Особенности переработки информации в сенсорных системах и ее значение в бимануальной координации. Сообщение II. Информационный анализ амплитуд компонентов акустических стволовых вызванных потенциалов

Раздел I.

БИОЛОГИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОРГАНОВ И СИСТЕМ ЧЕЛОВЕКА

УДК 612.821.8:612.85

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СЕНСОРНЫХ СИСТЕМАХ И ЕЕ ЗНАЧЕНИЕ В БИМАНУАЛЬНОЙ КООРДИНАЦИИ.

СООБЩЕНИЕ II. ИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ АМПЛИТУД КОМПОНЕНТОВ АКУСТИЧЕСКИХ СТВОЛОВЫХ ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ

П.В. ТКАЧЕНКО, И.И. БОБЫНЦЕВ*

Проведенный информационный анализ значений амплитуд компонентов акустических стволовых вызванных потенциалов позволил выявить особенности переработки слуховой информации на стволовом уровне у испытуемых мужского и женского пола и обосновать слухомоторные взаимоотношения с позиций теории информации. Ключевые слова: слуховая сенсорная система, вызванные потенциалы, информационный анализ.

Генетически детерминированная структурно-функциональная организация отдельных сенсорных систем позволяет характеризовать их как аппарат объективной оценки действующих факторов независимо от их биологической значимости и индивидуального жизненного опыта. При этом в периферическом рецепторном отделе механизмы регуляции достаточно жестко закреплены. На высших уровнях данные механизмы также фиксированы в заданных границах настройки, однако пределы их регуляции на каждом более высоком уровне расширяются [6]. Все звенья слуховой сенсорной системы вплоть до коры включают в себя частотно-настроенные элементы и целые структуры. Тонотопическое расположение этих нейронов и их настройка на определенные частоты обнаружены в передаточных звеньях слухового пути: кохлеарном ядре, верхних оливах, нижних холмах, внутреннем коленчатом теле [6].

Несомненно, что настройка и сонастройка элементов анализаторов, формирование функциональных систем различных уровней и прежде всего систем, направленных на реализацию сенсорно-моторных взаимодействий, для достижения полезного приспособительного результата, осуществляется на информационной основе [1,3,7,8,9].

Ранее нами были выявлены и описаны внутри- и межсис-темные корреляционные взаимоотношения частотно-

амплитудных характеристик зрительных вызванных потенциалов, акустических стволовых вызванных потенциалов и показателей сложноскоординированных движений рук [10,11,12,13,14], а также оценено значение информационной составляющей амплитуд зрительных вызванных потенциалов во внутри- и сенсорномоторных взаимодействиях.

Цель исследования — оценить амплитудные характеристики акустических стволовых вызванных потенциалов с помощью информационного анализа и обосновать внутрисенсорные и слуходвигательные взаимоотношения с позиций теории информации.

Материалы и методы исследования. В исследовании добровольно приняли участие 74 испытуемых (38 мужчин и 36 женщин) в возрасте от 18 до 20 лет.

Акустические стволовые вызванные потенциалы (АСВП) регистрировали с использованием нейромиоанализатора НМА-4-01 «Нейромиан» («Медиком МТД» Россия) с соответствующим программным обеспечением по стандартной методике. При этом оценивали амплитуды компонентов (І-УІІ) АСВП [2,5]. Уровень бимануальной координации произвольной двигательной активности определяли методом суппортметрии [10].

При статистической обработке производили расчет относительной энтропии (ОЭ) и коэффициента избыточности (КИ) амплитудных характеристик компонентов акустических стволовых вызванных потенциалов. Соотношения амплитуд компонентов АСВП и показателей бимануальной координации выявляли методом корреляционного анализа [4].

Результаты и их обсуждение. Анализ характеристик информационного содержания амплитуд компонентов АСВП в

группе испытуемых мужского пола (табл. 1) показал, что при стимуляции левого уха в ипсилатеральном отведении (О1) максимальная концентрация информации приходится на вход рассматриваемой системы, характеризуемый ранними компонентами I и II. Кроме этих компонентов сравнительно большей энтропией характеризуется амплитуда компонента IV. Коэффициенты избыточности упомянутых показателей имеют закономерно минимальные значения. Наименьшей информацией в рассматриваемой системе обладает выход системы - поздний компонент VII, который имеет и максимальную избыточность.

Контрлатерально максимальное значение относительной энтропии наблюдается у амплитуды четвертого компонента, минимальное - у компонента VI.

Таблица 1

Значения относительной энтропии и коэффициентов избыточности амплитуд компонентов АСВП, зарегистрированных в отведениях С3 и С4 при стимуляции слева и справа у мужчин

Компоненты АСВП Стимуляция слева Стимуляция справа

С3 С4 С3 С4

ОЭ КИ ОЭ КИ ОЭ КИ ОЭ КИ

I 0,922 7,753 0,836 16,378 0,929 7,021 0,817 18,291

II 0,985 1,477 0,702 29,745 0,719 28,078 0,924 7,513

III 0,797 20,243 0,814 18,551 0,800 19,963 0,830 16,924

IV 0,927 7,240 0,900 9,956 0,824 17,545 0,867 13,278

V 0,818 18,103 0,875 12,402 0,909 9,096 0,838 16,186

VI 0,785 21,405 0,592 40,719 0,633 36,670 0,880 11,966

VII 0,667 33,207 0,745 25,496 0,536 46,302 0,446 55,338

Е 5,901 109,42 5,464 153,24 5,35 164,67 5,602 139,49

Примечание (здесь и далее): ОЭ - относительная энтропия;

КИ - коэффициент избыточности; £ - сумма рассматриваемых показателей по отведениям.

При подаче аудиостимула в правое ухо максимальная информационная нагрузка в системе отведения С3 приходится на вход, как и при стимуляции слева. Кроме того, амплитуда компонента V имеет аналогичные характеристики концентратора. Минимальной информацией обладает выход системы компоненты VI и VII. Подобная картина наблюдается и ипсилатеральном стороне стимуляции отведении (С4), т.е. максимум на входе (амплитуда раннего компонента II), а минимум на выходе (амплитуда позднего компонента VII). При анализе суммы относительной энтропии и коэффициента избыточности, представленные в таблице, следует отметить, что независимо от стороны стимуляции и рассматриваемого отведения наблюдается равномерное распределение слуховой сенсорной информации. В тоже время избыточность наличной информации выше в контрлатеральных отведениях. Кроме того, правосторонняя стимуляция обуславливает и большую надежность передачи.

У женщин (табл. 2) при стимуляции левого сенсорного входа в системе амплитуд компонентов АСВП, зарегистрированных в С3 слева, информация сконцентрирована практически во всех компонентах с максимумом в III. Минимальное значение относительной энтропии и максимальное избыточности, как и у мужчин, приходится на последний компонент. Контрлатерально (С4) максимальная информационная составляющая наблюдается на входе системы (II), а минимальная - на выходе (VII), как и в предыдущем случае.

Стимуляция правого сенсорного входа вызывает несколько иное распределение информации в системе амплитуд компонентов АСВП, зарегистрированных в отведении С3 (конрлатераль-но). Так на входе системы (II) наблюдается сравнительно небольшая информационная нагрузка. Ее максимум приходится на амплитуды компонентов III и V, как и в одноименном отведении при стимуляции слева. Минимальные значения относительной

энтропии и, соответственно, максимальные коэффициента избыточности приходятся на амплитуды последних компонентов.

Таблица 2

Значения относительной энтропии и коэффициентов избыточности амплитуд компонентов АСВП, зарегистрированных в отведениях С3 и С4 при стимуляции слева и справа у женщин

Компоненты АСВП Стимуляция слева Стимуляция справа

С3 С4 С3 С4

ОЭ КИ ОЭ КИ ОЭ КИ ОЭ КИ

I 0,893 10,607 0,727 27,244 0,885 11,437 0,905 9,428

II 0,911 8,812 0,946 5,350 0,694 30,506 0,711 28,802

III 0,976 2,358 0,766 23,346 0,960 3,912 0,830 16,989

IV 0,911 8,830 0,819 18,066 0,881 11,866 0,828 17,105

V 0,925 7,423 0,894 10,563 0,923 7,689 0,961 3,800

VI 0,943 5,681 0,696 30,337 0,693 30,669 0,931 6,839

VII 0,765 23,459 0,546 45,363 0,627 37,280 0,603 39,691

Е 6,324 67,17 5,394 169,27 5,663 133,36 5,77 122,65

В ипсилатральном отведении (С4) максимум информации концентрируется на входе, а затем наблюдается и в значениях амплитуд компонентов V и VI. Падение информационной составляющей с повышением избыточности, как и во всех предыдущих случаях, приходится на выход (амплитуда компонента VII).

Сумма значений относительной энтропии несколько больше в отведении С3 (слева) при одноименной стимуляции. В остальных системах наблюдается равное количество информации. Обращает на себя внимание сравнительно большая суммарная избыточность в системе С4 при стимуляции слева.

Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что у мужчин при стимуляции субдоминантного (левого) сенсорного входа большое значение имеет латерализация поступления стимула, что проявляется в концентрации сенсорной информации на уровне дистальной части слухового нерва. Данный факт отражает начальное кодирование действующего стимула организацией следования потенциалов действия по слуховому нерву и далее в части кохлеарных ядер ствола. В нейронах кохлеарного комплекса происходит перекодирование информации и переключение на следующий нейрон [5,6]. Далее коллекторными признаками обладают восходящие слуховые волокна в ростральной части моста и боковая петля и справа и слева. Важно отметить, что полученные данные полностью согласуются с результатами проведенного ранее внутрисистемного корреляционного анализа [14]. Амплитуды этих же компонентов занимают первые ранги по уровню суммарной многосторонней скоррелированности в своих системах. Кроме того, восходящие волокна и боковая петля играют важную роль в сенсомоторной интеграции, что было установлено при проведении корреляционного сопоставления амплитуд компонентов АСВП и характеристик бимануальной координации [14]. Правомерность наших предположений подтверждается тем фактом, что и латентности компонента IV наиболее скоррелированы в своей системе [13].

Правосторонняя стимуляция вызывает информационную активацию начальных отделов слухового нерва и в обоих отведениях. В контрлатеральном отведении признаками коллектора также обладают нижние бугры четверохолмия, что совершенно, закономерно, поскольку здесь происходит анализ информации перед поступлением в первичные сенсорные зоны коры больших полушарий головного мозга [2,6]. Ранее нами было установлено, что амплитуды этих же компонентов находятся в начале ранжированного ряда по уровню суммарной скоррелированности и выражено взаимосвязаны с показателями бимануальной координации. Характерно, что и латентности этих компонентов принимают активное участие в сенсомоторной интеграции на стволовом уровне [13,14].

Стимуляция и левого, и правого сенсорного входа вызывает равномерное распределение информации в структурах проводникового отдела слуховой сенсорной системы. Однако особенности ее избыточности, и, следовательно, надежности передачи позволяют предполагать роль как правого сенсорного входа, так и одноименных отделов при контрлатеральном стимулировании.

У испытуемых женского пола стимуляция левого уха характеризуется выраженной информационной нагрузкой в одноименном отведении практически во всех структурах, начиная с экстрамедуллярной части слухового нерва, кохлеарного комплекса с продолжением на уровне верхних олив, ростральной части моста и боковой петли, четверохолмия и далее вплоть до медиального коленчатого тела. Это, вероятно, обусловлено стороной сенсорной стимуляции. Относительно более выраженное значе-

ние левого сенсорного входа у женщин отмечалось нами и ранее [11,12,13,14]. При этом амплитуды IV и V компонентов обладают максимальной скоррелированностью в своих системах справа и слева [14]. Однако выраженное значение в бимануальной координации имеют только кохлеарные ядра и оливарный комплекс, обладающие наибольшей скоррелированностью с показателями сложноскоординированных движений рук. Латентности этих компонентов по уровню скоррелированности находятся в конце ранжированного ряда, а наибольший удельный вес среди них имеет билатеральный верхний оливарный комплекс, обладающий и максимальной информационной нагрузкой в рассматриваемой системе и наибольшим вкладом в координацию [13].

Стимуляция правого сенсорного входа вызывает максимальную концентрацию информации в С3 на уровне оливарного комплекса и четверохолмия (как и у мужчин). Нижние бугры четверохолмия, наряду с медиальным коленчатым телом, несут наибольшую информационную нагрузку и в С4. По данным корреляционного анализа эти же структуры обнаруживают тесные взаимосвязи в своих системах и участвуют в сенсомоторной координации [14]. Подобная картина наблюдается и в отношении латентностей одноименных компонентов [13]. Суммарные значения ОЭ и КИ свидетельствуют о выраженном значении левого сенсорного входа у женщин в сравнении с мужчинами.

При анализе и обсуждении полученных данных закономерно встает вопрос и о состоянии низкоинформационных высокоизбыточных структур. Известно, что и у мужчин, и у женщин, независимо от отведения и стороны стимуляции, таковыми являются поздние компоненты, характеризующие активацию медиального коленчатого ядра и дистальную часть слуховой иррадиации и возможно первичный ответ коры [2,5,6]. Такая устойчивая закономерность может свидетельствовать о том, что в процессе проведения слуховой сенсорной информации на стволовом уровне происходит необходимая ее переработка и на уровень ближайшей подкорки и коры поступает импульсация, распространяющаяся с наименьшей скоростью и в тоже время с максимальной сохранностью. Это, очевидно, необходимо для ее адекватной внутри- и межполушарной иррадиации.

Что касается билатеральных коллекторов, то стволовой уровень слуховой сенсорной системы имеет как минимум три таких структуры - кохлеарные ядра (II), верхние оливы (III) и нижние бугры четверохолмия (V) [6]. Все они обладают выраженной информационной нагрузкой. Из полученных нами результатов информационного анализа следует, что у мужчин билатеральная иррадиация осуществляется более дифференцированно, соотносясь с уровнями обработки и переключения сенсорной информации. В то же время у женщин этот процесс более «хаотичен», а, следовательно, и менее эффективен, что особенно очевидно при поступлении информации через левый сенсорный вход.

Таким образом, проведенное нами исследование амплитуд компонентов акустических стволовых вызванных потенциалов с позиций информационной теории позволило выявить особенности переработки слуховой сенсорной информации на стволовом уровне, выявить половые различия этого процесса и закономерности внутри- и межполушарной иррадиации в зависимости от локализации акустического сигнала. Кроме того, полученные данные существенно дополняют результаты корреляционного анализа и способствуют обоснованию различия уровня бимануальной координации у мужчин и женщин. Очевидно, что более адекватная переработка и иррадиация слуховой информации у мужчин обуславливает оптимальные условия слухомоторной интеграции на стволовом уровне с преобладанием правосторонней активности в отличие от левосторонней у женщин.

Литература

1Анохин П.К. Кибернетика функциональных систем. Избранные труды. М.: Медицина, 1998.

2. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. М.: МЕДпресс-информ, 2003.

3. Завьялов А.В., Зайцева Г.Н. // Физиология человека. 1980. Т.6. № 1. С. 43-51.

4. Завьялов А.В. Корреляция функций организма. М.: Медицина, 1990.

5. Зенков Л.Р., Ронкин МА. Функциональная диагностика нервных болезней: рук-во для врачей. М.: Медпресс-информ, 2004.

6. КратинЮ.Г. Анализ сигналов мозгом. Л.: Наука, 1977.

7. Романов Ю.А. // Вестн. РАМН. 2002. № 6. С.13-18.

8. Судаков К.В. Информационный феномен жизнедеятельности. М.: РИА ПО, 1999.

9. Судаков К.В.// Курский науч.-практич. вестн. «Человек и его здоровье». 2005. № 2. С. 4-13.

10. Ткаченко П.В. // Вестн. Новых медицинских технологий. 2008. T.XV. № 3. С. 180-182.

11. Ткаченко П.В., Бобынцев И.И. // Курский науч.-практич. вестн. «Человек и его здоровье». 2009. № 1. С. 21-29.

12.Ткаченко П.В., Бобынцев И.И. // Курский науч.-практич. вестн. «Человек и его здоровье». 2009. № 2. С. 31-38.

13.Ткаченко П.В., Бобынцев И.И. // Курский науч.-практич. вестн. «Человек и его здоровье». 2009. № 4. С. 30-38.

14.Ткаченко П.В., Бобынцев И.И. // Курский науч.-практич. вестн. «Человек и его здоровье». 2010. № 2. С. 18-27.

INFORMATION PROCESSING FEATURES IN THE SENSOR SYSTEMS AND IT S ROLE IN BI-MANUAL COORDINATION.

REPORT II. INFORMATIONAL ANALYSIS OF THE AMPLITUDES OF THE ACOUSTIC STEM EVOKED POTENTIALS

P.V. TKACHENKO, I.I. BOBYNTSEV

Kursk State Medical University

The informational analysis of the amplitudes of the acoustic stem evoked potentials components has made it possible to find out the features of the auditory information processing at the stem level in male and female examinees and explain the auditory and motor interactions from the point of the theory of inform.

Key words: auditory sensory system, evoked potentials, informational analysis.

УДК 615.32:552.577.1

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТОРФЯНЫХ ГУМИНОВЫХ И ГИМАТОМЕЛАНОВЫХ КИСЛОТ ВО ВЗАИМОСВЯЗИ СО СПЕЦИФИКОЙ ИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

В.В. ПЛАТОНОВ, Д.Н. ЕЛИСЕЕВ, О.С. ПОЛОВЕЦКАЯ*,

А. А. ХАДАРЦЕВ**

Современными методами физико-химического анализа исследованы состав и структурные особенности гуминовых, гиматомелановых кислот и остатка от выделения гиматомелановых кислот (гумина) низинного торфа Подмосковья. В ходе ряда модельных экспериментов выявлено физиологическое действие полученных препаратов. Показано, что большая часть биостимулирующей активности гуми-новых кислот заключается в гиматомелановых кислотах, которые могут быть использованы в качестве основы для перспективных гу-миновых препаратов медицинского назначения. Установлены оптимальные концентрации для наблюдения общестимулирующего действия гуминовых кислот и гиматомелановых кислот в водных растворах. Определено различие в характере влияния на живые клетки для всех выделенных препаратов.

Ключевые слова: гуминовые кислоты, гиматомелановые кислоты, физиологическая активность

Гуминовые кислоты (ГК) и гиматомелановые кислоты (ГМК) составляют основную часть гуминовых веществ (ГВ), постоянно встречающихся в природе: в почве, в торфе, в буром угле и в самих растениях. Они содержатся в микродозах в некоторых продуктах питания - обжаренном кофе, черном чае, корочке хлеба или жареном мясе [1].

Еще в древности в медицине применяли гуминосодержащие торфяные ванны, а в ветеринарии свежий торф использовали в качестве антисептической и адсорбирующей подстилки для поросят. Научное применение препаратов ГВ начато в медицине и ветеринарии с 1967 года. Их преимущества перед обычными лекарствами проявились очень быстро. Препараты ГВ благодаря своему вяжущему, антирезорбтивному, противовоспалительному, антибактериальному и противовирусному действию особенно хорошо подходят для терапии заболеваний органов пищеварения и нарушений обмена веществ, контролируемых кишечным иммунитетом. Препараты ГВ в основном не всасываются в организм, а оказывают своё лечебное действие в просвете желудочно-кишечного тракта и стенке кишечника. Отсутствие остатков ГК и ГМК в животных продуктах много-

* Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.

Тульскиий государственный университет, медицинсикий институт

кратно доказывалось самыми современными методами (например, радиоизотопной маркировкой) [2].

Обволакивание слизистой кишечника ГВ может уменьшить или полностью предотвратить впитывание токсических метаболитов после инфекции, при несбалансированном питании. Благоприятным эффектом является снижение патологической импуль-сации с периферических нервных окончаний кишечника, и восстановление нормальной перистальтики и тонуса. Под легким дубильным влиянием гуминовых кислот уплотняется слизистая кишечника, уменьшается её проницаемость и избыточное выделение тканевой жидкости в просвет кишечника, тем самым про-филактируется обезвоживание [3].

В ветеринарно-медицинской практике сегодня всё ещё в основном применяются антибиотики для того, чтобы уничтожить патогенную флору, или ограничить её воздействие. Биорегуля-торные мероприятия применяются только для поддержки. Это второй путь воздействия на патогенную микрофлору, позволяющий количественно вытеснить её в пользу основной физиологической микрофлоры кишечника. Для этого целенаправленно заселяют пищеварительный тракт антагонистическими живыми микроорганизмами, пробиотиками и пребиотиками.

Но есть и третий путь, использующий поддерживающие вещества (кислоты, ферменты, вяжущие средства), нейтрализующие патогенную микрофлору, при одновременном подавлении воспаления и блокаде мест налипания патогенных возбудителей в слизистой кишечника. Этих позитивных эффектов можно достичь с помощью применения ГК и ГМК.

Важной предпосылкой для широкого применения ГВ в качестве составной части ветеринарных лекарственных средств и диетических добавок является тот факт, что острая токсичность по отношению к теплокровным при оральном введении не установлена. При длительном оральном применении не выявлены никакие побочные воздействия, аллергии или явления резистентности. ГВ вследствие своего химического строения не являются ни тератогенами, ни мутагенами. Также они не имеют доказанных канцерогенных и эмбриотоксических свойств. Ряд предварительных сведений [4-8] свидетельствует о повышенной, в сравнении с другими ГВ, физиологической активности ГМК, что, в совокупности с недостаточной их изученностью, делает их интересным объектом для изучения с точки зрения перспективности использования в качестве основы для получения разнообразных препаратов медицинского назначения.

Цель исследования заключается в сравнении количественных показателей основных структурных составляющих ГК, ГМК и гумина в связи с особенностями их физиологического действия на живые клетки.

Материалы и методы исследования. Исходным материалом для выделения ГК и ГМК являлся низинный торф Шатурского месторождения (Московская обл.), относящийся к древеснотравяной группе со степенью разложения 42,0%, влажностью 8,2 и зольностью 27,0 (масс. % на общую и сухую массу соответственно) и следующим элементным составом: C - 55,8; H - 6,0; N -1,4; O+S - 36,8 (масс. % daf).

Выделение исходных ГК производилось путем последовательной трехкратной горячей щелочной экстракции водным 0,2 н раствором NaOH в течение 6 ч при 90-95°С. Водные растворы натриевых солей ГК, полученных в ходе экстракций, объединялись и подвергались центрифугированию в течение 30 мин при 8000 об/мин с целью очистки их от нерастворимых остатков исходного сырья. Центрифугат подкислялся 0,2н HCl до pH = 5,56,0 для осаждения ГК из водного раствора. Осадок промывался декантацией до нейтральной реакции для удаления растворимых минеральных солей из системы. Взвесь ГК вновь подкислялась 0,1 н HCl для облегчения осаждения. Затем данная взвесь подвергалась центрифугированию в течение 10 мин при 8000 об/мин. Полученные ГК тщательно высушивались при 60°С в течение 6 ч. Выход ГК - 28 масс. % на органическую массу торфа.

Выделение ГМК осуществлялось из полученных ГК горячей этанольной экстракцией. Навеска ГК массой 5 г заливалась 300 мл этанола-ректификата и кипятилась с обратным холодильником в течение 4 ч. Полученный экстракт сливался с осадка и операция экстрагирования повторялась до прекращения окрашивания этанола растворяющимися ГМК. Экстракты объединялись и концентрировались путем отгонки 80% исходного объема этанола. Концентрированный этанольный экстракт подвергался