Физиологическое исследование · 2012

Нормоксия и гипоксия: индекс и амплитуда ЭЭГ у детей

Х. Х. Дадаева, И. Х. Борукаева
Фундаментальные исследования. 2012;10:40-45
Содержание
Тематика

ЭЭГ детей при гипоксии сопоставляли с показателями нормоксии. В физиологической работе изучали возрастные различия, индекс и амплитуду ритмов.

Примечание редакции. Исследование здоровых детей, а не испытание лечения. Выборки и методики близки к другим работам этой группы в библиотеке; независимость наблюдений не установлена. Эта публикация не является отдельным клиническим подтверждением эффективности OXYTERRA RS. Ниже размещена редакционная текстовая версия предоставленной русскоязычной публикации. Таблицы и иллюстрации доступны в неизменённом исходном PDF. Это научный материал, не инструкция по лечению.

Кратко о публикации

  • Обследованы 65 детей 8-12 лет и 75 подростков 13-16 лет.
  • Сравниваются распределение индекса и амплитуды ритмов ЭЭГ до и во время гипоксии.
  • Физиологический ответ на пробу не является доказательством лечебного эффекта курса IHT.

ЭЭГ детей при гипоксии: данные публикации

Биоэлектрическая активность разных областей головного мозга меняется в ходе индивидуального развития. Кора и подкорковые образования созревают в разное время. Кроме того, эти структуры по-разному участвуют в формировании электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [1, 2, 3, 7]. Особо важно выявление возрастных особенностей биоэлектрической активности головного мозга у детей 8–12 лет и подростков 13–16 лет, так как именно в детском возрасте и в период полового созревания происходит закономерное нарастание возбудимости и функциональной подвижности головного мозга.

По мере взросления роль коры больших полушарий в деятельности организма становится все более существенной, все большее влияние на функции организма оказывает высшая нервная, психическая деятельность, которая в раннем пубертатном возрасте развивается интенсивно. Происходит совершенствование функций подкорковой области с ее вегетативными центрами и все большее подчинение ее коре больших полушарий [4, 5, 6 ,8].

Несмотря на множество работ по изучению биоэлектрической активности головного мозга у лиц зрелого возраста, исследования, направленные на выявление возрастных особенностей распределения индекса и амплитуды основных биоритмов ЭЭГ у детей и подростков в условиях нормоксии и гипоксии довольно скудны. Все это определило необходимость восполнения данного пробела.

Цель и возрастные группы

Целью работы явилось выявление возрастных особенностей распределения индекса и амплитуды основных ритмов ЭЭГ у детей 8–12 лет и подростков 13–16 лет в условиях нормоксии и гипоксии.

Материал и методы исследования

Авторы обследовали 65 практически здоровых детей 8–12 лет и 75 подростков 13–16 лет. Все находились на санаторно-курортном лечении в ГУ БРДСРЦ «Радуга». Биопотенциалы коры регистрировали на электроэнцефалографе Epas 29/40/44/64/128 Schwarzer (Германия, 2007). Результаты отображали в виде гистограмм и карт (brain-mapping). Использовали правые и левые затылочные (O1, O2), теменные (P3, P4), центральное (Cz), височные (T3, T4) и лобные (F3, F4) отведения. Записывали фоновую ЭЭГ, или ЭЭГ покоя. Кроме того, проводили функциональные пробы: открывание и закрывание глаз, ритмическое световое раздражение и гипервентиляцию.

Для статистической обработки авторы использовали «Microsoft Excel» и «Statistica 6,0» для «Windows». При проведении параметрического анализа использовался парный и непарный t-критерий Стьюдента.

Результаты исследования и их обсуждение

Амплитуда ритмов у детей при нормоксии

При нормоксии у детей 8–12 лет наибольшей амплитудой обладали дельта-волны. В правой фронтальной области она составляла 48,42 ± 1,65 мкВ. Амплитуда в правой окципитальной области достигала 66,33 ± 1,97 мкВ.

В центральных и теменных отделах амплитуда дельта-волн также оставалась высокой — до 55,42 ± 2,05 мкВ. Тета-ритм имел высокую амплитуду: от 22,92 ± 0,84 мкВ в правой фронтальной области до 41,00 ± 1,09 мкВ в левой фронтальной области. Это свидетельствовало о выраженной асимметрии распределения амплитуды (табл. 1).

