Преобразование информации в сетчатке глаза

В контрольной группе на 5 собаках в эксперименте выполнено формирование тонкокишечного мочевого пузыря с моделированием критической зоны Б. Тгеуй и без определения индекса жизнеспособности шовной полосы.

В основной группе на 10 собаках в эксперименте выполнена тонкокишечная пластика с учетом критической зоны Б. Тгеуй и вычислением индекса жизнеспособности шовной полосы.

На 5 собаках контрольной группы произведено формирование нового мочевого пузыря из сигмовидной кишки с моделированием критической зоны Р.81^еск и без вычисления индекса жизнеспособности.

На 10 собаках основной группы выполнена сигмоцистопла-стика с учетом критической зоны Р.81^еск и вычислением индекса жизнеспособности.

Ангиотензометрия в сосудах шовных полос кишки в зоне анастомозов при кишечной пластике мочевого пузыря проведена по методике М.З. Сигала в эксперименте и клинике [3]. Затем вычисляли индекс жизнеспособности шовной полосы по формуле, предложенной М.Р. Рамазановым:

И = 00и+0б)-20 >г Dс

где Бп - интрамуральное давление у противобрыжеечного края кишки; Бб - интрамуральное давление у брыжеечного края кишки; Бс - системное давление на плече больного по Короткову.

Результаты и их обсуждение. В контрольной группе на 5 собаках в эксперименте моделирована критическая зона Б. Тгеуй в терминальном отделе тонкой кишки путем лигирования а. ПейегштаШ и выполнена тонкокишечная пластика мочевого пузыря. При этом индекс жизнеспособности шовной полосы был ниже 1 (табл. 1).

Таблица 1

Кровяное давление в зоне межкишечного анастомоза при кишечной пластике мочевого пузыря без учета критической зоны F. Trevs в эксперименте

Таблица 3

Кровяное давление в зоне межкишечного анастомоза при кишечной пластике мочевого пузыря с учетом критической зоны F. Trevs у 10 больных

Место замера Кровяное давление M±m Индекс жизнеспособ ности Шовная полоса

интрамуральное общее

ПБР 20,2±0,7/20,2±0,5 120±0,7/80±0,5 И<1 проксимальная

БР 18,4±0,4/18,4±0,4 120±0,7/80±0,5

ПБР 19,2±0,5/19,2±0,5 120±0,7/80±0,5 И<1 дистальная

БР 17,3±0,4/17,3±0,4 120±0,7/80±0,5

Примечание: ПБР - противобрыжеечный край кишки; БР - брыжеечный край кишки; И - индекс жизнеспособности шовной полосы.

Все 5 собак умерли от несостоятельности швов и перитонита в послеоперационном периоде.

В эксперименте на 10 собаках произведено формирование искусственного мочевого пузыря с учетом критической зоны Б. Тгеуй (табл.2).

Таблица 2

Кровяное давление в зоне межкишечного анастомоза при кишечной пластике мочевого пузыря с учетом критической зоны F. Trevs в эксперименте

Место замера Кровяное давление M±m Индекс жизнеспособ ности Шовная полоса

интрамуральное общее

ПБР 102,6±1,3/66±1,4 122±2,2/76±1,4 И<1 проксимальная

БР 68,6±1,3/49±1 122±2,2/76± 1,4

ПБР 125±1,5/78±1,2 122±0,6/76± 1,7 И<1 дистальная

БР 66,6±1/48,8±0,5 122±0,6/76± 1,7

Примечание: ПБР - противобрыжеечный край кишки; БР - брыжеечный край кишки; И - индекс жизнеспособности шовной полосы.

У всех 10 собак индекс жизнеспособности шовной полосы обнаружен выше 1. Интрамуральное давление в стенке нового кишечного мочевого пузыря составило 101±1,4/70,4±1 мм.рт.ст. при системном давлении 122,2±0,6/761,7 мм.рт.ст.

В послеоперационном периоде несостоятельности швов анастомозов не установлено.

Аналогичные результаты получены в эксперименте при кишечной пластике в критической зоне Р.21Меск на 15 собаках.

В основной группе у 10 больных в клинике выполнена тонкокишечная пластика с учетом критической зоны Б. Тгеуй и с вычислением индекса жизнеспособности (табл. 3). У всех больных основной группы индекс жизнеспособности был выше 1. В послеоперационном периоде несостоятельность швов анастомозов не установлена.

