BRAIN ENERGY STATE IN ELDERLY WOMEN LIVING IN THE NORTH

Full Text

Проблемы жизнедеятельности человека в неблагоприятных климатических условиях приобретают все большую актуальность, а вопрос о повышении адаптации человека к условиям Севера в настоящее время имеет стратегическое значение [9, 15]. Известно, что проживание человека в условиях Севера сопровождается дополнительными функциональными нагрузками, а одной из наиболее уязвимых к действию неблагоприятных климатогеографических факторов Севера социальных групп являются люди пожилого возраста. Экстремальные условия внешней среды, такие как резкие колебания атмосферного давления, холод, высокая активность гелиокосмических факторов и другие, способствуют нарушениям приспособительных и развитию хронических стрессовых реакций в организме человека, что в конечном итоге приводит к преждевременной потере трудоспособности, ранней смертности. Хроническое функциональное 40 Экология человека 2016.09 Ментальная экология напряжение снижает адаптированность пожилого человека к различным условиям среды и усиливает процессы старения, что наиболее ярко проявляется в женской популяции [4, 8, 14]. Оценка системных возрастных изменений невозможна без определения мозговых изменений в процессе старения [10, 11, 17]. Важным фактором, оказывающим значительное влияние на сохранность психической деятельности человека в пожилом возрасте, является состояние энергетического обмена головного мозга, характеризующее процесс утилизации глюкозы мозгом. Даже минимальные изменения церебрального энергетического обмена сказываются на стабильности его функционирования, повышая чувствительность мозга к окислительному стрессу и ряду других повреждающих факторов [13, 18, 19]. В настоящее время одним из перспективных направлений в изучении энергообмена мозга является такой метод функциональной нейровизуализации церебральных энергетических процессов головного мозга, как нейроэнергокартирование [6, 16, 19]. Этот метод основан на измерении уровня постоянного потенциала (УПП) мозга, который представляет собой медленно меняющийся потенциал милливольтного диапазона, отражающий мембранные потенциалы нейронов, глии и гематоэнцефалического барьера. Характеристики УПП как интегральные показатели энергетического состояния головного мозга не только отражают нейрофизиологические механизмы стационарного назначения, но и связаны с комплексом биохимических и иммунологических параметров, характеризующих функциональное состояние адаптивных систем организма в целом [2, 13, 21, 22]. Все это и предопределило проведение настоящего исследования, целью которого явился анализ энергетического состояния головного мозга у женщин пожилого возраста, проживающих в условиях Севера. Методы Исследование проводилось на базе Института медико-биологических исследований Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова. В поперечном одномоментном исследовании принимали участие 267 женщин пожилого возраста (простая случайная выборка). Возраст испытуемых - 55-64 года, средний возраст составил 61 год. Обследование проводилось в первой половине дня (с 9.00 до 12.00) с информированного согласия участников. Нейроэнергообмен головного мозга оценивался посредством анализа УПП, который регистрировали, обрабатывали и анализировали с помощью 12-канального аппаратно-программного диагностического комплекса «Нейроэнергометр-КМ» НМФ «Статокин» в монополярных отведениях. Активные электроды располагали на голове по схеме 10-20, референтный - на запястье правой руки. Электроды располагались в лобной области (Fz), лобной правой области (Fd), лобной левой области (Fs), централь ной области ^z), центральной правой области (Cd), центральной левой области (Cs), теменной области (Pz), теменной правой области (Pd), теменной левой области (Ps), затылочной области ^z), правой и левой височной областях (Td, Ts). Регистрацию производили после мероприятий, направленных на элиминацию артефактов электродного и кожного происхождения: до наложения электродов на голову испытуемого производилось их предварительное тестирование в гипертоническом растворе (30 %) NaCl, при котором измерялось сопротивление между электродами в отсутствие биологического объекта, разность потенциалов между электродами не превышала 20 мВ, а межэлектродное сопротивление 120 кОм. Длительность измерения составляла 15 минут, в этот период осуществлялся контроль значений кожного сопротивления (не выше 30 кОм) в местах отведений УПП. Активность энергетического метаболизма оценивали по фоновому уровню УПП. Полученные характеристики распределения УПП сравнивались со среднестатистическими нормативными значениями для соответствующего возрастного периода, встроенными в программное обеспечение комплекса «Нейроэнергометр-КМ». Полученные данные подвергнуты статистической обработке с применением пакета Statistic и пакета прикладных программ SPSS 21.0 for Windows. Для каждого из исследуемого показателя проводилась оценка распределения признаков на нормальность с использованием критериев Колмогорова - Смирнова. Для выявления различий между показателями использовали t-критерий Стьюдента для двух независимых выборок, результаты представлялись в виде средних значений (М) и стандартной ошибки среднего (m). Критический уровень значимости (p) при проверке статистических гипотез в исследовании принимался < 0,05. Результаты Полученные результаты распределения уровня постоянного потенциала мозга и их сравнение со среднестатистическими нормативными значениями для соответствующего возрастного периода, встроенными в программное обеспечение комплекса «Нейроэнергометр-КМ», свидетельствуют об особенностях церебральных энергетических процессов у пожилых женщин, живущих на Севере (таблица). Анализ фоновых значений УПП внутри исследуемой группы показал, что наиболее высокие значения УПП зарегистрированы в центральных, теменных и затылочной областях (Cz, Cd, Cs, Pz, Pd, Ps, Oz), значение показателей УПП снижается в височных областях (Td, Ts), а наиболее низкие значения в данной группе наблюдаются в лобных областях (Fz, Fd, Fs). Особенности протекания церебральных энергетических процессов у пожилых жительниц Севера выявлены и при анализе распределения постоянного потенциала по отделам мозга. 41 Ментальная экология Экология человека 2016.09 Показатели уровня постоянного потенциала мозга у женщин пожилого возраста, проживающих в условиях Севера (М±ш) Показатель, Мв Эталон Опытная группа (n=267) Fz 9,10±0,01 10,70±0,57** Fd 5,40±0,02 9,70±0,61*** Fs 6,70±0,01 10,20±0,57*** Cz 10,30±0,05 17,00±0,53*** Cd 7,50±0,04 15,20±0,54*** Cs 7,50±0,04 15,20±0,56*** Pz 9,30±0,04 15,10±0,52*** Pd 8,10±0,04 14,20±0,55*** Ps 8,10±0,04 14,70±0,55*** Oz 8,10±0,04 14,30±0,5*** Td 7,00±0,05 11,80±0,56*** Ts 10,50±0,01 12,60±0,58*** Sum 97,60±0,33 160,70±4,86*** Примечание. Уровни статистической значимости: ** р < 0,01; *** p < 0,001. Основной характеристикой нормального нейроэнергообмена выступает принцип куполообразности, при котором максимальные значения потенциала регистрируются в центральном отведении (Cz) и плавно снижаются к периферии [13, 16] (значения УПП в центральных отведениях (Fz, Pz, Oz) - «вертикаль» куполообразности); значения УПП в правых и левых отведениях (Fd, Fs, Cd, Cs, Pd, Ps, Td, Ts) должны снижаться по отношению к УПП в соответствующих центральных отведениях (Fz, Cz, Pz) - «горизонталь» куполообразности. В распределении УПП у пожилых женщин-северя-нок наблюдается относительное сохранение принципа куполообразности, когда максимальное значение показателей, регистрируемых в центральном отделе, плавно снижается к периферии. В исследуемой группе зарегистрированные в центральном отделе мозга значения УПП превышали таковые в остальных отведениях. Так, разница между показателями центрального и затылочного отведения составила 2,7 мБ, центрального и лобного - 6,3 мВ, центрального и теменного отведения - 2 мВ. Однако если в эталонных значениях УПП мы наблюдаем плавное снижение значений (как по вертикали, так и по горизонтали), то в группе северян это снижение носит несколько скачкообразный характер. Особенно резкий скачек происходит в снижении значений УПП в лобных отведениях. Этот факт подкрепляется наибольшей разностью потенциалов на участках Fz-Cz, Fz-Pz, Fz-Oz, которая составила в исследуемой группе -6,3 мВ, 5,7 мВ и -3,6 мB соответственно. Также привлекает внимание уменьшение разности потенциалов Td-Ts в исследуемой группе, позволяющее судить о межполушарной асимметрии. Эталонные значения Td-Ts составляют -3,5 Мв, тогда как в группе северян -0,7 Мв, но при этом левополушарное доминирование сохраняется. Суммарные показатели УПП головного мозга пожилых женщин-северянок превышают эталонные показатели более чем в 1,5 раза: 160,7 и 97,6 соответственно, р < 0,001. В целом энергетические затраты у женщин данной группы оказались на 63 % выше эталонных значений. Увеличение суммарного УПП в данном случае происходит за счет повышения значений потенциалов во всех областях мозга: было выявлено увеличение фоновых показателей метаболизма по всем 12 отведениям (рисунок). Абсолютные значения УПП у пожилых северянок (в сравнении с эталоном) в среднем были повышены на 5,3 мВ, хотя и неравномерно в разных отведениях. Анализ процентного соотношения показателей УПП выявил наибольшую разницу по правому и левому центральным отведениям, их повышение у северян составляет около 102 % (Cs, Cd). Обсуждение результатов Известно, что постоянные потенциалы головного мозга относятся к так называемой «медленной управляющей системе мозга», отвечающей за функциональное состояние организма в целом, поддержание Профиль распределения уровня постоянного потенциала головного мозга у северян пожилого возраста Примечания: за 100 % приняты эталонные возрастные значения УПП; уровни статистической значимости: ** р < 0,01; *** p < 0,001. 