Email this article 
INFLUENCE OF SHORT-TERM EXPOSURE OF SPELEOTHERAPY ON THE BIOELECTRIC ACTIVITY OF THE BRAIN OF A HEALTHY PERSON
- Authors: Semiletova V.1, Dorohov E.1, Bulgakova Y.1
-
Affiliations:
- Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko
- Section: ORIGINAL STUDY ARTICLES
- URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/192536
- DOI: https://doi.org/10.17816/humeco192536
Cite item
Full Text
Abstract
Rationale. Speleotherapy is one of the complex non-drug methods of influence for the preservation and promotion of health, which requires the study of its adaptive mechanisms of influence on the human body.
The purpose of the work is to study changes in the functional state of the brain of a healthy person in terms of EEG activity parameters under the influence of speleotherapy.
Materials and methods. The study involved 25 student volunteers. Each participant was informed about the purpose of the study by signing an agreement to participate in the experiment. In the students of the experimental group, EEG registration was carried out before and after a 2-hour speleotherapeutic exposure using an electroencephalograph-recorder "Encephalan - EEGR - 19/26". The students of the control group were registered EEG before and after a 2-hour rest in a non-working speleological chamber. EEG rhythm ratio indices were calculated as ratios of the powers of individual rhythms: alpha/theta, alpha/beta1, and (theta+alpha)/beta1. The analysis of the obtained data was carried out using Excel and IBM SPSS Statistics 26 programs.
Results. Significant changes in the EEG alpha/theta index in P4, T6 and O2 leads under the influence of speleotherapy were revealed, which was not observed in the control group. The alpha/theta index turned out to be the most sensitive for assessing the effect of speleotherapy on the human brain.
Conclusion. Under the influence of a 2-hour speleoprocedure, the subjects revealed significant changes in the EEG alpha/theta index in P4, T6, and O2 leads, which was not observed in the control group. The alpha/theta index showed a weakening of slow-wave activity in the range of 4-7 Hz on the right in leads O2, T6 and P4 under the influence of a speleotherapy session.
Full Text
Спелеотерапия – один из комплексных немедикаментозных методов, обеспечивающих сохранение и укрепление здоровья человека, эффективность которого доказана [1, 2, 3]. Благоприятное воздействие спелеоклимата на организм связывают с уникальными климатическими условиями пребывания человека спелеосреде - качеством воздуха (она насыщен аэрозолями с большим количеством положительных и особенно отрицательных аэроионов - натрия, магния, хлора и др.), пониженной температурой и повышенной влажностью, воздействием небольшого фона естественной радиации, положительым эмоциональным фоном [4].
Спелеокамеры функционируют во многих поликлиниках, санаториях, на производственных предприятиях. Взрослое и детское население активно оздоравливается после перенесенных сезонных вирусных бронхо-легочных заболеваний, проходит профилактическое лечение [5]. Активно ведется изучение тонких механизмов воздействия спелеоклимата на организм человека, которые не являются столь уж однозначными [4, 6, 7].
Показано, что одним из первых на изменение состава воздуха реагирует мозг человека, поэтому особенно интересным нам представляется исследование изменения электрической активности головного мозга под влиянием кратковременного воздействия спелеотерапии. При этом полученные нами в более ранних исследованиях результаты изменения параметров ЭЭГ после процедуры спелеотерапии можно интерпретировать как состояние умеренного стресса. Так, выявлены изменения в мощности тета- и альфа-ритмов в затылочных и теменных отведениях под влиянием кратковременного влияния спелеотерапии. После спелеовоздействия активность доминирующего в состоянии покоя правого полушария в большинстве областей снижалась. В функциональном состоянии покоя при закрытых глазах количество значимых корреляционных связей мощности тета-ритма снизилось после спелеотерапии как в правом, так и в левом полушарии головного мозга. При этом в правом полушарии после спелеопроцедуры количество значимых корреляционных связей осталось более высоким, чем в левом полушарии, что можно рассматривать также как состояние умеренного напряжения [6].
Цель нашей работы – исследование изменений функционального состояния мозга человека по параметрам ЭЭГ-активности под влиянием спелеотерапии.
