Алкоголь и молодежь: состояние когнитивных функций

Алкоголь и молодежь: состояние когнитивных функций,
академическая успеваемость и аллостазис глюкозы у
трезвенников и трезвых студентов
М.О. Вэлком, В.А.Переверзев
кафедра нормальной физиологии
Алкоголь является самым распространённым из психоактивных
веществ, употребляемых молодёжью. Вред, наносимый алкоголем,
физическому и психическому здоровью индивидуумов, его употребляющих,
и их семьям, а также жизни общества существенно превышает таковой от
других психоактивных веществ (рис. 1).
Рисунок 1.
Вред, наносимый
алкоголем в сравнении с другими
психоактивными
веществами
Употребление алкоголя студентами сопровождается целым рядом
проблем – социальных, включая академическую успеваемость, медицинских
и других. Мировые данные показывают, что наиболее встречаемыми
проблемами, связанными с употреблением алкоголя в студенческой
популяции, являются снижение успеваемости, социальные и правовые.
Проявление выше-перечисленных проблем имеет некоторые особенности и
может зависеть от ряда факторов: биологических (генетическая уязвимость,
гендерные и физиологические особенности); социальных (алкогольные
традиции, социальный контроль, доступность алкоголя); психологических и
других (вид алкогольного напитка, его дозы, паттерна и
частоты
употребления).
Связанные с алкоголем проблемы являются причиной серьезного
беспокойства во многих странах мира. По оценкам ВОЗ (2010) в 2004 году
«…во всём мире от причин, связанных с употреблением алкоголя, умерли 2,5
миллиона человек, в том числе 320 000 молодых людей в возрасте 15 – 29
1
лет». Кроме вреда, наносимого употреблением алкоголя индивидууму и
окружающим его людям и среде (рис. 1), установленного по результатам
экспертного анализа, показаны значительные экономические затраты на
решение проблем, связанных с употреблением алкоголя. В этой связи
актуальным является мониторинг распространённости употребления
алкоголя
учащейся
молодёжью
(студентами)
для
повышения
осведомлённости о вреде, который причиняется употреблением спиртного
уязвимыми группами населения [. Из-за значительного влияния алкоголя на
социальную сферу, ВОЗ сформировал глобальные стратегии по снижению
употребления алкоголя. Подобные стратегии сформированы и во многих
других странах. В Беларуси существует национальная программа действий
по предупреждению и преодолению пьянства и алкоголизма
[Государственная программа национальных действий по предупреждению и
преодолению пьянства и алкоголизма на 2011 - 2015 годы]. Настоящая
программа (2011-2015 гг.) нацелена на предупреждение пьянства и
алкоголизма у молодёжи и женщин.
Многочисленные исследования, проведенные во многих странах, среди
учащихся (студенты и школьники) показывают, что значительная часть
(более половины) употребляют алкоголь эпизодически (1 – 4 раза/месяц) в
малой или средней дозе. Несмотря на малые дозы и эпизодичность
употребления алкоголя большинством учащихся, проблемы им вызываемые
очень существенны. Они проявляются увеличением риска возникновения
вреда физическому (травматизмом, ДТП) и психическому здоровью
учащихся, употребляющих алкогольные напитки, а также снижением их
академической успеваемости. Существуют разные теории для объяснения
снижения академической успеваемости учащихся, употребляющих алкоголь:
снижение времени подготоки к занятиям или отсуствие на занятиях; не
умение употреблять алкогольные напитки и другие. В тоже время имеются
представления, что снижение академической успеваемости является
фактором, вызывающим употребление алкоголя. Действительно на
академическую успеваемость влияют многие факторы, включая стресс.
Однако, наши исследования показывают, что до начала употребления
алкоголя студенты имели лучшую успеваемость.
В последнее десятилетие отмечена не только негативная тенденция
выравнивания потребления алкоголя между девушками и юношами, (и даже
больше распространенности употребления алкоголя среди девушек в
некоторых случаях), но и увеличение употребления алкоголя молодежью.
Например, в Великобритании среди студентов (16-24 лет) значительно
увеличивается уровень употребления алкоголя и превышает рекомендации
сенситивного употребления. Процент студентов-трезвенников составляет 7%,
2
а девушек-трезвенников – только 2,2%. Аналогичные результаты получены
среди школьников. Одной из причин гендерных различий являются
нейробиологические особенности (например, различная активность
ферментной системы желудка, различия в физиологических процессах и др.).
Согласно гипотезе эмансипации схождение в паттерне употребления
алкоголя связанно с изменением жизненного приоритета (образа жизни)
женщин.
Результаты наших исследований подтверждают уже имеющиеся
представления о том, что в студенческой популяции значительная часть
молодёжи (больше половины) употребляет алкоголь редко, эпизодически и в
малых дозах. Не смотря на такой паттерн употребления алкоголя связанные с
ним проблемы (снижение памяти, травматизм, утрата контроля над объёмом
потребления алкоголя) были существенны. Важно отметить, что эти
проблемы больше встречаются у мужчин, чем у женщин. Это может быть
связано с тем, что студенты мужского пола употребляют значительно больше
дозы алкоголя. В исследовании было также выявлено явление время-, дозозависимых эффектов алкоголя (т.е. риск нарастания связанных с употреблением
алкоголя проблем увеличивается с увеличением времени и дозы выпитого
алкоголя).
Наши данные и результаты других исследователи показывают, что
уровень распространённости употребления алкоголя студентами увеличивается
по мере увеличения времени их обучения в ВУЗах.
Стоит отметить широко используемые в научной (международной и
республиканской) литературе термины «беспроблемное» (клинически
незначимое) или «умеренное употребление» алкоголя и соответствующие группы
молодых людей «беспроблемные или умеренно /мало/ употребляющие», которые
часто используются в научных исследованиях в качестве контрольных групп. В
качестве критерия выделения таких групп и «беспроблемного» употребления
алкогольных напитков используется набранный респондентами балл от 1 до 7
включительно по шкале «AUDIT». Действительно, средняя признаваемая разовая
доза алкоголя у студентов (юношей) проблемной группы (набравших по шкале
«AUDIT» 8 и более баллов) достоверно превышает разовую дозу у молодых
мужчин беспроблемной группы (набравших по шкале «AUDIT» менее 8 баллов)
в 1,9 раза (Р<0,01), а средняя месячная доза у них же превышает аналогичный
показатель для умеренно пьющих студентов в 5,7 раза (Р<0,001). Такие же отличия
имеют место и по ряду других важных показателей: увеличению случаев
травматизма, снижение памяти и другим. Однако, более детальное изучение
последствий редкого, эпизодического употребления этанола в малых дозах
показывает, что термины «беспроблемные или умеренно употребляющие» совсем
не означают отсутствие связанных с употреблением алкоголя проблем. Это
3
касается, прежде всего, таких показателей как: академическая успеваемость
студентов и школьников; состояние у них высших интегративных функций мозга
(ВИФМ) и механизмов поддержания уровня глюкозы в крови (гликемии), что
впервые было установлено исследованиями, проведенными в Белорусском
государственном медицинском университете.
Понижение
академической
успеваемости
у
учащихся,
редко
употребляющих алкогольные напитки, по мнению Adewuya A.O. (2005) требует
пересмотра критического балла шкалы «AUDIT» в сторону его уменьшения с 8 до
4 баллов. Научные данные исследователей Гарвардской школы
общественного здоровья, университета Гарварда, указывают, что необходимо
пересмотреть пороговый уровень определения безопасного потребления
алкоголя студентами (в сторону его существенного сокращения), так как
последствия употребления алкоголя более существеннее, чем ранее
предполагалось. Согласно результатам работы Singleton, которая была
опубликована в 2007 г в «Journal of Studies on Alcohol and Drugs» (1-е место в
рейтинге «Thomson Reuters») по изучению проблем употребления алкоголя
студентами и подростками, корреляционный анализ показал отрицательную
и достоверную связь между употреблением алкоголя и средним баллом
успеваемости студентов (r=-0,26). Анализ данных литературы показывает,
что большая длительность влияния этанола на трезвых студентов,
результатом которой является снижение их академической успеваемости,
может быть обусловлена нарушением у них аллостазиса глюкозы.
Глюкоза является главным субстратом для работы клеток мозга и ЦНС.
