Биоэлектрическая активность нейронов головного мозга на атопическом фоне в юношеском периоде онтогенеза

БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА НА АТОПИЧЕСКОМ ФОНЕ В ЮНОШЕСКОМ ПЕРИОДЕ ОНТОГЕНЕЗА

О. А. Бутова, Ю. Г. Крикуненко

THE BIOELECTRIC ACTIVITY OF CEREBRUM NEURONS AT THE ATOPIC BACKGROUND IN THE J UVENILE PERIOD OF ONTOGENESIS

Butova O. A., Krikunenko J. G.

The analysis of cerebrum bioelectrical activity of practically healthy students and students with atopic background is presented in the article. At the atopic background the decrease of neurons functional activity and the predominance of inhibition over excitation have been observed.

Key words: adaptation, atopic background, bioelectric activity of neurons, E-immunoglobulin, ontogenesis juvenile period.

В статье представлен анализ биоэлектрической активности головного мозга практически здоровых студентов и студентов с наличием ато-пического фона. На атопическом фоне было отмечено снижение функциональной активности нейронов и преобладание процессов торможения над возбуждением.

Ключевые слова: адаптация, атопический фон, биоэлектрическая активность нейронов, иммуноглобулин Е, юношеский период онтогенеза.

УДК 611.813.1:612.017:613.96

Одной из актуальных проблем современной медико-биологической науки является выяснение механизмов, обусловливающих колебательный контур физиологических функций в аспекте адаптационных возможностей организма. С позиции теории адаптации эффект адаптации во многом обусловлен синхронизацией работы систем жизнеобеспечения. В настоящее время проблема атопических заболеваний занимает важное место в патологии и остается актуальной, несмотря на многочисленные исследования, посвященные этому вопросу. В последние годы наблюдается значительный рост числа таких заболеваний, как бронхиальная астма, аллергический ринит, атопический дерматит, поллиноз, аллергический конъюнктивит, причем как среди взрослого, так и детского населения. Отнесение этой группы болезней к атопическим основывается на выявлении семейной предрасположенности к аллергическим реакциям и заболеваниям и получении доказательств ведущей роли ]^Е-опосредуемого механизма в их развитии (1).

Среди всех периодов онтогенеза именно в периоде юношеского возраста наиболее высок риск манифестирования большинства соматических заболеваний, в том числе и атопической природы, поскольку данный возрастной период характеризуется меньшей адаптивностью и резистентностью к действию различных стрессорных раздражителей, в том числе и антигенной природы.

Оптимальная реализация адаптивных системных реакций человека обеспечивается динамическим взаимодействием функциональных систем, формирующим сложные взаимоотношения между соматовегетативной и психоэмоциональной сферами деятельности организма (9). Поскольку в развитии атопических заболеваний весьма значимую роль играет психо-эмоцио-нальный фактор, постольку поставленная для

рассмотрения проблема оценки биоэлектрической активности нейронов головного мозга на фоне гиперактивации гуморального звена иммунитета представляется актуальной.

С позиции теории функциональной системы нами исследованы уровень корковой нейронной активности и гуморальное звено иммунной системы, оцениваемое по концентрации общего ^Е в сыворотке крови. Исследование выполнено на базе лаборатории «Патологической физиологии» учебно-научного центра «Медицинская биохимия и фармация» ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет» и в Центре клинической фармакологии и фармакотерапии на базе ГОУ ВПО «Ставропольская государственная медицинская академия». В исследовании приняли участие 26 студентов Ставропольского государственного университета, как юноши, так и девушки, в возрасте от 17 до 22 (19,8±0,3) лет, при соблюдении этических норм и на добровольной основе.

Критериями для отбора студентов с атопи-ческим фоном служили: сбор анамнестических сведений и заполнение анкеты первичного иммунологического скрининга. В результате были сформированы две группы. В первую группу вошли 15 студентов, не имеющих в анамнезе жалоб аллергического генеза. Вторая группа была сформирована из 11 студентов, у которых имелись анамнестические данные о наличии аллергии или атопии, в том числе и у родственников.

