Зрачковый рефлекс на свет

Глазной рефлекс, который изменяет размер зрачка в ответ на интенсивность света.

Изменение размера зрачка в ярком (слева) и тусклом (справа) помещении. В этом случае диаметр зрачка слева 3 мм, справа 9 мм.

Зрачковый рефлекс света ( PLR ) или фотопупиллярный рефлекс — это рефлекс , который контролирует диаметр зрачка в ответ на интенсивность ( яркость ) света, который падает на ганглиозные клетки сетчатки в задней части глаза , тем самым помогая в адаптации зрения к различным уровням освещенности/темноты. Более высокая интенсивность света вызывает сужение зрачка ( миоз/миоз ; тем самым пропуская 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. ^[1] Свет, попадающий в один глаз, вызывает сужение обоих зрачков.

W-образный зрачок каракатицы расширяется при выключении света.

Терминология

Зрачок — это темное круглое отверстие в центре радужной оболочки , через которое в глаз попадает свет. По аналогии с фотоаппаратом, зрачок эквивалентен диафрагме , тогда как радужная оболочка эквивалентна диафрагме . Возможно, будет полезно рассматривать зрачковый рефлекс как рефлекс «радужки» , поскольку сфинктер радужной оболочки и мышцы -расширители — это то, что можно увидеть в ответ на окружающий свет. ^[2] Принимая во внимание, что зрачок — это пассивное отверстие, образованное активной радужкой. Зрачковый рефлекс является синонимом зрачковой реакции, которая может представлять собой сужение или расширение зрачков. Зрачковый рефлекс концептуально связан со стороной (левой или правой) реагирующего зрачка, а не со стороной, с которой происходит световое раздражение. Левозрачковый рефлекс относится к реакции левого зрачка на свет независимо от того, какой глаз подвергается воздействию источника света. Правый зрачковый рефлекс означает реакцию правого зрачка независимо от того, попадает ли свет в левый, правый или оба глаза. Когда свет попадает только в один глаз, а не в другой, одновременное сужение обоих зрачков является нормальным явлением. Термины «прямой» и «согласованный» относятся к стороне, откуда исходит источник света, относительно стороны реагирующего зрачка. Прямой зрачковый рефлекс — это реакция зрачков на свет, попадающий в ипсилатеральный (тот же) глаз. Согласованный зрачковый рефлекс — это реакция зрачка на свет, попадающий в контрлатеральный (противоположный) глаз. Таким образом, существует четыре типа зрачковых световых рефлексов, основанных на этой терминологии абсолютной латерали (слева против правого) и относительной латерали (та же сторона против противоположной стороны, ипсилатеральный против контралатерального, прямой против согласованного):

1. Левый прямой зрачковый рефлекс — это реакция левого зрачка на свет, попадающий в левый глаз, ипсилатеральный глаз.
2. Левый согласованный зрачковый рефлекс — это непрямая реакция 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 непрямая реакция правого зрачка на свет, попадающий в левый глаз, контралатеральный глаз.

Анатомия нервных путей

Зрачковый световой рефлекторный нервный путь с каждой стороны имеет афферентное и два эфферентных конечности. Афферентная конечность имеет нервные волокна, проходящие внутри зрительного нерва ( CN II ). В каждой эфферентной конечности имеются нервные волокна, идущие вдоль глазодвигательного нерва ( CN III ). Афферентная конечность несет сенсорную информацию. Анатомически афферентная конечность состоит из сетчатки, зрительного нерва и претектального ядра среднего мозга на уровне верхних холмиков. Ганглиозные клетки сетчатки проецируют волокна через зрительный нерв к ипсилатеральному претектальному ядру. Эфферентная конечность — это двигательный выход зрачков от претектального ядра к цилиарному сфинктеру радужки. Претектальное ядро ​​проецирует перекрещенные и неперекрещенные волокна к ипсилатеральным и контралатеральным ядрам Эдингера-Вестфаля , которые также расположены в среднем мозге. Каждое ядро ​​Эдингера-Вестфаля дает начало преганглионарным парасимпатическим волокнам, которые выходят из CN III и образуют синапс с постганглионарными парасимпатическими нейронами в цилиарном ганглии. Постганглионарные нервные волокна выходят из цилиарного узла и иннервируют цилиарный сфинктер. ^[3] Каждая афферентная конечность имеет две выносящие 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, точнее, светочувствительные ганглиозные клетки через ретиногипоталамический тракт , отвечает за афферентное звено зрачкового рефлекса; он чувствует входящий свет. Глазодвигательный нерв отвечает за эфферентную часть зрачкового рефлекса; он приводит в движение мышцы радужной оболочки, сужающие зрачок. ^[1]

Пути в цилиарном ганглии .

