Роль системного подхода в оценке состояния организма человека при воздействии окружающих его факторов внешней среды.

ВВЕДЕНИЕ.

Объекты биосферы находятся под постоянным воздействием изменяющихся факторов внешней среды, которые влияют на их деятельность. В первую очередь это относится к человеку, поскольку изменения в окружающей его среде влияют на функционирование важных физиологических систем, таких как, например, система циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга, что, в конечном итоге, отражается как на самочувствии, так и на психо-эмоциональном состоянии. Факторы внешней среды могут влиять на функционирование отдельных физиологических систем и взаимодействие между ними, которое их интеграцией и направленного на выполнение определенной функциональной задачи.

Исследование подобных систем требует, в принципе, изучения организма в целом, что с позиций общей биологии является единственно адекватным подходом, поскольку одним из важнейших свойств организма как целого является интеграция его систем (Шмальгаузен, 1982), гармоничность структурно-функциональных взаимосвязей разных видов тканей – твердых, мягких и жидких (Still, 1894). Важно и соблюдение системного принципа в физиологии, на что указывают публикации последнего времени (Левченко, Котолупов 2010). Вместе тем, следует отметить, что реализация такого подхода в физиологии и медицине сложна на современном уровне развития этих направлений естествознания, в связи с большим объемом накопленного к настоящему времени материала. Тенденция последнего времени – изучение, в основном, частных закономерностей, проникновение вглубь биологической организации – вплоть до субклеточного и молекулярного уровней. С одной стороны, это перспективно и важно в плане выяснения интимных механизмов, лежащих в основе жизнедеятельности. Так, в последние годы существенно продвинулось понимание ряда важных фундаментальных и прикладных задач, например, расшифровка генома человека. С другой стороны, представления о функционировании организма в целом остаются часто вне фокуса внимания физиологов и относятся к проблемам фундаментальной и прикладной медицины, ориентированной в основном на решение клинических задач. Поэтому, вместе с изучением организма в целом с позиций фундаментальной медицины и его функционированием на субклеточной и молекулярной уровнях, в настоящее время образовался важный для изучения промежуточный уровень, который можно идентифицировать как уровень интегрального взаимодействия отдельных физиологических механизмов, направленных на реализацию конкретных потребностей организма, когда его целостность еще не теряется, но изучение особенностей его функционирования достаточно предметно с современных позиций биологии. Поэтому, для получения реального результата, границы исследования всегда следует устанавливать с учетом конкретной исследовательской задачи.

В настоящем исследовании стоит задача поиска методических подходов для изучения влияния факторов внешней среды на одну из важнейших функций организма человека — циркуляторно-метаболического обеспечение физико-химического гомеостаза работающего головного мозга, что осуществляется путем взаимодействия нескольких физиологических систем. Исследование этого системо-комплекса, включающего в себя сосудистую систему головного мозга, систему циркуляции спинномозговой жидкости (СМЖ) и биомеханику черепа — как единого структурно-функционального комплекса, представляет собой крайне сложную методическую задачу. С одной стороны, он весьма широк, поскольку включает в себя взаимодействие трех важнейших систем, определяющих физико-химический гомеостаз головного мозга. Однако, с другой стороны, этот системо-комплекс ограничен, поскольку за его пределами оказываются сердце, легкие и ряд важных других физиологических систем организма, влияющих на реализацию данной функции. Поэтому, при исследованиях сформулированной выше задачи допускается, что деятельность органов и систем, вне границ области, описанной в настоящем исследовании, сохраняется в пределах нормы. Это важное допущение следует всегда иметь ввиду при проведении исследований и при анализе получаемых материалов. Протокол исследования должен быть составлен таким образом, чтобы время сбора материалов о характеристике функционирования систем, входящих в выбранный системо-комплекс и их взаимодействии было бы по возможности коротким. Только такой подход может позволить сравнение регистрируемых показателей при изменении состояния исследуемой функции в целом, что важно для выяснения влияния на организм факторов внешней среды.

Хотя объем исследований, касающийся влияния факторов внешней среды на организм человека составляет трудно учитываемое множество исследований, выбор сформулированной выше задачи представляется, вместе с тем, важным и своевременным. Решение подобных проблем требует, прежде всего разработки методологии исследований, адекватной сложности проблемы. Однако методологическим вопросам, учитывающим уровень биологической организации, который может быть основной «мишенью» воздействия факторов внешней среды и количественной оценки вносимых ими в показатели функциональных изменений, уделяется пока мало внимания.

В плане сказанного не может не привлечь внимание системо-комплекс, обеспечивающий физико-химический гомеостаз работающего головного мозга, функционирование которого основано на непрерывном взаимодействии нескольких физиологических систем. Поэтому, можно ожидать, что именно такой физиологический механизм может быть наиболее чувствителен к изменению состояния внешней среды. Действительно, такой механизм включает в себя и сложную регуляторную систему, состоящую их различных регуляторных цепей, как физической, так и химической природы, а также нейро-гуморальные регуляторные звенья центральной и периферической локализации. Все это, определяет его широкие и надежные, но, вместе с тем, чувствительные к внешним воздействиям, регуляторные возможности. Поэтому неслучайно, проявления метеочувствительности часто выражаются в симптомах, указывающих на некоторые отклонения в циркуляторно-метаболическом обеспечении деятельности головного мозга – головных болях, головокружениях, повышенной утомляемости и других, что указывает на изменения самих структурно-функциональных систем, и на изменение взаимодействия между ними. Однако, для того, чтобы выяснить возможные механизмы влияния изменений биосферы в целом на самочувствие человека, его работоспособность и качество жизни, следует, в первую очередь, выработать методологию, позволяющую оценить основные принципы взаимодействия физиологических систем, обеспечивающих гомеостаз работающего мозга, чему и посвящается настоящая статья.
1. Особенности структурно-функциональной организации механизма циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга.
Циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга основано на синергическом взаимодействии сосудистой системы головного мозга, системы СМЖ и биомеханики черепа как единой структурно-функциональной системы. Эти системы существенно отличаются друг от друга как по структурной организации, так и принципу функционирования. Так, сосудистая система представляет собой отделенный от мозга своеобразными барьерами резервуар, состоящий из сети ветвящихся трубок, заполненных проходящей по ним кровью, который способен активно изменять объем отдельных регионов, путем регуляции упругости его стенок. Система СМЖ не имеет определенной структурной организации и заполняет пространства между костями черепа мозгом и его оболочками. Объем СМЖ в отдельных частях краниа-спинального пространства может существенно меняться. Череп представляет собой жесткий контейнер, состоящий из нескольких отдельных костей, соединенных хрящевыми прослойками, которые допускают некоторую артикулярную подвижность мест их соединения.

1.1 Основной элемент механизма циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга — сосудистая система краниа-спинальной полости, в общих чертах была описана еще в XVI веке (Vesalius, 1545). Так, было установлено, что сосудистая система головного мозга поляризована: крупные артерии, образующие функционально важный анастомоз – Виллизиев круг – расположены в основании черепа, а крупные вены, образующие систему венозных синусов – локализованы на своде черепа. Артерии распределения, в отличие от других органов, находятся не внутри мозга, а снаружи, образуя сеть пиальных артерий, от которых перпендикулярно отходят ветки, проникающие в мозг и питающие его ткани. Сосудистая система мозга окружена СМЖ, которая омывает поверхность мозга. В последующие годы был выявлен ряд деталей строения сосудистой системы головного мозга. Во-первых, было выявлено, что сосуды мозга окружены своеобразными каналами, соединяющимися с поверхностью мозга (Робин-Вирховские пространства) и заполненные СМЖ, которые сопровождают сосуды вплоть до микроуровня. Во-вторых были открыты микрососудистые сплетения, так называемая «чудесная сеть» (Rata Мirabile), расположенная в боковых желудочках мозга. Было выяснено, что внутренняя Сонная артерия имеет при входе двойной изгиб – «сифон». Все эти анатомические особенности играют существенную роль в функционировании сосудистой системы головного мозга (Moskalenko at al, 1980). Движение крови в сосудах мозга определяется градиентом ее давления, создаваемым сердцем. В оттоке крови от мозга участвует градиент давления между кровью в Верхней Полой вене и сниженным давлением в плевральной полости в фазе вдоха. Определенную роль в этом процессе играют перетоки СМЖ в черепе в период пульсового цикла (Москаленко, Вайнштейн, 1983).
1.2 Cосудистая система головного мозга окружена СМЖ которая омывает поверхность мозга и практически все его сосуды от мест вхождения их в череп, вплоть до микрососудов (рис.1), а также заполняет внутренние полости — «желудочки» мозга и центральный спинальный канал. Для СМЖ характерны непрерывные перетоки в пределах краниа-спинальной полости, образующие своеобразные потоки, «реки» и «озера», что было красочно описано еще А. Маженди (1823). Перемещения СМЖ можно подразделить на два вида. Один из них представляет медленный (несколько миллиметров в минуту) непрерывный поток ликвора, определяемый силами секреторного давления, от места его образования (сосудистые сплетения боковых желудочков мозга) до мест его основной абсорбции в области свода черепа, где расположены венозные синусы. Они имеют специальные анатомические образования – Пахионовы или Арахноидальные грануляции, которые представляют собой достаточно примитивную клапанную систему – как считается, единственный путь, через который СМЖ проникает из полости черепа в кровь (Шамбуров, 1954).
СМЖ протекает по системе отверстий между желудочками мозга (отверстия Лушке и Маженди) и поступает на его поверхность. Там он заполняет полости между черепом и мозгом, далее через Большое Затылочное отверстие спускается вниз по щелям между спинным мозгом и позвоночником. Предполагается, что некоторый объем ликвора всасывается в области люмбальной цистерны позвоночника, как это показано в исследованиях середины ХХ века (Василевский и Науменко, 1959). Однако большая часть ликвора возвращается обратно в череп. Недавно было установлено, что СМЖ за счет разности ее давлений в боковых желудочках и поверхностью мозга проникает в паренхиму мозга, просачиваясь по межклеточным пространствам. Этот процесс имеет существенное функциональное значение, поскольку способствует удалению из ткани мозга продуктов метаболизма, конвекционным путем «вымывая» их на поверхность мозга, где они вместе с ликвором попадают в венозную кровь. Схема основных путей циркуляции СМЖ в краниа-спинальной полости, по представлениям, сложившимся к концу ХХ века, показана на рис.2.

Другой вид перемещений СМЖ является нерегулярным, поскольку он инициируется несколькими факторами. Во-первых, это регионарные изменения кровенаполнения головного мозга, связанные с его функционированием. Они определяются изменениями тонуса артерий головного мозга в определенных его областях, связанных с меняющимися их метаболическими потребностями. Во-вторых, это изменения регионарного кровенаполнения венозной системы мозга, связанные с движениями и тела и изменениями его положения в вертикальной плоскости. Последнее относится в основном, к крупным венам свода черепа и венозным сплетениям спинного мозга (Москаленко, 1967). В этих случаях СМЖ перемещается по градиенту давления, возникающего из-за роста объема крови в той или иной области краниа-спинального пространства. До последнего времени считалось, что полости, заполненные СМЖ, представляют собой единое сообщающееся пространство. В принципе, это правильно, однако сообщения между отдельными регионами в краниа-спинальной полости могут в некоторых местах существенно сужаться, их пропускная способность для СМЖ падает, порой значительно. Именно поэтому наблюдается асимметрия в полушарных перетоках СМЖ, связанных с пульсом и дыханием, что недавно было достоверно показано (Москаленко, 2009). Еще одним, значимым с функциональной стороны, фактом являются периодические перетоки СМЖ в черепе и между полостями черепа и позвоночника, так называемые волны 3-го порядка или медленно-волновые объемные изменения в краниа-спинальной полости. Эти колебания, известные более 150 лет, были объективно зарегистрированы в первой половине ХХ века (Sepp,1928), интенсивно изучались во второй половине ХХ века с помощью различных инструментальных техник, реализуемых путем введения в мозг проволочных электродов для регистрации изменений кровенаполнения (биоимпедансометрия) и напряжения кислорода (электрополярография) в микрообъемах ткани мозга (Moskalenko et al. 1964). Изменения кровенаполнения полости черепа в целом с 70-х годов ХХ века регистрировались методом реоэнцефалографии, основанном на измерении электрического импеданса на частоте 80 – 100 кГц, между электродами, накладываемыми на кожные покровы головы человека (Яруллин, 1983; Jenkner, 1986.). Эти исследования показали, что в полости черепа и в ее отдельных областях непрерывно происходят как регионарные так и строго локальные изменения объемного соотношения между кровью и СМЖ, причем последние коррелируют с колебаниями напряжения кислорода Однако, из-за сложности количественной оценки медленно-волновых процессов в краниа-спинальной полости, отличающиеся спонтанно меняющимися амплитудой и частотой, их информационная значимость во многом остается невыясненной, хотя и некоторые корреляции и были установлены (Moskalenko et al, 1980).

1.3 Сосудистая система головного мозга вместе с самим мозгом и СМЖ заключены в малорастяжимый компартмент – краниа-спинальную полость. Этот структурный элемент вместе с сосудистой системой полости черепа и СМЖ играет существенную роль в механизме циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности мозга. Об этом догадывались врачи глубокой древности, которые с лечебной целью проделывали с помощью примитивных инструментов отверстия в черепе, которые доставляли облегчение больному. Так, достоверно известно, что такие операции производились еще 2-м тысячелетии до н.э. Трепанирование черепа с лечебной целью прошло, практически через всю историю медицины. Об этом свидетельствуют не только имеющиеся в Британском музее медицины инструментарий, относящийся к XII – XIII векам и черепа, трепанированные с его помощью, но и произведения живописи, например, картина Голландского художника И. Бохса «Исцеление глупости», датированная 1475 годом, (музей Прадо, Мадрид), где показан процесс трепанации. Лечебные трепанации практиковались вплоть до ХХ века, а в начале XXI века было проведено специальное исследование нейрохирургических больных до наложения трепанационного отверстия в черепе и через некоторое время после, которые доказали влияние трепанационного отверстия на подвижность СМЖ (Москаленко с сотр. 2008). Таким образом, общепризнанным было мнение, что жесткость черепа и может быть причиной неврологических расстройств, устранение которой приносит целебный эффект.

Однако в отношении физиологической значимости степени жесткости черепа единого мнения не существовало. Так, в середине XIX века путем наблюдения за сосудами поверхности мозга через прозрачное «окно», вставленное в кости черепа животных, было обнаружено, что никаких объемных изменений в закрытом черепе не происходит (Donders,1851). Результатом этого явилась концепция, названная доктриной «Монро-Келли» о том, что череп представляет собой абсолютно жесткую структуру. Данная точка зрения была подтверждена и в середине ХХ века специальными исследованиями, использующими киносъемку сосудов мозга через прозрачное окно, вставленное в кости черепа, в условиях закрытого и открытого отверстия в этом окне (Клоссовский, 1951). Правда, спустя 12 лет была выяснена некорректность этих исследований и показано, что небольшие объемные изменения внутри, трудно обнаруживаемые визуально, все же существуют, хотя физиологическая значимость их оставалась неясной. В 70-х года ХХ века путем математического моделирования внутричерепной гемодинамики и динамики СМЖ на базе известных к тому времени физиологических данных, было установлено, что эти, казалось бы, малозначимые объемные колебания внутри черепа настолько важны, что без них система внутричерепного кровообращения функционировать не может. В дальнейшем было выяснено, что череп способен вместить малый, порядка 3 –6 мл дополнительный объем крови во время систолического роста пульсового давления благодаря соотносительной подвижности его костей в зонах их соединения, что определяется хрящевой прокладкой между отдельными костями черепа. Хотя подвижность костей черепа крайне ограничена и позволяет увеличить его внутренний объем, на величину до 5-6 мл при систолическом подъеме артериального давления, что составляет порядка до 0,1% от внутреннего объема полости черепа, но является физиологически значимой величиной. Однако, возможность изменения внутреннего объема черепа даже на столь малую величину до последнего времени было спорным, по крайней мере в среде специалистов, большей части анатомов, исследования которых, направленные на выявление факта подвижности костей черепа при нагнетании жидкости в черепа трупов успеха не имели. Вместе с тем, сходные исследования, проводимые на больных при проведении пункции ликворных пространств в черепе показали наличие в статическом режиме зависимости «объем-давление» для черепа (Makramou, 1984). Факт наличия периодических движений костей интактного черепа объективно был установлен лишь к концу ХХ века с помощью компьютерных методов анализа изображений – группы последовательно зарегистрированных рентгенограмм, снятых с интервалом 0,05 – 0,1 сек во время процедуры ангиографии. Было показано, что быстрые изменения объема внутренней полости черепа, при введении в сосуды мозга 20 мл. рентгено-контрастного раствора за 1 сек. вызывают сдвиг костей черепа на 0,7 – 0,9 мм, а в спокойном состоянии спонтанные движения костей черепа составляют 0,3 – 0,6 мм, причем наблюдаются как и пульсовые, так и более медленные колебания с периодом 6-15 циклов в минуту (Москаленко с сотр, 1999). Соотносительный сдвиг костей черепа в местах их соединения составляет достаточно малую величину — менее 1о (Москаленко и др. 2012). Недавно было выяснено, что посмертные изменения резко уменьшают эластичность межкостной прослойки в «швах» черепа. Именно поэтому многочисленные попытки моделирования подвижности костей черепа на трупах были безуспешными. Анализ изображений не единственный способ регистрации подвижности костей черепа. Так, например, убедительные материалы в этом плане были получены с помощью лазерного луча, отраженного от миниатюрных зеркал на иголках, фиксированных в костях черепа (Zanakis, 1996). Еще одним важным фактом, демонстрирующим, что подвижность костей черепа при терминальном состоянии организма, по данным транскраниальной допплерографии (ТКДГ), принцип которого будет описан ниже, во время систолы сердца показывает некоторый приток крови к мозгу, но в период диастолы этот объем крови обратно оттекает от черепа, что является одним из показателей клинической смерти мозга. Все изложенное выше показывает, что в механизме циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности мозга участвуют самые разные по структурно-функциональной организации физиологические системы.

2. Принципы взаимодействия систем, ответственных за циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга.
Необходимые условия для деятельности головного мозга обеспечиваются путем взаимодействия систем, участвующих в этом процессе, особенности структурно-функциональной организации которых были рассмотрены выше. Существуют разные виды взаимодействий между этими системами, при этом, основным энергетическим донором является сосудистая система головного мозга, взаимодействующая с энергетически пассивными системой СМЖ и биомеханикой черепа. Циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности мозга, основанное на взаимодействии рассматриваемых систем, функционируют постоянно, подчиняясь в определенной степени состоянию организма в целом.

2.1. Одно из таких взаимодействий конечным исполнительным звеном которого являются важные по функциональному значению перетоки СМЖ, основано на свойстве черепа вместить дополнительный объем крови во время систолического подъема артериального давления крови. Этот объем невелик. Он составляет 20-40% порции ударного объема сердца поступающего к полости черепа. Если сравнить его с порцией ударного объема сердца, поступающей к мозгу, которая составляет около 20% ударного объема сердца или 10-12 мл, то часть ударного объема — поступающая в полость черепа за счет изменения ее внутреннего объема составляет 4-6 мл (Москаленко и др. 2011). Именно такой объем крови в физиологических условиях, как было показано выше, может вместить живой интактный череп. Поступление в череп этого объема крови первоначально сопровождается повышением давления СМЖ в основании черепа в результате систолического расширения крупных артерий Виллизиевого круга первоначально во время систолы сердца заполняемых кровью, что инициирует движение СМЖ в направлении свода черепа. Это, в свою очередь определяет важные для функционирования механизма цируляторно-метаболического обеспечения деятельности мозга два постоянно функционирующих типа системного взаимодействия. Пульсовой переток СМЖ в область свода черепа приводит к следующему взаимодействию: «рост пульсового объема артерий основания черепа – переток СМЖ в направлении свода черепа — сжатие крупных вен, из которых кровь может оттекать только в одном направлении — от черепа». В обратном направлении кровь двигаться не может, поскольку кровь, поступившая в череп следующие фазы сердечного цикла, поддерживает пульсовой рост внутричерепного давления, что препятствует возврату крови в мелкие вены. Физическим аналогом этому взаимодействию может быть простой электрический трансформатор. Расчеты на модели показывают, что таким образом может быть сохранено до 20 -25% энергии сердечного выброса, который может быть более экономично использован для обеспечения питания головного мозга (Москаленко и Вайнштейн, 2002-ЖЭБФ). Следует отметить, что этот механизм был обнаружен одним из учеников И.П. Павлова (Цибульский, 1894), но не был в то время должным образом оценен.

2.2 К постоянным видам межсистемного взаимодействия следует отнести периодические восходящие перетоки СМЖ между полостями черепа и позвоночника, которое было выявлены с помощью пальпации, в конце 30-х годов (Satherlend,1939). Несмотря на отсутствие объяснений этого феномена, многие годы он был единственным путем объективной оценки эффективности лечения с помощью краниальных остеопатических техник. Эти перетоки СМЖ представляют собой периодические восходящие каудально-краниальные кратковременные сравнительно интенсивные перемещения СМЖ, которые поступая в череп, вызывают смещения его костей. Восходящая волна СМЖ получила в то время образное название «Краниальный ритмический импульс» (КРИ) а сам феномен в целом — «Первичный Дыхательный Механизм» (ПДМ). Термины ПДМ и КРИ были сформулированы специалистами в области остеопатической медицины для обозначения открытыми ими феноменами до настоящего времени используются только этом направлении медицины, а в «классической» медицине и физиологии они не встречаются.
Восходящие перемещения СМЖ следуют с частотой, варьирующей в широких пределах — по разным источникам от 2-3 до 10-15 циклов в мин. Во вторую половину ХХ века было высказано несколько гипотез возникновения периодической восходящей волны СМЖ, но они не выглядят правдоподобными. Во-первых потому, что они не содержат количественной оценки этого феномена. Во-вторых, они основаны на какой-то одной из известных физических сил, что маловероятно, учитывая возвратно-поступательный характер этого вида перемещений СМЖ, что требует взаимодействия как минимум двух разных по природе усилий, приложенных к разным регионам краниа-спинального пространства, заполненного СМЖ. Это обстоятельство было отмечено достаточно давно, еще в источниках древне-китайской медицины, где полагалось, что один из источников сил для движения СМЖ локализован в области крестца, что вызывает его периодическую подвижность, а второй – в области соединения черепа и позвоночника. Последнее обуславливает подвижность костей черепа (Чиа Манжек, 2013) Правда, высказанные выше рассуждения несколько наивны, поскольку представления о СМЖ, так и ее циркуляции еще отсутствовали, что было заменено понятием «циркуляция энергии», но, в принципе, из этих рассуждений следует два важных положения, а именно, периодическая подвижность субстратов в краниа-спинальном пространстве определяется двумя источниками сил и имеет место периодическая подвижность костей черепа.

Рассмотренные выше материалы относительно периодических восходящих потоков СМЖ, вызывающих движение костей черепа, составляющих ПДМ, до последнего времени были предметом дискуссий не только в плане функциональной организации, но и самого факта их существования. Наличие конечного звена этой цепи было доказано и количественно оценено, как это отмечено выше, лишь к началу ХХI века. Вместе с тем, в ПДМ невыясненным оставался источник сил, его обеспечивающих, поскольку суждения о восходящем потоке СМЖ базировались лишь на косвенных фактах. Для выяснения этого феномена нужно, во-первых, показать факт наличия быстрых периодических восходящих и интенсивных перемещений СМЖ, длительность интервала между которыми значительно больше времени самого перемещения, что дает основание считать его своеобразным импульсом. Во-вторых, следует выяснить путь пополнения СМЖ в поясничном, а точнее, в люмбальном отделе позвоночника, необходимого для создания очередного восходящего импульса СМЖ. Наконец, в-третьих, выяснить источник сил, которые способны создать импульсные восходящие периодические перемещения СМЖ. Концепция, основанная на прямых фактах и отвечающая на все эти опросы была создана недавно (Moskalenko et al. 2013) и исходит из положения, что в основе КРИ лежат две силы, одна из которых осуществляет заполнение люмбального дурального мешка СМЖ, а другая формирует ее восходящий поток – КРИ, возвращая СМЖ из наполненного люмбального мешка обратно в череп. Разница во времени между интервалами КРИ и его длительностью означает, что эти силы по величине должны отличаться в несколько раз, причем менее интенсивная должна действовать со стороны черепа, доминирующая – со стороны крестца. Наличие первой из этих сил следует из данных контрастной динамичной ЯМР головы, шейного и верхне-грудного отделов позвоночника, которые показывают, продвижение небольшой порции СМЖ в период систолического подъема артериального давления, как это следует из сопоставления серийных ЯМР, СМЖ перемещается в полость позвоночника и в виде волны вниз по позвоночнику (Москаленко с сотр. 2010). Поскольку люмбальный дуральный мешок обладает определенной податливостью, СМЖ в течение нескольких сердечных циклов наполняет его, вызывая при этом некоторую деформацию крестцового отдела позвоночника, сопровождаемую движением крестца. Это, в свою очередь приводит к растяжению окружающих поясничный отдел позвоночника тонических мышц. Последние в ответ на растяжение сокращаются, возвращая положение поясничного и крестцового отделов позвоночника, а СМЖ, находящаяся в люмбальном мешке, «выжимается» оттуда в краниальном направлении, образуя КРИ. Доказательство именно такой последовательности событий было получено путем регистрации реограммы одновременно на четырех уровнях – голова, верхний грудной отдел позвоночника, верхний поясничный отдел позвоночника и его люмбальный отдел (Moskalenko et al., 2013). Схематически, процесс формирования КРИ, его продвижения в краниальном направлении, а также непрерывный процесс восполнения люмбального мешка СМЖ, показан на рис. 3. Как уже упоминалось, частота ПДМ по данным многочисленных, пальпаторных наблюдений, колеблется в весьма широких пределах. Исходя из приведенных выше рассуждений, такой большой разброс данных о частоте ПДМ можно понять, если учесть, что инициирующий его КРИ зависит от нескольких процессов. Так, величина «порции» ликвора, поступающего в полость позвоночника зависит от нескольких величин: во-первых, от объема «порции» крови, вмещаемой черепом в период подъема артериального давления, во-вторых, от емкости пространств заполненных СМЖ в черепе и ее распределения в черепе. Здесь одна часть СМЖ перемещается в область вен и венозных синусов, а друга часть – из основания черепа, через щель в области Большого Затылочного отверстия, образуемого мозгом и позвоночником, спускается вниз, вплоть до его поясничного отдела. Наконец, играют роль биомеханические характеристики люмбального отдела позвоночника, определяющие растяжение окружающих его тонических мышц. Все перечисленные процессы определяются индивидуальными анатомическими особенностями. Поэтому частота КРИ варьирует в широких пределах, что было отмечено выше. Отсюда следует, что затруднительно по данным частоты КРИ и степени подвижности костей черепа указать на значение этих показателей свойственные физиологической норме – критерием ее оптимальности в данном конкретном случае является достаточность обеспечения химико-физического гомеостаза среды, окружающей органы ЦНС и их толерантность к различным стрессовым ситуациям. Снижение же качества функционирования головного мозга может быть следствием отличия частоты ПДМ от ее оптимального значения и в этом отношении следует обращать внимание на величины частоты ПДМ, близкие к ее крайним значениям, как высоким, так и низким. Это обусловлено тем, что перемещения СМЖ в виде КРИ способствуют «вымыванию» из полости спинного мозга скапливающихся там продуктов метаболизма и выводят их в область свода черепа. Там они через Пахионовы грануляции попадают в венозную кровь, оттекающую от черепа, поддерживая тем самым химико-физический гомеостаз среды, окружающей ЦНС в целом. Поэтому, наиболее вероятно, что оптимальные условия для этого процесса соблюдаются при частотах ПДМ, приближающимся к его средним значениям. Таким образом, одной из возможных причин циркуляторной недостаточности ЦНС может быть связан с дисбалансом процессов, определяющих ПДМ.

2.3 Межсистемные связи, вызванные сторонними причинами определяют нерегулярные перемещения СМЖ в полостях черепа и позвоночника. Так, перемещения СМЖ возникают при движениях или при изменениях положения тела в вертикальной плоскости, это связано с тем, что движения мышц или перевороты тела вызывают сдавливание мышц, что «выжимает» из них венозную кровь, которая сказывается на кровенаполнении крупных вен, связанных с полостями черепа либо позвоночника. Так, напряжение мышц живота вызывает рост давления в системе нижней полой вены, связанной через вены, не имеющие клапанов с венозными сплетениями полости позвоночника. Это, в свою очередь, повышает давление СМЖ в спинальной полости и как ответную реакцию – перемещение некоторого объема СМЖ в направлении черепа и рост внутричерепного давления. На этом факте основан один из диагностических приемов, — дозированное надавливание на живот с регистрацией кровенаполнения черепа, что позволяет проверить проходимость путей движения СМЖ в спинальной полости – тест Стуккея. Повороты головы также вызывают перетоки ликвора в полости черепа, что иногда также используется с диагностической целью. Кроме показанных выше детерминированных перетоков СМЖ существуют и регулярные перемещения СМЖ, связанные с дыхательными движениями грудной клетки. Так, во время вдоха давление в плевральной полости падает, что способствует оттоку крови от черепа. В тоже время, ниже диафрагмы венозное давление растет, и кровенаполнение полости позвоночника ниже диафрагмы увеличивается. Таким образом, дыхательные движения вызывают обратно-поступательные движения СМЖ между полостями черепа и позвоночника (Москаленко, Вайнштейн, 1972), которые модулируют подобные перемещения СМЖ, вызванные ПДМ, внося в последние дополнительный элемент нерегулярности.
Приведенные выше факты показывают ряд путей взаимодействия между сосудистой системой головного мозга, системой СМЖ-циркуляции с биомеханикой черепа, которые определяются внешними по отношению к краниа-спинальной полости причинами, в первую очередь, деятельностью сердца и дыханием. К воздействию последних рассматриваемый системо-комплекс не только хорошо адаптирован в процессе эволюции, но и активно поддерживается ими. Последнее важно учитывать при вызванном медицинскими показаниями изменении деятельности сердца и дыхания, например при искусственной вентиляции легких.
Структурно-функциональная организация отдельных систем, входящих в описанное выше интегративное взаимодействие с целью обеспечения гомеостаза работающего мозга различна. Так, сосудистая система головного мозга активна по своей природе, т.е. имеет свои источники движущих сил — это сердечная мускулатура и собственная двигательная активность сосудистой стенки. Активность двух других систем определяется сосудистой системой мозга, которая модулируется рядом факторов определяемых их конфигурацией и внешними силами.

3. Принципы взаимодействия систем, направленные на обеспечение гомеостаза работающего мозга.
Взаимосвязи между сосудистой системой головного мозга, системой СМЖ-циркуляции и биомеханикой черепа, которые были рассмотрены в предыдущем разделе, предопределяют возможность выполнения их главной функциональной задачи – циркуляторного обеспечения деятельности мозга. Эти системы представляют собой сопряженные структурно-функциональное образования, которое выполняют важную для организма в целом функциональную задачу – циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга, которое сводится в конечном итоге к обеспечению химико-физического гомеостаза его тканей. Данная функциональная задача включает в себя как доставку нужного количества химических продуктов к ткани мозга, его структурам, метаболические потребности которых постоянно меняются. Не менее важной задачей является и удаление продуктов жизнедеятельности мозга из черепа, а также поддержание водного баланса ткани мозга, от чего зависит его объем, ограниченный внутренним объемом черепа. Важность этой функциональной задачи определяется тем, что даже незначительные изменения объема мозга, связанных с изменениями гидратации его ткани сразу вызывают изменение циркуляции СМЖ и внутричерепного давления, что не может не сказаться на качестве выполнения функциональной задачи рассматриваемого системо-комплекса и требует безотлагательной коррекции. В этом процессе важную роль равновесия между гидравлическом и онкотическом давлений крови (положение точки Старлинга) внутри и вне микрососудов мозга, а также регуляция их проницаемости для воды, осуществляемая, в частности, брадикинином.

3.1 Взаимодействие рассматриваемого системо-комплекса направлено на выполнение определенной, значимой для организма в целом функциональной задачи. Это позволяет расценивать его как более высокую качественную ступень взаимодействия, а именно их интегративное взаимодействие, что соответствует термину «системная интеграция». Естественно, в реальных условиях жизнедеятельности, степень взаимодействия системных интегративных связей, обеспечивающих деятельность мозга, может изменяться, что, отражается на конечном результате их взаимодействия, но системная организация обладает определенной функциональной устойчивостью, что является важным для компенсации начальных патофизиологических состояний. Понятие «системная интеграция» в данном контексте должно включать только один из уровней, структурной организации живых систем, а именно органно-тканевой уровень. Однако в решении той или иной конкретной физиологической задачи не могут не участвовать и другие уровни биологической организации, например молекулярный или клеточный. Системная интеграция не может быть полной, в отсутствии управляющего воздействия процессов, идущих на других уровнях биологической организации, а также без обратной связи, указывающей насколько полно уровень системной интеграции выполняет свою функциональную задачу. Такие коррегирующие сигналы поступают как с более высоких (по отношению к органно-тканевому) надсистемных уровней, так и более низких, подсистемных уровней. При этом коррегирующие сигналы поступают на ту систему, которая в состоянии решить стоящую перед организмом функциональную задачу
3.2 Взаимодействие систем разного уровня биологической организации основано на том, что каждый из этих уровней имеет комплексы своих собственных интегративных систем. В настоящей статье рассматривается лишь один из уровней, который ближе всего соответствует органному. Поэтому он, в свою очередь, взаимодействует с системами других уровней биологической организации, которые связаны в единую цепь процессов, начальным звеном которой является окружающая организм внешняя среда, а конечным химико-физический гомеостаз ткани мозга на уровне молекулярного взаимодействия. Все вышестоящие уровни последовательно создают условия для успешного взаимодействия на следующем уровне биологической организации, вплоть до конечного результата – высвобождения энергии для реализации нейродинамических процессов. В целом, организм, представляет собой совокупность всех взаимодействующих друг с другом структурно-функциональных систем. В системо-комплексе, ответственном за циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга, коррегирующие сигналы как в вышележащих, так ниже лежащих уровней поступают непосредственно на сосуды мозга, что учитывается при их взаимодействии с другими системами. Так, с одной стороны, сосуды мозга чувствительны к внутрисосудистому давлению и содержанию в крови, в первую очередь углекислоты, а также к изменениям давления СМЖ, вызванных динамикой кровенаполнения венозной системы краниа-спинальной полости, что является коррегирующими воздействиями надсистемного уровня, С другой стороны, они чувствительны к содержанию в окружающей среде неорганических ионов, ряда клеточных гормонов, подвержены нейрогенным влияниям, что представляет собой коррегирующие воздействия подсистемного — клеточного уровня (рис.4) . Таким образом, коррегирующие влияния на системо-комплекс, ответственный на циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности мозга осуществляются преимущественно через его сосудистую систему. Естественно, примерами показанными на рис.4 далеко не исчерпывается весь перечень различного вида коррегирующих воздействий, но отмеченные на рис.4 факторы четко показывают, что межсистемные взаимосвязи на органно-тканевом уровне функционируют не изолированно, а как элементы надсистемной организации – организма в целом, так и процессов в отдельных элементах каждой из рассматриваемых систем
Таким образом, под понятием «системная интеграция» следует понимать как взаимодействие нескольких функциональных систем организма, объединенных единством выполняемой функциональной задачи, вносящих по значимости соизмеримый вклад в ее реализацию. Нарушение сбалансированности взаимодействия между ними, вызванное внутри-организменными или внешними причинами, не может не сказаться на качестве выполнения функциональной задачи, что может явиться предпосылкой к болезни. Не претендуя на полноту и безукоризненность высказанных выше соображений, они может оказаться полезными для понимания проблем цереброваскулярной недостаточности и их оптимального решения.

4. Объективная оценка степени и качества межсистемного взаимодействия.
Эффективность межсистемного взаимодействия в механизме циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга, как в любом другом функционально важном физиологическом комплексе, может быть оценена по конечному результату выполнения своей функциональной задачи. Это наиболее надежный показатель, поскольку если результат функционирования полноценен, это означает, что система справляется со своей задачей. Однако этот критерий нельзя считать в достаточной мере полным, поскольку, за счет регуляторных механизмов и особенностей структурно-функциональных взаимосвязей система обладает определенной функциональной устойчивостью. Поэтому по оценке результата функционирования в стационарных условиях нельзя судить о ее функциональном резерве, т.е. о возможности ее удовлетворительного функционирования в различных условиях жизнедеятельности.
4.1 Критерии, объективно характеризующие снижение качества функционирования каждой из систем, определяются не только качеством конечного результата функционирования системо-комплекса, поскольку, изменения конечного результата могут быть сходными, при разных видах изменения взаимодействия отдельных систем. Так, например нарушения функционирования, обозначаемое понятием дисциркуляторная энцефалопатия и сходные изменения, которые, возможно, вызывает и воздействие факторов внешней среды, могут быть следствием принципиально разных нарушений как деятельности отдельных систем, входящих в рассматриваемый комплекс, или же нарушений межсистемного взаимодействия. Сказанное выше показывает, что поиск механизма расстройств взаимодействия систем и нарушений функционирования отдельных систем представляет собой комплексную задачу. Прежде всего, она состоит в выяснении степени нарушения качества выполнения конечной функциональной задачи, которая может быть оценена не только в снижении величины соответствующего показателя в статическом состоянии, но и в снижении функциональной устойчивости системо-комплекса в целом. Последнее для своего определения требует использования функциональных тестов, направленно воздействующих на состояние отдельных систем. Однако, эти показатели, количественно характеризующие величину изменения конечного результата функционирования, важны, скорее для выбора путей симптоматического восстановления функциональной задачи, чем для понимания причин ее нарушений, что является стратегически более важной, но и более сложной задачей. Эта задача, в свою очередь, подразделяется на две. Одна из них состоит в выяснении очага повреждения или структурно-функциональных изменений в системах ответственных за обеспечение гомеостаза органов нервной системы, а вторая – в выяснении нарушений взаимодействия между ними, при целостности каждой из систем. Еще одна задача состоит в оценке изменений деятельности какой-либо другой важной системы организма, не включенной в указанный выше системо-комплекс, например, показателей деятельности сердца или легких. Все это следует учитывать при выяснении механизмов нарушений межсистемной интеграции с целью ее восстановления при разных состояниях организма.
Комплексность задачи выяснения функциональной роли межсистемного взаимодействия ее изучение требует адекватного подхода, реализуемого при помощи современных компьютерных и инструментальных методов исследования. Это обусловлено тем, что изучение задачи такого рода сложности требует, во-первых, одновременной регистрации нескольких физиологических процессов, в достаточной степени полно отражающих каждую из изучаемых физиологических систем, а, во-вторых, использования для анализа полученных результатов методов, которые стали доступными лишь недавно, поскольку они основаны на использовании современной вычислительной техники.

4.2 Инструментальные возможности регистрации состояния межсистемного взаимодействия в механизме циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга в последние годы существенно расширились, хотя прямые неинвазивные методы регистрации как показателей деятельности отдельных систем, участвующих в циркуляторно-метаболическом обеспечении деятельности головного мозга пока не созданы. Поэтому для изучения таких систем приходится пока пользоваться лишь косвенными методами, отражающими опосредованно деятельность интересующих в настоящем исследовании систем. Базируясь на богатом опыте изучения проблем сердечно-сосудистой системы можно заключить, что наиболее адекватными для целей настоящего исследования может быть комбинация методов реоэнцефалографии (РЭГ) и транскраниальной допплерографии (ТКДГ), о котором уже упоминалось выше.
Первый из этих методов основан на регистрации электрического сопротивления тока высокой частоты между электродами, накладываемыми на кожные покровы головы человека. Биофизические основы этого метода, разработанные в 60-х годах прошлого века показали, что метод РЭГ позволяет регистрировать изменения объемного соотношения между кровью и ликвором в интактном черепе и позволили выяснить оптимальные условия для его реализации, конкретно – диапазон частот 80-100 кГц и величину максимального напряжения, прикладываемого к электродам (Москаленко, 1967). В 70-х годах метод РЭГ получил широкое распространение в неврологических клиниках и даже был использован для изучения мозгового кровообращения у космонавтов в условиях невесомости. Однако с 80-х годов популярность этого метода существенно снизилась в связи с невозможностью оценки с его помощью величины мозгового кровотока у человека, а только изменений цереброваскулярной реактивности (Москаленко, Вайнштейн, 1983). Однако в начале XXI века метод РЭГ вновь приобрел распространение в связи с созданием надежных в работе приборов, (ПО «Митсар», С-Петербург), позволяющих проводить исследования одновременно на 3-х частотах (16, 100 и 200 кГц), «зондируя» мозг на разных глубинах, а также в связи с возможностью использования метода спектрального анализа для оценки медленно-волновых колебаний РЭГ, отражающих, динамику объемных процессов в краниа-спинальной полости (Москаленко, 2015). Следует подчеркнуть, что метод низкочастотного спектрального анализа, несмотря на широкое распространение спектроскопии при решении широкого круга проблем естествознания, был использован для таких целей впервые.
Метод ТКДГ основан на измерении сдвига частоты отраженного пучка ультразвука частотой 2 мГц, сфокусированного в одной из крупных внутричерепных артерий. Метод позволяет измерять линейную скорость кровотока в зоне сосуда, где сфокусирован ультразвук и производить измерения практически во всех крупных артериях мозга, а также и в крупных венах (Aasid, 1981; Шахнович 2002). В настоящее время промышленность ряда стран выпускает модификации ТКДГ — приборов, которые, однако, мало отличаются друг от друга. В нормальных физиологических условиях, при отсутствии аномалий в строении сосудистой системы, по результатам измерения линейной скорости кровотока методом ТКДГ можно судить о состоянии кровоснабжения мозга в целом.

Сочетание РЭГ и ТКДГ представляет существенный интерес, поскольку каждый из этих методов отражает свои особенности функционирования системо-комплекса, ответственного за циркуляторное обеспечение деятельности головного мозга. Действительно, метод ТКДГ позволяет регистрировать линейнную скорость кровотока, которая для артерий эластичного типа, к которым относятся крупные артерии мозга, пропорциональна, согласно закону Пуазейля, изменению из объема. Поэтому, в период систолы сердца происходит их пассивное расширение, которое повышает давления окружающей их СМЖ и вызывает, как было сказано выше, ее отток от основания черепа к его своду. Последнее регистрируется методом РЭГ. Поэтому сопоставление данных, регистрируемых ТКДГ и РЭГ дает возможность построить зависимость «объем-давление» для черепа в период систолы сердца, или, другими словами, динамический «Cranial Compliance» что в русской транскрипции соответствует понятию «податливость черепа» (ПЧ). В период диастолы СМЖ перемещается как в переделах полости черепа, что отражает подвижность СМЖ (пСМЖ), так и между полостями черепа и позвоночника, что следует из многочисленных ЯМР – исследований. Поэтому величины изменений РЭГ и ТКДГ расходятся и разность между ними соответствует пСМЖ. Совместный анализ РЭГ и ТКДГ позволяет выявить два показателя ПЧ и пСМЖ в черепе. Кроме того, по данным ТКДГ можно судить о величине мозгового кровотока. Таким образом, сочетание методов РЭГ и ТКДГ дает возможность следить одновременно за состоянием мозгового кровотока (по данным ТКДГ). пСМЖ и ПЧ. Однако, эти данные «привязаны» к определенному сердечному циклу и судить о их динамике можно путем сопоставления результатов анализа определенного сердечного цикла, зарегистрированного при разных состояниях организма или у разных лиц.

4.3. Методы регистрации показателей. Регистрация РЭГ («МультиРЕГ», ПО «Митсар», Pоссия) осуществлялась, при фронто-мастоидальном положении электродов одновременно с правого и левого полушарий, что позволяет охватить значительную область мозга, снабжаемую кровью из бассейна Средней мозговой артерии (СМА), а регистрацию ТКДГ — производить в основании этой артерии. Записи производились на ПК с Windows-7 через АЦП PowerLab-8 (ADInstruments, США) с использованием программы Chart 5, что впоследствии позволяет вычислять указанные выше показалтели ПЧ и пСМЖ. В настоящих исследованиях, одновременно с РЭГ и ТКДГ регистрировались электрокардиограмма (ЭКГ) и частота дыхания(ЧД), что было использовалось при анализе получаемых данных. Схема инструментального комплекса, использованного в наших исследованиях исследования показана на рис.5. Для каждого пациента проводили записи в покое («фон») и при функциональных тестах Стуккея (надавливание на живот с усилием до 2 кг) и Штенге (задержка дыхания на фазе вдоха) – с целью определения цереброваскулярной реактивности (ЦВР).

4.4 Анализ результатов одновременной регистрации пульсовых волн РЭГ и ТКДГ. Этот вид анализа заключался в вычислении величин ПЧ и пСМЖ по данным одновременного анализа пульсаций РЭГ и ТКДГ. Для оценки пСМЖ и ПЧ в полученных записях РЭГ и ТКДГ выбирались по несколько пульсовых циклов, соответствующих участку «фона», а также участкам функциональных тестов. Кроме РЭГ и ТКДГ учитывались записи дыхательных движений грудной клетки и ЭКГ – для сопоставления разных состояний организма или данных у разных исследуемых лиц. Для анализа следует выбирать пульсовые циклы, относящиеся к определенной фазе дыхания (глубокий вдох или выдох), так как показатели внутричерепных пульсаций зависят даже от незначительных изменениий внутричерепного давления(ВЧД), возникающих в разные фазы дыхательного цикла (Moskalenko et al., 2009).

Анализ соотношений изменений РЭГ и ТКДГ, сущность которого состояла в преобразовании регистрируемых данных в системе координат «амплитуда – время» в систему координат «изменения РЭГ – изменения ТКДГ» в период сердечного цикла, что соответствует зависимости «объем – давление» для черепа в период сердечного цикла, для чего использовались возможности программы Chart (рис.6 -верхний). Полученная кривая (рис.6, нижний), где по оси абсцисс откладывались значения ТКДГ, а по оси ординат — значения РЭГ разделялась на фазу систолы ОА и фазу диастолы АВ . Для удобства совместного рассмотрения фрагмент кривой, соответствующий систоле, отображался зеркально относительно вертикальной оси, а фрагмент кривой, соответствующий диастоле – отображался зеркально относительно как вертикальной, так и горизонтальной осей. Зависимость РЭГ от ТКДГ на фазе систолы хорошо аппроксимировалась прямой линией (линия 1 на рис.6). Модуль коэффициента этой прямой соответствует значению параметра пульсовой податливости черепа (ПЧ) и численно равен тангенсу угла наклона прямой, образованного с осью абсцисс.
Далее, начальная точка диастолической кривой соединялась прямой линией (линия 2 , рис.6) с конечной точкой диастолической кривой, затем вычислялась площадь фигуры, ограниченной снизу данной прямой, а сверху – кривой зависимости РЭГ от ТКДГ. Полученное значение характеризует подвижность спинно-мозговой жидкости в полости черепа (пСМЖ), как было показано ранее (Москаленко и др., 2006, 2008). Таким образом, по записям РЭГ и ТКДГ для каждого пациента были получены несколько пар значений ПЧ и пСМЖ – для состояния покоя (фон), а также изменений, наблюдаемых в ходе функциональных тестов. Подробное описание методики можно найти в одной из наших предыдущих работ (Москаленко и др., 2010; Moskalenko et al. 2011).
Информационная значимость ПЧ и пСМЖ высока, поскольку позволяет определить ПЧ и пСМЖ в стандартизированных единицах с помощью анализа одновременной регистрации РЭГ и ТКДГ, применительно к одному и тому же сосудистому бассейну. Наиболее предпочтительным является бассейн СМА, которая снабжает кровью значительную область больших полушарий мозга. Стандартизация методики расчета особенно важна, так как позволяет сопоставлять данные, полученные как у одного и того же лица, так и у разных лиц. К настоящему времени уже накоплены материалы, показывающие границы физиологической нормы этих показателей в возрастном аспекте (Москаленко с сотр.,2010; Moskalenko et al. 2011) и патофизиологическую значимость этих отклонений (Кравченко, 2009). Этот методический подход уже сегодня может быть использован для изучения воздействия факторов внешней среды на человека.

