Библиографическое описание:

Жерко И. Ю., Шевчик Н. С. Гармонический анализ реакции зрачка при пассивном динамическом изменении положения тела в пространстве // Молодой ученый. — 2016. — №5. — С. 207-210.



В статье приведены результаты анализа характер реакции зрачка по данным гармонического анализа при орто- и клиностатической пробах у испытуемых с нормальным вегетативным тонусом, повышенным симпатическим и парасимпатическим тонусом. Приведены данные, характеризующие амплитуду, частоту и фазу колебаний.

Ключевые слова: вегетативный тонус, размер зрачка, гармонический анализ, Фурье-анализ, ортостатическая проба, клиностатическая проба

Анализ вариабельности сердечного ритма по данным кардиоинтервалограммы в настоящее время является одним из наиболее распространенных методов оценки тонуса автономной нервной системы. Однако сердце получает парасимпатическую иннервацию только от центров АНС, лежащих на уровне продолговатого мозга и находится под влиянием многих других воздействий, включая минеральные ионы и гормоны (катехоламины, тиреоидные гормоны). Включить в анализ состояние центров среднего мозга позволяет исследование вариабельности размера зрачка (РЗ).

Подтверждением существования не только анатомических, но и функциональных различий в регуляции работы сердца и размеров зрачка со стороны центров АНС различного уровня может служить тот факт, что в условиях локального температурного воздействия сдвиги показателей вариабельности размеров зрачка и сердечного ритма указывают на противоположную направленность изменений тонуса центров автономной нервной системы, расположенных на различных уровнях центральной нервной системы [1].

Цель работы: установить характер реакции зрачка при пассивном динамическом изменении положения тела в пространстве в скотопических условиях у испытуемых с различным базальным тонусом АНС.

Материалы и методы:

Исследование функционального состояния автономной нервной системы включает в себя функционально-динамические методы исследования вегетативного тонуса, вегетативной реактивности (характера развития вегетативных реакций, возникающих в ответ на внешние и внутренние раздражения) и вегетативного обеспечения деятельности [2, с.44–85]. Существует большое количество методов исследования всех трех составляющих. До начала работы для исследования вегетативного тонуса нами проводилось анкетирование с использованием опросника, предложенного Вейном и соавторами [2, с.54], рассчитывался вегетативный индекс Кердо. Вегетативная реактивность исследовалась с помощью оценки глазосердечного рефлекса (Данини-Ашнера). Оценка вегетативного обеспечения деятельности проводилась с помощью орто- и клиностатической пробы.

Для оценки состояния высших центров регуляции АНС был использован модифицированный метод пупиллометрии — метод регистрации величины зрачка и динамики ее изменения.

Нами была сформирована однородная по возрасту выборка: 42 практически здоровых студентов в возрасте от 18 до 21 лет. Среди них — 14 юношей и 28 девушек. Исследование проводилось в первой половине дня в скотопических условиях после 20-минутного периода адаптации к условиям освещенности. Испытуемым предлагалось зафиксировать взгляд на красной фиксированной точке, находившейся прямо перед ними.

По результатам анализа результатов анкетирования, расчета индекса Кердо, оценки результатов глазосердечного рефлекса нами было выделено 3 группы испытуемых: группа 1 «Нормотоники» (14 человек, контрольная группа), группа 2 «Симпатотоники» (19 человек), группа 3 «Ваготоники» (9 человек).

Видеозапись велась с кадровой частотой 30 кадров в секунду с использованием двух высокоскоростных инфракрасных веб-камер после их предварительной калибровки с разрешением 640×480 px. Запись производилась в вертикальном положении испытуемого в течение 1 минуты и в течение такого же промежутка времени после пассивного перехода в положение лёжа (осуществлялось с использованием поворотного стола). Динамика изменения амплитуды колебаний размера зрачка оценивалась по результатам съемки на 1, 3, 6, 9 и 11 минутах в вертикальном положении испытуемого и с такими же интервалами после перехода в горизонтальное положение.

Обработка видео с целью получения сведений об абсолютных размерах большой полуоси зрачка проводилась с использованием программного обеспечения, разработанного И. В. Гурским под руководством А. И. Кубарко на кафедре нормальной физиологии БГМУ. Получаемое в результате записи колебание размера зрачка во времени представляет собой сложное периодическое движение, которое, согласно теореме Фурье, можно представить в виде суммы простых составляющих гармонических колебаний (гармоник), имеющих свои частоты, амплитуды и фазы.

Гармонический анализ полученного колебания проводился методом быстрого преобразования Фурье в пакете прикладных программ Matlab 5.0.

Быстрое преобразование Фурье — операция, сопоставляющая одной функции вещественной переменной другую функцию, также вещественной переменной. Эта новая функция описывает коэффициенты (амплитуды) при разложении исходной функции на элементарные составляющие — гармонические колебания с разными частотами [3,4]. Для дальнейшего исследования значение имеют амплитуда гармоник, их частота колебаний и мощность сигнала на разных частотах (спектральная плотность мощности).

Анализ полученных результатов

Действительные отношения между двумя отделами вегетативной нервной системы заключаются в различной степени активности одного из отделов вегетативной системы при изменении активности другого. Реальный ритм сердца и размер зрачка могут являться простой суммой симпатической и парасимпатической стимуляции. Но часто, как видно из анализа динамики изменения размера зрачка [5], симпатическая или парасимпатическая стимуляция может сложно взаимодействовать с исходной парасимпатической или симпатической активностью.

