Аналіз регіональних і міжкульових відмінностей ентропії Колмогорова-Сіная в умовах гострого і хронічного емоційного стресу. Дослідження особливостей поведінки в тесті "відкрите поле" до початку моделювання стресу та у стані хронічного стресу у щурів.
Аннотация к работе
В даній роботі проведені дослідження параметру, який характеризує динаміку систем мозку в часі, на основі оцінки ентропії Колмогорова-Сіная (ЕКС) по ЕЕГ в умовах спокійного неспання, гострого і хронічного емоційного стресу. Для обєктивної оцінки напруги систем регуляції й рівня емоційного стресу випробуваних тварин проводилася кількісна оцінка нейроетологічних показників у тесті “відкрите поле” [Майоров О.Ю., 1989], а також реєстрація варіабельності серцевого ритму (ВСР) [Mayorov O.Yu., Baevsky R.M., 1999; Баевский Р.М., 2004] на різних етапах формування емоційно-стресового стану. Сучасні методи аналізу варіабельності серцевого ритму дозволяють оцінити міру і механізми адаптації або збій у системах регуляції, використовуючи методи часового аналізу (статистичні і геометричні) та аналізу хвильової структури ритму серця на етапах формування емоційного стресу. Метою цього дослідження було вивчення стану церебральної нейродинаміки на основі оцінки ентропії Колмогорова-Сіная по ЕЕГ та кількісна оцінка напруження систем регуляції серцевого ритму в умовах гострого та хронічного емоційного стресу на основі оцінки варіабельності серцевого ритму щурів-самців лінії Вістар. Відповідно до цілей дослідження вирішувалися наступні завдання: Виявити значення ЕКС по ЕЕГ статевозрілих щурів-самців лінії Вістар характерні для вихідного стану та в умовах гострого і хронічного емоційного стресу.В огляді надано сучасне уявлення про фізіологічні механізми емоційного стресу, дослідження поведінки в умовах стресу на підставі нейроетологічних показників в тесті “відкрите поле” та фізіологічні механізми регуляції серцевого ритму. Використовувалися симетричні коркові і лімбіко-ретикулярні відведення: 1) коркові ділянки - фронтальні, сенсомоторні, парієтальні й окципітальні; 2) лімбіко-ретикулярні структури - мигдалеподібний комплекс, дорсальний гіпокамп (поле СА1), ретикулярна формація середнього мозку (ретикулярне ядро покришки). Для аналізу ВСР використовували загальноприйняті показники: частота серцевих скорочень (ЧСС, уд./хв), мода (Мо, с), амплітуда моди (АМО, %), сигма (у, с), індекс “напруги” (ІН), індекс “тип реакції напруги” (ТРН), варіаційний розмах (ДХ, с), нормований варіаційний розмах (ДХ/M, %), коефіцієнт варіації кардіоінтервалів (V, %), частота дихання (ЧД, дих./хв), показник адекватності процесів регуляції (ПАПР), стандартне відхилення різниць між сусідніми кардіоінтервалами (SDSD, с), ексцес (Ex), трикутний індекс ВСР, загальна потужність спектра (TSP, мс2), спектральна потужність низькочастотного компонента ВСР (LF, мс2), спектральна потужність низькочастотного компонента ВСР в нормованих одиницях (LFNORM, %), спектральна потужність високочастотного компонента ВСР (HF, мс2), спектральна потужність високочастотного компонента ВСР в нормованих одиницях (HFNORM, %), відношення потужності спектра низько-та високочастотного компонента ВСР (LF/HF) [Баевский Р.М., 1984, 2004; Майоров О.Ю., 1988]. Для визначення особливостей поведінки інтактних тварин і їх реакції на перебування в умовах хронічного емоційного стресу оцінювали нейроетологічні параметри в тесті “відкрите поле” [Walsh R.N. et al., 1976]. Усі тварини тестувалися у “відкритому полі” на протязі 6 хвилин двічі: перед початком моделювання емоційного стресу та в останній день досліджень перед іммобілізацією (після чотирьох днів стресування).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. Ентропія Колмогорова-Сіная ЕЕГ у цих тварин має регіональні та міжпівкульові розходження. 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. 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 адаптації та стійкості. Статистичний та спектральний аналіз варіабельності серцевого ритму одночасно з оцінкою нелінійної динаміки ЕЕГ дозволяє отримати обєктивну кількісну оцінку стану організму на різних етапах формування емоційного стресу, що сприяє адекватній інтерпретації нелінійного параметра нейродинамічних систем - ентропії Колмогорова-Сіная.
План
Основний зміст роботи
Вывод
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 адаптації та стійкості. Тільки в правому мигдалеподібному комплексі рівень ЕКС збільшується, відображуючи активацію апарату негативних емоцій.
16
Рівень ентропії Колмогорова-Сіная по ЕЕГ може служити індикатором залучення тих чи інших ділянок мозку в процес формування гострого та хронічного емоційного стресу.
Статистичний та спектральний аналіз варіабельності серцевого ритму одночасно з оцінкою нелінійної динаміки ЕЕГ дозволяє отримати обєктивну кількісну оцінку стану організму на різних етапах формування емоційного стресу, що сприяє адекватній інтерпретації нелінійного параметра нейродинамічних систем - ентропії Колмогорова-Сіная. Виявлено типові характеристики серцевого ритму для різних етапів формування емоційного стресу. В умовах іммобілізації в стані гострого стресу та на тлі змінених під впливом хронічного емоційного стресу властивостей нейродинамічних систем виявлено зсув вегетативного балансу у бік переваги симпатичної активності, зниження варіабельності серцевого ритму, загальної спектральної потужності та потужності в усіх частотних діапазонах. В умовах гострого та хронічного стресу підвищується роль центрального контуру керування в порівнянні з процесами саморегуляції, підсилюється стабілізуючий вплив вищих відділів мозку.
Оцінка нейроетологічних показників щурів після тривалої іммобілізації виявила зміни притаманні стану хронічного емоційного стресу: збільшилися період першого переміщення після того, як тварин помістили в центр поля, час перебування на центральній площадці на початку тесту, тривалість грумінга, зменшилися горизонтальна та вертикальна активність. Кількісна обєктивна оцінка поведінки в тесті “відкрите поле” є ефективною для діагностики стану хронічного емоційного стресу, що сприяє фізіологічній інтерпретації параметрів детермінованого хаосу нейродинамічних систем по ЕЕГ.
Список литературы
1. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Влияние острого и хронического эмоционального стресса на уровень энтропии Колмогорова-Синая ЭЭГ // Експериментальна і клінічна медицина. 2006. № 4. С. 32-37. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
2. Вязовская О.В., Майоров О.Ю. Состояние церебральной нейродинамики в условиях иммобилизационного стресса у крыс на основе оценки энтропии Колмогорова по ЭЭГ // Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія біологія. 2006. Вип. 4, № 748. С. 139-146. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
3. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Оценка напряжения систем регуляции работы сердца в условиях моделирования эмоционального стресса у крыс // Експериментальна і клінічна медицина. 2007. № 1. С. 53-58. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
4. Применение методов нелинейного анализа (детерминистского хаоса) ЭЭГ для оценки состояния нервной деятельности / Майоров О.Ю., Глухов А.Б., Тимченко Л.Н., Следюк Д.В., Козидубова С.М., Прогнимак А.Б., Вязовская О.В. // Компютерна медицина’2004: клінічна інформатика і телемедицина: міжнародна науково-практична конференція. Харків, 27-29 травня 2004 р.; Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Медицина. 2004. Вип. 8, № 617. С. 120-121. (Дисертант брала участь в обговоренні та узагальненні отриманих результатів).
5. Vyazovska O.V. The effects of chronic immobilization on neuroetological parameters in the “open field test” in rats // Stress and Behavior: 9-th Multidisciplinary International Conference of Biological Psychiatry. St-Petersburg, May 16-19, 2005; Psychopharmacology & Biological Narcology. 2005. V. 5, № 2. P. 907.
6. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Применение методов нелинейного анализа ЭЭГ (детерминистского хаоса) для оценки состояния церебральной нейродинамики в условиях хронического иммобилизационного стресса у крыс // Компьютерная Медицина’2005: информационные технологии для клинической практики: научно-практический симпозиум. Харьков, 23-25 июня 2005 г.; Клиническая информатика и телемедицина. 2005. Т. 2, № 1. C. 149. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
7. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Спектральный анализ вариабельности ритма сердца крыс в условиях иммобилизационного стресса // Біологія: від молекули до біосфери: 1 міжнародна конференція молодих вчених. Харків, 21-23 листопада 2006 р.; Тези доповідей. Харків, 2006. C. 65. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
8. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Динамика энтропии Колмогорова по ЭЭГ в условиях острого и хронического эмоционального стресса // Актуальные вопросы теоретической и прикладной физики и биофизики. Физика. Биофизика-2006: Вторая всеукраинская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Севастополь, 17-22 апреля 2006 г.; Материалы конференции. Севастополь, 2006. C. 112-114. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
9. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Вариабельность сердечного ритма в условиях острого стресса у крыс // Біологія: від молекули до біосфери: 1 міжнародна конференція молодих вчених. Харків, 21-23 листопада 2006 р.; Тези доповідей. Харків, 2006. C. 63-64. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
10. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Снижение уровня энтропии Колмогорова-Синая по ЭЭГ сенсомоторной коры крыс в условиях иммобилизации // Инновационные направления в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности: IV Всероссийская с международным участием школа-конференция по физиологии мышц и мышечной деятельности. Москва, 31 января-3 февраля 2007 г.; Материалы конференции. Москва, 2007. С. 40-41. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).
11. Майоров О.Ю., Вязовская О.В. Оценка вариабельности ритма сердца крыс в условиях острого и хронического иммобилизационного стресса // Инновационные направления в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности: IV Всероссийская с международным участием школа-конференция по физиологии мышц и мышечной деятельности. Москва, 31 января-3 февраля 2007 г.; Материалы конференции. Москва, 2007. С. 37-39. (Дисертант виконувала експериментальну частину, аналізувала та узагальнювала отримані результати).