SEASONAL VARIATIONS IN CEREBRAL ENERGY EXCHANGE IN URBAN ARCTIC RESIDENTS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background: Daylight is an important ecological factor influencing human physiology particularly in high latitudes. Aims: To seasonal variations in cerebral energy exchange among young healthy adults living in an urban Arctic setting. Methods: A cohort of 49 healthy volunteers aged 30-34 years permanently living in Arkhangelsk was followed over a year. All measurements were taken in autumn (October), winter (December), spring (March), and summer (June). Cerebral energy exchange was studied using the 5-channel diagnostic complex "Neuro-KM". The analysis of DC potential indicators was carried out by mapping monopolar values of constant potential and calculating their gradients. No gender differences were found; therefore all calculations were performed in the full sample. Differences in the average values of the measurements across the seasons were analyzed using Mann-Whitney tests with Bonferroni correction to control Type I error. Results: The most optimal distribution of DC potentials in in the studied individuals was observed in October. Significant decrease in the intensity of cerebral energy exchange in the cerebral cortex was registered in March and June. At the same time, we registered an increase in DP potentials in the frontal and occipital structures of the cerebral cortex, but a decrease in DC potential in the temporal areas in the period in the same period. Conclusions: We observed significant seasonal variations in neuroenergy metabolism among young healthy volunteers in Arkhangelsk which is highly likely linked to changes in the number daylight hours. The least favorable changes in DC potential were registered in spring and summer months. For better understandings seasonal variations and their mechanisms larger studied including other age-groups are warranted in different Arctic settings.

About the authors

A. V. Gribanov

M. V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University

Arkhangelsk

N. Yu. Anikina

Northern State Medical University

Arkhangelsk

O. N. Kottsova

M. V. Lomonosov Northern (Arctic) Federal University

Email: olgank29@mail.ru
аспирант кафедры биологии человека и биотехнических систем Arkhangelsk

T. V. Vilova

Northern State Medical University

Arkhangelsk

References

  1. Агаджанян Н. А. Воздействие внешних факторов на формирование адаптационных реакций организма человека // Новые технологии. 2010. № 2. С. 142-144.
  2. Грибанов А. В., Гудков А. Б., Попова О. Н., Крайнова И. Н. Кровообращение и дыхание у школьников в циркумполярных условиях. Архангельск: САФУ, 2016. 270 с.
  3. Грибанов А. В. Фотопериодизм и изменения биоэлектрической активности головного мозга у школьников в Арктической зоне // Физиология человека. 2016. Т. 42, № 2. С. 16-26. doi: 10.1134/S03621 19716020067
  4. Гудков А. Б., Щербина Ф. А., Чупакова Л. В., Попова О. Н., Федотов Д. М. Сезонная функциональная организация системы внешнего дыхания у детей старшего школьного возраста, жителей Арктического региона // Якутский медицинский журнал. 2019. № 2 (66). С. 79-82. doi: 10.25789/YMJ.2019.66.24
  5. Гудков А. Б., Теддер Ю. Р. Характер метаболических изменений у рабочих при экспедиционно-вахтовом режиме труда в Заполярье // Физиология человека. 1999. Т. 25, № 3. С. 370-373.
  6. Гришин О. В. Механизмы адаптивного снижения энергообмена // Материалы докладов IV съезда физиологов Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск, 2002. С. 64.
  7. Заморский И. И. Функциональная организация фотопериодической системы головного мозга // Успехи физиологических наук. 2003. Т. 34, № 4. С. 37-53.
  8. Кочан Т. И. Годовой мониторинг влияния условий Севера на метаболизм и функционирование сердечно-сосудистой системы человека // Успехи физиологических наук. 2007. Т. 38, № 1. С. 55-65.
  9. Кочан Т. И., Шадрина В. Д., Потолицина Н. Н. Комплексная оценка влияния условий Севера на обмен веществ, физиологическое и психоэмоциональное состояние человека // Физиология человека. 2008. Т. 34, № 3. С. 106-113.
  10. Максимов А. Л., Голубев В. Н., Носов В. Н. Подходы к оценке региональной нормы реакции и адаптации физиологических систем организма у человека на Севере // Вестник ДВО РАН. 2007. № 6. С. 56-64.
  11. Рожков В. П., Бекшаев С. С., Сороко С. И. Сезонные перестройки гемодинамики и биоэлектрической активности мозга у детей и подростков Европейского Севера // Ульяновский медико-биологический журнал. 2012. № 3. С. 104-115.
  12. Фокин В. Ф. Энергетическая физиология мозга. М.: Антидор, 2003. 288 с.
  13. Хронобиология и хрономедицина / под ред. C. И. Рапопорта, В. А. Фролова, Л. Г. Хетагуровой. М.: МИА, 2012. 480 с
  14. Щербина Ф. А., Щербина А. Ф., Щербина Ю. Ф. Дыхание человека в Арктике в сезоны световой апериодичности: монография. Архангельск, 2018. 134 с
  15. Arendt J. Biological Rhythms During Residence in Polar Regions. Chronobiology International. 2012, 29 (4), pp. 379-394. doi: 10.3109/07420528
  16. Delahaij R., Gaillard A. W K., Dam K. Hardiness and the response to stressful situations: Investigating mediating processes. Personality and Individual Differences. 2010, 49 (5), pp. 386-390. doi: 10.1016/j.paid.2010.04.002
  17. Foster R.G., Roennenberg T. Human responses to the geophysical daily, annual and lunar cycles. Current Biology. 2008, 18 (17), pp. 784-794.
  18. Korf H. W. Signaling pathways to and from the hypophysial pars tuberalis, an important center for the control of seasonal rhythms. General and Comparative Endocrinology. 2018, 258, pp. 236-243. doi: 10.1016/j. ygcen.2017.05.01 1
  19. Sawatzky A., Cunsolo A., Jones-Bitton A., Middleton J., Harper S.L. Responding to Climate and Environmental Change Impacts on Human Health via Integrated Surveillance in the Circumpolar North: A Systematic Realist Review. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2018, 15 (12), p. 2706. doi: 10.3390/ijerph15122706
  20. Voipio J., Tallgren P., Heinonen E. Milivolt-Scale DC Shifts in human Scalp EEG: Evidance for a Nonneuronal Generation. Neurophysiology. 2003, 89, pp. 1-13. doi: 10.1152/jn.00915.2002

Copyright (c) 2021 Gribanov A.V., Anikina N.Y., Kottsova O.N., Vilova T.V.

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


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies