В данной статье приведены результаты анализа изменения размера зрачка и вариабельности сердечного ритма у испытуемых с нормальным вегетативным тонусом, повышенным симпатическим и парасимпатическим тонусом при проведении холодовой пробы. Приведены данные гармонического анализа колебания зрачка.
Ключевые слова: вегетативный тонус, вариабельность размера зрачка, вариабельность сердечного ритма, гармонический анализ
Все большую популярность в последнее время в оценке вегетативного тонуса набирает анализ вариабельности сердечного ритма, который основан на определении последовательности интервалов R-R электрокардиограммы, которые также называют NN-интервалами (normal-to-normal), то есть учитываются промежутки только между нормальными сокращениями. Данный анализ позволяет оценить функциональное состояние человека, получить информацию об адаптационных резервах организма. Однако сердечный ритм, помимо преимущественного контроля со стороны центров АНС, располагающихся на уровне продолговатого мозга, также подвержен различным гуморальным и рефлекторным влияниям, что заставляет многих ученых высказывать относительные сомнения в отношении точности данного метода исследования [3].
Наиболее логичным в данной ситуации кажется исследование вариабельности размера зрачка (ВРЗ), который позволяет включать в анализ структуры среднего мозга.
Таким образом, целью нашего исследования явилось установить характер реакции зрачка, а также оценить сходства и различия в динамике изменения РЗ и NN интервалов при холодовой пробе.
В исследовании приняли участие 35 практически здоровых студента БГМУ в возрасте от 18 до 22 лет. Среди них — 19 юношей и 16 девушек. Исследование проводилось в первой половине дня в покое. Испытуемым предлагалось зафиксировать взгляд на красной фиксационной точке, находившейся прямо перед ними. Динамика изменения размера зрачка (РЗ) оценивалась по результатам видеозаписи 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 сидя на 1, 2, 4, 6, 8 минутах эксперимента, синхронно проводилась запись ЭКГ во втором стандартном отведении. В качестве фактора воздействия на активность АНС использовалась холодовая проба. На 2 минуте испытуемый погружал руку в воду, температура которой составляла около 2°C. РЗ в пикселях переводился в размер в миллиметрах. Обработка видео проводилась с использованием программного обеспечения, разработанного И. В. Гурским под руководством А. И. Кубарко на кафедре нормальной физиологии БГМУ. Гармонический анализ полученного колебания проводился методом быстрого преобразования Фурье в пакете прикладных программ Matlab 5.0. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) оценивалась по результатам анализа с помощью программы InputWin [1]. Статистический анализ данных производился с использованием методов описательной статистики. На основании анкетирования с использованием анкеты, предложенной Вейном и соавторами, и расчета вегетативного индекса Кердо, испытуемые были разделены на 3 группы соответственно исходному тонусу АНС [2]. Группа 1 «Нормотоники», группа 2 «Симпатотоники» и группа 3 «Ваготоники».
Как видно из рисунка 1 и таблицы 1, в трёх группах наблюдается тенденция к увеличению размера зрачка при холодовой пробе, что указывает на изменение баланса тонуса АНС в сторону симпатической нервной системы.
Рис. 1. График зависимости изменения размера зрачка от времени
Таблица 1
Изменение размера зрачка
|
Время, мин |
Размер зрачка, в% от исходного |
||
|
Нормотоники |
Симпатотоники |
Ваготоники |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
1,0 |
0,9 |
3,5 |
|
4 |
2,2 |
1,8 |
2,2 |
|
6 |
2,6 |
3 |
1,3 |
|
8 |
3,0 |
3,9 |
1,8 |
Рис. 2. График зависимости изменения интервалов NN от времени
В ходе работы при одновременном анализе регуляции зрачка и сердца отмечена важность проведения спектрального анализа NN интервалов. У симпатотоников интервал NN увеличивался вплоть до 6 минуты на 2 %, а в последующем постепенно снижался (рисунок 2). У нормотоников к 6 минуте интервал NN снижался на 1,8 %, а далее увеличивался. У ваготоников интервал NN увеличивался на 3 % вплоть до конца 4 минуты, а далее уменьшался, становясь при этом ниже на 1 % от исходного.
Таким образом, в условиях локального температурного воздействия сдвиги показателей вариабельности размеров зрачка и сердечного ритма указывают на противоположную направленность изменений тонуса центров АНС, расположенных на разных уровнях ЦНС. Средняя сила корреляционных связей между изменениями РЗ и ВСР (коэффициент корреляции 0,34, p<0,05) указывает на наличие общих механизмов их регуляции при одновременном существовании различий.
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]. Для дальнейшего исследования значение имеют амплитуда гармоник, их частота колебаний и мощность сигнала на разных частотах (спектральная плотность мощности).
Рис. 3. Мощность сигнала (сверху), изменение фазы колебания (снизу) у испытуемого из группы нормотоников
Было установлено, что во всех трех группах зрачок колеблется в области низких частот. При детальном изучении полученных данных, нам удалось выявить закономерности, позволяющие дифференцировать испытуемых в зависимости от их тонуса вегетативной нервной системы. Так, у испытуемых первой группы мощность сигнала снижалась неравномерно: всегда удавалось выявить 2, 3 или 4 наиболее значимых частоты, на которых мощность сигнала была выше, чем на других частотах (рисунок 3). В данном случае диагностическим признаком становится визуальное определение пиков на графике спектральной плотности мощности сигнала.
Фаза колебаний у испытуемых первой группы изменялось постепенно и плавно (рисунок 3).
Рис. 4. Мощность сигнала (сверху), изменение фазы колебания (снизу) у испытуемого из группы симпатотоников
Рис. 5. Мощность сигнала (сверху), изменение фазы колебания (снизу) у испытуемого из группы ваготоников
При условии преобладания тонуса одного из отделов ВНС, мощность сигнала снижалась постепенно с увеличением частоты без ярко выраженных пиков (рисунок 4,5). В данном случае диагностическим признаком становится фаза колебаний. У симпатотоников она изменяется скачкообразно (рисунок 4), а у ваготоников более плавно, но неравномерно (рисунок 5).
Заключение
- Состояние тонуса АНС может оцениваться по данным гармонического анализа колебания размера зрачка.
- Между изменениями РЗ и ВСР существует средняя сила корреляционных связей (коэффициент корреляции 0,34, p<0,05), что указывает на наличие общих механизмов их регуляций при одновременном существовании различий.
- Использование анализа мощности спектра и изменения фазы колебания РЗ позволяет получить важную дополнительную информацию о состоянии автономного тонуса и реактивности.
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 агентство», 2003. — 752 с.
- Зорич, В. А. Математический анализ / В. А. Зорич, — М.: Физматлит, 1984. — 544 с.
- J.–Ch. Lee Pupil size variability as an index of autonomic activity — a preliminary study / J.–Ch. Lee [et al.] // Autonomic Neuroscience. — 2007. — Vol. 135, № 1–2. — P. 134.
