Сетчатка глаза относится к тканям с наиболее высоким потреблением кислорода, что обусловлено большими затратами энергии ее клетками на процессы восприятия света и обработки полученной информации [1]. Доставка кислорода и энергосубстратов нейронам сетчатки осуществляется интенсивным кровотоком через сосуды центральной артерии, короткие задние ресничные артерии, сосуды хориоидеи, а удаление метаболитов — через ветви центральной и вортикозных вен [2]. С использованием современных методов исследования зрительных функций выявлена зависимость световой и контрастной чувствительности от интенсивности кровотока в сетчатке и продемонстрировано их снижение при заболеваниях сосудов [3]. Одним из таких широко используемых в клинике функциональных методов является компьютерная периметрия, позволяющая выявлять в полях зрения пациентов общие или локальные отклонения световой чувствительности от среднестатистической нормы, вызванные изменением гемодинамики, демиелинизацией, возрастной макулодистрофией и другой патологией [4—7]. Однако при всех достоинствах этого метода с его помощью невозможно определить абсолютную световую чувствительность фоторецепторов и других клеток сетчатки. Поскольку в настоящее время стало возможным описание морфологии клеток сетчатки у человека методами адаптивной оптики, то необходимость разработки и применения других подходов к количественной оценке их функции очевидна [8, 9].

Измерение абсолютной световой чувствительности зрения, проведенное в условиях строгих физических экспериментов С.И. Вавиловым [10], S. Hecht и соавт. [11], позволило определить минимальную энергию света и число квантов, способных создать субъективное ощущение световой вспышки. Результаты этих исследований стали основой для понимания молекулярных механизмов преобразования квантов света в электрические сигналы фоторецепторами cетчатки и разработки методов оценки световой чувствительности, с помощью которых в последние годы определены пороги фоточувствительности колбочек [12].

Цель настоящего исследования — измерить методом цифровой фотометрии контрастно-цветовую чувствительность (КЦЧ) в центральной области поля зрения, контрастно-частотную чувствительность (КЧЧ) и динамическую остроту зрения (ДОЗ) у здоровых и пациентов с ишемической оптической нейропатией (ИОН).

Исследование КЦЧ проведено для 115 глаз с нормальной (1,0) статической остротой зрения (СОЗ) у 111 здоровых испытуемых (55 мужчин — 57 глаз и 56 женщин — 58 глаз) в возрасте от 18 до 60 лет; у 25 пациентов (39 глаз) с острой передней ИОН (средний возраст — 48,7±9,7 года) и у 26 пациентов (26 глаз) с хронической ИОН (средний возраст — 52,7±10,8 года). У всех испытуемых перед исследованием проводились оценка СОЗ, рефракции, офтальмоскопия глазного дна.

Диагноз острой ИОН устанавливался на основании данных анамнеза и клинических методов исследования. Пациенты жаловались на остро развившееся снижение остроты зрения одного глаза (реже обоих) разной степени выраженности, выпадение полей зрения. При офтальмоскопии глазного дна у пациентов с острой ИОН наблюдались характерные для атеросклеротического, гипертензионного и других повреждений сосудов изменения в виде ангиосклероза, гипертонической ангиопатии и (или) ангиоретинопатии. Они проявлялись сужением артерий сетчатки и расширением вен различной степени выраженности, появлением симптома патологического артериовенозного перекреста (Салюса—Гунна), штопорообразной извитостью венул в макулярной области (Гвиста), возникновением сопровождающих полос по ходу уплотненной стенки артерий, «медной» и «серебряной» проволоки. Выявлялись изменения со стороны диска зрительного нерва в виде ишемических признаков частичной атрофии, для которой была характерна монотонная бледность диска, иногда с легким ишемическим отеком. При присоединении гемодинамических нарушений в бассейне глазной артерии наблюдались мелкие кровоизлияния в макулярной и парамакулярной областях, ватообразные очаги и твердые экссудаты по ходу сосудов сетчатки, легкий отек диска.

При периметрическом исследовании полей зрения у пациентов выявлялись различные дефекты в виде гемианопсий (верхних, нижних, височных, верхне- и нижнеквадрантных), концентрического сужения полей, центральных скотом различной степени выраженности.

Диагноз хронической ИОН также выставлялся на основании анамнестических данных и результатов клинического исследования. Пациенты с хронической ИОН жаловались на нечеткость зрения, зрительный дискомфорт, быструю утомляемость глаз при работе и чтении, длительную темновую и световую адаптацию, мелькания перед глазами.

