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.