Сезонные изменения церебрального энергообмена при разном уровне тревожности у молодых людей в арктической зоне Российской Федерации

Введение. Сезонные изменения естественной освещенности сопровождаются у лиц, проживающих в высоких широтах, перестройкой всех видов обмена веществ, гемодинамики и биоэлектрической активности мозга [1–4, 14]. Регуляция данных изменений осуществляется центральной нервной системой (ЦНС) [11, 13, 17]. Сезонные адаптивные перестройки ЦНС [6, 10, 11] требуют усиленной работы различных отделов головного мозга и ведут к интенсификации энергообмена, что находит отражение в развитии «синдрома адаптационного профицита церебрального энергообмена» [5, 8]. Для оценки этих состояний является исследование уровня постоянных потенциалов головного мозга (УПП), одного из видов сверхмедленных потенциалов, которые являются психофизиологическими маркерами тревожности [7, 9, 15, 16]. Показатели нейроэнергометаболизма используются для оценки функционального состояния головного мозга. В научной литературе не имеется данных об изменениях нейроэнергообмена у жителей северных широт с тревожностью в различные сезоны года.

Цель исследования – определить сезонные изменения нейроэнергообмена при разном уровне тревожности у молодых жителей Арктической зоны с помощью регистрации уровня постоянного потенциала головного мозга.

Материалы и методы исследования. Первый этап исследования включал анкетирование (опросник Спилбергера – Ханина) у 49 человек 30–34 лет, родившихся и проживающих в Арктической зоне РФ. По результа- там сформированы группы с умеренным и высоким уровнем личностной тревожности. На втором этапе исследовались церебральные энергетические процессы у двух групп: 28 человек – с умеренным уровнем тревожности и 21 человек – с высокой тревожностью по сезонам года. По данным сайта среднемесячная долгота дня составила 9 часов 59 минут в октябре, 4 часа 23 минуты – в декабре, 12 часов – в марте, 20 часов 50 минут – в июне. Исследования проводились в одно и то же время суток с одобрения этического комитета института медико-биологических исследований САФУ им. М.В. Ломоносова, протокол № 1 от 14.01.2019 г. Испытуемые находились в физическом и психическом покое. Каждый участник до включения в исследование подписывал информированное согласие в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Энергообмен головного мозга исследовался на 5-канальном диагностическом комплексе «Нейро-КМ» («АСТЕК», Россия). Активные электроды накладывали во фронтальном, центральном и окципитальном отделах (Fz, Cz, Oz), в правой и левой височных областях (Тd, Ts) по международной схеме 10–20. Анализировались монополярные, локальные значения постоянного потенциала (ПП) и проводился расчет межэлектродной разности, в том числе межполушарный градиент (Td-Ts). Значения УПП оценивали путем сравнения с нормативами, встроенными в программное обеспечение комплекса «Нейро-КМ». Статистическая обработка данных проведена с помощью программы SPSS Statistics 26. Результаты исследования представлены в виде медианы (Mе), различия результатов считались значимыми при р < 0,05. Непараметрический критерий Манна – Уитни использовался для сравнения групп, внутригрупповые сравнения проводились с помощью критерия знаковых рангов Вилкоксона, использовался коэффициент ранговой корреляции Спирмена.

Результаты и обсуждение . В ходе исследования в течение всех четырех сезонов получены следующие результаты распределения УПП в монополярных и локальных отведениях (см. таблицу). Так, у лиц с умеренной тревожностью отмечено повышение УПП в лобных отведениях (максимальные значения Fz) в зимний период (наименьшей естественной освещенности) и летний период (максимального уровня естественного освещения).

В группе «высокотревожных» лиц максимальные значения показателя Fz отмечаются при нарастании естественной освещенности весной и при ее максимальных значениях – летом. Локальный потенциал Fz-X имеет отрицательные значения в обеих группах осенью и зимой и положительные – при увеличении светового дня (весной и летом). При межгрупповом сравнении статистически значимые отличия отмечены в лобном отведении (Fz) в зимний период у лиц с умеренной и высокой тревожностью. Таким образом, отмечается высокая интенсивность энергетических процессов в лобной коре относительно среднего уровня церебрального энергообмена в весеннелетний период как у лиц с умеренным уровнем тревожности, так и у «высокотревожных» лиц. При увеличении сенсорной информации (увеличение долготы дня) весной и летом в обеих группах отмечается активация затылочной коры (показатель Oz) – коркового центра зрительного анализатора. Локальный потенциал Oz-X имеет максимальные положительные значения в весенне-летний период. Локальные показатели Td-X, Ts-X на протяжении всех сезонов в обеих группах имеют отрицательные значения, что говорит о низкой интенсивности метаболизма в височной коре относительно среднего уровня церебрального энергообмена. Вероятно, на фоне тревожного состояния формируется область истощения в височных отделах, входящих в состав лимбической системы, отвечающей за эмоциональное состояние индивида. Об интенсивности энергообменных процессов судят по суммарным показателям 5 монополярных отведений (рис. 1).

У лиц с умеренной тревожностью наибольшие суммарные показатели УПП регистрируются в зимний период. В период максимальной долготы дня (летом) у данной группы отмечаются наиболее низкие суммарные показатели УПП, возникает угнетение коры головного мозга. У лиц с высоким уровнем тревожности на протяжении всех сезонов, кроме осени, отмечаются стабильно высокие показатели суммарных значений УПП.

Одной из основных характеристик нормального энергообмена является соблюдение «куполообразности» распределения УПП с максимальными значениями в центральном отведении и снижением в периферийных [12] (рис. 2).

Сезонная динамика распределения УПП при разном уровне тревожности у молодых людей в Арктическом регионе Ме (Q1; Q3), мВ Seasonal dynamics of cerebral potential in young people with different anxiety levels born and raised in the Arctic Russia, Me (Q1; Q3), mV

Отведение Lead	Тревожность Anxiety	Осень Autumn	Зима Winter	Весна Spring	Лето Summer
Fz	Умерен. Moderate	*10,1 (–0,2; 18,9)	16,2 (6,7; 21,4)	15,5 (7,0; 22,7)	18,1 (12,5; 23,5)
	Высокая High	*6,4 (2,0; 19,0)	7,1 (1,2; 14,9) ▲	*14,6 (9,3; 24,1)	21,4 (15,5; 28,4)
Cz	Умерен. Moderate	14,7 (0,4; 22,8)	20,0 (12,7; 27,7)	16,5 (8,2; 31,8)	17,1 (7,1; 25,4)
	Высокая High	15,2 (7,9; 22,1)	19,9 (6,5; 27,8)	*20,3 (13,3; 31,5)	13,9 (8,1; 34,4)
Oz	Умерен. Moderate	11,0 (4,6; 18,8)	–4,1 (–11,5; 5,3)	15,0 (11,3; 27,0)	*11,8 (0,2; 17,8)
	Высокая High	10,9 (8,1; 14,8)	12,8 (4,8; 17,9)	*17,9 (9,6; 29,7)	15,5 (1,6; 28,1)
Td	Умерен. Moderate	*5,7 (0,9; 11,3)	*–3,7 (–8,1; 5,8)	*4,2 (–10,7; 10,9)	–9,7 (–26,7; 7,4)
	Высокая High	5,3 (2,9; 12,5)	8,7 (5,5; 20,3)	5,7 (–9,0; 16,3)	–2,2 (–25,6; 13,0)
Ts	Умерен. Moderate	*5,0 (–3,0; 14,1)	*–6,0 (–13,0; 4,3)	*–2,2 (14,0; 13,6)	*–12,2 (–28,3; 6,4)
	Высокая High	3,8 (–1,8; 8,8)	*9,9 (1,8; 20,3)	7,3 (–7,1; 19,6)	–6,3 (–25,9; 16,3)
Xср.	Умерен. Moderate	10,0 (5,4; 16,4)	–1,0 (–6,6; 9,9)	9,8 (2,6; 15,0)	2,8 (–4,4; 14,5)
	Высокая High	7,3 (6,1; 11,2)	12,9 (5,9; 18,2)	12,4 (4,4; 23,2)	10,2 (–4,2; 22,6)
Fz-X	Умерен. Moderate	*–0,5 (–5,0; 4,8)	–10,9 (–14,7; –7,0)	*5,0 (2,8; 8,0)	*14,9 (5,2; 22,3)
	Высокая High	*–2,2 (–6,2; 4,8)	–3,5 (–6,1; 0,4)	*2,9 (–1,5; 11,1)	*11,1 (1,3; 21,9)
Cz-X	Умерен. Moderate	*2,6 (–2,1; 12,0)	–2,5 (–7,5; 1,2)	9,5 (–0,9; 16,0)	10,2 (7,5; 18,0)
	Высокая High	*7,5 (–0,8; 10,9)	2,4 (–0,1; 9,3)	8,9 (2,8; 15,9)	12,0 (6,0; 15,2)
Oz-X	Умерен. Moderate	1,2 (–4,7; 7,6)	*–7,7 (–10,6; –5,3)	*4,0 (1,8; 15,8)	4,6 (–0,2; 8,7)
	Высокая High	2,9 (–1,2; 7,6)	*–1,2 (–2,9; 1,7)	*8,0 (1,1; 12,5)	8,3 (1,2; 11,0)
Td-X	Умерен. Moderate	*–3,2 (–11,4; 1,9)	–8,2 (–10,1; –4,6)	*–6,8 (–19,5; –3,1)	–10,9 (–22,3; –7,1)
	Высокая High	*–2,2 (–5,2; 1,4)	–0,9 (–5,1; 2,0)	*–6,1 (–17,0 1,9)	–12,9 (–21,6; –4,4)
Ts-X	Умерен. Moderate	*–4,2 (–9,1; 1,8)	*–11,5 (–13,3 ,8)	*–12,1–19,9; 0,2)	*–16,1 (–24,0; – 8,7)
	Высокая High	*–6,1 (–9,5; 0,3)	–0,1 (–5,5; 3,2)	*–7,6 (–15,1; –0,6)	–14,4 (–19,7; –6,0)

Примечание: *– p < 0,05, статистическая значимость отличий между сезонами внутри одной группы;

• ^▲– p < 0,05, статистическая значимость отличий между группами и одном сезоне.

Note: * – p < 0.05, statistical differences between seasons within one group; ▲ – p < 0.05, statistical differences between groups within one season.

Рис. 1. Сезонная динамика суммарного распределения УПП при разных уровнях тревожности у молодых людей в Арктическом регионе

Fig. 1. Seasonal dynamics of total cerebral potential among young people with different anxiety levels born and raised in the Russian Arctic

Рис. 2. Сезонные изменения профилей распределения УПП у молодых людей Арктического региона с умеренным (А) и высоким (Б) уровнем тревожности Fig. 2. Seasonal dynamics of cerebral potential among moderately (А) and highly (Б) anxious young people

Согласно приведенным рис. 1, 2, в обеих группах принцип куполообразности нарушен в сезоны с минимальным и максимальным уровнем естественной освещенности – зимой и летом. Таким образом, длина светового дня влияет на функциональное состояние головного мозга, вызывая напряжение адаптационных процессов.

В контрастные сезоны естественной освещенности у тревожных людей наблюдается ухудшение нейроэнергообмена с формированием области истощения в височных долях. Оценивая результаты межвисочной разности

(Td-Ts) у лиц с умеренной тревожностью по сезонам года, можно отметить преобладание активности левого полушария в зимний период со снижением межвисочной разности в весенний и инверсией полушарного доминирования в летний период. Осенью показатели межполушарной асимметрии сглажены (Td-Ts менее 1 мВ). Таким образом, для данной группы лиц увеличение длины светового дня является пусковым моментом для адаптивных перестроек нейроэнергометаболизма, происходит активация правого полушария. Активность субдоминантного полушария может быть свя- зана с необходимостью включения зрительной памяти, проекция которой находится в правой височной области.

У «высокотревожных» лиц осенью наблюдается правополушарное доминирование со сглаживанием межполушарной асимметрии в зимний период (Td-Ts менее 1 мВ) и активация левого полушария в весенне-летний период. В данной группе при снижении уровня освещенности активируются ассоциативные поля правого полушария, ответственного за принятие нестандартных решений, с одновременным включением адаптационных механизмов.

При межгрупповом сравнении показателей Td-Ts статистически значимые отличия отмечены лишь в зимний период, когда у лиц с умеренной тревожностью наблюдается выраженная левополушарная асимметрия церебральных энергетических процессов, а у «высокотревожных» лиц показатели межполушарной асимметрии сглажены (Td-Ts менее 1 мВ). Сглаживание межполушарной асимметрии говорит об увеличении межполушарных связей в процессе адаптации организма. Анализ значений межэлектродных разностей свидетельствует о смещении энергетического баланса при нарастании интенсивности естественной освещенности во фронтальную и затылочную области (максимальные показатели, связанные с Fz и Oz, регистрируются весной и летом). Данный факт указывает на активацию лобной и затылочной коры при увеличении длительности светового дня.

Структура нейроэнергометаболизма у лиц с умеренной тревожностью характеризуется преобладанием энергетических процессов в правовисочных отделах коры головного мозга в осенний и весенний периоды. В периоды минимального (зима) и максимального (лето) уровня естественного освещения у данной группы преобладает энергообмен в лобной коре, ответственной за алгоритмизацию целевых установок в условиях адаптации организма.

У лиц с высокой тревожностью осенью преобладает активность лобной коры головного мозга, зимой и летом – затылочной, весной – правовисочной. В состоянии тревожности уменьшается количество процессов торможения чувствительного потока [14], вследствие этого можно сделать вывод, что сезонная асимметрия естественного освещения влияет на распределение церебрального энергообмена у тревожных лиц через увеличение сенсорной реактивности организма.

Заключение. Таким образом, существует тесная связь между световым режимом, состоянием энергообменных процессов головного мозга и тревожностью у жителей Арктической зоны РФ. Активное включение сенсорных центров, а также интенсивные процессы адаптации зрительных анализаторов к изменяющимся условиям естественной освещенности приводят к изменению церебрального энергообмена. А именно, усилению его во фронтальной и затылочной областях, замедлению в височных при увеличении солнечной активности, формируя, в конечном счете, характерные особенности энергообменых процессов головного мозга как отражение фотопериодических реакций. Причем в контрастные сезоны естественной освещенности (зимой и летом) из-за высокой сенсорной реактивности организма у лиц с тревожностью процессы, связанные с энергообеспечением мозга, протекают более напряженно.