  Парасимпатический;

  Симпатичный;

  сенсорный

1. Сетчатка: Зрачковый рефлекторный путь начинается со светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки , которые передают информацию через зрительный нерв , наиболее периферической, дистальной частью которого является диск зрительного нерва . Некоторые аксоны зрительного нерва соединяются с претектальным ядром верхней части среднего мозга вместо клеток латерального коленчатого ядра (которые проецируются в первичную зрительную кору ). Эти собственные светочувствительные ганглиозные клетки также называют меланопсин -содержащими клетками, и они влияют на циркадные ритмы, а также на зрачковый световой рефлекс.
2. Претектальные ядра: из тел нейронов в некоторых претектальных ядрах синапсы аксонов соединяются с нейронами в ядре Эдингера-Вестфаля . Эти нейроны представляют собой преганглионарные клетки с аксонами, которые идут от глазодвигательных нервов к цилиарным ганглиям.
3. Ядра Эдингера-Вестфаля: аксоны парасимпатических нейронов в синапсе глазодвигательного нерва на нейронах цилиарного ганглия .
4. Ресничные ганглии: Короткие постганглионарные цилиарные нервы выходят из цилиарного ганглия и иннервируют мышцу сфинктера радужки . ^[1]

Схематическое изображение

Ссылаясь на схематическую диаграмму нервных путей, можно представить, что вся зрачковая светорефлекторная система состоит из восьми нервных сегментов, пронумерованных от 1 до 8. Сегменты с нечетными номерами 1, 3, 5 и 7 находятся слева. Справа находятся четные сегменты 2, 4, 6 и 8. Сегменты 1 и 2 включают в себя как сетчатку, так и зрительный нерв (черепной нерв № 2). Сегменты 3 и 4 представляют собой нервные волокна, которые переходят от претектального ядра на одной стороне к ядру Эдингера-Вестфаля на контралатеральной стороне. Сегменты 5 и 6 представляют собой волокна, которые соединяют претектальное ядро ​​на одной стороне с ядром Эдингера-Вестфаля на той же стороне. Сегменты 3, 4, 5 и 6 расположены в компактной области среднего мозга. Сегменты 7 и 8 содержат парасимпатические волокна, идущие от ядра Эдингера-Вестфаля через цилиарный ганглий вдоль глазодвигательного нерва (черепной нерв № 3) к цилиарному сфинктеру, мышечной структуре внутри радужной оболочки.

Схематическая диаграмма нервного пути зрачкового светового рефлекса

• Левый прямой рефлекс на свет затрагивает нервные сегменты 1, 5 и 7. Сегмент 1 представляет собой афферентную конечность, которая включает сетчатку и зрительный нерв. Сегменты 5 и 7 образуют эфферентную конечность.
• Левый согласованный световой рефлекс затрагивает нейронные сегменты 2, 4 и 7. Сегмент 2 представляет собой афферентную конечность. Сегменты 4 и 7 образуют эфферентную конечность.
• Правый прямой рефлекс на свет затрагивает 2, 6 и 8 нервные сегменты. Сегмент 2 представляет собой афферентную конечность. Сегменты 6 и 8 образуют эфферентную конечность.
• Правый согласованный световой рефлекс затрагивает нервные сегменты 1, 3 и 8. Сегмент 1 представляет собой афферентную конечность. Сегменты 3 и 8 образуют эфферентную конечность.

Схема может помочь локализовать поражение в зрачковой рефлекторной системе методом исключения, используя результаты тестирования светового рефлекса, полученные при клиническом обследовании.

Клиническое значение

Медицинский галогенный фонарик , используемый для наблюдения зрачкового светового рефлекса.

Зрачковый световой рефлекс является полезным диагностическим инструментом для проверки целостности сенсорных и двигательных функций глаза. ^[1] Врачи скорой помощи регулярно проверяют зрачковый световой рефлекс для оценки функции ствола мозга . Аномальный зрачковый рефлекс может быть обнаружен при повреждении зрительного нерва, повреждении глазодвигательного нерва, поражении ствола мозга (включая смерть ствола мозга ) и приеме депрессантов, таких как барбитураты . ^{[4] [5]} Примеры приведены ниже:

