Амплитудная динамика микроритмов головного мозга в процессе индивидуального развития человека

БиолОГПЧЕСКПЕ ИНУКП

АМПЛИТУДНАЯ ДИНАМИКА МИКРОРИТМОВ

ГОЛОВНОГО МОЗГА В ПРОЦЕССЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКА*

Г. И. Водолажский, И. Н. Чадова

AMPLITUDE DYNAMICS OF BRAIN MICRORHYTHMS IN THE COURSE OF HUMAN ONTOGENESIS

Vodolazhsky G. I., Chadova I. N.

The falling of the amplitude size of human rhythms REG and EEG in human ontogenesis with prevalence of negative correlations between REG indicators and age at males is established. According to EEG the regularity amplifies at the rate of rhytms « beta-alpha-teta -delta» and more at males.

Key words: an ontogenesis, an amplitude, a reoencephalogramm, an electroencephalogram, an alpha rhythm, a beta rhythm, a teta rythm, a delta-rhyth.

Установлено падение величины амплитуды ритмов РЭГ и ЭЭГ человека в онтогенезе с преобладанием отрицательных корреляций между показателями РЭГ и возрастом у мужчин. По ЭЭГ закономерность усиливается в ряду «бета-альфа-тета-дельта» и более ярко - у мужчин.

Ключевые слова: онтогенез, амплитуда, реоэнцефалограмма, электроэнцефалограмма, альфа-ритм, бета-ритм, тета-ритм, дельта-ритм.

Реоэнцефалограмма (РЭГ) и электроэнцефалограмма (ЭЭГ) являются разновидностями биоритмов микродиапазона церебрального происхождения (1, 2), наиболее информативным компонентом которых служит амплитуда - категория функции, характеризующая выраженность волнового процесса (10). Давно замечено, что у детей ЭЭГ более высокоамплитудная по сравнению со взрослыми (12), однако природа уменьшения амплитуды ЭЭГ с возрастом до конца неизвестна. Не документирована также онтогенетическая динамика амплитудных величин всего частотного диапазона ЭЭГ: бета-, тета-, дельта-ритмов и т. д., а не только основного ритма (1), не дана их сравнительная характеристика. Возрастная амплитудная динамика ЭЭГ не сопоставлена с РЭГ-волнами мозгового кровообращения, хотя информация такого рода могла бы приблизить к расшифровке пейсмекерного механизма церебральной ритмической активности, формирующегося и претерпевающего изменения в процессе индивидуального развития.

Целью работы явилось выявление, детализация и сопоставление амплитудных изменений широкого спектра реоэнцефало-графических и электроэнцефалографических ритмов в онтогенезе человека от детского до пожилого возраста.

* Исследование проведено в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы

УДК 612.014.42/591.3

1. Материал и методика. Для регистрации РЭГ и ЭЭГ (12) использованы: 6-канальный реоэнцефалограф «Рео-Спектр» с расположением электродов во фронто-мастоидальных и окципито-мастоидальных отведениях; 21-канальный электроэнцефалограф «Нейрон-Спектр-4/ВП» (система «1020» по Jasper, референтные электроды располагались на мочках ушей). Цифровое оборудование - производство компании Нейрософт.

Единый онтогенетический ряд составили 166 неврологически здоровых человека в возрасте от 3 до 72 лет, у каждого из которых было зарегистрировано и взято в анализ по 640 амплитудных нейродинамических параметров: амплитуда дифференциальной РЭГ (Ом/с), амплитуда РЭГ на уровне инци-зуры (Ом), на последней четверти реоволны (Ом), на уровне дикротического зубца (Ом); амплитуда ЭЭГ без учета отдельных ритмов по отведениям (21 отведение, максимальная, средняя величины), мкВ; амплитуда каждого ЭЭГ-ритма (дельта, тета, альфа, бетаН -низкочастотного, бетаВ - высокочастотного) по каждому отведению (максимальная, средняя), мкВ; амплитуда спектров ЭЭГ по отведениям (максимальная, средняя, полная), мкВ/с; амплитуда спектров каждого ритма (дельта, тета, альфа, бетаН, бетаВ) по каждому отведению (максимальная, средняя, полная), мкВ/с.

