Возрастная динамика биоэлектрической активности головного мозга у подростков
Автор: Поддубный Сергей Константинович, Аикин Владимир Анатольевич, Васильев Владимир Николаевич, Елохова Юлия Алексеевна
Журнал: Вестник медицинского института "РЕАВИЗ": реабилитация, врач и здоровье @vestnik-reaviz
Рубрика: Физиология
Статья в выпуске: 4 (24), 2016 года.
Бесплатный доступ
Работа посвящена актуальной теме - изучению динамики биоэлектрической активности коры головного мозга в возрастном аспекте с учетом среды обитания детей. Рассматриваются особенности биоэлектрической активности головного мозга у подростков, проживающих в городе Омске (в Сибири). Нами было обследовано 70 подростков (34 девочки и 36 мальчиков) 12-15 лет, которые прошли электроэнцефалографическое исследование. Было выявлено, что для подростков характерны возрастные изменения биоэлектрической активности головного мозга. В организации биоэлектрической активности мозга детей зарегистрировано снижение с возрастом активности в тета- и дельта-диапазонах, повышение мощности альфа-ритма и степени выраженности реакции активации на ЭЭГ, относительное повышение представленности потенциалов в бета-диапазоне.
Биоэлектрическая активность головного мозга, подростки, онтогенез
Короткий адрес: https://sciup.org/14344234
IDR: 14344234
Текст научной статьи Возрастная динамика биоэлектрической активности головного мозга у подростков
Актуальность исследования. Сегодня состояние здоровья населения считается основным критерием безопасности страны, а охрана здоровья детей и обеспечение их нормального развития – одно из ведущих приоритетных направлений государственной политики в области организации здравоохранения [2, 3, 4]. В крупных промышленных городах заболевания центральной нервной системы в значительной степени обусловлены отрицательными экологическими воздействиями, связанными с работой крупных промышленных предприятий [3, 4]. Выявление особенностей биоэлектрической активности коры головного мозга является необходимым условием для дальнейшего развития теоретического понимания формирования функции мозга, а также для практического изучения нормального физиологического развития ребенка в различных условиях среды [1, 5, 3, 4].
Изменение здоровья детей зависят от ряда показателей: возраста, пола, типологических особенностей, состояния здоровья, а также состояния окружающей среды. Таким образом, проблема анализа состояния здоровья детей, изучение зависимости его от внешних факторов, неблагоприятные факторы окружающей среды вызывают различные заболевания, которые связаны с изменением состояния центральной нервной системы детей и ритмики на электроэнцефалограмме.
Известно, что характер компонентов ритмики и ее амплитудно-частотные параметры отражают степень морфофункциональной зрелости мозга как системы, становление его механизмов саморегуляции, однако наиболее полно о течении этих процессов можно судить с учетом анализа динамики параметров функциональной активности головного мозга [2, 3, 4].
Целью исследования было установить особенности биоэлектрической активности головного мозга у подростков, проживающих в условиях экологического неблагополучия (в городе Омске).
Организация и методы исследования. В исследовании принимали участие 70 подростков обоих полов, родившихся и постоянно проживающих в районе Сибири (г. Омск). Возраст подростков составил 12–15 лет. Оценку биоэлектрической активности головного мозга проводили в комфортной для испытуемых обстановке. Электроэнцефалограмму регистрировали в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами (ГЗ) и с открытыми глазами (ГО) на компьютерном 16-канальном электроэнцефалографе «Мицар», монополярно от 8 стандартных отведений с ушными референтными электродами, расположенными на поверхности головы в соответствии с требованиями международной системы 10–20. При анализе биоэлектрической активности головного мозга проводился визуальный анализ ЭЭГ, изучалась абсолютная мощность ЭЭГ (мкВ 2 ) в альфа-, тета-, дельта- и бета-диапазонов. Для анализа электроэнцефалограммы использовались безартефактные эпохи длительностью 6 с.
Полученный материал был обработан методами математической статистики. Сравнение групп по показателям проводилось методами непараметрической статистики с использованием критерия Вилкоксона. Результат считался достоверным при P < 0,05. Значения параметров в работе представлены как M ± m.
Результаты исследования. Визуальный анализ ЭЭГ в конце курса обучения дайвингу выявил, что у детей в состоянии спокойного бодрствования альфа-ритм локализовался в затылочных долях обоих полушарий головного мозга с амплитудой 50–60 мкВ и частотой 10 Гц, что соответствует возрастной норме [5, 6]. При открывании глаз на ЭЭГ регистрировалась хорошо выраженная реакция активации, то есть снижение амплитуды и мощности альфа-ритма, а также появление низкоамплитудного бета-ритма. Также выявлено, что альфа-ритм при этом локализовался в теменных областях коры головного мозга. Амплитуда волн составляла 40 мкВ.
Т4А2
а) б)
Рис. 1. Электроэнцефалограмма ребенка С. 12 лет: а – ГЗ; б – ГО
Установлено, что на ЭЭГ у подростков наибольшая мощность альфа-ритма была зарегистрирована в затылочных областях обоих полушарий коры головного мозга (табл. 1, 2). При открытых глазах у мальчиков и девочек 12–13 лет доминирование альфа-ритма отмечалось в центральных областях обоих полушарий (табл. 1). У детей 14-15 лет при выполнении функциональной пробы преобладание альфа-ритма было зарегистрировано у мальчиков в центральных областях обоих полушарий и затылочной области левого полушария, а у девочек теменной области правого полушария и затылочных областях обоих полушарий (табл. 2).
Показатели мощности альфа-ритма (мкВ2) у детей 12–13 лет (M ± m)
Таблица 1
|
Отведения |
Функциональная проба |
Альфа-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
0,69±0,07 |
0,52±0,04 |
|
ГО |
0,19±0,02 |
0,18±0,001 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
0,73±0,08 |
0,54±0,04 |
|
ГО |
0,18±0,02 |
0,20±0,01 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
0,30±0,03 |
0,35±0,04 |
|
ГО |
0,10±0,01 |
0,10±0,01 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
0,51±0,07 |
0,50±0,04 |
|
ГО |
0,14±0,02 |
0,12±0,01 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
1,41±0,10 |
0,70±0,05 |
|
ГО |
0,40±0,05 |
0,42±0,02 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
1,24±0,11 |
1,38±0,09 |
|
ГО |
0,30±0,04 |
0,42±0,04 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
2,92±0,16 |
3,50±0,10 |
|
ГО |
0,32±0,03 |
0,37±0,02 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
3,18±0,20 |
2,54±0,12 |
|
ГО |
0,23±0,04 |
0,32±0,02 |
|
Примечание: здесь и далее ГЗ – глаза закрыты, ГО – глаза открыты.
Таблица 2
|
Отведения |
Функциональная проба |
Альфа-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
0,75±0,12 |
0,64±0,19 |
|
ГО |
0,15±0,02 |
0,14±0,01 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
0,95±0,20 |
0,58±0,02 |
|
ГО |
0,15±0,03 |
0,12±0,001 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
0,31±0,06 |
0,39±0,07 |
|
ГО |
0,08±0,02 |
0,16±0,02 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
0,52±0,10 |
0,52±0,09 |
|
ГО |
0,14±0,04 |
0,49±0,12 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
1,56±0,16 |
0,74±0,15 |
|
ГО |
0,38±0,04 |
0,36±0,12 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
1,44±0,31 |
1,72±0,69 |
|
ГО |
0,37±0,12 |
0,39±0,01 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
2,37±0,21 |
5,28±1,13 |
|
ГО |
0,39±0,05 |
0,45±0,07 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
3,98±0,44 |
5,03±1,33 |
|
ГО |
0,30±0,06 |
0,41±0,08 |
|
Показатели мощности альфа-ритма (мкВ2) у детей 14–15 лет (M ± m)
Исследование мощности дельта-ритма у всех подростков при закрытых глазах выявило доминирование этого диапазона в лобных областях обоих полушарий коры головного мозга (табл. 3, 4). При открытых глазах у мальчиков 12–13 лет данный ритм локализовался в лобных областях обоих полушарий, у девочек в затылочных областях обоих полушарий. Зарегистрировано доминирование дельта-ритма у мальчиков и девочек 14–15 лет в лобной области правого полушария и центральной области левого полушария головного мозга (табл. 4).
Показатели мощности дельта-ритма (мкВ2) у детей 12–13 лет (M ± m)
Таблица 3
|
Отведения |
Функциональная проба |
Дельта-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
2,55±0,11 |
2,18±0,08 |
|
ГО |
1,79±0,12 |
1,25±0,06 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
2,75±0,12 |
2,56±0,10 |
|
ГО |
1,85±0,22 |
1,62±0,09 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
2,11±0,13 |
2,00±0,08 |
|
ГО |
1,39±0,12 |
0,98±0,09 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
1,47±0,16 |
1,55±0,07 |
|
ГО |
1,27±0,10 |
1,15±0,09 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
2,27±0,10 |
1,73±0,10 |
|
ГО |
1,55±0,14 |
1,11±0,12 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
1,68±0,13 |
1,92±0,06 |
|
ГО |
1,45±0,10 |
1,52±0,09 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
2,31±0,13 |
2,10±0,12 |
|
ГО |
1,60±0,15 |
1,31±0,09 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
2,11±0,09 |
1,43±0,12 |
|
ГО |
1,53±0,12 |
1,62±0,10 |
|
Таблица 4
|
Отведения |
Функциональная проба |
Дельта-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
2,01±0,20 |
1,95±0,12 |
|
ГО |
1,01±0,23 |
1,03±0,16 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
2,24±0,12 |
1,94±0,04 |
|
ГО |
2,14±0,19 |
1,23±0,03 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
0,92±0,14 |
2,52±0,13 |
|
ГО |
1,13±0,26 |
0,73±0,11 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
1,29±0,12 |
1,05±0,21 |
|
ГО |
1,13±0,24 |
1,07±0,33 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
1,87±0,10 |
1,36±0,18 |
|
ГО |
1,35±0,14 |
1,18±0,18 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
1,59±0,22 |
0,77±0,13 |
|
ГО |
1,28±0,12 |
1,00±0,14 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
1,91±0,15 |
1,31±0,12 |
|
ГО |
0,95±0,13 |
0,98±0,12 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
1,84±0,12 |
1,10±0,22 |
|
ГО |
0,93±0,11 |
1,01±0,13 |
|
Показатели мощности дельта-ритма (мкВ2) у детей 14–15 лет (M ± m)
Анализ распределения мощности ЭЭГ в тета-диапазоне у подростков при закрытых глазах установил, что в затылочных областях обоих полушарий головного мозга. При открытых глазах тета-ритм локализовался в центральной и затылочной областях правого полушария головного мозга (табл. 5, 6).
Таблица 5
Показатели мощности тета-ритма (мкВ2) у детей 12–13 лет (M ± m)
|
Отведения |
Функциональная проба |
Тета-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
0,64±0,07 |
0,75±0,04 |
|
ГО |
0,55±0,05 |
0,35±0,03 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
0,90±0,07 |
0,64±0,03 |
|
ГО |
0,65±0,07 |
0,43±0,03 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
0,43±0,07 |
0,36±0,04 |
|
ГО |
0,38±0,05 |
0,21±0,03 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
0,64±0,15 |
0,42±0,02 |
|
ГО |
0,35±0,05 |
0,40±0,02 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
0,92±0,11 |
0,99±0,04 |
|
ГО |
0,62±0,06 |
0,50±0,04 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
0,81±0,06 |
1,09±0,06 |
|
ГО |
0,73±0,06 |
0,45±0,03 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
0,95±0,14 |
1,01±0,07 |
|
ГО |
0,50±0,04 |
0,54±0,03 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
1,17±0,10 |
1,10±0,07 |
|
ГО |
0,55±0,05 |
0,60±0,05 |
|
Таблица 6
|
Отведения |
Функциональная проба |
Тета-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
0,52±0,09 |
0,67±0,01 |
|
ГО |
0,40±0,04 |
0,30±0,02 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
0,48±0,12 |
0,56±0,01 |
|
ГО |
0,41±0,04 |
0,25±0,001 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
0,27±0,07 |
0,19±0,03 |
|
ГО |
0,16±0,03 |
0,11±0,02 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
0,38±0,08 |
0,37±0,13 |
|
ГО |
0,29±0,09 |
0,37±0,07 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
0,48±0,08 |
0,61±0,08 |
|
ГО |
0,41±0,06 |
0,40±0,02 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
0,56±0,11 |
0,56±0,04 |
|
ГО |
0,59±0,16 |
0,49±0,01 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
0,57±0,26 |
0,92±0,12 |
|
ГО |
0,34±0,05 |
0,41±0,13 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
1,12±0,18 |
1,01±0,10 |
|
ГО |
0,51±0,11 |
0,53±0,10 |
|
Показатели мощности тета-ритма (мкВ2) у детей 14–15 лет (M ± m)
Анализ мощности бета-ритма у подростков 12–13 и 14–15 лет не выявил выраженных (достоверных) различий, что позволило объединить данные двух возрастных групп. Наибольшая мощность бета-ритма была зарегистрирована у мальчиков при закрытых глазах в теменной и затылочной областях правого полушария, а у девочек в центральной области левого полушария и затылочной области правого полушария головного мозга. При открытых глазах доминирование данного диапазона отмечалось у мальчиков в лобной и центральной областях правого полушария, у девочек в центральной области левого полушария и затылочной области правого полушария головного мозга (табл. 7).
Таблица 7
Показатели мощности бета-ритма (мкВ2) у детей 12–15 лет (M ± m)
|
Отведения |
Функциональная проба |
Бета-ритм |
|
|
Мальчики |
Девочки |
||
|
Fp1-A1 |
ГЗ |
0,13±0,03 |
0,12±0,01 |
|
ГО |
0,05±0,001 |
0,11±0,04 |
|
|
Fp2-A2 |
ГЗ |
0,20±0,04 |
0,11±0,001 |
|
ГО |
0,13±0,04 |
0,10±0,03 |
|
|
T3-A1 |
ГЗ |
0,07±0,03 |
0,14±0,03 |
|
ГО |
0,04±0,001 |
0,07±0,03 |
|
|
T4-A2 |
ГЗ |
0,14±0,05 |
0,12±0,001 |
|
ГО |
0,10±0,03 |
0,14±0,01 |
|
|
C3-A1 |
ГЗ |
0,12±0,03 |
0,15±0,001 |
|
ГО |
0,07±0,02 |
0,14±0,02 |
|
|
C4-A2 |
ГЗ |
0,18±0,04 |
0,13±0,01 |
|
ГО |
0,13±0,05 |
0,12±0,01 |
|
|
O1-A1 |
ГЗ |
0,17±0,04 |
0,20±0,07 |
|
ГО |
0,10±0,02 |
0,12±0,01 |
|
|
O2-A2 |
ГЗ |
0,17±0,03 |
0,16±0,03 |
|
ГО |
0,11±0,02 |
0,14±0,01 |
|
Полученные результаты свидетельствуют о продолжающемся в течение данного возрастного периода процессе формирования биоэлектрической активности головного мозга у подростков. В организации биоэлектрической активности мозга детей зарегистрировано с возрастом снижение активности в тета- и дельта-диапазонах, повышение мощности альфа-ритма и степени выраженности реакции активации на ЭЭГ, относительное повышение представленности потенциалов в бета-диапазоне. Эта динамика отражает процессы перехода от физиологически «незрелого» паттерна ЭЭГ в форме доминирования тета- и дельта-ритмов ЭЭГ к дефинитивному паттерну с постепенным доминированием альфа-ритма [6], что, несомненно, связано с совершенствованием механизмов церебральной гемодинамики [7]. По динамике возрастных изменений мощности данных частотных составляющих ЭЭГ, более высокими темпами морфофункционального созревания отличаются затылочные области коры мозга, наименьшими – лобно-центральные. Обращает на себя внимание также относительное преобладание изменений в правом полушарии головного мозга, что свидетельствует о наличии неравномерности темпов онтогенетической эволюции функций и гетерохронности формирования нейрофизиологических механизмов, определяющих возрастные особенности когнитивных процессов.
Выводы. Таким образом, в результате исследования были определены нормативные значения показателей мощности основных ритмов ЭЭГ обоих полушарий головного мозга у здоровых подростков 12–15 лет в условиях «глаза закрыты»/«глаза открыты».
Результаты количественного анализа характеристик ЭЭГ у здоровых подростков 12–15 лет помогут специалистам по электроэнцефалографии и функциональной диагностике объективно оценивать функциональное состояние подростков и диагностировать мозговые дисфункции у больных с различными нарушениями деятельности мозга. В качестве диагностических критериев в данном случае могут выступать характеристики мощности ритмов ЭЭГ. Параметры этих характеристик ЭЭГ конкретного подростка могут сравниваться с нормативными данными (его возрастной нормой) и результаты сравнения значительной степени будут способствовать правильной оценке функционального состояния головного мозга, а характер отклонений от нормативных данных использоваться для диагностики заболеваний.
Список литературы Возрастная динамика биоэлектрической активности головного мозга у подростков
- Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). Руководство для врачей. -5-е изд. -М.: МЕДпрессинформ, 2012. -356 с.
- Кучма В.Р., Сухарева Л.М., Баранов А.А. Состояние здоровья современных детей и подростков и роль медико-социальных факторов в его формировании//Вестник Российской АМН. -2009. -№ 5. -С. 6-11.
- Ляпин В.А. Комплексная оценка потерь здоровья детей и подростков на территории крупного промышленного центра: учебн.-метод. пособие. -Омск: М-во здравоохр. Омск. обл., 2007. -96 с.
- Ляпин В.А., Ерофеев Ю.В., Дедюлина Н.В., Нескин Т.А. Гигиеническая оценка взаимосвязи загрязнения окружающей среды и заболеваемости детского населения крупного промышленного города//Здоровье населения и среда обитания. -2006. -№ 1 (154).-С. 12-15.
- Сергеева Е.Г. Возрастные особенности функционального развития мозга у школьников, проживающих в условиях Европейского Севера: дис.. канд. биол. наук. -СПб., 2009. -168 с.
- Фарбер Д.А., Дубровинская Н.В. Функциональная организация развивающегося мозга (возрастные особенности и некоторые закономерности)//Физиология человека. -1991. -Т. 17, № 5. -С. 17-27.
- Аикин В.А., Елохова Ю.А., Поддубный С.К., Чернышева Ж.А. Особенности кровоснабжения головного мозга у детей при обучении их дайвингу//Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта -2013. -№ 9 (103). -С. 7-11.
