Размещено на http://www.allbest.ru/

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, Архангельск, Россия

Мозговое кровообращение при выполнении когнитивных задач (обзор)

Асафова Д.С., Звягина Н.В.

Изучение вегетативной регуляции сосудистой реактивности при когнитивной нагрузке значительно интенсифицировалось, начиная с 90-х годов прошлого века. Представления о структурной организации взаимодействия когнитивных и вегетативных реакций предполагают необходимость функционального взаимодействия коры головного мозга и вегетативной нервной системы (ВНС) [1]. Умственная работоспособность в значительной степени зависит от нормального функционирования сердечно-сосудистой и нервной систем организма [2]. Даже самые незначительные изменения умственной активности отражаются на интенсивности обменных процессов и сдвигах церебрального кровотока, вызывая стойкие изменения тонуса и реактивности интракраниальных сосудов [3].

Во время интеллектуальной деятельности процессы активации развиваются во многих зонах мозга, захватывая и левое, и правое полушария. При различных видах деятельности (перцептивной, моторной и т. п.) в разных областях коры развиваются локальные процессы активации. Эти функциональные состояния выражаются в виде усиления кровоснабжения мозга, повышения энергетического обмена нервных клеток, изменения показателей биоэлектрической активности мозга [4]. Выяснено, что кардиоваскулярная активация (изменение характеристик артериального давления и пульса) при решении арифметических задач сопровождается изменением локального мозгового кровотока (ЛМК) в следующих областях. В левом полушарии: амигдала, средняя лобная извилина, средняя височная извилина, инсула, орбитофронтальная кора, передняя часть поясной извилины, мозговой ствол на уровне Варолиева моста. (рисунок 1) В правом полушарии: верхняя лобная извилина, Варолиев мост, гиппокамп.

вегетативный сосудистый когнитивный кровоток

Рисунок 1 - Некоторые области локального мозгового кровотока

Таким образом, мы видим асимметрию в реакции на активацию по характеристикам локального мозгового кровотока. Также в ходе решения когнитивных задач при кардиоваскулярной активации увеличение частоты сердечных сокращений в некоторых областях мозга сопровождалось ростом ЛМК, а в других областях, наоборот, снижением ЛМК. Эти образования относятся к симпатической и парасимпатической частям нейросети ВНС. В норме локальный мозговой кровоток может увеличиваться в 3-4 раза [1].

В последние десятилетия значительно увеличилось количество работ, в которых для определения функциональной асимметрии полушарий методом ФТКУЗДГ (функциональной транскраниальной ультразвуковой допплерографии) используются разные виды когнитивных нагрузок, в ходе выполнения которых измеряется изменение скорости кровотока в сосудах левого и правого полушарий. По данным Микадзе Ю.В., Богданова М.Д., Лысенко Е.С., Шахнович А.Р. и Абузайд С.М. когнитивные нагрузки в виде чтения вслух, чтения про себя, заданий на словесные ассоциации, генерирование слов, построение предложений, категоризацию слов, вербальное описание окружающих предметов приводили к большему увеличению скорости кровотока в сосудах левого полушария по сравнению с правым. Противоположные результаты, которые указывали на преобладание увеличения скорости кровотока в правом полушарии, были получены при выполнении невербальных (зрительно-пространственных заданий, восприятии лиц, цвета, музыки и др.) [5].

Кратковременная интенсивная умственная работа вызывает учащение сердечных сокращений, длительная работа - их замедление. При интеллектуальном труде незначительно повышается кровяное давление, увеличивается кровенаполнение головного мозга. Сдвиги вегетативных функций при когнитивной нагрузке связаны с нервно-эмоциональным напряжением, поэтому вызывает повышение активности симпатико-адреномедуллярной, гипоталамо-гипофизарной и адренокортикальной систем (эти системы играют ведущую роль в механизмах эмоций). Повышение их активности проявляется в усилении секреции катехоламинов и глюкокортикоидов. Следовательно, нервно-психическое напряжение сопровождается усилением деятельности сердечно-сосудистой системы [5].

Фактором снижения качества когнитивной деятельности являются нарушения, которые связаны с изменением мозгового кровотока. Например, этим фактором является повышенное давление (гипертония), также и пониженное (гипотония). Также это может быть жесткость сосудистой стенки, которая препятствует нормальному функционированию, отчего нарушается соотношение между артериальным давлением и мозговым кровотоком. С возрастом мягкая и паутинная оболочки мозга утолщаются, в них могут появиться отложения извести. Наблюдается атрофия коры больших полушарий, прежде всего, лобной и теменной долей [1].

Сердечно-сосудистые заболевания приводят к развитию дисциркуляторной энцефалопатии (ДЭ), в основе которой лежит нарушение ауторегуляции мозгового кровотока, ухудшение реологических свойств крови, эндотелиальная дисфункция, ДЛП (дислипидемия), внутрисосудистая активация гемостатического потенциала.

