mesЭкстремальная биомедицинаExtreme Medicine3033-89643033-8972Centre for Strategic Planning of the Federal Medical and Biological Agency10.47183/mes.2024.016mes-101Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕORIGINAL RESEARCHВлияние систематической холодовой нагрузки на спектральные характеристики тета- и альфа-ритмов ЭЭГ курсантов военного вузаImpact of persistent cold stress on spectral characteristics of EEG alpha and theta rhythms in military academy cadetsТолстогузовС. Н.TolstoguzovS. N.

Сергей Николаевич Толстогузов

ул. Володарского, д. 6, г. Тюмень, 625003

Sergey N. Tolstoguzov

Volodarskogo, 6, Tyumen, 625003

s.n.tolstoguzov@utmn.ruФишерТ. А.FisherT. A.

Тюмень

Tyumen

НайдаЮ. В.NaidaYu. V.

Тюмень

Tyumen

ЛепуноваО. Н.LepunovaO. N.

Тюмень

Tyumen

Тюменский государственный университетРоссияUniversity of TyumenRussian FederationТюменское высшее военно-инженерное командное училище имени маршала инженерных войск А. И. Прошлякова, Министерство обороныРоссияProshlyakov Tyumen Higher Military Engineer Command School, Ministry of Defence of the Russian FederationRussian Federation2024241020242617280Copyright © Толстогузов С.Н., Фишер Т.А., Найда Ю.В., Лепунова О.Н., 20242024Толстогузов С.Н., Фишер Т.А., Найда Ю.В., Лепунова О.Н.Tolstoguzov S.N., Fisher T.A., Naida Y.V., Lepunova O.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.extrememedicine.ru/jour/article/view/101

В настоящем исследовании рассмотрены особенности спектральных характеристик ЭЭГ в альфа- и тета-диапазонах у курсантов военного вуза, проходящих специальную подготовку по повышению холодовой устойчивости (закаливание). Целью работы было изучить влияние поэтапного воздействия дозированных низкотемпературных нагрузок (закаливания) курсантов военного вуза на спектральные характеристики ЭЭГ в альфа- и тета-диапазоне. Исследованы студенты гражданского вуза и курсанты военного вуза (всего 58 человек). Курсанты проходили специальную программу повышения холодовой устойчивости (закаливания). Регистрировали фоновую запись ЭЭГ в альфа- и тета-диапазонах. Статистическую обработку проводили методами непараметрического сравнения по критерию Манна–Уитни. Получены результаты, свидетельствующие о достоверных отличиях группы курсантов-иностранцев от контроля по спектральным показателям альфа- и тета-ритмов. Программа закаливания была эффективна в группе курсантов-россиян, что отразилось на стабильности церебрального гомеостаза при некоторой степени неустойчивости нейродинамических процессов в ЦНС. У курсантов-иностранцев систематические холодовые тренировки привели к выраженной дезинтеграции корково-подкорковых и внутрикортикальных взаимоотношений, а также формированию двухъядерной альфа-тета-структуры фоновой ЭЭГ.

The study was focused on the features of spectral characteristics of the EEG alpha and theta ranges in the military academy cadets undergoing specific training to improve cold resistance (cold exposure training). The study was aimed to assess the impact of the military academy cadets’ incremental exposure to the graduated cold stress (cold exposure training) on spectral characteristics of the EEG alpha and theta rhythms. Students of the civil higher educational institution and military academy cadets were assessed (58 individuals in total). Cadets underwent a specific program focused on improving cold resistance (cold exposure training). Background EEG in the alpha and theta frequency ranges was recorded. Statistical data processing involved nonparametric comparison using the Mann–Whitney U test. The results were obtained suggesting that there were significant differences in spectral characteristics of alpha and theta rhythms between the group of foreign cadets and the controls. The cold exposure training program was effective in the group of Russian cadets, which had an effect on the cerebral homeostasis stability with some degree of instability of neurodynamic processes in the CNS. In foreign cadets, regular cold exposure training resulted in the pronounced disintegration of cortical-subcortical and intracortical interactions, as well as in the formation of binary alpha-theta structure of background EEG.

ЭЭГальфа-ритмтета-ритмадаптацияхолодовая устойчивость организмакурсантыEEGalpha rhythmtheta rhythmadaptationcold resistance of the bodymilitary cadetsReferencesГорбунов М. М., Коршунова Н. В., Юречко О. В. Основные физиологические механизмы и адаптивные реакции при закаливании организма в условиях холодного климата. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2020; 77: 107–16. DOI: 10.36604/1998-5029-2020-77-107-116.Gorbunov MM, Korshunova NV, Yurechko OV. Basic physiological mechanisms and adaptation reactions in the cold training of the organism in cold climate areas. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration. 2020; 77: 107–16. DOI: 10.36604/1998-5029-2020-77-107-116. Russian.Геда С. М., Торшин В. И., Северин А. Е., Мансур Н. Эффекты локального охлаждения кисти руки у уроженцев жарких климатических регионов на терморегуляцию и параметры ритмограммы. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Медицина. 2014; 2: 5–11.Geda SM, Torshin VI, Severin AE, Mansur N. Effect of local hand cooling on thermoregulation and rhythm of cardiogram of students from hot climate. RUDN Journal of Medicine. 2014; 2: 5–11. Russian.Соколова Ю. А. Формирование социокультурной адаптации иностранных студентов в рамках практико-ориентированного проекта «Мы в России». Вестник Томского государственного педагогического университета. 2019; 204 (7): 130–9.Sokolova YuA. Formation of socio-cultural adaptation of foreign students within the framework of the practice-oriented project "We are in Russia". Tomsk State Pedagogical University Bulletin. 2019; 204 (7): 130–9. Russian.Гуляев С. А. Исследование зрительного гнозиса с помощью анализа ЭЭГ-микросостояний. Медицина экстремальных ситуаций. 2022; 24 (3): 19–26. DOI: 10.47183/mes.2022.024.Gulyaev SA. Studying visual gnosis through eeg microstate analysis. Extreme Medicine. 2022; 24 (3): 19–26. DOI: 10.47183/mes.2022.024. Russian.Гуляев С. А., Ханухова Л. М., Гармаш А. А. Нейрофизиологический метод исследования изменения активности сети пассивной работы головного мозга. Медицина экстремальных ситуаций. 2023; 25 (2): 69–76. DOI: 10.47183/mes.2023.009.Gulyaev SA, Khanukhova LM, Garmash AA. Neurophysiological method for studying changes in the brain’s default mode network activity. Extreme Medicine. 2023; 25 (2): 69–76. DOI: 10.47183/mes.2023.009. Russian.Гуляев С. А., Ханухова Л. М., Гармаш А. А. Особенности биоэлектрической активности ретросплениальной коры головного мозга. Медицина экстремальных ситуаций. 2023; 3: 129–36. DOI: 10.47183/mes.2023.028.Gulyaev SA, Khanukhova LM, Garmash AA. Features of bioelectric activity of the retrosplenial cortex. Extreme Medicine. 2023; 3: 129–36. DOI: 10.47183/mes.2023.028. Russian.Кривоногова Е. В., Демин Д. Б., Кривоногова О. В., Поскотинова Л. В. Варианты изменения показателей сердечно-сосудистой системы и биоэлектрической активности головного мозга в ответ на холод у молодых людей. Экология человека. 2020; 11: 20–6. DOI: 10.33396/1728-0869-2020-11-20-26.Krivonogova EV, Demin DB, Krivonogova OV, Poskotinova LV. Changes in cardiovascular indices and bioelectric activity of the brain in response to cold exposure in young men. Human Ecology. 2020; 11: 20–6. DOI: 10.33396/1728-0869-2020-11-20-26. Russian.Сороко С. И., Бекшаев С. С., Рожков В. П. ЭЭГ корреляты генофенотипических особенностей возрастного развития мозга у детей аборигенного и пришлого населения северо-востока России. Российский физиологический журнал И. М. Сеченова. 2012; 98 (1): 3–26.Soroko SI, Bekshaev SS, Rozhkov VP. EEG correlates of genophenotypical features of the brain development in children of the native and newcomers' population of the Russian North-East. Ross Fiziol Zhurnal Im IM Sechenova. 2012; 98 (1): 3–26. Russian.Грибанов А. В., Джос Ю. С, Рысина Н. Н. Изменения параметров биоэлектрической активности головного мозга у школьников-северян 16–17 лет в различных условиях естественной освещенности. Экология человека. 2013; 6: 42–8.Gribanov AV, Dzhos YuS, Rysina NN. Changes of settings of brain bioelectrical activity in northern schoolchildren aged 16–17 in different ambient light conditions. Human Ecology. 2013; 6: 42–8. Russian.Rho G, Callara AL, Bernardi G, Scilingo EP, Greco A. EEG cortical activity and connectivity correlates of early sympathetic response during cold pressor test. Scientific Reports. 2023; 13 (1): 1338. DOI: 10.1038/s41598-023-27480-z.Rho G, Callara AL, Bernardi G, Scilingo EP, Greco A. EEG cortical activity and connectivity correlates of early sympathetic response during cold pressor test. Scientific Reports. 2023; 13 (1): 1338. DOI: 10.1038/s41598-023-27480-z.Tiago-Costa E, Quelhas-Costa E, Santos-Baptista J. Changes in EEG amplitude (Alpha and Beta waves) with Thermal environment. Dyna (Medellin, Colombia). 2016; 83 (197): 87–93. DOI: 10.15446/dyna.v83n197.57590.Tiago-Costa E, Quelhas-Costa E, Santos-Baptista J. Changes in EEG amplitude (Alpha and Beta waves) with Thermal environment. Dyna (Medellin, Colombia). 2016; 83 (197): 87–93. DOI: 10.15446/dyna.v83n197.57590.Tayeb Z, Dragomir A, Lee JH, Abbasi NI, Dean E, Bandla A, et al. Distinct spatio-temporal and spectral brain patterns for different thermal stimuli perception. Scientific Reports. 2022; 12 (1): 919.Tayeb Z, Dragomir A, Lee JH, Abbasi NI, Dean E, Bandla A, et al. Distinct spatio-temporal and spectral brain patterns for different thermal stimuli perception. Scientific Reports. 2022; 12 (1): 919.Дейков И. А., Володин В. Н. Значение развития холодовой устойчивости для курсантов инженерного вуза. В сборнике: Стратегия формирования здорового образа жизни населения: экосистемный подход. Материалы XXI Международной научно-практической конференции, посвященной памяти д. п. н., профессора В. Н. Зуева; 9–10 ноября 2023 г.; Тюмень, 2023: 543–6.Deikov IA, Volodin VN. The importance of developing cold resistance for cadets Engineering University. In: Strategiya formirovaniya zdorovogo obraza zhizni naseleniya: ekosistemnyy podkhod. Materialy XXI Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy pamyati d. p. n., professora VN Zueva; 2023 Nov 9–10; Tyumen, 2023: 543–6. Russian.Фишер Т. А., Бобрешова С. С., Яковлев Д. С., Володин В. Н., Сабиров А. Н., авторы. Способ повышения индивидуальных адаптационных возможностей организма в развитии холодовой устойчивости. Патент РФ №2801957. 21.08.2023.Fisher TA, Bobreshova SS, Yakovlev DS, Volodin VN, Sabirov AN, inventors. Method to increase the individual adaptive capabilities of the body in the development of cold resistance. Patent RF №2801957. 21.08.2023. Russian.Жирмунская Е. А., Лосев В. С. Системы описания и классификация электроэнцефалограмм человека. М.: Наука, 1984; 79 с.Zhirmunskaya EA, Losev VS. Sistemy opisaniya i klassifikatsiya elektroentsefalogramm cheloveka. M.: Nauka, 1984; p. 79. Russian.Дёмин Д. Б. Мозговая активность у подростков с различным уровнем риска интернет-зависимости. Экология человека. 2021; 6: 21–7. DOI: 10.33396/1728-0869-2021-6-21-27.Demin DB. Brain activity in adolescents with different internet addiction risks. Human Ecology. 2021; 6: 21–7. DOI: 10.33396/1728-0869-2021-6-21-27. Russian.Толстогузов С. Н., Фишер Т. А. Особенности биоэлектрической активности головного мозга студентов-мужчин 18–22 лет с интернет-зависимостью. Экология человека. 2023; 30 (8): 601–10. DOI: 10.17816/humeco568123.Tolstoguzov SS, Fisher TA. Features of bioelectric brain activity of 18–22 years old male students with internet addiction. Human Ecology. 2023; 30 (8): 601–10. DOI: 10.17816/humeco568123. Russian.Муртазина Е. П., Гинзбург-Шик Ю. А. Спектральные характеристики тета- и альфа-ритмов ЭЭГ в покое у групп испытуемых с различной результативностью совместной деятельности в диадах. Журнал высшей нервной деятельности имени И. П. Павлова. 2023; 73 (1): 24–37. DOI: 10.31857/S0044467723010112.Murtazinaa EP, Ginzburg-Shic YuA. Theta and alpha bands spectral power of resting-state EEG in groups with different efficiency of joint activity in diads. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti imeni IP Pavlova. 2023; 73 (1): 24–37. DOI: 10.31857/S0044467723010112. Russian.Al-Ezzi A, Kamel N, Faye I, Gunaseli E. Review of EEG, ERP, and Brain Connectivity Estimators as Predictive Biomarkers of Social Anxiety Disorder. Frontiers in Psychology. 2020; 11: 730. DOI: 10.3389/fpsyg.2020.00730.Al-Ezzi A, Kamel N, Faye I, Gunaseli E. Review of EEG, ERP, and Brain Connectivity Estimators as Predictive Biomarkers of Social Anxiety Disorder. Frontiers in Psychology. 2020; 11: 730. DOI: 10.3389/fpsyg.2020.00730.Palacios-García I, Silva J, Villena-González M, Campos-Arteaga G, Artigas-Vergara C, Luarte N, et al. Increase in Beta Power Reflects Attentional Top-Down Modulation After Psychosocial Stress Induction. Frontiers in Human Neuroscience. 2021; 15: 630813. DOI: 10.3389/fnhum.2021.630813.Palacios-García I, Silva J, Villena-González M, Campos-Arteaga G, Artigas-Vergara C, Luarte N, et al. Increase in Beta Power Reflects Attentional Top-Down Modulation After Psychosocial Stress Induction. Frontiers in Human Neuroscience. 2021; 15: 630813. DOI: 10.3389/fnhum.2021.630813.Дёмин Д. Б. Значимость уровня гипотермии в нейрофизиологических реакциях организма человека на экспериментальное общее охлаждение. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2020; 54 (5): 57–64. DOI: 10.21687/0233-528X-2020-54-5-57-64.Demin DB. Znachimost' urovnya gipotermii v neyrofiziologicheskikh reaktsiyakh organizma cheloveka na eksperimental'noe obshchee okhlazhdenie. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina. 2020; 54 (5): 57–64. DOI: 10.21687/0233-528X-2020-54-5-57-64. Russian.Guo CC, Sturm VE, Zhou J, Gennatas ED, Trujillo AJ, Hua AY, et al. Dominant hemisphere lateralization of cortical parasympathetic control as revealed by frontotemporal dementia. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2016; 113 (17): E2430– 9. DOI: 10.1073/pnas.1509184113.Guo CC, Sturm VE, Zhou J, Gennatas ED, Trujillo AJ, Hua AY, et al. Dominant hemisphere lateralization of cortical parasympathetic control as revealed by frontotemporal dementia. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 2016; 113 (17): E2430–9. DOI: 10.1073/pnas.1509184113.Кривоногова Е. В., Кривоногова О. В., Поскотинова Л. В. Изменение ЭЭГ-ритмов и вариабельности ритма сердца в ответ на холод в зависимости от параметров произвольного внимания у молодых людей. Экспериментальная психология. 2022; 15 (1): 56–71. DOI: 10.17759/exppsy.2022150104.Krivonogova EV, Krivonogova OV, Poskotinova LV. Changes in EEG Rhythms and Heart Rate Variability in Response to Cold, Depending on the Parameters of Voluntary Attention in Young People. Experimental Psychology. 2022; 15 (1): 56–71. DOI: 10.17759/exppsy.2022150104. Russian.Palmiero M, Piccardi L. Frontal EEG Asymmetry of Mood: A MiniReview. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 2017; 11: 1–8. DOI: 10.3389/fnbeh.2017.00224.Palmiero M, Piccardi L. Frontal EEG Asymmetry of Mood: A MiniReview. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 2017; 11: 1–8. DOI: 10.3389/fnbeh.2017.00224.Smith EE, Reznik SJ, Stewart JL, Allen JJB. Assessing and conceptualizing frontal EEG asymmetry: An updated primer on recording, processing, analyzing, and interpreting frontal alpha asymmetry. International Journal of Psychophysiology. 2017; 111: 98–114. DOI: 10.1016/j.ijpsycho.2016.11.005.Smith EE, Reznik SJ, Stewart JL, Allen JJB. Assessing and conceptualizing frontal EEG asymmetry: An updated primer on recording, processing, analyzing, and interpreting frontal alpha asymmetry. International Journal of Psychophysiology. 2017; 111: 98–114. DOI: 10.1016/j.ijpsycho.2016.11.005.Пашков А. А., Дахтин И. С., Харисова Н. С. Электроэнцефалографические биомаркеры экспериментально индуцированного стресса. Вестник ЮУрГУ. Серия «Психология». 2017; 10 (4): 68–82. DOI: 10.14529/psy170407.Pashkov AA, Dakhtin IS, Kharisova NS. Electroen-cephalographic Biomarkers of Experimentally Induced Stress. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Psychology. 2017; 10 (4): 68–82. DOI: 10.14529/psy170407. Russian.Putman P, Verkuil B, Arias-Garcia E, Pantazi I, van Schie C. EEG theta/beta ratio as a potential biomarker for attentional control and resilience against deleterious effects of stress on attention. Cognitive, Affective and Behavioral Neuroscience. 2014; 14: 782– 91. DOI: 10.3758/s13415-013-0238-7.Putman P, Verkuil B, Arias-Garcia E, Pantazi I, van Schie C. EEG theta/beta ratio as a potential biomarker for attentional control and resilience against deleterious effects of stress on attention. Cognitive, Affective and Behavioral Neuroscience. 2014; 14: 782– 91. DOI: 10.3758/s13415-013-0238-7.Святогор И. А., Моховикова И. А., Бекшаев С. С., Ноздрачев А. Д. Оценка нейрофизиологических механизмов дезадаптационных расстройств по паттернам ЭЭГ. Журнал высшей нервной деятельности имени И. П. Павлова. 2005; 55 (2): 178–88.Svyatogor IA, Mokhovikova IA, Bekshayev SS, Nozdrachev AD. EEG pattern as an instrument for evaluation of neurophysiological mechanisms underlying adaptation disorders. Zhurnal vysshey nervnoy deyatel'nosti imeni IP Pavlova. 2005; 55 (2): 178–88. Russian.Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А. Основные типы механизмов саморегуляции мозга. Л.: Наука, 1990; 152 с.Soroko SI, Bekshaev SS, Sidorov YuA. Osnovnye tipy mekhanizmov samoregulyatsii mozga. L.: Nauka, 1990; p. 152. Russian.Бехтерева Н. П. Здоровый и больной мозг человека. Л.: Наука, 1980; 262 с.Bekhtereva NP. Zdorovyy i bol'noy mozg cheloveka. L.: Nauka, 1980; p. 262. Russian.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.