Таблиця 3
Геометричні показники варіабельності серцевого ритму щурів в умовах емоційного стресу
| Показник ВСР | Ex | Трикутний індекс ВСР |
| До іммобілізації | 2,94±0,13 | 2,12±0,11 |
Після 2,5 годин іммобілізації на 1-й день стресу |
3,96±0,47** | 1,68±0,08** |
| Після 4-х днів іммобілізації | 3,00±0,13 | 2,01±0,13 |
Після 2,5 годин іммобілізації на 5-й день стресу |
5,11±1,84 | 1,73±0,09 |
Примітка. ** - p £ 0,01.
Спостерігається зниження показників ДХ, SDSD, ДХ/M(%), V(%), що відображає зміщення симпато-вагального балансу у бік симпатичної ланки.
Нами отримане достовірне зниження загальної потужності спектральних компонентів ВСР у стані іммобілізації, що обумовлюється низхідним впливом вищих вегетативних центрів гіпоталамо-гіпофізарного рівня. Це вказує на перехід управління в режим термінової мобілізації функціональних резервів, на домінуючий вплив центральних механізмів управління на роботу автономних. Спектральна потужність знизилася в усіх частотних діапазонах.
Достовірне зменшення в стресовому стані потужності HF діапазону зі збільшенням відношення LF/HF показує, що парасимпатична активність знизилася з домінуванням симпатичної регуляції.
Наші результати узгоджуються з дослідженнями [Inagaki H. et al., 2004], в яких було встановлено, що моделювання тривожного стану у щурів (використовувалася модель спрямованого струму повітря) веде до зниження потужності HF діапазону. LF і LF/HF вірогідно не змінилися, проте, відношення LF/HF дещо збільшилося. Ці результати підтверджують, що симпатична нервова система стала переважною в автономному балансі в умовах емоційного стресу, парасимпатична активність знизилась.
Стан хронічного стресу включає системні зміни, що є наслідком тривалої іммобілізації. Дані аналізу варіабельності серцевого ритму в умовах вільної поведінки на тлі хронічного стресу відображують стійкі зміни різних ланок регуляції. Так само слід зазначити “страх очікування” повторення іммобілізації, що сам по собі є стресором [Майоров О.Ю., 1989; Inagaki H. et al., 2004]. Слід зазначити розходження в характері реакції автономної нервової системи в різних емоційних станах. Проте, найбільш характерним є збільшення значення симпато-вагального балансу в умовах стресу. Головною причиною цього є збільшення симпатичної активності і/або зниження парасимпатичної активності [Cohen H. et al., 2000; Friedman B.H. et al., 1998]. Ці результати погоджуються зі змінами в параметрах ВСР, що спостерігаються в умовах емоційного стресу в нашому дослідженні й даними літератури [Inagaki H. et al., 2004].
Таблиця 4
Показники спектрального аналізу варіабельності серцевого ритму щурів в умовах емоційного стресу
| Показник ВСР | До іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 1-й день стресу |
Після 4-х днів іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 5-й день стресу |
| TSP, мс2 | 11,84±1,53 | 4,11±0,77** | 11,96±2,08 | 5,43±1,08xx |
| LF, мс2 | 2,44±0,42 | 1,26±0,35 | 2,38±0,64 | 1,81±0,58 |
| LFnorm | 32,62±2,13 | 33,28±3,53 | 36,64±2,61 | 38,36±3,92 |
| HF, мс2 | 4,62±0,75 | 1,78±0,23* | 4,27±0,87 | 2,14±0,30 |
| HFnorm | 67,07±2,19 | 66,72±3,53 | 62,96±2,68 | 63,15±3,79 |
| LF/HF | 0,55±0,05 | 0,64±0,10 | 0,67±0,08 | 0,79±0,18 |
Примітки:
1. * p<0,05; ** ,xx p<0,01 – вірогідність розходжень;
2. * відносно вихідного стану;
3. x відносно стану хронічного стресу (після 4-х днів іммобілізації).
