Зрачковый световой рефлекс - Pupillary light reflex

W-образный зрачок каракатицы расширяется при выключении света

Зрачков световой рефлекс ( ГНР ) или photopupillary рефлекса является рефлекс , который регулирует диаметр зрачка , в ответ на интенсивности ( яркости ) света , который падает на ганглиозных клеток сетчатки в сетчатке в задней части глаза , тем самым способствуя в адаптации зрения к разным уровням освещенности / темноты. Более высокая интенсивность света вызывает сужение зрачка ( миоз / миоз ; тем самым пропускает меньше света), тогда как более низкая интенсивность света вызывает расширение зрачка ( мидриаз , расширение; тем самым пропуская больше света). Таким образом, зрачковый световой рефлекс регулирует интенсивность света, попадающего в глаз. Свет, падающий в один глаз, вызывает сужение обоих зрачков.

Терминология

Зрачка является темным круглым отверстием в центре радужной оболочки и где свет входит в глазах. По аналогии с фотоаппаратом зрачок эквивалентен диафрагме , а диафрагма - диафрагме . Может быть полезно рассматривать зрачковый рефлекс как рефлекс радужной оболочки глаза, поскольку сфинктер радужной оболочки и мышцы- расширители - это то, что можно увидеть, реагируя на окружающий свет. А зрачок - это пассивное отверстие, образованное активной радужной оболочкой. Зрачковый рефлекс является синонимом зрачковой реакции, которая может быть сужением или расширением зрачка. Зрачковый рефлекс концептуально связан со стороной (левой или правой) реагирующего зрачка, а не со стороной, с которой исходит световая стимуляция. Рефлекс левого зрачка относится к реакции левого зрачка на свет, независимо от того, на какой глаз воздействует источник света. Рефлекс правого зрачка означает реакцию правого зрачка независимо от того, попадает ли свет в левый глаз, правый глаз или оба глаза. Когда свет падает только в один глаз, а не в другой, оба зрачка сужаются одновременно. Термины прямой и согласованный относятся к стороне, откуда исходит источник света, относительно стороны реагирующего зрачка. Прямой зрачковый рефлекс - это зрачковый ответ на свет, попадающий в ипсилатеральный (тот же) глаз. Согласованный зрачковый рефлекс - это реакция зрачка на свет, попадающий в противоположный (противоположный) глаз. Таким образом, существует четыре типа зрачковых световых рефлексов, основанных на этой терминологии абсолютной (левая против правой) и относительной (одна и та же сторона против противоположной) латеральности:

  1. Левый прямой зрачковый рефлекс - это реакция левого зрачка на свет, попадающий в левый глаз, ипсилатеральный глаз.
  2. Согласованный зрачковый рефлекс левого зрачка - это непрямой ответ левого зрачка на свет, попадающий в правый глаз, контралатеральный глаз.
  3. Правый прямой зрачковый рефлекс - это реакция правого зрачка на свет, попадающий в правый глаз, ипсилатеральный глаз.
  4. Правый согласованный зрачковый рефлекс - это косвенная реакция правого зрачка на свет, попадающий в левый глаз, контралатеральный глаз.

Анатомия нервных путей

Зрачковый световой рефлекторный нервный путь с каждой стороны имеет афферентную конечность и две эфферентные конечности. Афферентная конечность имеет нервные волокна, проходящие внутри зрительного нерва ( CN II ). Каждая эфферентная конечность имеет нервные волокна, идущие вдоль глазодвигательного нерва ( CN III ). Афферентная конечность несет сенсорную информацию. Анатомически афферентная конечность состоит из сетчатки, зрительного нерва и претектального ядра в среднем мозге на уровне верхнего холмика. Ганглиозные клетки сетчатки проецируют волокна через зрительный нерв к ипсилатеральному претектальному ядру. Эфферентная конечность - это зрачковый моторный выход от претектального ядра к цилиарному сфинктеру радужной оболочки. Претектальное ядро ​​проецирует пересекающиеся и непересекающиеся волокна к ипсилатеральным и контралатеральным ядрам Эдингера-Вестфала , которые также расположены в среднем мозге. Каждое ядро ​​Эдингера-Вестфаля дает начало преганглионарным парасимпатическим волокнам, которые выходят с CN III и синапсом с постганглионарными парасимпатическими нейронами в цилиарном ганглии. Постганглионарные нервные волокна покидают ресничный узел, чтобы иннервировать цилиарный сфинктер. Каждая афферентная конечность имеет две эфферентные конечности, одну ипсилатеральную и одну контралатеральную. Ипсилатеральная эфферентная конечность передает нервные сигналы для прямого светового рефлекса ипсилатерального зрачка. Контралатеральная эфферентная конечность вызывает согласованный световой рефлекс контралатерального зрачка.