Расчёты показывают, что в покое глюкоза крови обеспечивает до 40%
энергетических потребностей нейронов головного мозга при выполнении их
функций. А при их активации (т.е. во время умственной работы), пиковой
уровень энергетического обеспечения функций нейронов глюкозой может
достигать 90%. Концепция аллостазиса впервые была описана в 1988 г
английскими исследователями Sterling и Eyer для объяснения
дополнительного процесса стабилизации гомеостазиса в организме при его
различных функциональных состояниях. Гликемический аллостазис (ГА) –
процесс, при котором стабилизация гликемии достигается путем баланса
между её потреблением тканями и поступлением в кровь (из депо /печень/, из
кишечника после всасывания, из органов её синтезирующих при
глюконеогенезе /печень, почки/), в том числе с участием самой глюкозы –
периферический сигнал для секреции соответствующих гормонов: инсулина
β-клетками или глюкагона α-клетками поджелудочной железы или других.
При голодании механизмами поддержания эугликемии остаются
глюконеогенез и ограничение потребления глюкозы тканями. Паттерн
изменения ГА при умственной длительной работе (УДР) в условиях
4
голодания остаётся мало изученным. Практически не известен паттерн
изменения ГА у трезвых людей (здоровых) употребляющих алкоголь даже в
малых дозах и трезвенников при УДР натощак.
Для выявления особенности поддержания гликемии и ГА у трезвых
студентов и трезвенников в условиях УДР была сформирована модель
эксперимента, включающая длительную умственную нагрузку респондентов
в условиях катаболизма (натощак), когда единственным источником
поступления глюкозы в кровь являются процессы глюконеогенеза. Этанол
же, как хорошо известно, из опытов Кребса и сотрудников (1964), тормозит
этот процесс, в связи с чем в условиях острого (до 36 ч) или хронического (у
алкоголиков) отравления алкоголем может иметь место развитие
гипогликемии. У трезвых людей, через 1–4 недели после употребления
алкоголя гипогликемия не выявлялась. Мы предположили, что угнетение
ферментов глюконеогенеза этанолом даже при его редком употреблении в
малых количествах может быть достаточно длительным процессом,
выявление которого возможно в условиях необходимости стимуляции этого
процесса и ограничения других источников поступления глюкозы в кровь,
например, умственной деятельности натощак.
Эксперимент проводили в течении 9 часов (6,5 часов умственной
работы, 2 часа отдыха после неё) на студентах-добровольцах с различным
отношением к алкоголю: трезвенниках и трезвых юношах через 1–4 недели
после выпивки. Столь длительный период трезвого состояния исключал
острое действие (4–36 ч после выпивки) этанола на обмен глюкозы. У
студентов определяли содержание глюкозы в капиллярной крови исходно и
через каждые два часа умственной работы натощак (через 2, 4 и 6 ч от её
начала), а также во время и после отдыха.
Результаты проведенных исследований показали нарастание уровня
глюкозы в крови всех испытуемых в течение первых 2 ч УР: у трезвенников –
+0,67 мМ/л (исх. уровень 4,24±0,19; Р<0,001), у трезвых респондентов –
+0,28 мМ/л (исх. уровень 4,54±0,15; Р<0,02). У всех 8 трезвенников на всём
протяжении УР происходил подъём уровня гликемии (рисунок 2). Средний
прирост уровня гликемии к исходной величине составил у них через 2 ч УР
+0,67 мМ/л (Р<0,05), через 4 ч +1,16 мМ/л (Р<0,001) и через 6 ч +1,54 мМ/л
(Р<0,001). Положительная динамика нарастания уровня гликемии у
трезвенников в условиях активного использования глюкозы работающим
мозгом свидетельствует о высоких резервах глюконеогенеза у них и
выраженной стимуляции этого процесса в условиях УДР. Постоянное
нарастание гликемии у трезвенников при УДР (через 2 ч +0,67мМ/л, 4 ч
+1,16мМ/л, 6 ч +1,54мМ/л) можно рассматривать как явление
«функциональной, относительной гипергликемии» (ФОГ), что необходимо
5
для поддержания высоких энергетических потребностей нейронов
работающего мозга и качественного (с малым числом ошибок) выполнения
умственной работы.
Повышение уровня глюкозы крови у трезвых респондентов через 2 ч
работы (+0,28 мМ/л /Р<0,02/) сменялось её понижение через 4 ч (возврат к
исходной величине, до 4,52 мМ/л /Р>0,05/) и развитием гипогликемии (3,99
мМ/л /Р<0,05/) для капиллярной крови через 6 ч УДР. У 3 студентов в конце
тестирования отмечалась нейрогликопения (гликемия ниже 3,0 мМ/л). Это
свидетельствуют о том, что у трезвых людей резервы глюконеогенеза для
поддержания эугликемии и «ФОГ» при УДР существенно снижены и их
длительность не превышает 2 ч работы натощак. У выпивающих ФОГ
наблюдалась только первые 2 ч УР (+0,28 мМ/л). Через 4 ч УР отмечено
понижение гликемии до исходного уровня, а 6 ч – развитие гипогликемии
(3,99 мМ/л в капиллярной крови) или даже нейрогликопении (менее 3 мМ/л).
Это свидетельствуют о том, что у трезвых людей резервы глюконеогенеза
для поддержания ГА и ФОГ при УДР существенно снижены, и их
длительность не превышает 2 ч работы натощак. Расчет коэффициентов
детерминации «η2, или r2» свидетельствует о достаточной непосредственной
роли уровня гликемии (26,0% натощак в покое; 30,0 – 36,7% натощак во
время стимуляции работы нейронов и 39,3% через 2 ч после поступления
глюкозы в организм) среди всех факторов, обеспечивающих умственную
работоспособность и состояние когнитивных функций у респондентов.
У трезвых студентов при этом выявлено явление достоверное
увеличение ошибочных действий при снижении уровня гликемии. Для
объяснения явления увеличения числа ошибочных действий у трезвых
студентов при уменьшении уровня глюкозы крови нами разработана гипотеза
непрямого нарушения системы ошибочного мониторинга и процессинга
(СОМП) этанолом через его влияние на уровень гликемии.
6
Схема 2. Гипотеза непрямого длительного нарушения системы ошибочного
мониторинга и процессинга (СОМП) у трезвых людей этанолом через его влияние на обмен
глюкозы и уровень гликемии (с учетом собственных результатов [Welcome et al. 2010, 2011,
Вэлком и др. 2011+ рисунок] и данных других исследователей [ссылки показаны ниже схемы]).
Этанол
Фактор окружающей среды
Ингибирование ферментов глюконеогенеза
[Krebs et al., 1969; Krebs 1968]
Концентрация глюкозы крови натощак
(исходно и в процессе УР) [Welcome et al., 2010]
Достоверное ↑ гликемии и активация глюконеогенеза у
трезвенников во время УР
7
активация глюконеогенеза у трезвенников
6
мМ/л
*
*
5
OO
4
3
2
1
**
функциональная гипогликемия
у трезвых респондентов во
время УР из-за неадекватности
глюконеогенеза у них
**
1
2
2ч
3
4ч
Время работы
Эффективность
умственной
деятельности:
число ошибочных
действий, скорость
развития утомления, академическая
успеваемость
СОМП и сопряженные
системы
**OO
*p<0.05
**p<0.01
OO
p<0.01
0
исходно
ВИФМ: внимание;
память; мышление
4
6ч
Генетические
варияции
Метаболическая
компетентность нейронов
(по глюкозе) во время
работы (умственной или
физической) и отдыха
Примечание: Уровень значимости: *по отношению к исходному уровню; OOпо отношению к
соответствующему значению у трезвенников. СОМП влияет на состояние высших интегративных
функций мозга (ВИФМ), определяя эффективность умственной деятельности. В свою очередь активность
СОМП зависит не только от состояния ВИФМ и генетических вариаций развития медиаторных систем
(дофаминовой, ГАМКергической и других) мозга, но и от условий метаболизма нейро- и глиоцитов и,
прежде всего, от уровня гликемии, определяющего содержание глюкозы в мозге и ее доступность для
нейронов. Алкоголь (даже при его редком, эпизодическом употреблении) как фактор окружающей среды
может нарушать СОМП и когниции (ВИФМ) непосредственно (острое действие после его приема) или
опосредовано через его влияние на уровень гликемии, особенно, в условиях длительной умственной
работы (УР) натощак, что провоцирует развитие функциональной гипогликемии у трезвых респондентов
(рисунок). Предлагаемая (метаболическая) гипотеза непрямого нарушения СОМП этанолом через его
длительное (не менее 4 недель) влияние на уровень гликемии у трезвых людей (студентов), объясняет
большую длительность расстройства ВИФМ и снижения УРС у них и раскрывает механизм понижения их
академической успеваемости. Гипотеза является обоснованной даже в случае редкого употребления
7
алкоголя студентами при его малом (или даже очень малом) месячном /40-60 мл/ и годовом /300-500 мл/
потреблении.
Система, находящаяся в среднем мозге, базальных ганглиях и коре
переднего мозга, играющая большую роль в восприятии и коррекции
ошибочных действий, называется системой ошибочного мониторинга и
процессинга (СОМП). В 2002 г Ridderinkhof
и сотрудниками было
установлено, что алкоголь нарушает СОМП. В 2003 г исследователями
Принстонского университета США было предположено, что хотя механизмы
влияния этанола на эту систему еще непонятны, алкоголь может нарушать
работу СОМП прямым или непрямым путем. Нами разработана модель
(гипотеза) непрямого (метаболического) нарушения СОМП у трезвых людей
этанолом через его влияние на уровень глюкозы в крови. До наших
публикаций данные об уровне ошибочного действия (процессинга) у трезвых
людей, эпизодически употребляющих алкоголь, и его зависимости от уровня
гликемии отсутствовали. Результаты проведенного нами исследования
показали важную роль глюкозы крови в регуляции СОМП и совершении
трезвым человеком большого количества ошибочных действий по сравнению
с трезвенником. Количество ошибок, отражающих состояние СОМП у
испытуемых, в нашем эксперименте имело обратную корреляционную
зависимость с уровнем гликемии, прежде всего у трезвых людей,
эпизодически
употребляющих
алкоголь.
Расчет
коэффициентов
корреляционного отношения Пирсона «η» для оценки степени
криволинейной связи показал наличие сильного одностороннего влияния
уровня гликемии на число ошибочных действий при выполнении теста
«Корректурная проба» на внимание у респондентов. Это одностороннее
влияние уровня гликемии на число ошибочных действий было средней силы
как натощак (η=0,510 /Р<0,01/), так и во время работы (η=0,548 /Р<0,001/
через 2 ч; η=0,606 /Р<0,001/ через 4 ч; η=0,556 /Р<0,001/ через 6 ч). Оно
становилось наиболее выраженным после отдыха и приёма глюкозы (η=0,627
/Р<0,001/). Расчет коэффициентов детерминации «η2» показал значимую
роль глюкозы крови (от 26,0 % до 39,3 %) среди всех факторов, влияющих на
СОМП. Представленные данные говорят о важной роли длительного
угнетения глюконеогенеза этанолом и развития относительной гипогликемии
(особенно при длительной 4-6 часовой умственной работе) в нарушении
работы СОМП (нарастании числа ошибочных действий) у трезвых лиц,
эпизодически употребляющих алкоголь.
Предложенная нами модель (схема 2) основывается на том, что
отсроченным эффектом употребления небольших доз алкоголя является
относительная гипогликемия при интенсивной умственной нагрузке (рисунок
на схеме), что, в свою очередь, сопровождается увеличением ошибок
(снижением когнитивных функций) или отказом от продолжения умственной
деятельности. В результате нарушения СОМП способность трезвых
8
студентов качественно усваивать новый материал уменьшается, что
сопровождается понижением их академической успеваемости по сравнению с
трезвенниками. Обоснованность такого заключения подтверждается также
данными корреляционного анализа между уровнем гликемии во время
умственной нагрузки у трезвенников и трезвых респондентов, эпизодически
употребляющих алкоголь, и их успеваемостью. Установлено наличие
множественных достоверных линейных положительных корреляционных
зависимостей между показателями уровней гликемии после 4-х и 6-и часов
умственной работы и успеваемостью студентов со 2-й по 7-ю сессии
включительно. Таким образом, длительная функциональная гипогликемия,
вызываемая употреблением алкоголя (в том числе в малых дозах) и
выявляемая в условиях функциональной нагрузки, может быть одной из
основных причин понижения академической успеваемости у студентов и
школьников, но и провоцировать повышение агрессивности молодёжи с
высоким риском грабежей, разбоев и нарастанием случаев дорожнотранспортных происшествий.
Подводя итог обсуждению безопасности малых разовых, месячных и
годовых доз экзогенного этанола и употребления алкогольных напитков
молодёжью следует указать, что ориентироваться в решении этого вопроса
следует на эндогенный синтез этилового спирта, который составляет около
500 мг за сутки для человека массой 70 кг. Таким образом, безопасной
дозы алкогольного напитка (и крепкого «водки», и средней
крепости «вино», и слабого «пиво») для молодого человека нет,
а безопасное потребление алкоголя молодёжью – это отказ от
употребления алкогольных напитков.
9