О моделях, отражающих степень когерентности ритмов третьего порядка сердечно-сосудистой, мышечной и центральной нервной систем организма человека в процессе мультипараметрического БОС-тренинга ¹

Захарова В.В.
Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, Новосибирск
Журавель Ф.А., Трофимов О.Е.
Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск

Аннотация:

В работе показано, что в сеансах МБОС с мониторированием активности ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, ФПГ, ФКГ и температуры кожи с частотным и временных анализом зарегистрированных биоритмов отдельных систем наблюдаются изменения в области низких частот ритмических колебаний. Наиболее отчетливые изменения отмечаются в диапазоне волн третьего порядка. При синхронизации отдельных фаз текущих системных биоритмов наблюдались эффекты реорганизации ритмических процессов и облегчения функций. Исследована динамика межсистемных взаимодействий, соответствующих различным фазам активности ЦНС - состояния спокойного бодрствования и психофизиологической релаксации, а также в состоянии аутогипноза.

In the work it was demonstrated that in MBFB sessions with monitoring of ECG, EEG, EMG, PPG, PCG and skin temperature activities and with frequency and temporary analysis of the registered separate system biorhythms, changes are observed in the low-frequency band of fluctuation. The most well-marked changes are noted within the range of third order waves. When synchronizing the separate phases of current system biorhythm effects of the rhythmical processes the reorganization and function lighten have been observed. Dynamic of intersystem interactions, corresponding different phases of C.N.S. activity: conditions of wakefulness and psychophysiological relaxation and autohypnosis.

Д.А.Бирюков придавал существенное значение тоническим формам деятельности мозга в стабилизации устойчивых функциональных состояний (ФС) (сон-бодрствование, норма-паталогия, адаптация). В его лаборатории экологической физиологии ИЭМ АМН СССР с помощью специальных методов анализировалась структура биоритмов импульсной активности мозга, сердечной деятельности, дыхания и т.д. Им доказано преимущественное значение изменений в области низких и средних частот ритмических колебаний в стабилизации устойчивых состояний организма. Для управления висцеральными функциями организмом выбираются низкочастотные флуктуации параметров физиологических процессов, синхронизирующиеся с низкочастотными флуктуациями доминирующих нейродинамических процессов. Селективная синхронизация является условием для реализации суммационных эффектов в виде устойчивой последовательности компонентов биоритмов [3,5,7].

Вопрос о механизмах поддержания ФС центральной нервной системы (ЦНС), его перестроек в связи с различными специфическими для человека ситуациями - один из наиболее актуальных [6]. Остается много неясного в понимании механизмов взаимосвязи корковых вегетативных процессов и поддержания состояния, необходимого для реализации деятельности на оптимальном уровне.

В настоящее время разработана методика многоканальной биологической обратной связи (МБОС) позволяющая в реальном времени регистрировать биоэлектрическую активность мозга, сердечно-сосудистой системы, скелетной мускулатуры и т.д. [4]. Нами разработаны алгоритмы и программы, обеспечивающие совместную регистрацию, визуализацию и обработку следующих сигналов: температуры, электромиограммы, фотоплетизмограммы, электрокардиограммы, электроэнцефалограммы в различных фазах активности ЦНС - в состоянии спокойного бодрствования, психофизиологической релаксации, а также в состоянии аутогипноза.

В работе использованы данные, полученные в сеансах МБОС у 48 пациентов с психосоматической паталогией на базе МСЧ-168 г.Новосибирска (средний возраст $39\pm 5,7$ лет).

На приведенных рисунках показаны соответствующие различным ФС мозга импульсная активность мониторируемых вегетативных систем для пациента 70 лет с гипертонической болезнью. На всех рисунках приняты следующие обозначения: ecg - амплитуда R-зубца электрокардиограммы, ppg(avg) - усредненное за кардиоцикл значение фотоплетизмограммы, ppg - разность максимального и минимального значения фотоплетизмограммы за кардиоцикл (пульсограмма), emg - усредненное за кардиоцикл значение электромиограммы (мышечный тонус), temp - температура кожи рук, alpha, theta - амплитуда альфа- и тета-волн электроэнцефалограммы на интервале кардиоцикла.

