Изучение эволюции импульсно-резонансной структуры биоритмов человеческого организма в сеансах МБОС 1

Захарова В.В.
Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, Новосибирск
Журавель Ф.А., Трофимов О.Е.
Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск

Аннотация:

В сеансах многоканальной БОС мониторировалась импульсная активность центральной нервной, сердечно-сосудистой систем и системы скелетной мускулатуры с последующим частотно-временным анализом зарегистрированных биоритмов. Совокупность характеристик ритмов третьего порядка, их импульсно-резонансная структура (частота, величина амплитуд, период колебаний, межсистемная синхронизация) позволяют сделать заключение о напряженности или оптимальности функционирования живой системы, ее благополучии или патологии. В работе исследована эволюция структуры ритмов третьего порядка при активной волевой деятельности индивида, направленной на нормализацию мониторируемых параметров (саморегуляция).


The paper presents the results of MBFB sessions monitoring of pulse activities of C.N.S., muskular and cardio-vascular systems, and frequency and temporary analysis of registered biorhythms. Rhythmical changing of the third order pulse activity defines a degree of order of different alive system conditions and can be seen as index of degradation or self-organization process. Evolution of the third order pulse activity under volitional individual acting directed on the normalization of monitoring electromagnetic parameters (self-regulation) have been studied.


Резонансно-энергетические взаимодействия имеют большое значение в реализации процессов развития и старения живых организмов. Известны теории, придающие значение сбивке биоритмов в процессе рассогласования систем при старении [9]. Именно энергетические взаимодействия определяют системы синхронизации, самоорганизации и самоподдержания сложных систем вообще и живых в частности [10]. В то же время большая лабильность мозга позволяет в принципе оказывать мощные влияния на процессы, часто считаемые неподконтрольными сознанию. Представляется вполне возможной сознательная перестройка ритмов жизнедеятельности организма, причем необходимым для такой перестройки оказывается участие высших функций мозга в контроле над вегетативными функциями организма [7,12].

Методика многоканальной биологической обратной связи (МБОС) позволяет изучать эволюцию импульсно-резонансной структуры, адаптационную динамику биоритмических процессов организма. Адекватность МБОС как метода состоит в том, что операционным звеном ее является естественный ритм функции, контрастные изменения импульсной активности в микроинтервалах времени [6].

Сотрудниками ИАиЭ СО РАН разработаны алгоритмы и программы для мониторирования биоэлектрических сигналов человеческого организма в сеансах МБОС с использованием персонального компьютера, регистрации данных на жестком диске, а также послесеансового их анализа и визуализации. МБОС использовалась для лечения психосоматических заболеваний сотрудниками ИМББ СО РАМН на базе МСЧ-168. Многоканальный мониторинг биоэлектрических показателей основных функциональных систем пациента позволяет во время сеансов саморегуляции изменять напряженность регистрируемых параметров и отслеживать изменение состояния импульсно-резонансной структуры организма. Послесеансовый частотный и временной анализ полученных данных дает возможность выявить межсистемную синхронизацию или десинхронизацию импульсной активности, совместный сравнительный анализ данных нескольких сеансов позволяет проследить и оценить динамику биоритмов функциональных систем.

В работе проанализированы записи биоритмов импульсной активности мозга, сердца, сосудов, скелетных мышц, температуры кожи (ЭЭГ, ЭКГ, ФПГ, ЭМГ, $t$), полученные в сеансах МБОС у 48 пациентов с психосоматической патологией: 22 с язвенной болезнью (ЯБ), 26 с эссенциальной гипертонией (ЭГ) и у 20 условно здоровых лиц (средний возраст участников $39\pm 5,7$ л). Полифункциональное мониторирование вышеперечисленных показателей проводилось в состоянии активного бодрствования, в условиях психоэмоционального стресса (арифметический счет в уме при дефиците времени) и в сеансах саморегуляции.

Для изучения изменений амплитудных характеристик биоэлектрических сигналов весь сеанс (25 минут) разбивался на интервалы, равные длине кардиоциклов, на каждом из которых определялись: амплитуда R-зубца (4), разность максимального и минимального значения ФПГ (3) и средние за кардиоцикл амплитуда ЭМГ (1), температура пальца руки (2) и амплитуда ЭЭГ (5). Найденные значения представлены ординатами на нижеприведенных графиках, рис. 1-11, где по оси абсцисс откладывались номера кардиоциклов.

Так, при регистрации ЭКГ и ФПГ (фотоплетизмограммы) можно наблюдать и изучать биоритмы сердечно-сосудистой системы первого, второго и третьего порядков. Ритмы первого порядка, секундного диапазона, регулируются локальной, метасимпатической нервной системой сердца и сосудов (т.н. автоматизм), эти ритмы соответствуют флуктуациям активности сердца и сосудов во время каждого кардиоцикла. Биоритмы второго порядка, декасекундного диапазона, формируются под влиянием работы дыхательной системы и тоже могут регистрироваться на ЭКГ и регулироваться в сеансах МБОС. Выделены также биоритмы третьего порядка, минутного диапазона, отражающие координирующее влияние ЦНС на деятельность нескольких функциональных систем организма [1]. МБОС позволяет наблюдать, как динамика биоритма одной системы затрагивает биоритмы нескольких функциональных систем.

В ряде работ показано, что наиболее адаптагенным диапазоном биоритмов нервных и вегетативных функций является низкочастотный, причем критерием адаптивных изменений функции служит изменение частоты и амплитуды волн третьего порядка, а также появление их синхронизации с флуктуациями других систем [6,8,12]. Возникла необходимость в подробном исследовании динамики функциональной импульсной активности низкочастотного диапазона и межсистемной организации биоритмологической структуры, свойственной условной норме и широко распространенным психосоматическим заболеваниям.

Преложенный в данной работе частотно-временной анализ биоритмов отчетливо выявляет изменения импульсной активности третьего порядка, позволяет исследовать условия реорганизации ритмов третьего порядка и функциональные последствия таких изменений.

На рис .1 показано графическое выражение частотного и временного анализа записи в режиме МБОС (25 мин) условно здорового испытуемого, который достиг состояния релаксации (тонус скелетной мускулатуры 0,6 мВ, повышение температуры рук на 8 F). Видны нарастающие по амплитуде колебания ФПГ, отражающие адаптивные изменения сосудистого тонуса, каждое колебание сопровождается чуть отсроченным снижением температуры. Здесь же можно видеть ритмичные, ассоциированные повышения тонуса скелетной мускулатуры (ЭМГ) и мышцы сердца (ЭКГ) в диапазоне волн третьего порядка. Часть колебаний ФПГ синхронизирована с ЭМГ, ЭКГ и ЭЭГ.

Рис. 1.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig01.eps} \end{center} \end{figure}

На рис. 2 показаны 2 необработанных сигнала ЭКГ и ФПГ в участке записи, где зарегистрировано спастическое изменение ФПГ. Здесь наблюдаются биоритмы первого порядка, соответствующие каждому сердечному сокращению, второго порядка (с наложением дыхательных волн) и третьего порядка - резкое снижение амплитуды ФПГ на протяжении 5-10 кардиоциклов с синхронным уменьшением амплитуды зубцов R на ЭКГ, свидетельствующем об уменьшении электрической активности миокарда.

По данным литературы повышение амплитуды и частоты волн третьего порядка на ФПГ можно считать критерием адаптивного изменения артериального давления [4,7,8], такие изменения наблюдаются при стрессовых воздействиях (эмоциональное напряжение, метаболические изменения, кровотечение). Тот факт, что в сеансах саморегуляции изменяются их спектральные характеристики, подтверждает возможность сознательной, волевой регуляции физиологических процессов.

Рис. 2.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig02.eps} \end{center} \end{figure}

На рис. 3 представлен графический анализ биоритмов исследуемых функций в режиме МБОС того же здорового испытуемого в условиях психоэмоционального стресса (арифметический счет в уме при дефиците времени). Наблюдается повышение мышечного напряжения, систолического давления, появляются фазово-частотные рассогласования между биоритмами третьего порядка, исчезают волны третьего порядка на ЭМГ. В состоянии спокойного бодрствования (рис. 4) регистрируются волны третьего порядка с частотой в 3-4 минуты, их флуктуации на ЭКГ, ЭЭГ, ФПГ, ЭМГ синхронизированы.

