Influence of the blood gas transport system on brain millivolt scale direct current potentials in patients with vascular encephalopathy


Cite item

Full Text

Abstract

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.

About the authors

Vitaliy F. Fokin

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: fvf@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Natalia V. Ponomareva

Research Center of Neurology

Email: fvf@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Roman B. Medvedev

Research Center of Neurology

Email: fvf@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Мarine М. Tanashyan

Research Center of Neurology

Email: fvf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5883-8119

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

Russian Federation, 125367 Moscow, Volokolamskoye shosse, 80

Аlla А. Shabalina

Research Center of Neurology

Email: fvf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9604-7775

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

Russian Federation, 125367 Moscow, Volokolamskoye shosse, 80

References

  1. Fokin V. F., Ponomareva N.V. Energeticheskaya fiziologiya mozga. [Energy physiology of the brain]. Moscow: "Antidoron". 2003; 268 p. (in Russ.).
  2. 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.).
  3. 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: 10462099
  4. Voipio 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: 12612037
  5. Vasil'eva E.M. [Biochemical characteristics of the erythrocyte. The influence of pathology]. Biomeditsinskaya khimiya. 2005; 51(2): 118-126. (in Russ.)
  6. Berg J.M., Tymochko J.L., Stryer L. Biochemistry: a short course. Ed.: W.H. Freeman, 2010; 720 p.
  7. 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.).
  8. 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.).
  9. 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.).
  10. 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.).
  11. 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.2009.07.030
  12. Fokin 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.).
  13. Fokin V. F., Ponomareva N.V. [Cerebral energy metabolism intensity: electrophysiological method of evaluation]. Vestnik RAMN. 2001; 8: 38 – 43. (in Russ.).
  14. 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.).
  15. 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.).
  16. 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.).
  17. van den Broek N.R., Letsky E.A. Pregnancy and the erythrocyte sedimentation rate. BJOG. 2001; l(108): 1164–1167. PMID: 11762656
  18. Schlimp 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/cc12816
  19. Gladwin 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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2017 Fokin V.F., Ponomareva N.V., Medvedev R.B., Tanashyan М.М., Shabalina А.А.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».