При дисциркуляторной энцефалопатии развивающийся «ишемический каскад» приводит к биохимическим нарушениям, которые приводят к снижению кровотока и содержанию кислорода, образованию циклических нуклеотидов и утилизации кислорода, выброс эйкозаноидов, накоплению кальция, активация протеаз, развитию окислительного стресса, возникновению местных воспалительных реакций, нарушению функционирования эндотелиоцитов и развитию блока микроциркуляции (Евдокимова АГ. с соавт., 2007).

При повышении функциональной активности мозга усиливается церебральный энергообмен: нарастает потребление глюкoзы, увеличивается мозговой кровоток. Толчком для такого пoвышения становится накопление в межклеточном пространстве ионов калия и увеличение при окислении глюкозы концентрации прoтонов, под влиянием которых расширяются мелкие мозговые сосуды. Основным условием осуществления жизненно важных биологических процессов в клетке является поддержание градиента концентрации ионов по разные стороны мембран нейронов. Постоянство электролитного состава как внутри, так и вне клетки основывается на активном транспорте ионов через клеточные мембраны, которые обладают высокоселективной ионной проницаемостью. Активный транспорт ионов - самый важный источник и регулятор трансмембранного потенциала клетки. Генерация всех видов мембранных потенциалов связана с энергозатратами на создание и поддержание ионных градиентов. Между уровнем мембранных потенциалов мозга и показателями церебрального энергетического метаболизма существует тесная связь. Исходя из этого уровень мембранных потенциалов можно рассматривать в качестве интегрального показателя энергетического состояния головного мозга. Уровень постоянного потенциала головного мозга отражает индивидуальные особенности общего и локального уровней энергозатрат, которые связаны с функциональным состоянием мозга и нервной системы в целом (Депутат И.С. с соавт., 2013).

Факторы, которые отрицательно воздействуют на метаболизм головного мозга: неблагоприятные климатические условия проживания, снижение адаптации к физическому и психическому стрессу, сопутствующие заболеваний. Энергетический метаболизм головного мозга можно выявить посредством регистрации уровня постоянного потенциала (УПП), который представляет собой медленно меняющийся устойчивый потенциал милливольтного диапазона (разность потенциалов), один из видов сверхмедленных физиологических процессов, регистрируемый между мозгом и референтными областями с помощью усилителей постоянного тока. Так было выявлено, что энергетические затраты головного мозга у детей-северян более высокие по сравнению с их сверстниками из средней полосы России. Отмечена тенденция более интенсивного энергообмена головного мозга у северян по сравнению со студентами из других регионов России, что проявляется повышением значений УПП в монополярных отведениях. Более высокие показатели УПП у студентов-северян зарегистрированы в подкорковых структурах при одновременном их снижении во фронтальной области коры головного мозга (Депутат И.С. с соавт., 2013).

В целом рост локальных показателей распределения УПП у жителей Севера может быть связан с увеличением доли анаэробного окисления, поскольку УПП возрастает при накоплении продуктов окисления жирных кислот в мозговой ткани. Таким образом, повышение показателей распределения УПП можно расценивать как проявления экологической адаптированности к условиям Севера (Депутат И.С. с соавт., 2013). Таким образом, когнитивная деятельность является специфическим видом нагрузки, которая предъявляет повышенные требования к энергообмену и мозговой гемоциркуляции.

Список литературы

1. Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., Клопов В.И., Танашян М.М., Лагода О.В. Сосудистая реактивность, вызванная когнитивной нагрузкой, у больных дисциркуляторной энцефалопатией. Асимметрия. 2014. Т. 8. № 3. С. 4-22.

2. Зарипов В.Н., Баринова М.О. Изменения функционального состояния головного мозга студенток под влиянием умственных нагрузок различной интенсивности. Вестник Ивановского государственного университета. Серия: Естественные, общественные науки. 2015. № 1. С. 9-14.

3. Зарипов В.Н., Баринова М.О., Булыгин А.Н. Влияние умственной нагрузки на состояние сердечно-сосудистой системы организма студенток. Вестник Ивановского государственного университета. Серия: Естественные, общественные науки. 2013. № 2. С. 8-13.

4. Головная боль и вегетососудистая дистония у детей Крайнего Севера. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dissercat.com/content/golovnaya-bol-ivegetososudistaya-distoniya-u-detei-krainego-severa-g-nadym (Дата обращения: 03.12.16)

5. Микадзе Ю.В., Богданова М.Д., Лысенко Е.С., Шахнович А.Р., Абузайд С.М. Оценка латерализации церебральной гемодинамики при выполнении вербальных мнестических заданий методом функциональной транскраниальной допплерографии. Экспериментальная психология. 2015. Т. 8. № 3. С. 62-73.

Размещено на Allbest.ru