Выраженность взаимосвязей сверхмедленных колебательных процессов в организме в качестве интегральной характеристики адаптации

Автор: Долецкий Алексей Николаевич

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: Психология и психофизиология

Статья в выпуске: 4 (10), 2014 года.

Бесплатный доступ

Проводилась оценка выраженности взаимосвязей сверхмедленных колебательных процессов, происходящих в центральной нервной системе, в сердечной и сосудистой системах. Для оценки выраженности сверхмедленной активности в зависимости от использования нелекарственных методов релаксации разработана методика определения пиков доминирующих частот в полосе от 0,07 до 1 Гц при полиграфическом исследовании. Установлено, что выраженность СМА позволяет оценивать функциональное состояние нервной и сердечно-сосудистой систем.

Сверхмедленные колебательные процессы, организм человека, синхронизация колебаний, релаксация, адаптация, сердечно-сосудистая система, центральная нервная система

Короткий адрес: https://sciup.org/14967437

IDR: 14967437

Текст научной статьи Выраженность взаимосвязей сверхмедленных колебательных процессов в организме в качестве интегральной характеристики адаптации

Медленные колебания с частотой менее 1 Гц фиксируются в дыхательной, сердечнососудистой, нервной системах и характерны для активации ЦНС в целом. Первоначально такие колебания исследовались при регистрации изменений артериального давления. К настоящему времени существует множество аргументов в пользу того, что медленные волны с периодом 10–20 секунд характеризуют состояние системы регуляции сосудистого тонуса [15]. Как известно, вазомоторный центр, наряду с ингибиторным и стимулирующим симпатическими центрами, является частью модуляторного сердечно-сосудистого подкоркового центра [4; 18]. Мощность медленных волн 1-го порядка определяет активность вазомоторного центра, а мощность медленных волн 2-го порядка наиболее вероятно связана с активностью симпатических центров, контролируемых более высокими уровнями регуляции [7]. Время, необходимое вазомоторному центру на выполнение операций по приему, обработке и передаче информации, колеблется от 7 до 20 секунд; в среднем оно равно 10 секундам [9; 21].

Характеристики медленноволновых компонентов сердечного ритма в настоящее время широко используются для оценки состояния вегетативной нервной системы [1; 4]. Эти компоненты спектра сердечного ритма связывают с активностью парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы. Исследования в области изучения медленных волн спектра сердечного ритма многими авторами называются наиболее приоритетными при дальнейшем изучении вариабельности ритма сердца (ВРС) [11; 12; 16].

Известно, что выраженность сверхмедленных колебательных процессов также отражает состояние стресс-реализующих систем и механизмов компенсации метаболических сдвигов в различных органах и системах. Предполагается, что сверхмедленная активность изменяется при различных патологических состояниях (эпилепсия, органические поражения ЦНС и т. д.), а также при ряде физиологических состояний (гипервентиляция, медитация, сон) [9–11]. Литературные данные свидетельствуют о наличии резонансных взаимоотношений между показателями дыхания и сердцебиения, сердечного ритма и пульсового кровенаполнения в диапазоне частот менее 1 Гц [6]. При этом выраженность сверхмедленных колебательных процессов (колебания с частотой менее 1 Гц) отражает состояние стресс-реализующих систем и активность метаболических процессов в различных органах и системах [5; 18]. Однако все доступные нам работы включали исследование колебательных процессов изолированно в нервной либо в сердечно-сосудистой системах. В проводившихся исследованиях биоэлектрической активности мозга использовались границы исследования активности от 1 до 40 Гц, что не включает диапазон сверхмедленных колебательных процессов.

Целью работы являлась оценка выраженности взаимосвязей сверхмедленных колебательных процессов, происходящих в центральной нервной системе, в сердечной и сосудистой системах.

Задачей нашего исследования явилась оценка синхронности сверхмедленных ритмов (частотой менее 1 Гц) при регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электрокардиограммы (ЭКГ) и реоэнцефалограммы (РЭГ) в зависимости от психоэмоционального состояния.

Методика исследования

В исследовании приняли участие 24 здоровых добровольца в возрасте 17– 20 лет, случайным образом разделенных на 4 группы – обучавшихся релаксации с помощью медитации, биологической обратной связи по частоте сердечных сокращений (БОС) и осваивавших методику ритмического дыхания с задан- ной частотой. Для управляемого дыхания были выбраны частоты 6 и 12 дыхательных циклов в минуту, показавшие наиболее выраженное изменение вариабельности сердечного ритма в предыдущих исследованиях [6]. После успешного освоения методики (в среднем – через месяц занятий с частотой 1–2 раза в неделю) – все испытуемые проходили обследование в лаборатории кафедры нормальной физиологии ВолгГМУ. Для последующего анализа использовались результаты регистрации ЭЭГ в 5 монополярных отведениях (лобные, височные и центральное), одного ЭКГ отведения и четырех отведений РЭГ (по 2 фрон-то- и окципитомастоидальных).

ЭЭГ регистрировалась по стандартной международной схеме 10/20 с расположением референтных электродов на мочках ушей. Для анализа реоэнцефалограмм (РЭГ) использовались фронтомастоидальные и окципитомасто-идальные отведения. ЭКГ регистрировалось в первом стандартном отведении. Данные записывались в течении двух минут в положении лежа с закрытыми глазами в относительно зву-ко- и светоизолированной комнате.

Далее для проверки гипотезы резонансного механизма нелекарственных методов релаксации разработана методика определения пиков доминирующих частот в полосе от 0,07 до 1 Гц при полиграфическом исследовании. Суть методики: регистрируются фоновые записи длиной до 3 минут. В программе MatLab R2006a с помощью быстрого преобразования Фурье (брался размер окна 4098 точек) производился анализ 5 каналов ЭЭГ, 4 каналов РЭГ и 1 канала ЭКГ. Отмечались пики доминирующих частот, оценивалось преобладание определенных частот в различных физиологических системах (нервной, сердечной, сосудистой). Для этого производился анализ встречаемости сверхмедленных ритмов в каждой физиологической системе.

Полученные результаты и обсуждение

Исследование динамики сверхмедленной активности (СМА) нервной и сердечнососудистой систем при медитативной релаксации выявило неспецифический характер изменений, выражающихся в усилении СМА более чем в 1,5 раза по сравнению с покоем на частотах 0,31, 0,44, 0,62 и 0,87 Гц при значительном снижении представленности частот кардиореспираторной синхронизации (0,13– 0,2 Гц) и частоты 0,5 Гц (рис. 1). Вместе с тем при БОС-тренинге отмечалось увеличение СМА во всем диапазоне исследованных частот. При этом отмечались как совпадающие для медитации, БОС-тренинга (на частотах 0,31, 0,44, 0,56, 0,62 и 0,87 Гц), так и разнонаправленные сдвиги, наиболее выраженные на частотах 0,13, 0,19 и 0,94 Гц. Характерно, что отмечавшееся в процессе БОС-тренинга увеличение СМА в диапазоне 0,13– 0,19 Гц было сонаправлено изменениям, возникавшим при ритмическом навязанном дыхании. Показательным является резонансное увеличение биоэлектрической активности на частотах 0,13 и 0,19 Гц при дыхании в навязанном ритме 6 и 12 раз в минуту (0,1 и 0,2 Гц соответственно). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о вовлечении кардиореспираторной синхронизации в изменение биоэлектрической активности только при релаксации с помощью адаптивного биоуправления.

Частоты 0,31, 0,44, 0,62 и 0,87 Гц встречались при регистрации активности как нервной, так и сердечно-сосудистой систем. Вместе с тем отмечались частоты синхронизации, характерные только для мозговой гемодинамики – 0,37 и 0,69 Гц. При сравнении представленности в лобных и затылочных отведениях ЭЭГ различий в частоте встречаемости не было выявлено. Колебания 0,37– 0,94 Гц по длительности занимают промежуточное между пульсовыми и дыхательными волнами положение, что позволяет исключить гемодинамический или дыхательный характер данных колебаний.

При оценке выраженности изменений в процессе релаксации с помощью медитации, биологической обратной связи по частоте сердечных сокращений и ритмического дыхания с заданной частотой было установлено наличие наиболее выраженных сдвигов (увеличение выраженности сверхмедленной активности в среднем в 2 раза, а на частоте 0,94 Гц – на 530 %) при использовании БОС-тренинга. Наименее выраженные сдвиги были характерны для дыхательных методик, тогда как медитация занимала промежуточные значения.

Для проверки гипотезы резонансного механизма нелекарственных методов релаксации была разработана методика определения пиков доминирующих частот. В результате использования данной методики были найдены индивидуальные частоты синхронизации, которые частично совпадают для всех выбранных состояний и показателей активности различных систем организма. Вместе с тем нами была найдена частота синхронизации 0,2 Гц, что отличается от частоты кардиорес-пираторной синхронизации 0,1 Гц, широко

■ медитация СБОС ■ Дыхание 6/мин □ Дыхание 12/мин

Рис. 1. Динамика сверхмедленной активности при различных видах релаксации

встречающейся в посвященной исследованиям сердечной деятельности литературе [6; 14].

Полученные результаты могут быть связаны с формированием детерминанты, которая представлена комплексом регуляторных структур, оказывающих тоническое воздействие на нейродинамику, показатели сердечного ритма и сосудистого тонуса. Это согласуется с результатами фундаментальных исследований связи сверхмедленных физиологических процессов головного мозга и выраженности адаптационных процессов различных систем организма [2; 17; 19].

Из литературных данных известно, что выраженность СМА отражает состояние стресс-реализующих систем и механизмов компенсации метаболических сдвигов, в том числе кислотно-основного, газового и электролитного гомеостаза на органном и организменном уровнях [8; 14]. Это находит подтверждение и в результатах серии исследований И.В. Филлипова с соавт. по выявлению сверхмедленной электрической активности головного мозга определенных подкорковых структур: супраоптической области гипоталамуса, перивентрикулярных ядер, дорсомедиально-го ядра таламуса и гиппокампа [17]. Cтруктуры, которым свойственны сверхмедленные колебания потенциала, находятся преимущественно в области гипоталамуса – нейрогуморального образования, обеспечивающего различные приспособительные реакции (в том числе и в условиях адаптации к психоэмоциональному стрессу) [10; 20]. Результаты исследования R.C. Dossi (1992) показали, что на клеточном уровне сверхмедленные колебания (до 0,5 Гц) наиболее характерны для неспецифических ядер таламуса и связаны со следовой гиперполяризацией. Около 80 % нейронов таламических ядер, имеющих восходящие кортикальные связи, в покое ритмически изменяют мембранную разность потенциалов от -68 до -90 мВ. Таким образом, резонансный характер изменений показателей биоэлектрической активности мозга, выраженности вегетативных влияний на сердечный ритм и тонуса церебральных сосудов может быть обусловлен следующими механизмами: изменением уровня мембранной возбудимости нейронных систем за счет усиления афферентных потоков; направленной активацией стресслимитирующих систем с закреплением позитивных эффектов за счет нормализации системного гомеостаза; активацией неспецифических активирующих систем головного мозга, приводящей к активации существующего, но неэффективно функционирующего синаптического аппарата нейронов; разрушением устойчивого динамического стереотипа и формированием нового, более оптимального состояния регуляторных систем. Наличие разной выраженности изменений СМА свидетельствует о различии функциональных изменений в нервной и сердечно-сосудистой системах в процессе использования различных нелекарственных методов релаксации.

Выводы

Физиологические механизмы обеспечения эффективности произвольной коррекции психоэмоционального состояния связаны с формированием детерминанты, которая представлена комплексом регуляторных структур, оказывающих нормализующее воздействие на нейродинамику, показатели сердечного ритма и сосудистого тонуса.

Установлено, что выраженность СМА позволяет оценивать функциональное состояние нервной и сердечно-сосудистой систем.

Список литературы Выраженность взаимосвязей сверхмедленных колебательных процессов в организме в качестве интегральной характеристики адаптации

  • Араиелян Г. А. Структурно-функциональные изменения медленноволновой вариабельности кровообращения пловцов, занимающихся подводным плаванием под воздействием ортостаза/Г. А. Араиелян//Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Образование, здравоохранение, физическая культура». -2009. -Т. 160, № 27. -С. 21-25.
  • Бойцова, Ю. А. Сравнение количественных характеристик сверхмедленной фазической активности мозга и ЭЭГ в состояниях спокойного бодрствования с открытыми и закрытыми глазами/Ю. А. Бойцова, С. Г. Данько//Физиология человека. -2007. -Т. 33, № 2. -С. 134-136.
  • Взаимодействие 0.1 Гц-колебаний в вариабельности ритма сердца и вариабельности кровенаполнения дистального сосудистого русла/А. Р. Киселев //Физиология человека. -2012. -Т. 38, № 3. -С. 92.
  • Динамика нейрофизиологических показателей при лечении методом адаптивной саморегуляции с использованием ЧСС-сигнала обратной связи у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивностью/Г. С. Пилина, Е. Д. Белоусова, А. В. Киселев, Н. А. Шнайдер//Функциональная диагностика. -2006. -№ 1. -С. 49-56.
  • Динамика уровня постоянного потенциала головного мозга в условиях тренировки концентрации внимания у детей 10-11 лет/И. А. Шимко //Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. -2005. -Т. 55, № 5. -С. 608-615.
  • Долецкий, А. Н. Синхронизация сверхмедленных ритмов организма в норме и при патологии/А. Н. Долецкий//Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине-2011: материалы ежегодной Всероссийской научной школы-семинара. -Саратов, 2011. -С. 52-54.
  • Изучение природы периодических колебаний сердечного ритма на основе проб с управляемым дыханием/А. Р. Киселев //Физиология человека. -2005. -Т. 31, № 3. -С. 76-83.
  • Илюхина, В. А. Преемственность и перспективы развития исследований в области системно-интегративной психофизиологии функциональных состояний и познавательной деятельности/В. А. Илюхина//Физиология человека. -2011. -Т. 37, № 4. -С. 105-123.
  • Киселев, А. Р. Колебательные процессы в вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы (Обзор)/А. Р. Киселев, В. И. Гриднев//Саратовский научно-медицинский журнал. -2011. -Т. 7, № 1. -С. 34-39.
  • Мулик, А. Б. Психофизиологические корреляты уровня общей неспецифической реактивности организма человека/А. Б. Мулик//Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 7, Философия. Социология и социальные технологии. -2006. -№ 5. -С. 74-79.
  • Наумова, В. В. Медленные колебания гемодинамики у юношей и девушек в условиях покоя/В. В. Наумова, Е. С. Земцова//Бюллетень Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. -2008. -№ 6. -С. 174-181.
  • Оценка на основе определения синхронизации низкочастотных ритмов динамики вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы при применении метопролола у больных ИБС, перенесших инфаркт миокарда/А. Р. Киселев //Терапевтический архив. -2007. -Т. 79, № 4. -С. 23-31.
  • Покровский, В. М. Ритм сердца в целостном организме: механизмы формирования/В. М. Покровский//Кубанский научный медицинский вестник. -2006. -№ 9. -С. 22-26.
  • Сверхмедленные биопотенциалы как способ экспресс-диагностики типа энергодефицита у реанимационных больных/И. Б. Заболотских, Т. С. Мусаева, А. Н. Курзанов, К. Д. Зыбин//Кубанский научный медицинский вестник. -2009. -Т. 106, № 1. -С. 37-42.
  • Сентябрёв, Н. Н. Физиологический анализ особенностей релаксации различного генеза/Н. Н. Сентябрёв//Физиология человека. -2004. -Т. 30, № 5. -С. 137-141.
  • Стаканова, О. Г. Сверхмедленные физиологические процессы в оценке вегетативного статуса человека: автореф. дис.... канд. мед. наук/Стаканова Ольга Георгиевна. -М., 2005. -27 с.
  • Филлипов, И. В. Сверхмедленные механизмы переработки сенсорной информации в высших таламо-кортикальных представительствах головного мозга/И. В. Филлипов, А. А. Кребс, К. С. Пугачев//Физиология адаптации: материалы 2-й Всероссийской научно-практической конференции, г. Волгоград, 22-24 июня 2010 г. -Волгоград: Волгогр. науч. изд-во, 2010. -С. 120-123.
  • Фокин, Н. В. Энергетическая физиология мозга/Н. В. Фокин, В. Ф. Пономарева. -М.: Антидор, 2003. -288 с.
  • Черний, В. И. Сверхмедленные физиологические процессы/В. И. Черний, В. С. Костенко, Е. И. Ермолаева//Вестник восстановительной и неотложной медицины. -2003. -Т. 4, № 2. -С. 29-31.
  • Чернилевский, В. Е. Участие биоритмов организма в процессах развития и старения. Гипотеза резонанса/В. Е. Чернилевский//Сборник МОИП. Секция геронтологии. -2008. -№ 41. -С. 123-139.
  • Baroreflex and oscillation of heart period at 0.1 Hz studied by alpha-blockade and cross-spectral analysis in healthy humans/A. Cevese //The Journal of physiology. -2001. -Vol. 531, № 1. -P. 235-244.
Еще
Статья научная