Рис. 3.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig03.eps} \end{center} \end{figure}

Рис. 4.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig04.eps} \end{center} \end{figure}

При многоканальной регистрации системных биоритмических показателей пациентов с язвенной болезнью в состоянии бодрствования и эмоционального напряжения (рис. 5) наблюдалась десинхронизированная ритмическая деятельность отдельных систем, т.е. каждая функциональная система имела свой собственный ритм в диапазоне третьего порядка. Достижение общей релаксации в сеансах МБОС с повышением температуры конечностей и эпигастральной области способствовало появлению более частых и глубоких волн третьего порядка на ФПГ, ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ и межсистемной ассоциации биоритмов (рис. 6). Стабилизация межсистемной синхронизации коррелировала с исчезновением клинических проявлений обострения язвенной болезни (рис. 7).

Рис. 5.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig05.eps} \end{center} \end{figure}

Рис. 6.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig06.eps} \end{center} \end{figure}

Рис. 7.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig07.eps} \end{center} \end{figure}

У пациентов с эссенциальной гипертонией в состоянии психоэмоционального стресса регистрировалось значительное повышение мышечного и сосудистого тонуса, волны третьего порядка не ассоциированы (рис. 8). В состоянии спокойного бодрствования на фоне умеренного гипертонуса скелетной и сосудистой мускулатуры отмечались редкие межсистемные импульсные ассоциации третьего порядка с частотой в 5-10 минут (рис. 9). На этапах МБОС при перцептуальных перестройках в условиях общей релаксации начинают отчетливо регистрироваться более частые и высокоамплитудные колебания третьего порядка на ФПГ и синхронизация последних с аналогичными флуктуациями на ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ (рис. 10). Происходит сближение периодов колебаний мышечного и сосудистого тонуса, выраженных в волнах третьего порядка. Появление ассоциаций между биоритмами функций отдельных систем сопровождается уменьшением текущего уровня функциональной активности этих систем. Постепенно перестраивается как биоритмическая составляющая, так и уровень АД, а также тонус сосудов, скелетных мышц, температура конечностей, когерентные импульсы третьего порядка наблюдаются каждые 3-4 минуты (рис. 11).

Рис. 8.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig08.eps} \end{center} \end{figure}

Рис. 9.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig09.eps} \end{center} \end{figure}

Рис. 10.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig10.eps} \end{center} \end{figure}

Рис. 11.
\begin{figure} \begin{center} \epsfxsize=12cm\ %%\epsfysize=12cm \epsfbox{fig11.eps} \end{center} \end{figure}