На рис. 1 показаны мониторируемые сигналы в ФС спокойного бодрствования. Наблюдаются физиологические колебания температуры и мышечного тонуса, явлений межсистемной синхронизации нет.

**Рис. 1:**
$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig1.gif} \end{center}\end{figure}$

На рис. 2 показана первая стадия обучения саморегуляции, ФС психофизиологической релаксации. Наблюдается снижение тонуса скелетной мускулатуры, увеличение температуры рук, что приводит к адаптивным колебаниям артериального давления (АД) и тонуса сосудов (спазмы) с последующим падением температуры рук.

**Рис. 2:**
$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig2.gif} \end{center}\end{figure}$

На рис. 3 - первая стадия обучения саморегуляции, ФС психофизиологической релаксации. Возникают периоды ФС аутогипноза с активацией тета-ритмов и синхронизации регистрируемых сигналов. Уменьшается размах фотоплетизмограммы, температура рук при спазмах сосудов не снижается.

**Рис. 3:**
$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig3.gif} \end{center}\end{figure}$

Рис. 4 иллюстрирует вторую стадию обучения, ФС аутогипноза. Наблюдается активизация тета-ритма, синхронизация его с сигналами ECG, EMG и PPG в режиме ритмов третьего порядка. Температура не снижается после периодически, в ритме третьего порядка, наступающих спазмов сосудов.

**Рис. 4:**
$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig4.gif} \end{center}\end{figure}$

Использование разработанных алгоритмов и программ позволило установить ряд соотношений между перечисленными выше сигналами на этапах саморегуляции 48 пациентов.

С ростом температуры, как правило, растет среднее значение фотоплетизмограммы.

На первом этапе обучения саморегуляции колебания температуры повторяют колебания размаха фотоплетизмограммы с точностью до временного сдвига.

На втором этапе обучения, когда достигается значительный прирост температуры в сеансах саморегуляции, размах фотоплетизмограммы (разница между максимальным и минимальным значением на кардиоцикле) уменьшается и не оказывает влияния на температуру. Возможно, это связано с усилением мозговой активности в диапазоне тета-ритма.

Энтропия распределения значений фотоплетизмограммы возрастает, если возрастает размах фотоплетизмограммы и уменьшается, если уменьшается размах фотоплетизмограммы.

При значительном увеличении температуры и глубокой релаксации на втором этапе обучения наблюдается синхронизация мониторируемых сигналов. Под синхронизацией сигналов здесь мы понимаем совпадение (с точностью до временнОго сдвига) моментов их локальных экстремумов.

При значительном увеличении температуры и глубокой релаксации наблюдаются минутные ритмы третьего порядка всех регистрируемых параметров. Наиболее отчетливо такие ритмы выражены в спектре мощности энцефалограммы, соответствующем диапазону тета-волн.

Установленные соотношения между сигналами позволяют сделать некоторое заключение о возможных моделях их взаимодействия.

Отмеченные выше свойства температуры, среднего значения и размаха фотоплетизмограммы и энтропии значений фотоплетизмограммы дают основания полагать, что при успешном тренинге кровеносные капилляры максимально расширяются и в дальнейшем мало изменяют свой диаметр. Наблюдаемая синхронизация электрической активности миокарда и размаха фотоплетизмограммы могла бы дать основание для вывода об отключении управляющих воздействий на капилляры. Однако в соответствии с пунктом 6 при успешном тренинге нарастает активность тета-ритма и синхронизация сигналов. Таким образом, более естественным является предположение не об отключении управления капиллярами, а о синхронизации такого управления с минутными ритмами.

Таким образом, подтверждается гипотеза Бирюкова А.Д. о ведущем значении корковых механизмов в формировании адаптивных процессов. Корковая активация, необходимая для обеспечения внимания и реализации деятельности, вовлекает в этот процесс активацию других систем, что известно по многочисленным литературным данным [1,2,4,6,8], и что имеет место в нашем исследовании в виде увеличения амплитуды электрофизиологических коррелятов, согласованных во времени с усилением в диапазоне ритмов третьего порядка импульсной активности сердечно-сосудистой, ЦНС, скелетной мускулатуры в аутогипнотическом ФС. Подтверждается также гипотеза Бирюкова Д.А. о том, что при высокой синхронизации фаз текущих биоритмов различных систем можно наблюдать эффекты облегчения, оптимизации функционирования систем (снижение АД, тонуса поперчно-полосатых мышц).

Возникает естественный вопрос о механизмах и источниках такой синхронизации. Ни один из сигналов, не связанных с тета-ритмом, не может быть ведущим в процессе такой синхронизации, так как до появления активности тета-ритма в минутном диапазоне синхронизация сигналов не наблюдалась. Таким образом, возможны следующие механизмы синхронизации сигналов:

Синхронизация осуществляется теми же структурами головного мозга, которые ответственны за тета-ритм.

Повышение температуры и глубокое расслабление приводит к активизации некоторых других структур, которые в свою очередь активизируют тета-ритм. Здесь возможны варианты: а) дальнейшее управление идет через тета-ритм; б) активизация тета-ритма является побочным следствием активизации этих гипотетических структур, синхронизирующих регистрируемые сигналы.

Наконец, возможны модели резонансного типа, когда синхронизация ряда регистрируемых сигналов приводит к нелинейным эффектам и тем самым к возбуждению тета-ритма.

В настоящее время нами ведутся работы по созданию аппаратуры, алгоритмов и программ, позволяющих уточнить, какая из перечисленных моделей в наибольшей степени соответствует механизмам саморегуляции и оценке влияния волевых усилий пациента на активизацию процессов синхронизации в диапазоне ритмов третьего порядка.

Литература

1

Penaz J. Mayer waves. History and methodology // Automedica, 2, 1978, 135-141.

2

Scheffer G.J. Neuro-cardiovascular control during anesthesia. G.J.Scheffer thesis. Amsterdam, 1990.

3

Бирюков Д.А. Экологическая физиология нервной деятельности. Медгиз, Л., 1960.

4

Василевский Н.Н. Адаптивная саморегуляция функций, ее связь с динамическим управлением эндогенными биоритмами // Журнал эвол. биохимии и физиологии, 4, 1973, 374-382.

5

Василевский Н.Н. Композиционная интеграция нервных процессов в механизмах адаптивной саморегуляции функций и детекции экологически значимых раздражителей // Физиологический журнал СССР им. И.М. Сеченова, 10, 1979, 1401-1407.

6

Илюхина В.А. Проблема функциональных состояний человека с позиции диалектического единства волновых процессов головного мозга, организма и среды обитания // Физиологический журнал СССР им. И.М. Сеченова, 12, 1990, 1720-1729.

7

Климова-Черкасова В.И. О некоторых механизмах адаптивных перестроек функционального состояния мозга человека // Физиологический журнал СССР им. И.М. Сеченова, 10, 1979, 1409-1414.

8

Климова-Черкасова В.И. Параметры центральной нервной системы как показатели интегративных и адаптивных процессов при разных функциональных состояниях мозга // Физиология человека, 4, 1, 1978, 101-111.

Примечание

... БОС-тренинга ¹: Работа поддержана грантом РФФИ N 00-06-080174.

Ваши комментарии

[Головная страница]
[Конференции]
[СО РАН]

© 2001, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 2001, Объединенный институт информатики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт систем информатики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт математики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Новосибирский государственный университет
Дата последней модификации Thursday, 13-Sep-2001 15:31:46 NOVST