Место замера Кровяное давление M±m Индекс жизнеспособ ности Шовная полоса

интрамуральное общее

ПБР 130±1,6/82,4±1,2 120,2±7,6/78± 1,4 И<1 Проксимальная

БР 76,4±1,4/50,2±1,2 120,2±1,6/78±1,4

ПБР 126,2±1,4/78,2±1,2 120,2±1,6/78±1,4 И<1 дистальная

БР 74,6±1,2/48,2±0,8 120,2±1,6/78±1,4

Примечание: ПБР - противобрыжеечный край кишки; БР - брыжеечный край кишки; И - индекс жизнеспособности шовной полосы.

В контрольной группе у 10 больных установлена несостоятельность швов анастомозов у 3 больных. Проведенный анализ показывает, что у этих больных индекс жизнеспособности шовной полосы был ниже 1, и поэтому была возможность предупредить несостоятельность швов и с этих случаев начались наши научные поиски.

В клинике у 5 больных выполнена сигмоцистопластика с учетом критической зоны P.Zudeck и с исследованием индекса жизнеспособности шовной полосы выше 1. В послеоперационном периоде у всех 5 больных не было несостоятельности швов.

Выводы.

1. Кишечную пластику мочевого пузыря следует выполнить с учетом критических зон кишечника с целью предупреждения несостоятельности швов анастомоза.

2. При кишечной пластике мочевого пузыря анастомозы необходимо формировать при индексе жизнеспособности шовных полос выше или равному 1.

Литература

1. Камишан, И.С. Кишечная пластика мочевого пузыря / Камишан И.С. // Урология и нефрология.- 1998.- № 2.- С. 24-27.

2. Эвисцерация тазовых органов - способ повышения опе-рабельности местно-распространенного рака прямой кишки / Аглуллин И.Р. [и др.] // Диагностика и лечение онкологических заболеваний пищеварительной системы. Материалы Международного конгресса, посвященного 90-летию со дня рождения проф. М.З. Сигала.- Казань, 2010.- С. 15-17.

3. Сигал, М.З. // Трансиллюминация при операциях на полых органах. - М. «Медицина», 1974.

4. Рамазанов, М.Р. Индекс жизнеспособности шовной полосы межкишечных анастомозов / Рамазанов М.Р. // XIII съезд хирургов Дагестана. Тезисы докладов. Махачкала.. - 1994.- С. 192-194.

5. Trevs, F. Anatomy of the Intestinal / F.Trevs.- 1885.- P. 77.

6. Sudeck, P. Uder die Gefabversorgung des Mastdarmes in Hinsicht auf die Gangran / P. Sudeck// Munch.Med. '^chr.- 1907.54.- S. 1314.

INDEX OF SURVIVABILITY OF SUTURAL ZONE AT URINARY BLADDER INTESTINAL PLASTIC SURGERY IN CRITICAL ZONES

R.A. AKHMEDOV, M.R. RAMAZANOV, R.KH. GALEYEV, M.M. RAMAZANOV

Dagestan Medical Academy, Chair of Oncology Kazan Medical Academy, Chair of Urology

The article concerns the research of hemocirculation in sutural zones of anastomoses for averting sutural insufficiency at intestinal plastic surgery of urinary bladder in critical zones

Key words: critical zones, index of survivability, sutural insufficiency.

УДК 612.843

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В СЕТЧАТКЕ ГЛАЗА

А.Н. ВОЛОБУЕВ*

В статье рассматриваются физиологические механизмы функционирования нейронной сети сетчатки глаза. Отмечено, что основная функция нейронной сети - аналого-цифровое преобразование ре-цепторного потенциала фоторецептора в импульсно-цифровой сиг-

443099, Самара, Чапаевская, 89, Самарский ГМУ, каф. медицинской и биологической физики, тел.: 8 (846) 336-03-20

нал ганглиозных клеток. Показана роль различных видов нейронов в работе аналого-цифрового преобразователя. Дана эквивалентная электрическая схема этого преобразователя. Исследован механизм числового кодирования рецепторного потенциала фоторецептора. Ключевые слова: аналого-цифровое преобразование, ганглиозный нейрон, фоторецептор.

Преобразование информации в сетчатке глаза осуществляется как самим фоторецептором, так и разветвленной сетью нейронов.

