О возможности омегоэлектроэнцефалографии в оценке функционального и метаболического состояния нервной ткани головного мозга при гипервентиляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Иркутский государственный университет

О возможности омегоэлектроэнцефалографии в оценке функционального и метаболического состояния нервной ткани головного мозга при гипервентиляции

Мурик С.Э.

РЕЗЮМЕ

Цель работы - исследовать возможности нового электрофизиологического метода омегоэлектроэнцефалографии в оценке изменений функционального и метаболического состояния клеток нервной ткани головного мозга в процессе адаптации к ишемии.

Материал и методы. Ишемия головного мозга моделировалась с помощью гипервентиляционной пробы (ГП). Проведены регистрация и анализ содружественных изменений уровня постоянного потенциала (УПП) и электроэнцефалограммы в 38 отведениях у одного и того же испытуемого в процессе четырехкратного повторения ГП.

Результаты. Ишемическое состояние головного мозга, формирующееся в процессе волевой гипервентиляции, первоначально сопровождалось негативизацией УПП (0,5-1 мВ) и увеличением амплитуды ритмов ЭЭГ всех диапазонов. После прекращения ГП и возвращения УПП к исходному уровню развивалась следовая позитивизация УПП (около 1 мВ), сочетающаяся также с повышенной амплитудой ритмов ЭЭГ. Адаптация к гипоксии и ишемии, моделируемая повторением ГП, и повышение резистентности мозга к данным неблагоприятным факторам проявились сначала в появлении кратковременного электропозитивного отклонения УПП на старте пробы и редукции следовой позитивизации УПП, а затем в полной замене в течение всей пробы электронегативного ответа на позитивный (около 0,5 мВ).

Заключение. Анализ характера содружественных изменений УПП и ЭЭГ в процессе гипервентиляции и после нее, а также литературных данных позволяет предполагать, что первоначально в ответ на ГП в неокортексе развивается деполяризация клеток нервной ткани, сочетающаяся с усилением нейрональной активности. Активация компенсаторных механизмов, приводящая к повышению устойчивости клеток нервной ткани к условиям ишемии, сопровождается развитием после ишемической деполяризации следовой гиперполяризации, а само повышение адаптационных возможностей клеток мозга проявляется в замене деполяризации клеточных мембран в ответе на неблагоприятный фактор гиперполяризацией, сочетающейся также с повышенной нейрональной активностью.

Ключевые слова: омегоэлектроэнцефалография, омегоЭЭГ, гипервентиляционная ишемия, гипервентиляционная проба, гипервентиляция, уровень постоянного потенциала, ЭЭГ, функциональное состояние, метаболическое состояние.

About the use of omega-electroencephalography to estmate functional and metabolic state of nervous tissue of the brain during hyperventilation

ABSTRACT

Objectives. The aim of this study was to investigate diagnostic capabilities of a new electrophysiological method of omega-electroencephalography in the estimation of change in functional and metabolic state of the cells of nervous tissue during ischemic adaptation.

Materials and methods. Brain ischemia was modeled based on a hyperventilation test (HVT). Recording and analysis were made on concomitant changes in direct current potential level (DCPL) and EEG in 38 derivations for the same test person in a fourfold-replicated HVT.

Results. Brain ischemia that occurs during volitional hyperventilation was initially followed by DCPL negativation (negative shift) (0.5-1 mV) and increase in amplitude of all EEG waves. Cessation of HVT and return to initial DCPL were followed by positivation (positive shift) of DCPL (about 1 mV), combined also with high-amplitude EEG waves. Adaptation to hypoxia and ischemia, modeled using replication-based HVT, and improvement of brain resistance to these unfavorable factors manifested themselves first in a short-term electropositive deviation of DCPL at the start of the test followed by DCPL positivation reduction and then in complete substitution of electronegative response to positive shift in DCPL (about 0.5 mV) during the test.

Conclusion. The analysis of concomitant changes in DCPL and EEG during and after hyperventilation and literature data analysis suggests that HVT was initially responded to by depolarization in neocortical nerve cells, combined with intensification of neuronal activity. Activation of compensatory mechanisms, resulting in improvement of nerve cell resistance to ischemic conditions, is associated with ischemic depolarization followed by hyperpolarization, and enhancing adaptive capabilities of brain cells manifest themselves in substitution of cell membrane depolarization to hyperpolarization in response to unfavorable factor, also combined with intense neuronal activity.

Key words: omega-electroencephalography, omega-EEG, hyperventilation ischemia, hyperventilation test, hyperventilation, direct current potential level, EEG, functional state, metabolic state.

ВВЕДЕНИЕ

Омегоэлектроэнцефалография - новый макроэлектродный метод регистрации и анализа биоэлектрической активности головного мозга [1-3]. Особенностью данного метода является регистрация омегоэлектроэнцефалограммы (оме- гоЭЭГ) - суммарной электрической активности мозга в диапазоне частот 0-100 Гц. Примененный нами метод обработки омегоЭЭГ позволил получить данные о содружественных изменениях уровня постоянного потенциала (УПП) головного мозга и классической электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Метод был апробирован на крысах на моделях ишемии головного мозга разной тяжести [4], введении нейропротекторных средств [1, 2], а также при формировании мотивационно-эмоционального состояния типа страха [5] и продемонстрировал высокие диагностические возможности в оценке функционального и метаболического состояния клеток нервной ткани. На людях данный метод был испытан на моделях волевой гипер- и гиповентиляции легких [6] и показал возможность дифференцировать качественные отличия метаболического и функционального состояния клеток нервной ткани, развивающееся в условиях данных проб, что неспособна делать классическая электроэнцефалография или какой-либо другой неинвазивный метод. Данный способ оценки функционального и метаболического состояния нервной ткани головного мозга защищен двумя патентами [7, 8].

Одной из актуальных проблем неврологии сегодня остается раннее выявление ишемических явлений в нервной ткани. Развитие ишемических процессов, связанных с ухудшением функционального и метаболического состояния головного мозга, сопровождается неоднозначными изменениями ЭЭГ [9]. Ишемические процессы могут проявляться как в повышении мощности всех ритмов ЭЭГ [4, 10] либо в повышении только медленных ритмов [11], так и в возрастании в медленноволновой, но снижении в альфа- и бета-активности [12] или в возрастании амплитуды альфа- и бета-ритмов [13, 14], а также при определенных условиях и в общей депрессии ЭЭГ-ритмов [15]. Разные виды ЭЭГ ответов на ишемические условия могут быть связаны с разной тяжестью создаваемой ишемии, но выстроить их в упорядоченный ряд в зависимости от степени ишемии сегодня не представляется возможным. Многие из указанных ЭЭГ-паттер- нов могут быть также и в условиях, далеких от ишемических, связанных с нормальной психической деятельностью, с нахождением, например, в мотивационно-эмоциональных состояниях или принятием фармакологических средств [2, 4]. В итоге использование только ЭЭГ не позволяет однозначно обнаруживать ишемические явления в мозге, особенно на ранних стадиях.

Одной из моделей относительно слабой ишемии может быть гипервентиляционная проба [16, 17]. Гипервентиляция, как известно [6, 18], снижает уровень углекислого газа в крови и вызывает явление гипокапнии и алкалоза, а это, в свою очередь, приводит по механизму метаболической саморегуляции к сужению мозговых сосудов и уменьшению мозгового кровотока.

Цель настоящей работы - исследование содружественных изменений УПП и ЭЭГ в процессе адаптации к условиям гипервентиляционной ишемии (ГИ) и оценка диагностических возможностей омегоэлектроэнцефалографии для выявления происходящих при этом функциональных и метаболических явлений в нервной ткани головного мозга.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Техника регистрации омегоЭЭГ у человека во время гипервентиляции была апробирована нами ранее на шести испытуемых и подробно описана [6]. Один из испытуемых в возрасте 51 года был использован в тех экспериментах с гипервентиляционной пробой несколько раз. Данные этих экспериментов и представлены в настоящей статье.

Техника регистрации омегоЭЭГ

Регистрация омегоЭЭГ проводилась по униполярной методике с помощью компьютерного 64-канального электроэнцефалографа на усилителях постоянного тока фирмы ANT (asa-lab EEG system, Голландия). Биоэлектрические данные оцифровывались со скоростью 512 Гц. Индифферентные электроды крепились к мочкам ушей. Для регистрации омегоЭЭГ использовались стандартные Ag/AgCl электроды, вмонтированные в ЭЭГ шлем, поставляемый фирмой-изготовителем вместе с ЭЭГ-системой (ANT, Голландия). Регистрацию омегоЭЭГ осуществляли от 38 электродов, расположенных по системе 5-10 в следующих отведениях: Fp1, Fp2, Fz, F3, F4, F7, F8, FCz, FC1, FC2, FC3, FC4, FC5, FC6, Cz, C1, C2, C3, C4, C5,C6, T7, T8, CPz, CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6, Pz, P3, P4, P7, P8, Oz, O1, O2.

Запись омегоЭЭГ начиналась сразу после измерения импеданса и осуществлялась на протяжении всего эксперимента, занимавшего около 2 ч и включавшего несколько этапов. В течение всего времени эксперимента испытуемый находился в ЭЭГ-кресле, а его голова опиралась на го- ловодержатель. На первом этапе длительностью 1 ч и именуемом этапом «спокойного бодрствования» испытуемый должен был приспособиться к обстановке эксперимента. В течение первых 10-15 мин испытуемый получал инструкцию о ходе эксперимента и особенностях поведения. В течение главной части эксперимента, включавшей функциональные пробы, он не должен разговаривать и стараться совершать каких-либо движений конечностями, головой и телом. Говорить можно было только в крайнем случае, если ему становилось плохо. Перед началом регистрации омегоЭЭГ перед испытуемым на стене на расстоянии 2 м помешалась мишень в виде небольшого креста (4 х 4 см), нарисованного на листе бумаги формата А4. Во время главной части эксперимента испытуемый должен был стараться смотреть на мишень и ограничить поле зрения площадью листа бумаги.

Функциональные пробы

В главной части эксперимента по команде экспериментатора испытуемый должен был начать совершать глубокие дыхательные движения с частотой 30 в минуту. Частота дыхания задавалась командами экспериментатора: «Вдох» и «Выдох». Общая длительность гипервентиляции могла составлять 1 или 3 мин.

Обработка омегоЭЭГ

Для получения данных о содружественных изменениях УПП и ЭЭГ использовалась нативная омегоЭЭГ, содержащая постоянный потенциал головного мозга и его колебания в диапазоне 0,016-205 Гц. Для получения информации о посекундных значениях УПП с помощью специальной программы проводилось усреднение амплитудных значений нативной омегоЭЭГ за секундные промежутки времени. Для получения информации об амплитуде ритмов ЭЭГ за эти же промежутки времени всю нативную омегоЭЭГ с помощью программы BrainVision Analaser (Brain Products GmbH, Германия) разбивали на 1-секундные интервалы и с помощью быстрого преобразования Фурье получали посекундные значения спектра мощности ритмов в четырех диапазонах: дельта (0,5-4 Гц), тета (4-8), альфа (8-12) и бета (1230 Гц). В результате такой первичной обработки исходной омегоЭЭГ мы имели данные за каждую секунду времени как об амплитуде ритмов ЭЭГ в четырех частотных диапазонах, так и о величине УПП.

Для дальнейшей обработки из такой комплексной омегоЭЭГ, содержащей посекундные данные об УПП и ЭЭГ, вырезались участки, имевшие место к функциональным пробам. Для последующего анализа и графического представления данных брался непрерывный участок, включающий 3-минутный период, предшествовавший началу ГП, 1- или 3-минутный период гипервентиляции и 5-20-минутный период, следовавший после окончания пробы. Значение УПП в начале 3-минутного периода, предшествовавшего пробе, принималось за ноль.

Статистическая обработка данных

Для статистической оценки влияния функциональных проб на УПП и ЭЭГ посекундные значения УПП и амплитуды ритмов ЭЭГ усредняли за 30-секундную эпоху, предшествовавшую началу функциональным пробам. Полученные значения принимали за исходные, с которыми сопоставляли значения УПП и амплитуды ритмов ЭЭГ за 15- или 30-секундные эпохи во время гипервентиляции, а также после нее.

Обработку данных осуществляли первоначально по отдельным отведениям, затем усредняли по всем отведениям. Результаты представлены в виде M ± m, где M - среднее арифметическое, m - стандартная ошибка. Математическая и статистическая обработка данных осуществляласьв программе Microsoft Excel. Достоверность различий оценивалась с помощью t-критерия Стью- дента, а также с помощью T-критерия Вилкоксо- на для зависимых и независимых выборок. При множественном сравнении использовалась поправка Холма - Бонферрони.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Гипервентиляция I

Усредненная по 38 каналам содружественная динамика УПП и амплитуды ритмов ЭЭГ во время первой 3-минутной гипервентиляционной пробы показана на рис. 1. Видно, что с самого старта пробы началась негативизация УПП, которая достигла своего максимума через (91,6 ± 4,2) с и составила (396,7 ± 38,0) мкВ (р < 0,01). В отдельных отведениях негативизация приближалась к 900 мкВ и более (например, в отведении F4 составила 972 мкВ, в P8 - 941 мкВ, в O2 -886 мкВ). Па-раллельно негативизации УПП происходило изменение также и амплитуды ритмов ЭЭГ (табл. 1). В течение первых 30 с достоверное увеличение амплитуды было только в бета-диапазоне и составило 24% (р < 0,001). К 90-й с пробы, когда наступила максимальная негативизация УПП, увеличение амплитуды всех ритмов стало достоверным (см. табл. 1). Если УПП после достижения максимальной негативизации в последующие 90 с гипервентиляции мало менялся, или отмечалась даже небольшая тенденция к его позитивизации, то амплитуда ритмов ЭЭГ продолжила возрастать и достигла своего максимума к 120-150-й с пробы, когда увеличение для дельта-ритма составило 192% (р < 0,001), для тета-ритма - 344% (р < 0,001), альфа-ритма - 224% (р < 0,001) и 92% для бета-ритма (р < 0,001). В последние 30 с пробы амплитуда ЭЭГ ритмов немного упала, но оставалась существенно больше, чем до начала пробы.

Рис. 1. Изменения УПП и амплитуды ЭЭГ в разных частотных диапазонах, усредненные по всем отведениям: 1 - до 1-минутной гипервентиляции I, 2 - во время; 3 - после 1-минутной гипервентиляции I. Здесь и на рис. 2-4: на левой оси ОУ - амплитуда ритмов ЭЭГ, на правой - УПП

Changes in the level of constant potential and EEG amplitude in different frequency ranges, averaged over all leads: 1 - before 1-minute hyperventilation I, 2 - during; 3 - after 1-minute hyperventilation I. Here and in fig. 2-4: on the left axis OY - the amplitude of EEG rhythms, on the right - the level of constant potential

Таблица 1 Table Амплитуда ЭЭГ по всем отведениям в разных частотных диапазонах за 30-секундные эпохи до, во время и после гипервентиляции I, мкВ, M ± m, n = 38

EEG amplitude over all leads in different frequency ranges for 30-second epochs before, during and after hyperventilation I, pV, M ± m, n = 38

После гипервентиляции After hyperventilation

* p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001 (в сравнении с исходными значениями, здесь и в табл. 2--4).

* p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001 (compared to baseline values, here and in Tables 2-4).

ишемический головной мозг омегоэлектроэнцефалография

После окончания пробы с латентным периодом около 30 с началось возвращение УПП к исходному уровню, что заняло примерно 100 с, однако мощность ритмов в большинстве диапазонов в это время оставалась еще по-прежнему достоверно больше, чем до начала пробы. Пози- тивизация УПП не прекратилась и после достижения исходного уровня, т.е. предшествовавшего гипервентиляции, а продолжилась и достигла своего максимума через (391,4 ± 17,7) с (примерно 6,5 мин) после окончания гипервентиляционной пробы, когда составила (1014,1 ± 89,6) мкВ относительно уровня, предшествовавшего пробе (р < 0,001). В момент достижения следовой пози- тивизацией максимальной величины амплитуда ЭЭГ ритмов оставалась повышенной, особенно в быстроволновой части (см. табл. 1). Спустя примерно 6,5 мин после окончания пробы амплитуда альфа-ритма оставалась больше на 21% (р < 0,01), а бета-ритма на 17% (р < 0,001) по сравнению со значениями, предшествовавшими пробе. Общая же длительность следовой позитивизации УПП составила около 16 мин. На протяжении всего этого времени амплитуда ЭЭГ оставалась повышенной, особенно на быстрых частотах.

Гипервентиляция II

Динамика УПП и амплитуды ритмов ЭЭГ во время второй гипервентиляционной пробы длительностью 3 мин имела некоторые отличия (рис. 2).

Так, негативизация УПП началась не сразу, а спустя примерно 30 с. Более того, в первые 30 с имела место даже небольшая достоверная пози- тивизация УПП на (127,1 ± 13,5) мкВ (р < 0,01). Затем наступил период быстрой негативизации УПП, которая достигла своего максимума примерно через 60 с от начала гипервентиляции и составила (603,8 ± 55,8) мкВ (р < 0,01). Негативиза- ция УПП во время второй пробы была достоверно больше, чем в первой (р < 0,01). Изменения ЭЭГ в течение второй гипервентиляционной пробы были следующими: в первые 15 с, когда имела место небольшая позитивизация УПП, достоверные изменения наблюдались только в одном частотном диапазоне, а именно на 18% увеличилась амплитуда бета-ритма (р < 0,05). В течение 60 с, совпадающих с периодом быстрой негативизации УПП, амплитуда ЭЭГ была увеличенной в бета-диапазоне на 27% (р < 0,001) и альфа-диапазоне на 25% (р < 0,001). В тета-диапазоне она, напротив, в это время достоверно снизилась на 29% (р < 0,001) по сравнению с периодом, предшествовавшим гипервентиляционной пробе (табл. 2).

В течение второй гипервентиляционной пробы УПП, достигнув максимальной негативизации к середине пробы, в следующие 90 с имел отчетливую тенденцию к позитивизации еще во время пробы (см. рис. 2), сочетающуюся с повышением амплитуды ритмов ЭЭГ во всех частотных диапазонах (см. табл. 2).

Рис. 2. Изменения УПП и амплитуды ЭЭГ в разных частотных диапазонах, усредненные по всем отведениям:

1 - до 3-минутной гипервентиляции II, 2 - во время; 3 - после 3-минутной гипервентиляции II

Fig. 2. Changes in the level of constant potential and EEG amplitude in different frequency ranges, averaged over all leads: 1 - before 3-minute hyperventilation II, 2 - during; 3 -after 3-minute hyperventilation II

Таблица 2 Table 2

Амплитуда ЭЭГ по всем отведениям в разных частотных диапазонах за 30-секундные эпохи до, во время и после гипервентиляции II, мкВ, M ± m, n = 38

EEG amplitude in all leads in different frequency ranges for 30-second epochs before, during and after hyperventilation II, pV, M ± m, n = 38

Так, максимальное возрастание амплитуды альфа- и бета-ритма произошло к 120-й с (142%, р < 0,001 и 67%, р < 0,001 соответственно), а дельта- и тета-ритма - к 150-й с (151%, р < 0,001 и 231%, р < 0,001 соответственно).

После окончания второй пробы, восстановление УПП началось не сразу, а спустя небольшое время (около 30 с), когда повышенная мощность ритмов ЭЭГ сохранялась на уровне, близкому к показателю, имевшемуся в конце пробы. Последующее развитие следовой позитивизации УПП проходило на фоне остаточной повышенной мощности ритмов ЭЭГ, особенно в высокочастотных диапазонах - альфа и бета (см. табл. 2).

Амплитуда и длительность следовой позитивизации УПП после второй трехминутной пробы были существенно меньшими, чем после первой.

Таким образом, основным отличием в характере содружественных изменений УПП и ЭЭГ во время второй гипервентиляционной пробы, следовавшей через 30 мин после первой, было появление сразу после старта гипервентиляции позитивного сдвига УПП. Эта позитивизация УПП сочеталась с повышением мощности бета-ритма. Сам же период негативизации УПП, начавшийся только через 30 с после старта второй пробы, сначала сопровождался разнонаправленными изменениями в амплитуде ритмов ЭЭГ: медленные ритмы (тета) уменьшились, а быстрые (бета и альфа) увеличились по амплитуде, чего не было в первой пробе, величина негативизации УПП, в конечном итоге, была почти в 2 раза больше. Особенностью изменений УПП было также то, что еще в середине второй пробы негативизация УПП сменилась на процесс его медленной пози- тивизации, который, однако, оборвался с прекращением пробы и вновь продолжился только спустя 30 с. Особенностью было также меньшая выраженность следовой позитивизации УПП. Таким образом, налицо изменение характера биоэлектрических показателей в ответ на условия гипервентиляции после второй пробы, которые могут быть связаны с адаптацией организма к этим условиям.

Гипервентиляция III

Третья гипервентиляционная проба была проведена через 3 сут после первых двух. Длительность этой пробы составляла только 1 мин. Как видно из рис. 3, в начале пробы сразу наблюдалась небольшая позитивизация УПП (106,1 ± ± 26,3) мкВ, р < 0,05, которая длилась около 15 с. Амплитуда ритмов ЭЭГ в это время достоверно увеличилась только в дельта-диапазоне на 44% (р < 0,01, табл. 3). Стартовая позитивизация затем перешла в быструю негативизацию УПП. Переходной период длился около 15 с и сочетался с достоверным повышением амплитуды ЭЭГ-ритмов в большинстве частотных диапазонов - в дельта, альфа и бета. В дельта-диапазоне максимальное увеличение амплитуды на 82% (р < 0,001, см. табл. 3) наблюдалось к 30-й с гипервентиляции, когда закончился переходной период. В альфа- и бета-диапазонах максимальное увеличение амплитуды на 43% отмечалось к концу 1-минутной пробы в том и другом случае (р < 0,001).

Негативизация УПП достигла своего максимума к концу 60-секундной гипервенитиляции и составила (705,2 ± 58,3) мкВ, что было близко к уровню максимальной негативизации УПП во время второй гипервентиляции, но достоверно больше, чем во время первой гипервентиляции (р < 0,001).

Возвращение УПП к исходному уровню началось сразу после окончания 1-минутной гипервентиляции, было значительно быстрее, чем после первых двух проб и заняло около 40 с. Следовая позитивизация УПП после минутной гипервентиляции была выражена слабо (см. рис. 3). Прекращение гипервентиляции привело к быстрому восстановлению амплитуды ритмов ЭЭГ во всех диапазонах, за исключением альфа-ритма, в котором амплитуда волн оставалась повышенной еще какое-то время (см. табл. 3).

Рис. 3. Изменения УПП и амплитуды ЭЭГ в разных частотных диапазонах, усредненные по всем отведениям: 1 - до 1-минутной гипервентиляции III, 2 - во время; 3 - после 1-минутной гипервентиляции III

Fig. 3. Changes in the level of constant potential and EEG amplitude in different frequency ranges, averaged over all leads: 1 - before 1-minute hyperventilation III, 2 - during; 3 - after 1-minute hyperventilation III

Таблица 3 Table 3

Амплитуда ЭЭГ по всем отведениям в разных частотных диапазонах за 15- и 30-секундные эпохи до, во время и после гипервентиляции III, мкВ, M ± m, n = 38

EEG amplitude in all leads in different frequency ranges for 15 and 30 second epochs before, during and after hyperventilation III, pV, M ± m, n = 38

Гипервентиляция IV

Четвертая гипервентиляционная проба была проведена через 4 сут после третьей. Длительность этой пробы, как и предыдущей, составляла 1 мин. Как видно из рис. 4, в течение всей гипервентиляции наблюдалась позитивизация УПП ((409,0 ± ± 69,9) мкВ, р < 0,01), сочетающаяся с достоверным повышением амплитуды ритмов во всех диапазонах. В первые 15 с гипервентиляции наибольшее усиление было у дельта-ритма (118%, р < 0,001, табл. 4). Для тета-, альфа- и бета-ритмов максимальное увеличение амплитуды было к концу пробы и равнялось 128, 151 и 73% соответственно (р < 0,001 во всех случаях). По окончании 1-й мин гипервентиляции восстановление УПП произошло примерно через 90 с, когда восстановилась и амплитуда ЭЭГ в дельта- и тета-диапазонах (см. табл. 4), а вот повышенная амплитуда бета-ритма и особенно альфа- оставались такими еще на протяжении как минимум 4,5 мин.

Таким образом, особенностью четвертой гипервентиляции было замещение негативного сдвига УПП, имевшего место рано или поздно, в течение всех предыдущих проб на позитивный. Индивидуальный анализ сдвигов УПП по отведениям показал, что в некоторых отведениях, однако, и во время четвертой гипервентиляции не произошло полного замещения негативного отклонения УПП на позитивное и это были, как правило, лобно-центральные отведения (Fp1, Fp2, Fz, F3, F4, FCz, FC1, FC2, Cz, C1, C2, CP1, CP2). Вот как, например, выглядели содружественные изменения УПП и ЭЭГ в отведении Cz (рис. 5) во время четвертой гипервентиляционной пробы.

Таким образом, многократное применение ГП привело к постепенному изменению биоэлектрического ответа головного мозга на нее. Первоначальная реакция заключалась в негати- визации УПП и увеличении амплитуды ритмов ЭЭГ. Повторные пробы привели к постепенному замещению негативного отклонения УПП на позитивный, при сохранении общего характера ЭЭГ ответа в виде увеличения амплитуды ритмов. Адаптация к условиям ГИ проявилась также в уменьшении выраженности следовой позитивиза- ции УПП головного мозга после проб.

Рис. 4. Изменения УПП и амплитуды ЭЭГ в разных частотных диапазонах, усредненные по всем отведениям: 1 - до 1-минутной гипервентиляции IV, 2 - во время; 3 - после 1-минутной гипервентиляции IV

Fig. 4. Changes in the level of constant potential and EEG amplitude in different frequency ranges, averaged over all leads: 1 - before 1-minute hyperventilation IV, 2 - during; 3 - after 1-minute hyperventilation IV

Таблица 4 Table 4

Амплитуда ЭЭГ по всем отведениям в разных частотных диапазонах за 15- и 30-секундные эпохи до, во время и после гипервентиляции IV, мкВ, M ± m, n = 38

EEG amplitude over all leads in different frequency ranges for 15 and 30 second epochs before, during and after hyperventilation IV, pV, M ± m, n = 38

Проведенное нами исследование также показало возможность разных сочетаний содружественных изменений УПП и ЭЭГ при ГП и после нее. Во время гипервентиляции могла наблюдаться негативизация УПП, сочетающаяся с повышением амплитуды ритмов ЭЭГ во всех частотных диапазонах (гипервентиляция I и II); негативизация УПП, сочетающаяся с повышением амплитуды ритмов ЭЭГ во всех частотных диапазонах кроме тета-ритма (гипервентиляция III); позитивизация УПП, сочетающаяся с повышением мощности только бета-ритма (гипервентиляция II); позитивизация УПП, сочетающаяся с повышением мощности ритмов во всех частотных диапазонах (гипервентиляция IV). Переход от стартовой позитивизации к негативизации во время ГП (гипервентиляция II) мог также сочетаться с разнонаправленными изменениями в амплитуде ЭЭГ-ритмов: понижением амплитуды медленных (тета-) и повышением быстрых (альфа- и бета-) ритмов.

Рис. 5. Содружественные изменения УПП и амплитуды ЭЭГ в разных частотных диапазонах в отведении Cz: 1 - до 1-минутной гипервентиляции IV, 2 - во время; 3 - после 1-минутной гипервентиляции IV Fig. 5. Concomitant changes of the level of constant potential and EEG amplitude in different frequency ranges in Cz lead: up to 1 - before 1-minute hyperventilation IV, 2 - during; 3 - after 1-minute hyperventilation IV

Следовые процессы сопровождались обычно позитивизацией УПП, сочетающейся с повышенной мощностью всех ритмов (гипервентиляция I), но дольше всего повышение амплитуды ЭЭГ-рит- мов при следовой позитивизации наблюдалось в альфа- и бета-диапазонах. Скорее всего, за всеми этими разными комплексами изменений УПП и ЭЭГ лежат разные функциональные и метаболические изменения в нервной ткани.

ОБСУЖДЕНИЕ

Ранние исследования влияния гипервентиляции на УПП и ЭЭГ проводились, как правило, по отдельности: регистрировали либо только УПП [19, 20], либо только ЭЭГ [12]. В тех же работах, где параллельно исследовались УПП и ЭЭГ, регистрация УПП и ЭЭГ во время гипервентиляции осуществлялась разными электродами, расположенными на некотором удалении друг от друга [11]. В нашем исследовании регистрация УПП и ЭЭГ осуществлялась в каждом отведении от одного и того же электрода. Полученные нами результаты (гипервентиляция I) в целом соответствуют уже имеющимся данным: во время гипервентиляции имели место негативизация УПП [11, 12, 20] и увеличение мощности ритмов ЭЭГ в нескольких диапазонах, но больше всего в медленно-волновой части [10-12].

ГП обычно рассматривается как модель ишемии [17]. Считается, что в условиях усиленной вентиляции легких снижение содержания углекислого газа в крови и сдвиг рН в щелочную сторону, как и имеющая место гипероксия, приводят к срабатыванию механизма метаболической саморегуляции [21], проявляющейся в вазокон- стрикции мозговых сосудов и снижении мозгового кровотока. По литературным данным, наиболее быстрое падение парциального давления углекислого газа отмечается в течение первых 5-20 дыхательных движений. Гипокапния, связанная с гипервентиляцией, у здоровых молодых испытуемых редуцирует мозговой кровоток на 33-40% [22].

Известно также [23], что в условиях мозговой ишемии и гипоксии развивается деполяризация клеток нервной ткани (нейронов и глиальных клеток). Одним из индикаторов ишемической деполяризации, как и деполяризации вообще, в настоящее время считается негативный сдвиг УПП [23-25]. В таком случае период негативизации УПП, начавшийся в наших экспериментах сразу после старта первой 3-минутной гипервентиляции, напрашивается связать с вазоконстрикцией мозговых сосудов, формированием ишемического состояния и развитием, соответственно, явления ишемической и гипоксической деполяризации клеток нервной ткани головного мозга. Тогда повышение мощности ритмов ЭЭГ в это время во всех частотных диапазонах на максимуме негативизации УПП отражает, по всей видимости, увеличение нейрональной активности. О том, что гипоксия, вызывающая деполяризацию, может сочетаться именно с нейрональной активацией, известно давно. Так, по данным И.Н. Январевой и Т.Р. Кузьминой [26], на гипоксическое воздействие нейроны отвечают деполяризацией потенциала покоя и первичной активацией импульсной активности, сменяющейся по мере углубления гипоксии ее депрессией по парабиотическому типу. И.Г. Власова и Н.А. Агаджанян [27] также наблюдали, что при развитии гипоксии нейроны отвечают первичной активацией с последующим угнетением импульсной активности.

После прекращения гипервентиляции возвращение УПП к исходному уровню, очевидно, можно связать со снятием спастических сосудистых явлений, усилением мозгового кровотока и улучшением метаболических условий для жизни клеток мозга и, как следствие, сменой деполяризации клеточных мембран на реполяризацион- ные процессы. Сохранение при этом повышенной амплитуды ритмов ЭЭГ говорит о сохранении в это время еще повышенной нейрональной активности. Следовательно, явление позитивизации УПП после отмены гипервентиляции, сочетающееся с повышенной мощностью ЭЭГ ритмов, можно рассматривать как отражение возвращения относительно хорошего функционального и метаболического состояния клеток мозга.

За время восстановления УПП (около 1,5 мин) явление гипокапнии должно было смениться на состояние, близкое к нормокапнии, гипоксии - на нормооксию, а алкалоз - на процесс восстановления нормального рН. Все это должно было привести к возвращению УПП на исходный уровень. Однако после возвращения УПП к исходному уровню он продолжил позитивизировать. Следовую позитивизацию УПП, длившуюся около 16 мин и составившую около 1 000 мкВ, возможно объяснить формированием избыточного по сравнению с исходным уровнем мозгового кровотока после ГП. Однако трудно представить механизм прямого влияния усиленного кровотока на УПП без отнесения к клеточным поляризационным процессам.

Если предположить, что усиленный кровоток мозга будет сохраняться еще какое-то время после приближения химических показателей крови и УПП к норме, то какие факторы при этом могли бы привести к следовой позитивизации УПП головного мозга, т.е. сверх того уровня, какой был до начала гипервентиляции примерно на 1 000 мкВ? Само по себе увеличение количества протекающей крови, если бы это прямо влияло на УПП, должно было его негативизировать, поскольку эритроциты - отрицательно зараженные клетки [28], и относительное увеличение отрицательных клеток в единице объема мозга должно было негативизировать его суммарный электрический потенциал.

Можно попробовать предложить и другие варианты возникновения следовой позитивизации УПП при наличии следового усиленного мозгового кровотока. Так, при восстановлении нормального дыхания, усиленный по сравнению с исходным уровнем, мозговой кровоток мог, например, вымывать из нервной ткани кислые продукты и приводить к сдвигу рН клеток нервной ткани в щелочную сторону. При усиленном кровотоке могло также увеличиваться содержание кислорода в межклеточной среде выше нормы и уменьшение углекислого газа. Скорее всего, все эти явления при усилении мозгового кровотока происходят при условии сохранения нормального дыхания. Но понять, почему снижение концентрации положительных ионов водорода (Н+) и увеличение гидроксильных ионов (ОН-) происходят при защелачивании крови, что должно позитивизировать УПП, как и увеличение или уменьшение концентрации электронейтральных молекул кислорода или углекислого газа? Защелачивание, т.е. относительное увеличение отрицательных гидроксильных ионов, должно было бы негативизировать, а не позитивизировать УПП, если бы концентрация этих ионов напрямую влияла на УПП. Следовательно, простым увеличением мозгового кровотока не объяснишь следовую позитивизацию УПП.

Следовую позитивизацию УПП, на наш взгляд, можно объяснить только поляризационными явлениями, а именно увеличением поляризации клеточных мембран по сравнению с их исходной поляризацией, т.е. с поляризацией, имевшей место до начала ГП. Увеличение поляризации клеточной мембраны по сравнению с уровнем потенциала покоя в нейрофизиологии называется гиперполяризацией.

Таким образом, анализ характера содружественных изменений УПП и ЭЭГ, имевших место у испытуемого в течение первой гипервентиляции, позволяет говорить о том, что она сопровождалась деполяризацией клеточных мембран, сочетавшейся с повышением нейрональной активности. Тогда как прекращение пробы привело не только к востановлению мембранного потенциала, но и к относительно длительной следовой гиперполяризации клеток нервной ткани, сочетающейся также с повышенной нейрональной активностью. Следовательно, в первой гипервентиляционной пробе ишемическая деполяризация, отражающая плохое метаболическое (жизненное) состояние клеток нервной ткани, после нормализации условий метаболизма, сменилась на развитие следовой гиперполяризации, которая отражает, на наш взгляд, развитие внутриклеточных компенсаторных адаптивных процессов и очень хорошего метаболического состояния. Обращаем внимание, что при описании функционального и метаболического состояния клеток мозга во время следовой позитивизации УПП мы специально использовали высокую степень качественного прилагательного «хороший», поскольку считаем, что просто «хорошее» функциональное и метаболическое состояние сформировалось при возвращении УПП к исходному уровню. Во время же следовой позитивизации УПП имело место формирование лучшего состояния, чем было до начала ГП, т.е. «очень хорошего», что отражает, по нашему мнению, мобилизацию компенсаторных механизмов и повышение, как следствие, адаптационных возможностей клеток мозга к условиям ГИ по сравнению с исходным уровнем.

Результаты повторных гипервентиляционных проб, проведенных спустя 30 мин, а также через несколько дней после первой гипервентиляции, показали возможность существенного изменения характера сдвигов УПП и ритмов ЭЭГ. Первое, что выявилось, - это появление в ответ на начало гипервентиляции не негативного, а позитивного отклонения УПП, который сначала занимал около 30 с пробы, а в последующем (гипервентиляция IV) и все время одноминутной пробы. Вторая особенность - после проб практически редуцировалась следовая позитивизация УПП. Данные изменения, по всей видимости, отражают постепенную адаптацию организма и головного мозга к условиям гипервентиляции. Если полагать, что характер мозгового кровотока при повторных пробах принципиально не менялся, а именно он снижался во время гипервентиляции, то изменение в биоэлектрическом реагировании связано с адаптивными изменениями в клетках нервной ткани, произошедшими уже после первой ишемической пробы. В этом случае появление при повторной гипервентиляции позитивиза- ции УПП в ответ на вазоконстрикцию сосудов головного мозга говорит о том, что ишемизация нервной ткани теперь стала приводить не сразу к деполяризации, а сначала к гиперполяризации мембранного потенциала. И что повышение адаптационных способностей клеток нервной ткани проявляется в появлении начальной гиперполяризации в ответ на действие неблагоприятного фактора, каким является ГИ мозга.

Уменьшение выраженности следовой позити- визации УПП после повторных проб возможно объяснить повышением в целом резистентности клеток мозга к условиям ишемии. Отсутствие следовой гиперполяризации или уменьшение ее выраженности после прекращения действия неблагоприятного фактора, каковым является ГИ, может говорить об ослаблении активации следовых компенсаторных механизмов из-за того, что резистентность клеток нервной ткани к условиям ишемии после предыдущих проб в целом увеличилась. Прежний неблагоприятный фактор, т.е. ишемия мозга, вызываемая гипервентиляцией, перестал быть настолько неблагоприятным, чтобы теперь существенно активировать защитные механизмы.

Таким образом, содружественный анализ УПП и амплитуды ритмов ЭЭГ позволил не только выявить биоэлектрические индикаторы адаптации нервной ткани к условиям ГИ, но и описать качественный характер происходящих при этом функциональных и метаболических изменений. Анализ омегоЭЭГ позволяет также увидеть включение определенных адаптационных механизмов еще в течение первых ГП. Так, еще в середине второй 3-минутной пробы явление негативизации УПП сменилось на процесс его медленной позитивизации (см. рис. 2), которая, однако, оборвалась с прекращением пробы и вновь продолжилась только спустя 0,5 мин. Появившаяся в середине гипервентиляционной пробы тенденция к позитивиза...