Материал и методы исследования. В исследовании приняли участие 25 студентов-добровольцев 2 курса ВГМУ им. Н.Н. Бурденко, правши, 18-20-ти лет (15 человек экспериментальной группы и 10 человек контрольной группы (юноши, правши); рассчитанная по формуле Лера минимальная выборка для нашего исследования должна составлять 10 человек). Критериями включения в контрольную и экспериментальную группы явились: состояние здоровья студента, отсутствие острого периода вирусной или бактериальной инфекции, обострения хронических заболеваний, изменения анатомии носовых ходов.
Исследование соответствовало этическим стандартам, разработанным в соответствии с Хельсинской декларацией Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 года и «Правилами клинической практики в Российской Федерации», утвержденными Приказом Минздрава РФ от 19.06.2003 г. № 266. Каждый участник был информирован о цели исследования, подписав согласие на участие в эксперименте.
У студентов экспериментальной группы запись электроэнцефалограммы проведена до и после 2-х часовой спелеотерапевтической процедуры, в состоянии функционального покоя с закрытыми глазами, с использованием малой спелеокамеры (на одного человека), с помощью электроэнцефалографа-регистратора “Энцефалан – ЭЭГР – 19/26” фирмы Медиком (г. Таганрог), в 19-ти стандартных отведениях, согласно международной схеме 10−20. Согласно проведенным замерам в используемой спелеокамере, при проведении исследований температура воздуха составляла 18-20°С, относительная влажность воздуха - 65%, содержание отрицательных аэроионов - 987 е/см3, положительных аэроионов – 834 е/см3, радиационный фон – 17 мкР/час.
У студентов контрольной группы запись электроэнцефалограммы проведена до и после отдыха (2-х часового) в неработающей спелеокамере, в состоянии функционального покоя с закрытыми глазами электроэнцефалографом-регистратором “Энцефалан – ЭЭГР – 19/26” фирмы Медиком (г. Таганрог), в 19-ти стандартных отведениях, согласно международной схеме 10−20.
Индексы соотношения ритмов ЭЭГ были рассчитаны как отношения мощностей отдельных ритмов: альфа/тета, альфа/бета1 и (тета+альфа)/бета1 (последний рассматривается как индекс утомления [8]).
Анализ полученных данных проведен с помощью программ Excel и IBM SPSS Statistics 26. Определена нормальность распределения признаков с использованием критерия Шапиро-Уилка, расчет достоверности отличий проведен с использованием непараметрического критерия Уилкоксона для зависимых переменных.
Результаты
Статистический анализ индексов альфа/тета в контрольной группе по отдельным отведениям приведен в таблице 1. Значимых отличий по индексу альфа/тета до и после отдыха не выявлено, что связано, на наш взгляд, с большой вариабельностью данного параметра у разных испытуемых. При этом слева наблюдалась тенденция к уменьшению медиан индексов альфа/тета в большинстве отведений, справа – к увеличению, табл. 1.
Таблица 1
Выявлены значимые изменения индексов альфа/бета1 и (тета+альфа)/бета1 в затылочной области справа под влиянием отдыха. Их медианы увеличиваются (р<0.05), размах квартилей увеличивается. То есть под влиянием 2-х-часового отдыха в неработающей спелеокамере справа в затылочной области наблюдалось усиление медленноволновой активности, рис. 1.
Статистический анализ индексов альфа/тета в экспериментальной группе по отдельным отведениям приведен в таблице 2. В отличие от контрольной группы, выявлены значимые отличия индексов альфа/тета справа в отведениях О2, Р4, Т6 (р<0.05) под влиянием спелеотерапии. В отведениях О1 и Т5 выявлены близкие к значимым отличия индексов альфа/тета.
Рис. 1. Значимые изменения индексов в затылочной области справа под влиянием отдыха
Таблица 2
На рис. 2 наглядно показано, что медианы индексов альфа/тета справа в затылочной области увеличились под воздействием спелеоклимата, размах квартилей уменьшился. Слева в затылочной области - медианы индексов альфа/тета уменьшились, размах квартилей увеличился.
Медианы индексов альфа/тета справа и слева в височных областях Т6 и Т5 увеличились, размах квартилей справа уменьшился, слева – увеличился, рис. 2. Медианы индексов альфа/тета справа в теменной области Р4 увеличились, размахи квартилей увеличились.
Рис. 2. Изменения индексов альфа/тета в затылочной и височной областях справа и слева под влиянием сеанса спелеотерапии
Значимых отличий по индексам альфа/бета1 и (тета+альфа)/бета1 у испытуемых под влиянием процедуры спелеотерапии не выявлено.
Индекс альфа/тета показал ослабление медленноволновой активности в диапазоне 4-7 Гц справа в отведениях О2, Т6 и Р4 под влиянием сеанса спелеотерапии, рис. 3.
Рис. 3. Области изменения индексов альфа/тета под влиянием сеанса спелеотерапии
Обсуждение результатов
Выявлено, что индекс (альфа+тета)/бета более сильно увеличивается под влиянием спелеоклимата по сравнению с другими индексами (альфа/бета, (альфа+тета)/(альфа+бета), тета/бета). Под влиянием отдыха медианы индексов альфа/бета1 и (тета+альфа)/бета1 в затылочной области справа увеличиваются, размах квартилей увеличивается.
В литературе показано, что интегральные показатели (индексы) ЭЭГ чувствительны в оценке функционального состояния человека при воздействии восстановительных немедикаментозных методов воздействия.
Увеличение индекса (альфа+тета)/бета является отражением функционального состояния человека под влиянием спелеопроцедуры. Поликановой И.С. с соавторами показано, например, более значимое изменение индекса (альфа+тета)/бета после длительной когнитивной нагрузки по сравнению с индексами альфа/тета, бета/ альфа [9].
Увеличение медиан индексов альфа/бета1 и (тета+альфа)/бета1 в затылочной области справа под влиянием отдыха, размаха квартилей свидетельствует об усилении медленноволновой активности.
Известно, что количественные характеристики ЭЭГ изменяются или даже инвертируются при развитии процессов адаптации [10]. Поэтому можно предположить, что во время спелеопроцедуры происходит запуск механизмов адаптации организма к комплексу факторов, включая действие положительных и отрицательных аэроионов.
Таким образом, наиболее чувствительным для оценки влияния однократного воздействия спелеотерапии на мозг человека из использованных индексов оказался индекс альфа/тета, который показал ослабление медленноволновой активности в диапазоне 4-7 Гц справа в отведениях О2, Т6 и Р4 под влиянием процедуры спелеотерапии, рис. 3.
Известно, что при стрессе активируются диэнцефальные системы и симпатическая нервная система, их активность приводит к увеличению активности правого полушария [11]. Динамика межполушарного доминирования и инверсия межполушарных отношений происходит при смене функциональных состояний, в частности, когда наблюдается переход от относительно комфортного существования к стрессу. Чаще в данном случае происходит переход от левополушарной к правополушарной активации [12].
Следовательно, ЭЭГ–показатели испытуемых экспериментальной группы после спелеотерапии свидетельствовали об улучшении электроэнцефалогической картины [13, 14], что в наших исследованиях, под влиянием процедуры спелеотерапии, проявилось в увеличении мощности альфа – и одновременно уменьшении мощности тета–диапазонов в спектре ЭЭГ на фоне умеренного стресса, вызванного действием спелеоклимата.
Выводы
- Под влиянием 2-х часовой спелеопроцедуры у испытуемых выявлены значимые изменения индекса альфа/тета ЭЭГ в отведениях Р4, Т6 и О2, чего не наблюдалось в контрольной группе.
- Значимых отличий по индексам альфа/бета1 и (тета+альфа)/бета1 у испытуемых под влиянием процедуры спелеотерапии выявлено не было, в то время как наблюдались значимые изменения по данным индексам в отведении О2 в контрольной группе.
- Наиболее чувствительным для оценки влияния процедуры спелеотерапии на мозг человека (из проанализированных индексов) оказался индекс альфа/тета, который показал ослабление медленноволновой активности в диапазоне 4-7 Гц справа в отведениях О2, Т6 и Р4.
About the authors
Vera Semiletova
Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko
Author for correspondence.
Email: vera2307@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7802-6436
Associate Professor, Associate Professor, Department of Normal Physiology
Russian FederationEugene Dorohov
Email: dorofov@mail.ru
Yaroslava Bulgakova
References
- Bokhan A. N., Vladimirskii E. V., Gorbunov Yu. V. [i dr.] Ob"ektivnaya otsenka primeneniya speleoklimaticheskikh kamer iz prirodnogo sil'vinita v profilaktike i lechenii. Voprosy kurortologii, fizioterapii i lechebnoi fizicheskoi kul'tury. 2021. T. 98. № 3-2: 51-52.
- Mętel S., Kostrzon M., Adamiak J., Gattner H., Kościelecka D., Sosulska A., Szczygieł E., Golec J. The influence of speleotherapy combined with pulmonary rehabilitation on functional fitness in older adults – preliminary report // Ther Adv Respir Dis. Jan-Dec, 2020. № 14. P. 1753466620926952. doi: 10.1177/1753466620926952
- Rogula-Kozłowska W., Kostrzon M., Rogula-Kopiec P., Badyda A.J. Particulate Matter in the Air of the Underground Chamber Complex of the Wieliczka Salt Mine Health Resort // Adv Exp Med Biol. 2017. № 955. P. 9 – 18. doi: 10.1007/5584_2016_176
- Fainburg G. Z., Mikhailovskaya L. V. Vozdeistvie kaliino-magnievykh solyanykh aerodispersnykh vozdushnykh sred na organizm cheloveka. Bezopasnost' i okhrana truda. 2021. № 4(89): 65-70.
- Semiletova V. A., Dorokhov E. V. Samootsenka vliyaniya speleoklimatoterapii na organizm cheloveka. Integrativnaya fiziologiya. 2021. T. 2. № 4: 420-425.
- Semiletova V. A., Dorokhov E. V. Effekt kratkovremennogo vliyaniya speleoklimatoterapii na EEG cheloveka. Aktual'nye problemy okhrany truda i bezopasnosti proizvodstva, dobychi i ispol'zovaniya kaliino-magnievykh solei: Materialy II Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Perm', 21–22 oktyabrya 2021 goda. Pod nauchnoi redaktsiei G.Z. Fainburga, N.A. Litvinovskoi. Perm': Permskii natsional'nyi issledovatel'skii politekhnicheskii universitet. 2021: 320-334.
- Effektivnost' speleoklimatoterapii u studentov v sostoyanii khronicheskogo stressa / I. E. Esaulenko, E. V. Dorokhov, N. P. Gorbatenko [i dr.] // Ekologiya cheloveka. – 2015. № 7. S. 50-57.
- Polikanova I. S., Korshunov A. V., Leonov S. V., Veraksa A. N. Assotsiatsiya retseptora k dofaminu vtorogo tipa (DRD2) s razvitiem utomleniya v rezul'tate dlitel'noi kognitivnoi nagruzki. Natsional'nyi psikhologicheskii zhurnal. 2016. № 3(23): 115-126.
- Polikanova I. S., Sergeev A. V. Vliyanie dlitel'noi kognitivnoi nagruzki na parametry EEG. Natsional'nyi psikhologicheskii zhurnal. 2014. № 1(13): 84-92.
- Mikhailova N. L. Osobennosti elektricheskoi aktivnosti pravogo i levogo polusharii golovnogo mozga u lits s raznym profilem motornoi asimmetrii i ee svyaz' s sostoyaniem serdtsa v pokoe i posle fizicheskoi nagruzki. Ul'yanovskii mediko-biologicheskii zhurnal. 2011. № 2: 147-155.
- Lebedeva N. N., Karimova E. D. Neirofiziologicheskie proyavleniya sostoyaniya monotonii u operatorov s razlichnoi mezhpolusharnoi asimmetriei al'fa-aktivnosti. Zhurnal vysshei nervnoi deyatel'nosti im. I.P. Pavlova. 2014. T. 64. № 4: 428.
- Lutsenko E. L. Fiziologicheskaya psikhofiziologiya Osobennosti mezhpolusharnoi asimmetrii indeksa al'fa-ritma u studentov. Vestnik psikhofiziologii. 2013. № 2: 34-40.
- Igoshina T. V., Schastlivtseva D. V., Kotrovskaya T. I., Bubeev Yu. A. Dinamika EEG-patternov pri korrektsii stress reaktsii metodom ingalyatsii ksenona. Vestnik vosstanovitel'noi meditsiny. 2017. № 1(77): 116-121.
- Balabanova V. A., Kiselev D. A., Laisheva O. A. Otsenka izmeneniya funktsional'nogo sostoyaniya TsNS u bol'nykh s dvigatel'nymi narusheniyami po dannym matematicheskogo analiza EEG do i posle vosstanovitel'noi terapii po metodu funktsional'noi dvigatel'noi regulyatsii. Detskaya bol'nitsa. 2012. № 1(47): 29-34.
Supplementary files
There are no supplementary files to display.
