ASSESSMENT OF NEUROPHYSIOLOGICAL FUNCTIONS OF CENTRAL NERVOUS SYSTEM WHEN EXPOSED TO LEAD

Full Text

В современном мире человек осуществляет свою жизнедеятельность в условиях искусственной, созданной в процессе развития цивилизации, окружающей среде. Человеческий организм подвергается воздействию разнообразных загрязнений, чуждых веществ - ксенобиотиков, поступление которых в окружающую среду все возрастает [2, 4, 11]. Среди этих загрязнений тяжелые металлы и их соединения образуют значительную группу токсикантов, во многом определяющую антропогенное воздействие на экологическую структуру окружающей среды и самого человека [1]. Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко, в значительных объемах используются в производственной деятельности [5, 6, 12, 16] и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности, токсических свойств и развития профессиональных заболеваний, например свинец [4]. ВОЗ назвала свинец одним из 10 химических веществ, вызывающих основную обеспокоенность в области общественного здравоохранения и требующих действий со стороны государств-членов организации, для того чтобы защитить здоровье трудящегося на 8 Экология человека 2016.2 Экология труда селения, детей и женщин детородного возраста [15]. Известно, что среди профессиональных заболеваний в последние десятилетия наряду с мало- и бессимптомными формами патологии превалируют хронические отравления тяжелыми металлами, которые влияют на течение общих, этиологически не связанных с трудовой деятельностью болезней, вызывая их обострения, осложнения и рецидивы [7]. Попадая в организм человека даже в малых дозах, эти токсиканты оказывают неспецифическое воздействие, реализующееся через бессимптомное накопление изменений в тканях, органах и проявляющееся учащением и осложнением соматической патологии [3]. Клинически идентифицировать такое воздействие сложно и не всегда представляется возможным. Актуальность проблемы ранней диагностики этих состояний продиктована тем, что профилактика на донозологическом и популяционном уровнях - наиболее экономически результативный и единственно финансово доступный вариант достижения существенного улучшения здоровья трудоспособного населения. Решение проблемы интегральной оценки состояния здоровья на донозологическом уровне идет путем расширения поиска и разработки новых высокотехнологичных медицинских систем, внедрения новых программно-аппаратных лечебно-диагностических комплексов для мониторинга индивидуального здоровья, реализации мероприятий по организации кабинетов и центров здоровья в системе охраны здоровья здоровых; внедрения системы мониторинга здоровья и создания базы данных о резервах здоровья человека. К наиболее перспективным направлениям развития относятся компьютерные диагностические технологии, позволяющие провести оценку состояния здоровья на донозологическом уровне, т. е. оценить величину адаптационного риска с целью выявления неблагоприятных тенденций в изменении состояния здоровья и прогнозирования вероятных патологических отклонений [9, 10]. Цель работы - установить закономерности ответной реакции центральной нервной системы на воздействие свинца с использованием диагностического комплекса «Регистратор спектра магнитоэлектрической активности головного мозга индукционный (РС МЭГИ-01)». Методы Для выявления влияния тяжелых металлов (свинца) на организм человека применялся диагностический комплекс РС МЭГИ-01. Принцип работы РС МЭГИ-01 основан на известных физиологических принципах сегментарного строения периферической нервной системы и разработанных Г.А. Шабановым с соавторами нейрофизиологических моделей интеграции вегетативных и соматических функций нервной системы [8, 10]. Для исследования были отобраны 8 человек здоровых добровольцев мужского пола в возрасте от 30 до 57 лет. Процедура функционально-топической диагностики на РС МЕГИ-01 проводилась в несколько этапов. На первом этапе осуществлялось фоновое обследование пациента. Перед снятием показателей пациент 5-10 минут находился в положении сидя в расслабленном состоянии с закрытыми глазами. Магнитоэнцефалографические датчики аппарата РС МЭГИ-01 фиксировались на голове обследуемого. В состоянии оперативного покоя проводилось фоновое исследование спектрально-волновых характеристик головного мозг - три съема-кадра по 160 секунд, промежуток между которыми менее 3 минут. В дальнейшем эти съемы интегрировались. На втором этапе исследования (экспозиционном) в правую руку добровольца на 30 минут вкладывался образец химически чистого тяжелого металла (свинца). Во избежание контакта металла с кожей обследуемого свинец помещали в герметические полиэтиленовые пакеты (экспозиции «Свинец»). На третьем