Annals of Clinical and Experimental NeurologyAnnals of Clinical and Experimental NeurologyАнналы клинической и экспериментальной неврологии2075-54732409-2533Eco-Vector49710.17816/ACEN.2017.4.3Original articlesОригинальные статьиUnknownInfluence of the blood gas transport system on brain millivolt scale direct current potentials in patients with vascular encephalopathyВлияние газотранспортной системы мозгового кровотока на медленную электрическую активность головного мозга у пациентов с дисциркуляторной энцефалопатиейFokinVitaliy F.ФокинВиталий Федорович
Russian Federation
fvf@mail.ruPonomarevaNatalia V.ПономареваНаталия Васильевна
Russian Federation
fvf@mail.ruMedvedevRoman B.МедведевРоман Борисович
Russian Federation
fvf@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5883-8119TanashyanМarine М.ТанашянМаринэ Мовсесовна
Russian Federation

D. Sci. (Med.), Prof., Corresponding member of RAS, Deputy Director for science, Head, 1st Neurological department

д.м.н., профессор, член-корреспондент РАН, зам. директора по научной работе, руководитель 1-го неврологического отделения

fvf@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9604-7775ShabalinaАlla А.ШабалинаАлла Анатольевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Med.), leading researcher, Head, Laboratory of hemorheology, hemostasis and pharmacokinetics (with clinical laboratory diagnostics)

к.м.н., в.н.с., рук. лаб. гемореологии, гемостаза и фармакокинетики с клинической лабораторной диагностикой

fvf@mail.ruResearch Center of NeurologyФГБНУ «Научный центр неврологии»27122017114293524122017Copyright ©; 2017, Fokin V.F., Ponomareva N.V., Medvedev R.B., Tanashyan М.М., Shabalina А.А.Copyright ©; 2017, Fokin V.F., Ponomareva N.V., Medvedev R.B., Tanashyan М.М., Shabalina А.А.2017Fokin V.F., Ponomareva N.V., Medvedev R.B., Tanashyan М.М., Shabalina А.А.Fokin V.F., Ponomareva N.V., Medvedev R.B., Tanashyan М.М., Shabalina А.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://annaly-nevrologii.com/pathID/article/view/497

Introduction. Millivolt Scale direct current potentials (DCP) registered from human scalp differ from other types of estimated electrical activity by closer association with cerebral energetic processes. Intense energy metabolism in the brain increases the difference between acidic products concentrations on both sides of the blood brain barrier which is reflected by higher DCP. Oxygen consumption of is one of the most important components of cerebral energy metabolism. Delivery of oxygen to neuron depends on the characteristics of blood oxygen transport system and cerebral blood flow.

Objective. To test the hypothesis that brain DCP depends of the blood oxygen transport system characteristics and cerebral blood flow.

Materials and methods. Erythrocytes number, erythrocyte sedimentation rate, hemoglobin and fibrinogen levels in blood were examined in135 patients with vascular encephalopathy (VE) Blood flow velocity in major head arteries was estimated using Doppler ultrasound. Associations between blood characteristics and blood flow velocity and the brain DCP, recorded in frontal, central, occipital areas along the midline and in both temporal areas, were determined.

Results. Associations between brain DCP and the blood oxygen transport system characteristics as well as the cerebral blood flow velocity were discovered in patients with VE. Averaged values of DCP in all examined areas were significantly different in groups with high and low hemoglobin levels (Fisher coefficient (F) = 5.5; p = 0.02) and corpuscular hemoglobin levels (F = 7.0; p <0.01). The blood flow velocity in the internal carotid artery correlated with DCP in central areas of the head (r = 0.37; p = 0.003). The values of averaged DCP (over all areas) negatively correlated with blood sedimentation rate (r = -0.31; p= 0.002) and fibrinogen levels (r = -0.37; p <0.001).

Conclusions. Evidences of the association between DCP and the brain oxygen transport system were obtained. Higher level of hemoglobin and a higher rate of cerebral blood flow promote more intensive rates of brain oxygen consumption. Discovered correlations between the blood oxygen transport system characteristics, cerebral blood flow and brain DCP confirm the potential benefit of using the millivolt range slow brain electrical activity measurement to characterize cerebral energy metabolism in clinical and experimental setting.

Введение. Медленная электрическая активность милливольтного диапазона, или уровень постоянного потенциала (УПП) головного мозга, отличается от других видов электрической активности более тесной связью с церебральными энергетическими процессами. Интенсивный энергетический обмен в мозге увеличивает разность концентраций кислых продуктов по обе стороны гематоэнцефалического барьера, что отражается в более высоком УПП. Доставка кислорода к нейронам зависит от характеристик газотранспортной системы крови и скорости мозгового кровотока.

Цель. Проверка гипотезы о наличии зависимости УПП головного мозга от характеристик системы транспорта кислорода крови и мозгового кровотока.

Материалы и методы. У 135 больных дисциркуляторной энцефалопатией (ДЭ) определяли количество эритроцитов, содержание гемоглобина, фибриногена и СОЭ в крови. С помощью ультразвуковой допплерографии оценивали линейную скорость кровотока по магистральным артериям головы. Анализировали взаимосвязь показателей крови и скорости кровотока с параметрами УПП, зарегистрированными в лобном, центральном, затылочном по сагиттальной линии и обоих височных отведениях.

Результаты. У пациентов с ДЭ обнаружена статистически значимая сопряженность УПП с составляющими газотранспортной системы крови и скоростью мозгового кровотока. Усредненные по всем отведениям значения УПП достоверно различались в группах с высоким и низким уровнем гемоглобина (коэффициент Фишера (F)=5,5; p=0,02), а также корпускулярного гемоглобина (F=7,0; p<0,01). С УПП коррелировала скорость движения крови по внутренней сонной артерии (r=0,37; p=0,003, для УПП в центральном отведении). Значения усредненного по всем отведениям УПП отрицательно коррелировали с СОЭ (r=-0,31; p=0,002) и уровнем фибриногена (r=-0,37; p<0,001).

Заключение. Получены доказательства связи УПП с системой транспорта кислорода в мозг. Повышенный уровень гемоглобина и более высокая скорость мозгового кровотока создают условия для более интенсивного потребления кислорода мозгом. Корреляционная связь между характеристиками газотранспортной системы крови, мозговым кровотоком и УПП подтверждает возможность использования медленной электрической активности милливольтного диапазона в клинической и экспериментальной практике как показателя церебрального энергетического обмена.

blood gas transport systemcerebral blood flowMillivolt Scale of brain direct potentialsvascular encephalopathyгазотранспортная система кровимозговой кровотокуровень постоянного потенциала головного мозгадисциркуляторная энцефалопатияFokin V. F., Ponomareva N.V. Energeticheskaya fiziologiya mozga. [Energy physiology of the brain]. Moscow: "Antidoron". 2003; 268 p. (in Russ.).Fokin V.F., Ponomareva N.V. Technology of cerebral asymmetry investigation. In: [Neurology of the XX1 century. Diagnostic therapeutic and research technologies. A guide for physicians. Modern research techniques in neuroscience] Eds.: M.A. Piradov, S.N. Illarioshkin, M.M. Tanashyan. Moscow: ATMO. 2015; 3(10): 350-375. (in Russ.).Lehmenkühler A., Richter F., Pöppelmann T. Hypoxia-and hypercapnia- induced DC potential shifts in rat at the scalp and the skull are opposite in polarity to those at the cerebral cortex. Neuroscience Letters. 1999; 270(2): 67–70. PMID: 10462099Voipio J., Tallgren P., Heinonen E, et al. Millivolt-Scale DC Shifts in the Human Scalp EEG: Evidence for a Nonneuronal Generator. Journal of Neurophysiology. 2003; 89(4):2208-2214. DOI: 10.1152/jn.00915.2002 PMID: 12612037Vasil'eva E.M. [Biochemical characteristics of the erythrocyte. The influence of pathology]. Biomeditsinskaya khimiya. 2005; 51(2): 118-126. (in Russ.)Berg J.M., Tymochko J.L., Stryer L. Biochemistry: a short course. Ed.: W.H. Freeman, 2010; 720 p.Kruchinina M. V., Kurilovich S. A., Voevoda M. I et al. [Chronic viral hepatitis: interaction of electric and viscoelastic characteristics of erythrocytes with viral activity]. Arkhiv vnutrenney meditsiny 2014; 4(18): 64-71. (in Russ.).Tanashyan M.M. [Hemostasis, hemorheology and non-thrombogenous activity of the vascular wall in angioneurology]. Annals of clinical and experimental neurology. 2007; 1(2): 27-33. (in Russ.).Tanashyan M.M., Maksimov Y.M., Domashenko M.A. Distsirkulyatornaya entsefalopatiya. Putevoditel' vrachebnykh naznacheniy. Terapevticheskiy spravochnik. [Vascular encephalopathy. Guide for treatment protocols. Therapeutic Handbook]. 2015; 2: 1-25. (in Russ.).Makogon A.V., Andryushina I.V. [Peak systolic blood flow velocity in the middle cerebral artery as a predictor of anemia in the fetus. The history of the development and current state of the diagnostic method]. Ul'trazvukovaya i funktsional'naya diagnostika. 2012; 1: 83-94. (in Russ.).Abbott N.J., Patabendige A.A.K., Dolman D.E.M., Yusof S.R., Begley D.J. Structure and function of the blood–brain barrier. Neurobiology of Disease. 2010; 37; 13–25. PMID: 19664713 DOI: 10.1016/j.nbd.2009.07.030Fokin V.F., Ponomareva N.V., Orlov O.N. et al. [Connection of the electrical reactions of the brain with the processes of lipid peroxidation in pathological aging]. Bulletin exp. Biol.Med. 1989; 54(6): 682-684. (in Russ.).Fokin V. F., Ponomareva N.V. [Cerebral energy metabolism intensity: electrophysiological method of evaluation]. Vestnik RAMN. 2001; 8: 38 – 43. (in Russ.).Fokin V.F., Ponomareva N.V., Kuntsevich G.I. [Electrophysiological correlates of blood flow velocity in the middle cerebral artery of a healthy person]. Vestnik RAMN. 2013; 10: 57-60. (in Russ.).Suslina Z.A., Illarioshkin S.N., Piradov M.A. [Neurology and neuroscience development forecast]. Annals of clinical and experimental neurology. 2007; 1(1): 5-9. (in Russ.).Terent'ev P.V., Soboleva S.Y., Sergienko I.A. [Morphofunctional characteristics of erythrocytes in patients with arterial hypertension complicated by cerebrovascular pathology]. Fundamental'nye issledovaniya. 2007; 12 (1): 184. (in Russ.).van den Broek N.R., Letsky E.A. Pregnancy and the erythrocyte sedimentation rate. BJOG. 2001; l(108): 1164–1167. PMID: 11762656Schlimp Ch.J., Voelckel W., Inaba K et al. Estimation of plasma fibrinogen levels based on hemoglobin, base excess and Injury Severity Score upon emergency room admission. Critical Care. 2013; 17: R137. PMID: 23849249 DOI: 10.1186/cc12816Gladwin M.T., Crawford J.H., Patel R.P. The biochemistry of nitric oxide, nitrite, and hemoglobin: Role in blood flow regulation. Free Radical Biology & Medicine. 2004; 36(6): 707 – 717. PMID: 14990351 DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2003.11.032