Индукционные отношения нейронов коры головного мозга у военнослужащих силовых структур Российской Федерации

УДК 612.178 Е. А. Гришко [E. A. Grischko], О. А. Бутова [O. A. Butova]

индукционные отношения нейронов коры головного мозга у военнослужащих силовых

структур pоссийской федерации

Inductive relations of cerebral cortex neurons of military officers in the Russian Federation army forces

В статье представлен анализ соотношения интенсивностей ритмов электроэнцефалограммы выявил, что в основе особенностей биоэлектрической активности нейронов головного мозга у военнослужащих Министерства Обороны лежит активация, а у военнослужащих Министерства Внутренних Дел - снижение функциональной активности корково-подкорковых связей.

The article presents the analysis of correlation of intensities in electroencephalography rythms discovered that in the foundation of peculiarities of neurons bioelectric activity in the Ministry of Defence officers' cerebral cortex (brain) there is based activation of corticosubcortical connections, and in the Ministry of Internal Affairs officers' cerebral cortex (brain) there is based downstroke of corticosubcortical connections functional activity.

Ключевые слова: ритмы электроэнцефалограммы, спектральная мощность биопотенциалов головного мозга, функциональное состояние корковых процессов, адаптация к военно-профессиональным факторам.

Keywords: rythms of electroencephalograms, spectrum power of biological potential of brain, functional condition of cortex processes, adaptation to military professional factors.

Выполнение воинских обязанностей в современной армии предусматривает постоянную нервно-эмоциональную, физическую нагрузку организма военнослужащих в процессе усовершенствования навыков военного труда, что приводит к напряжению механизмов адаптации и формированию поведенческих реакций. В основе адекватного восприятия факторов среды, в том числе военно-профессиональных, с позиции теории функциональных систем, лежат процессы системной интеграции возбуждения передним отделом центральной нервной системы. На принципах иерархичности, целостности, системности и пластичности строится вся работа головного мозга и формируется уровень активности коры головного мозга, обусловленный восходящими влияниями от ретикуляр-

ной формации ствола мозга, которую контролируют кортико-фугальные влияния. Эффект последних имеет динамический характер и является следствием текущего афферентного синтеза. Механизмами, обеспечивающими афферентный синтез, являются корково-подкорковая реверберация (циркуляция) возбуждения и центробежная настройка периферических рецепторов.

Такой подход позволяет объективизировать функциональные системы в конкретных условиях, определить «цену» результативного отрезка деятельности, контролировать изменения функциональной активности систем и осуществлять профессиональную ориентацию.

В аспекте указанного проведено исследование по изучению взаимодействия процессов возбуждения и торможения в группах нейронов головного мозга военнослужащих силовых структур Российской Федерации.

Весомым аргументом, обусловливающим целесообразность и актуальность настоящего исследования, является проводимая реформа Вооруженных Сил, предусматривающая переход к профессиональной армии, уменьшение срока службы по призыву до одного года, сокращение численности военнослужащих с целью создания мобильной, профессиональной армии.

Перед военнослужащими по контракту Министерства Обороны (МО) и Министерства Внутренних Дел (МВД) ставятся различные профессиональные задачи. Военнослужащие МО проходят службу в высокомобильном роде войск быстрого реагирования, предназначенном для охвата противника по воздуху и ведения боевых и диверсионных действий в его тылу. Специфика прохождения службы в силовых структурах МВД предусматривает готовность выполнения задач по обеспечению внутренней безопасности государства, общественной безопасности, защиты прав и свобод человека и гражданина от противоправных посягательств.

Таким образом, военнослужащие МО испытывают нагрузки, связанные с постоянной боевой готовностью, ненормированным рабочим днем, интенсивной физической и воздушно-десантной подготовкой, нервно-эмоциональным напряжением, для обеспечения выполнения боевой задачи в любое время за пределами Российской Федерации. В профессиональной деятельности военнослужащих МВД снижена степень нагрузок, обусловленных постоянной боевой готовностью, отсутствуют факторы воздушно-десантной подготовки, а специфика профессиональной деятельности отражает инженерно-техническую подготовку и работу.