Полученные факты подтверждают мнение авторов [4,7] о том, что адаптивная саморегуляция функций определяется реорганизацией ритмических форм биопроцессов вследствие их селективной синхронизации. Суммационные эффекты синхронизации колебаний третьего порядка формируют устойчивую последовательность компонентов биоритма в норме и патологии. Адаптивные возможности МБОС также доказывают, что основным узлом саморегуляции является соотношение функций рецепторов с приспособительным результатом [5,11]. Поскольку ограничителями внутренних констант организма являются пороги рецептивной чувствительности, перцептуальные перестройки дестабилизируют гомеостаз отдельных функциональных систем. Повышение порогов перцепции при стрессе (выброс опиатов вызывает гиперполяризацию нейронов афферентного звена) означает активизацию биохимических и физиологических процессов, рост "напряжения" в системе, изменение ее биоритма. Фазово-частотные рассогласования между биоритмами отдельных систем, т.е. десинхронозы, являются патогенетическим звеном многих заболеваний. Известно, что при гипертонической болезни снижена чувствительность не только барорецепторов, но и проприорецепторов, температурных и болевых рецепторов [2,3]. Во время сеансов саморегуляции под контролем МБОС пациент достигает изменения мониторируемых параметров, обостряя перцепцию, т.е. понижая пороги чувствительности интероцептивного аппарата, что создает основу для изменения цикличности биохимических и физиологических процессов, перестройки пространственно-временной композиции межсистемных отношений. Происходит переход на новый уровень интеграции системных биоритмов. Таким образом, можно говорить о существовании импульсно-резонансной структуры организма (в диапазоне ритмов третьего порядка), которая определяет пространственно-временную упорядоченность биопроцессов, стабилизируя различные состояния живой системы, а также ее развитие или деградацию. Редкие комплексы межсистемной ассоциации (синхронизации) биоритмов или их отсутствие свидетельствуют о высоких порогах чувствительности рецепторного аппарата, о состоянии стресса, о напряженной работе функциональных систем или патологии. Частые когерентные межсистемные импульсы третьего порядка соответствуют высокой чувствительности рецепторов, эффективном управлении функциями, четкой организованности и адаптивной пластичности биопроцессов. Уменьшение амплитуды пульсовой волны, снижение температуры конечностей, увеличение электрической активности миокарда и напряжения скелетной мускулатуры сопровождаются повышением артериального давления, т.е. нарастанием "беспорядка" в системе, ее деградацией и наоборот. Активная релаксация (саморегуляция) мышечного и сосудистого тонуса сопровождается ростом самоорганизации, эволюцией системы.

Литература

1
Fleisch A., Beckman R. Die raschen Schwankungen der Pulscfrequenz registriert mit dem Pulszeitschreiber // Z. ges. exper. Med. 1932, 80, 3-4, 487.

2
Henry J.L. Circulating Opioids: Possible Physiological Roles in Central Nervous Function // Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 6, 1982, 229-245.

3
Zamir N., Segal M. Hypertension - induced analgesia changes in pain sensivity in experimental hypertensive rats // Brain Res., 159, 1979, 170-173.

4
Алексанян З.А., Василевский Н.Н., Сидоров Ю.А., Киселев И.М. Устойчивые сдвиги системного АД в условиях управляемого эксперимента с обратной связью // Журнал высшей нервной деятельности, 6, 1979, 1172-1179.

5
Анохин П.К., Судаков К.В. Нейрофизиологическая теория голода, аппетита и насыщения // Успехи физиологических наук, 1, 1971, 3-71.

6
Василевский Н.Н. Биологическая обратная связь. Некоторые механизмы адаптивной модуляции функций в эксперименте и клинике // Теоретические основы патологических состояний, Наука, Л., 1980, 128-138.

7
Василевский Н.Н., Суворов Ю.А., Киселев И.М. Биоуправление с обратной связью системным артериальным давлением // Физиологический журнал СССР им. И.М.Сеченова, 2, 1990, 1701-1706.

8
Ващилло Е.Г., Зингерман А.М., Константинов М.А., Менецкий Д.Н. Исследование резонансных характеристик сердечно-сосудистой системы // Физиология человека, 2, 1983, 257-265.

9
Донцов В.И., Крутько В.Н., Подколзин А.А. Старение: механизмы и пути преодоления. Биоинформсервис, М., 1997.

10
Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. Наука, Новосибирск, 1985.

11
Судаков К.В. Пейсмекер доминирующей мотивации // Физиологический журнал СССР им. И.М.Сеченова, 2, 1992, 1-9.

12
Черниговская Н.В., Верещагина А.А., Кайданова Е.А. и др. Клиническое значение и механизмы адаптивного управления резервными возможностями организма // Саморегуляция функций и состояний, Наука, Л., 1982, 132-142.

Примечание

... MБОС 1
Работа поддержана грантом РФФИ N 00-06-080174.
Ваши комментарии
[SBRAS]
[Головная страница]
[Конференции]
[СО РАН]

© 2001, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 2001, Объединенный институт информатики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт систем информатики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт математики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Новосибирск
© 2001, Новосибирский государственный университет
Дата последней модификации Wednesday, 12-Sep-2001 10:36:21 NOVST