2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

Как было показано ранее (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990), такая структура паттерна ЭЭГ очень неустойчива к внешним воздействиям и коррелирует с дезорганизацией межцентральных отношений. Экспериментальные данные показали, что у лиц с относительно высокой устойчивостью к фактору гипоксии эта стадия может попеременно сменяться стадией усиления роли альфа-ритма, у лиц с низкой гипоксической устойчивостью после стадии равновероятного взаимодействия наступает формирование функционального ядра в диапазоне тета-, а при нарастании гипоксии и дельта-ритма. Разрушение исходной структуры взаимодействия основных компонентов ЭЭГ в первую очередь возникает в лобных отделах.

3.3. Индивидуальные особенности перестроек

циркадианной организации ЭЭГ человека

при адаптации в горах

Обеспечить оптимальную цикличность массопереноса кислорода может только строго скоординированная временная организация физиологических процессов, которая в экстремальных условиях должна быть отлична от той, что характерна для организма в привычных условиях (Aschoff J., Wever R., 1980). До тех пор, пока не будет найден и закреплен так называемый адаптивный паттерн биоритмов (Halberg F., Watanabe H., 1992; Василевский H. H., 1979; Шеповалъников В. Н., Сороко С. И., 1992), на центральную нервную систему ложится роль созидателя и координатора становления новой структуры биоритмов физиологических функций. От того, насколько эффективны перестройки биоритмологического статуса организма, как синхронизированы биоритмы отдельных систем, во многом зависит успех адаптации организма в целом.

Проблеме суточной периодики показателей биоэлектрической активности мозга посвящено большое число работ (Гурова H. B., 1980; Grovley T. J., Kropke D. E., Halberg F., 1972; Mardock B. S., 1986). Установлено определенное соответствие между характером ЭЭГ и функциональным состоянием мозга. Наиболее регулярные циклические изменения ритмов ЭЭГ обнаружены во время сна в виде последовательной смены и циклического повторения 4–5 картин (паттернов), которые в значительной мере явились основой для выделения чередующихся 4 фаз «медленного» и «быстрого» сна.

Несмотря на ярко выраженную внутрисуточную цикличность, анализ, направленный на выявление циркадианной составляющей суточного паттерна ЭЭГ, целесообразен и математически обоснован (Емельянов И. П., 1986; Оранский И. Е., 1988). Как показывают данные различных авторов, суточные колебания в спектре ЭЭГ имеют все основные ритмические элементы — бета-, альфа-, тета- и дельта-ритмы. Причем акрофазы этих показателей приходятся на различные часы суток. Однако в оценке положения данных акрофаз авторы значительно расходятся (Акопов Г. П., Биниауришвили Р. Г., 1990).

Основными причинами несопоставимости приводимых данных являются, очевидно, ограниченные возможности спектрального анализа ЭЭГ и игнорирование выраженных индивидуальных различий пространственно-временной организации ЭЭГ (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990). Так, нами ранее было показано, что лица, имеющие различный уровень нейродинамической пластичности, обладают неодинаковой пространственно-временной структурой ЭЭГ, что в свою очередь предопределяет стратегию поведения мозга как системы в ответ на воздействие природного гипоксического фактора.

Целью данного раздела работы являлся анализ суточной цикличности пространственно-временной структуры паттерна ЭЭГ в зависимости от типа пластичности нейродинамических процессов и ее реорганизации при адаптации к высокогорью.

В исследовании участвовали 30 уроженцев средней полосы России, впервые направленных по профессиональной необходимости в высокогорные района Памира (3600 м над уровнем моря).

Изучали временные характеристики биоэлектрической активности мозга, причем регистрацию ЭЭГ осуществляли 4 раза в сутки: в 3.00, 9.00, 15.00, 21.00 ч.

Исходя из уровня пластичности нервной системы (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990) были сформированы три группы: 1 – с высоким (10 человек), 2 – средним (11 человек) и 3 – низким (9 человек) уровнем пластичности нейродинамических процессов. Анализировали данные 1-й и 3-й групп, так как наблюдаемые нами в предшествующих сериях исследований наибольшие различия их дневных ЭЭГ-карт могут быть обусловлены биоритмологическими особенностями.