4.5 Спектральный анализ медленно-волновых объемных колебаний в черепе.
В процессе спектрального анализа с высоким разрешением с строятся амплитудные спектры записей РЭГ и ТКДГ. Этот вид анализа дает возможность получить количественную оценку медленно-волновых объемных колебаний, отличающихся нерегулярностью амплитуды и частоты, что не позволяло долгое время использовать их как информативный физиологический показатель. Как недавно было показано специальными исследованиями (Moskalenko et al.2014), для спектрального анализа медленно-волновых объемных колебаний в черепе целесообразно выделять диапазон 0,01 – 0,3 Гц, и брать для анализа фрагменты записей РЭГ и ТКДГ длительностью не менее 150 сек. при квантовании БПФ 128кГц. Для получения качественных записей пациенту следует спокойно лежать с закрытыми глазами.
Записи РЭГ производились на трех частотах 16, 100 и 200 кГц, отдельно для левого и правого полушария при фронто-мастоидальном положении электродов (см. рис.8). ТКДГ регистрировалась в основании СМА. По полученным данным с помощью программы Chart 5 строили спектрограммы всех регистрируемых процессов Амплитуду пиков РЭГ и ТКДГ на частоте 0,01 – 0,3 Гц стандартизировали путем сопоставления с максимальной величиной пульсовых волн РЭГ, которые проявляются на частотах 0,8 – 1,4 Гц, принимаемой за единицу. Это позволяло сопоставлять величины спектров РЭГ и ТКДГ в диапазоне 0,01 – 0,3 Гц у одного и того же лица при разных состояниях, либо у разных лиц, с учетом различий в пульсовых показателях, у разных пациентов.
В качестве общего критерия изменений характера спектрограмм в программе Chart 5 считалось значение площади под кривой (интеграл) на исследуемом диапазоне частот 0,01 – 0,3 Гц до и после остеопатического лечения. Пример спектрограммы нескольких физиологических процессов показан на рис.7 Как следует из этого рисунка, несколько пиков совпадают на разных спектрограммах. Так, общими для спектрограмм РЭГ являются пики с периодичностью 1,5 ц/мин (пик А), совпадающие с пиками ТКДГ. Это дает основание заключить, что происхождение этих пиков связано с медленными волнами системного артериального давления и отражает процесс его регуляции. Подобный вывод можно сделать и о пиках с периодом 12,1 ц/мин (пики В), совпадающих с дыхательными движениями грудной клетки. В промежутке между пиками А и В можно выделить до 4-7 пиков, свойственных только спектрам РЭГ, отличие которых заключается как в их амплитуде, частоте, так и в их различиях на разных частотах регистрации РЭГ, а также в разных полушариях мозга. Сказанное дает основание ожидать, что группа пиков Б связана с внутричерепными объемными колебаниями как сосудистой, так и СМЖ-динамической природы. Различие спектров РЭГ, зарегистрированных на разных частотах показывает, что медленно-волновые колебания в поверхностных структура внутренней полости черепа, включая корковые структуры мозга, регистрируемые на низкой частоте до 20 кГц имеют свои отличия от подобных колебаний в более глубоких структурах мозга. Этот факт был подмечен на записях РЭГ корковых и глубоких структур мозга у пациентов с имплантированными в эти структуры мини-электродов (Moskalenko et al.,1964), а получил возможность количественной оценки лишь теперь.
Приведенные факты дают основание полагать, что с помощью спектрального анализ может ценную информацию об особенностях этих процессов, выявить которую возможно лишь на базе использования современных инструментальных методов, с использованием ПК. Для выявления информационной роли спектрограмм РЭГ при изучении воздействия на организм человека факторов внешней среды для каждого пика РЭГ группы Б фиксировалось его положение в спектре (частота) и относительная амплитуда. Полученные значения площадей спектрограмм, амплитуд и частот пиков для каждого пациента до и после лечения фиксировались в базе данных MS Excel для последующей статистической обработки.

Выяснение изменений показателей спектрального анализа при изменении состояния организма или в результате лечебных воздействий производилось по следующим показателям:
1. Выявление изменения показателей (относительная величина и положение на шкале частот) отдельных пиков спектрограмм разных физиологических процессов (РЭГ, ТКДГ, Дыхательные движения),
2. Сопоставление изменений показателей пиков спектрограмм и соотношения между ними,
3. Количественный анализ различий в изменении показателей пиков спектрограмм изучаемых процессов,
4. Значимость величины площадей под кривой спектрограмм,
5. Выраженность межполушарной асимметрии спектрограмм разных процессов. (площади спектрограмм, частоты и амплитуды пиков).
Таким образом, можно назвать ряд количественных характеристик спектрограмм медленно-волновых объемных процессов в черепе, связанных с циркуляторно-метаболическим обеспечении деятельности мозга. Однако, выявление их конкретной информационной значимости с позиций физиологии и клинической медицины, в частности при изучении воздействия на организм факторов внешней среды, пока еще проблематично. Некоторые предварительные заключения уже можно сделать, комплексно учитывая при этом как изменения показателей ПЧ и пСМЖ, так и спектров РЭГ, зарегистрированных на разных частотах, с выявлением их межполушарной асимметрии.

5. Оценка функциональной интеграции систем, ответственных за циркуляторно-метаболической обеспечение деятельности головного мозга.
Показанные выше методы оценки состояния отдельных систем, входящих в рассматриваемый системо-комплекс и взаимодействие между ними основаны, на использовании косвенных показателей с использованием стандартизированных шкал. Последнее крайне важно, поскольку такого рода данные по при проведении сравнительных исследований, направленных на выявление изменений системного взаимодействия, по информационной значимости являются, порой ценнее абсолютных величин. Это объясняется тем, что при сопоставлении результатов количественных измерений влияют, как правило, свойственные им погрешности измерения, которые во многом нивелируются при проведении сравнительных исследований с использованием стандартизированных величин.
Важно отметить, что разные показатели представляют собой результат интеграции за разные промежутки времени, что нельзя не учитывать при сопоставлении разных показателей. Так, величины ПЧ и пСМЖ определяются за период одного сердечного цикла, т.е. время интеграции до 1 сек., измерение ЦВР требует большего времени – максимально до 40 сек., а измерения за наиболее длительные интервалы времени требует применение спектрального анализа, который позволяет получать обобщенный результат на несколько десятков секунд. Несмотря на различие временных показателей, при учете этого фактора, рассмотренная выше методология, основанная на одновременной регистрации трехчастотной РЭГ и ТКДГ, вполне приемлема для изучения воздействия на организм факторов внешней среды.
Деятельность рассматриваемого системо-комплекса, ответственного за циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга, характеризуется двумя видами показателей. Одни из них характеризуют состояние каждой из систем, а другие – межсистемное взаимодействие.

5.1 Состояние отдельных систем достаточно полно характеризуется результатам одновременной регистрации РЭГ и ТКДГ, позволяющим судить о функционировании сосудистой системы головного мозга по данным измерения линейной скорости кровотока в основании СМА (при отсутствии аномалий в ее строении), ПЧ и пСМЖ. Результаты исследования группы здоровых лиц в возрасте 20-30 лет показали, что для них показатели ПЧ и пСМЖ, вычисляемые по методу, показанному на рис.6, варьируют в пределах — первый от 0.7 до 0.9 , a второй – от 0,3 до 0,5. ПЧ представлен зависимостью «объем–давление», вычисляемой для систолического роста артериального давления, длительностью 0,1 -0,2 сек, как правило близкую к линейной. Приведенные выше величины ПЧ следует относить исключительно к полости черепа, поскольку за время измерения оттока СМЖ в спинальную полость не происходит. Если в качестве модели, по симптомам близкой с воздействием на организм факторов внешней среды взять церебраваскулярную дистонию, то можно ожидать снижение ПЧ до 0,5, а величины пСМЖ – до 0,25-0,40. В тоже время, мозговой кровоток по данным ТКДГ снижается незначительно – не более 5%. Эти данные указывают, что одной из возможных причин недомогания, например, при достаточно быстрых изменениях атмосферного давления, температуры и влажности окружающей среды. может явиться снижение подвижности СМЖ за счет роста системного венозного давления и рефлекторных влияний. Отсюда следует, что одним из возможных путей коррекции при таких состояниях может быть остеопатическое лечение, например применением остеопатической техники «Дренаж венозных синусов», на что указывают известные материалы (Moskalenko, Kravchenko, 2004).