Для определения дополнительных характеристик влияния АНС на размер зрачка мы провели спектральный анализ изменения РЗ при орто- и клиностатической пробах у испытуемых с различным базальным тонусом. По результатам гармоничского анализа изменения РЗ нами был сделан вывод о большей значимости динамики изменения средней амлитуды гармоник при проведении функциональных проб. У испытуемых первой группы в условиях ортостаза и активации симпатического отдела АНС средняя амплитуда колебаний была максимальна, в то время, как к 11 минуте эксперимента она уменьшалась в среднем на 31 %, а затем снова увеличивалась при переходе в горизонтальное положение (78 % от максимальной). В соответствии с уменьшением силы возмущающего фактора к 11 минуте амплитуда гармоник снова уменьшалась, достигая в среднем 62 % от максимального значения.

Таким образом, при наличии разнонаправленной реакции размера зрачка (увеличение при ортостатической и уменьшение при клиностатической пробах) активация любого отдела АНС на фоне сбалансированного вегетативного тонуса покоя вызывает увеличение амплитуды колебаний с тенденцией к возвращению к исходному уровню.

Динамика изменения средней амплитуды колебаний у симпатотоников была схожа с таковой у испытуемых контрольной группы, что позволяет говорить о преимущественном влиянии симпатического отдела АНС на размер зрачка в норме.

Диаметрально противоположная картина наблюдалась у испытуемых третьей группы, характеризовавшихся повышенным тонусом ПСНС. Амплитуда колебаний становилась максимальной к моменту окончания каждой из проб, а сразу после действия возмущающего фактора она уменьшалась. ПСНС в условиях своей повышенной активности стремилась как бы «успокоить» зрачок, уменьшая амплитуду его колебаний. Активность парасимпатического отдела АНС относительно снижается при устранении действия возмущающего фактора (в конце проб).

Выяснилось, что у испытуемых с исходно повышенным тонусом одного из отделов АНС абсолютные значения амплитуд гармоник меньше чем в норме. Можно предположить, что более высокий уровень импульсации от центров какого-то из отделов АНС устанавливает РЗ на определенном уровне и «зажимает» зрачок, поддерживая этот уровень. Это подтверждается и тем, что в условиях симпатотонии амплитуда колебаний при клиностатической пробе была выше, чем при ортостатической, а у испытуемых ваготоников — наоборот. Индуцированная сменой положения тела активация одного из отделов АНС несколько снижает влияние исходно активного отдела и «расслабляет» зрачок.

При анализе мощности сигнала, СПМ и фазы колебаний было установлено, что величина этих показателей значительно различалась у разных испытуемых в пределах одной группы, что может быть обусловлено сложными многоуровневыми взаимодействиями в аппарате регуляции РЗ и индивидуальным соотношением различных механизмов регуляции. Однако при детальном анализе и сопоставлении индивидуальных показателей были выявлены общие закономерности внутри групп испытуемых.

У испытуемых всех трех групп наибольшая плотность мощности сигнала наблюдалась в области низких частот и постепенно увеличивается с ростом частоты. Таким образом, зрачок колеблется преимущественно в области низких частот (в норме максимальная частота, на которой регистрируется значимый сигнал — 1ГЦ).

У всех испытуемых первой группы мощность сигнала снижалась не равномерно: всегда есть 2, 3 или 4 наиболее значимых частоты, на которых мощность сигнала выше, чем на других частотах. То есть при сбалансированном тонусе АНС зрачок колеблется преимущественно на каких-то определенных частотах (величина частот индивидуальна). Диагностическим признаком становится визуальное определение пиков на графике спектральной плотности мощности сигнала.

В случае преобладания тонуса одного из отделов АНС мощность сигнала снижалась постепенно: наибольшая наблюдалась в области более низких частот, наименьшая — в области более высоких частот без явно выраженных промежуточных пиков. Диагностическим признаком в этом случае становится фаза колебаний. У симпатотоников она изменяется скачкообразно. У ваготоников — более плавно, но не равномерно.

Заключение

  1. Вариабельность размеров зрачка может использоваться в качестве маркера активности АНС как показатель функционального состояния центров АНС, лежащих на уровне среднего мозга. Поэтому определение параметров оценки вариабельности размера зрачка является актуальной проблемой.
  2. Перемена положения тела оказывает влияние на центры АНС, расположенные на разных уровнях ЦНС, включая нервные центры среднего мозга.
  3. По результатам гармонического анализа сигнала можно предполагать, что РЗ, в отличие от сердечного ритма, находится под преимущественным влиянием симпатического отдела АНС.
  4. Состояние тонуса АНС может оцениваться по данным гармонического анализа колебания размера зрачка при анализе мощности сигнала, СПМ и фазы колебаний.

Изменение РЗ является чувствительным маркером изменения тонуса ВНС на уровне среднего мозга. Различия в регуляции РЗ и СР дают нам возможность посмотреть на оценку работы АНС несколько под другим углом.

Литература:

  1. Александров Д. А. Характер сосудистых реакций и состояние световой чувствительности зрительной системы в условиях локального температурного воздействия: дис. …канд. мед. наук: 03.00.13 / Д. А. Александров. — Минск, 2009. — 87 л.
  2. Вейн А. М. Вегетативные расстройства: Клиника, диагностика, лечение / А. М. Вейн [и др.]; под общ. ред. А. М. Вейна. — М.: ООО «Медицинское информационное агенство», 2003. — 752 с.
  3. Зорич, В. А. Математический анализ / В. А. Зорич, — М.: Физматлит, 1984. — 544 с.
  4. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) / Р. М. Баевский [и др.] // Вестник аритмологии. — 2001. — № 24. — С. 65–87.
  5. Александров, Д. А. Характер изменения размера зрачка при пассивном динамическом изменении положения тела в пространстве / Д. А. Александров, И. Ю. Жерко, Е.Д, Трошин // Молодой ученый. — 2015. — № 17. — С. 33–35.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle