DIAGNOSTICS OF PERIODONTITIS ON THE BASIS OF SPECTRAL ANALYSIS OF THE RHYTHMIC ACTIVITY OF BRAIN

Full Text

Введение Современным направлением научных разработок в пародонтологии является объективизация состояния пародонта с привлечением методов, которые могли бы использоваться в практике для ранней диагностики, рассмотрения патологического состояния с системных позиций, прогнозирования и эффективного лечения пациентов [1, 2]. В настоящее время, наряду с основными методами обследования, используются дополнительные, позволяющие в полной мере охарактеризовать степень тяжести патологического процесса в пародонте [3]. Среди них функциональные методы исследования находят все более широкое применение такие, как реопародонтография (РПГ), фотоплетизмография (ФПГ), биомикроскопия, полярография, лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ) и многие другие. Следует отметить, что в литературе практически нет данных о связи пародонтита и биоэлектрической активности головного мозга. Известно, что центральная нервная система (ЦНС) контролирует и объединяет в единое целое множество физиологических функций организма, формирует механизмы анализа и коррекции функциональных расстройств, несет в себе возможности представительства и регулировки висцеральной сферы различных органов [4-6]. Многочисленными работами доказано, что неспецифические ретикулярные структуры мозга создают диффузную «фоновую» ритмическую активность, определяющую единое функциональное состояние коры и эффекторных органов [7-12]. Известен целый ряд обзорных работ о связи ритмов мозга и функционального состояния организма при различных общих и локальных патологических процессах [4, 13, 14]. Мы считаем, что применение предлагаемого метода в совокупности с классическими диагностическими приемами, должно находить выражение в интерпретации клинических особенностей патологического процесса, что позволит повысить уровень диагностики заболевания, определить оптимальную тактику лечения и профилактику пародонтита. Цель исследования - изучение возможности диагностики хронического генерализованного пародонтита (ХГП), выявление специфических диагностических признаков и степения тяжести ХГП на основе регистрации спектрального анализа биоэлектрической активности головного мозга. Материал и методы Впервые разработана технология диагностики ХГП с использованием биоэлектрической активности головного мозга. Дизайн исследования был сформирован на основании требований к «учебному» проекту - предварительное исследование для оценки новой технологии, выделения статистически значимых диагностических признаков, подготовки проекта для более масштабных исследований. Две группы испытуемых - больные (n = 136) и группа сравнения (n = 58) были отобраны без рондомизации. Число пациентов (n) в группе рассчитывалось, иcходя из критериев для популяционных исследований [15] с учетом: p - оценочная распространенность ХГП в популяции (15%); t - желаемый уровень точности исследования (95%); m - предел допустимой ошибки (5%). Критерием включения явилось наличие у пациентов различной выраженности клинических проявлений хронического генерализованного пародонтита (ХГП), обратившихся за пародонтологической помощью в Инновационный стоматологический центр «Аист» г. Владивостока (табл. 1). Критерием исключения для групп явились: отказ подписать информированное согласие на обследование, непонимание разъяснений о проводимых исследованиях. Группу сравнения составили 58 условно здоровых пациентов - 32 женщины и 26 мужчин без видимой патологии пародонта. Комплексное обследование включало опрос, осмотр, сбор анамнеза, регистрацию ритмической активности головного мозга, клиническое стоматологическое обследование с использованием диагностической системы Florida Probe (США), определение индекса нуждаемости в лечении болезней пародонта (CPITN), упрощенного индекса гигиены полости рта (ОНI-s) - Грина-Вермилион, пробы Шиллера-Писарева, а также рентгенологическое обследование - ортопантомография или 3D-компьютерная томография. При объективном осмотре полости рта отмечали особенности прикуса, состояние уздечек языка и губ, имеющихся пломб, ортопедических конструкций. При обследовании слизистой оболочки десен оценивали окраску, рельеф и консистенцию, наличие и характер зубных отложений, наличие кровоточивости и отечности (цианотичности) десен, рецессий десны, степень подвижности зубов. На основании обследования пациентов классическими методами из группы 136 пациентов выделены три подгруппы по степени тяжести развития ХГП - 1, 2, 3-я клинические формы ХГП [16]. Анализ биоэлектрической активности головного мозга осуществлялся с использованием стандартного электроэнцефалографа марки «Нейрон-спектр-1» и специализированного пакета прикладных программ по спектральному анализу ритмической активности головного мозга человека для использования в медицине в целях ранней диагностики патологии внутренних органов. Применялась технология регистрации «глобальной» ритмической активности мозга, спектрального анализа сигнала с узкополосной фильтрацией (8400 частотных гармоник) и большим временем интегрирования (160 сек). Электроды находились в височно-теменных отведениях, симметрично слева и справа. Такая технология позволяла выделять преимущественно длительно текущие, устойчиво активные ритмические компоненты в частотном диапазоне от 0,1 до 27 Гц [4, 13]. При таком способе анализа оценивался частотный профиль осциллирующих элементов неспецифических ретикулярных структур мозга (активирующей системы мозга) как источника восходящей и нисходящей тонической активности, формирующей функциональное состояние различных эффекторов или рефлекторных групп преимущественно висцеральной сферы. Структура осцилляторного ряда обладает частотной специфичностью для контроля каждого вида интерорецепторов [4, 5, 9]. На основе этого свойства частотный ряд был свернут в частотную матрицу «множества функциональных состояний», или «висцером», которая оказалась удобной для диагностики дисфункций и заболеваний внутренних органов, в том числе зубочелюстной системы [2]. Система координат матрицы представляла собой по оси абсцисс 24 тома, или сегмента организма, по оси ординат - модальность висцеральных рецепторов (7 групп по 25 мод в каждой группе) [4, 13]. Математическая обработка результатов проводилась с использованием пакета статистических программ Statistica 6.1. Нормальность распределения признаков проверяли с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Для параметров с ненормальным распределением применяли методы нормирования программы Statistica 6.1. Количественные признаки представлялись в виде среднего значения (Мean), стандартного квадратичнoгo отклoнения (Std.Dev.). Для сравнения групп критерий Стьюдента использовался при условии равенства дисперсий независимых групп сравнения по критерию Левена (t - тест , ≤ 0,05). Результаты исследования В результате спектрального анализа ритмической активности головного мозга и сравнения спектрограмм групп здоровых людей и больных выявлены 4 статистически значимых признака, характерных для ХГП. На рис.1 показаны графики функции F5, отображающие огибающие частотного спектра правого и левого полушария. Величина спектральной оценки выражалась в относительных единицах Ai по шкале ординат от 0 до 1,0 отн. ед. Шкала ординат справа отображает 24 тома - частотных диапазонов в пределах от 0,13 до 27 Гц, условно названных «сегменты» от С1 до K-S5. При суммации 1, 2, 3-й подгрупп пациентов с различной степенью тяжести ХГП был выделен диагностический признак 1, который характеризовался аномальными сегментами С4-5-6, в частотном диапазоне 0,91-0,95 Гц с минимальными значениями амплитуды Ai спектра от 0,032 до 0,016 отн. ед. Признак определялся только для графиков левого полушария (пунктирная линия). Диагностический признак 2 (рис. 2) характеризовался выраженным снижением амплитуды спектральной оценки функций F2-2-4 по 2-3-3 для сегментов С4-5-6 до значений Ai= 0,062-0,047 отн. ед. При этом частотный диапазон составлял отрезок от 8,0 до 7,26 Гц. Признак 2 определялся только для графиков левого полушария (пунктирная линия). Диагностический признак 3 для тех же сегментов обнаружен по функциям от 3-2-5 до 3-3-2 в частотном отрезке 4,03-3,72 Гц. Амплитуда огибающих спектра от 0,47 до 0,64 отн. ед. Признак 3 определялся как для левого, так и для правого полушарий в виде синхронизации огибающих спектра. Диагностический признак 4 (рис. 3) оказался специфичным для разделения 1-3-й групп ХГП по степени тяжести. При наличии воспалительного процесса в сегменте Th12 наблюдалась выраженная асимметрия спектрального рельефа, преобладание правой ветки графиков огибающей спектра над левой. Частотный диапазон 0,96-1,01Гц. Степень тяжести ХГП оказалась связана с выраженностью разности амплитуд правой и левой веток графиков (признаки 4A, 4B, 4C). Для легкой степени ХГП (A) разница была 0,21 ± 0,14 отн. ед.; при средней степени (B) - 0,35 ± 0,15 отн. ед.; при тяжелой степени (C) - 0,78 ± 0,37 отн. ед. Для группы здоровых людей амплитуда спектральной оценки у признака 1 была 0,13±0,06 отн. ед. Амплитуда признака 2 - в 0,17±0,08 отн. ед. Признак 3 - 0,22±0,11. Признак 4-й группы здоровых людей значительно отличался от группы больных преобладанием не правой, а левой ветки огибающей спектра графиков спектральных областей F5-5-1…..5-5-3. Поэтому разница между правой и левой ветками (R-L) приравнивалась к нулю. У больных людей с ХГП разница в преобладании правой ветки графиков над левой составляла для разной степени тяжести от 0,21 до 0,78 отн. ед. Результаты и обсуждение Используя общепринятые методы диагностики ХГП (табл. 2) пациенты были разделены на 3 группы по степени тяжести заболевания [15, 16]: ХГП легкой степени (n = 36), ХГП средней степени (n = 52), ХГП тяжелой степени (n = 48). Группа сравнения без признаков заболевания составила 58 человек. В связи с поставленной целью исследования решались две основные задачи: 1. Найти в спектре ЭЭГ пациентов признаки различия между группой сравнения и группой больных ХГП. 2. Найти в спектре ЭЭГ пациентов признаки различия подгрупп пациентов с ХГП по степени тяжести. Обнаружен признак 1 как депрессия ритма левого полушария в диапазоне частот от 0,91 до 0,95 Гц с амплитудой Ai 0,032 - 0,016 отн. ед. При этом в группе контроля в этом частотном диапазоне Ai составляла 0,13 ± 0,06. Признак 1 достоверно различал больных с ХГП и группу сравнения. Аналогично признак 2 и признак 3, обнаруженные в диапазонах частот соответственно 7,26-8,0 Гц и 3,72-4,03Гц, достоверно различали больных с ХГП и группу сравнения (см. табл. 3). Признаки 1-3 не показали достоверного выделения подгрупп по степени тяжести ХГП. Эти признаки следует использовать как маркеры наличия ХГП. Достоверность отличия групп больных ЭМ и здоровых для каждого решающего правила были статистически подтверждены. Критерий Стьюдента использовался при условии равенства дисперсий групп сравнения по критерию Левена. На основе доверительного коэффициента t с использованием количества степеней свободы или наблюдений определяли коэффициент вероятности ошибки (р) по таблицам Стьюдента-Фишера, при этом p ≤ 0,05. Из сводной табл. 3 видно, что группа практически здоровых людей отличается от больных ХГП значительной разницей амплитуд спектральной оценки признаков 1-3 и преобладанием спектральной активности правого полушария головного мозга над левым по признаку 4. Чем больше в спектральной области 0,96-1,01 Гц по признаку 4 преобладает активность правого полушария (от 0,21 до 0,78 отн. ед), тем выше степень тяжести ХГП. На основании этих оценок каждому из признаков был присвоен вес, который выводится в заключении при превышении заданных порогов. В зависимости от общего веса сработавших правил делалось заключение о наличии или риске развития пародонтита, степени тяжести развития ХГП. При увеличении групп пациентов стоит задача корректно скоррелировать суммарный вес правил со степенью тяжести развития ХГП. Длительный мониторинг группы практически здоровых людей (n = 58), не предъявляющих никаких жалоб показал, что есть небольшая часть людей (n = 11 или 20%), у которых только периодически появлялся признак 4, А, при отсутствии признаков 1-3. Углубленное обследование последних (c положительной пробой Шиллера-Писарева - 2,9 ± 0,14, индексом гигиены OHI-s (Грина-Вермильон) - 1,6 ± 0,09) позволило создать группу риска развития ХГП. Следует отметить, что для более глубокого понимания патогенеза развития пародонтита в свете нейротрофической концепции регуляции органов и тканей со стороны центральной нервной системы на основании исследований, проведенных авторами [2, 4, 5, 13], можно предположить, следующее: - признак 1 - рефлексы системы М-холинорецепторов соединительной и костной ткани зубов; - признак 2 - рефлексы системы альфа-адренорецепторов артериальных сосудов зубов; - признак 3 - рефлексы системы альфаадренорецепторов венозных сосудов зубов; - признак 4 - рефлексы системы М-холинорецепторов цепей метаболизма альдостерона правой почки. Нами показано, что при сравнениии групп пациентов с различной выраженностью клинических проявлений хронического генерализованного пародонтита (n = 136) и условно здоровых без видимой патологии пародонта (n = 58) на основании наличия признаков 1-4 программа распознавала ХГП с чувствительностью 0,82 и специфичностью 0,75. Заключение Таким образом, при спектральном анализе ритмической активности головного мозга в частотном диапазоне от 0,1 до 27 Гц, выделением 8400 спектральных гармоник и временем интегрирования 160 сек достоверно показано, что при наличии у пациента признаков ХГП в спектре ритмической активности ЭЭГ появляются спектральные полосы с повышенной синхронизацией полушарий и аномально низкой амплитудой спектральной оценки Ai в диапазонах частот 0,91-0,95 Гц, 8,0 - 7,26 Гц, и повышенной амплитудой спектральной оценки Ai в диапазоне 3,72-4,03 Гц. Степень десинхронизации и амплитуда асимметрии спектральной оценки диапазона 0,96-1,01 Гц оказалась связана со степенью тяжести ХГП. Полученные данные позволяют определить риск развития пародонтита, диагностировать различные формы по степени ХГП, уточнить патогенез заболевания, что может иметь определенный успех в тактике лечения данной патологии. Предварительное, «учебное», исследование показало, что новый диагностический метод спектрального анализа биоэлектрической активности головного мозга дал положительные результаты и необходимы дальнейшие широкомасштабные исследования с увеличением групп пациентов с ХГП и практически здоровых людей.

About the authors

M. A Polezhaeva

Innovative Dental Care Center «AIST»

690002, Vladivostok, Russia

N. G Shabanova

Innovative Dental Care Center «AIST»

690002, Vladivostok, Russia

G. A Shabanov

International scientific center «ARKTIKA», Far Easten Branch of RAS

690022, Vladivostok, Russia

M. Z Mirgazizov

Institute of Advanced Studies of the Federal Medical and Biological Agency

125371, Moscow, Russia

References

Supplementary files