Первичное восприятие светового импульса происходит в фоторецепторах сетчатки: палочках и колбочках. Палочки отвечают за черно-белое, сумеречное зрение. Они равномерно распределены по сетчатой оболочке (сетчатке) глаза, их общее количество примерно 100 миллионов штук в каждой сетчатке [1]. Колбочки отвечают за цветное, дневное зрение. Они сконцентрированы в центральной части сетчатки в области желтого пятна, их общее количество примерно 3 миллиона штук.

^вн, мВ

! Вспышка 1 света 1 с

1 Си ' 0,4 1 0,6

1 -ПП !

-10

-20

-30

-40

Рис. 1. Временная зависимость рецепторного потенциала палочки при ее стимуляции вспышкой света.

Особенностью фоторецепторов является гиперполяризационный характер генерируемого в ответ на световое раздражение рецепторного потенциала. На рис. 1 показана временная зависимость рецепторного потенциала ивх одиночной колбочки, возникающая в ответ на короткие вспышки света (10 мс) при трех различных интенсивностях света [2]. В темноте на мембране фоторецептора имеется потенциал покоя ПП немного больше (по модулю) - 20 мВ. Кривая 1 соответствует самой слабой интенсивности 11. Кривая 2 соответствует интенсивности света 12 = 411 , кривая 3 соответствует интенсивности 13 = 1611 . Между интенсивностью световой вспышки и рецепторным потенциалом наблюдается аналоговая (логарифмическая) зависимость.

Рецепторный потенциал ивх фоторецептора ФР через си-наптическое переключение поступает на вход биполярного нейрона Би. На рис. 2 показано распространение электрических сигналов по системе нейронов сетчатки. Система нейронной сети принята в соответствии с [3] с незначительными упрощениями, в частности, касающимися количества участвующих в переработке информации однотипных амакриновых нейронов. Эти упрощения будут обсуждены ниже. На рис. 2 показаны следующие нейроны: Би - биполярный нейрон, Ам - амакриновый нейрон, Ин - интер-плексиформный нейрон, Га - ганглиозный нейрон, Го - горизонтальный нейрон.

Нейронная сеть сетчатки представляет собой несколько видоизмененную схему аналого-цифрового преобразователя (АЦП) последовательного счета [5]. Структурная схема АЦП, соответствующая нейронной сети сетчатки, показана на рис. 3. Каждому элементу АЦП соответствует свой нейрон. В частности, компаратору К соответствует биполярный нейрон Би, генератору тактовой частоты ГТЧ - амакриновый нейрон Ам, цифро-аналоговому преобразователю ЦАП - интерплексиформный нейрон Ин, счетчику импульсов СИ - ганглиозный нейрон Га.

Горизонтальные нейроны, по-видимому, Го слабо участвуют в аналого-цифровом преобразовании. Их основное назначение - обеспечение контраста границ поля зрения в зрительном образе [1]. Эта задача нейронной сети сетчатки в данной работе в основном не анализируется.

Цель исследования — исследование перехода гиперполяризационного рецепторного потенциала фоторецепторов в импульсную последовательность потенциалов действия ПД гангли-озных нейронов.

Рассмотрим более подробно работу АЦП на рис. 3.

Рис. 2. Принципиальная схема нейронной сети сетчатки глаза. Показаны фоторецептор ФР и следующие нейроны: Би - биполярный, Ам - амакриновый, Ин - интерплексиформный, Га - ганглиозный, Го - горизонтальный.

Рис. 3. Эквивалентная электрическая схема нейронной сети сетчатки. Показаны: К - компаратор, ГТЧ - генератор тактовой частоты, СИ - счетчик импульсов, ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, Кл1 и Кл2 - ключи.

Материалы и методы исследования. Показанные на этих рисунках элементы АЦП являются обязательными для любой разновидности АЦП. Одним из важнейших элементов является генератор тактовой частоты ГТЧ, который генерирует непрерывную последовательность импульсов, в простейшем случае с постоянной частотой. Эта последовательность электрических импульсов и!и показана на верхнем графике рис. 4.

Рис. 4. Графики процесса аналого-цифрового преобразования рецепторно-го потенциала в сетчатке глаза.

Результаты и их обсуждение. Известно, что амакриновые нейроны Ам генерируют потенциалы действия [3], но до настоящего времени их роль не ясна [4]. Морфологическими и гистохимическими методами идентифицировано около 30 видов амакриновых клеток [1]. Там же указано, что амакриновые клетки «реагируют на включение и на выключение света, просто сигнализируя об изменении освещения, независимо от его направления». Это хорошо коррелирует с их ролью ГТЧ в схеме АЦП. Большая разновидность амакриновых клеток указывает на вариабельность параметров АЦП сетчатки глаза.

