CHARACTERISTIC OF BRAIN ELECTROBIOLOGICAL ACTIVITY IN ELDERLY WOMEN WITH DIFFERENT LEVEL OF COGNITIVE DISORDERS

Full Text

Нарушения памяти и других когнитивных функций являются весьма частыми проявлениями старения. Действительно, с возрастом в головном мозге происходит ряд закономерных изменений, которые предрасполагают к ухудшению когнитивных функций. Так, в процессе старения уменьшается масса мозга, снижается нейрональная пластичность, может формироваться негрубый перивентрикулярный лейкоареоз преимущественно передней локализации, развивается легкая нейротрансмиттерная недостаточность [13]. Однако естественные возрастные изменения затрагивают строго определенные аспекты когнитивной 51 деятельности: скорость реакции, концентрацию внимания, способность выполнять несколько дел одновременно, интеллектуальную гибкость [1, 3, 4, 11], т. е. в терминологии А. Р. Лурии - нейродинамику высшей психической деятельности. Эти изменения начинаются в возрасте 35-40 лет, носят практически стационарный характер и в большинстве случаев не имеют клинической значимости [6, 23]. По данным Всероссийского эпидемиологического исследования, когнитивные нарушения различной степени выраженности выявляются приблизительно у 70 % пациентов старше 60 лет, которые Ментальная экология Экология человека 2016.10 обращаются в поликлинику к неврологу по какой-либо причине. Увеличение доли лиц пожилого и старческого возраста в популяции делает проблему когнитивных нарушений чрезвычайно актуальной [5, 12]. Также когнитивные нарушения довольно часто сопровождают различные органические поражения центральной нервной системы и могут являться первыми признаками развития тяжелой органической патологии еще до клинической ее манифестации. К сожалению, данные состояния зачастую остаются не замеченными вовремя. Основными причинами когнитивных нарушений являются: нейродегенеративные, сосудистые, дис-метаболические, нейроинфекционные, демиели-низирующие, ликвородинамические заболевания, черепно-мозговые травмы и опухоли. Многие из этих заболеваний поддаются лечению. Очевидно, что более раннее выявление когнитивных расстройств, на стадии недементных когнитивных нарушений, актуально для проведения эффективной терапии [5]. Своевременная диагностика когнитивных нарушений, до формирования синдрома деменции, способствует более раннему назначению патогенетической терапии, замедлению или приостановке прогрессирования нарушений познавательных функций. Для оценки когнитивных функций в современных исследованиях применяются в основном психологические тесты. Однако данные методы достаточно субъективны. В связи с этим все большее применение в оценке функциональной организации когнитивных функций играют методы функциональной нейровизуализации, к числу которых относится электроэнцефалография. Исходя из этого целью нашего исследования явилось выявление особенностей биоэлектрической активности головного мозга у женщин пожилого возраста с различным уровнем когнитивных нарушений. Методы В исследовании принимали участие 90 женщин в возрасте 60-75 лет. Обследуемых выбирали на добровольной основе. От всех женщин было получено информированное согласие на участие в исследовании. Критериями исключения являлись нарушения мозгового кровообращения, психические заболевания, черепно-мозговые травмы и хронические заболевания в стадии декомпенсации. Всем исследуемым была проведена диагностика когнитивных функций с использованием экспресс-методики, разработанной Н.