• Повреждение зрительного нерва слева (например, перерезка левого зрительного нерва, CN II, где-то между сетчаткой и зрительным перекрестом , что приводит к повреждению левой афферентной конечности, оставляя остальную часть зрачкового светового рефлекторного нервного пути с обеих сторон нетронутыми) будет иметь следующие последствия: Клинические результаты:
  • Левый прямой рефлекс утрачен. Когда левый глаз стимулируется светом, ни один из зрачков не сужается. Афферентные сигналы левого глаза не могут пройти через перерезанный левый зрительный нерв и достичь интактной эфферентной конечности слева.
  • Правый совещательный рефлекс утрачен. Когда левый глаз стимулируется светом, афферентные сигналы от левого глаза не могут пройти через перерезанный левый зрительный нерв и достичь интактной эфферентной конечности справа.
  • Правый прямой рефлекс сохранен. Прямой световой рефлекс правого зрачка затрагивает правый зрительный нерв и правый глазодвигательный нерв, которые оба неповреждены.
  • Левый консенсуальный рефлекс сохранен. Согласованный световой рефлекс левого зрачка затрагивает правый зрительный нерв и левый глазодвигательный нерв, которые оба неповреждены.
• Повреждение глазодвигательного нерва слева (например, перерезка левого глазодвигательного нерва, CN III, что приводит к повреждению левой эфферентной конечности) будет иметь следующие клинические проявления:
  • Левый прямой рефлекс утрачен. Когда левый глаз стимулируется светом, левый зрачок не сужается, поскольку эфферентные сигналы не могут пройти из среднего мозга через левый CN III к левому зрачковому сфинктеру.
  • Правый сознательный рефлекс сохранен. Когда левый глаз стимулируется светом, правый зрачок сужается, поскольку афферентная конечность слева и выносящая конечность справа целы.
  • Правый прямой рефлекс сохранен. Когда свет попадает в правый глаз, правый зрачок сужается. Прямой рефлекс правого зрачка не нарушен. Правая афферентная конечность, правая CN II, и правая эфферентная конечность, правая CN III, оба интактны.
  • Левый консенсуальный рефлекс утрачен. Когда правый глаз стимулируется светом, левый зрачок не сужается произвольно. Правая афферентная конечность цела, но левая эфферентная конечность, левая CN III, повреждена.

Пример локализации поражения

Например, у человека с аномальным левым прямым рефлексом и аномальным правым консенсуальным рефлексом (с нормальным левым консенсуальным и нормальным правым прямым рефлексом), при физическом осмотре может возникнуть левый зрачок Маркуса Ганна или так называемый дефект левого афферентного зрачка. О локализации поражения можно судить следующим образом:

1. Левый консенсусный рефлекс в норме, поэтому сегменты 2, 4 и 7 в норме. Поражение не локализовано ни в одном из этих сегментов.
2. Правый прямой рефлекс в норме, следовательно, 2, 6 и 8 сегменты в норме. В сочетании с более ранними нормами 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, (д) ​​комбинация сегментов 1 и 5, (е) комбинация сегментов 3 и 5 и (ж) 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 нарушения светового рефлекса.
5. Одиночное поражение в любом месте сегмента 1, левого афферентного конечности, которое включает левую сетчатку, левый зрительный нерв и левое претектальное ядро, может вызывать наблюдаемые светорефлекторные нарушения. Примеры патологий сегмента 1 включают неврит левого зрительного нерва (воспаление или инфекция левого зрительного нерва), отслойку левой сетчатки и изолированный небольшой инсульт, вовлекающий только левое претектальное ядро. Поэтому возможны варианты (а), (г), (д), (е) и (ж).
6. Сочетанное поражение сегментов 3 и 5 как причина дефекта маловероятно. Микроскопически точные удары в среднем мозге, вовлекающие левое претектальное ядро, двусторонние ядра Эдингера-Вестфаля и их соединяющиеся волокна, теоретически могут привести к такому результату. Более того, сегмент 4 находится в том же анатомическом пространстве среднего мозга, что и сегмент 3, поэтому сегмент 4, скорее всего, будет затронут, если сегмент 3 будет поврежден. В таких условиях крайне маловероятно, что левый консенсуальный рефлекс, для которого требуется сохранность 4-го сегмента, сохранится. Поэтому варианты (d), (f) и (g), которые включают сегмент 3, исключаются. Остаются возможные варианты (а) и (е).
7. На основании приведенных выше рассуждений, поражение должно затрагивать сегмент 1. Повреждение сегмента 5 может сопровождать поражение сегмента 1, но в этом случае оно не является необходимым для получения аномальных результатов светового рефлекса. Вариант (д) предполагает комбинированное поражение сегментов 1 и 5. Рассеянный склероз, который часто поражает одновременно несколько неврологических участков, потенциально может вызвать такое комбинированное поражение. По всей вероятности, ответом является вариант (а). Нейровизуализация, такая как МРТ, будет полезна для подтверждения клинических результатов.

