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
- 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.
- Перемена положения тела оказывает влияние на центры АНС, расположенные на разных уровнях ЦНС, включая нервные центры среднего мозга.
- По результатам гармонического анализа сигнала можно предполагать, что РЗ, в отличие от сердечного ритма, находится под преимущественным влиянием симпатического отдела АНС.
- 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:
- 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.
- 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.
- Зорич, В. А. Математический анализ / В. А. Зорич, — М.: Физматлит, 1984. — 544 с.
- Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) / Р. М. Баевский [и др.] // Вестник аритмологии. — 2001. — № 24. — С. 65–87.
- 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.