Наименьшей амплитудой обладает бета-ритм. В правой окципитальной области его амплитуда составляла 6,92 ± 0,26 мкВ. В центральной области она достигала 9,75 ± 0,58 мкВ. Амплитуда альфа-ритма колеблется от 14,17 ± 0,75 мкВ в правой фронтальной области до 31,58 ± 1,12 мкВ – в левой окципитальной области. Анализ величины амплитуды биоритмов ЭЭГ свидетельствует о максимальной амплитуде дельта- и тетаритмов в данной возрастной группе.

Амплитуда ритмов у подростков

У подростков максимальной оставалась амплитуда дельта-активности, но она была ниже, чем у детей 8–12 лет: от 30,75 ± 1,30 до 36,83 ± 1,32 мкВ. Амплитуда тета-ритма также снижалась и достигала 13,67 ± 0,38 мкВ в правой теменной области. В центральной области она составляла 26,50 ± 0,53 мкВ. Таким образом, с возрастом амплитуда медленноволновой активности снижалась, но оставалась ниже показателей зрелого возраста (табл. 2). У подростков наименьшей оставалась амплитуда бета-ритма. В центральных областях она достигала лишь 8,92 ± 0,63 мкВ. Амплитуда альфа-ритма в целом ниже, чем у детей 8–12 лет, и достигает 26,17 ± 0,74 мкВ лишь в центральных отделах головного мозга.

По индексам биопотенциалов ЭЭГ у детей 8–12 лет альфа-ритм ещё не доминирует. Наиболее высоким по сравнению с другими ритмами оказался индекс медленной дельта-активности.

Распределение индексов у подростков

Анализ распределения ритмов ЭЭГ в отдельных долях коры головного мозга подростков 13–16 лет свидетельствует о том, что в лобных долях коры медленноволновая активность – дельта- и тета-ритмы – занимает доминирующее место. Сумма индексов быстрых колебаний – альфа и бета-ритмов – в левой лобной доле составляет не более 21 %, а ее отношение к сумме индексов медленных колебаний – дельта- и тета-ритмов – в левой лобной доле равно всего 24 %, в правой лобной доле сумма индексов альфа- и бета-ритмов равна 19 %, а ее отношение к сумме индексов медленной активности не превышает 23 % (табл. 3).

В височных долях индекс дельта-активности, как и в лобных, был высоким — около 63 %. Индекс тета-ритма был ниже на 5–6 %. Распределение дельта-ритма в обеих височных долях было одинаковым.

Альфа-ритм в височных долях занимает всего 14 % общей биоэлектрической активности. Индекс бета-активности не превышает 6,5 %. ЭЭГ показывает некоторую асимметрию между левой и правой долями. Она касается соотношения быстрой и медленной активности. В левой отношение суммы индексов альфа- и бета-ритмов к сумме индексов дельта- и тета-активности составляет 27 %, в правой – 26 %.

Теменные и затылочные области

Увеличение соотношения индексов быстрых и медленных ритмов ЭЭГ происходит в теменных долях, где оно составляет 54 и 57 %. В теменных долях индекс альфа-ритма был выше, чем в височных, на 50 % и более. Здесь проявляется асимметрия в распределении альфа-ритма.

В затылочных долях, несмотря на повышение индекса быстрых ритмов ЭЭГ, преимущество оставалось за медленной активностью. Сумма индексов медленных колебаний составляла 61–63 % всех ритмов ЭЭГ. В левой доле отношение сумм индексов быстрых и медленных волн составляло 57 %. В правой затылочной доле оно достигало 67 %.

Таким образом, у подростков раннего пубертатного периода медленная биоэлектрическая активность оказывается преобладающей, и альфа-ритм еще не является лидирующим. Индексы и амплитуда альфа-ритма в разных долях коры головного мозга в раннем пубертатном периоде более низкие, а индексы дельта-ритмов почти в 2 раза более высокие, чем у детей 8–12 лет.

Реакция детей 8–12 лет на гипоксию

При вдыхании гипоксической смеси с 14 % O2 у детей 8–12 лет отмечалось увеличение биоэлектрической активности дельта-ритма и снижение активности быстрочастотных колебаний. 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.

Кроме того, об усилении медленной биоэлектрической активности при гипоксии свидетельствовало увеличение амплитуды дельта- и тета-колебаний относительно фона. Особенно увеличилась амплитуда дельта-волн в затылочных и теменных долях. В исследуемых зонах коры амплитуда дельта-колебаний при гипоксии была на 38–56 % выше фоновой. Пиковая частота дельта-ритма уменьшалась от 1,5–1,75 до 1,0–1,25 Гц (табл. 4).

Аналогичные изменения происходили во время гипоксии и с амплитудой тета-колебаний. Амплитуда тета-волн в пределах исследуемых областей коры мозга в результате кратковременного действия гипоксии увеличилась (на 31–35 %) с преимущественным возрастанием значений в височных и теменных долях.

Индексы ритмов при гипоксии у детей

Анализ распределения биоритмов ЭЭГ в различных долях коры мозга при гипоксии показал, что у детей данной возрастной группы при вдыхании гипоксической смеси происходит усиление медленноволновой биоэлектрической активности коры головного мозга, а именно дельта-ритма. При вдыхании воздуха с 14 % кислорода в лобных долях коры мозга регистрируются более высокие значения суммарной активности индексов дельта- и тета-ритмов по сравнению с быстрочастотными ритмами ЭЭГ (альфа и бета). В левой лобной доле индекс дельта-ритма составляет в среднем 55,37 ± 4,40 %, а индекс тета-ритма равен 27,24 ± 2,71 %, тогда как индексы альфа- и бета-ритмов в этом отведении равны 11,54 ± 1,31 и 3,38 ± 0,27 % соответственно.

В правой лобной доле отмечалось сходное распределение индексов дельта-ритма. Сопоставление фоновой активности с активностью при гипоксии показывает рост доли дельта-активности и снижение альфа-ритмики. Индексы бета- и тета-ритмов изменились незначительно. Максимальное значение индекса дельта-ритма в лобных отведениях, выявленное после гипоксии, равно 88 %, а в большинстве случаев колебалось в пределах 30–70 %. Максимальное значение амплитуды дельта-колебаний в лобных долях после гипоксического теста достигало 100 мкВ, хотя пределы колебаний находились на уровне 70–80 мкВ.

В отведении F4 гипоксическое воздействие приводит к ещё большему увеличению доли медленных волн в общем объеме ритмов ЭЭГ по сравнению с нормой (на 34 %). Для отведения Cz эти изменения в связи с гипоксией еще весомее (57,5 %). Затылочное отведение (O2): здесь также увеличивается индекс дельта-ритмов при гипоксии (на 53 %).

Таким образом, у детей данной возрастной группы при гипоксии усиливается доминирование индексов суммарной медленноволновой активности по сравнению с быстрочастотными за счет увеличения дельта-колебаний и уменьшения индекса альфа-волн.

Амплитуда и чувствительность к гипоксии

Амплитуда электрических колебаний дельта-волн также увеличивается во всех отведениях в результате гипоксического воздействия. Повышение амплитуды дельта-диапазона отмечалось во всех трёх отведениях. Прирост составлял 46 % в F3, 41 % в Cz и 57 % в O2.

Таким образом, у детей 8–12 лет изменения альфа- и дельта-ритмов, происходящие при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе, могут быть более чувствительными индикаторами к гипоксии, чем другие ритмы.

Реакция подростков 13–16 лет

У подростков раннего пубертатного возраста гипоксия вызывала неодинаковые изменения индексов ЭЭГ в разных долях коры головного мозга.

У подростков 13 лет отмечено достоверное снижение индексов медленной биоэлектрической активности, особенно в правом полушарии. В возрасте 14 лет в результате гипоксии отмечено достоверное снижение суммарной медленной активности в правой лобной и в затылочных долях, особенно в правой половине.

В отличие от детей младшего школьного возраста и лиц зрелого возраста организм подростков 13–16 лет при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе испытывает не компенсированную, а субкомпенсированную гипоксию, при которой уже проявляется повреждающее действие локальной тканевой гипоксии.

Гипоксия также сопровождалась существенными сдвигами альфа-ритма в височных долях: в левой височной доле индекс увеличился в среднем на 42 %, а в правой височной доле увеличение достигало в среднем 82 %.

В результате реакций лобных долей на гипоксию также наблюдается более существенное увеличение индекса альфа-ритма в правой половине – с 13,14 ± 1,18 % до 21,99 ± 1,22 %, т.е. на 67 %, и в меньшей степени в левой лобной доле – с 13,32 ± 0,63 % до 16,92 ± 1,12 %, т.е. на 27 %. Это свидетельствует о том, что гипоксическое воздействие вызвало асимметричное распределение индекса альфа-ритма в пределах исследуемых зон коры мозга.

Бета- и тета-ритмы у подростков

В результате действия пониженного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе амплитуда альфа-ритма в большинстве отведений также увеличилась по сравнению с фоном. Амплитуда заметнее увеличивалась в трёх отведениях. Прирост составлял 22 % в Cz, 33 % в P3 и 14 % в P4.

При гипоксии средние индексы бета-колебаний возросли до 6,20 ± 0,65– 14,27 ± 2,80 %. Таким образом, прирост составил 25–53 %. Причем наиболее высокий сдвиг индекса бета-ритма в сторону увеличения зафиксирован в левой и правой затылочных долях, которые составляли в среднем 14,27 ± 2,80 и 13,35 ± 2,25 % соответственно.

В лобных долях коры, в левой височной и теменных долях наблюдаются небольшие сдвиги индекса бета-ритма (р > 0,05). В целом под влиянием гипоксии индекс бета-активности имеет тенденцию к увеличению.

Кроме того, при пониженном содержании O2 во вдыхаемом воздухе увеличивался индекс тета-ритма. При нормальном дыхании диапазон составлял 9,74 ± 1,001 – 8,40 ± 1,29 %. После гипоксии средние индексы тета-ритма в исследуемых областях коры увеличились. Они достигали 15,76 ± 2,03 – 31,48 ± 2,35 %. Это на 62–71 % выше фоновых значений.

Более высокие значения индекса тетаритма зафиксированы в лобных и височных долях коры. В левой и правой лобных долях после гипоксии индексы тета-колебаний возросли до 28,97 ± 2,32 и 31,48 ± 2,35 соответственно, что на 57–71 % выше средних фоновых значений.

Таким образом, гипоксия увеличивает индекс и амплитуду во всех исследуемых зонах коры. Причем более высокие значения амплитуд и индекса тета-ритма характерны во фронтальных областях коры.

Дельта-ритм и возрастные различия

Установлено, что средние значения индексов дельта-ритма, зарегистрированных в исследуемых долях коры при гипоксии находятся в диапазоне 29,22 ± 3,20 – 47,91 ± 2,52 %. При гипоксии индекс дельта-колебаний снизился в среднем на 25–40 % относительно фона. В результате гипоксического теста снизилась и амплитуда дельта-ритма в среднем на 15–30 %.

Заключение

Таким образом, на основании проведенных исследований выявлены возрастные особенности распределения индекса и амплитуды биоэлектрической активности головного мозга в условиях нормоксии и гипоксии. Обнаружено преобладание медленноволновой активности биопотенциалов (дельта- и тета-ритмов) у детей 8–12 лет в условиях нормоксии. У подростков 13–16 лет отмечается увеличение индекса и амплитуды быстроволновой активности. Однако их значения остаются ниже, чем у лиц зрелого возраста. У подростков раннего пубертатного возраста при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе происходит уменьшение медленноволновых колебаний в ритме дельта-диапазона и увеличение других ритмов активности (альфа-, бета- и тета-), тогда как в условиях нормоксии в этой подростковой группе были зарегистрированы самые высокие значения волн альфа-колебаний.

Данные исходной публикации

Полные таблицы, иллюстрации и формулировки авторов доступны в исходном PDF. Ссылки ниже открывают соответствующие страницы оригинала.

Таблица амплитуд ритмов — страница 2

Возрастные группы и индексы — страница 3

Показатели ЭЭГ при гипоксии — страница 4

Технология и применение

Физиологическая проба позволяет изучать ответ на изменение кислорода. Подробнее о технологии IHT и IHHT.

