Distribution of physiological resources and effectivity of purposeful activity of patients with epilepsy

Roman A. Zorin; Зорин Роман Александрович; Yuliya I. Medvedeva; Медведева Юлия Игоревна; Inna S. Kurepina; Курепина Инна Сергеевна; Michail M. Lapkin; Лапкин Михаил Михайлович; Vladimir A. Zhadnov; Жаднов Владимир Алексеевич

doi:10.23888/PAVLOVJ2018263369-379

Распределение физиологических ресурсов и эффективность целенаправленной деятельности у больных эпилепсией

Авторы: Зорин Р.А.¹, Медведева Ю.И.¹, Курепина И.С.¹, Лапкин М.М.¹, Жаднов В.А.¹
Учреждения:
1. ФГБОУ ВО Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова Минздрава России
Выпуск: Том 26, № 3 (2018)
Страницы: 369-379
Раздел: Оригинальные исследования
Статья получена: 22.04.2018
Статья опубликована: 09.10.2018
URL: https://journals.eco-vector.com/pavlovj/article/view/8715
DOI: https://doi.org/10.23888/PAVLOVJ2018263369-379
ID: 8715

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Цель. Изучение распределения физиологических ресурсов при целенаправленной деятельности у пациентов с эпилепсией.

Материалы и методы. Обследовано 70 здоровых лиц и 160 пациентов с эпилепсией. У исследуемых моделировалась целенаправленная деятельность с определением её результативности при помощи теста Шульте-Горбова. В динамике моделируемой деятельности оценивались показатели электроэнцефалограммы и вариабельности сердечного ритма; в исходном состоянии (предшествующем тесту Шульте-Горбова) определялись характеристики зрительных вызванных потенциалов, когнитивных потенциалов Р300, условно-негативного отклонения. Осуществлялось исследование взаимоотношений показателей электроэнцефалографии и характеристик вариабельности сердечного ритма методом корреляционного анализа с использованием рангового коэффициента корреляции Спирмена; проводился сравнительный анализ характеристик вариабельности сердечного ритма и характеристик внешнего дыхания, а также прогнозирование результативности поведения у пациентов с эпилепсией методом логит-регрессионного анализа.

Результаты. Установлено преобладание структурно-метаболических форм эпилепсии в группе пациентов с низкой результативностью деятельности. В низкорезультативной группе пациентов с эпилепсией выявлена большая сопряжённость физиологических показателей и высокий уровень характеристик, отражающих активацию стресс-реализующих систем. Для эффективного распределения пациентов с эпилепсией на группы с различной результативностью потребовалось включение в модель логит-регресии характеристик зрительного вызванного потенциала, когнитивного потенциала Р300 и условного негативного отклонения, что отражает роль афферентных и ассоциативных механизмов в решении данной задачи. Увеличение физиологической «стоимости» и снижение результативности деятельности в группе больных эпилепсией уменьшает её эффективность, что связано с преобладанием структурных форм заболевания.

Заключение. Предполагается роль эпилептогенных зон головного мозга у пациентов с эпилепсией не только в снижении результативности деятельности, но и в избыточной мобилизации физиологических ресурсов и увеличении физиологической стоимости деятельности, что уменьшает её эффективность.

Ключевые слова

эпилепсия, логистический анализ, эффективность деятельности, распределение ресурсов

Полный текст

В интегративной физиологии физиологическая стоимость поведения входит в определение эффективности деятельности [1, 2]. Эффективность деятельности является базовым понятием системного анализа в физиологии и патологии и определяется как отношение между результатом деятельности и её физиологической стоимостью. В патологии термин эффективность деятельности тесно связан с концепциями дефицита полезного приспособительного результата поведения [3], вероятностной организации событий внешней среды и подкрепления, информационной недостаточности различных этапов поведения, моделирования функциональных систем в условиях вероятностно-детерминированной среды и эмоционального стресса [4], при этом снижение эффективности деятельности может быть ключевым фактором, провоцирующим манифестацию патологических процессов. Актуальным является рассмотрение проблемы эффективности деятельности при неврологических расстройствах, в частности, при эпилепсии, что связано с возможностью анализа данного заболевания как с позиции патологических систем, включающих функционально неоднородные структуры нервной системы, объединяющиеся по принципу постоянных и временных связей [5], так и с позиций системной физиологии, характеризующей развитие эпиприступов в связи с функционированием физиологических нейронных ансамблей [6].

Цель настоящей работы – выявление особенностей распределения физиологических ресурсов и физиологической стоимости деятельности у пациентов с эпилепсией и их связи с клиническими характеристиками заболевания.

В соответствии с заявленной целью были поставлены следующие задачи:

выявить различия результативности моделируемой деятельности в группах больных эпилепсией в сравнении с контрольной группой практически здоровых испытуемых;
определить особенности внутрисистемных взаимосвязей в группах исследуемых;
оценить особенности вегетативной регуляции в группах исследуемых;
определить физиологические предикторы результативности деятельности в группах больных эпилепсией методом логистического регрессионного анализа;
выявить различия физиологической стоимости (resourсe allocation) и оценить эффективность деятельности в группах пациентов с эпилепсией.

Материалы и методы

Исследование выполнено на базе ФГБОУ ВО РязГМУ Минздрава России в период 2012-2017 гг. Проведено обследование 70 здоровых лиц (контрольная группа – 40 лиц мужского пола и 30 – женского, средний возраст 33,0 года±0,6 года) и 160 пациентов с эпилепсией с равнозначным распределением по полу (средний возраст 35,1±1,1 года). Группу больных эпилепсией составили пациенты с генетической (n=10), структурной (n=90) и, вероятно, симптоматической (неустановленной этиологии/криптогенной, n=60) эпилепсией вне ремиссии [7]. Исключались из исследования пациенты с грубой патологией респираторной и кардиоваскулярной систем, беременные. Из контрольной группы исключались лица с указанием на пароксизмальные расстройства в прошлом имеющие патологические изменения на электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Исследование одобрено локальным этическим комитетом университета, исследуемыми оформлено информированное согласие.

Тест Шульте-Горбова использован для моделирования функциональной нагрузки и параметрирования результативности деятельности. Запись ЭЭГ выполнена на компьютерном электроэнцефалографе «Нейрон-спектр-3» (Россия) в монополярной коммутации по 19 отведениям (референтные электроды ушные). Проводился спектральный анализ ЭЭГ (определением мощности и частоты тета-, альфа-, бета-1 и бета-2 колебаний), исследование кросскорреляционной функции (определение кросскорреляционных коэффициентов и средней частоты функции) [8].

При исследовании вариабельности сердечного ритма (ВСР) использован прибор «Варикард 2.51» и программа «ИСКИМ 6.0» (Россия), запись электрокардиограммы (ЭКГ) осуществлена в I стандартном отведении. Статистический анализ ВСР включал определение среднего квадратического отклонения (СКО), стресс-индекса или индекса напряжения (ИН), мощности колебаний в диапазоне высоко-, низко- и очень низко частотных колебаний и тотальной мощности (HF, LF, VLF, TP) [9]. Исследование характеристик внешнего дыхания выполнено на спирометаболографическом комплексе «Fitmate Med» (Италия) и ультразвуковом капнографе «КП-01 Еламед» (Россия). Определялись следующие показатели: среднее значение лёгочной вентиляции (ЛВ), частота дыхания (ЧД), уровень кислорода, энерготраты, парциальное давление углекислого газа во время выдоха.

Регистрация зрительных вызванных потенциалов на шахматный паттерн (ЗВП) осуществлялась на программно-аппаратном комплексе «Нейро-МВП» (Россия) при частоте смены стимула 1 в секунду, активные электроды располагались в отведениях O1, O2, Oz; референтный электрод в Fz. Анализировалась латентность пиков N75, P100, N145 и межпиковая амплитуда N75P100, P100N145, N145P200, подэлектродный импеданс составлял менее 5 кОм. Проведена запись эндогенного вызванного потенциала Р300 с отведений Fz, Cz, Pz при воздействии релевантного звукового стимула (высота 2000 Гц) и нерелевантного звукового сигнала (высота 1000 Гц), регистрировался ответ исследуемых в форме нажатия на кнопку пациента. Определялась латентность N2, P3 и амплитуда P2N2, N2P3. Исследование условно негативной волны (УНВ) осуществлялось в условиях подачи предупреждающего (тон высотой 2000 Гц) и пускового (тон высотой 1000 Гц) стимулов. Оценивалась амплитуда волны по отведениям Fz, Cz, Pz [10].