Целью исследования явилось установление особенностей индукционных взаимодействий групп нейронов головного мозга военнослужащих силовых структур Российской Федерации в зависимости от специфики факторов военной службы.

В ходе исследования проведен анализ данных электроэнцефалограмм, являющихся методом электрофизиологического объективного исследования функционального состояния головного мозга у военнослужащих. В проведении многопараметрического исследования приняли участие 50 военнослужащих МО (I группа) и 43 военнослужащих МВД (II группа), юношеского периода онтогенеза, проходящих службу в войсковых частях, дислоцированных на территории Ставропольского гарнизона. Биопотенциалы головного мозга регистрировались с помощью электроэнцефалографа «Нейровизор» (24-канальный ООО «Нейроботикс»), системы «Неокортекс-Про» с программным обеспечением «Биосенс». Анализу подвергались безартефактные отрезки ЭЭГ, полученные с применением Международной схемы расположения электродов «10-20», в стандартных отведениях, включающих основные зоны мозга правого и левого полушарий, с размещением объединенных референтных электродов на мочках ушей. Запись осуществлялась монополярно в полосе пропускания 0-70 Гц, с использованием режекторного фильтра, настроенного на частоту 50 Гц. Оценка мощности ритма проведена с помощью методики частотного анализа ЭЭГ [6], при этом биоэлектрическую активность принимали за 100 %, а интенсивность каждого из ритмов вычислялась в процентах по отношению к суммарной активности. Для обработки полученных результатов использовалась программа анализа мощности спектра биоэлектрических ритмов, с целью определения соотношения различных ритмических составляющих в сложной ЭЭГ и выявления их индивидуальной выраженности, с применением быстрого преобразования Фурье. Значения спектральной мощности биопотенциалов головного мозга определялись в пределах диапазонов частот, принятых для данного метода. Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакета программ «Statistica 6.0 for Windows».

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

Й; к ........я г 1 йййй

1 группа Л-Т 2 группа Л-Т 1 группа Т-В 2 группа Т-В 1 группа Т-3 2 группа Т-3

Рис. 1. Количественные показатели ЭЭГ у военнослужащих исследуемых групп: Л-Т - лобно-теменные, Т-В - теменно-височные, Т-3 - теменно-затылочные отведения

[(в + У) - (Л + 0)], если КР — положительная величина, преобладает распространенность возбудительного процесса и, наоборот, при отрицательной разности — тормозного процесса; разность между интенсивностями быстрых (в + у) и медленных (Л - 0) ритмов, характеризующая силу возбудительного и тормозного процессов соответственно; коэффициент уравновешенности (КУ) основных корковых процессов [(в + у) - (Л + 0)] -если КУ — положительная величина, преобладает сила возбудительного процесса, при отрицательной величине — тормозного процесса.

Анализ соотношения интенсивностей ритмов ЭЭГ у военнослужащих исследуемых групп в лобно-теменных, теменно-височных и темен-но-затылочных областях конвекситальной поверхности головы (рис. 1) выявил преобладание волн низкочастотного диапазона^ причем у военнослужащих МО преобладает дельта-ритм, а у представителей МВД - те-та-ритм.

Согласно литературным данным, преобладание медленных, «фундаментальных» ритмов ЭЭГ (Л и 0), прямо коррелирующих с вегетативной активностью [8] и эмоциональными переживаниями [5], обусловлено активацией кортикальных проекций на таламус и приводит к снижению функциональной активности нейронов головного мозга [3].

Доминирование дельта-ритма в ритмической деятельности нейронов головного мозга у военнослужащих 1-й группы, вероятно, обусловлено ролью палеокортекса, участвующего в регуляции вегетативно-висцеральных соотношений, направленных на поддержание относительного постоянства внутренней среды. Напротив, увеличение представительства

0-ритма у военнослужащих 2-й группы, рассматривается как показатель эмоционально-мотивационного напряжения, обусловленного активацией корково-лимбических структур, входящих в состав архикортекса.

Анализ показателей среднечастотного спектра - альфа-ритма, выявил у военнослужащих МО РФ признаки десинхронизации ритмической деятельности нейронов, проявляющиеся в замене доминирующего альфа-ритма на высокочастотную составляющую спектра (в - у) во всех анализируемых отведениях, что характерно для тревожных состояний, страха, беспокойства [9]. У 75-90 % здоровых лиц альфа-ритм является доминирующим. Изменения выраженности а-ритма обусловлены реакцией активации, возникающей в результате нарушения синхронности работы нервных элементов головного мозга в ответ на воздействие внешнего или внутреннего фактора. Наличие или отсутствие реакции активации, степень её выраженности, скорость восстановления исходного а-ритма является объективным критерием реактивности нейронов центральной нервной системы. При перераздражении афферентных нервов амплитуда и выраженность в-ритма возрастает, а на фоне дезорганизации а-ритма развивается гиперактивация подкорково-корковых связей, т.е. ирритация. У военнослужащих МВД выявлены признаки усиления активности синхронизирующих систем, входящих в лимбико-диэнцефальный комплекс, проявляющиеся в увеличении мощности альфа-колебаний, на фоне снижения высокочастотной Ь -ритма возрастает, а на фоне дезорганизации а--ритма развивается гиперактивация подкорково-корковых связей, т.е. ирритация. У военнослужащих МВД выявлены признаки усиления активности синхронизирующих систем, входящих в лимбико-диэнцефальный комплекс, проявляющиеся в увеличении мощности альфа-колебаний, на фоне снижения высокочастотной Ь- и g- активности. Сочетание увеличения мощности а-ритма на фоне возрастания мощности волн Э-диапазона свидетельствует о снижении функциональной активности модулирующих систем мозга, регулирующих тонус коры и подкорковых образований.

Справедливо полагать, что в основе особенностей биоэлектрической активности нейронов головного мозга военнослужащих МО лежит активация, а у военнослужащих МВД снижение функциональной активности подкорково-корковых связей.

Анализ количественных показателей ЭЭГ (рис.2), характеризующих индукционные отношения между нейронами головного мозга, основанные на процессах иррадиации и концентрации нервных процессов,

1 группа Ы2 группа

Рис. 2. Соотношение суммарных количественных показателей ЭЭГ всех областей в исследуемых группах

Примечание: *** - Р>0,05

выявил достоверные различия суммы интенсивностей быстрых ритмов (Р+у), характеризующих распространенность возбудительного процесса у военнослужащих I группы (30%), в сравнении со II группой (19,5 %).

Распространенность тормозных процессов (А+Э) у военнослужащих исследуемых групп достоверно не отличается. Величина коэффициента распространенности у военнослужащих МО и МВД РФ выявляет доминирование процесса торможения в нейронных сетях. Военно-профессиональные факторы, влияющие на организм военнослужащих ВВ МВД обусловливают, по нашему мнению, слабость индукционных взаимоотношений между нейронами головного мозга, о чем свидетельствует увеличение распространенности тормозного процесса с 21,5% (МО) до 34,3% в МВД.

Показатели силы возбудительных процессов (Р - у) у военнослужащих исследуемых групп достоверно не отличаются. При этом сила тормозного процесса увеличена у военнослужащих I группы. Во II группе выявлено преобладание тормозных процессов за счет увеличения Э-активности. Вероятно, в формировании тормозного процесса в коре головного мозга военнослужащих силовых структур РФ лежит функциональная активность различных модулирующих систем. У военнослужащих МО в доминировании А-ритма максимален вклад палеокортекса, ответственного за регуляцию вегетативных функций. Напротив, у военнослужащих МВД доминирование Э-ритма обусловлено деятельностью

структур архикортекса, индуцирующих эмоционально-волевой напряжение. Значение коэффициента уравновешенности, увеличенного у военнослужащих МВД в 2,7 раза в сравнении с военнослужащими МО, убедительно указывает на преобладание силы возбудительного процесса, что с учетом современных научных данных [7] свидетельствует об успешной адаптации к военно-профессиональным условиям военнослужащих МВД и, напротив, у представителей МО - о затрудненной адаптации.

В рамках проведенного анализа и оценки распространенности, и уравновешенности основных процессов, отражающих интегративную деятельность нейронов, целесообразен поиск причин, лежащих в основе особенностей индукционных процессов по областям коры головного мозга.

Анализ количественных показателей ЭЭГ в описываемых областях коры головного мозга (табл. 1), с целью выявления локализации индукционных процессов между нейронами головного мозга обнаружил преобладание распространенности возбудительного процесса у военнослужащих I группы во всех анализируемых областях скальповой поверхности головы.

Вычисление коэффициента распространенности основных корковых процессов выявило преобладание тормозного процесса всех анализируемых областях коры головного мозга во II группе. В I группе торможение максимально выражено в лобно-теменной области. Анализ силы индукционных отношений выявил различия у военнослужащих силовых структур в формировании тормозных процессов, за счет превалирования у военнослужащих МО РФ 0-активности, а у военнослужащих МВД -уменьшение 0-активности.

Сила тормозных процессов преобладает у представителей 1-й группы. Во второй группе разница между Л и 0 - активностью является отрицательной величиной за счет преобладания 0-активности.

Коэффициент уравновешенности у военнослужащих МО характеризует преобладание тормозного процесса в лобно-теменной области и возбудительного процесса в теменно-височной и теменно-затылочной областях головного мозга. Рассогласование процессов возбуждения и торможения в отделах коры головного мозга с учетом их функциональной роли свидетельствует о дезинтеграции неспецифических лимбико-ретикуляр-ных систем мозга, лежащей в основе развития большинства вегетативных и тревожно-фобических расстройств [2]. У военнослужащих МВД в лобно-теменных областях выражен возбудительный процесс, преобладание которого достоверно больше, чем у представителей МО в лобно-

теменных и теменно-затылочных областях головного мозга. Анализ силы индукционных отношений выявил у военнослужащих МВД преобладание Э-активности в лобно-теменных и теменно-затылочных областях, что детализирует выявленное нами доминирование Э-ритма всей поверхности коры больших полушарий головного мозга. отличительной чертой ЭЭГ при вовлечении в процесс подкорковых ядерных образований является выраженность Э-ритма преимущественно в лобно-центральных областях, отражающих активацию стволовых и таламических структур. Чем глубже расположен в полушарии мозга локальный подкорковый процесс генерации биопотенциалов, тем меньше нарушается альфа-ритм, это характеризует электроэнцефалографическую картину нейронной активности головного мозга военнослужащих МВД.

Таким образом, выявленные нами особенности биоэлектрической активности нейронов головного мозга военнослужащих силовых структур РФ отражают специфику функциональных изменений нейронной активности головного мозга, лежащую в основе адаптации к действию военно-профессиональных факторов.

У военнослужащих Министерства Обороны выявлена дезинтеграция индукционных отношений, проявляющаяся в преобладании возбудительного процесса, снижении распространенности тормозного процесса на фоне увеличения силы последнего, что характеризует непродуктивный тип мозговой деятельности и может свидетельствовать о затрудненной адаптации. Справедливость указанного факта подтверждается результатами наших более ранних исследований [1], в которых установлено, что у военнослужащих десантно-штурмового полка Ставропольского гарнизона, принимавших участие в урегулировании Грузино-Осетинского конфликта, корково-подкорковые взаимоотношения выражаются в преобладании силы тормозных процессов, являющихся признаками утомления и снижения адаптационных резервов центральной нервной системы.

