Введение к работе
Актуальность проблемы.
Стресс-реактивность артериального давления (АД) является одной из центральных мер в кардиоваскулярной психофизиологии, а ее аномально высокие значения являются одним из важнейших клинических симптомов такого распространенного психосоматического заболевания, как артериальная гипертония (АГ) (для обзора см. Herd, 1991; Jennings, Zanstra, 2009; Jennings, Heim, 2012). Реакции в виде сильных подъемов АД на аверсивный раздражитель происходят в результате системных изменений активности симпатического и парасимпатического звеньев нервной системы, изменяющих, среди прочих гемодинамических показателей, сердечный выброс и общее периферическое сопротивление сосудов. Это способствует шунтированию крови из внутренних органов к большим мышечным группам для обеспечения метаболической поддержки адаптивного поведения (например, реакций “борьба-бегство”) (Cannon, 1928, 1932; Obrist, 1981; Sapolsky et al., 2000; McEwen, 2007; McEwen, Gianaros, 2010). Однако, в условиях частых повторов, со временем, физиологические траты усиливаются, поэтому чрезмерная кардиоваскулярная реактивность на острые стрессоры ускоряет неадаптивный “износ” (“wear and tear”) мозга и соматических систем, подрывая устойчивость к стрессу и здоровье (McEven, Gianaros, 2010). Вопрос о вкладе вызванных стрессором чрезмерных по амплитуде и/или длительности подъемов АД в риск возникновения АГ и ИБС активно обсуждается в литературе. Данные мета-анализа проспективных когортных исследований свидетельствуют о том, что индивидуальная склонность к чрезмерным реакциям АД, превышающим запросы эмоции или стрессора, предсказывает ускоренное развитие атеросклероза, когнитивного дефицита, АГ и других предшественников ИБС, а также вероятность возникновения инфарктов миокарда и мозговых инсультов (Schwartz et al., 2003; Treiber et al., 2003; Brotman et al., 2007; Brown et al., 2009; Chida, Steptoe, 2010).
В традиционных подходах к изучению стресс-реактивности и риска возникновения АГ и ИБС главное внимание акцентируется на периферических индикаторах реактивности (изменения АД, вариабельности ритма сердца и пр.) и их ассоциациях с будущими заболеваниями. Однако, нейробиологические механизмы взаимодействий в системе “мозг-тело-сознание”, сопрягающие обработку острых стрессоров в ЦНС с периферическими проявлениями кардиоваскулярных реакций и связанные с риском развития АГ и ИБС, до настоящего времени остаются в большой степени неизученными (Soufer et al., 2002; Lovallo, Gerin, 2003; Lane et al., 2009a,b; Lovallo, 2011). Между тем, сведения о механизмах нейровисцеральной интеграции и их нарушениях необходимы для развития ориентированных на функции мозга стратегий стратификации риска возникновения, профилактики и терапии АГ и ИБС (McEwen, Gianaros, 2010; Lovallo, 2011).
Новое направление в решении данной проблемы – анализ сопряжения активности двух базовых мотивационных систем мозга – аверсивной/оборонительной и положительного подкрепления, инициирующих каскады когнитивных, эмоциональных, висцеральных и моторных реакций, с центральными механизмами регуляции кардиоваскулярной реактивности (Lang, Bradley, 2009). Сердечно-сосудистая система является одним из ведущих эффекторов мотивационной активности, а характер облигатных “подстроек” гемодинамики к выбранным программам адаптивного поведения определяется работой механизмов нейровисцеральной интеграции, эффективность которых варьирует в широком диапазоне в норме и нарушается при АГ и ИБС (Thayer, Lane, 2007, 2009; Thayer et al., 2012).