Проведен корреляционный и аппрокси-мационный анализ для установления степени, направленности, характера и числа связей между возрастом испытуемых в месяцах и амплитудными величинами волн РЭГ и ЭЭГ. Оценены половые различия исследуемых показателей: 94 человека мужского пола и 72 - женского. Для подтверждения общей онтогенетической закономерности проведено сравнение с помощью T-критерия Стьюдента усредненных амплитудных величин отдельных групп испытуемых, разбиение на которые произведено в соответствии с общепринятой возрастной периодизацией ВОЗ: детство - 31 человек, подростковый возраст - 19 человек, юношеский возраст -20 человек, зрелый возраст - 76 человек, пожилой возраст - 20 человек.

2. Результаты исследования и их обсуждение. В восходящем онтогенезе амплитуда дифференциальной РЭГ, амплитуда РЭГ на последней четверти реоволны, амплитудные характеристики альфа-, бета-, тета- и дельта-ритмов ЭЭГ линейно либо нелинейно уменьшались, судя по стабильно отрицательным (Р<0,05) выраженным корреляциям между ними и возрастом испытуемых. При проведении межполовых сравнений выяснилось, что такое падение амплитудных величин РЭГ было характерно исключительно для лиц мужского пола. Следовательно, у неврологически здоровых мужчин по мере взросления и старения ток крови в крупных церебральных сосудах имеет достоверную тенденцию к замедлению, а венозный отток (в отведениях и Бшф несколько облегчается. Скорее всего, гендерная особенность является одним из проявлений зеркального компенсаторного перераспределения между полами функций мозга, документированного как по абсолютным величинам РЭГ (3), так и относительно пространственно-временной организации церебральных потенциалов (8).

Стойкая и достоверная тенденция к уменьшению практически всех исследуемых амплитудных величин электроэнцефалографических ритмов по ходу онтогенеза: от детского до пожилого возраста, тоже проявляла себя с перевесом, хотя и менее значительным, у лиц мужского пола по сравнению с женским

установлена отчетливая тенденция к более высоким абсолютным величинам ПАС ЭЭГ-ритмов у мужчин по сравнению с женщинами. В крайних значениях исследуемого частотного спектра ЭЭГ (высокочастотный бета- и медленный дельта-ритм) данная тенденция приобретала достоверный характер (Р<0,05) преимущественно в задне-височных и передне-лобных отведениях. Стабильно отрицательные корреляции (Р<0,05) между абсолютными величинами ПАС различных ЭЭГ-ритмов и возрастом испытуемых, выраженном в месяцах, свидетельствовали о постепенном уменьшении величины данного показателя в исследуемом онтогенетическом ряду. Закономерность усиливалась по направлению от неокортикальной поверхности к глубине (бета^-альфа^-тета^-дельта), что, по сути, воспроизводило уже установленный нами феномен (4, 5). У лиц мужского пола данная закономерность проявляла себя более явно, чем у лиц женского пола. При этом у мужчин преобладало: число результативных отведений в ЭЭГ; число искомых корреляций в затылочных областях; степень связи возраста и ПАС на частоте тета-ритма. Наиболее яркие межполовые различия зарегистрированы относительно ПАС основного ритма ЭЭГ. Падение этой нейродинамиче-ской величины в онтогенезе от трехлетнего до семидесятидвухлетнего возраста происходит более резко у мужчин, чем у женщин, особенно в правой половине мозга, что вероятно, компенсируется изначально большей выраженностью мужского общего амплитудного статуса электроэнцефалографической ритмики по сравнению с женской. Вероятно, уровень генерации различных ритмов ЭЭГ в формировании гендерной дифференциации такого рода играет определяющую роль.

Степень и крутизна падения амплитуды различалась как между отдельными ритмами ЭЭГ, так и между отдельными параметрами. При усреднении значений (М ± т) в рамках отдельной возрастной группы и традиционном межгрупповом сравнении нейродина-мических характеристик установлено особенно резкое уменьшение ПАС ритмов ЭЭГ при переходе от детского возраста к после-

дующим периодам онтогенеза, что обнаруживалось практически во всех взятых в анализ отведениях больших полушарий.

Сопоставление между собой пяти церебральных биоритмов показало явное преимущество крутизны падения в онтогенезе амплитуды медленно-волновой активности по сравнению с высокочастотными составляющими ЭЭГ. При этом в ряду «подростки ^ юноши ^ зрелые ^ пожилые» обнаруживалась отчетливая закономерность: чем чаще ритм ЭЭГ, тем слабее он связан с микростадией онтогенеза, тем «свободнее» он от возрастного фактора. И, наоборот, с уменьшением частоты ритма ЭЭГ его обратная амплитудная зависимость от возраста усиливается. В частности, амплитудные величины дельта-волн коррелировали с возрастом испытуемых чаще и теснее (Р < 0,05), чем амплитуда тета-ритма. Вместе с тем, амплитуда по тета была онтогенетически детерминирована в большей степени (Р<0,05) по сравнению с амплитудой основного ритма. Последняя коррелировала с возрастом более тесно, чем амплитуда бета-активности (Р<0,05). В количественном выражении амплитуда медленноволновых ритмов достоверно (Р<0,05) уменьшалась с возрастом в 47,6 % случаях (для дельта) и в 42,9 % случаях (для тета-ритма). Амплитуда альфа-ритма ЭЭГ обнаружила всего 28,6 % отрицательных корреляций (Р<0,05) с возрастом, амплитуда бета-ритма была связана с онтогенетическим фактором лишь в 4,8 %.

Таким образом, число корреляций амплитуды церебральных ритмов с возрастом от подросткового до пожилого периода увеличивается в ряду «бета ^ альфа ^ тета ^ дельта». В том случае, когда данный онтогенетический ряд начинается, не с подросткового, а с детского периода, превосходство медленно волновых ритмов в их связанности с возрастным фактором обнаруживает себя еще более явно: 100 % корреляций по дельта, 100 % - по тета, 47,6 % - по альфа и 9,5 % по бетаН.

Кроме того, уменьшение амплитуды медленных волн ЭЭГ по ходу онтогенеза от детского до пожилого возраста в значительно большей мере проявляло себя в правом

полушарии по сравнению с левым. При этом в ряду «подростки ^ юноши ^ зрелые ^ пожилые» все корреляции по дельта- и тета-ритмам зарегистрированы исключительно в правом полушарии. Учитывая более древнее происхождение правого полушария по сравнению с левым (9), допустимо предположение эволюционной природы наблюдаемого явления. Ведь помимо асимметрии обнаруживалось следующее: корреляция амплитуды микроритмов мозга с возрастом человека усиливается в ряду «бета ^ альфа ^ тета ^ дельта», то есть, вероятно, по направлению от конвекситальной поверхности мозга к глубине (14). Кроме того, установленные факты зеркально согласуются с только что документированной нами (13) закономерностью: биометеорологические свойства ритмов ЭЭГ человека независимо от возраста усиливаются по мере их учащения в обратном ряду «Дельта ^ тета ^ альфа ^ бета».

3. Заключение. Амплитудные величины ритмов РЭГ и ЭЭГ человека в онтогенезе от детского до пожилого возраста уменьшаются. Отрицательные связи между РЭГ показателями (амплитудой дифференциальной РЭГ, амплитудой на последней четверти ре-оволны) и возрастом регистрируются лишь у лиц мужского пола. По ЭЭГ у людей обоих полов (но более явно - у мужчин) выявляется закономерность: чем медленнее ритм ЭЭГ, тем сильнее его амплитуда связана с

показателем возраста. Так, отрицательная корреляция амплитуды микроритмов мозга с возрастом человека усиливается в ряду «бета ^ альфа ^ тета ^ дельта», то есть, видимо, по направлению от конвекситальной поверхности мозга к глубине. Падение амплитудной величины ЭЭГ-ритмов в онтогенезе от трехлетнего до семидесятидвухлетнего возраста происходит более резко у мужчин, чем у женщин, что вероятно, компенсируется изначально большей выраженностью мужского общего амплитудного статуса электроэнцефалографической ритмики по сравнению с женским. Не исключено, что в формировании гендерной дифференциации такого рода уровень генерации различных ритмов ЭЭГ имеет существенное значение.