Для анализа суточной динамики параметров ЭЭГ создана компьютерная программа «ЭЭГ-мэппинг». По данному алгоритму 8 зональных значений одного из 16 переходов вероятностной матрицы (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990) интерполировались на

всю поверхность гемисфер. Картирование строилось на базе переходов «бета-бета», «альфа-альфа», «тета-тета», «дельта-дельта», что позволяло судить о выраженности и степени организованности того или иного ритма ЭЭГ в отдельные периоды суток. Использование нормированной шкалы позволяло сопоставлять выраженность и топографию распределения основных ритмов в течение суток и их перестройки в разные сроки адаптации в горах.

Фоновые значения суточных колебаний взаимосвязи между отдельными компонентами (волнами) ЭЭГ внутри бета-, альфа-, тета- и дель- та-ритмов представлены на рис. 42.

Как видно из рисунка, степень распространения того или иного ритма и вероятность взаимосвязи его отдельных компонентов претерпевают закономерные суточные изменения, причем различные в обеих группах. Так, у представителей 1-й группы наиболее заметную роль в организации последовательности временного паттерна ЭЭГ, как известно (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990), играет альфа-ритм. В 15.00 и 21.00 ч вероятность взаимосвязи бета-, тета-, и дельта-компо- нентов с альфакомпонентами достигает своего максимума. В правом затылочном отделе она соответствует 0,88—1,0. На большой площади коры больших полушарий головного мозга вероятность взаимосвязи между компонентами очень высока (р = 0,75—0,88). На незначительных участках коры лобно-височных отделов вероятность взаимосвязи альфа- компонентов ниже (р = 0,63—0,75). В утренние и особенно в ночные часы происходит повсеместное ослабление взаимосвязи волн ЭЭГ в диапазоне альфа-ритма. Данная динамика близка к суточным изменениям тета-ритма.

Значительно менее вероятна взаимосвязь тетакомпонентов в период от 15 до 21 ч (р = 0,13—0,25). Хотя тета-ритм распространяется практически на всю поверхность гемисфер, в 9.00 и 3.00 ч он сохраняется лишь в лобных отделах. Топографический рисунок определения бетаритма проявляет не сагиттальную асимметрию, которая отмечается для альфа- и тета-ритмов, а билатеральную.

Наиболее вероятно взаимодействие бета-компонентов в височных зонах, причем больше слева. Суточная цикличность взаимодействия бета-компонентов не так очевидна. Можно выделить некоторое ослабление вероятности взаимосвязи волн ЭЭГ в диапазоне бета-частот в утренние часы. В отношении дельта-компонентов какой-либо временной зависимости обнаружить не удалось, так как в любое время суток выраженность дельта-ритма была незначительной, а вероятность пере-

Рис. 42. ЭЭГ-карты суточной динамики взаимодействия отдельных компонентов в диапазоне бета (b-b), альфа (а-а), тета (t-t) и дельта (d-d) ритмов (организованность ритмики) у испытуемых с высоким (А) и низким (Б) уровнями пластичности нейродинамических процессов.

ходов «дельта-дельта» не превышала минимальной границы шкалы – 0.13.

У лиц 3-й группы с низким уровнем пластичности нейродинамических процессов также наиболее вероятны переходы в диапазоне аль- фа-ритма. Сохраняется та же топографическая картина наибольшей взаимосвязи альфа-ритмики (затылочные отделы). Однако значения вероятности этих переходов существенно ниже, чем в 1-й группе. Кроме того, смещается время наступления наибольшей выраженности появления последовательных альфа-волн с 15–21 ч в 1-й группе, на 3–9 ч в 3-й группе. Наибольшая интенсивность взаимосвязи тета-компонентов также наблюдается в другое время суток по сравнению с 1-й группой. Максимального значения и распространения по поверхности гемисфер она достигает в 9 ч. Несмотря на то что общий топографический рисунок бета-переходов во все периоды суток остается прежним (с локальны-

ка в диапазоне бета-активности становилась трудно различимой. Ее суточный пик определялся в 21 ч, т.е. на несколько часов позже, чем в фоновых исследованиях. Суточная динамика взаимосвязи компонентов тетаритмики также подвергалась фазному дрейфу по часовой стрелке. Ее максимум наступал на 4 ч позже – около 3 ч ночи.

У лиц, отнесенных к низкопластичному варианту нейродинамических процессов, так же, как и в предыдущей группе, во все временные «срезы» суток отмечалось снижение вероятности взаимодействия альфа- и бетакомпонентов. Особенно значительное падение вероятности взаимосвязей было характерно для бета-компонентов, которое сохранялось в слабовыраженном виде только в левых височном и лобном отделах. Вместе с тем фазные сдвиги суточного паттерна ЭЭГ имели другую направленность – временные точки наибольшего распространения аль- фа-, бета-, тета-ритмов смещались против часовой стрелки. Максимальная вероятность появления выраженного альфа-ритма приходилась на 3 ч, бета – на 21 ч и тета – на 2–9 ч.

К13-15-м суткам пребывания в горах изменения, происходящие в 1-й группе, могут быть охарактеризованы как восстановление прежнего баланса альфа-, бета- и тетаритмов в организации пространственновременного паттерна ЭЭГ (рис. 44).

Так, отмечается некоторый рост значений вероятности появления альфа- и бета-компонентов. Скорее идет восстановление прежнего ЭЭГ-рисунка в диапазоне альфа-ритма. Происходит также увеличение амплитуды суточных колебаний альфа-частот, но его разные характеристики еще по-прежнему остаются далекими от фоновых. Суточный максимум выраженности альфа-ритма сохраняется (21 ч). На ЭЭГ-картах наиболее интенсивная штриховка для бета- и тета-периодов отмечалась

вболее поздние часы, чем до подъема в горы. Для бета-ритма она наступала в 21–3 ч, для тета-ритма — в 3 ч.

В 3-й группе испытуемых к 13–15-му дню адаптации происходил выраженный дрейф суточных колебаний вероятности переходов к альфа-ком- понентам. Максимум данного ритма смещался с ночных часов на 9–15 ч. Однако вероятность появления альфа-ритма в течение суток по-прежнему оставалась маловыраженной. Вместе с тем наблюдалась активация сниженного в первые сутки пребывания в горах бета-ритма. Положение максимума его выраженности на суточной шкале времени, как и максимума тета-периодов, не изменялось и оставалось на 3 и 21 ч соответственно.

Кконцу месячного срока пребывания в горах у лиц 1-й группы ка- ких-либо существенных сдвигов в циркадианной организации биоэлек-

Рис. 44. Суточная динамика вероятности взаимодействие основных ритмов ЭЭГ на 13– 15-е сутки адаптации к высокогорью.

трических процессов не отмечалось (рис. 45). Особенно важно отметить устойчивое положение суточных максимумов всех ритмических составляющих ЭЭГ.

Хроноструктура ЭЭГ испытуемых, отнесенных к низкопластичному варианту нейродинамики, напротив, продолжала претерпевать заметную реорганизацию. Она заключалась в постепенном усилении вероятности взаимодействия в диапазоне бета-частот, которая, однако, не достигала фоновых значений. Кроме того, не завершалась фазная эволюция циркадианных процессов. Если положение временных точек наибольшего распространения бета- и тетавзаимосвязанных волн ЭЭГ можно охарактеризовать как близкое к тому, что отмечалось в предыдущий срок адаптации, то суточная ритмика вероятности взаимосвязей альфакомпонентов испытывала дальнейшее фазное скольжение по временной шкале суток. Ее максимум смещался еще на несколько часов к вечеру. Амплитудная выраженность данных колебаний также оставалась редуцированной.

Рис. 45. Особенности циркадианной организации взаимодействия компонентов ритмики ЭЭГ на 28–30-е сутки адаптации к высокогорью.

Для более детальной обработки фазных характеристик, полученных ЭЭГ-карт, был использован Косинор-анализ, первичным материалом для которого служили данные программы «ЭЭГ-мэппинг». Смысл подобной процедуры заключался в том, что проверке на достоверность циркадианных колебаний подвергались не абсолютные значения како- го-либо перехода в одной из зональных матриц, а площадь его распространения по всей поверхности гемисфер. Учитывалась также степень вероятности (интенсивность штриховки) тех зон, которые захватывались анализируемым переходом.

Результаты Косинор-анализа представлены на рис. 46.

Видно, что для индивидуумов, имеющих высокий уровень пластичности нейродинамических процессов, акрофазы циркадианных колебаний бета-, альфа- и тета-переходов концентрируются во второй половине дня. У лиц с низкопластичной организацией нейродинамики акрофазы колебаний данных параметров ЭЭГ приходятся на ранние утренние часы. Эти различия достоверны (р < 0,05) и столь значительны, что по-

Рис. 46. Положения акрофаз суточной динамики компонентов основных ритмов ЭЭГ у лиц с высоким (А) и низким (Б) уровнями пластичности нейродинамических процессов в условиях равнины и в ходе месячной адаптации к условиям высокогорья:

1 — до подъема в горы: 2 — на 1–3-и сутки; 3 — на 13–15-е сутки; 4 — на 28–30-е сутки адаптации в горах.

зволяют отнести данных лиц к различным биоритмологическим типам. Иными словами, у испытуемых 1-й группы наблюдались черты вечернего типа максимальной организации ритмики ЭЭГ. Хроноалгоритм ЭЭГ у лиц 3-й группы может быть отнесен к утреннему варианту максимальной выраженности и организованности ритмических процессов мозга. Представляется целесообразным сопоставить «утренние» и «вечерние» типы ЭЭГ-паттернов с традиционным делением людей на «жаворонков» и «сов», которые отличаются временем наступления функционального оптимума работоспособности.

Далее, характеризуя адаптивную динамику ЭЭГ-ритмов в двух группах, следует отметить диаметрально противоположные тенденции, возникающие в начальный момент действия хронического гипоксического фактора. В 1-й группе происходил сочетанный сдвиг всей хроноструктуры компонентов ЭЭГ на несколько часов к вечеру. Во 2-й группе смещение осуществлялось в другом направлении – на несколько часов к утру (р < 0,05). Такого рода конвергенция биоритмов приводила к тому, что циркадианные системы в обеих выборках становились временно сходными друг с другом.

Однако в дальнейшем это сходство исчезало, в 1-й группе наблюдался постепенный тренд биоритмов к исходному состоянию. Причем фаз-

ные соотношения различных биоритмов, а также доверительные границы акрофаз в течение адаптационного процесса в горах существенно не изменились. Последнее свидетельствует о жестко закрепленной в рамках этой выборки индивидуумов программе реорганизации биоритмов мозга.

В 3-й группе, напротив, устойчивая временная последовательность наступления акрофаз бета-, альфа- и тетаколебаний не сохранялась. Если модулируемые максимумы бета- и тета-ритмов оставались вплоть до конца месячного срока пребывания в горах смещенными на более ранние часы, то акрофаза альфа-ритма после кратковременного сдвига к утру начинала прогрессивно дрейфовать в обратном направлении. В результате фоновое соотношение акрофаз биоритмов полностью разрушалось, а новый адаптивный паттерн биоритмов не формировался. Оказалось, что биоритмы в данной группе теряют устойчивое положение и начинают «плыть» по суточной шкале времени. Обращает на себя внимание также тот факт, что по мере увеличения срока нахождения в горах значительно растут доверительные границы акрофаз биоритмов. Это можно однозначно трактовать как постепенное «расшатывание» циркадианных процессов, на смену которым приходит дизритмия биоэлектрической активности мозга.

С помощью воздействия газовых смесей с низким содержанием кислорода в азоте можно прогнозировать возможные сдвиги в функциональном состоянии мозга, реакции сердечно-сосудистой системы и перестройки мозгового кровообращения у конкретных лиц при их направлении в условия высокогорья на высоты 3200–3600 м над уровнем моря. Однако мы не можем утверждать, что этот прогноз будет справедливым и для больших высот, так как работая на высотах 3200 м (ТяньШань) и 3600 м (Памир) мы имели возможность, в основном, проследить функциональные резервы компенсаторных механизмов «первого эшелона» (Березовский В. Я., Бойко К. С., Левченко М. Н., 1978). Несомненно, что большие высоты потребуют включения более глубоких биохимических и молекулярных механизмов компенсации кислородной недостаточности, для выявления индивидуальных резервов которых 15-минутного воздействия острой гипоксии может оказаться недостаточно. Это подтверждается и нашими данными, полученными в горах. Оказалось, что у отдельных лиц сдвиги интенсивности мозгового кровообращения в первые дни на высоте 3200 м значительно больше, чем это отмечалось при 15-минутном воздействии гипоксической смеси.