Глава 8

СВЯЗЬ ЦЕРЕБРАЛЬНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА С ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТЬЮ И ГЕМОДИНАМИКОЙ МОЗГА

Из материалов предшествующих глав вытекает, что церебральный энергетический обмен меняется в соответствии с изменениями функциональной активности головного мозга. Поэтому его характеристики естественно связаны с другими электрофизиологическими показателями (ЭЭГ, ВП), отражающими активность нервных клеток. Особняком стоят показатели РЭГ, которые характеризуют особенности кровотока в сосудах головы, но понятно, что между показателями кровотока и интенсивностью обмена существуют довольно тесные отношения. Перейдем к последовательному рассмотрению взаимосвязи указанных выше характеристик.

8.1. Взаимосвязь параметров ЭЭГ и энергетического обмена головного мозга

ЭЭГ интегрально отражает уровень активации мозговых структур. Ритмы ЭЭГ возникают в результате суммации ВПСП и ТПСП нейронов. В норме в состоянии спокойного бодрствования при закрытых глазах в ЭЭГ у большинства людей доминирует альфа-ритм частотой 8-13/с, наиболее выраженный в затылочных отделах мозга и связанный с активностью зрительных центров. В передних отделах мозга преимущественно в области передних центральных извилин регистрируется бета-ритм частотой 14-40/c, связанный с сенсорными и двигательными корковыми механизмами. У здоровых людей в небольшом количестве (менее 15% от общего времени регистрации) и при амплитуде, не превышающей амплитуду альфа-ритма, представлена медленноволновая активность тета- и дельта-диапазонов, частотой соответственно 4-6/с и 0,5-3/с.

В настоящее время для количественной обработки ЭЭГ наиболее часто используется анализ Фурье, который позволяет оцени

168

вать спектральную мощность, т.е. вклад электрической активности различных частотных диапазонов в суммарную ЭЭГ.

Подробный анализ изменений ЭЭГ при различных функциональных состояниях выходит за пределы данного руководства. Однако в наиболее общем виде связь между функциональной активностью мозга и ЭЭГ может быть охарактеризована следующим образом: при активации мозга уменьшается амплитуда ЭЭГ и возрастает ее частота, т. е. относительная спектральная мощность альфа- и бета-ритмов увеличивается, а относительная мощность медленноволновой активности дельта- и тета-диапазонов уменьшается. Напротив, снижение уровня активации в норме сопровождается ростом относительной спектральной мощности тета- и дельта-волн при редукции альфа-ритма (Л.Р. Зенков, М.А. Ронкин, 1991).

Известно, что между функциональной активностью и энергетическим обеспечением мозга имеется взаимосвязь. Активация церебральных структур сопровождается повышением потребления глюкозы и усилением локального мозгового кровотока. В усилении кровотока важную роль играет внеклеточное накопление ионов водорода и калия. Между параметрами спектральной мощности ЭЭГ и кровотока, а также между ЭЭГ и уровнем потребления глюкозы имеется корреляционная зависимость. Показано, что при переходе от сна к бодрствованию повышение частоты доминирующей активности в ЭЭГ сопровождается увеличением интенсивности потребления глюкозы (D. Ingvar, 1997). Однако зависимость между кровотоком и ЭЭГ имеет достаточно сложный характер, так как динамика ЭЭГ зависит, в том числе, и от того, в каком отделе мозга изменился кровоток. Например, активация тормозных структур сопровождается повышением кровотока в этом отделе мозга, но в ЭЭГ при этом может увеличиться медленноволновая активность. Изменения церебрального энергетического обмена со своей стороны влияют на ритмы ЭЭГ. Так, снижение энергетического метаболизма, связанное с недостаточностью мозгового кровообращения, вызывает на первой стадии гиперактивацию мозговых структур в связи с нарушением обратного захвата возбуждающего медиатора глутамата и деполяризацией нейронов, а на более поздних стадиях - угнетение функциональной активности мозга.

Можно предполагать существование определенной взаимосвязи между параметрами ЭЭГ и УПП мозга, отражающего изменения КЩР и характеризующего интенсивность церебрального энергетического обмена. Применительно к человеку такая зависимость остается мало изученной. Большая часть исследований, посвященных взаимосвязи между изменениями ЭЭГ и УПП, выполнена на животных c регистрацией УПП непосредственно от поверхности

169

мозга. В этом случае в генерацию УПП основной вклад вносят мембранные потенциалы нейронов и глии. Сдвиги УПП в таких экспериментальных условиях характеризуют изменение возбудимости нейронов. Повышение УПП при отведении от мозга связано с гиперполяризацией мембран, а негативный сдвиг УПП - с деполяризацией. В большинстве работ наблюдали при повышении УПП (гиперполяризации мембран нейронов) подавление ЭЭГ-активности, кроме медленных волн, которые могли нарастать. Снижение УПП на первом этапе сопровождалось увеличением частоты и амплитуды ЭЭГ. При дальнейшем уменьшении УПП в ЭЭГ возможно появление эпилептиформных разрядов, связанных с деполяризационным сдвигом мембранного потенциала нервных клеток. При значительном снижении УПП происходило полное подавление ЭЭГ, обусловленное значительной деполяризацией мембран нейронов (H. Caspers, E. Speckmann, 1974; E. Ohno, 1979).

Динамика УПП при отведении от поверхности головы и при регистрации от мозга существенно различается и во многих случаях может быть противоположной по знаку (A. Lehmenkuhler et al., 1999; и др.). Например, при отведении от мозга у животных при засыпании наблюдается позитивный сдвиг УПП (H. Caspers, 1961), а у человека при отведении от поверхности головы во время медленноволнового сна - негативное смещение УПП (L. Marshall et al., 1998). Поэтому результаты представленных выше экспериментальных работ по исследованию взаимосвязи между ЭЭГ и УПП мозга не могут быть автоматически перенесены на человека.

Данные о корреляции между изменениями ЭЭГ и УПП у человека немногочисленны. Показано, что у больных с неврологической патологией при сохранной ЭЭГ распределение УПП близко к норме, напротив, преобладание в ЭЭГ тета- и дельта-активности сопровождается значительным повышением УПП (Н.В. Пономарева, 1986). Такая взаимосвязь представляется закономерной, так как нарушения энергетического обмена с сопутствующим ацидозом приводит к появлению патологической ЭЭГ-активности. Повышение УПП, но менее выраженное, выявлено при десинхронном типе ЭЭГ. Такая зависимость, вероятно, объясняется тем, что высокий уровень активации мозга, проявляющийся в десинхронизации ЭЭГ, требует повышенного энергетического обмена, а это влечет за собой закисление нервной ткани.

Сопоставление параметров ЭЭГ и УПП мозга способствует уточнению представлений о динамике УПП в зависимости от изменений церебральной функциональной активности. В настоящей работе исследовалась взаимосвязь между параметрами спектральной мощности ЭЭГ и УПП мозга у здоровых людей, а также у родственников лиц с болезнью Альцгеймера (БА) в состоянии спокойного бодрствования и при гипервентиляции. Исследование корреляции

170

ЭЭГ и УПП в названных группах позволяет оценить ее при более широком спектре изменений обоих показателей.

Нами было обследовано 15 здоровых испытуемых обоего пола (2 мужчин и 13 женщин) в возрасте от 36 до 57 лет (средний возраст 44,7+1,8 года), а также 14 клинически здоровых родственников больных БА первой степени родства (1 мужчина и 13 женщин) в возрасте от 33 до 55 лет (средний возраст 45,1+1,6 лет). Психиатрическое обследование было выполнено Н.Д. Селезневой в НЦПЗ РАМН. Все испытуемые для исключения церебральной патологии проходили неврологическое обследование.

Во время записи биоэлектрической активности испытуемые сидели в кресле в расслабленном состоянии с закрытыми глазами. Регистрация ЭЭГ проводилась на 17-канальном электроэнцефалографе 4317 фирмы Nihon Kohden, Япония. ЭЭГ регистрировали монополярно с расположением референтных электродов на мочках уха, а активных – в 16 областях головы в соответствии со схемой 10-20. Данные ЭЭГ с помощью аналого-цифрового преобразователя вводили в компьютер для последующей обработки. Частота дискретизации - 128/с. После записи ЭЭГ под визуальным контролем производили удаление артефактов. Затем осуществляли спектральный анализ ЭЭГ с помощью быстрого преобразования Фурье. У каждого испытуемого обрабатывали отрезок ЭЭГ длительностью 60 с, эпоха анализа ЭЭГ составляла 4 с. Вычисляли относительную спектральную мощность ЭЭГ для каждого отведения и каждой из частотных полос (дельта 1-3,99/c; тета 4-7,99/c; альфа 8-12,99/c; бета1 13-19,99/c; бета2 20-29,99/c). В соответствии с принятыми в ЭЭГ рекомендациями T. Gasser et al. (1982) для того, чтобы получить нормальное распределение показателей, производилось преобразование относительной спектральной мощности по формуле ln [x/(1-x)], где x – непреобразованная относительная спектральная мощность определенного частотного диапазона.

В связи с тем, что УПП регистрировали в нижне-лобной,+ центральной и затылочной областях по саггитальной линии, для сопоставления между ЭЭГ и УПП использовали предварительное усредненные параметры ЭЭГ правого и левого полушария в тех же областях. Статистическая обработка производилась методами вариационной статистики. Достоверность различий параметров УПП и логарифмически трансформированных характеристик ЭЭГ в группах и при различных экспериментальных условиях определяли с помощью однофакторного дисперсионного анализа. Взаимосвязь показателей УПП и ЭЭГ оценивалась с помощью коэффициента корреляции Пирсона.

171