5.2 Весьма чувствительным показателям состояния как отдельных систем так и межсистемного взаимодействия, ответственных за циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности мозга, является ЦВР по реакции РЭГ и ТКДГ в ответ различные функциональные нагрузки, направленные на стандартизированные изменения показателей интересующей системы и выявление особенностей их компенсации. Распространенным воздействием на артериальные сосуды мозга является 30 секундная ингаляция карбогена (7,5% углекислого газа в воздухе), которая вызывает их расширение и, соответственно рост кровотока. При функциональных или структурных нарушениях реакция на карбоген не только падает, но может и инвертироваться, а восстановление ЦВР является одним из первых признаков выздоровления (Москаленко и Хилько, 1986; Гайдар,1989). Возможный механизм действия этого функционального теста состоит в изменении химической чувствительности сосудов мозга. К состоянию организма, близком к нормальному, что свойственно воздействию большинства факторов внешней среды ингаляция карбогена может быть заменена функциональным тестом, представляющим произвольную задержку дыхания на 30-35сек, что также позволяет выявить изменения ЦВР (Рис. 8а). Функциональным тестом, направленным на венозную систему является ортостатический тест – изменение положения тела в вертикальной плоскости головой вниз на 30 градусов. При действии этого функционального теста происходит пассивный рост кровенаполнения черепа, который рефлекторно вызывает повышение тонуса артерий мозга и кровонаполннение черепа нормализуется. Сам факт воздействия измененного кровенаполнения вен мозга свидетельствует о физиологическом механизме, направленном на поддержание неизменного суммарного объема крови в полости, что важно для деятельности механизма циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности головного мозга (Москаленко, 1967). Этот тест может способствовать выявлению реакции организма человека на изменения атмосферного давления.

Существуют также два функциональных теста, направленных на выяснение роли изменения давления СМЖ. Один из них, тест Стуккея, состоит в 20 сек. надавливании на живот усилием 2-2,5 кг, что вызывает рост давления крови в Нижней Полой вене и рост кровенаполнения спинальной полости с оттоком СМЖ в череп (Рис. 8б). Подобным тестом является тест Вальсальвы, заключающийся в натуживании (15 сек), что вызывает рост кровенаполнения черепа и, как следствие, рост ВЧД. Эти функциональные тесты позволяют оценить объемные компенсаторные возможности черепа, что существенно для выяснения причин чувствительности организма к изменению условий внешней среды. Определение ЦСВ оказалось весьма полезным для понимания, например, воздействия невесомости на систему кровообращения головного мозга космонавтов, что было выяснено исследованиями на членах экипажа космической станции «Салют» (Moskalenko et al.1976). Таким образом, оценка ЦВР является одним из звеньев методологии оценки воздействия на организм человека факторов внешней среды.

5.3 Применение спектрального анализа, который, как можно ожидать, является одним из наиболее информативных методов исследования межсистемного взаимодействия и интеграции, находится в настоящее время на начальных стадиях. Полезными в этом отношении могут оказаться материалы наблюдений за медленно-волновыми процессами, результаты которых периодически публиковались последние 50 лет. Так, одновременная регистрация РЭГ и напряжения кислорода (рО2) электрополярографическим методом в микрообъемах ткани бодрствующего мозга человека с помощью имплантированных проволочных электродов с лечебной целью, показали, что регистрируемые процессы испытывают непрерывные медленные колебания, различные по частоте в разных отделах мозга. Они заметно учащаются при ингаляции 100% кислорода и уряжаются, с уменьшением амплитуды, при ингаляции газовой смеси с 7,5% СО2 в воздухе (Moskalenko et al.1964; 1967). Эти изменения четко связаны с состоянием мозга в период реабилитации после черепно-мозговой травмы и более полно его отражают чем, например, некоторые неврологические и биохимические показатели; они специфичны для разных стадий глубины операционного наркоза. Эти колебания изменяются на фоне проведения психо-физиологических тестов, например при использовании матриц Равена (Москаленко, Хилько, 1986). Психоэмоциональное напряжение также изменяет медленные колебания РЭГ, что было в свое время использовано как один из критериев в отборе космонавтов (Вальтбвронов с сотр.1972). Медленно-волновые объемные колебания в черепе снижаются при среднем и исчезают при глубоком наркозе. (Moskalenko et al.1980). Все перечисленные изменения не могут не отразиться на спектрограммах РЭГ, так как связаны с изменениями амплитуды и частоты колебаний, заметные при их визуальном анализе, которые формируют количественные показатели спектрограмм. Это позволяет, в свою очередь, предположить, что эти показатели отражают как взаимодействие систем, ответственных за циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности мозга, так и надсистемные и подсистемные влияния на них. Таким образом, есть основания ожидать, что спектральный анализ является информативным методом, отражающим широкий круг состояний организма человека, в частности, воздействие на него факторов внешней среды. Спектральный анализ может оказаться информативным при изучении роли изменения природных внешних возмущений электромагнитной, гравитационной и возможно еще неизвестной нам природы на организм человека, проявление которых следует ожидать на межсистемном взаимодействии, в частности систем, ответственных за циркуляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга.

Одним из примеров такого воздействия может служить расстройства регуляции тонуса сосудов мозга при повышении центрального артериального давления, что на спектре РЭГ выражается в увеличении числа частотных пиков и падения их амплитуды (рис.9.). Это указывает на дезорганизацию регуляторных процессов, связанную со снижением кровоснабжения мозга и ЦВР с ростом центрального артериального давления. Таким образом, процесс системной дезинтеграции, например, в результате воздействия природных электромагнитных полей, может затрагивать не только системо-комплекс, ответственный за циркуляторно-метаболической обеспечение головного мозга.

Следует ожидать, что в перспективе анализ cпектрограмм по приведенным выше показателям позволит в полной мере установить информационную значимость количественной оценки медленно-волновых колебаний с позиций физиологии и медицины. Вместе с тем, уже сегодня можно представить как выглядит «нормальная» спектрограмма, что следует из данных суммирования 10 спектрограмм РЭГ здоровых лиц среднего возраста. Если пики на спектрограммах имели бы случайное расположение, при их усреднении они бы нивелировались. Однако этого не происходит, наоборот, пики группируются в более выраженные по величине пики, по сравнению с индивидуальными спектрограммами, а их число уменьшается (Рис. 10). Отсюда следует, что увеличение числа пиков, сопровождаемое снижением их величины указывает, скорее всего, на рост системной дезинтеграции, а их уменьшение, сопровождаемое ростом отдельных пиков и увеличением площади, ограниченной спектрограммой указывает на рост согласованности системного взаимодействия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение воздействия на организм факторов внешней среды в течение многих лет представляет собой одну из важнейших проблем, поскольку под их влиянием находится практически все человечество. Однако не все люди в равной мере степени восприимчивы к ним, одни из них чувствуют себя больными, для других это проходит бесследно. Зависит ли это от индивидуальной чувствительности отдельных лиц, либо это связано с их функциональной устойчивостью, пределы которой могут варьировать. Это одна из проблем, которая может быть выяснена с помощью представленной выше методологии. Не менее важную проблему представляет собой выяснение механизмов воздействия на отдельные физиологические системы и взаимодействие между ними в измененных условиях внешней среды. В этом плане, основное внимание следует уделить лечебным средствам воздействия на уровень межсистемной интеграции. К таким методам лечения может относиться в частности, остеопатическая медицина, которая располагает богатейшим арсеналом лечебных техник, ряд из которых может оказаться эффективным для этих целей.
Важно учитывать, что изменения в организме, которые могут возникать при изменении внешних условий, являются комплексными. Именно поэтому их изучение требует использования не какой-либо одной, а комплекса методик, направленных на изучение изменений в механизме циркуляторно-метаболического обеспечения деятельности бодрствующего мозга – основного звена обеспечения его физико-химического гомеостаза. Особого внимание заслуживает дальнейшая разработка путей информативности метода спектрального анализа медленно-волновых объемных колебаний в черепе, поскольку они являются своеобразным «зеркалом» отражающим функционирование рассмотренного выше системо-комплекса. Много лет эти колебания оставались неизученными из-за отсутствия методов их количественной оценки, которая стала возможной лишь в последние годы. Поскольку подобные колебательные процессы свойственны и другим физиологическим системам, рассмотренная выше методология, включающая в качестве одного из звеньев спектральный анализ, может оказаться эффективной и для решения других физиологических проблем связанных с расстройством здоровья человека.