Одним из перспективных методов немедикаментозной коррекции сосудистой дистонии является метод биоуправления параметрами вариабельности сердечного ритма (ВСР), при котором происходит усиление вагусных влияний на ритм сердца и снижение явлений симпатикотонии [1, 2]. В литературе обсуждались изменения биоэлектрической активности некоторых зон головного мозга при «сердечно-сосудистом обучении» животных. Было установлено, что передача условного зрительного сигнала во время регуляции частоты сердцебиений является вызванной обучением модификации нервных импульсов на этот сигнал. Эти «изменяемые» норадренергические нейроны, сконцентрированные в основном в ядрах голубого пятна — n. coeruleus, получают информацию безусловного сигнала, а затем трансформируют активность в соответствии с природой поступающего условного сигнала [3]. По результатам других работ, у здоровых при управляемом снижении симпатического тонуса происходило усиление метаболической активности в передней части поясной извилины коры мозга и черве мозжечка [4]. При этом изменение вегетативных показателей с помощью релаксации без биоуправления и плацебо-эффекты были связаны с активностью других зон мозга. Использование в качестве управляемых показателей статистических [5] и спектральных [6] параметров ВСР позволяет дать интегративную оценку вегетативной регуляции организма на уровне баланса периферических и центральных структур нервной регуляции сердечной деятельности.

Цель исследования — оценка изменений пространственно-временнóй организации биоэлектрической активности головного мозга, а также динамики показателей ВСР в ходе проведения однократного сеанса биоуправления параметрами ВСР у лиц молодого возраста.

Проведено рандомизированное поперечное контролируемое исследование, в котором принимали участие 150 подростков 16—17 лет обоих полов с отсутствием в анамнезе неврологических нарушений. От всех подростков и их родителей было получено письменное информированное согласие на участие в исследовании, которое проводили с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609ЕС).

Исследования проводили в комфортной, привычной для обследуемых обстановке в период с 9 до 14 ч. В виде рекомендации давали установку на поддержание состояния спокойствия и расслабленности с целью возможной унификации психологического состояния. Сеансы биологической обратной связи (БОС) проводили по авторской методике Л.В. Поскотиновой, Ю.Н. Семенова^​1​᠎. Для реализации принципа БОС в процессе регистрации электрокардиограммы во II стандартном отведении на аппаратно-программном комплексе Варикард («Рамена», Рязань) обследуемый получал на экране монитора информацию о состоянии общей мощности спектра ВСР (дисперсия кардиоинтервалов) в виде линейного графика и цифровых показателей [6].

В динамике сеанса обновление показателей происходило каждые 4 с по принципу «скользящего окна», общая продолжительность БОС-тренинга составляла 5 мин. Перед началом исследования подростка инструктировали о том, что изменение графика на экране монитора зависит от его внутреннего состояния, цель тренинга — увеличение общей мощности спектра (повышение графика). Состояние, отражающее изменение выбранного параметра, формировалось посредством стратегии «свободного поиска» — создания положительно окрашенных мысленных образов в сочетании со спокойным глубоким дыханием с эффективным плавным выдохом и расслабленностью.

С каждым подростком был проведен один сеанс БОС-тренинга по описанной выше методике, для контроля направленности церебральных изменений оценивали биоэлектрическую активность мозга. Электроэнцефалограмму (ЭЭГ) регистрировали сидя, в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами на ЭЭГА-21/26 Энцефалан-131−03 (НПКФ «Медиком МТД», Таганрог) монополярно от 16 стандартных отведений с ушными референтными электродами, установленными по международной системе 10—20. Схема сеанса включала три этапа: 1) 5-минутная запись ЭЭГ с закрытыми глазами (регистрация фона) с одновременной регистрацией параметров ВСР; 2) 5-минутная процедура БОС, проводимая с открытыми глазами по вышеописанной методике без регистрации ЭЭГ; 3) регистрация реакции последействия (воспроизведение комфортного состояния без сигналов обратной связи) — 5-минутная запись ЭЭГ и ВСР с закрытыми глазами (повторение первого этапа).

В группу контроля вошли 40 подростков 16—17 лет. Схема исследования включала также три этапа, но вместо проведения БОС-тренинга (второй этап) обследуемые в течение 5 мин находились в состоянии спокойного бодрствования с открытыми глазами. При этом обследуемый не получал никакой информации об изменении параметров собственного организма.

На этапе обработки результатов успешность выполнения процедуры биоуправления оценивали по динамике показателей ВСР: общей мощности спектра (Total Power, ТР, мс²) и индекса напряжения регуляторных систем (Stress Index, усл. ед.). При оценке ЭЭГ выделяли безартефактные отрезки записи длительностью 60 с на каждом этапе исследования, спектр анализировали по θ- (4—6,9 Гц), α- (7—12,9 Гц), β₁— (13—24 Гц) диапазонам. Для количественной оценки спектра ЭЭГ в каждом частотном диапазоне проводили усредненную для каждого испытуемого оценку абсолютных значений мощностей (мкВ²).

Статистическую обработку результатов проводили непараметрическими методами, учитывали медианы (Me) значений. Для проверки статистической гипотезы разности значений использовали критерии Вилкоксона для двух зависимых выборок, Манна—Уитни и критерий χ² (сравнение процентных долей) для двух независимых групп, Краскела—Уоллиса для нескольких независимых групп. Критический уровень значимости (p) при проверке статистических гипотез принимали за 0,05.

У обследованных подростков из группы, проводившей БОС-тренинг, выявлены характерные изменения изучаемых показателей ВСР. Так, значения общей мощности спектра ВСР (ТР) статистически значимо повышались в ходе сеанса биоуправления по сравнению с фоновыми показателями: от 2814 до 4770 мс² (p<0,001). На заключительном этапе, когда обследуемый переходил в состояние, аналогичное исходному фону, показатели ТР стремились к фоновым значениям 2772 мс² (p<0,001). Известно [6], что при коротких записях кардиоинтервалограммы (5 мин) показатель ТР отражает не только общую ВСР, но и степень сохранности вагусных механизмов сердечной регуляции. Следовательно, увеличивая общую мощность ритма сердца в данном временнóм диапазоне в процессе кардиотренинга, есть возможность увеличить резерв парасимпатического отдела нервной системы. Учитывая, что показатель TP в отличие от стандартного отклонения кардиоинтервалов (SDNN, мс) содержит минимальный вклад непериодических (недыхательные) волн, можно полагать, что эффект биоуправления достигается за счет увеличения вклада в первую очередь дыхательной и барорефлекторной составляющих спектра ВСР [2]. Индекс напряжения регуляторных систем значимо снижался на этапе биоуправления от 135,5 до 86,0 усл. ед., а на заключительном этапе сеанса также значимо повышался, т. е. возвращался к исходному уровню 145,9 усл. ед. (p<0,001).

В группе контроля ожидаемо не происходило каких-либо значимых изменений показателей ВСР в динамике исследования (первый—второй—третий этапы). Отмечена тенденция к плавному снижению ТР (2812—2728—2391 мс²) и повышению индекса напряжения (142,7—160,5—187,4 усл. ед.) от начального фона к заключительному, при этом показатели второго этапа (БОС-тренинг/спокойное бодрствование) значимо отличались для показателей ВСР в группах (p<0,001).

Процентное изменение абсолютных значений мощности основных частотных диапазонов ЭЭГ в динамике исследования при сравнении фоновых значений и показателей после этапа БОС-тренинга/спокойного бодрствования представлено на рисунке.

У подростков из группы БОС-тренинга после сеанса биоуправления выявлено снижение α-активности, более выраженное в лобных, затылочных и правых височных отделах (р=0,032—0,004). В контрольной группе отмечалась лишь незначительная тенденция к ее снижению на уровне 1—2%.

Прирост мощности α-ритма у подростков из группы БОС-тренинга наиболее значимо был выражен в затылочных областях и, захватывая центральные отделы, распространялся до префронтальных областей (р=0,025—0,001), достигая в среднем 10—15%. В группе контроля повышение α-активности более выражено в лобных и правых затылочных отделах (р=0,048—0,035). Наиболее значимые изменения спектральных характеристик ЭЭГ выявлялись в группе БОС-тренинга (р=0,017—0,003).

Для изменения мощности β₁-активности характерна разнонаправленная динамика. Так, у подростков из группы БОС-тренинга в целом отмечалось повышение β₁-активности преимущественно за счет лобных отделов (р=0,005—0,001), при этом в группе контроля выявлялось ее снижение, наиболее значимое в височных и затылочных областях (р=0,033—0,010).

В большинстве случаев обращает на себя внимание наличие значимой правосторонней асимметрии динамических изменений частотных диапазонов ЭЭГ. Так, у подростков из группы БОС-тренинга на этапе биоуправления медианы абсолютных значений мощностей (мкВ²) θ-активности в лобных отделах слева/справа составляли 28,0/25,7 (р=0,007), в затылочных отделах 24,8/21,5 (p<0,001). При этом процентное снижение мощности θ-активности относительно фоновых значений в отведениях F3/F4 происходило соответственно на 1,8/3,6%, в отведениях O1/O2 — на 3,0/4,4% (см. рисунок). Медианы абсолютных значений мощностей α-активности в лобных отделах слева/справа составляли 37,6/41,0 (p<0,001), в затылочных отделах — 146,2/176,9 (p<0,001). Процентное повышение мощности α-активности в отведениях F3/F4 происходило соответственно на 8,0/8,7%, в отведениях O1/O2 — на 7,5/9,7%. Медианы абсолютных значений мощностей β₁-активности в лобных отделах слева/справа составляли 12,3/16,2 (p<0,001), в затылочных отделах — 26,8/30,3 (p<0,001), в височных отделах — 10,6/12,3 (р=0,003). Процентное повышение мощности β₁-активности в отведениях F3/F4 происходило соответственно на 3,7/6,1%, в отведениях O1/O2 — на 1,3/2,4%, в отведениях T3/T4 — на 2,6/6,8%.

Увеличение мощности α-активности над всеми точками конвекситальной поверхности скальпа обусловлено усилением синхронизирующих влияний таламических и некоторым снижением десинхронизирующих влияний стволовых ретикулярных структур на кору головного мозга, что в целом отражает процесс относительного снижения уровня напряжения и психофизиологической активности. По современным представлениям, генез α-ритма определяется таламокортикальными нейронными сетями и связан с взаимодействием субъекта и внешнего мира, а генез θ-ритма — гиппокампально-кортикальной системой, участвующей в функционировании памяти, т. е. более ориентирован на прием и обработку информации от внутренней среды организма [7]. Эти нейрофизиологические представления совпадают с существующим предположением [8], что при релаксации происходит изменение состояния сознания, при котором внимание от внешнего мира переключается на обработку информации от внутренней среды организма.

Повышение мощности α-ритма свидетельствует об оптимизации корково-подкорковых взаимоотношений, способствующих уменьшению активности симпатического отдела вегетативной нервной системы. Снижение повышенной активности лимбической и гипоталамической областей сопровождается уменьшением уровня тревожности, психологической и физиологической реакции на стрессовое воздействие [3]. Показано также, что существенное возрастание выраженности α-ритма и снижение выраженности θ-ритма коррелирует со снижением уровня тревожности и эмоционального напряжения [7]. При функциональных перестройках в заданных условиях процедуры происходит формирование нового алгоритма работы ритмозадающих систем за счет снижения активности глубинных подкорковых структур (θ-активность) на фоне возбуждения структур, ответственных за сосредоточение и поисковую активность в новых условиях (β-активность).

Асимметрия функциональной топографии мозга в ответ на процедуру биоуправления, видимо, вызвана преобладающей скоростью формирования внутренних моделей в правом полушарии на ранних стадиях обучения когнитивным навыкам [9], при этом эмоционально окрашенная деятельность вызывает более генерализованные сдвиги ЭЭГ также в правом полушарии. Кроме того, в некоторых работах показано, что произвольная регуляция частоты сердечных сокращений сопровождается изменениями электрической активности в передних отделах правого полушария при незначительных изменениях в левом [3].

Изменения при БОС-тренинге, усиливающем парасимпатические влияния на ритм сердца, происходят посредством возбуждения парасимпатических центров передних отделов гипоталамуса, а как следствие, активируются и лобные отделы коры [9]. Роль лобных долей в работе с новыми стимулами была подтверждена в экспериментах, проведенных с применением методов функциональной нейровизуализации [10], когда при обучении новым навыкам было отмечено повышение активности относительно исходных значений в префронтальной области коры правого полушария (средняя лобная извилина). Отметим, что в приведенных выше исследованиях доказывается наличие эффекта биоуправления параметрами ритма сердца, что отличает данный способ немедикаментозной коррекции измененных состояний от простой релаксации и плацебо-эффекта. Использование метода позитронно-эмиссионной томографии позволило определить различия в активности тех или иных зон головного мозга при обычной релаксации и при реализации эффекта биоуправления. У добровольцев релаксация была связана со значительным увеличением активности передней поясной извилины и бледного шара, а релаксация в сочетании с эффектом БОС — с расширением активности передней поясной извилины и червя мозжечка [4].

Таким образом, способность испытуемого изменять активность параметров ритма сердца также определяет степень его воздействия на функции центральных структур вегетативной регуляции. Состояние расслабленности, подкрепленное сигналами БОС, вызывает более сильные сдвиги функциональной активности мозга и способствует нормализации механизмов активации, улучшая при этом кортикальную стабильность, проявляемую в увеличении α- и снижении θ-активности. Процессы синхронизации мозговой активности в динамике биоуправления наиболее отчетливо проявляются в правом полушарии, при этом часто с вовлечением префронтальных областей. Контроль неуправляемых полиграфических показателей при кардиобиоуправлении в целом имеет существенное значение для определения функционального состояния испытуемого и эффективности проводимого тренинга.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президиума Уральского отделения РАН № 15−15−4-9 (2015−2017).

Конфликт интересов отсутствует.