Настоящее исследование посвящено изучению индивидуальной вариабельности механизмов сопряжения осцилляторной активности головного мозга и кардиоваскулярной стресс-реактивности в условиях оборонительного реагирования у здорового человека. Страх и тревога являются важнейшими эмоциональными состояниями, связанными с выживанием. Эти эмоции, вызванные сигналами угрозы, неразрывно связаны с активностью аверсивной/оборонительной мотивационной системы, которая с помощью реакций обездвиженности или активной обороны, готовит организм к конфронтации с угрозой (Lang, Bradley, 2009). Периферическая оценка реактивности этой системы основывается на психофизиологическом тесте кардиоваскулярной реактивности, в котором предъявление неожиданного дискретного аверсивного раздражителя вызывает специфический комплекс гемодинамических изменений (прежде всего, ритма сердца и артериального давления), именуемый как “оборонительный рефлекс сердца” (“cardiac defense response”) – ОРС (Vila et al., 1992, 2007). ОРС представляет собой реактивный гемодинамический профиль длительностью около 80 – 90 с, который включает коротко-, и длинно-латентный комплексы увеличения/снижения ЧСС и АД по отношению к исходному уровню. Выраженная индивидуальная вариабельность, отражающаяся, главным образом, в наличии или отсутствии комплекса длинно-латентного увеличения ЧСС и АД, является одной из наиболее ярких особенностей этой оборонительной реакции (Vila et al., 2007). Феномен длинно-латентного увеличения ЧСС и АД представляет потенциальный клинический интерес, поскольку является индикатором повышенной активности центральных механизмов кардиоваскулярной реактивности, связанных с активацией аверсивной мотивационной системы, сопутствующей мобилизацией ресурсов и программ оборонительного копинга (Turpin et al., 1999; Vila et al., 2007). В то же время устойчивая во времени повышенная активация мотивационной оборонительной системы у здоровых может служить “эффективным” патогенетическим механизмом повышения и удержания АД на уровне аномальных значений с последующим развитием АГ и ИБС (напр., Newton, 2009; Sgoifo et al., 2005; Chida, Steptoe, 2010; Jennings, Heim, 2012).
К настоящему времени в мировой литературе не представлены данные об участии осцилляторной активности ЭЭГ в нейробиологических механизмах центральной регуляции кардиоваскулярной реактивности в ОРС. В данной связи настоящее исследование характеризуется двумя важными отличительными особенностями. С одной стороны, в качестве индикатора мозговой активности, сопутствующей динамике ОРС, исследовали осцилляторную активность ЭЭГ, которая с достаточной адекватностью может отражать вовлечение мозговых специализированных систем в механизмы эмоциональной активации и нейровисцеральной интеграции.
Осцилляторная активность мозга, формирующая ЭЭГ, с помощью избирательно распределенных нейрональных дельта-, тета-, альфа-, бета- и гамма- сетей, управляет наиболее общими передаточными функциями мозга. Согласно принципу суперпозиции осцилляций в частотных диапазонах ЭЭГ, интегративные функции мозга формируются в результате комбинированного действия множественных осцилляторов. В результате избирательная активация распределенных осцилляторных систем, суперпозиция осцилляций и распределенная кооперация между мозговыми структурами/нейрональными ансамблями обеспечивают механизм “суперсвязывания” (“superbinding”) как основу широкомасштабной когнитивно-эмоциональной активации и нейровисцеральной интеграции (для обзоров см. Basar, Guntekin, 2007, 2009; Basar, 2008, 2012; Knyazev, 2007, 2012).
Важной отличительной особенностью и принципиальным методическим преимуществом работы стала регистрация осцилляторной активности ЭЭГ высокого пространственного разрешения (64 канала) одновременно с непрерывным (“по-ударным” - “beat by beat”) мониторингом гемодинамических показателей с помощью технологии Finapres.
Цель и задачи исследования:
Целью исследования явился психофизиологический анализ участия осцилляторных систем мозга в индивидуальной вариабельности кардиоваскулярной стресс-реактивности в оборонительном рефлексе сердца у человека
Были сформулированы следующие задачи:
1. В ОРС у здоровых оценить общие закономерности динамики вызванных изменений мощности ЭЭГ (ВД/ВС), КГР и кардиоваскулярной реактивности (АД, ЧСС, УО, ОПСС).
2. На основе индивидуальных профилей динамики кардиоваскулярной реактивности в ОРС сформировать группы индивидов с высокой и низкой стресс-реактивностью АД, провести сравнительный анализ психометрических, антропометрических и психофизиологических показателей в состоянии покоя у испытуемых выделенных групп.
3. По данным анализа синхронно регистрируемых вызванных изменений мощности ЭЭГ (ВД/ВС) и кардиоваскулярной реактивности установить особенности вовлечения осцилляторных систем мозга в центральные механизмы контроля индивидуальной вариабельности ОРС у здоровых.
4. Выявить особенности вовлечения осцилляторных систем мозга в центральные механизмы контроля кардиоваскулярной стресс-реактивности у пациентов с артериальной гипертонией.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Анализ динамики вызванных изменений мощности ЭЭГ (ВД/ВС) свидетельствует о топографической и временной специфичности вовлечения низко-, средне- и высокочастотных диапазонов в реализацию ОРС. Процесс угашения ОРС отражается в уменьшении, по данным кардиоваскулярных и нейровегетативных оценок, магнитуды коротко- и длинно-латентной реактивности АД, ЧСС, УО и ОПСС, частоты и амплитуды КГР, а по данным ЭЭГ – количества вовлеченных осцилляторов (диапазонов), магнитуды, длительности и топографической распространённости вызванных изменений мощности.
2. Комплекс длинно-латентных изменений (подъем АД) в ОРС является психофизиологическим эндофенотипическим индикатором повышенной активности оборонительной мотивационной системы у здорового человека. Индивиды с наличием данного комплекса типологически характеризуются повышенной склонностью к выражению гнева, прогрессивным ростом АД в период ожидания аверсивного раздражителя, а также увеличенной коротко-латентной кардиоваскулярной реактивностью ОРС.
3. Установлено дифференцированное участие осцилляторных систем мозга в механизмах центрального контроля кардиоваскулярной стресс-реактивности ОРС: тета-2 (6-8 Гц) осцилляторы лобно-центральных отделов коры вовлекаются в центральные симпатотонические механизмы масштабирования магнитуды гемодинамических изменений, а альфа-2 (10-12 Гц) осцилляторы медиальных отделов центрально-теменной коры – в механизмы нисходящего (“top-down”) контроля длинно-латентного комплекса ОРС.
4. По сравнению со здоровыми, у пациентов с АГ ОРС характеризуется повышенной длинно-латентной реактивностью АД и дефицитом ВС альфа-2 активности (10-12 Гц) ЭЭГ в медиальных отделах центральной и центрально-теменной коры обоих полушарий мозга в этот же период реакции.
Научная новизна исследования.
Впервые установлено, что высоко-реактивные индивиды с наличием длиннолатентной компоненты АД в ОРС, характеризуются повышенной реактивностью САД и ДАД в пред- и пост-стимульный периоды ОРС.
Впервые исследована динамика ЭЭГ, сопутствующая ОРС. Установлено, что в период коротко-латентных изменений кардиовегетативной функции и АД преобладают явления ВД в тета-, альфа- и бета- диапазонах в сочетании с ВС в гамма-диапазоне. На более поздних фазах ОРС, в период длинно-латентных изменений гемодинамики, ВД трансформируется в тета, альфа- и бета ВС.
Впервые установлены значимые сопряжения динамики ВД/ВС в тета-2 и альфа-2 диапазонах ЭЭГ с коротко- и длинно-латентными компонентами кардиоваскулярной реактивности в ОРС. Установлены ассоциации повышенной длинно-латентной реактивности АД в ОРС с ослабленной реакцией вызванной синхронизации в высокочастотном альфа (10-12 Гц) диапазоне ЭЭГ. Обнаружено сходство изменений осцилляторной динамики ЭЭГ у здоровых индивидов с повышенной стресс-реактивностью АД и больных АГ.
Полученные данные впервые позволили рассмотреть осцилляторные системы мозга в качестве возможного нейробиологического механизма индивидуальной настройки взаимодействий в системе “мозг-тело”, сопрягающего эффекты острых стрессоров в ЦНС с манифестацией индивидуальной кардиоваскулярной стресс-реактивности в норме и при АГ.
Теоретическое и научно-практическое значение работы.
Результаты настоящего исследования и разработанные методы внедрены в практику клиники ФГБУ НИИ физиологии СО РАМН, лекционные курсы медицинского факультета и факультета естественных наук, кафедр психологии и психофизиологии Новосибирского государственного педагогического университета. В настоящее время готовится технология оценки риска возникновения АГ у здоровых, основанная на результатах изучения ОРС в данном исследовании.
Апробация работы.
Материалы диссертации были доложены в виде устных докладов на: XX съезде Российского физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007); IV Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008); Всемирном конгрессе “14th World Congress of Psychophysiology, The Olympics of the Brain” (Санкт-Петербург, 2008); XXI Всероссийском съезде физиологов (Калуга, 2010); Всероссийских Павловских чтениях (г. Рязань, 2011 г.); 3-м Съезде физиологов СНГ (г. Ялта, Украина, 2011). Этапы настоящего исследования были поддержаны следующими грантами: РФФИ “Динамика кортико-висцеральных взаимоотношений в условиях конфронтации с аверсивными воздействиями: модулирующие влияния индивидуальных различий в активности систем положительного и отрицательного подкрепления”, проект № 06-04-49627а; РГНФ “Психофизиологический анализ индивидуальных стратегий неосознаваемого восприятия социальных сигналов угрозы” № 09-06-00458а.
Объем и структура диссертации.
Содержание диссертации изложено на 146 страницах печатного текста. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования и условий постановки экспериментов, главы результатов собственных исследований обсуждения, выводов, указателя цитируемой литературы. Работа иллюстрирована 8 таблицами и 22 рисунками. Библиографический список включает 11 отечественных и 217 зарубежных источников.
Личный вклад автора.
Весь материал, представленный в диссертации, получен, обработан и проанализирован лично.