К. Корсаковой с соавт. [8] Данная методика включает в себя 12 заданий для оценки в баллах слухоречевой памяти, зрительно-пространственных деятельности и памяти, возможности избирательной актуализации из памяти различных событий, а также для оценки процессов вербального мышления. По ее результатам все обследуемые были поделены на три группы. В первую группу (контрольную) вошли лица (30 человек), набравшие 14 баллов и менее, что соответствует нормальному состоянию когнитивных функций, средний возраст их 64 года. Вторую (29 человек) составили лица с суммой баллов от 15 до 19 с легкими когнитивными нарушениями (ЛКН), средний возраст 66 лет, третью (31 человек) - лица, набравшие более 19 баллов, с умеренными когнитивными нарушениями (УКН), средний возраст 66 лет. Для регистрации биоэлектрической активности головного мозга использовали 128-канальную систему GES-300 (США) со шлемом GSN. Электроэнцефалограмму (ЭЭГ) регистрировали в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми (3 мин) и открытыми (1 мин) глазами. Для анализа ЭЭГ использовали данные 70 стандартных отведений, выбранных в соответствии с международной схемой «10-10». Для количественной оценки ЭЭГ использовали спектральный анализ с преобразованием Фурье. Для анализа выделяли безартефактные отрезки фоновой записи ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами длительностью 1 минута. Спектр анализировали по дельта- (0,5 3,5 Гц), тета- (3,5-7,0 Гц), альфа1- (7,0- -1,0 Гц) альфа2- (11,0-13,0 Гц), бета1- (13,0-16,5 Гц) и бета2- (16,5-20,0 Гц) диапазонам. В каждом частотном диапазоне оценивали абсолютную спектральную мощность (АСМ) и индекс ритма. Статистический анализ осуществлялся с использованием пакета программ SPSS 21.0 for Windows. Каждый исследуемый показатель проверяли на нормальность распределения при помощи крите-рия Шапиро - Уилка. Для описания применяли медиану (Me) и 1-й и 3-й квартили (Q1, Q3). Различия между показателями выявляли, используя непараметрический критерий Краскела - Уоллиса с уровнем статистической значимости p < 0,017. Затем применяли критерий Манна - Уитни для двух независимых выборок. Критический уровень статистической значимости (p) при проверке гипотез принимали < 0,05. Результаты По данным спектрального анализа в состоянии покоя у женщин с легкими когнитивными нарушениями при сравнении с женщинами контрольной группы выявлено снижение мощности в центральных и теменнозатылочных областях по альфа- (p = 0,049) (табл. 1) и бета- (p = 0,049) (табл. 2) диапазонам. При этом для лиц третьей группы характерны более низкие значения АСМ альфа-диапазона в лобной и теменноцентральной областях (p = 0,039) и мощности бета-диапазона - в лобных областях (p = 0,047). Также у женщин с умеренными когнитивными расстройствами обнаружено повышение мощности дельта-диапазона (табл. 3) в теменно-височно-затылочной области (p = 0,028), а также мощности тета-диапазона (табл. 4) в центральной области (p = 0,05). В результате анализа индекса мощности ритма выявлено, что в группе женщин с УКН при сравнении с контрольной группой индекс дельта-активности 52 Экология человека 2016.10 Ментальная экология Таблица 1 Выраженность спектральной мощности (мкВ2) альфа-ритма у женщин с нормальными когнитивными функциями (КФ), с легкими и умеренными когнитивными