Проблема коррекции вегетативных дисфункций у подростков циркумполярных территорий остается актуальной. Реактивность симпатического отдела вегетативной регуляции сердечной деятельности у подростков Севера достаточно высока и зависит от продолжительности светового дня, широты проживания и сезонных гормональных перестроек [8, 10, 13]. Одним из перспективных методов немедикаментозной коррекции сердечного ритма, при котором происходит усиление вагусных влияний на ритм сердца, сосудистой дистонии является метод биоуправления параметрами вариабельности снижения явлений симпатикотонии [12, 14]. При этом наблюдаются и различные варианты перестроек в амплитудно-частотной структуре биоэлектрической активности головного мозга, которые, в свою очередь, зависят от исходных уровней активности тиреоидной и серотонинергической систем [3, 4, 5, 6]. Учитывая разные уровни сформированности биоэлектрического паттерна головного мозга на различных возрастных этапах пубертата, представляется важным определить направленность изменений электрофизиологических свойств головного мозга при биоуправлении параметрами ритма сердца у подростков в зависимости от их возраста в условиях приполярного региона. В связи с вышеизложенным цель работы заключалась в выявлении изменений спектральной мощности электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у подростков-северян 14 и 16-17 лет в результате однократного сеанса биоуправления с целью усиления вагусных влияний на ритм сердца.
Материалы и методы исследования
Обследованы 43 учащихся двух сельских общеобразовательных средних школ Приморского района Архангельской области - 20 учащихся 8 класса в возрасте 14 лет (12 мальчиков и 8 девочек) и 23 учащихся 11 класса в возрасте 16-17 лет (10 мальчиков и 13 девочек). Все обследованные лица не имели острых заболеваний на момент обследования, неврологических нарушений и кардинальной патологии в анамнезе. От всех учащихся и их родителей было получено информированное согласие на участие в исследовании, одобренном биоэтическим комитетом Института физиологии природных адаптаций УрО РАН. Регистрацию показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) проводили в положении сидя с помощью прибора «Варикард» («Рамена», Россия) [1]. Для реализации принципа биологической обратной связи (БОС) обследуемый получал на экране монитора информацию о состоянии суммарной мощности спектра ВСР - Total Power (TP, мс2) с обновлением показателя каждые 5 секунд. Формирование состояния, отражающего изменение выбранного параметра, производилось посредством стратегии «свободного поиска» - сочетание спокойного глубокого дыхания с эффективным плавным выдохом, мышечной расслабленности и создания положительно окрашенных мысленных образов [11]. Критерием эффективности БОС-тренинга считали повышение суммарной мощности спектра ВСР и снижение индекса напряжения регуляторных систем (ИН). В исследовании представлены данные тех учащихся, у которых исходные показатели ВСР свидетельствовали о нормо- и симпатикотонии (ИН > 50 усл. ед.). ЭЭГ регистрировали в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами на ЭЭГА-21/26 «Энцефалан-131-03» (НПКФ «Медиком МТД», Россия) монополярно от 16 стандартных отведений (О1, О2, Р3, Р4, С3, С4, F3, F4, Fp1, Fp2, F7, F8, Т3, Т4, Т5, Т6) с ушными референтными электродами (А1 слева, А2 справа), установленных по международной системе 10-20 в полосе 1-30 Гц. Схема сеанса включала следующие этапы:
-
5-минутная запись ЭЭГ с закрытыми глазами (регистрация фона, реакция активации) с одновременной регистрацией параметров ВСР;
-
5-минутная процедура БОС-тренинга, проводимая с открытыми глазами по вышеописанной методике без регистрации ЭЭГ;
-
5-минутная запись ЭЭГ с закрытыми глазами (реакция последействия) с одновременной регистрацией параметров ВСР.
При оценке ЭЭГ каждого испытуемого выделяли безартефактные отрезки записи, абсолютные значения мощностей спектра в мкВ2 анализировали по тета - (4-8 Гц), альфа - (8-13 Гц), бета1 - (13-24 Гц) диапазонам. Изменения дельта-активности (1-4 Гц) не рассматривались, так как дельта-волны были единичными, не превышающими амплитуды доминирующей активности головного мозга. Статистическую обработку полученных результатов проводили непараметрическими методами с помощью компьютерного пакета прикладных программ Statistica 5.5 («StatSoft», США). Учитывали медиану (Ме) и межквартильный размах при 25 и 75% уровнях значений выборки. Для проверки статистической гипотезы межгрупповой разности использовали для трех зависимых выборок критерий χ-квадрат при ранговом дисперсионном анализе (df = 2, p < 0,05) и для двух зависимых выборок критерий Вилкоксона (p < 0,05).
Результаты исследования и их обсуждение
Предварительно проведенный анализ не выявил выраженных половых различий при реактивности вегетативных и мозговых структур при сеансе биоуправления, что позволило объединить данные лиц мужского и женского пола. У подростков независимо от возраста при сеансе биоуправления происходило усиление вагусных влияний на ритм сердца - значимое повышение показателя ТР, у подростков 14 лет - показателя pNN50 (процент последовательных пар кардиоинтервалов, различающихся более, чем на 50 мсек за время записи), а также значимое снижение ИН (табл. 1 и 2).
Таблица 1
Показатели ВСР у подростков 14 лет в динамике сеанса биоуправления параметрами ритма сердца (Me (25;75))
|
|
Фон (1) |
БОС (2) |
Последействие (3) |
|
|
ЧСС, уд./мин |
85,61 (79,30; 92,98) |
85,94 (79,49; 92,27) |
88,80 (82,88; 92,08) |
p1-2 > 0,05; p2-3 > 0,05 p1-3 > 0,05 |
|
pNN50,% |
14,68 (9,11;30,04) |
21,27 (13,34;33,42) |
14,54 (4,59;25,06) |
p1-2 = 0,045; p2-3 < 0,001 p1-3 = 0,010 |
|
ТР, мс2 |
2015,52 (1454,11; 2745,81) |
3937,45 (3167,92; 5268,57) |
1924,16 (1413,06; 2722,94) |
p1-2 < 0,001; p2-3 < 0,001 p1-3 > 0,05 |
|
ИН, усл.ед. |
133,24 (102,42; 173,55) |
71,58 (65,58; 92,72) |
141,57 (88,53; 220,14) |
p1-2 < 0,001; p2-3 < 0,001 p1-3 = 0 > 0,05 |
Таблица 2
Показатели ВСР у подростков 16-17 лет в динамике сеанса биоуправления параметрами ритма сердца (Me (25;75))
|
|
Фон |
БОС |
Последействие |
|
|
ЧСС, уд./мин |
77,64 (68,76;82,18) |
78,58 (72,68;83,63) |
78,88 (69,85;82,21) |
p1-2 > 0,05; p2-3 > 0,05 p1-3 > 0,05 |
|
pNN50, % |
24,15 (13,27;42,51) |
30,21 (17,59;37,36) |
17,72 (11,17;35,31) |
p1-2 > 0,05; p2-3 > 0,05 p1-3 = 0,019 |
|
ТР, мс2 |
2477,63 (1593,80; 3409,33) |
4936,74 (3006,36;5 622,66) |
2341,92 (1742,77;3598,39) |
p1-2 < 0,001; p2-3 < 0,001 p1-3 = 0,223 |
|
ИН, усл.ед. |
85,28 (59,40;147,11) |
50,36 (37,94;93,99) |
101,26 (65,76;166,28) |
p1-2 < 0,001; p2-3 < 0,001 p1-3 = 0,673 |
В ходе сеанса БОС-тренинга также наблюдали сдвиг доминирующего пика спектральной мощности ВСР в низкочастотный диапазон, что может указывать на активизацию барорефлекторных механизмов. Тем не менее детальный анализ изменений спектральных показателей различных частотных диапазонов при таком воздействии не представлялся возможным для однозначной интерпретации и нуждается в отдельном исследовании, так как все испытуемые стремились замедлить ритм дыхания менее 9 дыхательных циклов в минуту, особенно мальчики. На этапе последействия, когда обследуемый переходил в состояние, аналогичное исходному фону, показатели ВСР стремились к фоновым значениям.
Изменения биоэлектрической активности головного мозга у 14-летних подростков были разнонаправленные после сеанса БОС-тренинга. Общегрупповые изменения мощностей спектров ЭЭГ выражались лишь в значимом снижении тета-активности в префронтальной области справа (F4-A2, p = 0,035) и повышении бета1-активности в сенсомоторной зоне справа (С3-А1, p = 0,025). Повышение мощности спектра альфа-активности в затылочных областях (O1, O2) на этапе последействия выявлено у 10 человек, а понижение у 11 человек. Таким образом, у подростков 14 лет выявлены различные варианты реактивности мозговых структур на однократный сеанс биоуправляемого повышения вагусных влияний на ритм сердца [5].
У старших подростков 16-17 лет реакция на процедуру биоуправления была более определенной (табл. 3). Разнонаправленные изменения значений мощностей спектра ЭЭГ касались лишь затылочных и теменных областей (у 13 человек было здесь повышение, а у 10 человек снижение мощности альфа-активности), что не позволило получить здесь общегрупповых статистически значимых различий (значения в областях Р3-Р4 в табл. 3 опущены). В центральных, передних и височных областях мозга наблюдали повышение альфа-активности, а в правых центральной, лобной и височной областях регистрировали сдвиг частотных характеристик ЭЭГ в сторону более высоких частот. Так, в отведениях С4, F4 и T4 наблюдали значимое снижение тета-активности после БОС-тренинга, в то время как в С4, Т4 и F8 происходило значимое усиление бета1-активности.
Заключение
Достижение успеха в саморегуляции с целью усиления вагусных влияний на ритм сердца достигается различными стратегиями у подростков в активную фазу становления пубертата (14 лет) и наиболее однонаправленны на завершающем этапе пубертата (16-17 лет). При этом у одних индивидуумов происходит десинхронизация основного ритма в области зрительной коры, у других гиперсинхронизация данного вида ритма, что отражает доминирующую роль либо восходящих активирующих влияний ретикулярной формации либо таламических структур на кору больших полушарий. Сочетанное усиленное влияние таламических и стволовых структур на биоэлектрогенез коры обусловливает усиление альфа-активности в центральных и передних областях мозга [2]. Усиление бета1-активности в правой центрально-передневисочной области свидетельствует о вовлечении сенсо-моторной области коры и медио-базальных, возможно эмоциогенных структур [7] при реализации индивидуальной стратегии эффективности биоуправления как вида когнитивной деятельности. Более выраженные перестройки биоэлектрического паттерна в правых отделах головного мозга свидетельствуют также об активизации центральных мозговых структур, связанных с сердечно-сосудистой афферентацией [15], что может оптимизировать вегетативную регуляцию сердечной деятельности организма. Снижение выраженности медленно-волновых и повышение роли высокочастотных ритмов в центральных и передних отделах мозга после данного вида БОС-тренинга отражают процессы снижения активности глубинных структур и повышения активности коры мозга. Это также является фактором оптимизации возрастного становления нейрофизиологических функций у подростка, особенно в условиях дискомфортной среды Севера.
