Журнал неврологии и психиатрии / 2010 / NEV_2010_04_004

Поддержание стабильности внутренней среды (гомеостаз) и ее динамического баланса (аллостаз) [19] является неотъемлемым свойством жизнедеятельности организма. Обеспечение этих процессов невозможно не только без обмена вещества и энергии, но и без передачи информации, реализации информационного континуума организма [10, 11]. В биосистемах процесс передачи информации включает не только стационарный компонент, например связанный с уровнем средней перфузии в микрососудистом русле, но и динамический волновой компонент, обеспечивающий возможность самоорганизации. При этом информационное содержание динамического процесса определяется наличием различных колебательных параметров.

Хотя на уровне организма существуют две основные системы передачи информации на относительно большие расстояния — нервная и гормональная, информационные потоки присущи всем физиологическим процессам, в том числе на уровне периферических нервов, тканей и микроциркуляторного русла [20, 21]. Немиелинизированные симпатические нервные волокна, проходящие в составе периферических нервов, — важный компонент регуляции функций микрососудов и трофики тканей [3—6, 8, 9].

Целью работы явилось изучение информационных аспектов нейромикроциркуляторных взаимосвязей при травматических невропатиях, их особенностей при денервационном синдроме и регенерации нерва. Подобных исследований в доступной литературе мы не обнаружили.

N общ. — общее число информационных каналов, определяемое по числу исследуемых частотных диапазонов в вейвлет-спектре; к числу диапазонов прибавляли число «лишних» спектральных пиков, если в каком-либо из частотных диапазонов их число превышало 1. При исследовании динамических процессов возможно оценивать степень приращения количества информации между стадиями 1 и 2 по формуле ИКИ2/ИКИ1. Предлагается введение индекса информационного обеспечения управления (ИОУ) поведением системы ИИОУ=ИКИ/R.

II.Ценностно-смысловые характеристики информации. Ценность является прагматическим критерием информации, связанным с ее используемостью для регуляции системы, наличием отклика системы на информацию. Ценность информации тесно связана с ее дискретностью

иотносительной значимостью сигнала [1, 14]. Ценность отражает степень незаменимости информации; она тем выше, чем меньше разнообразных способов выполнить заданную функцию.

Рассчитывались следующие показатели ценности информации на основе анализа вейвлет-спектра колебаний кровотока. 1. Индекс информационного доминирования (ИИД) показывает, насколько выраженный эффект оказывает влияние информации в конкретном канале на систему микроциркуляции, дискретность информационных

влияний. ИИД=А макс./А2 , где А макс. — максимальная амплитуда в вейвлет-спектре (п.е.), А2 — амплитуда следующего по амплитуде спектрального пика в другом информационном частотном канале (п.е.). 2. Индекс баланса (ИБ1) эрго- и трофотропных информационных влияний, т.е. смыслового содержания информации. ИБ1=Ан./ Ам. (сп.), где Ан. — амплитуда осцилляций симпатического генеза (п.е.), Ам. (сп.) — максимальная амплитуда осцилляций миогенного или сенсорного пептидергического генеза (п.е.). 3. Поскольку в микрососудах только миогенные осцилляции связаны с собственной активностью миоцитов, целесообразен индекс баланса (ИБ2) собственных и внешних информационных влияний. ИБ2=Ам./А макс.внешн., где А макс.внешн. — максимальная амплитуда осцилляций в частотных диапазонах за исключением миогенного (п.е.). 4. Индекс баланса активных (эндотелиальных, симпатических, сенсорных пептидергических, миогенных) и пассивных (дыхательных, пульсовых) информационных влияний (ИБ3). ИБ3=А макс.акт./А макс.пасс., где А макс.акт. — максимальная амплитуда осцилляций среди активных диапазонов (п.е.), А макс.пасс. — максимальная амплитуда осцилляций среди пассивных диапазонов (п.е.).

При величинах указанных выше индексов в пределах 0,8—1,2 дискретность информационных влияний между исследуемыми каналами снижена, а при значениях менее 0,5 (если величина ИБ менее 1) и более 2 (если величина ИБ более 1) — повышена.

III.Информационный режим в микрососудистых сетях — многоканальный или резонансный. Последний возможен не только в патологических условиях, но и на стадиях активации саногенетических механизмов. Система с периодической динамикой информационно недостаточна — она монотонно повторяет свои свойства, не может изменяться в соответствии с требованиями среды и адаптации к ней, в связи с чем более характерна для патологических, чем физиологических функциональных систем [13]. Примерами подобных осцилляций в условиях пато-

логического процесса могут служить резонансные колебания в симпатическом диапазоне (нейропатическая боль с активацией ноцицептивного сомато-симпатического рефлекса), сенсорном пептидергическом диапазоне (активная стадия нейрогенного воспаления в ранние сроки посттравматического комплексного регионарного болевого синдрома после перелома лучевой кости) [5, 6]. Как правило, в патологических условиях резонансный режим функционирования колебательных структур устойчивый и регистрируется в течение длительного времени. Резонанс в саногенетических условиях — состояние неустойчивое и сменяемое многоканальным информационным режимом. С информационных позиций резонанс может рассматриваться не только как обеднение общей информации, но и как создание смысловой доминанты, концентрация смыслового содержания информации в одном частотном диапазоне, способствующая росту детерминизма в управлении системой. В этих случаях важное значение имеет смысловое содержание сигнала.

Результаты и обсуждение

Нарушения информационных нейромикроциркуляторных взаимосвязей при денервации и десимпатизации тканей

Результаты исследования количества информации и поведения системы микроциркуляции тканей представлены в табл. 1.

Как следует из представленных данных, при денервации (1-я группа) наблюдается достоверное снижение количественных показателей информации — ИКИ и ИОУ. Дефицит как поступления информации, так и ее рецепции приводит к более глубоким информационным расстройствам по сравнению с десимпатизацией (2-я группа), когда страдает преимущественно поступление информации. При денервационном синдроме наблюдаются снижение возможностей самоорганизации и признаки деградации поведения системы — снижение S отн., ФР, уменьшение открытости системы (снижение ПМ). После десимпатизации количественные информационные показатели не отличались от контрольной группы, но отмечалось снижение ИОУ и неравновесности регуляторных механизмов (уменьшение Kv), что свидетельствует о важности вклада вегетативного компонента регуляции микрососудов в обеспечение напряженности регуляции системы.

При исследовании смысловой ценности информации в контрольной группе отмечалось доминирование одного из активных информационных каналов (эндотелиального, симпатического или миогенного) в пределах ИИД от 1,1 до 1,7. Отмечалось также преобладание внешних над собственными и активных над пассивными информационными влияниями. Для исследуемой зоны кожи характерно, что среди пассивных влияний доминировали кардиальные над дыхательными венозными в более 2/3 случаев. Дискретность эрго- и трофотропных сигналов была снижена и величины ИБ1 находились в пределах 0,8—1,2.

При денервационном синдроме (1-я группа) в отличие от контроля снижалась дискретность информационных влияний (величины ИИД от 1 до 1,27), в половине случаев появлялось доминирование собственной над внешней информацией. ИБ1 не определялся, так как в вейвлет-спектре отсутствовали осцилляции кровотока

симпатического генеза (см. рисунок, Б). Для 2-й группы после десимпатизации в 2/3 случаев было характерно доминирование эндотелиального NO-зависимого информационного канала, отсутствие (в 75%) или снижение симпатических эрготропных информационных влияний (см. рисунок, А).

Таким образом, денервационный синдром характеризуется как дефицитом количества информационных влияний, так и ценности информации (снижение ее дискретности, уменьшение внешних влияний на систему), что сопровождается уменьшением открытости системы и возможностей ее самоорганизации. Синдром десимпатизации характеризуется изменением преимущественно содержательных параметров информации (доминирование NO-зависимых эндотелиальных и снижение симпатических информационных влияний) без существенного изменения показателей количества информации.

Динамика информационных процессов микроциркуляторного русла в процессе регенерации нерва

Удобство выбора модели реиннервации обусловлено разделением во времени процесса регенерации нервных волокон от нижней трети предплечья до зоны исследуемой кожи ладонной поверхности дистальных фаланг пальцев кисти, что позволяет оценивать информацию в динамике (табл. 2). Кроме данных, приведенных в табл. 2, выделялась подгруппа из 10 пациентов с гиперпатией ладони и в меньшей степени пальцев кисти, наблюдавшаяся в сроки 2,5—6 мес после шва нерва, т.е. в конечный период доимпульсной и в начале импульсной стадий регенерации. В этой подгруппе величина ИКИ составляла 0,718±0,03, ИОУ 1,24±0,04, S отн. 0,422±0,03, R 0,578±0,02, ФР 1,0629±0,006*, ПМ 10±2,5*, Kv 10,1±1 (* — р<0,05 по отношению к контролю).

При переходе от нейрогенной дефицитарной дистрофии к реиннервации важными являются следующие особенности информационных параметров микроциркуля- торно-тканевых систем. Во-первых, прирост количества информации в системе микрогемоциркуляции происходит в доимпульсную стадию регенерации нерва. По достижении импульсной стадии реиннервации прирост количества информации в системе микроциркуляции не наблюдался и величины ИКИ и ИОУ сохранялись на уровне несколько ниже контрольных показателей. Эти результаты подтверждают ранее обнаруженное автором явление «нейроваскулярной ауторегуляции регенерации нерва» — первоначальное восстановление трофики и микрогемоциркуляции в ранее денервированных тканях еще в доимпульсный период, что подготавливает их к последующей реиннервации и способствует трофике прорастающих аксонов [3]. Именно в доимпульсный период регенерации нерва функциональная значимость восстановления микрогемоциркуляции наибольшая. Во-вторых, характерно раннее начало прироста информации, опережающее показатели макроскопического поведения системы. Например, уже в 1—2-ю неделю после шва приращение ИКИ составляло 56%, а ИИОУ — 63,6% по отношению к исходным величинам (р<0,05), но отсутствовали достоверные различия S отн., R и ФР. С одной стороны, это подтверждает инициирующее значение информации для развития системы, с другой — свидетельствует о важном значении аксонального транспорта как информационного канала в начальные сроки регенерации нерва. В-третьих, максимальный прирост информации отмечался в сроки 6—12 нед реиннервации и в случаях гиперпатии, т.е. в переходный период качественного изменения состояния ткани

— от доимпульсного периода регенерации нерва к восстановлению импульсной иннервации. В эти сроки величина ИКИ имела тенденцию к росту и превышению даже кон-

миогенного резонанса ответ микрососудов на рефлекторную симпатическую активацию был снижен (величина ΔПМд. менее 10%). На этой стадии у 1/4 испытуемых наблюдалось доминирование влияния не кардиальных, а дыхательных венулярных каналов над пульсовыми. В случаях гиперпатии характерно было появление активности сенсорного пептидергического канала, доминировавшего в 2 случаях с ИИД более 1,5 (см. рисунок, Д).

На этапе импульсной реиннервации (4 мес — 1 год) нарастает информационная ценность активных каналов (пределы ИИД от 1,1 до 1,9). В 82,7% случаев в вейвлетспектре выявлялась активность симпатического канала, причем в 44,8% случаев он был доминирующим в спектре. В 93% случаев ценность внешней информации превышала внутреннюю. Хотя по-прежнему сохранялось доминирование активных каналов, но дискретность достоверно возрастала (2,43±0,4, в контрольной группе 1,37±031; р<0,005). Это свидетельствовало о существенном приращении внешней информации в системе и роли активных каналов при появлении импульсной активности.

Динамика информационных процессов в микрососудистых сетях сопоставима с ранее полученными результатами полярографического исследования кислородного режима и капилляроскопии кожи пальцев в процессе регенерации срединного и локтевого нервов — прогрессирующим нарастанием показателей оксигенации, доставки

ипотребления кислорода, возрастанием общего числа капилляров, их длины и диаметра, причем темпы прироста были наибольшими в доимпульсные и переходные сроки реиннервации, а также в случаях гиперпатии [3]. Интерес представляют также экспериментальные данные, свидетельствующие о фазности нейрогенной регуляции регенерации соединительной ткани на примере исследования зоны разрыва ахиллова сухожилия у крыс — первоначальное увеличение содержания кальцитонин-ген-родствен- ного пептида, свойственного сенсорным пептидергическим нервным волокнам, в дальнейшем сменяющееся активацией влияния нейропептида Y из адренергических волокон [12]. Вероятно, трофотропная информационная поддержка ранних этапов регенерации тканей является общей закономерностью и свойственна не только процессам реиннервации.

Таким образом, информационные процессы в микрососудистых сетях отражают изменения функциональной значимости микроциркуляции на разных этапах изменения состояния микроциркуляторно-тканевых систем в процессе их реиннервации. Для доимпульсного периода регенерации важен количественный прирост и развитие микрососудистых тканевых сетей для трофического обеспечения процессов реиннервации, что выражается в приращении количества информации трофотропного содержания, ее роли в управлении. Для импульсного периода более значима адаптационная роль изменений микроциркуляции для обеспечения гомеостаза, увеличение напряженности регуляторных процессов, что сопровождается преимущественным изменением структуры ценност- но-смыслового содержания информации в микрососудистых сетях.

Особый интерес представляет переходный этап от доимпульсной к импульсной стадии регенерации нерва. Он характеризуется возможностью как многоканального, так

ив отдельных случаях резонансного режимов информационного обеспечения, снижением стохастических про-

цессов с нарастанием детерминизма в управлении системой. Ценностно-смысловое доминирование приобретает информация трофотропного характера, причем в ее структуре большое значение имеет прирост внутренней (миогенной) активности системы. Многоканальный режим отличается максимальным приростом как количества информации в системе, так и информационного обеспечения процессов управления, а резонансный — сжатием общего количества информации с абсолютным трофотропным (миогенным) ценностно-смыловым доминированием. Для случаев резонанса было характерно не только преобладание усвоения трофотропной информации, но и снижение реактивности системы на адренергические эрготропные влияния.

Как было видно из изложенного выше, для изучения динамических информационных аспектов нейромикроциркуляторных взаимосвязей при травматических невропатиях был использован вейвлет-спектр колебаний кровотока микроциркуляторного русла. Оценивались общее количество, ценностно-смысловые характеристики информации, дискретность влияния разных информационных каналов и информационный режим (многоканальный или резонансный) в микрососудистых сетях.

На примере денервации и десимпатизации кожи было показано, что денервационный синдром (нарушение поступления и рецепции информации) характеризуется как дефицитом количества информационных влияний в микрососудистых сетях, так и содержания информации (снижение ее дискретности, уменьшение внешних влияний на систему), что сопровождается уменьшением открытости системы и возможностей ее самоорганизации. После десимпатизации и преимущественного нарушения поступления информации изменяются в основном содержательные параметры информации (доминирование NOзависимых эндотелиальных и снижение симпатических информационных влияний).

В процессе регенерации нерва и реиннервации ткани информационные процессы в микрососудистых сетях отражают изменения функциональной значимости микроциркуляции на разных этапах. Достижением работы явилось доказательство того, что доимпульсная стадия реиннервации тканей не является афункциональной. Для доимпульсного периода регенерации важно трофическое обеспечение процессов реиннервации, количественный прирост и развитие микрососудистых сетей, что выражается в приращении количества информации, ее роли в управлении и доминировании усвоения трофотропной информации. Для импульсного периода более значима адаптационная роль изменений микроциркуляции с целью обеспечения гомеостаза, увеличение напряженности регуляторных процессов, что сопровождается преимущественной модуляцией содержания информации в микрососудистых сетях.

Переходный этап от доимпульсной к импульсной стадии регенерации нерва характеризуется возможностью как многоканального, так и в отдельных случаях резонансного режимов информационного обеспечения, снижением стохастических процессов с нарастанием детерминизма в управлении системой, причем ценностносмысловое доминирование приобретает информация трофотропного характера с приростом внутренней (миогенной) активности системы. Многоканальный режим отличается максимальным приростом как количества инфор-

мации в системе, так и информационного обеспечения процессов управления, а резонансный — сжатием общего количества информации с абсолютным трофотропным ценностно-смыловым доминированием. Для случаев ре-

зонанса характерно не только усвоение трофотропной информации, но и снижение реактивности системы на адренергические эрготропные влияния.

ка 1989; 174.

2.Гайдышев И.А. Анализ и обработка данных. Специальный справочник. Ст-Петербург: Питер 2001; 752.

3.Крупаткин А.И. Нейроваскулярная ауторегуляция регенерации нервов верхних конечностей. Вопр нейрохир 1989; 1: 35—39.

4.Крупаткин А.И. Влияние симпатической иннервации на тонус микрососудов и колебания кровотока кожи. Физиол чел 2006; 32: 5: 95—103.

5.Крупаткин А.И. Влияние сенсорной пептидергической иннервации на осцилляции кровотока кожи человека в диапазоне 0,047—0,069 Гц. Физиол чел 2007; 33: 3: 48—54.

6.Крупаткин А.И. Динамический колебательный контур регуляции капиллярной гемодинамики. Физиол чел 2007; 33: 5: 93—101.

7.Крупаткин А.И. Пульсовые и дыхательные осцилляции кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека. Физиол чел 2008; 34: 3: 70—76.

8.Крупаткин А.И. Колебания кровотока частотой около 0,1 Гц в микрососудах кожи не отражают симпатическую регуляцию их тонуса. Физиол чел 2009; 35: 2: 60—69.

9.Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови. Руководство для врачей. Под ред. А.И. Крупаткина, В.В. Сидорова. М: Медицина 2005; 256.

wavelength cardiopulmonary oscillations. Am Heart J 1984; 107: 612— 615.

14.Haken H. Information and self-organization. A macroscopic approach to complex systems. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 2000; 240.

15.Kastrup J., Buhlow J., Lassen N.A. Vasomotion in human skin before and after local heating recorded with laser Doppler flowmetry. A method for induction of vasomotion. Int J Microcirc Clin Exp 1989; 8: 205—215.

16.Katz M.J. Fractals and the analyses of waveforms. Comp Biol Med 1988; 18: 145—150.

17.Kvandal P. Regulation of human cutaneous circulation evaluated by laser Doppler flowmetry, iontophoresis and spectral analysis: importance of nitric oxide and prostaglandines. Microvasc Res 2003; 65: 160—171.

18.Kvandal P. Low-frequency oscillations of the laser Doppler perfusion signal in human skin. Microvasc Res 2006; 72: 3: 120—127.

19.McEwen B.S., Wingfield J.C. The concept of allostasis in biology and biomedicine. Horm Behav 2003; 43: 2—15.

20.Pries A.R., Reglin B., Secomb T.W. Structural response of microcirculatory networks to changes in demand: information transfer by shear stress. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2003; 284: 2204—2212.

21.Secomb T.W., Pries A.R. Information transfer in microvascular networks. Microcirculation 2002; 9: 5: 377—387.

тика. М: Горячая линия — Телеком 2005; 272.

11.Фролов В.А., Зотова Т.Ю., Зотов А.К. Болезнь как нарушение информационного процесса. М: Изд-во РУДН 2006; 188.

12.Ackermann P.W., Ahmed M., Kreicberg A. Early nerve regeneration after Achilles tendon rupture — a prerequisite for healing? A study in the rat. Orthopaedic Res 2002; 20: 849—856.

microvascular and cardiac oscillatory activity. Microvasc Res 2002; 63: 196—208.