебаний - дельта- и тета-ритмов в левой лобной доле равно всего 24%, в правой лобной доле сумма индексов альфа- и бета-ритмов равна 19%, а ее отношение к сумме индексов медленной активности не превышает 23%.
В височных долях индекс дельта-активности так же, как и в лобных долях, высок (около 63%), а тета-ритма ниже на 5-6 %. Распределение дельта-ритма в обеих височных долях одинаковое.
Альфа-ритм в височных долях занимает всего 14% общей биоэлектрической активности, индекс бета-активности не превышает 6,5%. На ЭЭГ проявляется некоторая асимметрия в соотношении быстрой и медленной активности в левой и правой долях. В левой отношение суммы индексов альфа- и бета-ритмов к сумме индексов дельта- и тета-активности составляет 27%, в правой - 26%.
Увеличение соотношения индексов быстрых и медленных ритмов ЭЭГ происходит в теменных долях, где оно составляет 54% и 57%. В теменных долях коры индекс альфа-ритма увеличивается по сравнению с его значениями в височных долях на 50% и выше. Здесь проявляется асимметрия распределения альфа-ритма.
В затылочных долях, несмотря на повышение индекса быстрых ЭЭГ, преимущество остается за медленной активностью. Сумма индексов медленноволновых колебаний составляет 61-63 % всех ритмов ЭЭГ, но отношение сумм индексов быстрых и медленных волн составляет в левой доле 57 %, а в правой затылочной доле – 67 %.
Таким образом, у подростков раннего пубертатного периода медленная биоэлектрическая активность оказывается преобладающей, и альфа-ритм еще не является лидирующим. Индексы и амплитуда альфа-ритма в разных долях коры головного мозга в раннем пубертатном периоде ниже, а индекс дельта-ритма почти в 2 раза выше, чем у детей.
Проведенные исследования выявили зависимость биоэлектрической активности головного мозга от состояния функциональной системы дыхания. Функциональная система дыхания обеспечивает головной мозг необходимым количеством кислорода. Выявленные у подростков скорость поступления кислорода в альвеолы, скорость транспорта кислорода артериальной и венозной кровью, степень насыщения и напряжения кислорода в артериальной крови позволяют обеспечить структуры головного мозга адекватным его потребностям кислородом.
При действии на организм подростков гипоксической смеси с содержанием кислорода в ней 14%, у них развивалась субкомпенсированная гипоксия, при которой уже начинало проявляться повреждающее действие локальной тканевой гипоксии.
В височных долях также произошли существенные сдвиги альфа-ритма во время гипоксии: в левой височной доле индекс увеличился в среднем на 42%, а в правой височной доле увеличение достигало в среднем 82%.
В результате реакций лобных долей на гипоксию также наблюдается более существенное увеличение индекса альфа-ритма в правой половине - с 13,14±1,18% до 21,99±1,22%, т.е. на 67%, и в меньшей степени в левой лобной доле - с 13,32±0,63 % до 16,92±1,12%, т.е. на 27%. Это свидетельствует о том, что гипоксическое воздействие вызвало асимметричное распределение индекса альфа-ритма в пределах исследуемых зон коры мозга (табл. 2).
Таблица 2. Индекс ритмов ЭЭГ у подростков 13-16 лет в условиях гипоксии (M±m), n=75
(*) – p<0,05 по отношению к нормоксии.
В результате действия пониженного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе амплитуда альфа-ритма в большинстве отведений также увеличилась по сравнению с фоном. Более существенное увеличение амплитуды отмечается в отведениях: Cz - на 22%, Р3 - на 33% и Р4 - на 14%.
В результате гипоксического воздействия средние значения индексов бета-колебаний возросли до 6,20±0,65–14,27±2,80%, т.е. на 25-53%. Причем наиболее высокий сдвиг индекса бета-ритма в сторону увеличения зафиксирован в левой и правой затылочных долях, которые составляли в среднем 14,27±2,80 и 13,35±2,25% соответственно.
В лобных долях коры, в левой височной и теменных долях наблюдаются небольшие сдвиги индекса бета-ритма (р>0,05). В целом под влиянием гипоксии индекс бета-активности имеет тенденцию к увеличению.
Заслуживает внимания увеличение индекса тета-ритма под действием пониженного содержания О2 во вдыхаемом воздухе. Индекс тета-ритма в условиях нормального дыхания находился в пределах от 9,74±1,001 до 8,40±1,29%. После гипоксии средние значения индексов тета-ритма в пределах исследуемых областей коры увеличились в среднем до 15,76±2,03 - 31,48±2,35%, что на 62-71% выше фоновых значений.
Более высокие значения индекса тета-ритма зафиксированы в лобных и височных долях коры. В левой и правой лобных долях после гипоксии индексы тета-колебаний возросли до 28,97±2,32% и 31,48±2,35 соответственно, что на 57-71% выше средних фоновых значений.
Таким образом, гипоксическое воздействие приводит к увеличению не только индекса, но и амплитуды во всех исследуемых зонах коры. Причем, более высокие значения амплитуд и индекса тета-ритма характерны во фронтальных областях коры.
Установлено, что средние значения индексов дельта-ритма, зарегистрированных в исследуемых долях коры при гипоксии находятся в диапазоне 29,22±3,20 - 47,91±2,52%. В целом, индекс дельта-колебаний во время гипоксии снизился в среднем на 25-40% по сравнению с фоном. В результате гипоксического теста снизилась и амплитуда дельта-ритма в среднем на 15-30%.
Заключение. Таким образом, на основании проведенных исследований выявлены особенности распределения индекса и амплитуды биоэлектрической активности головного мозга подростков 13-16 лет в условиях нормоксии и гипоксии. Обнаружено преобладание медленноволновой активности биопотенциалов (дельта- и тета-ритмов) у подростков 13-16 лет; отмечается некоторое увеличение индекса и амплитуды быстроволновой активности по сравнению с детьми 8-12 лет, однако их значения остаются все же ниже, чем у лиц зрелого возраста. У подростков раннего пубертатного возраста при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе происходит уменьшение медленноволновых колебаний в ритме дельта-диапазона и увеличение альфа-, бета- и тета-активности. Это указывает на своеобразную реакцию коры головного мозга подростков в связи с функциональными гормональными перестройками, присущими организму в пубертатном возрасте.