Акустическая биометрия в исследовании биомеханики зрительного анализатора

Автор: Волкова Л.П., Федорова В.Н., Волков А.В., Фаустова Е.Е., Андрианова Е.В.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 2 (32) т.10, 2006 года.

Бесплатный доступ

В статье представлены данные изучения одного из основных биомеханических законов - закона связи между структурой и функцией применительно к деятельности зрительного анализатора в процессе световой адаптации. Изучена связь между остротой зрения и упругостью тканей периферической части анализатора. Полученные результаты свидетельствуют о возможности метода параллельного исследования структуры и функции в биомеханике - метода импульсной фотодинамической регуляции и акустического метода для изучения биомеханики анализатора.

Биомеханика зрительного анализатора, акустическая биометрия, очки фотостимулятора, верхнее веко, асимметрия скорости

Короткий адрес: https://sciup.org/146215859

IDR: 146215859

Текст научной статьи Акустическая биометрия в исследовании биомеханики зрительного анализатора

Единство структуры и функции в организме обеспечивается работой анализатора – системой регуляции гомеостаза, вегетативный механизм которой в процессе адаптации до конца не изучен.

По мнению авторов, в прояснении некоторых деталей этого процесса представляет интерес изучение биомеханики зрительного анализатора, имеющего бинокулярный сенсорный вход в вегетативную систему.

Общеизвестна регуляция вегетативной нервной системой работы гладких мышц, желёз и сердца по мотонейронам.

Изучена архитектоника зрительной системы, а также электрохимическая передача импульсов в нейронной сети.

Однако закономерности передачи электрических сигналов по электрическим синапсам до конца не изучены.

По мнению авторов, отражением единства в работе временной электрической мембранной системы является изученный авторами феномен «бинокулярного соперничества», выявляющий возбудительно-тормозной биоритм в работе зрительной системы [1].

С точки зрения авторов, исследование временной единой электрической системы организма, регуляция которой носит экзогенно-эндогенный характер, прольёт свет на биомеханику зрительного анализатора в процессе адаптации, что очень важно в изучении патогенеза зрительных расстройств.

Рис.1. Схема измерения акустических свойств центральной части верхнего века

Цель

Изучить одну из закономерностей биомеханики – взаимосвязь структуры и функции в работе зрительного анализатора в процессе световой адаптации, связь между остротой зрения и упругостью тканей его периферической части.

Материалы и методы

Обследовано 24 пациента (48 глаз) с нарушением зрения. Остроту зрения вдаль без коррекции измеряли по таблице Сивцева-Головина.

Механические свойства тканей центральной области верхних век исследовали на акустическом анализаторе АСА по методу акустического тестирования биологических тканей [6, 7] во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Прибор АСА в последние годы широко внедряется в офтальмологию как прижизненный неинвазивный метод механической биометрии [3]. Биомеханические свойства век исследовались по методике, разработанной в работе [4].

Ранее [4, 5] было показано существование акустической анизотропии в коже верхнего века. Поэтому измерения биомеханических характеристик проводили акустическим анализатором в выделенной точке в двух взаимно перпендикулярных направлениях, параллельно свободному краю века (ось X ) и перпендикулярно ему (ось Y ).

Изменение скорости распространения поверхностных волн проводили в центральной части верхнего века, схема расположения щупов прибора представлена на рис. 1.

Измерения в каждой точке проводили 3 – 5 раз (до появления стабильных значений скорости) и определяли среднее значение V ср , которое и использовалось при анализе.

Эффект воздействия бинокулярного попеременного светового облучения на глаза оценивали по изменению скоростей: Δ V = V к – V и , где V и – исходное значение скорости, V к – значение скорости после окончания светового воздействия.

Пример акустического сканирования в центральной точке верхнего века по взаимно перпендикулярным направлениям представлен в табл. 1.

Таблица 1

Данные акустического сканирования

№	Левый глаз								Правый глаз
№	Скорость по оси X , м/с			V X ср	Скорость по оси Y , м/с			V Y ср	Скорость по оси X , м/с			V X ср	Скорость по оси Y , м/с			V Yср
1	55	55	55	55,00	61	62	62	61,67	57	57	57	57,00	57	57	60	58,00
2	52	51	51	51,33	30	28	30	29,33	52	51	51	51,33	36	36	35	35,67
3	42	41	39	40,67	38	39	38	38,33	54	54	55	54,33	37	37	40	38,00
4	45	47	47	46,33	36	40	43	39,67	44	46	44	44,67	35	38	38	37,00
5	45	45	43	44,33	38	38	42	39,33	44	44	44	44,00	33	34	34	33,67
6	50	51	51	50,67	44	45	48	45,67	51	53	53	52,33	54	55	55	54,67
7	56	58	58	57,33	38	36	35	36,33	55	56	56	55,67	27	28	28	27,67
8	53	54	54	53,67	64	65	65	64,67	59	58	58	58,33	62	64	65	63,67
9	48	48	48	48,00	43	43	43	43,00	60	57	57	58,00	37	38	38	37,67
10	50	51	52	51,00	45	46	47	46,00	47	48	47	47,33	47	49	50	48,67
11	57	59	60	58,67	39	40	42	40,33	52	54	54	53,33	28	28	29	28,33
12	54	54	54	54,00	37	40	41	39,33	50	51	52	51,00	36	37	38	37,00
13	53	56	56	55,00	50	52	53	51,67	54	55	55	54,67	44	46	49	46,33
14	47	48	50	48,33	36	38	38	37,33	48	49	49	48,67	39	40	41	40,00
15	56	58	59	57,67	46	47	48	47,00	49	49	52	50,00	45	47	47	46,33
16	56	56	56	56,00	46	47	47	46,67	52	52	53	52,33	51	52	50	51,00
17	49	51	52	50,67	50	50	50	50,00	52	50	51	51,00	48	48	49	48,33
18	55	56	56	55,67	50	53	53	52,00	52	52	53	52,33	47	47	47	47,00
19	46	47	47	46,67	44	44	46	44,67	51	51	50	50,67	44	46	48	46,00
20	52	53	53	52,67	49	49	50	49,33	52	53	55	53,33	34	34	36	34,67
21	55	55	52	54,00	43	42	45	43,33	46	46	46	46,00	29	30	31	30,00
22	47	48	49	48,00	50	51	51	50,67	49	51	50	50,00	36	40	41	39,00
23	50	50	51	50,33	48	47	47	47,33	50	50	49	49,67	42	44	45	43,67
24	39	40	40	39,67	46	47	48	47,00	32	31	34	32,33	49	49	49	49,00

Биомеханику зрительного анализатора исследовали по оригинальной технологии с применением аппарата АСО-05 (АС-5) [2].

АСО-05 – аппарат офтальмологический цветотерапевтический импульсной фотостимуляции – современная модель из изобретённых авторами аппаратов этой серии [1].

АСО-05 позволяет регулировать возбудительно-тормозные процессы в нейронной сети зрительного анализатора, поддерживая гомеостаз в зрительной и общей системе адаптации организма.

Действие АСО основано на стимуляции органа зрения световыми сигналами различной яркости, частоты импульсов и длины волны: по каналу красного цвета – 650 ± 20 нм, по каналу зелёного цвета – 525 ± 20 нм, по каналу синего цвета – 450 ± 20 нм.

В состав аппарата входят: блок управления, блок питания, очки фотостимулятора.

Блок управления содержит кнопки выбора режимов работы, кнопку управления режимами работы, индикатор режима работы. На задней стенке блока находятся разъёмы для подключения очков фотостимулятора и блока питания.

Аппарат вырабатывает световые импульсы с частотой (1000 ± 10 % ) Гц по правому и левому каналам фотостимулятора, а именно световые импульсы красного, зелёного и синего цветов следующей длительности: 100, 200, 300, 400, 500 и 600 мкс.

Бинокулярное воздействие проводили по заданной программе способом попеременной фотостимуляции органа зрения световыми сигналами различной длины волны, яркости и частоты импульсов, модулированных частотой 0,2 Гц в течение 16 минут.

• 1-й сеанс – попеременное бинокулярное облучение глаз с длиной волны 450 нм с

частотой 8 Гц и 16 Гц по 3 минуты.

• 2-й сеанс – облучение в качательном режиме с плавным чередованием световых

волн по тону, насыщенности в течение 10 минут.

Оценка механических свойств кожи верхнего века проводилась с использованием акустического анализатора тканей – прибора АСА [7].

Данный прибор позволяет измерять скорость распространения поверхностных волн акустического диапазона (на частоте 5-6 кГц).

Результаты

Изменения механических свойств века, оцениваемые по изменению скорости распространения акустических поверхностных волн в коже верхнего века после первой и второй процедуры представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что после воздействия скорость в обоих направлениях либо увеличивается, либо уменьшается.

В табл. 3 показана доля пациентов с увеличением (∆ V > 0) или уменьшением (∆ V < 0) скорости.

После каждой процедуры по обоим направлениям преимущественно имеет место уменьшение скорости. Поэтому для сравнительного анализа был выбран параметр ∆ V при ∆ V < 0.

В предпоследней строке табл. 2 показаны средние значения и среднеквадратичные отклонения при ∆ V > 0, в последней строке – то же при ∆ V < 0.

Таблица 2

Изменение скорости акустических волн после каждой процедуры фотовоздействия

Левый глаз				Правый глаз
∆ V X1	∆ V X2	∆ V Y1	∆ V Y2	∆ V X1	∆ V X2	∆ V Y1	∆ V Y2
-4,67	0,67	-14,00	-9,67	-0,33	-2,00	3,00	2,00
-11,00	-3,00	2,67	13,33	1,33	2,67	-0,33	-7,67
3,33	9,00	-9,33	26,33	-3,33	6,00	-11,33	18,00
0,00	-2,00	11,67	8,33	-2,00	2,00	-6,00	7,67
-2,33	-1,67	-2,33	-6,67	0,00	0,00	4,00	-1,00
-4,67	-8,67	-5,33	-5,00	-4,67	-6,33	-9,33	-14,33
-4,67	-3,33	0,67	20,00	-0,33	-1,67	4,33	28,67
-3,33	-1,67	-15,33	-6,67	-4,00	1,00	-4,33	-8,67
7,00	7,67	-12,67	-1,33	-0,67	1,33	-1,67	9,33
-2,00	-6,33	-3,67	-1,00	0,00	-3,33	-5,67	-2,00
-1,33	-3,00	-0,33	8,67	-5,33	-2,33	48,67	38,00
1,00	-0,33	-2,33	-9,33	-1,67	-1,00	1,00	4,00
-1,33	3,33	-7,00	-2,33	-1,67	0,33	9,33	-12,67
-1,00	-3,67	1,00	-4,33	0,67	-1,33	-2,33	-2,67
-3,33	-0,33	-12,00	-13,33	6,00	2,33	5,33	12,33
-3,00	-6,67	-4,67	-9,33	-18,00	-7,00	-3,00	-6,00
-4,00	-2,00	0,00	-7,00	0,00	1,00	0,67	-0,67
-2,67	-0,67	2,67	1,33	2,67	1,33	11,67	9,00
3,00	2,33	-6,67	-2,00	-1,67	0,00	-12,33	-12,33
-0,67	-1,67	-7,33	-16,67	-1,00	-1,33	16,00	2,00
-5,33	-4,67	-7,33	-2,67	-3,67	-6,00	11,67	11,00
0,00	-0,33	-20,67	-16,67	-1,67	-2,33	4,67	3,67
2,00	1,67	-1,33	3,67	-0,33	-3,00	-7,67	-12,67
2,00	-3,33	0,00	-0,67	1,00	9,33	0,33	-2,00
3,06 ± 2,25	4,11 ± 3,58	3,74 ± 5,77	11,67 ± 8,26	2,33 ± 2,78	2,73 ± 2,81	9,28 ± 7,89	12,14 ± 7,42
-3,46 ± 1,38	-2,96 ± 1,22	-7,78 ± 2,92	-6,75 ± 2,70	-3,15 ± 2,30	-3,14 ± 1,40	-5,82 ± 2,74	-6,89 ± 3,48

Рис. 2. Доля случаев с уменьшением скорости (∆ V < 0) после 1-й процедуры в обоих глазах во взаимно перпендикулярных направлениях

Рис. 3. Доля случаев c уменьшения скорости (∆ V < 0) после 2-й процедуры в обоих глазах во взаимно перпендикулярных направлениях

Таблица 3

Доля случаев с увеличением и уменьшением скорости акустической волны после каждой процедуры

Доля случаев	Левый глаз				Правый глаз
	∆ V X		∆ V Y		∆ V X		∆ V Y
	процедура				процедура
	1	2	1	2	1	2	1	2
∆ V > 0, %	30	25	21	30	21	46	46	46
∆ V < 0, %	62,5	75	67	71	58	42	46	50

Данные табл. 3 представлены на рис. 2 и 3.

Видно, что акустические механические свойства кожи верхнего века у правого и левого глаза после импульсной фотодинамической регуляции зрительного анализатора изменяются по-разному: как после первой, так и после второй процедуры уменьшение скорости проявляется заметнее в коже верхнего века левого глаза. После второй процедуры эффект снижения скорости в коже левого глаза возрастает (см. рис. 4).

Рис. 4. Изменение доли случаев с (∆ V < 0) в коже левого века по взаимно перпендикулярным направлениям

Рис. 5. Изменение доли случаев с (∆ V < 0) в коже правого века по взаимно перпендикулярным направлениям

Причем более существенно изменение проявляется вдоль направления оси Х .

В коже правого глаза четкой закономерности влияния первой и второй процедур метода импульсной фотодинамической регуляции не обнаружено (см. рис. 5).

Выводы

1. Импульсная фотодинамическая регуляция приводит к изменению скорости распространения поверхностной волны в коже верхнего века.
2. Изменение скорости во взаимно перпендикулярных направлениях проявляется по-разному.
3. Имеет место асимметрия: кожа левого верхнего века реагирует на световое воздействие более существенно, чем кожа правого верхнего века.

Таким образом, полученные результаты однозначно свидетельствуют о возможности метода параллельного исследования структуры и функции в биомеханике – акустического метода и метода импульсной фотодинамической регуляции для изучения биомеханики зрительного анализатора.

Статья научная