Типы нейронов

Зрительный нерв , или более точно, светочувствительные ганглиозные клетки через retinohypothalamic тракта , отвечает за афферентную конечность от зрачкового рефлекса; он чувствует входящий свет. Глазодвигательный нерв отвечает за эфферентных конечности от зрачкового рефлекса; он приводит в действие мышцы радужной оболочки, сужающие зрачок.

Пути в ресничном ганглии .
  Парасимпатический;
  Симпатичный;
  Сенсорный
  1. Сетчатка: Зрачковый рефлекторный путь начинается с светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки , которые передают информацию через зрительный нерв , наиболее периферическим и дистальным отделом которого является диск зрительного нерва . Некоторые аксоны зрительного нерва соединяются с претектальным ядром верхней части среднего мозга, а не с клетками латерального коленчатого ядра (которые проецируются в первичную зрительную кору ). Эти внутренние светочувствительные ганглиозные клетки также называют меланопсин- содержащими клетками, и они влияют на циркадные ритмы, а также на световой рефлекс зрачка.
  2. Претектальные ядра: из тел нейронных клеток в некоторых претектальных ядрах, синапсы аксонов на нейронах (соединяются с ними) в ядре Эдингера-Вестфала . Эти нейроны представляют собой преганглионарные клетки с аксонами, которые проходят по глазодвигательным нервам в цилиарные ганглии.
  3. Ядра Эдингера-Вестфаля: парасимпатические нейрональные аксоны в синапсе глазодвигательного нерва на нейронах цилиарного ганглия .
  4. Мерцательная ганглии: Короткие после ганглиозные ресничные нервы покидают ресничный ганглий к иннервируют сфинктер зрачка из радужной оболочки глаза .

Схема

Ссылаясь на схематическую диаграмму нервных путей, вся зрачковая система световых рефлексов может быть визуализирована как имеющая восемь нервных сегментов, пронумерованных от 1 до 8. Нечетные сегменты 1, 3, 5 и 7 находятся слева. Справа - четные сегменты 2, 4, 6 и 8. Каждый сегмент 1 и 2 включает сетчатку и зрительный нерв (черепной нерв № 2). Сегменты 3 и 4 представляют собой нервные волокна, которые проходят от претектального ядра с одной стороны до ядра Эдингера-Вестфала с противоположной стороны. Сегменты 5 и 6 представляют собой волокна, которые соединяют претектальное ядро ​​с одной стороны с ядром Эдингера-Вестфала с той же стороны. Сегменты 3, 4, 5 и 6 расположены в компактной области среднего мозга. Каждый сегмент 7 и 8 содержит парасимпатические волокна, которые проходят от ядра Эдингера-Вестфаля, через ресничный узел, вдоль глазодвигательного нерва (черепной нерв № 3) к цилиарному сфинктеру, мышечной структуре радужной оболочки.

Принципиальная схема нервного пути зрачкового рефлекса
  • Левый рефлекс прямого света включает нервные сегменты 1, 5 и 7. Сегмент 1 - это афферентная конечность, которая включает сетчатку и зрительный нерв. Сегменты 5 и 7 образуют эфферентную конечность.
  • Левый согласованный световой рефлекс вовлекает нервные сегменты 2, 4 и 7. Сегмент 2 - афферентная конечность. Сегменты 4 и 7 образуют эфферентную конечность.
  • Правый рефлекс прямого света вовлекает нервные сегменты 2, 6 и 8. Сегмент 2 - афферентная конечность. Сегменты 6 и 8 образуют эфферентную конечность.
  • Правый согласованный световой рефлекс вовлекает нервные сегменты 1, 3 и 8. Сегмент 1 - афферентная конечность. Сегменты 3 и 8 образуют эфферентную конечность.

Диаграмма может помочь в локализации поражения в зрачковой рефлекторной системе путем устранения, используя результаты тестирования светового рефлекса, полученные при клиническом обследовании.

Клиническое значение

Медицинский галогенный фонарь для наблюдения за световым рефлексом зрачка.

Зрачковый световой рефлекс является полезным диагностическим инструментом для проверки целостности сенсорных и моторных функций глаза. Врачи скорой помощи регулярно проверяют зрачковый световой рефлекс, чтобы оценить функцию ствола головного мозга . Аномальный зрачковый рефлекс может быть обнаружен при повреждении зрительного нерва, повреждении глазодвигательного нерва, поражении ствола головного мозга (включая смерть ствола головного мозга ) и при приеме депрессантов, таких как барбитураты . Примеры представлены ниже:

  • Повреждение зрительного нерва слева (например, перерезка левого зрительного нерва, CN II, где-то между сетчаткой и зрительным перекрестом , таким образом, повреждая левую приводящую конечность, оставляя остальную часть нервного пути светового рефлекса зрачка с обеих сторон нетронутым) будет иметь следующее клинические данные:
    • Левый прямой рефлекс утрачен. Когда левый глаз стимулируется светом, зрачки не сужаются. Афферентные сигналы из левого глаза не могут пройти через перерезанный левый зрительный нерв и достичь неповрежденной эфферентной конечности слева.
    • Утрачивается правильный консенсуальный рефлекс. Когда левый глаз стимулируется светом, афферентные сигналы от левого глаза не могут пройти через перерезанный левый зрительный нерв, чтобы достичь неповрежденной эфферентной конечности справа.
    • Правый прямой рефлекс сохранен. Прямой световой рефлекс правого зрачка затрагивает правый зрительный нерв и правый глазодвигательный нерв, которые не повреждены.
    • Левый консенсуальный рефлекс сохранен. Согласованный световой рефлекс левого зрачка затрагивает правый зрительный нерв и левый глазодвигательный нерв, которые оба не повреждены.
  • Повреждение глазодвигательного нерва слева (например, перерезка левого глазодвигательного нерва, CN III, в результате чего повреждение левой эфферентной конечности) будет иметь следующие клинические признаки:
    • Левый прямой рефлекс утрачен. Когда левый глаз стимулируется светом, левый зрачок не сужается, потому что эфферентные сигналы не могут проходить от среднего мозга через левый CN III к левому зрачковому сфинктеру.
    • Правильный консенсуальный рефлекс не нарушен. Когда левый глаз стимулируется светом, правый зрачок сужается, потому что афферентная конечность слева и эфферентная конечность справа не повреждены.
    • Правый прямой рефлекс сохранен. Когда свет попадает в правый глаз, правый зрачок сужается. Прямой рефлекс правого зрачка не затронут. Правая приводящая конечность, правая CN II, и правая эфферентная конечность, правая CN III, не повреждены.
    • Левый консенсуальный рефлекс утрачен. Когда правый глаз стимулируется светом, левый зрачок не сужается. Правая афферентная конечность не повреждена, но левая эфферентная конечность, левая CN III, повреждена.

Пример локализации поражения

Например, у человека с патологическим левым прямым рефлексом и патологическим правым согласительным рефлексом (с нормальным левым согласительным и нормальным правым прямым рефлексом) при физикальном обследовании может образоваться левый зрачок Маркуса Ганна или то, что называется дефектом левого афферентного зрачка. Местоположение поражения можно определить следующим образом:

  1. Левый консенсуальный рефлекс нормален, поэтому сегменты 2, 4 и 7 нормальны. Поражение не находится ни в одном из этих сегментов.
  2. Правый прямой рефлекс нормален, поэтому сегменты 2, 6 и 8 нормальны. В сочетании с более ранними нормалями сегменты 2, 4, 6, 7 и 8 являются нормальными.
  3. Остальные сегменты, в которых может располагаться поражение, - это сегменты 1, 3 и 5. Возможные комбинации и перестановки: (a) только сегмент 1, (b) только сегмент 3, (c) только сегмент 5, (d) комбинация сегментов 1 и 3, (e) комбинация сегментов 1 и 5, (f) комбинация сегментов 3 и 5, и (g) комбинация сегментов 1, 3 и 5.
  4. Варианты (b) и (c) исключаются, поскольку изолированное поражение только в сегменте 3 или только в сегменте 5 не может вызвать рассматриваемые аномалии светового рефлекса.
  5. Одиночное поражение в любом месте сегмента 1, левой приводящей конечности, которая включает левую сетчатку, левый зрительный нерв и левое предтектальное ядро, может вызывать наблюдаемые аномалии светового рефлекса. Примеры патологий сегмента 1 включают неврит левого зрительного нерва (воспаление или инфекция левого зрительного нерва), отслоение левой сетчатки и изолированный небольшой инсульт, затрагивающий только левое претектальное ядро. Следовательно, возможны варианты (a), (d), (e), (f) и (g).
  6. Комбинированное поражение в сегментах 3 и 5 как причина дефекта маловероятно. Теоретически такой результат может быть получен с помощью микроскопически точных ударов по среднему мозгу с участием левого претектального ядра, двусторонних ядер Эдингера-Вестфала и их соединяющих друг с другом волокон. Кроме того, сегмент 4 имеет то же анатомическое пространство в среднем мозге, что и сегмент 3, поэтому сегмент 4, вероятно, будет затронут, если сегмент 3 будет поврежден. В этой ситуации очень маловероятно, что левый консенсуальный рефлекс, для которого требуется неповрежденный сегмент 4, будет сохранен. Следовательно, варианты (d), (f) и (g), которые все включают сегмент 3, исключаются. Остальные возможные варианты: (a) и (e).
  7. На основании вышеизложенного, поражение должно включать сегмент 1. Повреждение сегмента 5 может сопровождать поражение сегмента 1, но в этом случае не требуется для получения результатов аномального светового рефлекса. Вариант (e) включает комбинированное поражение сегментов 1 и 5. Рассеянный склероз, который часто поражает несколько неврологических участков одновременно, потенциально может вызвать это комбинированное поражение. По всей вероятности, вариант (а) - это ответ. Нейровизуализация, такая как МРТ, может быть полезна для подтверждения клинических данных.

Познавательные влияния

Реакция зрачков на свет не является чисто рефлексивной, а модулируется когнитивными факторами, такими как внимание , осведомленность и способ интерпретации визуального ввода. Например, если яркий стимул представлен одному глазу, а темный - другому глазу, восприятие чередуется между двумя глазами (т. Е. Бинокулярное соперничество ): иногда воспринимается темный стимул, иногда яркий стимул, но никогда оба. в то же время. Используя эту технику, было показано, что зрачок меньше, когда яркий стимул доминирует над осознанием, по сравнению с темным стимулом над осознанием. Это показывает, что световой рефлекс зрачка модулируется визуальным восприятием. Аналогичным образом было показано, что зрачок сужается, когда вы скрытно (т. Е. Не глядя) обращаете внимание на яркий стимул по сравнению с темным стимулом, даже если визуальный ввод идентичен. Более того, величина светового рефлекса зрачка после отвлекающего зонда сильно коррелирует со степенью, в которой зонд захватывает визуальное внимание и мешает выполнению задания. Это показывает, что зрачковый световой рефлекс модулируется зрительным вниманием и изменением зрительного внимания проба за пробой. Наконец, изображение, которое субъективно воспринимается как яркое (например, изображение солнца), вызывает более сильное сужение зрачка, чем изображение, которое воспринимается как менее яркое (например, изображение сцены в помещении), даже если объективная яркость обоих изображения равны. Это показывает, что световой рефлекс зрачка модулируется субъективной (в отличие от объективной) яркостью.

Математическая модель

Зрачковый световой рефлекс моделируется как основанное на физиологии нелинейное дифференциальное уравнение задержки, которое описывает изменения диаметра зрачка в зависимости от освещения окружающей среды:

где - диаметр зрачка, измеренный в миллиметрах, и - сила света, достигающая сетчатки за время , которое можно описать как : яркость, достигающая глаза, в люменах / мм 2, умноженная на площадь зрачка в мм 2 . это зрачковая латентность, временная задержка между моментом, когда световой импульс достигает сетчатки, и началом радужной реакции из-за нервной передачи, нервно-мышечного возбуждения и задержек активации. , и - производные функции, диаметра зрачка и времени .

Поскольку скорость сужения зрачка примерно в 3 раза выше скорости (повторного) расширения, при численном моделировании решателя необходимо использовать разные размеры шага:

где и - соответственно для сжатия и расширения, измеряемые в миллисекундах, и - соответственно текущее и предыдущее время моделирования (время с момента запуска моделирования), измеренное в миллисекундах, является константой, которая влияет на скорость сжатия / расширения и варьируется у разных людей. Чем выше значение, тем меньше временной шаг, используемый при моделировании, и, следовательно, тем меньше скорость сужения / расширения зрачка.

Чтобы улучшить реализм получаемых симуляций, эффект гиппуса может быть аппроксимирован добавлением небольших случайных изменений к окружающему освещению (в диапазоне 0,05–0,3 Гц).

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки