Характеристика церебральных энергетических процессов у молодых людей при адаптации к условиям Арктического региона

Введение. Проживание человека в условиях Арктического региона характеризуется воздействием целого ряда экстремальных климатогеографических факторов, таких как воздействие холода, высокая скорость ветра, повышенная ионизация воздуха, частые возмущения магнитных полей и специфичная фотопериодизация [5, 7, 12]. Функционирование организма человека в подобных условиях вызывает повышенное напряжение всех его функциональных систем, и прежде всего центральной нервной системы [10, 11]. Коренное население, обладая сформированными в про цессе эволюции фено- и генотипическими особенностями, легче переносит экстремальное воздействие условий окружающей среды [1, 5, 9]. У мигрантов проживание в столь суровых условиях приводит к истощению функциональных резервов организма, высокому напряжению ЦНС и формированию различного рода нарушений [2]. Обеспечение эффективного функционирования одних физиологических систем происходит за счет снижения эффективности регуляции других [6, 7]. При длительном воздействии жестких климатических факторов корректное функциониро- вание организма достигается при определенных изменениях практически во всех системах жизнедеятельности [2, 9]. На начальном этапе адаптации реализуется срочный, но незавершенный набор защитно-компенсаторных реакций, осуществляемых за счет усиленного использования функциональных резервов. О превышении нормы функциональных резервов свидетельствует усиление компенсаторных реакций, что определяет неблагоприятный прогноз для дальнейшего функционирования организма [7, 9]. Одним из факторов успешности адаптационных механизмов может служить межполушарная асимметрия, отражающая роль коры головного мозга в процессе адаптации [4]. Правое полушарие активируется при оценке неопределенности среды и формировании прогноза маловероятных событий. Левое полушарие отвечает за формирование стереотипных регуляторных влияний в привычных условиях [5, 9]. Специфические условия Арктики обусловливают развитие комплекса специфических и неспецифических реакций [12]. Достижение адаптации в условиях Арктического региона осуществляется прежде всего перестройкой в организме энергетических обменных процессов. Организм человека переходит на энергосберегающий уровень регуляции [3, 6, 7]. Головной мозг не имеет запасов энергетических субстратов, вследствие чего анализ межполушарного церебрального энергообмена при переходе всего организма на энергосберегающий режим может являться одним из диагностических критериев успешной адаптации [2]. Регистрация уровня постоянного потенциала (УПП) позволяет оценить энергетическую активность головного мозга [8].

Цель – определить особенности церебральных энергетических процессов головного мозга у молодых людей на различных этапах адаптации в Арктическом регионе.

Материалы и методы. В исследовании принимали участие 146 человек (18–24 года). 93 человека – коренные жители, родились и постоянно проживают на территории Арктического региона. 53 человека – иностранные студенты, первые месяцы проживающие в новых климатических условиях. Исследование проводилось с помощью 12-канального аппаратно-программного комплекса для топографического картирования электрической активности мозга «Нейро-КМ». УПП регистрировали в монополярных отведениях по международной системе 10–20. Анализ распределения УПП проводился путем картирования монополярных значений и расчетом их градиентов. Полученные характеристики распределения УПП сравнивали со среднестатистическими нормативными значениями для определенных возрастных периодов.

Статистический анализ данных проводился с использованием пакета программ SPSS-20 for Windows. Проверка на нормальность распределения осуществлялась тестом Колмогорова–Смирнова. В случае нормального распределения переменных применялись параметрические методы для независимых выборок (t-Стьюдента), в случае ненормального распределения анализ результатов производился непараметрическими методами. Так как большинство данных обладали нормальным распределением, итоговые результаты обработки данных представлялись в виде среднего значения (M) и средней ошибки (m). Для всех приведенных результатов различия считались значимыми при уровне p < 0,05. Предварительный статистический анализ не выявил достоверных половых различий, что позволило объединить лиц мужского и женского пола в единую группу.

Организация исследования. Исследование проводилось строго в утренние часы, при полном физическом и психологическом покое, через 1–1,5 часа после приема пищи с соблюдением всех этических и правовых норм. У всех участников было получено письменное информированное согласие в соответствии с принципами Хельсинкской декларации.

Результаты и обсуждение. Анализ мо-нополярных значений УПП выявил статистически достоверное превышение энергозатрат коры головного мозга у мигрантов в сравнении с коренным населением (см. таблицу).

Отклонение от среднего указывает на наиболее и наименее энергетически затратные области коры головного мозга (рис. 1).

Графически показано, что характер перераспределения энергетических затрат у мигрантов и у северян по отделам коры головного мозга имеет некоторое сходство. Снижением церебральных энергетических процессов характеризуются лобные и височные отделы коры. Наибольшая интенсивность энергопроцессов регистрируется в центральных отделах.

Функциональную межполушарную асимметрию при регистрации УПП принято оценивать по межвисочной разности Td–Ts [8].

Распределение УПП в монополярных отведениях у молодых людей, постоянно и временно проживающих в Арктическом регионе (M ± m), мВ DCP distribution in unipolar leads in young people living permanently or temporarily in the Arctic region (M ± m), mV

Отведение Leads	Приезжие Migrants (n = 53)	Местные Locals (n = 93)		Приезжие Migrants (n = 53)	Местные Locals (n = 93)
Fpz	16,01 ± 1,79	8,75 ± 1,28*	FzX	,46 ± 1,31	–1,74 ± 0,77
Fd	12,55 ± 1,53	6,96 ± 1,27*	FdX	–2,99 ± 0,95	–3,53 ± 0,76
Fs	13,41 ± 1,46	6,31 ± 1,22*	FsX	–2,13 ± 0,96	–4,19 ± 0,77
Cd	16,43 ± 1,53	13,04 ± 1,13	CdX	,88 ± 0,62	2,53 ± 0,69
Cz	19,28 ± 1,51	15,08 ± 1,17*	CzX	3,73 ± 0,72	4,57 ± 0,58
Cs	15,93 ± 1,75	10,49 ± 1,19*	CsX	,38 ± 0,83	–,00 ± 0,59
Pd	17,09 ± 1,43	11,38 ± 1,31*	PdX	1,54 ± 0,81	,88 ± 0,57
Pz	16,36 ± 1,54	12,98 ± 1,17	PzX	,81 ± 0,85	2,47 ± 0,69
Ps	17,09 ± 1,49	11,22 ± 1,17*	Psx	1,54 ± 0,62	,72 ± 0,67
Oz	15,97 ± 1,48	12,28 ± 1,26*	OzX	,42 ± 0,69	1,78 ± 0,62
Td	13,84 ± 1,59	8,91 ± 1,12*	TdX	–1,70 ± 0,90	–1,59 ± 0,62
Ts	12,56 ± 1,40	8,61 ± 1,12*	TsX	–2,98 ± 0,81	–1,89 ± 0,54
sum	186,59 ± 15,44	126,07 ± 12,07*	Xsr	15,54 ± 1,29	10,50 ± 1,01*

Примечание: * – р < 0,05.

Note: *– р < 0.05.

Рис. 1. Процентное отклонение монополярных значений УПП от среднего Fig. 1. The percentage deviation of DCP unipolar values from the average

Результаты исследования выявили в обеих группах исследования положительную межвисочную разность (Td–Ts северяне = 0,30 мВ, Td–Ts мигранты = 1,28 мВ), указывающую на доминирование процессов правого полушария.

Помимо межвисочной разности в оценку межполушарной энергетической асимметрии включают разность между правым и левым центральными, лобными и затылочными отделами. У северян отмечается превалирование правополушарного энергообмена во всех отделах (рис. 2).

Значения межполушарных разностей у северян в лобных (Fd–Fs) и центральных (Cd–Cs) отведениях (0,65 и 2,54 мВ) более существенны и также указывают на доминирование энергообмена правого полушария. К активации правого полушария имеют отношения диэнцефальные образования, определяющие состояния напряжения или стресса [4]. Предполагается наличие в правом полушарии центров адаптации [9].

У мигрантов на начальном этапе адаптации регистрируется устойчивое доминирование энергетических процессов правого полушария в центральном и височном отделах. Межэлектродная разность в теменном отделе практически равна нулю, что совпадает со значениями у северян. Отсутствие доминирующего полушария может указывать на тесное межполушарное взаимодействие данного отдела коры головного мозга.

Рис. 2. Результаты межполушарных разностей у северян и мигрантов Fig. 2. Hemispheric differences in locals and migrants

Межполушарная разность в лобных отделах на начальном этапе адаптации указывает на активацию энергетических процессов во фронтальной части левого полушария. У северян же на этапе долгосрочной адаптации отмечается устойчивое превалирование энергообмена фронтальной области правого полушария и снижение активности во фронтальных отделах левого полушария. Снижение активности в левом лобном отведении с одновременным нарастанием активности в правом лобном отведении выявлено и в результате ЭЭГ-исследований при изменениях солнечной радиации [5, 9]. Ассоциативная кора правой лобной доли, по мнению некоторых авторов, ответственна за обеспечение неосознаваемых адаптационных реакций [6]. Возможно, происходящее изменение спектрального состава электромагнитного излучения воспринимается как новая информационная компонента, требующая анализа и переработки.

Заключение. Функционирование организма в привычной среде обитания характеризуется стереотипным набором регулирующих механизмов и устоявшимися моделями поведенческих реакций. В то же время процесс адаптации подразумевает формирование нового видения привычных явлений и создания иных способов реагирования на перемены в окружающей среде. Таким образом, в зависимости от типа задачи происходит доминирование правого или левого полушария. Анализ межполушарной асимметрии энергозатрат при помощи метода нейроэнергокартирования позволяет провести оценку степени доминанты. Доминирование энергозатрат левого полушария может свидетельствовать о вероят- ном сбое механизмов адаптации, что может привести к различного рода расстройствам. Напротив, положительные межполушарные градиенты указывают на корректную работу регуляторных механизмов ЦНС в процессе перестройки к новым условиям окружающей среды.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Архангельской области в рамках научного проекта № 18-44-290006.