Функциональная активность головного мозга у пожилых женщин Арктической зоны Российской Федерации с различным вегетативным тонусом

Полный текст

ОБОСНОВАНИЕ

Пожилой возраст является кризисным периодом в жизни человека [1]. Женщины, в отличие от мужчин, проходят через первый этап геронтогенеза гораздо сложнее, что обусловлено сочетанием психосоциальных и гормональных изменений [2, 3]. Известно также, что нейрорегуляторные и нейроэнергетические возможности головного мозга истощаются в ситуации полимодального и затяжного стресса гораздо быстрее, и это обусловливает напряжение всех функциональных систем организма [4].

В процессе старения организма роль вегетативной нервной системы (ВНС) увеличивается [5] и подверженность пожилых женщин психогенно-обусловленным вегетативным нарушениям только растёт. Исследование взаимосвязи вегетативного тонуса и нейроэнергетического обмена становится особенно актуальным в плане изучения механизмов старения человека, так как геронтологи видят в изменении гомеостаза важный инволютивный физиологический признак [6, 7].

Тонус ВНС является одним из проявлений и одновременно механизмов стабилизации гомеостатического состояния человека [8]. Во многих исследованиях отмечается, что основное функциональное назначение ВНС заключается в возможности сохранения параметров различных систем организма в рамках гомеостатических показателей [9, 10]. Так, ВНС влияет на постоянство внутренней среды, участвует в поддержании определённого уровня психической и физической активности [11], оказывает значительное воздействие на адаптационные возможности и приспособительные реакции организма в целом [12].

Центры управления ВНС находятся в центральных и периферических отделах нервной системы человека, а от их совместной работы зависит автономность многих систем организма, в том числе и регуляция тонуса стенок сосудов кровеносной системы головного мозга [13]. Соответственно, можно предположить, что вегетососудистые изменения будут оказывать существенное влияние на процесс энергетического обеспечения головного мозга человека.

В настоящее время для исследования интенсивности некоторых церебральных биохимических процессов, связанных в первую очередь с энергетическим обменом, применяют различные методы: позитронно-эмиссионную томографию, однофотонную эмиссионную компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию и некоторые другие [14]. Это дорогостоящие и сложные в подготовке к исследованию методы. В то же время применение метода нейроэнергокартирования с регистрацией уровня постоянного потенциала (УПП) безопасно, неинвазивно, занимает немного времени для диагностики и интерпретации результатов исследования. УПП представляет собой медленно меняющийся потенциал милливольтного диапазона, интегрально отражающего мембранные потенциалы нейронов, глии и гематоэнцефалического барьера, коррелирующего с кислотно-щелочным равновесием, что позволяет оценить нейроэнергетический метаболизм головного мозга [7].

В настоящее время имеется незначительное количество работ, посвящённых взаимодействию мозговой активности, выявленному по данным УПП, у лиц пожилого возраста, проживающих в Арктической зоне РФ [6, 15, 16]. Настоящая работа посвящена установлению особенностей мозговой активности при различном тонусе ВНС как модулирующего и координирующего центра для всех физиологических адаптационных процессов, протекающих в организме стареющего человека.

Цель исследования. Выявить характерные особенности мозговой активности по данным распределения уровня постоянного потенциала при различном уровне вегетативного тонуса у женщин пожилого возраста, проживающих в Арктической зоне РФ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В поперечном одномоментном исследовании приняли участие женщины 60–74 лет (n=121, средний возраст — 68,6±2,2 года), проживающие на территории Арктической зоны РФ. Исследование осуществляли при получении информированного согласия участниц. Из исследовательской выборки были исключены испытуемые, которые в анамнезе имели инфаркт миокарда, мерцательную аритмию, нарушения мозгового кровообращения, черепно-мозговые травмы, нейродегенеративные заболевания.

Исследование мозговой активности проводили методом нейроэнергокартирования, заключающегося в регистрации УПП, который характеризует метаболические процессы. Главной особенностью метода УПП является то, что он основан на детекции изменений сверхмедленной электрической активности головного мозга. УПП регистрировали с помощью 12-канального аппаратно-программного диагностического комплекса «Нейро-КМ» («Статокин», Россия) [7, 13, 15]. Регистрация УПП велась монополярно, электроды располагались на голове по международной системе 10-20. Референтный электрод располагался на запястье левой руки.

Вегетативный тонус определяли с помощью аппаратно-программного комплекса «ВНС-спектр» («Нейрософт», Россия). Участниц исследования с величиной индекса напряжения (ИН) менее 50 у.е. рассматривали как ваготоников (группа 1) (n=36, средний возраст — 68,7±2,1 года), с ИН от 50 до 200 у.е. — нормотоников (группа 2) (n=42, средний возраст — 68,8±2,3 года), с ИН более 200 у.е. — симпатотоников (группа 3) (n=43, средний возраст — 68,5±2,3 года) [17–19]. Сравниваемые нами группы не имели статистически значимых различий по календарному возрасту.

Статистическая обработка полученных данных проведена с помощью пакета прикладных программ SPSS 26.0 для Windows. Нормальность распределения признаков в группах оценивали с использованием критерия Шапиро–Уилка. При выявлении различий между сравниваемыми группами по качественным показателям применяли критерий Краскела–Уоллиса. Для описательной статистики признаков использовали медиану (Me) и интервал значений от 1-го (Q1) до 3-го квартиля (Q3). Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в исследовании принимали как p <0,017. Для построения факторных моделей показателей УПП головного мозга у женщин исследуемых групп проведён факторный анализ с использованием ортогонального вращения по методу варимакс, нижнюю границу коэффициента значимости для переменных принимали равной 0,6.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе проведённого исследования выявлены статистически значимые различия между показателями УПП в группах нормотоников и симпатотоников, а также симпатотоников и ваготоников. В свою очередь значимые различия между исследуемыми показателями у групп нормотоников и ваготоников отсутствовали как по отдельным отведениям, так и по суммарным и средним значениям (табл. 1).

 

Таблица. 1. Уровень постоянного потенциала головного мозга пожилых женщин с различным вегетативным тонусом, mV (Me (Q1–Q3)) / Table 1. DC-potential level of brain in elderly women with different autonomic tone, mV (Me (Q1–Q3))

Отведения Lead	Группа 1 (симпатотоники) Group 1 (Sympathotonics) (n=43)	Группа 2 (нормотоники) Group 2 (Normotonics) (n=42)	Группа 3 (ваготоники) Group 3 (Vagotonics) (n=36)	p	p1-2	p2-3	p1-3
Fpz	11,38 (4,36–16,84)	10,67 (6,17–17,9)	9,90 (6,19–16,08)	0,795
Fd	13,57 (8,47–22,98)	8,72 (4,60–14,75)	6,84 (5,17–12,12)	0,002	0,003	0,499	0,002
Fs	15,98 (8,94–22,83)	10,12 (4,36–13,51)	7,21 (3,67–20,27)	0,002	0,001	0,916	0,007
Cd	18,22 (14,81–23,17)	16,48 (9,92–21,12)	14,93 (9,44–22,88)	0,173
Cz	19,23 (16,18–24,99)	15,55 (10,79–22,05)	16,90 (11,66–24,63)	0,109
Cs	17,55 (13,15–22,31)	15,73 (10,14–19,54)	14,84 (8,35–22,12)	0,289
Pd	17,33 (11,15–21,24)	16,50 (7,35–19,24)	14,60 (6,96–19,89)	0,163
Pz	17,04 (12,27–20,29)	17,34 (11,74–21,42)	12,22 (8,17–20,36)	0,118
Ps	16,89 (10,63–21,09)	16,67 (7,77–20,53)	12,39 (5,74–20,73)	0,162
Oz	16,49 (11,53–20,89)	14,43 (10,20–18,37)	12,80 (8,31–18,73)	0,104
Td	15,51 (10,07–21,83)	9,0 (5,56–11,63)	11,55 (4,77–19,31)	0,001	0,001	0,284	0,057
Ts	16,82 (7,48–20,22)	11,18 (5,95–15,33)	12,66 (6,11–18,74)	0,036	0,009	0,277	0,197
Sum	205,77 (163,50–226,95)	164,36 (128,69–185,09)	154,68 (103,10–208,10)	0,001	0,001	0,568	0,003
Xср / Xav	17,12 (13,62–18,91)	13,70 (10,64–15,42)	12,89 (8,59–17,33)	0,001	0,001	0,568	0,003

Примечание: Fpz — лобное центральное отведение, Fd — правое лобное отведение, Fs — левое лобное отведение; Сz — центральное отведение, Cd — правое центральное отведение, Cs — левое центральное отведение; Pz — центральное теменное отведение, Pd — правое теменное отведение, Ps — левое теменное отведение; Оz — затылочное отведение; Td — правое височное отведение, Ts — левое височное отведение. Sum — суммарные значения УПП по 12 отведениям; Xср — среднее значение УПП по 12 отведениям.

Note: Fpz — frontal central lead, Fd — right frontal lead, Fs — left frontal lead; Сz — central lead, Cd — right central lead, Cs — left central lead; Pz — central parietal lead, Pd — right parietal lead, Ps — left parietal lead; Оz — occipital assignment; Td — right temporal lead, Ts — left temporal lead. Sum — sum of all values for 12 leads; Xav is the average value for all 12 leads.

 

В результате анализа данных выявлены более высокие суммарные (Sum) энергетические затраты головного мозга у женщин группы симпатотоников (на 25,19%) по сравнению с женщинами группы нормотоников, а при сравнении групп симпатотоников и ваготоников — более высокие (на 24,8%) показатели УПП у первых (р=0,001 и р=0,003 соответственно) (рис. 1).

 

Рис. 1. Профиль распределения значений уровня постоянного потенциала в группах пожилых женщин с различным вегетативным тонусом: * статистически значимые различия между группами симпатотоников и нормотоников; ⁺ статистически значимые различия между группами симпатотоников и ваготоников. / Fig. 1. Distribution of the DC-potential level in elderly women with different autonomic tone: * statistically significant differences between sympathotonics and normotonics; ⁺ statistically significant differences between sympathotonics and vagotonics.

 

Средние значения УПП (Xср) симпатотоников оказались выше как по сравнению с нормотониками — на 24,96% (p=0,001), так и с ваготониками — на 24,7% (p=0,003).

По всем монополярным отведениям наблюдалась чёткая тенденция к увеличению нейроэнергометаболизма головного мозга у пожилых женщин с преобладающей активностью симпатического отдела ВНС, т.е. в группе симпатотоников. Между группами нормотоников и симпатотоников в нейроэнергообмене головного мозга по монополярным отведениям обнаружены значимые различия в лобной и височных областях. Так, в лобной области показатели УПП симпатотоников оказались значимо выше в правом (Fd) и левом (Fs) лобных отведениях — на 55,62 и 57,91% (p=0,003; p=0,001 соответственно), в правой (Td) и левой (Ts) височных областях исследуемые показатели оказались выше на 72,33 и 50,45% (p=0,001; p=0,009 соответственно) по сравнению с показателями нормотоников.

Значимые различия между группами симпатотоников и ваготоников были обнаружены в лобных областях в правом (Fd) и левом (Fs) отведениях. Так, симпатотоники продемонстрировали более высокие исследуемые показатели по сравнению с ваготониками — на 49,6 и 54,9% (p=0,002; p=0,007) соответственно.

Кроме того, из-за высоких значений УПП в височных отделах и низких — в лобных и теменных у ваготоников, а также чрезмерно высоких значений в лобных и височных отделах у симпатотоников у этих исследуемых наблюдается нарушение нормальности распределения УПП. Данный факт находит своё отражение в несоблюдении принципа «куполообразности», когда максимальные значения УПП наблюдаются в центральных отведениях, а затем снижаются к периферии [7, 20]. В наибольшей степени соответствуют этому принципу показатели нормотоников.

Проведённый факторный анализ также помог выявить некоторые характерные особенности УПП в исследуемых группах. На рис. 2 отражены полученные результаты распределения факторов в группе нормотоников.

 

Рис. 2. Распределение уровня постоянного потенциала в группе нормотоников. / Fig. 2. Distribution of the DC-potential level of brain in normotonics.

 

Проведённый факторный анализ показал, что в группе женщин нормотоников 1-й фактор функциональной активности центральной области головного мозга, составляющий 30,37% дисперсии, включает в себя показатели Cz–Oz, Cz–Td, Cz–Ts, Cz–Хcр, Td–Хcр, которые характеризуют активность преимущественно в центральной, а также в височных и затылочной областях головного мозга.

2-й фактор функциональной активности лобной области, удельный вес которого составил 26,40%, включает показатели Fz–Cz, Fz–Oz, Fz–Td, Fz–Ts, Fz–Хcр, отражающие активность в лобной и в меньшей степени — в височных и затылочной областях головного мозга.

3-й фактор функциональной активности височных областей (информативность — 24,03%) объединяет показатели Td–Ts, Oz–Ts, Ts–Хcр, Oz–Хcр и определяет энергетическую активность преимущественно в височных областях и в меньшей степени — в затылочной области головного мозга. Суммарная дисперсия составила 80,77%.

На рис. 3 отражены результаты факторного анализа в группе симпатотоников.

 

Рис. 3. Распределение уровня постоянного потенциала в группе симпатотоников. / Fig. 3. Distribution of the DC-potential level of brain in sympathotonics.

 

Проведённый факторный анализ показателей УПП головного мозга выявил, что в группе женщин-сим- патотоников наиболее значимым фактором, информативность которого составила 28,59%, выступает фактор функциональной активности правой височной области, объединяющий показатели Fz–Td, Cz–Td, Td–Ts, Cz–Xср и Td–Хcр, которые отражают нейроэнергетическую активность преимущественно в правой височной области, а также в лобной и центральной областях головного мозга.

Несколько менее весомым фактором (информативность — 27,26%) является фактор функциональной активности лобной области, объединяющий показатели Fz–Ts, Fz–Хcр, Ts–Хcр и характеризующий энергетическую активность в большей степени в лобной и в меньшей степени — в левой височной областях головного мозга.

Удельный вес 3-го фактора функциональной активности затылочной области составил 24,60%. В нём объединены показатели Fz–Oz, Oz–Td, Oz–Ts, Oz–Хcр, Ts–Хcр, которые описывают энергетическую активность в затылочной, а также в лобной и височных областях. Суммарная дисперсия составила 80,45%.

На рис. 4 представлены результаты факторного анализа в группе ваготоников.

 

Рис. 4. Распределение уровня постоянного потенциала в группе ваготоников. / Fig. 4. Distribution of the DC-potential level of brain in vagotonics.

 

При рассмотрении результатов факторного анализа группы женщин-ваготоников установлено, что ведущим выступает фактор лобной активности (информативность — 28,28%), объединивший показатели Fz–Cz, Fz–Oz, Fz–Td, Fz–Ts, Fz–Хcр и Oz–Хcр, которые в свою очередь характеризуют активность в большей степени в лобной и в меньшей — в затылочной, височных и центральной областях головного мозга.

За ним расположился фактор функциональной активности центральной области (информативность — 25,71%), объединяющий показатели Cz–Oz, Cz–Td, Cz–Хcр, Td–Хcр, которые определяют активность преимущественно в центральной, а также в правой височной и затылочной областях головного мозга.

3-й фактор функциональной активности височных областей, насчитывающий 24,70% дисперсии, объединил показатели Cz–Ts, Oz–Ts, Td–Ts, Ts–Хcр, описывающие активность энергообмена преимущественно в височных и в меньшей степени — в центральной и затылочной областях головного мозга. Суммарная дисперсия составила 78%.

ОБСУЖДЕНИЕ

Известно, что вегетативный тонус является полифункциональным фактором, влияющим на большинство систем организма человека, в том числе и на работу сосудов мозга, а УПП в свою очередь принято считать маркёром интенсивности потребления энергии в головном мозге [21].

Показатели УПП головного мозга группы нормотоников занимают промежуточные значения относительно показателей симпатотоников и ваготоников по суммарным, средним и монополярным отведениям УПП. Схожие данные были получены в рамках исследований и других возрастных групп людей, проживающих в условиях Арктической зоны РФ [19]. Установленный факт, по нашему мнению, объясняется наиболее сохранной регуляторной функцией ВНС относительно тонуса сосудистого русла всех областей головного мозга, от которого во многом зависят показатели энергетического метаболизма [22, 23].

Значимое увеличение УПП в лобных, центральных и височных областях в группе симпатотоников по сравнению группой нормотоников может свидетельствовать о содружественной активизации трёх структурных блоков мозга (теория функциональных блоков А.Р. Лурия), что в долгосрочной перспективе повышает риск истощения энергетических ресурсов головного мозга и может привести к психофизиологической дизадаптации [24, 25]. Повышение показателей УПП в лобных областях в группе симпатотоников относительно группы ваготоников, по всей вероятности, характеризует повышение управляющей функции фронтальных областей головного мозга пожилых женщин при симпатотонии [26, 27].

С помощью факторного анализа получены данные о локализации преобладающей мозговой активности у пожилых женщин, а также о перераспределении структуры и удельного веса факторов при различных типах вегетативного тонуса. Факторные структуры, составленные в ходе исследования, демонстрируют разницу энергетических процессов в коре головного мозга у симпатотоников, нормотоников и ваготоников.

В группе нормотоников и ваготоников ведущими являются факторы функциональной активности центральной и лобной областей (1-й и 2-й факторы) головного мозга. По нашему мнению, такие результаты определяют содружественную и уравновешенную работу восходящих и нисходящих путей афферентного и эфферентного взаимодействия при регуляции ВНС.

В группе симпатотоников наибольший удельный вес определён у факторов, определяющих мозговую активность правой височной и лобной областей (1-й и 2-й факторы), что характеризует активацию контролирующей функции нисходящих путей, идущих от височных и лобных отделов к подкорковым образованиям ствола мозга, которые осуществляют эффекторное влияние на различные системы организма, а также участвуют в поддержании гомеостаза. Можно предположить, что это обусловлено напряжением адаптационных механизмов в работе головного мозга, направленных на нормализацию и сохранение гомеостаза вегетативной регуляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование функциональной активности головного мозга у женщин пожилого возраста с различным вегетативным тонусом показало наличие специфических изменений в распределении значений уровня постоянного потенциала. Установлено, что повышение показателей уровня постоянного потенциала в большей степени характерно для симпатотоников, что свидетельствует о нарастании функциональной напряжённости в работе головного мозга и снижении его энергетического ресурса, которое в свою очередь способно негативно сказываться на адаптационных возможностей всего организма в целом. Обнаружены также значимые различия в нейроэнергообмене головного мозга по отдельным отведениям между группами симпатотоников и нормотоников в лобной, центральной и височных областях, а между симпатотониками и ваготониками — в лобных областях (в правом и левом отведениях).

По данным факторного анализа выявлены особенности локализации преобладающей функциональной активности отделов головного мозга у пожилых женщин при различных типах вегетативного тонуса. Так, для нормотоников и ваготоников в большей степени характерна активность в центральной и лобной областях головного мозга, а для симпатотоников — в правой височной и лобной областях головного мозга, что может характеризовать процессы незавершённой адаптации.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО / ADDITIONAL INFORMATION

Вклад авторов: А.В. Грибанов — идея статьи, существенный вклад в анализ и интерпретацию результатов, утверждение окончательного варианта статьи; И.Л. Фатеева — подготовка первого варианта статьи, сбор данных и в анализ результатов; Т.П. Ширяева и Д.М. Федотов — существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных; О.С. Преминина и Т.В. Аношина — анализ данных, редактирование текста и формулирование выводов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Authors’ contribution: A.V. Gribanov — the idea of the article, a significant contribution to the analysis and interpretation of the results, approval of the final version of the article; I.L. Fateeva — preparation of the first version of the article, data collection and analysis of the results; T.P. Shiryaeva and D.M. Fedotov — a significant contribution to the concept and design of the study, obtaining, analyzing and interpreting data; O.S. Preminina and T.V. Anoshina — data analysis, text editing and conclusions formulation. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Финансирование исследования. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для молодых ученых — кандидатов наук в рамках научного проекта № MK-4405.2022.1.4, а также при поддержке научно-образовательного центра мирового уровня «Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования».

Funding sources. The study was supported by the grant from the President of the Russian Federation for young scientists — candidates of sciences within the framework of the project No. MK-4405.2022.1.4 and by the World-Class Scientific and Educational Center “Russian Arctic: new materials, technologies and research methods”.

Конфликт интересов. Авторы подтверждают отсутствие конфликта интересов.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Об авторах

Анатолий Владимирович Грибанов

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.gribanov@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4714-6408
SPIN-код: 2788-8167

д.м.н., профессор

Россия, Архангельск

Таисия Петровна Ширяева

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: t.shiryaeva@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9458-3224
SPIN-код: 6330-0832

к.б.н., доцент

Россия, Архангельск

Ирина Леополидовна Фатеева

Новодвинский детский дом-интернат для детей с серьёзными нарушениями в интеллектуальном развитии

Email: irana1307@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4506-5871
SPIN-код: 1934-8901

врач-дефектолог

Россия, Новодвинск

Денис Михайлович Федотов

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова; Северный государственный медицинский университет

Email: doctorpro@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4067-8364
SPIN-код: 1209-7657

к.м.н., доцент

Россия, Архангельск; Архангельск

Оксана Сергеевна Преминина

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: o.preminina@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-9664-8773
SPIN-код: 4975-5736

к.б.н., доцент

Россия, Архангельск

Татьяна Васильевна Аношина

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Email: t.anoshina@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4882-7512
SPIN-код: 8580-6240

доцент

Россия, Архангельск

Список литературы

Дополнительные файлы