Судя по всему, медленно-волновая церебральная ритмика с ее глубинным уровнем генерации вовлечена в механизм нормального развития мозга Homo Sapience не в меньшей степени, чем высокочастотная составляющая (поверхностный компонент). Благодаря адаптивному перераспределению внутримозговой энергии, в частности, благодаря более резким возрастным изменениям амплитуды глубинных медленных ритмов сохраняется относительная стабильность высокочастотного неокортикального компонента в онтогенезе, поддерживающего в норме сознание, мышление, восприятие и другие проявления психики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Водолажская М. Г., Рослый И. М., Водолажский Г. И. Общность физиологических и биохимических процессов на модели иерархической организации биологических ритмов. Часть 1 // Вестник восстановительной медицины. - 2006. - № 3. - С. 11-19.

2. Водолажская М. Г., Рослый И. М., Водолаж-ский Г. И. Общность физиологических и биохимических процессов на модели иерархической организации биологических ритмов. Часть 2 // Вестник восстановительной медицины. - 2006. - № 4. - С. 22-29.

3. Водолажская М. Г., Шаханова Ф. М., Водолажский Г. И. Гендерные различия реоэнце-фалографических показателей в процессе индивидуального развития // Эколого-физио-

логические проблемы адаптации: материалы XIV Международного симпозиума 9-10 апреля 2009 г. М.: РУДН, 2009. - С. 132-134.

4. Водолажский Г. И. Изменения амплитуды ритмов ЭЭГ в онтогенезе человека. Нейро-динамический анализ // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». -2009. - № 4. - С. 84-91.

5. Водолажский Г. И. Возрастные изменения амплитуды ритмов ЭЭГ человека на фоне аутохронометрической нагрузки // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». - 2010. - № 1. - С. 24-27.

6. Геодакян В. А. Эволюционные теории асимметрии органов, мозга и тела // Успехи физиологических наук. - 2005. - № 1. - С. 24-53.

7. Куксова Н. С. К вопросу об источниках генерации медленной активности на ЭЭГ // XX съезд Физиологического общества им. И. П. Павлова: тезисы докладов. - М.: Русский врач, 2007. - С. 294.

8. Панасевич Е. А. Об обратных соотношениях половых отличий у детей и взрослых в пространственной организации биопотенциалов мозга //XXI Съезд Физиологического общества им. И. П. Павлова: тезисы докл. -М.; Калуга: Бест-принт, 2010. - С. 464.

9. Патент на изобретение № 2339045 «Способ прогнозирования и оценки состояния здоровья организма человека» / Рослый И. М., Во-долажская М. Г.

10. Покровский В. М, Коротько Г. Ф. Физиология человека. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2007.

11. Рослый И. М., Водолажская М. Г. Правила чтения биохимического анализа: руково-

дство для врачей. - М.: Медицинское информационное агентство, 2010.

12. Щекутьев Г. А. Нейрофизиологические исследования в клинике, НИИ нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко. -М.: Антидор, 2001.

13. Vodolazhskaya M. G., Vodolazhsky G. I., Nai-manova M. D., Rosly I. M. Influence of Geophysical Factors on the Parameters of the Human Electroencephalogram // Biophysics. -2010. - № 3. - P. 477-483.

Об авторах

Водолажский Герман Игоревич, ГОУ ВПО

«Ставропольский государственный университет», кандидат биологических наук, доцент кафедры физической культуры. Сфера научных интересов - биология развития, нейрофизиология, хронофизиология, психофизиология. biomed@ stavsu. ru

Чадова Инна Николаевна, ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет», аспирант кафедры безопасности жизнедеятельности. innachadova@ yandex.ru