У военнослужащих Министерства Внутренних Дел интеграция индукционных отношений, проявляющаяся в увеличении силы и снижении распространенности возбудительного процесса, в снижении силы и увеличении распространенности тормозного процесса может свидетельствовать об успешной адаптации. Складывается впечатление о «зеркальной» отраженности силы и распространенности процессов возбуждения и торможения в системе индукционных взаимодействий групп нейронов головного мозга военнослужащих МВД. Таким образом, в колебательном кон-

Таблица 1. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭЭГ У ВОЕННОСЛУЖАЩИХ ИССЛЕДУЕМЫХ ГРУПП

Отведения Группы р + Y Д + б КР р - Y Д -0 КУ

Лобно-теменные 1 группа 29,5 56,0 -26,5 9,5 12,0 -2,5

2 группа 20,5 54,0 -33,5 11,5 -2,0 13,5

Р р<0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05

Теменно-височные 1 группа 30 49,5 -19,5 11,5 1,5 10,0

2 группа 19,0 52,5 -33,5 12,5 0,0 12,5

Р р < 0,05 р < 0,05

Теменно-затылочные 1 группа 31,0 50,0 -19,0 12,0 4,0 8,0

2 группа 19,0 55,0 -36,0 13,0 -3,0 16,0

Р р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05 р < 0,05

Примечание: Р - уровень достоверности различий показателей военнослужащих исследуемых групп.

туре импульсной активности нейронов головного мозга военнослужащих силовых структур выявлены различные направления церебральной активации, необходимой для организации адаптивного поведения. При этом адаптивные изменения импульсной активности нейронов коры головного мозга направлены на преодоление нейрофизиологического и психоэмоционального стресса, и формирование механизмов корково-подкорковых ре-вербераций, адекватных испытываемым нагрузкам.

ЛИТЕРАТУРА 1. Бутова О. А., Гришко Е.А. Особенности формирования биоэлектрической активности нейронов головного мозга военнослужащих Ставропольского гарнизона в аспекте адаптации // Вестник СГУ. 2009. — Вып. 63. (4). — С. 235-241.

2. Гордеев С. А. Изменения ЭЭГ у пациентов с социальными фобиями // Межд. неврологический журн. — 2006. — Т. 6, — № 10. — С. 19-21.

3. Жаворонкова Л. А. Правши-левши. Межполушарная асимметрия электрической активности мозга человека. — М.: Наука, 2006. — 222 с.

4. Эенков Л. Р. Клиническая электроэнцефалография с элементами эпилептологии. М.: МЕД пресс-информ, 2002. — 368 с.

5. Русалов В. М., Русалова М. Н., Стрельникова Е. В. Электрофизиологическое исследование мотивации выбора у человека // Успехи физиол. наук. 2002. — Т. 33. — № 2. — С. 68-82.

6. Русинов В. С. Биопотенциалы мозга человека. — М., 1987. — 256 с.

7. Шаров Р. А., Козлова И. Ю. Влияние курсового применения аудиовизуальной стимуляции на некоторые характеристики функционального состояния организма // Вестник Российской военно-медицинской академии. 2007. — Приложение №3 (19). — С. 29-32.

8. Amzica F. Steriade Mthe K-complex its (P -1Hz) rhythmicity and relation to delta waves // Neurologi. 1997. — Vol. 49. — P. 952-959.

9. Klimesch W. Memory processes, brain oscillation and EEG synchronization // Int. J.Psychophysiol. 1996. — V. 24. — P. 61-100.

ОБ АВТОРАХ Бутова Ольга Алексеевна, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», Институт живых систем, кафедра анатомии и физиологии, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой. Почтовый адрес: 355009 г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1. Телефон 8 (8652) 353-465, 8-928-304-43-67, e-mail: olga_butova@mail.ru

Гришко Елена Анатольевна, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», Институт живых систем, кандидат медицинских наук, доцент. Почтовый адрес: 355009 г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1. Телефон: +7-928-318-03-15, e-mail: Grlena @list.ru

Butova Olga Alekseevna, FGAOU VPO «North Caucasian Federal University», Institute «Living Systems», Department of Anatomy and Physiology Doctor of Medical sciences, Professor, Head of Department. Mailing address: 355009, Stavropol, st. Pushkina, 1. Phone: 8 (8652) 353-465, 8-928-304-43-67, e-mail: olga_butova@mail.ru

Grishko Elena Anatol'evna, FGAOU VPO «North Caucasian federal university», Institute «Living Systems» Candidate of Medical Sciences, associate professor. Mailing address: 355009, Stavropol, st. Pushkina, 1. Telephone +7-928-318-03-15, e-mail: Grlena@list.ru