Литература

Источники 1–7

1. Боголепов Н.Н., Фокин В.Ф. Функциональная межполушарная асимметрия. – М.: Научный мир, 2004. – 728 с.

2. Бурых Э.А. Взаимоотношения гипокапнии, гипоксии, мозгового кровотока и электрической активности мозга при произвольной гипервентиляции у человека // Росс. физиол. журн. – 2007. – Т. 93. – № 9. – С. 982.

3. Вовенко Е.П., Соколова И.Б., Лощагин О.В. Диффузия кислорода через стенку венул коры головного мозга при дыхании чистым кислородом // Российский физиологический журнал. –2002. – Т. 88. – № 3. – С. 372.

4. Возрастная физиология. Руководство по физиологии. – СПб.: Наука, 2003. – С. 191–194.

5. Долова Ф.В., Шаов М.Т., Иванов А.Б. Изменение биоэлектрических показателей и напряжения кислорода коры головного мозга при ступенчато-импульсной гипоксии // Гипоксия. – 1998. – № 2. – С. 40.

6. Иванов А.Б. Биоэлектрическая активность, кровенаполнение и снабжение кислородом коры головного мозга детей и подростков при гипоксии: авторефер. дис. … д-а биол. наук. – Краснодар, 2002. – С. 40.

7. Семченко В.В., Степанов С.С., Боголепов Н.Н. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты). – Омск, 2008. – 408 с.

Источники 8

8. Соколова Л.C. Формирование функциональной организации коры больших полушарий в покое у детей младшего школьного возраста с различной степенью зрелости регуляторных систем мозга // Физиология человека. – 2006. – Т. 32, 5. – С. 5–14. nii chistym kislorodom // Rossijjskijj fi ziologicheskijj zhurnal. 2002. T. 88. no. 3. pp. 372. 4. Vozrastnaja fi ziologija. Rukovodstvo po fi ziologii.- Sankt-Peterburg: Nauka. 2003. pp. 191–194. 5.

Dolova F.V., Shaov M.T., Ivanov A.B. Izmenenie bioehlektricheskikh pokazatelejj i naprjazhenija kisloroda kory golovnogo mozga pri stupenchato-impul’snojj gipoksii // Gipoksija. 1998. no. 2. pp. 40. 6. Ivanov A.B. Bioehlektricheskaja aktivnost, krovenapolnenie i snabzhenie kislorodom kory golovnogo mozga detejj i podrostkov pri gipoksii // Avtor. dissertacii na soiskanie uchen. st. doktora biol. nauk. Krasnodar. 2002. pp. 40. 7. Semchenko V.V., Stepanov S.S., Bogolepov N.N. Sinapticheskaja plastichnost golovnogo mozga (fundamentalnye i prikladnye aspekty) // Omsk. 2008. 408 р. 8.

Sokolova L.C. Formirovanie funkcional’nojj organizacii kory bolshikh polusharijj v pokoe u detejj mladshego shkolnogo vozrasta s razlichnojj stepenju zrelosti reguljatornykh sistem mozga. Fiziologija cheloveka. 2006. T. 32, 5. pp. 5–14/

Оригинальная публикация

Возрастные особенности распределения индекса и амплитуды биопотенциалов электроэнцефалограммы у детей и подростков в условиях нормоксии и гипоксии
Х. Х. Дадаева, И. Х. Борукаева. Возрастные особенности распределения индекса и амплитуды биопотенциалов электроэнцефалограммы у детей и подростков в условиях нормоксии и гипоксии. Фундаментальные исследования. 2012;10:40-45.
Редакционная текстовая версия предоставленной русскоязычной публикации подготовлена для OXYTERRA-MED. Восстановлены порядок колонок, абзацы и переносы; исключены колонтитулы, повторные английские аннотации и соседние публикации. Добавлены обозначенные редакционные примечания и краткое описание исследования. Большие таблицы и иллюстрации сохранены в исходном PDF со ссылками на соответствующие страницы. Численные результаты не пересчитывались. Исходный PDF не изменён; размещение выполняется по разрешениям владельца материалов.

Для профессионального ознакомления. Материал не является медицинской рекомендацией.

Получить научные материалы

Подборка публикаций и материалов для специалистов.