CC BY
38
УДК 531/534: [57+61]
АКУСТИЧЕСКАЯ БИОМЕТРИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ БИОМЕХАНИКИ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА
Л.П. Волкова, В.Н. Федорова, А.В. Волков, Е.Е. Фаустова, Е.В. Андрианова
Российский государственный медицинский университет, Россия, 117997, Москва, ул. Островитянова, 1, e-mail: [email protected]
Аннотация. 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.
Ключевые слова: биомеханика зрительного анализатора, акустическая
биометрия, очки фотостимулятора, верхнее веко, асимметрия скорости.
Введение
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.
© Волкова Л.П., Федорова В.Н., Волков А.В., Фаустова Е.Е., Андрианова Е.В., 2006
Щуп прибора АСА Щуп прибора АСА
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-Г оловина.
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 У ).
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 ¥ср, которое и использовалось при анализе.
Эффект воздействия бинокулярного попеременного светового облучения на глаза оценивали по изменению скоростей: АУ = Ук - Уи, где Уи - исходное значение скорости, Ук - значение скорости после окончания светового воздействия.
Пример акустического сканирования в центральной точке верхнего века по взаимно перпендикулярным направлениям представлен в табл. 1.
Таблица 1
№ Левый глаз Правый глаз
Скорость по оси X , м/с VX ср Скорость по оси У, м/с ср £ Скорость по оси X, м/с VX ср Скорость по оси У, м/с VУср
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].
АС0-05 - 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 (А V > 0) или уменьшением (АГ < 0)скорости.
После каждой процедуры по обоим направлениям преимущественно имеет место уменьшение скорости. Поэтому для сравнительного анализа был выбран параметр А V при А V < 0.
В предпоследней строке табл. 2 показаны средние значения и среднеквадратичные отклонения при А V > 0, в последней строке - то же при А V < 0.
Таблица 2
Левый глаз Правый глаз
АУх: АУХ2 АУп АУу2 АУх: АУХ2 АУтг АУу2
-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
80 70 60 50 % 40 30 20 10 0
Левый глаз Правый глаз
Рис. 2. Доля случаев с уменьшением скорости (АУ < 0) после 1-й процедуры в обоих глазах во взаимно перпендикулярных направлениях
80 70 60 50 % 40 30 20 10 0
Левый глаз Правый глаз
Рис. 3. Доля случаев с уменьшения скорости (АУ < 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
АУх АУТ АУх АУТ
процедура процедура
1 2 1 2 1 2 1 2
АУ > 0, % 30 25 21 30 21 46 46 46
АУ < 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).
80 75 70 65 % 60 55 50 45 40
Процедура 1 Процедура 2
Рис. 4. Изменение доли случаев с (АУ < 0) в коже левого века по взаимно перпендикулярным направлениям
80 75 70 65 % 60 55 50 45 40
Рис. 5. Изменение доли случаев с (АУ < 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.
58 \ АУХ
АУ¥ 50
46
42
Процедура 1 Процедура 2
75
АУх^^ 71
67 АУ¥
62.5
Список литературы
1. Волкова, Л.П. Периодичность зрительных восприятий в акте бинокулярного зрения и некоторые клинические аспекты использования этого явления / Л.П. Волкова: автореф. дис. ... канд. мед. наук. - СПб., 1991. - 16 с.
2. Облинов, С.В. Аппарат спектральный АС-5 / С.В. Облинов, Л.П. Волкова: авторское свидетельство на полезную модель №24633, приоритет от 24.10.2001, выдано 20.08.2002.
3. Обрубов, С.А. Метод прижизненной оценки биомеханических свойств тканей глаза (экспериментальное исследование) / С.А. Обрубов, В.Н. Федорова, Е.И. Сидоренко, В.Н. Воронков // Вестник офтальмологии. - 1995. - № 4. - С. 27-30.
4. Обрубов, С.А. Эффективность хирургической профилактики прогрессирующей близорукости у детей в зависимости от биомеханических свойств тканей глаза / С.А. Обрубов: автореф. дис. ... канд. мед. наук. - М., 1992. - 22 с.
5. Федорова, В.Н. Акустические свойства кожи в диагностике и оценке эффективности лечения / В.Н. Федорова, С.А. Обрубов, Е.Е. Фаустова. - М.: Изд-во РГМУ, 1998.
6. Шорохов, В.В. Распространение поверхностных сдвиговых возмущений продольной поляризации в моделях мягких биологических тканей / В.В. Шорохов, В.Н. Воронков, А.Н. Клишко, Т.Н. Пашовкин // Механика композиционных материалов. - 1992. -№ 5. - С. 669-677.
7. Sarvazyan, A.P. Method and device for acoustic testing of elasticity of biological tissues / A.P. Sarvazyan, et al. // United States. Patent, No. 4, 947851, August 14, 1990.
ACOUSTIC BIOMETRY IN STUDIES OF BIOMECHANICS OF VISUAL ANALYZER
L.P. Volkova, V.N. Fyodorova, A.V. Volkov, E.E. Faustova, E.V. Andrianova
(Moscow, Russia)
The paper presents the data of studying one of the biomechanics laws: interrelation between the structure and function in visual analyzer activity in light adaptation, between the vision acuteness and tissue elasticity of its peripheral part. Obtained results show that impulsive photodynamic regulation and acoustic method can be used together to study biomechanics of visual analyzer.
Key words: biomechanics of visual analyzer, acoustic biometry, photo-stimulator spectacles, upper eyelid, speed asymmetry.
Получено 27 марта 2006