Таблица 3
Показатели ЭЭГ (в мкВ2) у подростков 16-17 лет до и после сеанса биоуправления параметрами ВСР (Me (25;75)), n = 23
|
|
тета 4-8 Гц |
альфа 8-13 Гц |
бета1 13-24 Гц |
||||||
|
Фон |
Последействие |
|
Фон |
Последействие |
|
Фон |
Последействие |
|
|
|
О1-A1 |
13,10 (7,73;27,55) |
13,17 (8,45;22,53) |
|
73,89 (41,06;143,85) |
99,30 (54,41;152,06) |
|
17,20 (12,84;23,44) |
18,68 (12,03;26,25) |
|
|
O2-A2 |
15,06 (11,16;22,39) |
12,77 (7,94;20,22) |
|
99,37 (38,94;168,45) |
101,12 (48,28;225,78) |
|
18,94 (12,52;29,72) |
17,97 (12,05;25,53) |
|
|
C3-A1 |
18,64 (14,31;28,15) |
18,59 (14,09;23,48) |
|
30,50 (15,02;57,97) |
30,93 (18,40;75,32) |
p = 0,007 |
9,33 (6,84;13,10) |
9,93 (7,05;13,41) |
|
|
C4-A2 |
19,47 (12,21;25,21) |
18,54 (12,05;22,53) |
p = 0,04 |
35,85 (15,94;52,95) |
36,49 (17,50;70,88) |
p = 0,03 |
8,72 (6,13;13,77) |
11,08 (6,48;14,32) |
p = 0,025 |
|
F3-A1 |
19,18 (14,16;26,70) |
18,57 (14,84;24,27) |
|
27,75 (15,15;41,50) |
29,83 (16,15;53,23) |
p = 0,006 |
9,31 (6,50;14,39) |
9,21 (6,49;15,00) |
|
|
F4-A2 |
17,84 (14,67;21,38) |
16,61 (13,84;22,27) |
p = 0,032 |
26,39 (14,60;43,35) |
29,96 (14,45;49,98) |
p = 0,007 |
7,87 (5,95;14,45) |
9,77 (5,76;15,40) |
|
|
Fp1-A1 |
14,56 (10,88;19,58) |
14,70 (11,12;18,54) |
|
18,40 (11,77;30,54) |
19,42 (12,37;30,87) |
p = 0,007 |
8,18 (4,97;9,40) |
7,46 (5,47;9,34) |
|
|
Fp2-A2 |
16,58 (10,89;22,39) |
16,09 (10,30;22,02) |
|
21,36 (12,32;35,63) |
26,57 (13,34;34,13) |
p = 0,007 |
7,17 (5,47;11,01) |
7,27 (5,59;11,47) |
|
|
F7-A1 |
9,12 (6,91;11,60) |
8,44 (5,88;10,58) |
|
12,74 (7,59;20,36) |
14,61 (8,73;22,85) |
p = 0,005 |
5,49 (3,29;6,55) |
5,79 (3,48;7,52) |
|
|
F8-A2 |
8,91 (5,78;12,34) |
8,78 (6,02;11,32) |
|
14,00 (8,11;21,44) |
16,21 (6,68;27,49) |
p = 0,003 |
5,95 (3,44;8,61) |
7,16 (4,19;9,41) |
p = 0,010 |
|
T3-A1 |
8,92 (7,70;12,95) |
8,57 (6,67;13,29) |
|
16,13 (8,12;27,14) |
15,88 (9,69;30,84) |
|
6,08 (5,15;8,83) |
6,61 (4,79;8,60) |
|
|
T4-A2 |
9,25 (6,53;11,72) |
8,61 (6,02;10,14) |
p = 0,037 |
17,77 (7,02;25,72) |
17,80 (7,91;27,26) |
p = 0,045 |
5,89 (4,27;9,03) |
6,65 (4,42;9,36) |
p = 0,020 |
|
T5-A1 |
11,34 (6,64;17,34) |
9,94 (6,13;14,99) |
|
35,48 (13,98;60,03) |
38,49 (14,25;62,39) |
p = 0,015 |
9,61 (6,48;15,85) |
10,85 (7,18;15,34) |
|
|
T6-A2 |
9,39 (6,49;18,27) |
9,73 (6,36;17,25) |
|
49,38 (16,97;70,52) |
50,50 (19,21;79,87) |
p = 0,024 |
8,91 (4,98;14,98) |
8,42 (5,00;16,33) |
|
Работа поддержана грантом Президиума УрО РАН №12-У-4-1019.
Рецензенты:
-
Грибанов А.В., д.м.н., профессор, директор Института медико-биологических исследований Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск;
-
Бебякова Н.А., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой медицинской биологии и генетики Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск.
Работа поступила в редакцию 06.04.2012.