этапе (постэкспозиционном) проводился контрольный съем информации после контакта с тяжелым металлом - 6 съемов-кадров по 160 секунд с промежутками 10 минут. При анализе полученной информации о биоэлектрической активности головного мозга исследовались графики базовых функций (БФ), диаграммы, полученные в ходе исследования на комплексе РС МЭГИ-01. В сегментарной матрице вычленялись БФ и сегменты с максимальной реакцией спектральной оценки на контрольном, постэкспозиционном, съеме контакта с тяжелыми металлами (свинец). Результаты Регистрация ритмической активности головного мозга после контакта с экспозицией «Свинец» показала, что на третьем, постэкспозиционном, этапе исследования после контакта с тяжелым металлом на 10-20-х минутах у всех испытуемых выявлялся признак формирования генератора патологически усиленного возбуждения (ГПУВ), который не наблюдался на фоновых исследованиях первого этапа. Координаты ГПУВ (рис. 1) находятся в области сегмента L1 (почка), БФ F3-1, F4-3, F5-5, F7-4. БФ F3-1 (признак 1) и F7-4 (признак 4) характеризуются разбалансировкой тонической активности по группам периферических рецепторов (рефлекторным звеньям). Между признаками 1 и 4 просматриваются выраженные доминантные отношения. Тонус остальных групп рецепторов симметричен в пределах физиологической нормы. Формирование ГПУВ в этой зоне указывает на угнетение выделительной функции почек и их сосудистого обеспечения. Формирующийся под воздействием экспозиции «Свинец» патологический очаг ГПУВ вовлекает в синхронную активность соседние сегменты и функции, тем самым формируя устойчивую патологическую систему (УПС) (рис. 2), которая строится в основном за счет доминантных отношений в центральной нервной системе (ЦНС). Обнаружено вовлечение в синхронную активность сегментов и 9 Экология труда Экология человека 2016.2 функций, отвечающих за угнетение трофического обеспечения репродуктивной функции (признаки 1, 2) и функции яичек (признак 3): Th 10-11, F3-2, 4-2, 6-4. Рис. 1. Спектрограмма, отражающая влияние экспозиции «Свинец», характеризующееся синхронизацией огибающих спектра в системе частотных координат «сегментарная матрица» в сегменте L1: БФ F3-1 - (признак 1), F4-3 - (признак 2), F5-5 - (признак 3), F7-4 - (признак 4). ПГУВ находится в сегментарном центре L1. Слева значение амплитуды Fi в отн. единицах; справа - сегментарная ось: пунктирная линия - левое полушарие; сплошная - правое полушарие Рис. 2. Спектрограмма, отражающая влияние экспозиции «Свинец», характеризующееся формированием множественных детерминантных очагов ГПУВ в системе «сегментарная матрица» и УПС: сегмент Th10 БФ F3-2 - (признак 1), сегмент Th11 F4-2 - (признак 2), F6-4 - (признак 3); Th11F4-2 (признак 2). Слева значение амплитуды Fi в отн. ед.; справа - сегментарная ось; пунктирная линия - левое полушарие; сплошная - правое полушарие При сравнительном анализе спектрограмм фонового и постэкспозиционного этапов исследования (рис. 3) у всех добровольцев в сегментарных центрах С2-3, С4-5 (сетчатка глаза и зрительный нерв) отмечалась разбалансировка тонической активности по группам периферических рецепторов (рефлекторным звеньям) БФ F2-3, F3-1 (признак 1), F4-5 (признак 2) и F6-3 (признак 3). Выявленные отклонения в этой зоне указывают на формирование угнетения функции сетчатки глаза и зрительного нерва. Рис. 3. Спектрограмма, отражающая влияние экспозиции «Свинец», характеризующееся синхронизацией огибающих спектра в системе частотных координат «сегментарная матрица» в сегментах С2-3, С4-5: БФ F2- 3, F3 - 1 (признак 1), F4-5 - (признак 2), F6-3 - (признак 3). Слева значение амплитуды Fi в отн.ед.; справа - сегментарная ось; пунктирная линия - левое полушарие; сплошная - правое полушарие На рис. 4 показано снижение трофической функции левого полушария (пунктирная линия) в пределах базовой функции F7-4 (признак 1), F5-4 (признаки 2), F4-5 (признак 3), что характерно для пациентов со снижением памяти. Рис. 4. Спектрограмма, отражающая влияние экспозиции «Свинец», характеризующееся асимметрией огибающих спектра в системе частотных координат «сегментарная матрица» в сегментах С6: F7-4 (признак 1), F5-4 - (признак 2), F4-5 - (признак 3). Слева значение амплитуды Fi в отн.ед.; справа - сегментарная ось; пунктирная линия - левое полушарие; сплошная - правое полушарие Обсуждение результатов Системная функционально-топическая диагностика заболеваний, основанная на исследовании биопотенциалов головного мозга, делает актуальной детальную проработку проблемы отображения в ЦНС информации о состоянии различных структур организма. Общепризнано, что активирующая система мозга аккумулирует восходящие многомодальные афферентные потоки и является источником адаптационных тонических влияний, коррегирующих состояние разных отделов нервной системы и ее эффекторных 10 Экология человека 2016.2 Экология труда структур [13, 14]. В работе постулируется допущение, что энергия колебаний как наиболее простая форма аккумулирования энергии используется природой для формирования неспецифическими структурами мозга фонового адаптационного потенциала. Важнейшим признаком активности такой системы должно быть наличие в ней достаточно длительных периодических режимов, которые способны формировать пространственную организацию биопотенциалов, функциональное состояние мозговых структур, динамический тонус периферических эффекторов и организма в целом. Было показано, что зональное раздражение кожного анализатора ведет к усилению или торможению спектральной мощности одного из частотных модулей активирующей системы мозга и возможности удержания такого состояния длительное время. Обнаружено явление частотной соматотопии - связи места раздражения кожного анализатора с частотой (номером тона) в спектре модуля активирующей системы (АС). Изучение состояния всей совокупности нервных центров должно дать представление о координатах очага патологически усиленного возбуждения, оказывающего специфическое влияние на функцию органа или системы [10]. Функционально-топическая диагностика должна направить врача на целенаправленное и глубокое изучение конкретной функции органа и нести максимум информации о его состоянии, которую можно получить неинвазивным способом от ЦНС с помощью функциональных проб (топография и выраженность очага патологии в целостном организме, его реактивность), дать возможность определить в конкретном органе стадию развития воспалительного процесса и дать качественную оценку функции. Такая диагностика должна ответить на ряд еще не раскрытых вопросов системной организации функций, взаимодействия функциональных систем между собой и внешней средой. Функционально-топическая диагностика просто обязана всегда опережать структурно-морфологические методы исследования. В этом основная идея профилактической и донозологической медицины. Предполагается, что ныне существующая функциональная диагностика обогатится новыми возможностями с появлением технологии изучения центральных механизмов координации и регуляции физиологических функций. Функционально-топическая диагностика внутренних органов должна занять важное место в изучении патогенеза различных заболеваний, придать функциональным исследованиям системный характер, стать фундаментальной основой для «медицины функциональных расстройств» при возможном экологически неблагоприятном воздействии. По результатам функционально-топической диагностики на комплексе РС МЭГИ-01 выявлено, что различные функции, отвечающие за работоспособность организма, откликаются на взаимодействие организма человека со свинцом изменениями тонической активности головного мозга по тем или иным группам периферических рецепторов (рефлекторным звеньям). Наибольший отклик наблюдался в интервале от 10 до 20 минут после экспозиции, через 30-40 минут эффект медленно угасал и все функции возвращались в состояние фонового этапа исследований. Необходимо отметить, что после взаимодействия со свинцом в различных органах и тканях появляются изменения, регистрируемые некоторое время на диагностическом комплексе РС МЭГИ-01. Это определяет вектор направления дальнейших исследований и позволяет наметить эффективные пути дальнейших скрининговых исследований. Представление о неспецифической системе мозга как частотно структурированной матрице функциональных состояний, контролирующей множество висцеральных органов и систем, позволяющее разработать технологии функционально-топической диагностики, открывает широкий путь к развитию совершенно нового направления в медицинской практике - информационной диагностики функций организма. В работе использованы результаты международного научно-исследовательского проекта № 13-06-0624-м_а «Оценка нейрофизиологических процессов центральной нервной системы при воздействии пестицидов и нейротоксичных металлов», выполняемого в рамках программы «Научный фонд» Дальневосточного федерального университета

About the authors

A A Rybchenko

Far East Federal University; Scientific research center "Arctic", Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

P F Kiku

Far East Federal University

Email: lme@list.ru

A G Shabanov

Scientific research center "Arctic", Far Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

S P Kryzhanovsky

Far East Federal University; Medical Association Eastern branch of the Russian Academy of Sciences

M V Yarygina

Far East Federal University

References

Supplementary files