Гипоксия и ЭЭГ у детей изучались при кратковременном воздействии у участников 7–9 лет. Авторы оценивали изменения ритмов электроэнцефалограммы.
Примечание редакции. Физиологические наблюдения не равны клиническому испытанию эффективности терапии. Результаты не являются рекомендацией применять гипоксию у любого ребёнка или подтверждением лечебных эффектов OXYTERRA RS. Ниже дано подробное редакционное изложение русскоязычной статьи, а не дословное воспроизведение. Большие таблицы и графики сохранены в исходном PDF; на странице приведены краткие результаты и ссылки на нужные страницы оригинала. Это научный материал, не инструкция по лечению.
Кратко о публикации
- Сопоставляли ЭЭГ одних и тех же детей в условиях нормоксии и вдыхания смеси с пониженным содержанием кислорода.
- Анализировали индексы, амплитуды и распределение альфа-, бета-, тета- и дельта-ритмов.
- Изменения электрической активности мозга сами по себе не подтверждают улучшения обучения, интеллекта или лечения заболевания.
Гипоксия и ЭЭГ у детей: данные публикации
Актуальность
ЭЭГ и функциональное состояние мозга
Многолетними исследованиями доказано, что биоэлектрическая активность головного мозга, наряду с показателями психических функций, отражает функциональное состояние коры его больших полушарий, степень развития и организацию мозговых систем.
Электроэнцефалограмма является важнейшим объективным показателем работы мозга, имеющим фундаментальное значение [3]. Многими авторами показана высокая прогностическая ценность ЭЭГ-характеристик, полученных в результате структурного анализа ЭЭГ [1, 6, 7, 10, 13].
Не менее важное значение имеют исследования сверхмедленных физиологических процессов, которые расширили представления о функциональном состоянии гипоталамуса [2, 5, 8, 12]. Гипоталамус, как известно, представляет одно из важнейших звеньев нейрогуморальной регуляции внешнего дыхания, кровообращения, кроветворения, тканевых механизмов, ответственных за утилизацию кислорода в митохондриях, т.е. физиологических систем, обслуживающих функциональную систему дыхания [9].
Функциональная деятельность мозга находит отражение в динамике биоэлектрической активности, конкретные проявления этой закономерной связи изучены недостаточно, хотя сопоставление показателей ЭЭГ и регионального мозгового кровотока, особенно в возрастном аспекте, имеет немаловажное значение [4; 6, 12].
С появлением компьютерных электроэнцефалографов усилилось стремление перейти к оценке биопотенциалов мозга и распределения их по поверхности мозга. Среди таких способов анализа ЭЭГ появились частотный анализ, спектральный, корреляционно-спектральный, кросскорреляционный, фрактальный анализы, картирование, изучение ковариации, когерентности, мер хаотичности и энтропии происходящих нейрофизиологических процессов.
Цель и исследовательские задачи
Возрастной анализ спектральной мощности биопотенциалов мозга представлен в литературе немногими работами. У здоровых детей преимущественно оценивали динамику альфа-диапазона [4, 11]. Практическое применение данных затрудняли несопоставимые параметры, разные единицы измерения — относительные или условные — и преимущественно графическое представление. Цель исследования — регистрировать динамику нейрофизиологических структур, участвующих в мышлении и обучении, в условиях ИГТ.
Первая задача — изучить ритмы ЭЭГ во время ИГТ при сопряжённом развитии физических и умственных способностей в искусственно создаваемых условиях.
Вторая задача — исследовать функциональную активацию в ситуации, требующей произвольного внимания, при ИГТ.
Объект, предмет и оборудование
Третья задача — выявить изменения распределения ритмов ЭЭГ при сочетании физической и умственной работы во время ИГТ. Объектом был процесс ИГТ при сопряжённом развитии этих способностей и его влияние на электрофизиологию мозга. Предметом — динамика электрофизиологических показателей в искусственно управляемой среде.
Авторы анализировали литературу и комплексно оценивали ЭЭГ компьютерным комплексом. Он включал энцефалограф «Компакт-нейро 6», электроды ЭлСПЭГ-2 с фиксацией, регистратор SpO₂ и регистрацию насыщения крови кислородом. Также использовали комплекс «Координация» и пакет прикладных программ.
Для обработки полученных результатов исследований приме нялись статистические методы встроенные в пакет прикладных программ.
Регистрация ЭЭГ и реоэнцефалографии
При наложении электродов используется предложенная Международным обществом электроэнцефалографистов схема расположения электродов «10–20 %» или просто 10–20 (Jasper H.,1958).
Применяли монополярное отведение: активные электроды располагали в 19 точках головы по схеме 10–20, референтный пассивный электрод — на мочках ушей (рис. 1). ЭЭГ анализировали автоматически на компьютере.
Реоэнцефалографическая система «До зор- 101» предназначена для регистрации сигналов РЭГ на экране компьютера, записи и хранения в архиве для дальнейших клинических и электрофизиологических исследований. Приставка рассчитана на использование совместно с блоком усилителей биопотенциалов «Телепат-103». РЭГ регистрировали во фронтомастоидальном (FM) и окципитомастоидальном (ОМ) отведениях слева и справа, в положении сидя. Важным преимуществом комплексной системы для исследования ЭЭГ и РЭГ является то, что преобразователь не требует специальной экранированной камеры.
Постоянные потенциалы
Медленные потенциалы регистрировались при помощи специализированного компьютерного комплекса для исследования постоянных потенциалов и энергозатрат головного мозга «Нейроэнергон». Установка состоит из усилителя постоянного тока с входным сопротивлением 10 Мом и полосой пропускания от 0 до 0,2 Гц и компьютера. Уровни постоянных потенциалов (УПП) измеряли при монополярном отведении с помощью хлорсеребряных электродов.
Организация исследования.
Организация занятий и гипоксический курс
В детском санатории «Радуга» в течение 3 месяцев проводились экспериментальные занятия с детьми 7–9 лет. Детям предлагались задания различной сложности:
1. Разделить фрукты и овощи.
2. Прямой и обратный счет.
3. Разделить гласные и согласные звуки.
4. Соотнести геометрические фигуры.
5. Поставить ударения в словах.
Задания выполнялись на комплексе «Координация».
В курсе ИГТ гипоксия создавалась с помощью аппарата «Trade Medical». Курс нормобарической интервальной гипоксической тренировки включал 15 сеансов, в каждом из них – 4 серии пятиминутных гипоксических воздействий (вдыхание воздуха с 14% кислорода) с пятиминутными интервалами дыхания комнатным воздухом с нормальным содержанием кислорода (20,9 %).
Общие изменения ритмов
Регистрация электрической активности коры головного мозга проводилась у одних и тех же детей в условиях нормоксии и при вдыхании воздуха с 14 % кислорода. Полученные результаты представлены в таблице 1.
Было выяснено, что у детей данной возрастной группы гипоксия оказывает неодинаковое воздействие на изменения биоэлектрической активности в различных долях коры мозга. На рисунке 2 представлены графики изменений индексов ритмов при гипоксии и нормоксии.
Прежде всего достоверно увеличивается электрическая активность дельта-ритма и снижается активность быстрочастотных колебаний (табл. 1). Так, индекс дельта-ритма в лобных долях в результате гипоксии увеличился на 18–34 %, в височных на 46–55 %, в центральной на 58 %, теменных на 41– 51 % и в затылочных на 40–53 %. Следует отметить, что при этом индексы альфа-ритма в результате воздействия гипоксии не только не увеличились, а достоверно снизились с 18,41± 2,57 % до 11,54± 1,31 % в левой лобной доле и с 25,26± 1,96 % до 15,51± 2,19 % в правой лобной доле.
Наблюдается увеличение амплитуды дельта- и тета- колебаний по сравнению с фоном. Особенно увеличилась амплитуда дельта-волн в затылочных и теменных долях мозга. Амплитуда дельта-колебаний в пределах исследуемых зон коры мозга увеличилась при гипоксии на 38–56 % выше фоновых значений амплитуд. Значения пиковой частоты дельта-ритма в условиях гипоксии уменьшаются от 1,5–1,75 Гц до 1,0–1,25 Гц.
Индивидуальные реакции при исходном дельта-ритме
Наряду с общей тенденцией к усилению медленных ритмов авторы описывают особую реакцию у отдельных детей с исходным преобладанием дельта-ритма.
В обычном режиме дыхания у этих детей дельта-ритм доминировал по индексу и амплитуде (рис. 3, 5). После гипоксии оба параметра уменьшались во всех отведениях. В примере индексы дельта-колебаний в O₂ и F₃ составляли исходно 80,99 % и 88,24 %.
После гипоксии эти индексы снижались до 49,97 % и 63,95 % соответственно. При этом индекс альфа-волн в O₂ вырос с 11,48 % до 25,01 %, в F₃ — с 4,10 % до 9,84 %.
Аналогичные изменения авторы наблюдали и в других отведениях.
На гистограммах исходная амплитуда дельта-волн была высокой по сравнению с альфа-колебаниями. После гипоксии амплитуда дельта-диапазона уменьшалась наполовину, альфа-колебаний — незначительно (рис. 4, 6).
Этот частный вариант реакции следует отличать от усреднённой динамики по возрастной группе, представленной выше.
Распределение ритмов по долям коры
В целом при дыхании смесью с 14 % кислорода у детей этого возраста усиливалась медленноволновая активность, прежде всего дельта-ритм. В лобных долях сумма дельта- и тета-активности превышала быстрые альфа- и бета-ритмы. Левая лобная доля имела индекс дельта-ритма 55,37±4,40 %, тета-ритма — 27,24±2,71 %. Альфа- и бета-индексы равнялись 11,54±1,31 % и 3,38±0,27 % соответственно.
Аналогичное распределение авторы описывают в правой лобной доле. Сопоставление с фоном указывает на рост доли дельта-активности и снижение альфа-ритмики. Индексы бета- и тета-ритмов изменились незначительно.
Амплитуда и чувствительность ритмов
Максимальный лобный индекс дельта-ритма после гипоксии составлял 88 %, обычно — 30–70 %. Максимальная амплитуда достигала 100 мкВ при типичных пределах 70–80 мкВ. В F₄ доля медленных волн выросла на 34 %, в Cz — на 57,5 %, в O₂ индекс дельта-ритма увеличился на 53 %. Таким образом, доминирование медленной активности усиливалось за счёт роста дельта-колебаний и снижения альфа-индекса.
Амплитуда дельта-колебаний при гипоксическом воздействии также возрастала. В F₃ прирост составлял 46 %, в Cz — 41 %, в O₂ — 57 %.
Заключение
Таким образом, у детей 7–9 лет изменения альфа- и дельта- ритмов, происходящие при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе, могут быть более чувствительными индикаторами к гипоксии, чем другие ритмы.
В результате проведенных исследований выявлены изменения отражающие адаптационные процессы головного мозга испытуемых в условиях интервальной гипоксической тренировки при сопряженном развитии физических и умственных способностей. При сопряженном выполнении физической и умственной работы происходит локальное усиление амплитуды дельта-ритма в центральной и правой переднелобной, а также левой теменной областях. При выполнении функциональной пробы выявлены очаги тета-ритма в лобных долях правого полушария.
Таблицы и иллюстрации оригинала
Краткие результаты приведены в начале страницы. Полные наборы показателей, исследовательские протоколы и графики доступны в исходном PDF.
Индексы ритмов ЭЭГ: PDF, страница 4
Сопоставление ритмов при нормоксии и гипоксии: PDF, страница 5
Электроэнцефалограммы: PDF, страница 6
Спектральный анализ: PDF, страница 7
Технология и применение
Острое гипоксическое воздействие в эксперименте не равно курсу интервальных процедур. Различия объясняются в разделе технология контролируемых гипоксических тренировок.
Литература
Источники 1–7
Источники 1–6
1. Артеменко А. В., Кудрякова Т. А. Психофизиологические показатели успешности учебной деятельности 10-летних детей, проживающих в условиях Крайнего Севера // Нейрофизиологические основы формирования психических функций в норме и при аномалиях развития: Тез. докл. юбил. конф., посв. 80-летию со дня рожд. проф. Л. А. Новиковой. М., 1995. С. 10.
2. Бияшева З. Г., Швецова Е. В. Информационный подход к анализу возрастной динамики ЭЭГ мальчиков и подростков 7–18 лет при решении в уме арифметических задач // Физиология человека. Т. 19. № 5. 1993. С. 5–11.
3. Бреже М. Электрическая активность нервной системы. М.: Мир, 1978. – 264 с.
4. Галкина Н. С., Боровова А. И. Динамика формирования мю- и альфа-ритмов электроэнцефалограммы детей 2–3-го года жизни // Физиология человека. Т. 22. № 5. 1996. С. 30–36.
5. Красноперов О. В., Панченко А. Л. Соотношения функциональной асимметрии мозга, влияющие на субъективную характеристику сна, и психологические свойства личности // Психол. журнал. Т. 12. №2. 1991. С. 78–83.
6. Кудрякова Т. А. Динамика ЭЭГ-показателей детей школьного возраста под влиянием школьного обучения // Физиология человека. Т. 17. № 1. 1991. C. 172–175.
Источники 7–12
7. Лукашевич И. П., Мачинская Р. И., Фишман М. Н. Диагностика функционального состояния мозга детей младшего школьного возраста с трудностями обучения // Физиология человека. Т. 20. № 5. 1994. С. 34–45.
Источники 8–13
8. Панков Д. Д. Синдромология и возможности дифференцированной терапии при ранних клинических формах недостаточности кровообращения мозга // Журн. невропатология и психиатрия. Т. 87. № 9. 1987. С. 1301–1306.
9. Переслени Л. И., Рожкова Л. А. Психофизиологические механизмы нарушения памяти у детей с задержкой психического развития в онтогенезе: Психофизиологические основы дифференциальной диагностики и коррекционного обучения детей с нарушениями познавательной деятельности / Под ред. Д. А. Фарбер, Л. П. Григорьевой. М., 1995. С. 65–84.
10. Соколов Е. Н., Станку А. И. Типы психофизиологических реакций на информационную нагрузку//Анализ сердечного ритма. Вильнюс: МОКСЛАС, 1982. С. 82–89.
11. Фарбер Д. А., Вильдавский В. Ю. Гетерогенность и возрастная динамика а-ритма электроэнцефалограммы // Физиология человека. Т. 22. № 5. 1996. С. 5–12.
12. Шерхов З. Х., Иванов А. Б., Шерхова Л. К., Шерхов Х. К., Хандохов Т. Х., Шаваева Ф. В. Действие гипоксии и молибдена на сердечно-сосудистую систему // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2013. № 3 (53). С. 193–197.
Источники 13
13. Шерхов З. Х. Изменение напряжения кислорода и биоэлектрической активности нервных клеток при импульсной гипоксии: автореф. дис. … канд. биол. наук. Нальчик: Кабардино-Балкарский ун-т, 1998.