^Е определяли методом твердофазного им-муноферментного анализа на анализаторе УНИ-ПЛАН («Пикон») с использованием набора реагентов ИгЕ-ИФА (Россия). Биопотенциалы головного мозга оценивались с помощью электроэнцефалографа «Нейровизор» 24-канальный, системы «Нейрокортикс-Про» для регистрации и анализа ЭЭГ с программным обеспечением «Биосенс».

Анализу подвергались безартефактные отрезки ЭЭГ, полученные с применением Международной схемы расположения электродов «1020», в стандартных отведениях, включающих основные зоны мозга правого и левого полушарий, с размещением объединённых референтных электродов на мочках ушей. Запись осуществлялась монополярно в полосе пропускания 0-70 Гц, с использованием режекторного фильтра, настроенного на частоту 50 Гц.

Точки расположения электродов в системе «10-20» определяют следующим образом. Измеряют расстояние по саггитальной линии от шюп до паБЮп и принимают его за 100 %. В 10 % этого расстояния от шюп и паБЮп устанавливают

соответственно нижний лобный (Fp) и затылочный (О) саггитальные электроды. Остальные саггитальные электроды (F, Cz и P) располагают между этими двумя на равных расстояниях, составляющих 20 % от расстояния inion-nasion. Вторая основная линия проходит между двумя слуховыми проходами через vertex (макушку). Нижние височные электроды (Т3, Т4) располагают соответственно в 10 % этого расстояния над слуховыми проходами, а остальные электроды этой линии (C3, Cz, C4) - на равных расстояниях, составляющих 20 % длины биаурикулярной линии. Через точки Т3, С3, С4, Т4 от inion к nasion проводят линии и по ним располагают остальные электроды (P3, P4, T5, T6, F3, F4, F7, F8, Fp1, Fp2). На мочки ушей помещают электроды, обозначаемые соответственно А1 и А2. Буквенные символы обозначают основные области мозга и ориентиры на голове: O - occipitalis, P - parietalis, C - centralis, F - frontalis, A - auricularis. Нечетные индексы соответствуют электродам над левым, а четные - над правым полушарием мозга.

Для оценки функционального состояния основных корковых процессов использовались количественные показатели ЭЭГ: сумма интенсив-ностей быстрых (b + у), медленных (Д + 6) ритмов, характеризующих распространенность возбудительного и тормозного процессов соответственно; коэффициент распространенности (КР) основных корковых процессов:

КР = [(b + у) - (Д + 6)]. Если КР - положительная величина, преобладает распространенность возбудительного процесса и, наоборот, при отрицательном значении - распространенность тормозного процесса. Для статистической обработки данных применяли t-критерий Стьюдента.

Клиническое значение повышения уровня IgE как маркера атопии признано и отражено во многих работах. Согласно общепринятым нормам, концентрация сывороточного IgE при функционировании иммунной системы в пределах физиологической нормы не превышает 100 кЕ/л. Иммунологически выявлен диапазон колебаний значений уровня общего IgE от 6 кЕ/л до 52 кЕ/л (M±m = 18,86±3,11 Ке/л) у студентов первой группы, что не превышает нормальные показатели и служит критерием отсутствия им-мунологически измененной реактивности. Во второй группе наблюдался достоверно высокий уровень сывороточной концентрации IgE, превышающий аналогичный показатель в первой группе более чем в 13 раз. В этой группе выявлен диапазон колебаний значений общего IgE от 156 Ке/л до 964 Ке/л (M±m = 254,18±79,1 Ке/л).

Полученные результаты, при сопоставлении с данными анамнеза, позволяют говорить о наличии атопического фона у студентов второй группы.

С учетом полученных иммунологических данных, обоснованным представлялся сравнительный анализ электроэнцефалографических параметров в условиях физиологической нормы и на атопическом фоне. Степень представленности основных ритмов является одной из важнейших характеристик электроэнцефалограммы. Поэтому «смещение» ритмов ЭЭГ в сторону того или иного частотного диапазона является достаточно надежным показателем функционального состояния нейронов головного мозга и связанного с ним состояния корково-подкорковых струк-

12

тур, участвующих в генерации и регуляции ритмической активности нейронов головного мозга.

Мощность основных ритмов ЭЭГ групп студентов представлена в таблице 1.

Известно, что распространённость дельта-ритма отражает тормозные процессы в коре и связана с изменением функционального состояния срединных, и, прежде всего, стволовых отделов головного мозга (2). При анализе дельта-ритма отмечены достоверные различия между двумя группами в сторону увеличения мощности данного ритма в лобных (Рр1, Рр2), центрально-лобной (Р4), центрально-теменной (С4), темен-но-затылочной (Р3), лобно-боковых (Б7, Р8), височных (Т3, Т4, Т5, Т6) и центральной лобной (Р/.) областях у студентов с атопией (см. рис. 1).

10

И

РГ

I

ига

71ПТ

ЙОТ

5п£л п I

1МГРН1ММШ1П

I Группа 1

Группа 2

Рр1 Рр2 РЗ Р4 СЗ С4 РЗ Р 4 01 02 Р7 Р8 ТЗ Т4 Т5 Т6 Р1

Рис. 1. Представительство дельта-ритма

Отмечая максимальную выраженность активности этого ритма в лобной области, можно предположить, что для студентов с наличием атопического заболевания является характерным пребывание в состоянии «хронического» стресса. Кроме того, справедливо полагать, что усиление представительства дельта-ритма во фронтальных, центральных, темпоральных и париетальных областях происходит на фоне преобладания негативных эмоций (8). ю

Тета-ритм связан с кортико-лимбическими отношениями, и его можно рассматривать как результат активации филогенетически древних лимбических структур («эмоционального мозга»). Анализ тета-ритма обнаружил, что у студентов с наличием атопии в лобной (Fp2), центрально-лобной (Б4), центрально-теменной (С4), лобно-боковой ^8) и височной (Т4) областях увеличена его активность по сравнению с практическими здоровыми студентами (см. рис. 2).

I Группа 1

Группа2

Рр1 Гр2 РЗ Р4 СЗ С4 РЗ Р4 01 02 VI Р8 ТЗ Т4 Т5 Т6 Рг Р.г Рис. 2. Представительство тета-ритма

Увеличенное представительство тета-ритма указывает на усиление активности тала-мических, лимбико-ретикулярных структур головного мозга, которые являются высшими вегетативными центрами и регулируют эмоционально-волевую сферу. К увеличению мощности те-та-волн приводит и эмоциональное напряжение. Имеются данные, указывающие на связь тета-ритма с отрицательными эмоциями (6).

Справедливо полагать, что на фоне увеличения уровня IgE возрастает представительство патологических ритмов (дельта и тета). При выраженной альфа-активности дельта- и тета-ритмы у здорового взрослого человека практически не заметны (5). Преобладание медленновол-новой активности свидетельствует о функционировании нервной системы преимущественно по тормозному типу в ответ на стрессовую ситуацию, в качестве которой выступает экспрессия гуморального звена иммунной системы. Во

всех случаях увеличение представительства мед-ленноволновых дельта- и тета-ритмов указывает на снижение психологической адаптации и стрессоустойчивости. Принимая во внимание связь дельта- и тета-ритмов с отрицательными эмоциями, можно говорить об увеличении эмоциональной напряженности и преобладании негативных эмоций на атопическом фоне.

Как известно, выраженность и характер альфа-ритма определяется уровнем активности фронто-таламической регуляторной системы и выраженностью тормозных управляющих корти-кофугальных влияний (7). Анализ альфа-ритма выявил снижение его представительства у второй группы в центрально-лобной ^4), теменно-затылочной (Р3), затылочных (01, О2) и заты-лочно-височной (Т6) областях, при сохранённом лобно-затылочном градиенте (см. рис. 3).

I Группа 1

Группа 2

Рис. 3. Представительство альфа-ритма

Наблюдаемое уменьшение представительства альфа-ритма по ряду отведений у студентов с наличием атопии по сравнению со студентами, имеющими уровень общего в пределах физиологической нормы, может указывать на дисфункцию структур диэнцефального уровня у лиц, имеющих склонность к аллергии. Наряду с указанным уменьшение представительства альфа-ритма свидетельствует о снижении подвижности основных нервных процессов в коре головного мозга, а следовательно, и функционального состояния. Однако наличие выраженного лобно-затылочного градиента указывает на сохранность оптимального фона для процессов приема и переработки афферентых сигналов.

В качестве генераторов бета-диапазона рассматриваются внутрикорковые структуры, по-

этому его изменения связывают с когнитивными актами, с процессами внимания. При анализе низкочастотного бета-ритма (бета-1-ритм) были выявлены минимальные различия его мощности в исследуемых группах: он повышен лишь в отведении F4 у студентов с наличием атопического фона. Отмечена тенденция к увеличению мощности этого ритма в лобных областях у студентов с атопией, не достигшая, однако, статистически значимого уровня достоверности.

В отношении высокочастотного бета-ритма (бета-2-ритм) было отмечено достоверное увеличение представительства этого ритма на атопи-ческом фоне в лобной ^р2), центрально-лобной ^4), центрально-теменной (С4), теменно-затылочной (Р3) и затылочной (О1,О2) областях (см. рис. 4).

=г  Группа 1  Группа 2

Рр1 ¥а2 F3 СЗ С4 РЗ Р4 01 02 ГТ Р

ТЗ Т 4 Т5 Т6 Рх Р1

Рис. 4. Представительство бета-2-ритма

Усиление высокочастотного бета-ритма расценивается в клинической электроэнцефалографии как проявление ирритации (раздражения) коры, так как это «корковый» ритм. Поскольку, по литературным данным, в частности по авторитетному мнению Гнездицкого В. В. (2004), генерация высокочастотного бета ритма связана с активным состоянием нейромедиаторной ГАМК-системы в соответствующих регионах коры, постольку установленные нами факты могут указывать на определенные нейрохимические изменения у лиц с экспрессией гуморального звена иммунной системы, выражающейся в повышении иммуноглобулиновой фракции Е. Кроме того, усиление бета-ритма наблюдается при состоянии повышенной тревожности и беспокойства.

Частотные параметры гамма-ритма близки к характеристикам нейронной активности, что по-

зволяет рассматривать его как ЭЭГ-показатель активности нейронных сетей, повышающей эффективность синаптической передачи и играющей важнейшую роль в организации поведения. Согласно существующей в настоящее время гипотезе, гамма-ритм у человека играет ключевую роль в обеспечении когнитивных процессов. Выявлено достоверное увеличение представительства высокочастотного гамма-ритма (см. рис. 5), интегрирующего связи между различными областями мозга, у обследованных с повышенным уровнем в лобной (Рр2), центрально-лобной (Б3, Б4), центрально-теменной (С4), те-менно-затылочной (Р3, Р4) и лобно-боковой (Б7, Б8) областях, что, по некоторым литературным данным (10), может быть связано с избыточной функцией ряда медиаторных систем, в частности, холинергической, дофаминовой и глутаматной.

1,2

Рр1 F\p2 РЗ Р4 СЗ С4 РЗ Р4 01 02 F7 Р8 ТЗ Т4 Т5 Т6 ¥т Рг

Рис. 5. Представительство гамма-ритма

1

В то же время значительная распространенность этого ритма свидетельствует о сохранности основных когнитивных процессов, что подтверждают данные о связи гамма-ритма с процессами восприятия, внимания, сознания и обработки семантической информации (4).

Анализ индукционных отношений, оцениваемых по коэффициенту распространенности (КР), обнаружил, что на атопическом фоне представленность тормозных процессов достоверно больше, чем при отсутствии атопической настроенности организма (физиологический оптимум) (см. рис. 6).

Таким образом, оценивая в целом результаты проведённого исследования, справедливо полагать, что на атопическом фоне в деятельности нейронов головного мозга ведущая роль принадлежит тормозным процессам, на преобладание

которых указывает и снижение подвижности индукционных отношений. Полученные результаты выявляют разнонаправленность исследованных параметров систем, а именно снижение функциональной активности нейронов и явное преобладание процессов торможения над возбуждением на фоне экспрессии гуморального звена иммунной системы, выражающейся в увеличении иммуноглобулиновой фракции Е. Важен и ещё один аспект, выражающийся в том, что в нейрофизиологическом состоянии лиц с атопи-ческим фоном весьма значима роль измененного функционирования нейромедиаторных систем.

Обнаруженные изменения указывают на специфичность нейро- и психофизиологического статуса при атопической настроенности организма, а также с позиции цены адаптации они могут быть расценены как мера физиологической адаптации лиц с атопическим фоном.

группа 1  группа2

Рис. 6. Индукционные отношения нейронных цепей

Примечание: КР - коэффициент распространенности; КР = (в + у) - (5 + 0).

ЛИТЕРАТУРА

1. Балаболкин И. И. Атопия и аллергические заболевания у детей // Педиатрия, 2003. -№ 6. - С. 99-102.

2. Болдырева Г. Н. Роль диэнцефальных структур в организации электрической активности мозга человека // Электрофизиологическое исследование стационарной активности в головном мозге. - М.: Наука, 1983. -С. 222-232.

3. Гнездицкий В. В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография. - М.: МЕДпресс-информ, 2004. - 624 с.

4.

5.

6.

Данилова Н. Н., Астафьев С. В. Внимание человека как специфическая связь ритмов ЭЭГ с волновыми модуляторами сердечного ритма // Журнал высшей нервной деятельности. - 2000. - Т. 50. - Вып. 2. - С. 791-804. Зенков Л. Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). - М.: МЕДпресс-информ, 2004. - 368 с. Ильюченок И. Р. Различия частотных характеристик ЭЭГ при восприятии положительно-эмоциональных, отрицательно-эмоциональных и нейтральных слов // Журнал ВНД, 1996. - Т.46. - № 3. - с. 457-468.

7. Мачинская Р. И., Соколова Л. С., Крупская Е. В. Формирование функциональной организации коры больших полушарий в покое у детей младшего школьного возраста с различной степенью зрелости регуляторных систем мозга // Физиология человека. -2007. - Т. 33. - № 2. - С. 5-16.

8. Русалова М. Н., Костюнина М. Б. Исследование эмоциональных состояний человека методом спектральной корреляции // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. - 2003. - Т. 89. - № 5. - С. 512-521.

9. Чораян О. Г., Айдаркин Е. К., Чораян И. О. Индивидуально-типологические особенности регуляции и взаимодействия функциональных систем в разных режимах деятельности // Валеология. - 2001. - № 2. - С. 4-16.

10. Whittington M. A, Traub R. D, Faulkner H. G. et al. Recurrent EPSPs induced by synchronised

fast oscillations // Proc Nat Acad Sci USA. -1997. - 94. - Р. 12198-12203.

Об авторах

Бутова Ольга Алексеевна, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный университет», доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой анатомии, физиологии и гигиены человека, заслуженный профессор СГУ, академик Российской экологической академии. Автор около 270 научных работ. Сфера научных интересов - нейроэндокринные механизмы адаптации, клиническая и молекулярная физиология. olga_butova @ mail.ru

Крикуненко Юлия Геннадьевна, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный университет», специалист по учебно-методической работе УНЦ «Медицинская биохимия и фармация». olga_butova @ mail.ru