Учреждение Российской академии медицинских наук Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания Сибирского отделения РАМН (г. Благовещенск)

На фоне гипервентиляции в организме происходят изменения, которые, прежде всего, заключаются в снижении парциального давления углекислого газа в крови. В результате гипокапнии и сдвига pH  крови в кислую сторону, происходит спазм сосудов головного мозга, влекущий за собой гипоксию и голодание мозга, и как следствие возрастание медленной активности,  снижение частоты альфа ритма и увеличение его амплитуды [1]. При этом развивается активация передних отделов гипоталамуса и  гипервозбудимость коры больших полушарий [2, 3, 4]. Реакция головного мозга в ответ на гипервентиляцию используют в повседневной практике для провокации пароксизмальной активности на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) [5]. Влияние холодовой гипервентиляции на бронхиальную проходимость освещено в работах Ю.М. Перельмана и А..Г. Приходько [6, 7], в то же время нами не найдено в литературе сведений о реакции ЭЭГ в ответ на вдыхание холодного воздуха.

    Цель исследования: определение особенностей реакции  электрической активности головного мозга на холодовую гипервентиляцию и ее взаимосвязь с реактивностью дыхательных путей.

Материалы и методы исследования. Обследовано 14 здоровых лиц. Средний возраст составил 26±1,4 лет, вес 69±6,06 кг, рост 173±4,9 см. Непрерывную регистрацию электрической активности головного мозга проводили на энцефалографе «Энцефалан-131-03» (г. Таганрог) в звукоизолированной комнате, в положении пациента полулежа в кресле с закрытыми глазами. Использовали международную схему наложения 19 электродов «10-20». Частота дискретизации при аналогово-цифровом преобразовании и вводе сигналов в ЭВМ составляла 256 Гц.  Полоса частот при записи 0,5-100 Гц.  Референт - объединенный ушной электрод. Данные обрабатывались в программе   EEGLab с использованием алгоритма ISA Fasticag. Спектральный анализ мощностей основных диапазонов частот ЭЭГ (тета, дельта, альфа, бета) производился методом быстрого преобразования Фурье. Математической обработке подвергались эпохи, содержащие безартефактные отрезки записи ЭЭГ (по 5 с). Всего анализу подверглось 30 эпох по 5 сек. за 90 сек. фона перед гипервентиляцией, 30 сек. пика двухминутной гипервентиляции обычной и 30 сек пика двухминутной  холодовой гипервентиляции (температура вдыхаемого воздуха -20°С). При спектральном анализе обращалось внимание на изменение характеристик диапазонов частот в процессе гипервентиляции.     

  Холодовая бронхопровокационная проба проводилась путем изокапнической гипервентиляции холодным воздухом [7]. Гипервентиляция осуществлялась в течение трех минут охлажденной до -20°С смесью, содержавшей до 5% СО₂. Заданный уровень вентиляции составлял 60% должной максимальной вентиляции легких, рассчитанной для каждого пациента. Вентиляционная функция легких до и после  холодовой провокации (на 1 и 5-ой минутах восстановительного периода) оценивалась по данным кривой «поток-объем» форсированного выдоха, вычислялась разность показателей объема форсированного выдоха за первую секунду (∆ОФВ₁) и мгновенной объемной скорости на уровне 50% форсированной жизненной емкости легких (∆МОС₅₀) по отношению к исходным значениям (в %).

Статистическую обработку результатов исследования проводили, вычисляя медиану (Ме), нижний и верхний квартили (q1; q3), и представляли в виде Mе (q1; q3). Различия между группами оценивали с помощью непараметрического парного критерия Вилкоксона, достоверными считались результаты при р<0,05. Взаимосвязь между показателями определяли с помощью коэффициента корреляции Спирмена (R), достоверными считались результаты при р<0,05.

Результаты и их обсуждение. При оценке результатов обследования выявлено статистически достоверное увеличение относительного спектра мощности ЭЭГ покоя в ответ на двухминутную гипервентиляцию воздухом комнатной температуры в  дельта, тета и бета диапазонах (таблица). Полученные нами данные соответствуют литературным [8].

Сравнение ЭЭГ на пике двухминутной  холодовой гипервентиляции с ЭЭГ покоя  показало возрастание относительного спектра мощности в дельта и бета диапазонах.

Таблица

Различия спектра мощности ЭЭГ

Примечание:  * -  уровень значимости различий в сравнении с фоновой ЭЭГ (* - р<0,05, ** - р<0,01); р - в сравнении двух режимов гипервентиляции. Данные представлены: медиана, в скобках нижний и верхний картели.

Анализ спектральных характеристик электрической активности головного мозга на фоне различных режимов гипервентиляции выявил меньшую мощность тета ритма во всех областях, за исключением затылочной и большую бета активность в теменно-затылочной области при холодовой гипервентиляции, чем при гипервентиляции воздухом комнатной температуры. Большая мощность бета ритма свидетельствует об увеличении корковой активности в указанной области.

При проведении холодовой бронхопровокационной пробы у всех обследованных лиц холодовой гиперреактивности дыхательных путей зарегистрировано не было.

Корреляционный анализ показал прямую зависимость между величиной ∆МОС₅₀ в ответ на холодовую провокацию и мощностью дельта ритма в отведениях  Fp1 (R=0,61, р<0,05), F3 (R=0,71, р<0,01), Fz (R=0,62, р<0,05), F4 (R=0,60, р<0,05), F8 (R=0,63, р<0,05), C3 (R=0,63, р<0,05), C4 (R=0,61, р<0,05), О1 (R=0,57, р<0,05), тета ритма в отведениях Fp1(R=0,58, р<0,05) и F3 (R=0,64, р<0,05), бета ритмов в отведениях  Fp1 (R=0,54, р<0,05), Fz (R=0,62, р<0,05), F3 (R=0,62, р<0,05), F4 (R=0,64, р<0,05), F8 (R=0,64, р<0,05), C3 (R=0,54, р<0,05), Cz (R=0,67, р<0,01), C4 (R=0,65, р<0,05), T4 (R=0,60, р<0,05), P3 (R=0,60, р<0,05), Pz (R=0,61, р<0,05), P4 (R=0,62, р<0,05), О2 (R=0,55, р<0,05) на фоне гипервентиляции холодным воздухом. При этом взаимосвязи между спектральными характеристиками ЭЭГ в покое и на фоне произвольной гипервентиляции воздухом комнатной температуры с показателями реактивности дыхательных путей не выявлены. Повышение медленной активности головного мозга свидетельствует об активации адаптационных процессов, а высокая заинтересованность бета активности во всех зонах коры позволяет предположить активное вовлечение коры головного мозга в эти процессы в ответ на вдыхание холодного воздуха.

Выявленные нами особенности реакций  электрической активности головного мозга и наличие их взаимосвязи с реактивностью дыхательных путей на различные режимы гипервентиляции свидетельствуют о специфичности процессов, протекающих в коре головного мозга и подкорковых структурах  в ответ на холодовую гипервентиляцию. Мы предполагаем, что полученные у здоровых лиц результаты лягут в основу новых диагностических инструментов, нацеленных на выявление холодовой гиперреактивности у больных хроническими неспецифическими заболеваниями легких.

Литература

1. Van der Worp H.B., Kraaier V, Wienece G.H. et.al. Quantitative EEG during  progressive hypercarbia and hypoxia.  Hyperventilation-induced EEG changes reconsidered//EEG and Clinical neurophysiology. 1991. Vol. 79. P. 335-341.

2. Morrice J.K. Slow wave production in EEG with reference hyperpnea,  carbon dioxide fnd autonomic  balance//EEG and Clinical neurophysiology. 1956. Vol. 17, N1. P25-35

3. Малкин В.Б., Гора Е.П. Гипервентиляция. М:Наука, 1990. 184 с.

4. Spelman R. EEG primer. Butterworth Publishers, 1999.

5. Гнездицкий В.В., Кошурникова Е.Е., Корепина О.С., Скоморохов А.А.//Функциональная диагностика. 2010. №1. С.13-25.

6. Перельман Ю.М., Приходько А.Г. Диагностика Холодовой гиперреактивности дыхательных путей: Методические рекомендации. Благовещенск, 1998. 8 с.

7. Перельман Ю.М., Приходько А.Г. Методика комбинированной диагностики нарушений кондиционирующей функции и Холодовой гиперреактивности дыхательных путей//Бюл. физиол. и патол. дыхания, 2002. Вып. 12. С. 22-28.

8. Свидерская Н.Е., Быков П.В. Пространственная организация ЭЭГ при интенсивной гипервентиляции (циклическом дыхании). Сообщение II. ЭЭГ корреляты психо-висцеральных феноменов//Физиология человека. 2006. Т. 32, №3. С. 26-36.