Для статистической обработки применена программа Statistica 10.0. Кластерный анализ включал процедуру k-средних (выделение исследуемых в кластерах). Описательная статистика групп исследуемых предполагала описание среднего значение и 95% доверительного интервала (ДИ). Проводился анализ вариаций (ANOVA) c целью выявления различий между выборками с использованием критерия Фишера (F). Использовались таблицы сопряженности, критерий хи-квадрат (хи²) при сравнении количества пациентов в подгруппах. Для исследования взаимоотношения показателей использован ранговый коэффициент корреляции Спирмена, взаимосвязь считалась статистически значимой при p<0,05.

Для создания модели классификации больных эпилепсией в кластеры с разной эффективностью выполнения теста был использован логитрегрессионный анализ с описанием зависимой переменной (вероятность распределения в группу), свободного члена уравнения, коэффициентов регрессии для независимых переменных, самих независимых переменных (предикторов). В качестве функции потерь использовался метод максимального правдоподобия, методы оценивания Хука-Дживиса; в качестве критерия согласия использовалась статистика хи-квадрат и достигнутый p-уровень; определены отношения шансов для независимых переменных для характеристики их значимости [11].

Результаты и их обсуждение

Выделено 2 группы пациентов с эпилепсией по показателям теста Шульте-Горбова. Первая группа объединила пациентов с быстрым выбором чисел, в том числе при ошибочных ответах, а также меньшим числом ошибок; в группу 2 объединены пациенты с противоположными характеристиками. В связи с этим группу 1 (n=91) мы считали результативной, а группу 2 (n=69) – низкорезультативной (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики нагрузочного теста в исследуемых группах

Характеристики	Пациенты с эпилепсией, группа 1 (среднее, 95% ДИ)	Пациенты с эпилепсией, группа 2 (среднее, 95% ДИ)	Контроль (среднее, 95% ДИ)	F	p
Среднее выбора, с	1,5 (1,4-1,7)	2,2 (2,0-2,3)	1,2 (1,0-1,3)	120	0,001
Интервал после ошибки, с	0,6 (0,3-0,7)	1,9 (1,5-2,0)	0,7 (0,5-1,0)	40	0,001
Интервал до ошибки, с	0,2 (0,1-0,3)	0,9 (0,6-1,1)	0,4 (0,3-0,5)	28	0,001
Количество ошибок, n	0,7 (0,5-0,9)	2,2 (1,7-2,5)	0,8 (0,6-1,0)	26	0,001

Установлено различие клинических характеристик групп больных эпилепсией в выделенных группах: в группе 2 определено большее число больных структурной эпилепсией (43%) по сравнению с группой 1 (74%, хи²=9,8, p=0,002).

Взаимосвязи показателей ЭЭГ и ВСР в группах исследуемых в виде корреляционных плеяд представлены ниже в виде графических моделей. Использованы следующие обозначения: 1, 2, 3 – характеристики спектральной мощности частотных составляющих ЭЭГ в левых лобных и затылочных отведениях; 4, 5, 6 – частотные показатели ЭЭГ в левых лобных и затылочных отведениях; 7, 8, 9, 10 – корреляция ЭЭГ в отведениях F3-F4, О1-О2, F3-C3, P3-O1; 11, 12, 13, 14 – частота кросскорреляционной функции F3-F4, O1-O2, F3-C3, P3-O1; 15, 16, 17, 18, 19 – показатели ВСР: VLF, LF, HF, СКО, ИН; непрерывные линии изображали положительные корреляционные связи, прерывистые линии отражали отрицательные корреляционные связи. Из рисунков исключены парные корреляции, одинаковые во всех группах, в частности корреляции показателей статистического анализа динамического ряда R-R интервалов и спектральных характеристик ВСР.

На рисунке 1 представлена динамика внутрисистемных отношений в группе практически здоровых лиц. В исходном состоянии достоверные корреляции между показателями ЭЭГ и ВСР не определяются, после когнитивной нагрузки выявляются две достоверные корреляционные связи: между частотой альфа-колебаний ЭЭГ О1 и VLF ВСР (R=-0,264, p=0,042), и между внутриполушарной корреляцией Р3-О1 ЭЭГ и VLF ВСР (R=0,274, p=0,039) (рис. 1).

В группе 1 больных эпилепсией исходное состояние характеризовалось высоким уровнем сопряжения физиологических показателей: определялись достоверные корреляции мощности бета-1-колебаний ЭЭГ и показателя LF ВСР (R=-0,223, p=0,026), межполушарной кросскорреляции ЭЭГ в лобных отведениях и показателя СКО ВСР (R=0,278, p=0,012), межполушарной кросскорреляции ЭЭГ в затылочных отведениях и показателя HF ВСР (R=0,347, p=0,001), частоты кросскорреляции ЭЭГ в затылочных отведениях и характеристики ИН ВСР (R=-0,236, p=0,001). После когнитивной нагрузки происходило значительное уменьшение числа достоверных корреляций: выявлена связь межполушарной корреляции ЭЭГ в О1-О2 – HF ВСР (R=0,272, p=0,007) (рис. 2).

Рис. 1. Взаимосвязь характеристик ЭЭГ и ВСР у здоровых лиц

Примечание: на рисунках 1-3 непрерывные линии отражают прямые корреляции, прерывистые линии отражают отрицательные корреляции; обозначение номеров используемых параметров представлено в тексте

Рис. 2. Взаимосвязь характеристик ЭЭГ и ВСР в результативной группе пациентов с эпилепсией

На рисунке 3 представлена динамика изменения взаимосвязей характеристик ЭЭГ и ВСР в группе 2 больных эпилепсией. В исходном состоянии выявлено 4 достоверные корреляционные взаимосвязи: связь частоты тета-колебаний ЭЭГ в левых лобных отведениях и VLF ВСР (R=-0,316, p=0,014), внутриполушарной кросскорреляции ЭЭГ в лобно-центральных отведениях и HF ВСР (R=0,317, p=0,015), внутриполушарной кросскорреляции ЭЭГ в лобно-центральных отведениях и показателя СКО ВСР (R=0,304, p=0,033), частоты кросскорреляции ЭЭГ в левых теменно-затылочных отведениях и показателя СКО ВСР (R=-0,236, p=0,001). После когнитивной нагрузки изменяется структура взаимосвязей, но их число остаётся прежним: выявлены связи мощности тета-колебаний ЭЭГ и LF ВСР (R=-0,266, p=0,043), межполушарной кросскорреляции в затылочных отведениях ЭЭГ и показателя LF ВСР (R=0,287, p=0,031), внутриполушарной корреляции ЭЭГ в левых теменно-затылочных отведениях и показателя СКО ВСР (R=0,270, p=0,043), частоты корреляции ЭЭГ в отведениях Р3–О1 и показателя LF ВСР (R=-0,279, p=0,037).

Рис. 3. Взаимосвязь характеристик ЭЭГ и ВСР в низкорезультативной группе больных эпилепсией

При анализе показателей ВСР определяется достоверно более высокий уровень ИН и снижение вариабельности кардиоинтервалов у больных эпилепсией. В фоновом состоянии выявлено достоверное снижение СКО в группе 2 больных эпилепсией по сравнению с группой 1. Показатели ИН ВСР характеризовались умеренным увеличением во время когнитивной нагрузки и последующим снижением в контрольной группе, а в группах больных эпилепсией 1 и 2 определялся высокий уровень ИН регуляторных систем и после когнитивной нагрузки (табл. 2).

Таблица 2. Динамика показателей ВСР и характеристик внешнего дыхания в группах

Показатели	Пациенты с эпилепсией, группа 1 (среднее, 95% ДИ)	Пациенты с эпилепсией, группа 2 (среднее, 95% ДИ)	Контроль (среднее, 95% ДИ)	F	p
СКО фон, мс	35 (31-38)	29 (26-31)	50 (44-55)	21,6	0,001
ИН фон, усл. ед.	501 (401-601)	575 (378-772)	247 (174-320)	6,5	0,002
СКО когнитивная нагрузка, мс	35 (31-38)	31 (27-34)	42 (37-48)	7,8	0,001
ИН когнитивная нагрузка, усл. ед.	515 (403-626)	541 (365-717)	297 (218-375)	4,1	0,018
СКО после нагрузки, мс	34 (31-38)	30 (26-34)	50 (44-56)	22,7	0,001
ИН после нагрузки, усл. ед.	617 (332-903)	585 (426-744)	223 (163-283)	3,1	0,046
ЛВ после нагрузки, л/мин	8,4 (7,9-8,7)	9,4 (8,7-9,9)	8,3 (7,9-9,1)	3,2	0,040
ЧД после нагрузки, в мин	15,1 (14,3-15,9)	17,0 (15,8-18,0)	14,9 (13,7-15,9)	4,7	0,010

Показатели внешнего дыхания отражали более высокий уровень лёгочной вентиляции у больных эпилепсией в группе 2 после когнитивной нагрузки.

Для прогнозирования распределения пациентов с эпилепсией в группы с различной результативностью деятельности был использован метод логистической регрессии, при этом потребовалось включение в регрессионную модель характеристик ЗВП, когнитивного вызванного потенциала Р300 и УНВ (табл. 3).

Таблица 3. Характеристики модели логит-регрессии для классификации больных эпилепсией в группы с разной результативностью деятельности

Показатели	Коэффициенты регрессии	хи²	p	Отношение шансов
Свободный член	9,0	8,8	0,037	28
Частота альфа-ритма ЭЭГ в О1	-1,0	9,0	0,022	0,71
Кросскорреляция ЭЭГ в F3-F4	-0,36	4,2	0,045	0,69
Межпиковая амплитуда N75P100 ЗВП в отведении Оz	-0,22	8,0	0,036	0,80
Межпиковая амплитуда P2N2 Р300 в Cz	0,04	4,3	0,044	1,04
УНВ в Cz	-0,04	4,2	0,045	0,96
СКО ВСР	-0,02	4,2	0,045	0,98

Сходимость данной модели по критерию хи² =23,5 p=0,0006; оценки параметров статистически значимы. Верная классификация пациентов в группы реализована в 83% в группе 1 и 70% – в группе 2.

При анализе показателей моделируемой деятельности у больных эпилепсией установлено, что их различия связаны как со скоростью реализуемой деятельности, так и с уровнем селективного контроля. Недостаточная результативность ассоциирована с доминированием в группе 2 пациентов со структурной эпилепсией с наличием соответствующей морфофизиологической основы, а также с особенностями интегративной деятельности физиологических механизмов [12].

Динамика внутрисистемных взаимоотношений в группе здоровых лиц и больных эпилепсией оценена при анализе корреляций ЭЭГ и ВСР характеристик во время теста. У здоровых лиц отсутствуют достоверные корреляции в фоновом состоянии, что свидетельствует о низком уровне сопряжения физиологических механизмов и функционального напряжения [13], которое проявляется только после когнитивной нагрузки (это отражают достоверные корреляционные связи после выполнения теста). В группе 1 больных эпилепсией функциональное состояние до выполнения теста характеризуется большим внутрисистемным сопряжением по сравнению со здоровыми испытуемыми, сопряжённость показателей снижается после функциональной нагрузки. Группа 2 пациентов с эпилепсией характеризуется высоким исходным уровнем корреляции ЭЭГ и ВСР данных и сохранением этого явления после нагрузки, то есть высокой внутрисистемной напряжённостью, отражающей высокий уровень физиологических «затрат» при реализации деятельности.

При исследовании механизмов вегетативной регуляции по данным ВСР наибольшая активация эрготропных механизмов как компонента деятельности стресс-реализующих систем [14] определяется при низкой результативности деятельности у больных эпилепсией; данное явление прослеживается на всех этапах моделируемой целенаправленной деятельности. После функциональной нагрузки в группе 2 больных эпилепсией определяется нарастание стресс-индекса. Учитывая данные факты, предполагается неспецифический характер выше указанных взаимосвязей ЭЭГ и ВСР, отражающих нейрофизиологические корреляты дисстресса.

Для решения задачи классификации пациентов с эпилепсией по результативности деятельности, оказалось необходимым включение в модель логистической регрессии характеристик экзогенных вызванных потенциалов, когнитивных потенциалов Р300 и УНВ, что указывает на необходимость учёта в оценке эффективности деятельности не только уровня активности неспецифических механизмов, определяющих стоимость деятельности, но и специфических по отношению к моделируемой деятельности афферентных и ассоциативных механизмов [15]. Классификация исследуемых на группы при этом была проведена достаточно надежно.

Можно говорить о влиянии эпилептогенных зон мозга на узловые механизмы поведения у больных эпилепсией, что приводит к нарушению процессов сравнения параметров реального результата деятельности и его информационной модели, оказывает влияние на избыточную мобилизацию физиологических ресурсов и увеличение физиологической стоимости деятельности даже при снижении её результативности и ассоциировано со снижением эффективности деятельности при эпилепсии.