Во время офтальмоскопии глазного дна у отдельных пациентов молодого возраста с хронической ИОН никаких изменений могло не выявляться, у пациентов старшего возраста отмечались признаки ангиоспазма отдельных веточек центральной артерии сетчатки, ишемии участка сетчатки в области ветвления измененного сосуда, дефекты поля зрения. Иногда наблюдался спазм ствола центральной артерии сетчатки.

У части пациентов с хронической ИОН на глазном дне имелись признаки ангиопатии сетчатки, которые при мягких формах гипертензии могли иметь функциональный характер. В случаях наличия у пациентов атеросклероза и гипертензии выявлялись признаки более выраженных органических изменений в сосудах сетчатки в виде гипертонического ангиосклероза. При длительно текущем заболевании формировались признаки гипертонической ангиоретинопатии, которые проявлялись не только изменениями сосудов, но и гемодинамическими нарушениями в сетчатке. Выявлялись мелкие кровоизлияния в макулярной и парамакулярной областях сетчатки, ватообразные очаги и твердые экссудаты по ходу сосудов сетчатки, легкий отек диска зрительного нерва. У длительно болеющих пациентов наблюдались признаки частичной атрофии зрительных нервов, для которой были характерны бледность височных половин или всего диска зрительного нерва, сужение артерий сетчатки.

При периметрии у пациентов с хронической ИОН отмечалось концентрическое сужение полей зрения разной степени выраженности, а также концентрическое сужение с акцентом на верхнее и (или) нижнее ограничение полей зрения. У некоторых пациентов таких ограничений полей зрения не было.

Исходная светимость экрана дисплея SamsungMaster 550b, использовавшегося при определении КЧЧ, ДОЗ, а также тестового визуального стимула красного цвета нарастающей яркости во время кампиметрии оценивались с помощью созданного нами цифрового фотометра на основе видеокамеры mvBlueFOX 223G на ПЗС-матрице ICX267AL.

КЦЧ исследовалась методом компьютерной кампиметрии после 20-минутной темновой адаптации испытуемых с использованием оригинальной программы, позволявшей формировать на мониторе нарастающей яркости тестовые cтимулы красного цвета (длина волны 640 нм) 2×2 мм² в различных точках экрана в пределах 30° от центра поля зрения. Координаты и время предъявления световых стимулов формировались с помощью псевдослучайного алгоритма, чтобы у испытуемого не возникало привыкания к последовательности их появления. Полученные данные о КЦЧ оценивались по таким показателям, как наличие в центральной области поля зрения пятен сниженной чувствительности, выпадений чувствительности (скотом), их локализация и характер, величина чувствительности поля в целом и равномерность ее распределения. Оценивались также значения КЦЧ в величинах светового потока, выраженных количеством фотонов, падавших на роговицу глаза за 1 с (ф/с). Более подробно методика определения КЦЧ описана ранее [13].

Для оценки КЧЧ зрительной системы, заключающейся в ее способности различать детали визуальных объектов в зависимости от их размеров и условий освещенности (контраста), применяли сформированные на экране монитора стандартные оптотипы в виде синусоидальных решеток, имеющих в их верхней части по отношению к общему фону минимальный контраст, постепенно нарастающий по направлению книзу и достигающий максимума в нижней части монитора [14]. Каждая из 16 использовавшихся решеток характеризуется определенной частотой нанесенных полос (от высокой — 18 циклов/град, до средней — 3 цикла/град и низкой — 0,37 цикла/град) и переменным контрастом — от минимального до максимального.

Показатели КЧЧ выражали в процентах от нормальной, которая принималась за 100%. Оценивали цифровые значения КЧЧ для высоких (18—16 циклов/град), средних (3—2 цикла/град) и низких (0,46—0,37 цикла/град) частот.

Для определения ДОЗ или способности зрительной системы различать детали движущихся визуальных объектов применяли метод, основанный на принципе, описанном Th. Haarmeier и P. Thier [15], когда испытуемым предлагалось распознавать направление дефекта кольца Ландольта, движущегося с различной скоростью. За показатель ДОЗ принимали минимальное время (мс) презентации кольца Ландольта на экране, при котором испытуемый безошибочно называл или отмечал нажатием соответствующей клавиши направление его дефекта.

Проведенные с помощью фотометра измерения характеристик монитора перед определением КЦЧ показали, что величина фонового излучения экрана (остаточного собственного и отраженного) составляла 0,7 мкВт/(м²·стерадиан) (мкВт/(м²·ср)) или 6,3·10^–5 апостильб (асб), а максимальная яркость тестового визуального объекта составила 55 мкВт/(м²·ср) или 3,4 асб. В децибельной шкале минимальная яркость визуального стимула составила 35 дБ, а максимальная — 84 дБ. Интегральная яркость свечения красных элементов монитора возрастала экспоненциально при увеличении управляющего цифрового сигнала. С учетом полученной зависимости яркости тестового объекта на экране (при фиксированных значениях яркости 78%, контраста 100% и расстояния 30 см от роговицы глаза до экрана монитора) была установлена зависимость потока фотонов, падавших на роговицу глаза за 1 с (ф/с), от величины управляющего сигнала. Это позволило определять у испытуемых индивидуальную КЦЧ в заданных координатах поля зрения, выраженную количеством ф/с, падавших на роговицу глаза (рис. 1).

Использование описанного подхода к измерению КЦЧ позволило установить, что пороговая величина светового потока на уровне роговицы глаза, при которой здоровые испытуемые 18—20-летнего возраста с СОЗ 1,0 замечали на экране тестовый стимул, изображение которого проецировалось на область центральной ямки сетчатки, составила 230±29 ф/с или 41,8 дБ. Этот порог увеличивался с возрастом и составил у испытуемых в возрасте от 31 года до 40 лет с нормальной СОЗ 290±30 ф/с (43 дБ), 320±27 ф/с (44 дБ) в возрасте от 41 года до 50 лет и 360±31 ф/с (45 дБ) в возрасте 51—60 лет. ДОЗ также снижалась с возрастом с 89,6±11,9 мс у испытуемых 18—20 лет до 104,7±6,7 мс после 50 лет. КЧЧ оставалась на уровне 100% до 60-летнего возраста (в диапазоне высоких и средних частот), но постепенно снижалась до 85,0±4,1% начиная с 60 лет по сравнению с уровнем 96,8±2,9% у испытуемых 18—20 лет.

В группе 25 пациентов (39 глаз) с острой ИОН было выделено 3 подгруппы на основании различий в СОЗ. В 1-ю подгруппу вошли 10 пациентов (11 глаз) с остротой зрения 0,02—0,09, во 2-ю — 11 пациентов (14 глаз) с остротой зрения 0,1—0,5 и в 3-ю — 4 пациента (4 глаза) с остротой зрения 0,6—0,9. У 4 пациентов острая ИОН развилась в обоих глазах одновременно с разной степенью снижения СОЗ. В качестве контроля при сравнении показателей КЦЧ у пациентов с острой ИОН использованы данные, полученные для вторых — здоровых глаз с нормальной СОЗ, 10 пациентов этой же группы с монокулярной острой ИОН и здоровых испытуемых той же (41—50 лет) возрастной группы с нормальной СОЗ.

У пациентов с острой ИОН 1-й подгруппы КЦЧ составила 10⁷±8,4·10⁵ ф/с (77 дБ), 2-й подгруппы — 0,3·10⁵±7,6·10³ ф/с (61 дБ) и 3-й подгруппы —2·10⁴±8,8·10² ф/с (58 дБ) и была существенно ниже, чем в контроле — 320±27 ф/с (44 дБ, р<0,001). Во втором глазу пациентов с острой ИОН, имевшем СОЗ 1,0 и принимавшимся за здоровый, КЦЧ также была ниже — 800±206 ф/с (50 дБ), чем у здоровых контрольной группы (р<0,01).

Для пациентов с острой ИОН 1-й подгруппы в связи с очень низкой СОЗ определить ДОЗ не представлялось возможным, КЧЧ для высоких, средних и низких частот у них составляла соответственно 6,0±10,7, 49,4±26,9, 18,8±11,2% (р<0,01). У пациентов 2-й подгруппы ДОЗ была 229,3±38,7 мс, а КЧЧ — 36,3±19,8, 67,5±22,5, 40,6±14,0% (р<0,01), и у пациентов 3-й подгруппы ДОЗ составила 205,8±55,1 мс (р<0,05), КЧЧ — 80,0±28,3, 85,0±7,1 (р<0,05), 67,5±10,6% (р<0,01) соответственно (рис. 2). У испытуемых контрольной группы эти показатели сенсорной чувствительности зрительной системы были лучше и составляли: ДОЗ — 104,8±11,1 мс, КЦЧ для высоких, средних и низких частот 99,7±5,2, 99,1±3,9, 91,0±4,6% соответственно.