Важным элементом АЦП является компаратор К. Компаратор не работает с импульсными сигналами. Он сравнивает два аналоговых сигнала, входной в нейронную сеть от фоторецептора ивх и сигнал на выходе из ЦАП, постепенно и ступенчато возрастающий до величины и2 +ПП, рис. 3. При равенстве иВх = и2 +ПП компаратор К вырабатывает постоянное напряжение и3, рис. 4 нижний график.

Это согласуется с тем, что биполярные нейроны Би не генерируют потенциалов действия. Сигнал по биполярным нейронам распространяется электротонически [2].

Цифроаналоговый преобразователь ЦАП обязательный элемент АЦП. Он дискретно с шагом Ди, рис. 4, накапливает потенциал И2 +ПП на своем выходе для сравнения с рецепторным потенциалом Ивх фоторецептора ФР, рис. 3.

Роль ЦАП играет интерплексиформный нейрон обратной связи Ин. На вход этого нейрона по его импульсной ветви подается импульсное напряжение И1и, а на выходе возникает ступенчатое аналоговое напряжение И2 (плюс ПП, что на рис. 2 не отмечено, чтобы не усложнять рисунок). До настоящего времени роль и функционирование этих нейронов не описаны. Некоторые авторы [1], считают роль этих нейронов (где они названы межсетчатыми) незначимой.

Счетчик импульсов СИ в АЦП сетчатки - это, несомненно, ганглиозный нейрон Га, рис. 2 и рис. 3.

Ганглиозные нейроны направляют сигнал в виде ПД в центральную нервную систему.

Таким образом, работа АЦП сетчатки начинается с подачи напряжения Ивх, на вход компаратора К. При замкнутых ключах Кл1 и Кл2, рис. 3, импульсы от ГТЧ подаются на СИ, откуда они выходят в виде последовательности ПД, и на ЦАП, где накапливается напряжение сравнения И2 +ПП, рис. 4. При возникновении условия ИВх = И2 +ПП, компаратор К генерирует напряжение И3, рис. 4, которое разрывает выходы от ГТЧ ключами Кл1 и Кл2. Возможна также подача сигнала И3, вырабатываемого компаратором К (Би) непосредственно на ганглиозный нейрон Га, рис.2, (счетчик импульсов СИ) с целью прекращения его импульсации -еще один аналог ключа Кл1 на рис. 3. Таким образом, на каждый сигнал от фоторецептора ФР ганглиозный нейрон Га (или счетчик импульсов СИ) генерирует строго определенное число импульсов п - импульсно-цифровой сигнал.

Следовательно, нейронная сеть сетчатки глаза осуществляет числовое кодирование аналогового сигнала на выходе из фоторецептора с помощью определенного количества импульсов в цифровой код. При этом, количество импульсов генерируемых ганглиозными нейронами пропорционально амплитуде аналогового рецепторного потенциала, п ~ Ивх.

Если считать длительность нарастания сигнала Ивх (по модулю) примерно 0,1 с, рис. 1, а длительность ПД ганглиозного нейрона 1 мс (частота импульсации в зрительном нерве доходит до 1000 импульсов в секунду [6]), то на один рецепторный потенциал ФР ганглиозный нейрон Га генерирует примерно 100 потенциалов действия. На рис. 4 условно показано 6 импульсов.

Обращает на себя внимание прохождение сигнала И2 по ветви горизонтального нейрона Го, рис. 2. Некоторые биполярные нейроны Би (компараторы) получают сигнал сравнения И2 +ПП от ЦАП (интерплексиформных нейронов Ин) не напрямую, а через тела горизонтальных нейронов Го [3]. Этот путь на рис. 2 показан пунктиром. Данное обстоятельство указывает на вовлеченность горизонтальных нейронов Го в работу АЦП сетчатки, либо наоборот вовлеченность АЦП в работу Го, т. е. существует взаимное влияние аналого-цифрового преобразования в сетчатке глаза и процесса формирования контрастного зрительного образа. Вовлеченность нейронов Ин в работу горизонтальных нейронов Го отмечается также в [1].

Учитывая относительно невысокое качество изображения на сетчатке глаза, задача представления информации о контрасте границы в общем объеме информации, направляемой в ЦНС, является исключительно важной. Формирование контрастной границы в поле зрения осуществляется путем подачи тормозного сигнала с горизонтальных нейронов Го на биполярные нейроны Би в случае, если фоторецепторы ФР, соединенные с этими биполярными нейронами дают слабый рецепторный потенциал. При этом, рядом расположенные, сильно освещенные фоторецепторы могут генерировать большой рецепторный потенциал. В этом случае на биполярные нейроны, связанные с ними, тормозной сигнал от горизонтальных нейронов не подается.

Нужно отметить, что схема нейронной сети сетчатки, представленная в [3] несколько более сложная, чем показанная на рис. 2. В частности, генератор тактовой частоты ГТЧ в виде амакри-новых клеток Ам дублирован, по-видимому, для придания АЦП большей надежности. Имеется обратная связь импульсной ветви Ин (ЦАП) и Ам (ГТЧ) не показанная на рис. 2 и рис. 3. Возможно, это необходимо для прекращения импульсации ГТЧ при достижении равенства UBX = U2 +ПП, т.к. в противном случае, при непрерывной работе ГТЧ, произойдет истощение амакриновых нейронов Ам. Возможно, также эта ветвь нейрона Ин просто обеспечивает более жесткую кольцевую связь двух сдублированных нейронов Ам в нейронной сети сетчатки.

Выводы. Кодирование аналогового сигнала на выходе из фоторецептора в цифровой код, является, по-видимому, одной из основных функций нейронной сети сетчатки. Нейроны сетчатки выполняют строго определенные функции: сравнение аналоговых сигналов, генерация тактовой частоты, цифро-аналоговое преобразование, счет импульсов. В тоже время горизонтальные нейроны сетчатки осуществляют и другие важные функции, например, контрастирование зрительного образа. Горизонтальные нейроны вовлечены в работу аналого-цифрового преобразователя сетчатки глаза.

Сетчатку глаза зачастую считают элементом центральной нервной системы, вынесенным на периферию. Поэтому анализ функциональных задач нейронов сетчатки глаза позволяет сделать некоторые заключения о роли и объеме функций, выполняемых отдельными нейронами центральной нервной системы.

Проведенный анализ указывает на важность разработки электроимпульсных стимулирующих физиотерапевтических процедур при заболеваниях нейронной сети сетчатки глаза.

Литература

1. Гайтон, А.К. Медицинская физиология. Пер. с англ / А.К. Гайтон, Д.Э. Холл.- М.: Логосфера.- 2008.- С. 706, 708, 709.

2. Самойлов, В.О. Медицинская биофизика / В.О. Самойлов.- С.-Пб.: СпецЛит.- 2004.- С. 457-458.

3. Камкин, А.Г. Фундаментальная и клиническая физиология /

A.Г. Камкин, А.А. Каменский.- М.: Академия.- 2004.- С. 405.

4. Хьюбел, Д. Глаз, мозг, зрение. Пер. с англ / Д. Хьюбел.-М.: Мир.- 1990.- С.60.

5. Прянишников, В.А. Электроника: Полный курс лекций /

B. А. Прянишников.- С.-Пб.: Корона-век.- 2009.- С. 280.

6. Косицкий, Г.И. Физиология человека / Г.И. осицкий.- М.: Медицина.- 1985.- С. 43.

A TRANSFORMATION OF THE INFORMATION IN RETINA OF AN EYE A.N. VOLOBUEV Samara State Medical University

The article highlights physiological mechanisms of functioning of the neural network of eye retina. It is marked, that the basic function of the neural network is semi-digital transformation of the receptor potential of photoreceptor in the impulse-digital signal ganglionary cells. The role of various kinds of neurons in the work of the semidigital converter functioning is shown. The equivalent electric circuit of this converter is given. The mechanism of numerical coding the receptor potential of the photoreceptor is studied.

Key words: semi-digital transformation, ganglionary neuron, photoreceptor.

УДК 612 821

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНЫХ КОРРЕЛЯТОВ МОТИВАЦИИ ДОСТИЖЕНИЯ У СТУДЕНТОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ

В работе у студентов в ходе длительного периода наблюдения (один учебный год) исследовали временную динамику уровня личностной детерминанты целенаправленного поведения - мотивации достижения и кардио-респираторного сопровождения ее реализации в эмоционально-напряженные периоды учебной деятельности. Показано, что

Институт Медицинского Образования Новгородский Государственный Университет имени Ярослава Мудрого

Государственное Учреждение НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН

А.П. НОВИКОВА , А.В. КОТОВ