Таким чином, аналіз матиматико-статистичних параметрів варіабельності серцевого ритму дозволив зробити об’єктивну кількісну оцінку напруження систем регуляції щурів на різних етапах формування емоційного стресу. Це в свою чергу дає можливість коректно і диференційовано інтерпретувати новий нелінійний показник динамічних систем мозку по ЕЕГ в умовах гострого та хронічного емоційного стресу.
Оцінка нейродинамічних систем мозку щурів на підставі аналізу нелінійної динаміки ентропії Колмогорова-Сіная по ЕЕГ. Проведено дослідження змін динамічних характеристик ключових коркових і лімбіко-ретикулярних структур мозку, що беруть участь у формуванні адаптивних процесів у статевозрілих щурів-самців лінії Вістар в умовах емоційного стресу за допомогою об'єктивного кількісного показника, нелінійного параметра - ентропії Колмогорова-Сіная (еКС) по ЕЕГ.
У вихідному стані в умовах вільної поведінки середні значення ентропії Колмогорова-Сіная (еКС) в усіх досліджуваних структурах знаходилися у діапазоні 3,14±0,36 – 5,67±0,89 (табл. 5, 6). У неокортикальних ділянках середні значення еКС були в діапазоні 3,14±0,36 – 4,52±0,65. Найбільші значення характерні для окципітальних (4,49±0,45 – 4,52±0,65), парієтальних (3,72±0,4 – 4,13±0,46) та сенсомоторних ділянок (3,94±0,72 – 4,19±0,63). Найменші значення в стані спокійного неспання характерні для фронтальних ділянок мозку (3,14±0,36 – 3,27±0,36).
Таблиця 5
Ентропія Колмогорова-Сіная (еКС) по ЕЕГ коркових структур щурів
у вихідному стані та в умовах іммобілізаційного стресу
| Найменування відведення | До іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 1-й день стресу |
Після 4-х днів іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 5-й день стресу |
| Фронтальна кора (ліва) | 3,27±0,36 | 3,86±0,68 | 4,56±0,97 | 2,77±0,54 |
| Фронтальна кора (права) | 3,14±0,36 | 3,08±0,49 | 4,34±1,49 | 2,32±0,4 |
| Сенсомоторна кора (ліва) | 3,94±0,72 | 3,87±0,74 | 4,03±1,05 | 2,8±0,71 |
| Сенсомоторна кора (права) | 4,19±0,63 | 3,01±0,63** | 3,97±0,87 | 2,35±0,6* |
| Парієтальна кора (ліва) | 4,13±0,46 | 4,85±0,66 | 4,21±0,65 | 4,41±0,54 |
| Парієтальна кора (права) | 3,72±0,4 | 3,95±0,41 | 5,72±0,94* | 3,89±0,58* |
| Окципітальна кора (ліва) | 4,52±0,65 | 4,86±0,64 | 4,46±0,57 | 4,22±0,48 |
| Окципітальна кора (права) | 4,49±0,45 | 4,34±0,37 | 5,19±0,81 | 4,05±0,39 |
Примітка. * - p < 0,05, ** - p £ 0,01 – вірогідність розходжень.
У лімбіко-ретикулярних структурах середні значення ентропії Колмогорова-Сіная були в діапазоні 4,9±0,51 – 5,67±0,89, що значно вище ніж в коркових утвореннях. Найбільш висока еКС виявлена в правому ретикулярному ядрі покришки (5,27±0,59) і правому гіпокампі (5,67±0,89). Найменші значення еКС були виявлені в лівому ретикулярному ядрі покришки (4,9±0,51) і в лівому мигдалеподібному комплексі (4,95±0,46).
Є всі підстави припустити, що означений рівень хаосу відіграє позитивну роль, забезпечуючи мозку “інформаційно-багатий стан” [Elbert T. et al., 1994]. Іншими словами, забезпечує готовність мозку за рахунок здатності до самоорганізації генерувати нову адаптивну активність.
Використання методу [Майоров О.Ю. и др., 2006] визначення затримки (delay) дозволило значно підвищити надійність і повторюваність результатів і, як наслідок, дало можливість одержати діапазон значень еКС по ЕЕГ досліджуваних структур мозку щурів, характерний для тварин в стані спокійного неспання та в умовах гострого і хронічного стресу.
Таблиця 6
Ентропія Колмогорова-Сіная (еКС) по ЕЕГ лімбіко-ретикулярних структур щурів у вихідному стані та в умовах іммобілізаційного стресу
| Найменування відведення | До іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 1-й день стресу |
Після 4-х днів іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 5-й день стресу |
| Гіпокамп дорсальний (лівий) | 5,07±0,32 | 5,20±0,35 | 5,80±1,09 | 4,91±0,33 |
| Гіпокамп дорсальний (правий) | 5,67±0,89 | 5,72±1,03 | 5,59±1,02 | 4,71±0,29 |
| Мигдалеподібний комплекс (лівий) | 4,95±0,46 | 5,26±0,37 | 5,77±0,83* | 4,46±0,58 |
| Мигдалеподібний комплекс (правий) | 5,06±0,36 | 4,82±0,47 | 5,03±0,83 | 5,88±0,54* |
| Ретикулярна формація середнього мозку (ліва) | 4,90±0,51 | 5,65±0,47 | 7,19±0,82** | 5,68±0,50 |
| Ретикулярна формація середнього мозку (права) | 5,27±0,59 | 5,76±0,27 | 7,26±0,81 | 5,81±0,49 |
Примітка. * - p < 0,05, ** - p £ 0,01 – вірогідність розходжень.
Слід зазначити асиметрію цього показника у вихідному стані (табл. 7, 8) – значення еКС у дорсальному гіпокампі, мигдалині і ретикулярній формації середнього мозку праворуч вище відповідно на 11,83 %, 2,22 % і 7,55 %. У коркових ділянках півкуль значення еКС, напроти, ліворуч дещо вище, ніж праворуч: у фронтальній ділянці на 3,98.%, у парієтальній ділянці на 9,93 %, тоді як у сенсомоторній ділянці значення еКС праворуч на 6,35 % вище, ніж ліворуч. Відомо, що функціональна асиметрія сприяє нормальній інтеграційній діяльності мозку.
В умовах гострого емоційного стресу, через 2,5 години від початку першої іммобілізації, спостерігається виражене збільшення еКС у лівих фронтальній, парієтальній і окципітальній ділянках (на 18,04 %, 17,41 % і 7,54 %, відповідно) (табл..5). У структурах лімбічної системи виявлене незначне збільшення еКС в обох дорсальних гіпокампах (на 2,58 % і 0,86 %) і в лівому мигдалеподібному комплексі (на 6,23 %). Збільшення еКС відбувається в обох ретикулярних ядрах покришки (на 15,22 % і 9,25 %) (табл. 6).
Помірне підвищення рівня еКС, виявлене в деяких ділянках і структурах лімбіко-ретикулярного комплексу в умовах гострого емоційного стресу, можна інтерпретувати як активацію захисних механізмів, відображення процесів формування адаптивної активності, пристосування до нових умов – іммобілізації. В стані емоційної напруги в умовах короткочасної іммобілізації підвищуються можливості самоорганізації, збільшується здатність до формування упорядкованих адаптивних дисипативних структур і, отже, здатність до адаптації. Перебування тварин у стані нерухомості привело до різкого зменшення рівня еКС у правій сенсомоторній ділянці на 28,2 % (з 4,19±0,63 до 3,01±0,63, p<0,05), що відображає бездіяльність цієї ділянки мозку в умовах іммобілізації та погоджується з результатами оцінки нелінійних параметрів ЕЕГ під час дослідження довільних рухів людини [Popivanov D. et al., 1999; Dushanova J., 2001].
В умовах короткочасної іммобілізації у щурів зниження еКС в сенсомоторній ділянці та збільшення еКС в лімбіко-ретикулярних структурах може вказувати на зменшення числа інформаційних процесів, що відбуваються у моторній корі при іммобілізації й посилення активності лімбічних структур при гострому іммобілізаційному емоційному стресі.
Слід зазначити асиметрію значень еКС в умовах короткочасової іммобілізації в усіх коркових відведеннях (10,7 % – 22,22 %), при цьому значення були вищі в лівій півкулі (табл. 7).
Таблиця 7
Асиметрія значень еКС коркових структур (у % до лівої півкулі)
| Найменування відведення | До іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 1-й день стресу |
Після 4-х днів іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 5-й день стресу |
| Фронтальна кора (права) | -3,98 | -20,21 | -4,82 | -16,25 |
| Сенсомоторна кора (права) | 6,35 | -22,22 | -1,49 | -16,07 |
| Парієтальна кора (права) | -9,93 | -18,56 | 35,87 | -11,79 |
| Окципітальна кора (права) | -0,66 | -10,70 | 16,37 | -4,03 |
У лімбіко-ретикулярних структурах у дорсальному гіпокампі (на 10 %) і ретикулярній формації середнього мозку (на 1,95 %) значення було вище в правій півкулі і тільки в мигдалеподібному комплексі (на 8,36%) вище ліворуч, ніж праворуч (табл. 8). Достовірна латералізація реакції в умовах гострого емоційного стресу виявлена в мигдалеподібному комплексі (рис. 2), де ліворуч значення збільшилося в середньому на 6,23 %, праворуч знизилося на 4,85 % (p < 0,04).
Для дослідження стійких змін, сформованих під впливом хронічного емоційного стресу, була проведена оцінка рівня еКС після 4-х днів іммобілізації (табл. 5, 6).
Було встановлено, що хронічний емоційний стрес значно впливав на параметри нейродинамічних систем мозку щурів, що знайшло об'єктивне відображення на ЕЕГ і в рівні еКС досліджуваних областей мозку. Стан хронічного емоційного стресу супроводжується підвищеним рівнем еКС, що відображає стадію мобілізації захисних механізмів. Значне збільшення еКС у порівнянні з вихідним рівнем виявлено в лівій і правій фронтальних ділянках кори (на 39,4 % і 38,2 %, відповідно) та в правій окципітальній корі (на 15,6 %). Найбільш сильно еКС збільшується у порівнянні з вихідним рівнем в правій парієтальній ділянці (на 53,8 %). Раніше було виявлено, що парієтальна ділянка при будь-яких емоціях сильніше активується праворуч [Crowne.D.P. et al., 1987; Davidson R.J. et al., 1999]. Права сенсомоторна ділянка практично перестає реагувати на іммобілізацію – рівень еКС майже відновлюється в порівнянні з гострим стресом (він тільки на 5,5 % нижче вихідного). Це також підтверджує її бездіяльність в умовах іммобілізації. У той же час, збільшення еКС в стані хронічного емоційного стресу, викликаного тривалою іммобілізацією, характерне для лімбічних структур лівого мозку. Так, еКС лівого дорсального гіпокампа збільшилася на 14,4 % у порівнянні з вихідним рівнем (при гострому стресі тільки на 2,6 %), у лівому мигдалеподібному комплексі – на 16,6 % у порівнянні з вихідним рівнем (при гострому стресі тільки на 6,3.%). Ще більш виражені зміни відбуваються в правому та лівому ретикулярних ядрах покришки (на 46,7 % і 37,8 %, відповідно) у порівнянні з вихідним рівнем (при гострому стресі тільки на 15,3 % і 9,3 %). В роботі [Белова Т.І., 1989] було показано, що під впливом хронічного емоційного стресу відбуваються морфологічні зміни клітинних структур і підвищення проникнення гемато-енцефалічного бар’єру в області ретикулярної формації середньго мозку. Що ж стосується участі мигдалини в формуванні емоційно-стресових реакцій і тривало утримуваних станів, то на цей рахунок в літературі є багато доказів [Ведяев Ф.П. и др., 1983; Майоров О.Ю., 1988; Коплік Е.В. та ін., 1997; Phelps E.A., 2004].
Таблиця 8
Асиметрія значень еКС лімбіко-ретикулярних структур (у % до лівої півкулі)
| Найменування відведення | До іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 1-й день стресу |
Після 4-х днів іммобілізації | Після 2,5 годин іммобілізації на 5-й день стресу |
| Гіпокамп дорсальний (правий) | 11,83 | 10,00 | -3,62 | -4,07 |
| Мигдалеподібний комплекс (правий) | 2,22 | -8,36 | -12,82 | 31,84 |
| Ретикулярна формація середнього мозку (права) | 7,55 | 1,95 | 0,97 | 2,45 |
Оцінка функціональної асиметрії за середнім рівнем еКС в стані хронічного емоційного стресу виявила регіональні особливості (табл. 7, 8). У коркових утвореннях асиметрія еКС була в діапазоні від –1,48 % до +35,87 %. Найбільша асиметрія еКС спостерігалася в парієтальній ділянці (праворуч більше на 35,87 %).
У лімбіко-ретикулярних утвореннях асиметрія еКС була в діапазоні від –12,82 % до +0,97 %. Найбільш виражена асиметрія була в мигдалеподібному комплексі (праворуч менше на 12,82 %). В інших досліджуваних лімбіко-ретикулярних структурах вона була незначною (менш ніж 5,0 %).
Досліджувалась також реакція мозку на іммобілізацію тварин в стані хронічного емоційного стресу. В умовах іммобілізації на тлі хронічного стресу відбувалося різке зниження еКС, а у деяких утвореннях значення еКС були навіть нижче рівня, характерного для інтактних тварин (табл. 5, 6). Спостерігалося зменшення значень еКС практично в усіх коркових відведеннях. В лівій та правій фронтальних ділянках півкуль значення eКС знизилися на 39,25 % і 46,54 %, відповідно, в порівнянні з рівнем еКС в умовах хронічного емоційного стресу (у порівнянні з вихідним рівнем на 15,29 % і 26,11.%, відповідно). У сенсомоторній корі рівень еКС продовжував знижуватися ліворуч і праворуч на 30,52 % і 40,94 %, відповідно. У парієтальній і окципітальній корі рівень еКС значно знизився праворуч (на 31,95 % і 22 %, відповідно). У лімбіко-ретикулярних структурах зниження еКС спостерігалося в обох дорсальних гіпокампах (на 15,38 % і 15,64 %), ретикулярних ядрах покришки (на 20,99 % і 19,99 %) і лівому мигдалеподібному комплексі (на 22,69 %). Тільки в правому мигдалеподібному комплексі рівень еКС збільшився (на 16,85 %) (рис. 2). Виявлені зміни еКС в умовах іммобілізації на тлі хронічного стресу можуть вказувати на формування домінанти і системного гальмування, які виникають в життєво важливих ситуаціях.
На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що в стані іммобілізації на тлі хронічного емоційного стресу відбувається зниження кількості активних паралельних функціональних процесів у мозку, що відображує процес формування поведінкової домінанти. Зниження еКС може свідчити також про "інформаційно-збіднений стан", тобто відбувається зниження інформаційного резерву, що при значному або тривалому стресовому впливі може привести до "поломок" регуляції.
Оцінка функціональної асиметрії по середньому рівню еКС виявила більші значення у лівих коркових відведеннях, ніж у правих (табл. 7). Тоді як у лімбіко-ретикулярних структурах значення були вище в правій ретикулярній формації середнього мозку і правому мигдалеподібному комплексі. Тільки в гіпокампі у лівій півкулі рівень еКС був більшим, ніж у правій (табл. 8).
Достовірна латералізація реакції на іммобілізацію в умовах хронічного стресу виявлена в парієтальній корі (рис. 2), де праворуч значення знизилося на 31,95 %, а ліворуч збільшилося в середньому на 4,88 % (p=0,004).
Слід зазначити розходження в реакції еКС на іммобілізацію в умовах гострого і хронічного емоційного стресу у правій парієтальній ділянці: +6,08 і –31,95, відповідно (p.< 0,02) і лівому мигдалеподібному комплексі: +6,23 і –22,69, відповідно (p = 0,02) (рис..2), що, імовірно, пояснюється реакцією в інтактному стані та на тлі стійкого хронічного емоційно-стресового стану церебральної нейродинаміки.
Таким чином, нелінійний параметр еКС сигналу ЕЕГ є об'єктивним показником оцінки зміни динамічних характеристик ключових коркових і лімбіко-ретикулярних структур мозку, які беруть участь у формуванні адаптивних процесів в умовах гострого і хронічного емоційного стресу.
На підставі результатів власних досліджень і даних літератури можна зробити висновок, що емоційний стрес приводить до глибоких змін функціональної активності структур лімбіко-кортикальної системи головного мозку, які супроводжуються значним напруженням систем регуляції та суттєвою зміною нейроетологічних показників.
ВИСНОВКИ
Проведено дослідження динамічних систем коркових та лімбіко-ретикулярних утворень мозку щурів за допомогою нелінійного параметру ЕЕГ – ентропії Колмогорова-Сіная в умовах вільної поведінки та на різних етапах формування гострого і хронічного емоційного стресу, що дозволило встановити ефективність такого підходу для вивчення механізмів та кількісної оцінки цих станів, з одночасною оцінкою ступеня напруженості систем регуляції за допомогою аналізу варіабельності серцевого ритму.
Встановлені діапазони значень ентропії Колмогорова-Сіная по ЕЕГ в симетричних ділянках півкуль головного мозку та структурах лімбіко-ретикулярного комплексу для інтактних статевозрілих щурів-самців лінії Вістар в умовах вільної поведінки. Ентропія Колмогорова-Сіная ЕЕГ у цих тварин має регіональні та міжпівкульові розходження. Найбільш високі показники еКС характерні для правої сенсомоторної кори та для обох окципітальних ділянок півкуль. У структурах лімбічної системи найбільш високий рівень еКС виявлений у правих дорсальному гіпокампі, мигдалеподібному комплексі і ретикулярному ядрі покришки. При цьому в коркових ділянках значення еКС вище ліворуч, а у лімбіко-ретикулярних – праворуч.
В умовах гострого емоційного стресу, викликаного короткочасною іммобілізацією, виявлено виражене збільшення еКС у фронтальній, парієтальній та окципітальній коркових ділянках лівої півкулі. У структурах лімбіко-ретикулярного комплексу найбільш виражене збільшення еКС відбувалось в обох ретикулярних ядрах покришки. При цьому відсутність рухомої активності відображується значним зниженням еКС у правій сенсомоторній корі.
Стан хронічного емоційного стресу, викликаний тривалою іммобілізацією, та за даними аналізу ВСР і тесту “відкрите поле”, супроводжується значним підвищенням рівня еКС, що відображує збільшення кількості паралельних інформаційних процесів в динамічних системах мозку, та за даними аналізу ВСР і нейроетологічних показників – підвищений рівень тривожності. У порівнянні з вихідним рівнем найбільш сильно еКС збільшується в правій парієтальній ділянці, обох фронтальних ділянках, ретикулярних ядрах покришки, лівому гіпокампі і лівому мигдалеподібному комплексі.
На фоні хронічного емоційного стресу виявлено зниження величини еКС у досліджуваних коркових і лімбіко-ретикулярних структурах головного мозку, що обумовлено формуванням домінуючих функціональних систем і системного гальмування, які супроводжуються зменшенням паралельних інформаційних процесів в домінуючих нейродинамічних системах, що відображає включення механізмів
8-09-2015, 23:24