42 Экология человека 2016.09 Ментальная экология гомеостазиса и реагирующей на систематически действующие факторы окружающей среды, к которым относится и проживание в условиях Севера [2, 5, 20]. Полученные нами результаты распределения УПП мозга свидетельствуют об особенностях церебрального энергетического обмена у пожилых женщин, живущих на Севере. Повышение суммарных показателей УПП головного мозга у пожилых женщин-северянок в сравнении с эталонными значениями реализуется за счет увеличения УПП во всех областях, что свидетельствует о функциональном напряжении головного мозга и снижении его резервных возможностей. В целом для пожилого возраста, как показано в ряде исследований [1, 12, 23], закономерным является снижение локального УПП по сравнению с более молодым возрастом, что обусловлено нарушением проницаемости гематоэнцефалического барьера, снижением мозгового кровообращения. При сниженных или средних значениях УПП, то есть при умеренной выраженности вышеуказанных процессов, характеристики состояния высших психических функций остаются сохранными. Тогда как повышенные значения УПП указывают на усиление анаэробного окисления, уменьшение мозгового кровотока, возможную гипоксию мозга. Рост локальных показателей распределения УПП у северян, выявленный в нашем исследовании, указывает на усиление церебрального энергетического метаболизма и мозгового кровотока, при котором происходит перестройка энергетических обменных процессов, увеличение доли анаэробного окисления, как резервного механизма энергообмена, и накопление продуктов окисления жирных кислот в мозговой ткани. Повышение значений постоянных потенциалов у женщин, живущих в условиях Севера, косвенно может указывать на функциональную гиперактивацию мозга при развертывании первой стадии физиологического стресса, обусловленного в том числе и условиями проживания на Севере. Наиболее высокие фоновые значения УПП внутри исследуемой группы зарегистрированы в центральных, теменных и затылочной отведениях (Cz, Cd, Cs, Pz, Pd, Ps, Oz). Интересен тот факт, что повышение уровня нейрометаболизма в центральных и затылочных областях связывают и с повышенной тревогой, сопровождающей жизнедеятельность человека. Подобное длительное состояние гиперактивации резервного метаболизма головного мозга может быть связано с недостаточностью адаптационных возможностей организма северян. Отмеченные в центральных отведениях изменения, отражающие значительное повышение энергозатрат в подкорковых структурах, могут указывать на состояние эмоциональной нестабильности, стрессового состояния испытуемых. Рост УПП в центрально-теменных отведениях говорит о повышенном энергообмене в срединных структурах мозга. Значительное снижение УПП в лобных отведениях по сравнению с потенциалами в других точках регистрации свидетельствует о снижении здесь энергетического метаболизма и, соответственно, нарушении функционирования фронтальных структур мозга, которые являются ключевыми звеньями в регуляции эмоциональной и мотивационной сфер, поведения в целом и служат ключевыми структурами в обеспечении процессов избирательной активации ЦНС. В фоновой картине УПП в исследуемой группе прослеживается сохранение принципа куполообразности, тогда как, по данным предыдущих исследований [3, 5, 7], у детей, проживающих в условиях Севера, наблюдается нарушение данного принципа распределения УПП, связанное преимущественно с существенным повышением энергозатрат в затылочных областях мозга. Вероятно, сохранение этого принципа в пожилом возрасте говорит об определенной адапти-рованности мозга в сравнении с периодом детства. Обнаруженные в распределении УПП у пожилых женщин-северянок сглаживание регионарных различий и высокая интериндивидуальная вариабельность показателей УПП соответствуют эталонному и, вероятно, связаны с уменьшением специализации коры в процессе старения. Относительное уменьшение межполушарных различий и повышение разности между височными отведениями вносят свой вклад в увеличение уровня психоэмоционального напряжения, связанного с проживанием в условиях Севера. Таким образом, выявлено изменение распределения УПП по всем отделам головного мозга у пожилых женщин, проживающих в условиях Севера, в сравнении с эталонными значениями. Обнаружено сохранение принципа куполообразности распределения постоянного потенциала мозга у пожилых северян. В целом повышение показателей распределения УПП можно расценивать как проявление экологической адаптированности к условиям Севера.

About the authors

I S Deputat

Northern (Artic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Institute of Biological and Medical Research Arkhangelsk, Russia

A V Gribanov

Northern (Artic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Institute of Biological and Medical Research Arkhangelsk, Russia

A N Nekhoroshkova

Northern (Artic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Institute of Biological and Medical Research Arkhangelsk, Russia

L F Startseva

Northern (Artic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Email: l.starceva@narfu.ru
Institute of Biological and Medical Research Arkhangelsk, Russia

I L Bolshevidceva

Northern (Artic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Institute of Biological and Medical Research Arkhangelsk, Russia

References

Supplementary files