нарушениями, Me (Q1-Q3) Отведение Группа с нормальными КФ Группа с ЛКН Группа с УКН Р Р Р 1 2 3 1-2 1-3 2-3 Альфа-ритм FT8 3,1 (2,5-5,4) 2,1 (0,8-3,9) 1,8 (0,7-4,6) 0,047 0,071 0,700 C2 0,4 (0,05-1,0) 0,08 (0,03-0,3) 0,2 (0,03-0,58) 0,007 0,196 0,165 C4 1,5 (0,58-3,5) 0,58 (0,3-1,97) 0,94 (0,48-2,22) 0,017 0,143 0,283 C6 2,0 (1,0-5,7) 1,08 (0,62-2,84) 1,3 (0,63-2,38) 0,024 0,061 0,703 CP1 0,18 (0,11-0,74) 0,3 (0,07-0,6) 0,43 (0,15-1,15) 0,743 0,077 0,044 CP2 0,7 (0,3-2,5) 0,3 (0,16-0,75) 0,6 (0,27-1,35) 0,010 0,176 0,149 CP4 2,5 (1,2-5,1) 0,83 (0,5-2,6) 1,3 (0,6-2,2) 0,007 0,025 0,518 CP6 2,8 (1,5 - 6,8) 1,3 (0,7-2,6) 1,8 (0,7-2,6) 0,014 0,029 0,873 P1 1,6 (0,49-5,39) 1,2 (0,56-2,1) 2,8 (0,8-5,06) 0,500 0,22 0,021 P8 3,7 (1,7-15) 2,3 (1,3 - 8,3) 2,3 (1,21-6,7) 0,049 0,129 0,608 P6 3,0 (1,1 -9,2) 1,2 (0,6-2,9) 1,9 (0,66-4,57) 0,050 0,265 0,388 P10 5,0 (2,2-15,9) 2,4 (1,1 - 8,9) 3,03 (1,44-12,27) 0,049 0,385 0,262 PO3 1,77 (0,85-7,6) 1,8 (0,8-2,96) 3,4 (1,5-8,4) 0,508 0,243 0,032 PO8 5,7 (2,3-15,7) 2,3 (1,3 - 8,3) 2,7 (1,96-8,9) 0,047 0,210 0,377 TP8 2,9 (1,4 - 7,2) 1,98 (097-3,14) 1,9 (0,8-3,4) 0,028 0,039 0,978 F4 2,08 (1,03-3,4) 1,2 (0,51-2,5) 0,7 (0,001-2,7) 0,138 0,014 0,264 FC5 1,7 (0,66-3,07) 1,3 (0,6-1,8) 2,0 (0,9-4,7) 0,279 0,396 0,045 AF7 1,5 (0,79-2,4) 2,04 (1,17-3,47) 2,6 (1,73-9,24) 0,072 0,011 0,310 TP10 4,4 (3,0-13) 2,9 (1,4 - 7,6) 3,9 (2,3-10,5) 0,031 0,282 0,276 O2 3,6 (1,7-12,3) 1,9 (0,9-5,7) 2,6 (1,51-7,86) 0,037 0,529 0,139 Примечание. Жирным шрифтом отмечены уровни значимости < 0,05. Таблица 2 Выраженность спектральной мощности (мкВ2) бета-ритма у женщин с нормальными когнитивными функциями, с легкими и умеренными когнитивными нарушениями, Me (Q1-Q3) Отведение Группа с нормальными КФ Группа с ЛКН Группа с УКН Р Р Р 1 2 3 1-2 1-3 2-3 Бета-ритм FC5 0,39 (0,21-0,68) 0,32 (0,2 - 0,5) 0,6 (0,3-1,0) 0,604 0,162 0,05 P1 0,4 (0,29-0,69) 0,37 (0,2 - 0,5) 0,6 (0,3-0,9) 0,222 0,367 0,05 P6 0,6 (0,3-0,8) 0,3 (0,2 - 0,5) 0,4 (0,18-0,85) 0,04 0,367 0,278 P3 0,44 (0,19-0,87) 0,31 (0,18-0,6) 0,6 (0,3-1,0) 0,109 0,501 0,013 P7 0,7 (0,4-1,0) 0,4 (0,3-0,6) 0,7 (0,4-1,3) 0,02 0,654 0,015 P9 0,7 (0,5-1,2) 0,5 (0,4-0,8) 0,9 (0,47-1,3) 0,05 0,684 0,038 PO3 0,41 (0,25-0,69) 0,3 (0,18-0,53) 0,5 (0,3-1,05) 0,186 0,177 0,012 O1 0,61 (0,39-1,01) 0,45 (0,37-0,8) 0,9 (0,37-1,2) 0,106 0,478 0,041 FC2 0,16 (0,07-0,5) 0,08 (0,04-0,2) 0,13 (0,04-0,30) 0,032 0,208 0,424 C5 0,6 (0,3-1,0) 0,4 (0,3-0,6) 0,5 (0,26-0,92) 0,03 0,631 0,274 CP2 0,23 (0,1 -0,4) 0,13 (0,06-0,2) 0,14 (0,08-0,2) 0,02 0,101 0,491 CP4 0,5 (0,2-0,8) 0,3 (0,2 - 0,5) 0,34 (0,20-0,58) 0,009 0,112 0,321 CP6 0,5 (0,3-0,7) 0,3 (0,2 - 0,5) 0,5 (0,20-0,68) 0,028 0,46 0,248 TP9 0,86 (0,6-1,3) 0,6 (0,4 - 0,7) 1,03 (0,4-1,62) 0,049 0,755 0,125 F3 0,95 (0,6-1,7) 0,7 (0,5 -1,5) 0,6 (0,3-1,04) 0,308 0,047 0,217 AF7 1,6 (1,2-2,8) 1,16 (0,85-2,4) 1,1 (0,6-1,8) 0,176 0,035 0,167 CP2 0,11 (0,05-0,3) 0,06 (0,03-0,2) 0,05 (0,02-0,12) 0,107 0,026 0,657 статистически значимо (р = 0,035) выше практически по всем отведениям (рисунок). По индексу тета-активности статистически значимых различий между группами не наблюдалось. По данным индексометрического анализа преобладания альфа- и бета-ритмов отмечено, что в группах с нарушениями когнитивных функций данный показатель статистически значимо более низкий (р = 0,043, р = 0,05) в сравнении с контрольной группой. Так, нами обнаружено смещение индекса мощности электроэнцефалограммы в сторону медленноволновых ритмов у лиц с когнитивными расстройствами. 