Когнитивные влияния

Реакция зрачков на свет не является чисто рефлексивной, а модулируется когнитивными факторами, такими как внимание , осведомленность и способ интерпретации визуальной информации. Например, если яркий стимул предъявляется одному глазу, а темный стимул другому глазу, восприятие поочередно между двумя глазами (т. е. бинокулярное соперничество ): иногда воспринимается темный стимул, иногда яркий стимул, но никогда оба одновременно. в то же время. С помощью этой техники было показано, что зрачок меньше, когда яркий стимул доминирует в сознании, по сравнению с тем, когда темный стимул доминирует в сознании. ^{[6] [7]} Это показывает, что зрачковый световой рефлекс модулируется зрительным 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 зрительный сигнал идентичен. ^{[8] [9] [10]} Более того, величина зрачкового светового рефлекса после отвлекающего зонда сильно коррелирует со степенью, в которой зонд захватывает зрительное внимание и мешает выполнению задачи. ^[11] Это показывает, что зрачковый световой рефлекс модулируется зрительным вниманием и изменением зрительного внимания от пробы к пробе. Наконец, изображение, которое субъективно воспринимается как яркое (например, изображение солнца), вызывает более сильное сужение зрачков, чем изображение, которое воспринимается как менее яркое (например, изображение сцены в помещении), даже если объективная яркость обоих изображения равны. ^{[12] [13]} Это показывает, что зрачковый световой рефлекс модулируется субъективной (в отличие от объективной) яркостью.

Математическая модель

Световой рефлекс зрачка моделируется как физиологически обоснованное нелинейное дифференциальное уравнение с задержкой, которое описывает изменения диаметра зрачка в зависимости от освещения окружающей среды: ^[14]

${\displaystyle {\begin{aligned}M(D){}&=\tanh ^{-1}\left({\frac {D-4.9}{3}}\right)\\{\frac {\mathrm {d} M}{\mathrm {d} D}}{\frac {\mathrm {d} D}{\mathrm {d} t}}+2.3026\tanh ^{-1}\left({\frac {D-4.9}{3}}\right)&=5.2-0.45\ln \left({\frac {\Phi [t-\tau ]}{4.8118\times 10^{-10}}}\right)\end{aligned}}}$

где - диаметр зрачка, измеряемый в миллиметрах, и - сила света, достигающая сетчатки за время , которую 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 вследствие задержки нервной передачи, нервно-мышечного возбуждения и активации. , и являются производными функции диаметра зрачка и времени . ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle \Phi (t-\tau )}$ ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle \Phi =IA}$ ${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle \mathrm {d} M}$ ${\displaystyle \mathrm {d} D}$ ${\displaystyle \mathrm {d} t}$ ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle t}$

Поскольку скорость сужения зрачка примерно в 3 раза превышает скорость (повторного) расширения, ^[15] необходимо использовать разные размеры шага при численном моделировании решателя:

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {d} t_{c}&={\frac {T_{c}-T_{p}}{S}}\\\mathrm {d} t_{d}&={\frac {T_{c}-T_{p}}{3S}}\end{aligned}}}$

где и — соответственно время сужения и расширения, измеренное в миллисекундах, и соответственно текущее и предыдущее время моделирования (время с момента начала моделирования), измеренное в миллисекундах, — это константа, которая влияет на скорость сужения/расширения и варьируется у разных людей. Чем выше значение, тем меньше временной шаг, используемый при моделировании, и, следовательно, тем меньше скорость сужения/расширения зрачка. ${\displaystyle \mathrm {d} t_{c}}$ ${\displaystyle \mathrm {d} t_{d}}$ ${\displaystyle \mathrm {d} t}$ ${\displaystyle T_{c}}$ ${\displaystyle T_{p}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle S}$

Чтобы повысить реалистичность получаемого моделирования, эффект Гиппуса можно аппроксимировать путем добавления небольших случайных изменений к окружающему освещению (в диапазоне 0,05–0,3 Гц). ^[16]

