В статье приведены результаты исследования динамики изменения размера зрачка при орто- и клиностатической пробах у испытуемых с нормальным вегетативным тонусом, повышенным симпатическим и парасимпатическим тонусом. Приведены данные, отражающие динамику изменения размера зрачка в покое и при пассивном изменении положения тела в пространстве.
Ключевые слова: вегетативный тонус, размер зрачка, ортостатическая проба, клиностатическая проба.
Автономная нервная система (АНС)— отдел нервной системы, регулирующий деятельность внутренних органов, желез внутренней и внешней секреции, кровеносных и лимфатических сосудов [1, с. 5]. АНС играет ведущую роль в поддержании гомеостаза и приспособительных реакциях организма. Под контролем высших вегетативных центров находятся два отдела АНС: симпатический и парасимпатический. И хотя, в конце концов, их активность направлена в сторону адаптации организма к изменяющимся условиям среды, существует некоторый антагонизм в их влиянии на различные органы и системы. Под вегетативным (исходным) тонусом понимают более или менее стабильные характеристики состояния вегетативных показателей в период «относительного покоя», т. е. расслабленного бодрствования. В обеспечении тонуса активно участвуют регуляторные аппараты, поддерживающие метаболическое равновесие, соотношение между симпатической и парасимпатической системами [2, с. 44].
В случае нарушения нормального автономного тонуса возникает риск развития вегетососудистой дистонии и ряда других заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других систем.
Таким образом, определение вегетативного тонуса в клинической практике может значительно снизить риск развития ряда заболеваний. В настоящее время одним из наиболее распространенных методов оценки тонуса автономной нервной системы является анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) по данным кардиоинтервалограммы. Однако рядом исследователей высказываются определенные сомнения в отношении адекватности оценки всех уровней регуляции автономного тонуса на основании исследования регуляции сердечного ритма, так как сердечный ритм контролируется не всеми отделами АНС и находится под влиянием многих других воздействий, включая изменение концентрации минеральных ионов и гормонов.
В последние годы появились предварительные сообщения об использовании вариабельности размеров зрачка (РЗ) в качестве маркера активности АНС, а также о существовании определенных различий в характере реакции зрачка и сердечного ритма на раздражение рефлексогенных зон [3]. Известно, что в регуляции размера зрачка и частоты сокращений сердца имеется некоторая общность нервных механизмов. Так, преганглионарные нейроны симпатической нервной системы, контролирующие размер зрачка, располагаются в боковых рогах спинного мозга на уровне Т1, т. е. там же, где расположена часть преганглионарных нейронов симпатической нервной системы, контролирующей различные параметры сокращения сердца. Различия наблюдаются в парасимпатической иннервации гладких мышц глаза и сердечной мышцы. Парасимпатические нервные волокна, иннервирующие m. sphincter papillae, являются отростками нейронов ресничного ганглия, получающих иннервацию от парасимпатических преганглионарных нейронов ядра Эдингера-Вестфаля среднего мозга. Парасимпатические преганглионарные нейроны, контролирующие деятельность сердца, располагаются в дорсальном (заднем) ядре блуждающего нерва продолговатого мозга [4, с.30–33].
Также было установлено, 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 [5, с. 59].
Таким образом, анализ вариабельности размера зрачка позволяет включить в анализ состояние структур среднего мозга и расширить возможности оценки состояния тонуса АНС. Этим объясняется необходимость разработки методов исследования РЗ и параметров оценки результатов исследования.
Цель: установить характер реакции зрачка при пассивном динамическом изменении положения тела в пространстве в скотопических условиях у испытуемых с различным тонусом автономной нервной системы.
Материалы и методы: в исследовании приняли участие 20 человек, из них 5 юношей, 15 девушек в возрасте от 18 до 20 лет.
Для оценки функционирования вегетативной нервной системы проводят исследование 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. Нами были использованы наиболее доступные из них. Для исследования вегетативного тонуса 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. В результате было выделено 3 группы испытуемых: группа 1 «Нормотоники», группа 2 «Симпатотоники», группа 3 «Ваготоники».
Динамика размера зрачка (РЗ) оценивалась по результатам видеозаписи в условиях минимальной освещенности с кадровой частотой 30 и 60 кадров в секунду с использованием высокоскоростных веб-камер. Запись производилась на 1, 3, 6, 9, 11 минуте и с такими же интервалами после пассивного перехода из положения стоя в положение лёжа (осуществлялось с использованием поворотного стола). Размер зрачка в пикселях переводился в размер в миллиметрах. Было получено и исследовано более 200 видеозаписей. Обработка видео проводилась с использованием программного обеспечения, разработанного И. В. Гурским под руководством А. И. Кубарко на кафедре нормальной физиологии БГМУ.
Статистический анализ данных производился с использованием методов описательной статистики в пакете прикладных программ Statistica 7.0
Результаты и обсуждение
Исходя из нескольких критериев (качество получаемого изображения, время обработки видео и объем занимаемого дискового пространства, точность получаемых данных) было установлено, что оптимальной кадровой частотой съемки является частота 30 кадров/сек.
На каждом из полученных кадров был определен размер зрачка. Характер связи изменения размера большой полуоси зрачка правого и левого глаза определялся методом ранговой корреляции Спирмена. В результате была выявлена сильная положительная связь (коэффициент корреляции составлял 0,97, р< 0,05). Такой результат легко объясняется с анатомической точки зрения: в каждое ядро Эдингера-Вестфаля идут волокна из первичных зрительных центров как ипсилатеральной, так и контралатеральной стороны. Таким образом, у здоровых испытуемых о состоянии центров среднего мозга, участвующих в регуляции тонуса АНС можно судить по результатам исследования зрачка одного глаза. Мы полагаем, что снижение коэффициента корреляции в определенных ситуациях может указывать на наличие патологического процесса.
Поскольку наиболее распространенным маркером активности АНС является вариабельность сердечного ритма и ЧСС прежде, чем анализировать данные об изменении размера зрачка при орто- и клиностатической пробах, мы обратились к данным по динамике изменения ЧСС при проведении данных проб у испытуемых с нормальным вегетативным тонусом [2, с. 79]. В норме при переходе человека в вертикальное положение (ортостатическая проба) происходит перераспределение крови в организме под действием силы тяжести. Это ведет к скоплению значительной части циркулирующей крови в венах нижних конечностей. В результате снижается венозный возврат и соответственно сердечный выброс, происходит некоторое снижение артериального давления, что фиксируется барорецепторами. От них импульсация поступает в сосудодвигательный центр, который в свою очередь стимулирует активность СНС для поддержания АД на нормальном уровне. При смене положения тела на горизонтальное (клиностатическая проба) снова происходит перераспределение кровотока и кратковременное повышение АД, что ведет к активации ПСНС для восстановления нормальных показателей.
В соответствии с увеличением тонуса СНС ЧСС при ортостатической пробе быстро увеличивается, достигая максимума уже на 15-й секунде. С течением времени количество ударов в минуту стремится к исходной величине. При клиностатичекой пробе ЧСС резко уменьшается, а затем со схожей динамикой стремится к нормальному уровню.
Корреляционный анализ изменения размера зрачка и ЧСС выявил средний уровень корреляции (коэффициент корреляции 0,4, р<0,05). Это говорит о наличии как общих механизмов регуляции их функций, так и на существование различий. Посмотрим, как при этом динамика изменения РЗ (его большой полуоси) в норме отличается от таковой для ЧСС. В отличие от ЧСС при ортостатической пробе РЗ увеличивался постепенно. Стабилизации РЗ на уровне исходного за 11-минутный период не происходит. За данный период времени не стабилизируется зрачок и при клиностатической пробе. Сразу после перехода в горизонтальное положение зрачок уменьшается (в среднем на 12,9 %). Но уже на 9-й минуте происходит увеличение большой полуоси зрачка, чего не наблюдается в случае с ЧСС. Соответственно, мы можем предполагать увеличение влияния симпатических центров на зрачок с 9-й минуты.
При ортостатической пробе у испытуемых-симпатотоников динамика изменения РЗ в целом схожа с динамикой в норме, с тем лишь отличием, что максимальное значение достигается раньше. У испытуемых-ваготоников при переходе в вертикальное положение динамика изменения РЗ резко отличается от таковой в норме. Большая полуось зрачка сначала резко увеличивается, что отражает повышение тонуса СНС при ортостатической пробе, затем уменьшается в соответствии с исходно повышенным парасимпатическим тонусом.
При переводе испытуемых-симпатотоников в горизонтальное положение наблюдается уменьшение зрачка (в среднем на 11 %). На 9-й минуте вместо постепенного увеличения РЗ (как это происходит в условиях нормотонии) наблюдается некоторое его уменьшение. Такая реакция легко объясняется с позиций так называемого “закона исходного уровня”: если исходный уровень резко изменен, то возмущающий агент может вызвать «парадоксальную», или антагонистическую, реакцию. На 11-й минуте зрачок увеличивается и достигает размеров больших по сравнению с исходными (до перехода в горизонтальное положение). У испытуемых-ваготоников при клиностатической пробе размер зрачка уменьшается значительнее (в среднем на 14 %), чем у испытуемых-симпатотоников. Но, как и у испытуемых предыдущей группы, на 9-й минуте наблюдается резкое увеличение зрачка с достижением значений больших, чем исходные.
В соответствии с тем, что динамика изменения зрачка при орто- и клиностатической пробах в норме и в условиях симпатотонии практически идентична (при этом значительно отичается от динамики в условияхваготонии), а при клиностатической пробе и у испытуемых-симпатотоников, и у ваготоников зрачок “ускользает” из-под действия ПСНС и имеет тенденцию к увеличению с течением времени, можно предположить, что РЗ в отличие от показателей работы сердца находится под преимущественным контролем симпатического отдела автономной нервной системы.
Этому можно найти некоторые подтверждения в литературе. В частности А. Гайтон указывает на то, что волокна, идущие от претектальных ядер к ядру Эдингера-Вестфаля, в основном тормозные. Без их тормозного влияния ядро становится хронически активным, вызывая наряду с потерей реакции зрачка на свет постоянное сужение зрачка [6, с. 689]. В клинической практике встречается синдром Горнера: нарушение симпатической иннервации глаза. При наличии этого синдрома проявляются эффекты активации парасимпатического отдела автономной нервной системы (миоз, птоз).
Заключение
Исходя из полученных результатов исследования, можно заключить, что:
1. Оптимальной кадровой частотой видеосъемки является частота 30 кадров/сек.
2. У здоровых испытуемых оценка тонуса ВНС может производиться по результатам исследования динамики изменения РЗ одного глаза.
3. При переходе из вертикального в горизонтальное положение РЗ в среднем уменьшался на 11–14 %. Таким образом, перемена положения тела оказывает влияние и на вегетативные центры, расположенные в среднем мозге. Дальнейшая динамика изменения РЗ различается в зависимости от исходного тонуса ВНС, что свидетельствует о необходимости динамического анализа изменения РЗ при оценке состояния АНС
4. По результатам анализа полученных нами данных можно предполагать, что РЗ находится под преимущественным влиянием симпатического отдела АНС, в отличие от сердечного ритма.
5. Изменение РЗ является чувствительным маркером изменения тонуса ВНС на уровне среднего мозга. Разработка параметров анализа тонуса АНС по характеру изменения РЗ, определение главных характеристик, изменяющихся при патологии являются перспективными направлениями дальнейших исследований.
Литература:
1. Ноздрачев А. Д. Физиология вегетативной нервной системы / А. Д. Ноздрачев — СПб: Медицина, 1983.
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. 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
4. Лобко П. И. Вегетативная нервная система. Атлас: учеб. Пособие / П. И. Лобко [и др.].—Минск: Вышэйшая школа, 1988. — 271 с.
5. 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.
6. Гайтон А. К. медицинская физиология / А. К. Гайтон, Дж.Э. Холл / Пер. с англ.; Под ред. В. И. Кобрина. — М.: Логосфера, 2008.—1296 с.
