Возрастная динамика биоэлектрической активности головного мозга у подростков

6 Телегди Г., Ковач Г. Л. Влияние вазопрессина и окситоцина на поведенческие процессы и метаболизм ней-ротрансмиттеров мозга у крыс // Проблемы эндокринологии. - 1980. - Т. 26. - № 6. - С. 37-41.

7 Тюзиков И.А., Калиниченко С.Ю., Ворслов Л.О., Тишова Ю.А. Вазопрессин: неклассические эффекты и роль в патогенезе ассоциированных с возрастом заболеваний // Эффективная фармакотерапия. - 2015. -№ 26. - С. 38-50.

8 Цикунов С.Г., Белоскокова С.Г. Роль вазопрессина в регуляции функций ЦНС // Мед. акад. журн. - 2010. -Т. 10. - № 4. - С. 218-228.

9 De Wied D. The influence of the posterior and intermediate lobe of the pituitary and pituitary peptides on the maintenance of a conditioned avoidance response in rats // Int. J. Neuropharmacol. - 1965. - № 4. - Р. 157-167.

10 Qagg B. Ji G., Neugebauer V. Differential contributions of vasopressin V1A and oxytocin receptors in the amygdale to pain-related behaviors in rats // Mol. Pain. - 2016. - V. 11. - P. 12.

Рукопись получена: 14 ноября 2016 г. Принята к публикации: 23 ноября 2016 г.

УДК 612.82-073.97-053.6:797.22

ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА У ПОДРОСТКОВ

© 2016 С.К. Поддубный1, В А. Аикин1, В Н. Васильев2, Ю.А. Елохова1

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет физической культуры и спорта Министерства спорта Российской Федерации»

2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский

государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Работа посвящена актуальной теме - изучению динамики биоэлектрической активности коры головного мозга в возрастном аспекте с учетом среды обитания детей. Рассматриваются особенности биоэлектрической активности головного мозга у подростков, проживающих в городе Омске (в Сибири). Нами было обследовано 70 подростков (34 девочки и 36 мальчиков) 12-15 лет, которые прошли электроэнцефалографическое исследование. Было выявлено, что для подростков характерны возрастные изменения биоэлектрической активности головного мозга. В организации биоэлектрической активности мозга детей зарегистрировано снижение с возрастом активности в тета- и дельта-диапазонах, повышение мощности альфа-ритма и степени выраженности реакции активации на ЭЭГ, относительное повышение представленности потенциалов в бета-диапазоне.

Ключевые слова: биоэлектрическая активность головного мозга, подростки, онтогенез.

Актуальность исследования. Сегодня состояние здоровья населения считается основным критерием безопасности страны, а охрана здоровья детей и обеспечение их нормального развития - одно из ведущих приоритетных направлений государственной политики в области организации здравоохранения [2, 3, 4]. В крупных промышленных городах заболевания центральной нервной системы в значительной степени обусловлены отрицательными экологическими воздействиями, связанными с работой крупных промышленных предприятий [3, 4]. Выявление особенностей биоэлектрической активности коры головного мозга является необходимым условием для дальнейшего развития теоретического понимания формирования

функции мозга, а также для практического изучения нормального физиологического развития ребенка в различных условиях среды [1, 5, 3, 4].

Изменение здоровья детей зависят от ряда показателей: возраста, пола, типологических особенностей, состояния здоровья, а также состояния окружающей среды. Таким образом, проблема анализа состояния здоровья детей, изучение зависимости его от внешних факторов, неблагоприятные факторы окружающей среды вызывают различные заболевания, которые связаны с изменением состояния центральной нервной системы детей и ритмики на электроэнцефалограмме.

Известно, что характер компонентов ритмики и ее амплитудно-частотные параметры отражают степень морфофункциональной зрелости мозга как системы, становление его механизмов саморегуляции, однако наиболее полно о течении этих процессов можно судить с учетом анализа динамики параметров функциональной активности головного мозга [2, 3, 4].

Целью исследования было установить особенности биоэлектрической активности головного мозга у подростков, проживающих в условиях экологического неблагополучия (в городе Омске).

Организация и методы исследования. В исследовании принимали участие 70 подростков обоих полов, родившихся и постоянно проживающих в районе Сибири (г. Омск). Возраст подростков составил 12-15 лет. Оценку биоэлектрической активности головного мозга проводили в комфортной для испытуемых обстановке. Электроэнцефалограмму регистрировали в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами (ГЗ) и с открытыми глазами (ГО) на компьютерном 16-канальном электроэнцефалографе «Мицар», монополярно от 8 стандартных отведений с ушными референтными электродами, расположенными на поверхности головы в соответствии с требованиями международной системы 10-20. При анализе биоэлектрической активности головного мозга проводился визуальный анализ ЭЭГ, изучалась абсолютная мощность ЭЭГ (мкВ2) в альфа-, тета-, дельта- и бета-диапазонов. Для анализа электроэнцефалограммы использовались безартефактные эпохи длительностью 6 с.

Полученный материал был обработан методами математической статистики. Сравнение групп по показателям проводилось методами непараметрической статистики с использованием критерия Вилкоксона. Результат считался достоверным при P < 0,05. Значения параметров в работе представлены как M ± m.

Результаты исследования. Визуальный анализ ЭЭГ в конце курса обучения дайвингу выявил, что у детей в состоянии спокойного бодрствования альфа-ритм локализовался в затылочных долях обоих полушарий головного мозга с амплитудой 50-60 мкВ и частотой 10 Гц, что соответствует возрастной норме [5, 6]. При открывании глаз на ЭЭГ регистрировалась хорошо выраженная реакция активации, то есть снижение амплитуды и мощности альфа-ритма, а также появление низкоамплитудного бета-ритма. Также выявлено, что альфа-ритм при этом локализовался в теменных областях коры головного мозга. Амплитуда волн составляла 40 мкВ.

)>1Л1

ы и

а) б)

Рис. 1. Электроэнцефалограмма ребенка С. 12 лет: а - ГЗ; б - ГО

Установлено, что на ЭЭГ у подростков наибольшая мощность альфа-ритма была зарегистрирована в затылочных областях обоих полушарий коры головного мозга (табл. 1, 2). При открытых глазах у мальчиков и девочек 12-13 лет доминирование альфа-ритма отмечалось в центральных областях обоих полушарий (табл. 1). У детей 14-15 лет при выполнении функциональной пробы преобладание альфа-ритма было зарегистрировано у мальчиков в центральных областях обоих полушарий и затылочной области левого полушария, а у девочек теменной области правого полушария и затылочных областях обоих полушарий (табл. 2).

Таблица 1

Показатели мощности альфа-ритма

Отведения Функциональная проба Альфа-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 0,69±0,07 0,52±0,04

ГО 0,19±0,02 0,18±0,001

Бр2-Л2 ГЗ 0,73±0,08 0,54±0,04

ГО 0,18±0,02 0,20±0,01

Т3-Л1 ГЗ 0,30±0,03 0,35±0,04

ГО 0,10±0,01 0,10±0,01

Т4-Л2 ГЗ 0,51±0,07 0,50±0,04

ГО 0,14±0,02 0,12±0,01

С3-Л1 ГЗ 1,41±0,10 0,70±0,05

ГО 0,40±0,05 0,42±0,02

С4-Л2 ГЗ 1,24±0,11 1,38±0,09

ГО 0,30±0,04 0,42±0,04

01-Л1 ГЗ 2,92±0,16 3,50±0,10

ГО 0,32±0,03 0,37±0,02

02-Л2 ГЗ 3,18±0,20 2,54±0,12

ГО 0,23±0,04 0,32±0,02

Примечание: здесь и далее ГЗ - глаза закрыты, ГО - глаза открыты.

Таблица 2

Показатели мощности альфа-ритма

Отведения Функциональная проба Альфа-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 0,75±0,12 0,64±0,19

ГО 0,15±0,02 0,14±0,01

Бр2-Л2 ГЗ 0,95±0,20 0,58±0,02

ГО 0,15±0,03 0,12±0,001

Т3-Л1 ГЗ 0,31±0,06 0,39±0,07

ГО 0,08±0,02 0,16±0,02

Т4-Л2 ГЗ 0,52±0,10 0,52±0,09

ГО 0,14±0,04 0,49±0,12

С3-Л1 ГЗ 1,56±0,16 0,74±0,15

ГО 0,38±0,04 0,36±0,12

С4-Л2 ГЗ 1,44±0,31 1,72±0,69

ГО 0,37±0,12 0,39±0,01

01-Л1 ГЗ 2,37±0,21 5,28±1,13

ГО 0,39±0,05 0,45±0,07

02-Л2 ГЗ 3,98±0,44 5,03±1,33

ГО 0,30±0,06 0,41±0,08

Исследование мощности дельта-ритма у всех подростков при закрытых глазах выявило доминирование этого диапазона в лобных областях обоих полушарий коры головного мозга (табл. 3, 4). При открытых глазах у мальчиков 12-13 лет данный ритм локализовался в лобных областях обоих полушарий, у девочек в затылочных областях обоих полушарий. Зарегистрировано доминирование дельта-ритма у мальчиков и девочек 14-15 лет в лобной области правого полушария и центральной области левого полушария головного мозга (табл. 4).

Таблица 3

Показатели мощности дельта-ритма

Отведения Функциональная проба Дельта-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 2,55±0,11 2,18±0,08

ГО 1,79±0,12 1,25±0,06

Бр2-Л2 ГЗ 2,75±0,12 2,56±0,10

ГО 1,85±0,22 1,62±0,09

Т3-Л1 ГЗ 2,11±0,13 2,00±0,08

ГО 1,39±0,12 0,98±0,09

Т4-Л2 ГЗ 1,47±0,16 1,55±0,07

ГО 1,27±0,10 1,15±0,09

С3-Л1 ГЗ 2,27±0,10 1,73±0,10

ГО 1,55±0,14 1,11±0,12

С4-Л2 ГЗ 1,68±0,13 1,92±0,06

ГО 1,45±0,10 1,52±0,09

01-Л1 ГЗ 2,31±0,13 2,10±0,12

ГО 1,60±0,15 1,31±0,09

02-Л2 ГЗ 2,11±0,09 1,43±0,12

ГО 1,53±0,12 1,62±0,10

Таблица 4

Показатели мощности дельта-ритма

Отведения Функциональная проба Дельта-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 2,01±0,20 1,95±0,12

ГО 1,01±0,23 1,03±0,16

Бр2-Л2 ГЗ 2,24±0,12 1,94±0,04

ГО 2,14±0,19 1,23±0,03

Т3-Л1 ГЗ 0,92±0,14 2,52±0,13

ГО 1,13±0,26 0,73±0,11

Т4-Л2 ГЗ 1,29±0,12 1,05±0,21

ГО 1,13±0,24 1,07±0,33

С3-Л1 ГЗ 1,87±0,10 1,36±0,18

ГО 1,35±0,14 1,18±0,18

С4-Л2 ГЗ 1,59±0,22 0,77±0,13

ГО 1,28±0,12 1,00±0,14

01-Л1 ГЗ 1,91±0,15 1,31±0,12

ГО 0,95±0,13 0,98±0,12

02-Л2 ГЗ 1,84±0,12 1,10±0,22

ГО 0,93±0,11 1,01±0,13

Анализ распределения мощности ЭЭГ в тета-диапазоне у подростков при закрытых глазах установил, что в затылочных областях обоих полушарий головного мозга. При открытых глазах тета-ритм локализовался в центральной и затылочной областях правого полушария головного мозга (табл. 5, 6).

Таблица 5

Показатели мощности тета-ритма

Отведения Функциональная проба Тета-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 0,64±0,07 0,75±0,04

ГО 0,55±0,05 0,35±0,03

Бр2-Л2 ГЗ 0,90±0,07 0,64±0,03

ГО 0,65±0,07 0,43±0,03

Т3-Л1 ГЗ 0,43±0,07 0,36±0,04

ГО 0,38±0,05 0,21±0,03

Т4-Л2 ГЗ 0,64±0,15 0,42±0,02

ГО 0,35±0,05 0,40±0,02

С3-Л1 ГЗ 0,92±0,11 0,99±0,04

ГО 0,62±0,06 0,50±0,04

С4-Л2 ГЗ 0,81±0,06 1,09±0,06

ГО 0,73±0,06 0,45±0,03

01-Л1 ГЗ 0,95±0,14 1,01±0,07

ГО 0,50±0,04 0,54±0,03

02-Л2 ГЗ 1,17±0,10 1,10±0,07

ГО 0,55±0,05 0,60±0,05

Таблица 6

Показатели мощности тета-ритма

Отведения Функциональная проба Тета-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 0,52±0,09 0,67±0,01

ГО 0,40±0,04 0,30±0,02

Бр2-Л2 ГЗ 0,48±0,12 0,56±0,01

ГО 0,41±0,04 0,25±0,001

Т3-Л1 ГЗ 0,27±0,07 0,19±0,03

ГО 0,16±0,03 0,11±0,02

Т4-Л2 ГЗ 0,38±0,08 0,37±0,13

ГО 0,29±0,09 0,37±0,07

С3-Л1 ГЗ 0,48±0,08 0,61±0,08

ГО 0,41±0,06 0,40±0,02

С4-Л2 ГЗ 0,56±0,11 0,56±0,04

ГО 0,59±0,16 0,49±0,01

01-Л1 ГЗ 0,57±0,26 0,92±0,12

ГО 0,34±0,05 0,41±0,13

02-Л2 ГЗ 1,12±0,18 1,01±0,10

ГО 0,51±0,11 0,53±0,10

Анализ мощности бета-ритма у подростков 12-13 и 14-15 лет не выявил выраженных (достоверных) различий, что позволило объединить данные двух возрастных групп. Наибольшая мощность бета-ритма была зарегистрирована у мальчиков при закрытых глазах в теменной и затылочной областях правого полушария, а у девочек в центральной области левого полушария и затылочной области правого полушария головного мозга. При открытых глазах доминирование данного диапазона отмечалось у мальчиков в лобной и центральной областях правого полушария, у девочек в центральной области левого полушария и затылочной области правого полушария головного мозга (табл. 7).

Таблица 7

Показатели мощности бета-ритма

Отведения Функциональная проба Бета-ритм

Мальчики Девочки

Бр1-Л1 ГЗ 0,13±0,03 0,12±0,01

ГО 0,05±0,001 0,11±0,04

Бр2-Л2 ГЗ 0,20±0,04 0,11±0,001

ГО 0,13±0,04 0,10±0,03

Т3-Л1 ГЗ 0,07±0,03 0,14±0,03

ГО 0,04±0,001 0,07±0,03

Т4-Л2 ГЗ 0,14±0,05 0,12±0,001

ГО 0,10±0,03 0,14±0,01

С3-Л1 ГЗ 0,12±0,03 0,15±0,001

ГО 0,07±0,02 0,14±0,02

С4-Л2 ГЗ 0,18±0,04 0,13±0,01

ГО 0,13±0,05 0,12±0,01

01-Л1 ГЗ 0,17±0,04 0,20±0,07

ГО 0,10±0,02 0,12±0,01

02-Л2 ГЗ 0,17±0,03 0,16±0,03

ГО 0,11±0,02 0,14±0,01

Полученные результаты свидетельствуют о продолжающемся в течение данного возрастного периода процессе формирования биоэлектрической активности головного мозга у подростков. В организации биоэлектрической активности мозга детей зарегистрировано с возрастом снижение активности в тета- и дельта-диапазонах, повышение мощности альфа-ритма и степени выраженности реакции активации на ЭЭГ, относительное повышение представленности потенциалов в бета-диапазоне. Эта динамика отражает процессы перехода от физиологически «незрелого» паттерна ЭЭГ в форме доминирования тета- и дельта-ритмов ЭЭГ к дефинитивному паттерну с постепенным доминированием альфа-ритма [6], что, несомненно, связано с совершенствованием механизмов церебральной гемодинамики [7]. По динамике возрастных изменений мощности данных частотных составляющих ЭЭГ, более высокими темпами морфофункционального созревания отличаются затылочные области коры мозга, наименьшими - лобно-центральные. Обращает на себя внимание также относительное преобладание изменений в правом полушарии головного мозга, что свидетельствует о наличии неравномерности темпов онтогенетической эволюции функций и гетерохронности формирования нейрофизиологических механизмов, определяющих возрастные особенности когнитивных процессов.

Выводы. Таким образом, в результате исследования были определены нормативные значения показателей мощности основных ритмов ЭЭГ обоих полушарий головного мозга у здоровых подростков 12-15 лет в условиях «глаза закрыты»/«глаза открыты».

Результаты количественного анализа характеристик ЭЭГ у здоровых подростков 12-15 лет помогут специалистам по электроэнцефалографии и функциональной диагностике объективно оценивать функциональное состояние подростков и диагностировать мозговые дисфункции у больных с различными нарушениями деятельности мозга. В качестве диагностических критериев в данном случае могут выступать характеристики мощности ритмов ЭЭГ. Параметры этих характеристик ЭЭГ конкретного подростка могут сравниваться с нормативными данными (его возрастной нормой) и результаты сравнения значительной степени будут способствовать правильной оценке функционального состояния головного мозга, а характер отклонений от нормативных данных использоваться для диагностики заболеваний.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). Руководство для врачей. -5-е изд. - М. : МЕДпрессинформ, 2012. - 356 с.

2 Кучма В.Р., Сухарева Л.М., Баранов А. А. Состояние здоровья современных детей и подростков и роль медико-социальных факторов в его формировании // Вестник Российской АМН. - 2009. - № 5. - С. 6-11.

3 Ляпин В. А. Комплексная оценка потерь здоровья детей и подростков на территории крупного промышленного центра : учебн.-метод. пособие. - Омск : М-во здравоохр. Омск. обл., 2007. - 96 с.

4 Ляпин В.А., Ерофеев Ю.В., Дедюлина Н.В., Нескин Т.А. Гигиеническая оценка взаимосвязи загрязнения окружающей среды и заболеваемости детского населения крупного промышленного города // Здоровье населения и среда обитания. - 2006. - № 1 (154).- С. 12-15.

5 Сергеева Е.Г. Возрастные особенности функционального развития мозга у школьников, проживающих в условиях Европейского Севера : дис. ... канд. биол. наук. - СПб., 2009. - 168 с.

6 Фарбер Д.А., Дубровинская Н.В. Функциональная организация развивающегося мозга (возрастные особенности и некоторые закономерности) // Физиология человека. - 1991. - Т. 17, № 5. - С. 17-27.

7 Аикин В.А., Елохова Ю.А., Поддубный С.К., Чернышева Ж.А. Особенности кровоснабжения головного мозга у детей при обучении их дайвингу// Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. - 2013. - № 9 (103). - С. 7-11.

Рукопись получена: 13 ноября 2016 г. Принята к публикации: 21 ноября 2016 г.