Смотрите также

• Ученик
• Зрачковый ответ
• Щелевая лампа

Рекомендации

1. Первс, Дейл, Джордж Дж. Августин, Дэвид Фицпатрик, Уильям К. Холл, Энтони-Сэмюэл ЛаМантиа, Джеймс О. Макнамара и Леонард Э. Уайт (2008). Нейронаука. 4-е изд . Синауэр Ассошиэйтс. стр. 290–1. ISBN 978-0-87893-697-7.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
2. Холл, Шарлотта; Чилкотт, Роберт (2018). «Взгляд на будущее зрачкового светового рефлекса в нейродиагностике». Диагностика . 8 (1): 19. doi : 10.3390/diagnostics8010019 . ПМК 5872002 . ПМИД  29534018. 
3. Кауфман, Пол Л.; Левин, Леонард А.; Альм, Альберт (2011). Адлер «Физиология глаза». Elsevier Науки о здоровье. п. 508. ИСБН 978-0-323-05714-1.
4. Белливо, AP; Сомани, АН; Доссани, Р.Х. (2019). «Зрачковый световой рефлекс». СтатПерлс . СтатПерлз. ПМИД  30725865.
5. Чуффреда, KJ; Джоши, Северная Каролина; Труонг, JQ (2017). «Понимание влияния легкой черепно-мозговой травмы на зрачковый световой рефлекс». Сотрясение мозга . 2 (3): ЧПУ36. дои : 10.2217/cnc-2016-0029. ПМК 6094691 . ПМИД  30202579. 
6. Хармс, Х. (1937). «Ort und Wesen der Bildhemmung bei Schielenden». Архив клинической и экспериментальной офтальмологии Грефе . 138 (1): 149–210. дои : 10.1007/BF01854538. S2CID  7110752.
7. Набер М., Фрассле, С. Эйнхаузер В. (2011). «Перцептуальное соперничество: рефлексы раскрывают постепенный характер зрительного восприятия». ПЛОС ОДИН . 6 (6): e2011. Бибкод : 2011PLoSO...620910N. дои : 10.1371/journal.pone.0020910 . ПМК 3109001 . ПМИД  21677786. {{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
8. Бинда П.; Переверзева М.; Мюррей С.О. (2013). «Внимание к ярким поверхностям усиливает зрачковый световой рефлекс». Журнал неврологии . 33 (5): 2199–2204. doi : 10.1523/jneurosci.3440-12.2013. ПМК 6619119 . ПМИД  23365255. 
9. Матот С., ван дер Линден, Л. Грейнджер, Дж. Виту, Ф. (2013). «Реакция зрачков на свет отражает фокус скрытого зрительного внимания». ПЛОС ОДИН . 8 (10): е78168. дои : 10.1371/journal.pone.0078168 . ПМЦ 3812139 . ПМИД  24205144. {{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
10. Матот С., Далмайер Э., Грейнджер Дж., Ван дер Стигчел, С. (2014). «Реакция зрачков на свет отражает экзогенное внимание и торможение возврата». Журнал видения . 14 (14): e7. дои : 10.1167/14.14.7 . ПМИД  25761284.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
11. Эбитц Р.; Пирсон Дж.; Платт М. (2014). «Размер учеников и социальная бдительность у макак-резус». Границы в неврологии . 8 (100): 100. дои : 10.3389/fnins.2014.00100 . ПМК 4018547 . ПМИД  24834026. 
12. Бинда П.; Переверзева М.; Мюррей С.О. (2013). «Сужения зрачков к фотографиям Солнца». Журнал видения . 13 (6): e8. дои : 10.1167/13.6.8 . ПМИД  23685391.
13. Лаенг Б.; Эндестад Т. (2012). «Яркие иллюзии сужают зрачок». Труды Национальной академии наук . 109 (6): 2162–2167. Бибкод : 2012PNAS..109.2162L. дои : 10.1073/pnas.1118298109 . ПМЦ 3277565 . ПМИД  22308422. 
14. Памплона, Витор Ф.; Оливейра, Мануэль М.; Бараноский, Гладимир В.Г. (1 августа 2009 г.). «Фотореалистичные модели рефлекса света зрачка и деформации радужной оболочки» (PDF) . Транзакции ACM с графикой . 28 (4): 1–12. дои : 10.1145/1559755.1559763. hdl : 10183/15309 . S2CID  5733841.
15. Эллис, CJ (1981). «Зрачковый рефлекс света у нормальных людей». Британский журнал офтальмологии . 65 (11): 754–759. дои : 10.1136/bjo.65.11.754. ПМЦ 1039657 . ПМИД  7326222. 
16. Старк, Л. (август 1963 г.). «Стабильность, колебания и шум в сервомеханизме зрачка человека». Boletin del Instituto de Estudios Medicos y Biologicos, Национальный автономный университет Мексики . 21 : 201–22. ПМИД  14122256.

Внешние ссылки

• Анимация зрачкового светового рефлекса
• Рефлекс, + Ученик Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
• Симулятор осмотра учащихся, демонстрирующий изменение реакций зрачков при различных поражениях нервов.