53 Ментальная экология Экология человека 2016.10 Таблица 3 Выраженность спектральной мощности (мкВ2) дельта-ритма у женщин с нормальными когнитивными функциями, с легкими и умеренными когнитивными нарушениями, Мє (Q1-Q3) Отведение Группа с нормальными КФ Группа с ЛКН Группа с УКН p p p 1 2 3 1-2 1-3 2 - 3 Дельта-ритм FT7 11,7 (5,76-22,84) 10,5 (5,2-19,2) 13,6 (9,8-42,5) 0,381 0,092 0,017 С2 2,5 (1,36-6,03) 2,4 (1,2 - 6,03) 6,14 (1,9-11,8) 0,658 0,191 0,04 С3 6,4 (2,83-10,27) 5,6 (2,7-10,1) 9,8 (5,3 - 19,1) 0,646 0,064 0,016 C4 4,8 (2,7-6,5) 4,4 (2,1 - 10,2) 8,7 (2,9-18,8) 0,980 0,050 0,042 С5 5,2 (3,9-15,3) 7,1 (3,4-16,2) 10,9 (7,2-35,8) 0,896 0,02 0,034 CP3 5,1 (3,2-18,8) 6,1 (2,8-10,5) 7,95 (5,3-15,0) 0,833 0,082 0,05 СР4 4,9 (3,06-11,) 3,8 (2,2 - 10,7) 7,9 (3,7-15,7) 0,342 0,185 0,041 СР5 6,8 (3,0-13,0) 8,04 (3,6-11,7) 12,9 (6,8-23,1) 0,819 0,028 0,02 РО3 8,3 (3,4-12,9) 7,1 (4,03-12,9) 16,6 (6,2-41,3) 0,833 0,009 0,007 О1 9,8 (6,0-19,2) 9,09 (5,6-14,8) 17,6 (10,1-39,8) 0,686 0,016 0,003 Oz 9,2 (5,1-21,2) 9,07 (5,9-22,7) 17,3 (9,59-49,8) 0,781 0,01 0,011 O2 8,5 (5,7-19,2) 9,6 (5,7 - 17,6) 15,3 (8,8-29,2) 0,870 0,024 0,032 T9 9,8 (7,03-27,1) 11,7 (7,8-17,1) 20,6 (10,3 - 54) 0,836 0,030 0,013 TP10 9,25 (5,7-17,04) 11,2 (6,5-19,3) 20,2 (6,7-44) 0,974 0,062 0,038 P5 8,7 (3,9-12,07) 6,8 (4,0-10,1) 12,9 (6,0-25,8) 0,312 0,064 0,02 P9 9,1 (6,8-20,7) 9,7 (6,6-19,2) 13,4 (8,8-41,4) 0,935 0,059 0,029 P7 8,22 (5,7 - 18,1) 7,7 (5,3 - 12,6) 13,3 (8,09-29,3) 0,935 0,058 0,006 P3 6,7 (4,1 - 14,8) 5,6 (3,7-10,1) 9,5 (6,5-26,7) 0,422 0,071 0,004 P6 6,03 (3,5 - 11,3) 6,0 (2,9-9,06) 8,2 (4,6-15,3) 0,611 0,132 0,042 P10 12,3 (6,1-24,1) 8,7 (5,7 - 15,9) 12,6 (6,9-38) 0,387 0,283 0,048 POz 6,5 (3,5-12,6) 7,02 (3,6-11,6) 11,3 (8,2 - 32,04) 0,935 0,010 0,012 PO7 9,7 (6,5-18,5) 9,8 (6,5 - 18,2) 14,2 (9,03-42,4) 0,973 0,072 0,05 Таблица 4 Выраженность спектральной мощности (мкВ2) тета-ритма у женщин с нормальными когнитивными функциями, с легкими и умеренными когнитивными нарушениями, Мє (Q1-Q3) Отведение Группа с нормальными КФ Группа с ЛКН Группа с УКН p p p 1 2 3 1-2 1-3 2 - 3 Тета-ритм FT7 1,8 (1,25 - 3,25) 1,8 (0,85-2,8) 2,2 (1,3-4,7) 0,582 0,163 0,044 PO3 1,3 (0,8-2,9) 1,34 (0,76-2,6) 2,2 (1,4 3,5) 0,943 0,023 0,025 C3 0,87 (0,5-1,8) 0,76 (0,4-1,5) 1,4 (0,8 -1,9) 0,787 0,067 0,042 FC5 1,24 (0,72-2,45) 1,1 (0,7-1,96) 1,8 (1,04 - 3,09) 0,522 0,135 0,031 FC3 0,8 (0,5 -1,4) 0,7 (0,4 - 1,73) 1,05 (0,8-2,0) 0,708 0,05 0,157 C1 0,15 (0,08-0,3) 0,26 (0,9 - 0,74) 0,3 (0,14-0,8) 0,314 0,037 0,271 CP3 0,8 (0,5 -1,7) 0,88 (0,5-1,57) 1,2 (0,7-2,4) 0,836 0,035 0,097 Обсуждение результатов В результате спектрального анализа ЭЭГ было выявлено увеличение мощности медленноволновых ритмов у лиц с умеренными когнитивными нарушениями. Данное повышение мощности, возможно, Распределение индекса мощности (%) у женщин с нормальным уровнем когнитивных функций (норма), с легкими (ЛКН) и умеренными (УКН) когнитивными нарушениями свидетельствует о снижении уровня активации коры, обусловленном дефицитом функционирования активирующих систем ствола [14, 17]. Высокая мощность дельта-ритма указывает на низкую активность холинергической нейротрансмиттерной системы [15]. 54 Экология человека 2016.10 Ментальная экология Патологически высокая дельта-активность может рассматриваться как показатель биохимических нарушений и патологических процессов в головном мозге [16]. Повышение мощности колебаний дельтадиапазона также можно объяснить прогрессирующим нарушением кортикальных связей в результате замедления проведения нервных импульсов по корковоподкорковым проводящим путям [22]. Отмечено, что при патологическом ментальном старении усиление мощности тета-ритма положительно коррелирует со степенью атрофии гиппокампа [14]. Об этом свидетельствуют данные об увеличении мощности медленноволновых дельта- и тета-ритмов у лиц с болезнью Альцгеймера [18], с одной стороны, и о связи между выраженностью медленных ритмов и снижением способности к обучению - с другой [19]. Отмечено также снижение спектральной мощности колебаний альфа- и бета-диапазона у лиц с легкими и умеренными расстройствами когнитивных функций. Спектральные характеристики альфа-активности, по данным литературы, слабо коррелируют с уровнем интеллекта, но сам альфа-ритм является производным когнитивной активности, поэтому снижение его мощности у лиц второй и третьей групп по сравнению с контрольной можно рассматривать как отражение более низкой когнитивной активности [7]. Колебания биоэлектрической активности альфа-1-диапазона связаны с вниманием и сложностью предъявляемого задания, тогда как колебания альфа-2-диапазона является нейрофизиологическим коррелятом сложной семантической памяти [20]. Более низкие значения спектральной мощности альфа-диапазона, вероятно, указывают на изменения в стволовых и диэнцефальных структурах головного мозга (атрофия гиппокампа, снижение церебральной перфузии в медиальных отделах височных долей) [2, 21]. Низкая спектральная мощность в бета-диапазоне обусловлена дисфункцией корковых структур. В отличие от низкочастотных ритмов, которые могут иметь как корковое, так и подкорковое происхождение, высокочастотные ритмы считаются корковым феноменом. [9]. Известно, что изменения высокочастотных ритмов ЭЭГ связаны как с восприятием простых стимулов, так и с процессами интеграции составляющих сложных стимулов, вниманием и уровнем бодрствования. При нарушении когнитивных функций происходит сдвиг частоты биоэлектрической активности в сторону медленных волн, уменьшается индекс преобладания быстрых альфа- и бета-ритмов. Считается, что замедление ЭЭГ связано с дисциркуляторными факторами, которые приводят к прогрессивному увеличению количества пограничных с нормой и патологически измененных ЭЭГ [10, 24]. Таким образом, расстройства когнитивных функций находят свое отражение в изменении показателей ЭЭГ. Увеличение спектральной мощности медленноволновой активности указывает на снижение уровня активации коры, обусловленное дефицитом холинергической нейротрансмиттерной системы. Более низкие значения АСМ в альфа- и бета-диапазонах, обнаруженные на ЭЭГ, свидетельствуют об изменениях в стволовых и диэнцефальных структурах головного мозга, а также о возможной дисфункции корковых структур. Работа выполнена в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014-2016 гг., № 2025 Северному (Арктическому) федеральному университету имени М.В. Ломоносова.

About the authors

I N Deryabina

Institute of Medical and Biological Research Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

Email: i.deryabina@narfu.ru
Arkhangelsk, Russia

References

Supplementary files