Влияние газотранспортной системы мозгового кровотока на медленную электрическую активность головного мозга у пациентов с дисциркуляторной энцефалопатией Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

Аннотация научной статьи по клинической медицине, автор научной работы — Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., Медведев Р.Б., Танашян М.М., Шабалина А.А.

Введение. Медленная электрическая активность милливольтного диапазона, или уровень постоянного потенциала (УПП) головного мозга, отличается от других видов электрической активности более тесной связью с церебральными энергетическими процессами. Интенсивный энергетический обмен в мозге увеличивает разность концентраций кислых продуктов по обе стороны гематоэнцефалического барьера, что отражается в более высоком УПП. Доставка кислорода к нейронам зависит от характеристик газотранспортной системы крови и скорости мозгового кровотока . Цель. Проверка гипотезы о наличии зависимости УПП головного мозга от характеристик системы транспорта кислорода крови и мозгового кровотока . Материалы и методы. У 135 больных дисциркуляторной энцефалопатией (ДЭ) определяли количество эритроцитов, содержание гемоглобина, фибриногена и СОЭ в крови. С помощью ультразвуковой допплерографии оценивали линейную скорость кровотока по магистральным артериям головы. Анализировали взаимосвязь показателей крови и скорости кровотока с параметрами УПП, зарегистрированными в лобном, центральном, затылочном по сагиттальной линии и обоих височных отведениях. Результаты. У пациентов с ДЭ обнаружена статистически значимая сопряженность УПП с составляющими газотранспортной системы крови и скоростью мозгового кровотока . Усредненные по всем отведениям значения УПП достоверно различались в группах с высоким и низким уровнем гемоглобина (коэффициент Фишера (F)=5,5; p=0,02), а также корпускулярного гемоглобина (F=7,0; p<0,01). С УПП коррелировала скорость движения крови по внутренней сонной артерии (r=0,37; p=0,003, для УПП в центральном отведении). Значения усредненного по всем отведениям УПП отрицательно коррелировали с СОЭ (r=-0,31; p=0,002) и уровнем фибриногена (r=-0,37; p<0,001). Заключение. Получены доказательства связи УПП с системой транспорта кислорода в мозг. Повышенный уровень гемоглобина и более высокая скорость мозгового кровотока создают условия для более интенсивного потребления кислорода мозгом. Корреляционная связь между характеристиками газотранспортной системы крови , мозговым кровотоком и УПП подтверждает возможность использования медленной электрической активности милливольтного диапазона в клинической и экспериментальной практике как показателя церебрального энергетического обмена.

Influence of the blood gas transport system on brain millivolt scale direct current potentials in patients with vascular encephalopathy

Introduction. Millivolt scale direct current potentials (DCP) registered from human scalp differ from other types of estimated electrical activity by closer association with cerebral energetic processes. Intense energy metabolism in the brain increases the difference between acidic products concentrations on both sides of the blood brain barrier which is reflected by higher DCP. Oxygen consumption of is one of the most important components of cerebral energy metabolism. Delivery of oxygen to neuron depends on the characteristics of blood oxygen transport system and cerebral blood flow . Objective. To test the hypothesis that brain DCP depends of the blood oxygen transport system characteristics and cerebral blood flow . Materials and methods. Erythrocytes number, erythrocyte sedimentation rate, hemoglobin and fibrinogen levels in blood were examined in 135 patients with vascular encephalopathy (VE) Blood flow velocity in major head arteries was estimated using Doppler ultrasound. Associations between blood characteristics and blood flow velocity and the brain DCP, recorded in frontal, central, occipital areas along the midline and in both temporal areas, were determined. Results. Associations between brain DCP and the blood oxygen transport system characteristics as well as the cerebral blood flow velocity were discovered in patients with VE. Averaged values of DCP in all examined areas were significantly different in groups with high and low hemoglobin levels (Fisher coefficient (F)=5.5; p=0.02) and corpuscular hemoglobin levels (F=7.0; p<0.01). The blood flow velocity in the internal carotid artery correlated with DCP in central areas of the head (r=0.37; p=0.003). The values of averaged DCP (over all areas) negatively correlated with blood sedimentation rate (r=-0.31; p=0.002) and fibrinogen levels (r=-0.37; p<0.001). Conclusions. Evidences of the association between DCP and the brain oxygen transport system were obtained. Higher level of hemoglobin and a higher rate of cerebral blood flow promote more intensive rates of brain oxygen consumption. Discovered correlations between the blood oxygen transport system characteristics, cerebral blood flow and brain DCP confirm the potential benefit of using the millivolt range slow brain electrical activity measurement to characterize cerebral energy metabolism in clinical and experimental setting.

Текст научной работы на тему «Влияние газотранспортной системы мозгового кровотока на медленную электрическую активность головного мозга у пациентов с дисциркуляторной энцефалопатией»

Влияние газотранспортной системы мозгового кровотока на медленную электрическую активность головного мозга у пациентов с дисциркуляторной

в.Ф. Фокин, н.в. Пономарева, р.Б. медведев, м.м. танашян, А.А. Шабалина

ФГБНУ«Научный центр неврологии», Москва, Россия

Введение. Медленная электрическая активность милливольтного диапазона, или уровень постоянного потенциала (УПП) головного мозга, отличается

от других видов электрической активности более тесной связью с церебральными энергетическими процессами. Интенсивный энергетический обмен в

мозге увеличивает разность концентраций кислых продуктов по обе стороны гематоэнцефалического барьера, что отражается в более высоком УПП.

Доставка кислорода к нейронам зависит от характеристик газотранспортной системы крови и скорости мозгового кровотока.

Цель. Проверка гипотезы о наличии зависимости УПП головного мозга от характеристик системы транспорта кислорода крови и мозгового

Материалы и методы. У135 больных дисциркуляторной энцефалопатией (ДЭ) определяли количество эритроцитов, содержание гемоглобина, фибриногена и СОЭ в крови. С помощью ультразвуковой допплерографии оценивали линейную скорость кровотока по магистральным артериям головы. Анализировали взаимосвязь показателей крови и скорости кровотока с параметрами УПП, зарегистрированными в лобном, центральном, затылочном по сагиттальной линии и обоих височных отведениях.

Результаты. У пациентов с ДЭ обнаружена статистически значимая сопряженность УПП с составляющими газотранспортной системы крови и скоростью мозгового кровотока. Усредненные по всем отведениям значения УПП достоверно различались в группах с высоким и низким уровнем гемоглобина (коэффициент Фишера (F)=5,5; p=0,02), а также корпускулярного гемоглобина (F=7,0; p<0,01). С УПП коррелировала скорость движения крови по внутренней сонной артерии (r=0,37; p=0,003, для УПП в центральном отведении). Значения усредненного по всем отведениям УПП отрицательно коррелировали с СОЭ (r=-0,31;p=0,002) и уровнем фибриногена (r=-0,37; p<0,001).

Заключение. Получены доказательства связи УПП с системой транспорта кислорода в мозг. Повышенный уровень гемоглобина и более высокая скорость мозгового кровотока создают условия для более интенсивного потребления кислорода мозгом. Корреляционная связь между характеристиками газотранспортной системы крови, мозговым кровотоком и УПП подтверждает возможность использования медленной электрической активности милливольтного диапазона в клинической и экспериментальной практике как показателя церебрального энергетического обмена.

ключевые слова: газотранспортная система крови, мозговой кровоток, уровень постоянного потенциала головного мозга, дис-циркуляторная энцефалопатия.

для цитирования: Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., Медведев Р.Б. и др. Влияние газотранспортной системы мозгового кровотока на медленную электрическую активность головного мозга у пациентов с дисциркуляторной энцефалопатией. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2017; 11(4): 29-35.

Influence of the blood gas transport system on brain millivolt scale direct current potentials in patients with vascular encephalopathy

vitaliy F. Fokin, Nataliya v. ponomareva, Roman B. Medvedev, Marine M. Tanashyan, Alla A. shabalina

Research Center of Neurology, Moscow, Russia

Objective. To test the hypothesis that brain DCP depends of the blood oxygen transport system characteristics and cerebral blood flow.

Materials and methods. Erythrocytes number, erythrocyte sedimentation rate, hemoglobin and fibrinogen levels in blood were examined in 135 patients

with vascular encephalopathy (VE) Blood flow velocity in major head arteries was estimated using Doppler ultrasound. Associations between blood

characteristics and blood flow velocity and the brain DCP, recorded in frontal, central, occipital areas along the midline and in both temporal areas, were

Results. Associations between brain DCP and the blood oxygen transport system characteristics as well as the cerebral blood flow velocity were discovered in patients with VE. Averaged values of DCP in all examined areas were significantly different in groups with high and low hemoglobin levels (Fisher coefficient (F)=5.5; p=0.02) and corpuscular hemoglobin levels (F=7.0;p<0.01). The bloodflow velocity in the internal carotid artery correlated with DCP in central areas of the head (r=0.37; p=0.003). The values of averaged DCP (over all areas) negatively correlated with blood sedimentation rate (r=-0.31; p=0.002) and fibrinogen levels (r=-0.37; p<0.001).

Conclusions. Evidences of the association between DCP and the brain oxygen transport system were obtained. Higher level of hemoglobin and a higher rate of cerebral bloodflow promote more intensive rates of brain oxygen consumption. Discovered correlations between the blood oxygen transport system characteristics, cerebral blood flow and brain DCP confirm the potential benefit of using the millivolt range slow brain electrical activity measurement to characterize cerebral energy metabolism in clinical and experimental setting.

Keywords: blood gas transport system, cerebral blood flow, Millivolt Scale of brain direct potentials, vascular encephalopathy

For citation: Fokin V.F., Ponomareva N.V., Medvedev R.B. et al. [Influence of the blood gas transport system on brain millivolt scale direct current potentials in patients with vascular encephalopathy]. Annals of clinical and experimental neurology. 2017; 11(4): 29-35.

Медленная электрическая активность милливольтного диапазона, или уровень постоянного потенциала (УПП) головного мозга, отличается от других видов электрической активности более тесной зависимостью от церебральных энергетических процессов. Эта связь была показана в многочисленных исследованиях на людях и животных, в основном, посвященных изучению влияния на УПП газовых смесей с разным соотношением кислорода и углекислого газа, гипервентиляции, наркоза и других видов фармакологического воздействия [1-4]. Снижение или повышение энергетического метаболизма, вызываемое разными методами, сопровождалось аналогичными колебаниями УПП. Показано, что этот вид медленной биоэлектрической активности головного мозга прямо не связан с электрической активностью нервных клеток [4]. Известно, что с участием кислорода и глюкозы протекает значительная часть процессов, обеспечивающих церебральный энергетический метаболизм. Значительная роль здесь принадлежит работе газотранспортной системы крови. Основной транспорт кислорода и углекислого газа осуществляется с помощью гемоглобина, который встроен в мембрану эритроцитов, заряженную отрицательно [5, 6]. При старении эритроцитов, а также под влиянием различных молекул, присутствующих в крови, например фибриногена, заряд мембраны снижается, появляется возможность сближения эритроцитов друг с другом с образованием скоплений. Это приводит к ухудшению транспортной функции по доставке кислорода в мозг. Повышается вязкость крови, которая также замедляет эри-троцитарный транспорт [7]. У больных артериальной ги-пертензией с дисциркуляторной энцефалопатией (ДЭ) в большем проценте наблюдений выявлялись сладжирован-ные эритроциты, микротромбы из форменных элементов крови, у них часто наблюдалась дестабилизация липид-ных фракций мембран эритроцитов [8, 9]. Эритроциты имели плоскую форму, что свидетельствовало о снижении их дыхательной поверхности и ограничении выполнения ими дыхательной функции. Газотранспортная функция зависела также и от мозговой гемодинамики [10]. Поэтому мозговой кровоток можно также рассматривать как часть системы транспорта газов крови.

При поступлении кислорода в мозг он участвует в окислительных процессах, приводящих к снижению рН мозга по сравнению с рН крови. Разница рН между артериальной и венозной кровью в норме составляет 0,05 единиц, между ликвором и кровью - почти 0,1. На границе гематоэнце-фалического барьера возникает разность потенциалов, регистрируемая в виде УПП, где потенциал-образующим ионом является ион водорода. Эта гипотеза впервые была выдвинута в 1958 г. Р.Д. Чиржи и Дж.Л. Тейлером и в настоящее время получила ряд дополнительных подтверждений [1, 11]. Поскольку УПП одинаковой формы регистрируется от коры, твердой мозговой оболочки, черепа и скальпа [3], есть все основания полагать, что этот вид медленной электрической активности отражает процессы энергетического метаболизма, происходящие в головном мозге.

Количество кислорода, поступившего в мозг, в значительной мере, определяет интенсивность энергетического метаболизма. Конечные продукты церебрального окислительного процесса влияют на разность потенциалов по обе стороны гематоэнцефалического барьера. Поэтому УПП достоверно увеличивается при стрессе и коррелирует с процессами перекисного окисления липидов [1, 12]. Из-за буферных свойств крови стабильность рН крови в обычных условиях достаточно высока, поэтому основная изменчивость УПП определяется именно церебральным метаболизмом. Это создает предпосылки для оценки энергетического обмена с помощью регистрации УПП [13]. Кровоток по магистральным сосудам головы представляет собой движение в основном поверхностно негативных форменных элементов (эритроцитов), что создает разность потенциалов в кровеносных сосудах, которую также можно зарегистрировать при расположении электродов в проекциях крупных сосудов: верхнего сагиттального синуса, ветвей средней мозговой артерии и т.д. [14].

целью данной работы является подтверждение гипотезы о влиянии газотранспортной системы крови на формирование УПП (т.е., по существу, о связи УПП с аэробным окислением). Если такая связь подтвердится, то по распределению УПП можно будет с определенной вероятностью судить об интенсивности церебрального энергетического метаболизма, особенно в тех случаях, когда невелика доля анаэробного обмена.

Материалы и методы

Нами обследованы 138 больных с дисциркуляторной энцефалопатией (ДЭ) на фоне артериальной гипертонии I—III стадий, из них 111 женщин и 27 мужчин, средний возраст пациентов — 69,6±1,2 лет. Контрольную группу составили 32 практически здоровых человека (20 женщин и 12 мужчин, средний возраст — 64,7±3,4 лет) с отсутствием кардиальной и церебральной патологий и нормальными показателями артериального давления (АД) (менее 140/90 мм рт. ст.). Диагноз ДЭ устанавливался в соответствии с классификацией сосудистых поражений головного и спинного мозга, разработанной в НИИ неврологии РАМН при наличии основного сосудистого заболевания, очаговых неврологических симптомов в сочетании с общемозговыми симптомами: головной болью, головокружением, шумом в ушах, снижением памяти, работоспособности и интеллекта. Все пациенты — правши.

Пациентам обеих групп проводилась регистрация медленной электрической активности головного мозга (уровня постоянного потенциала — УПП). УПП измеряли на 5-ка-нальном приборе «Нейроэнергокартограф» с помощью неполяризуемых хлор-серебряных электродов. Активные электроды размещали на голове, референтный электрод — на запястье правой руки. Расположение электродов: вдоль сагиттальной линии — нижне-лобное (F), центральное (С), затылочное (О) отведения; парасагиттально — правые и левые височные отведения (Td), (Ts). Регистрация проводилась после мероприятий, направленных на элиминацию артефактов электродного и кожного происхождения. Расположение электродов соответствовало международной схеме 10—20, в круглых скобках приведены стандартные топографические обозначения.

Кроме значений УПП в отмеченных областях, нами также рассчитывался усредненный УПП (М) по указанным выше пяти отведениям [1].

С целью изучения взаимосвязи УПП с характером и скоростью кровотока по магистральным артериям головы (МАГ) проводилось их исследование с помощью цветового дуплексного сканирования (Toshiba Viamo). Оценивалась линейная скорость систолического и диастолического кровотока во внутренней сонной (ВСА) и средней мозговой артерии (СМА). Характер и величину систолической линейной скорости кровотока (ЛСК), а также индекс периферического сопротивления в артериях проводили по общепринятой методике с помощью линейного датчика с частотой 5,0—12,0 МГц.

Всем пациентам, помимо стандартных общеклинических лабораторных исследований, было проведено исследование показателей коагулограммы (фибриногена, международного нормализованного отношения и активированного частичного тромбопластинового времени) на автоматическом коагулометре ACL 9000 (Instrumentation Laboratory, США).

Статистическая обработка полученных данных осуществлялась с помощью пакета прикладных программ Statistica-7. Вычислялись средние арифметические и их ошибки, проводился однофакторный дисперсионный и корреляционный анализы, оценивалась нормальность распределения по методу Шапиро—Уилкса.

Уровень гемоглобина в целом по группе составил 134,2±1,1 (N=100) для женщин и 148,2±2,7 (N=27) для мужчин. В группе пациентов с ДЭ 1-й и 2-й стадий СОЭ составила 16,5±0,8 мм/ч (N=103) для женщин и 11,5±1,4 мм/ч (N=26) для мужчин. При этом у 28% женщин и 15% мужчин СОЭ была выше нормы, определяемой величиной 20 мм/ч (соответственно 26,9±1,8 и 24,3±2,4; N=4). Средние значения показателя MCH (Mean Corpuscular Hemoglobin), отражающего среднее количество гемоглобина в одном эритроците, составили 29,8±0,2 пг, что укладывается в границы нормы.

Данные о функциональных связях между различными частями газотранспортной системы и УПП проводилось нами в основном на выборке женщин или смешанной выборке, поскольку количество обследованных мужчин было в 3,5 раза меньше, чем женщин. Проведенный анализ не выявил гендерных различий исследованных показателей.

Уровень гемоглобина коррелировал с количеством эритроцитов (r=0,6974; N=103; p<0,001), а также с показателем MCH (r=0,4491; N=100; p<0,001) у женщин. Также выявлена корреляция между содержанием гемоглобина и уровнем СОЭ (r=—0,3408; N=101; p<0,001) у женщин (рис. 1) и у мужчин (r=—0,4092; N=25; p=0,042).

Для оценки влияния на УПП показателей крови (гемоглобина, показателя отношения количества гемоглобина к числу эритроцитов — МСН) пациенты были разделены на две группы — с более низким (ниже 130 г/л) и более высо-

Корреляция: г = -0,3408; N = 101; р < 0,001 Correlation: г = -0,3408; N = 101; р < 0,001

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 СОЭ мм/ч ESR, mm/h

Рис. 1. Корреляция между содержанием гемоглобина и СОЭ у женщин с ДЭ

Количественные характеристики корреляционной зависимости представлены вверху рисунка. По оси ординат — содержание гемоглобина, г/л

Fig. 1. Correlations between hemoglobin levels and ECR in women with VE

Quantitative parameters of detected correlations are presented on the top of the picture

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎

Аннотация научной статьи по клинической медицине, автор научной работы — Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., Медведев Р.Б., Танашян М.М., Шабалина А.А.

Похожие темы научных работ по клинической медицине , автор научной работы — Фокин В.Ф., Пономарева Н.В., Медведев Р.Б., Танашян М.М., Шабалина А.А.

Influence of the blood gas transport system on brain millivolt scale direct current potentials in patients with vascular encephalopathy