Обращает на себя внимание, что во втором — здоровом глазу с нормальной СОЗ у пациентов с монокулярной острой ИОН показатели световой чувствительности также оказались сниженными: ДОЗ — до 129,4±25,8 мс (р<0,05) и КЧЧ — до 82,1±18,0, 93,6±7,5, 82,1±9,5% (р<0,05) на высоких, средних и низких частотах соответственно в сравнении с этими показателями зрения у здоровых испытуемых контрольной группы.

У пациентов с хронической ИОН в подгруппе с остротой зрения 0,6—0,9 КЦЧ составила 4,5·10³±0,4·10² ф/с (55 дБ), в подгруппе с нормальной СОЗ —3,2·10³±0,3·10² ф/с (53 дБ) и была существенно ниже (р<0,01), чем в группе контроля — 360±31 ф/с (45 дБ). У пациентов с хронической ИОН и СОЗ 0,6—0,9 ДОЗ составила 151,2±25,0 мс и была ниже, чем у здоровых испытуемых контрольной группы — 104,7±6,7 мс (р<0,05). КЧЧ у пациентов с хронической ИОН была снижена для высоких, средних и низких частот — 58,8±12,7 (р<0,01), 83,8±5,8 (р<0,05), 76,3±11,3% в сравнении с показателями КЧЧ у здоровых контрольной группы — 100,0±0,0, 99,3±1,9, 85,0±4,1% соответственно. У пациентов с хронической ИОН и СОЗ 1,0 ДОЗ и КЧЧ также оставались сниженными (149,5±22,2 мс; 79,3±18,4, 88,7±9,5, 72,7±10,1%) в сравнении со здоровыми контрольной группы.

Очевидно, что определение КЦЧ в ф/с, падающих на сетчатку глаза, было бы более предпочтительным, поскольку могло бы более полно характеризовать световую чувствительность фоторецепторов. Однако это определение представляется возможным только при определенных допущениях. Принято считать, что у здорового молодого человека роговица отражает 4% падающего на нее светового потока, хрусталик и другие оптические среды глаза поглощают около 50% потока, прошедшего через роговицу. Примерно 80—85% фотонов проходит мимо фоторецепторов, поглощаясь пигментным эпителием. Таким образом, лишь около 15% фотонов, достигших сетчатки, поглощаются ею. Если принять во внимание эти данные для случая определения КЦЧ у здоровых молодых людей и учесть, что при исследовании КЦЧ испытуемые располагались на расстоянии 30 см от глаз до экрана монитора, диаметр зрачка у них составлял около 5 мм и им предъявлялся тестовый объект размером 2×2 мм, то можно ориентировочно подсчитать количество фотонов, падавших на сетчатку. Для испытуемых 18—20 летнего возраста, КЦЧ у которых составляла 230 ф/с, падавших на роговицу сетчатки, могли достигать около 115 ф/с, и этот световой поток относительно равномерно распределялся в центральной ямке сетчатки на площади 2×10⁴ мкм², эквивалентной 1500 фоторецепторам. Расчеты показывают, что при этом испытуемые замечали бы тестовый объект при условии, что за 1 с фоторецепторами поглощалось примерно 17 фотонов. Эти результаты согласуются с данными других авторов, полученными в строгих условиях измерения световой чувствительности фоторецепторов [12].

В то же время будет справедливым отметить, что хотя оптические среды глаз здоровых контрольной группы и пациентов с ИОН по результатам офтальмоскопии и исследования с помощью щелевой лампы оценивались как нормальные, измерить поглощение ими светового потока не представляется возможным. Поэтому КЦЧ у них может выражаться более корректно числом ф/с, падающих на роговицу глаза.

Результаты настоящего исследования показывают, что, несмотря на сохранность СОЗ, у здоровых людей КЦЧ, КЧЧ и ДОЗ постепенно снижаются с возрастом. Причины снижения этих тонких показателей световой чувствительности зрительной системы могут быть, вероятно, разными. Но среди ведущих из них можно выделить те, нарушения которых влияют на базисные процессы восприятия, обработки, передачи зрительных сигналов в ЦНС и их анализа в центрах зрительной системы. Это, прежде всего, состояние метаболизма и тонкой структурной организации нейронов зрительной системы, которые неразрывно связаны с уровнем кровотока в сосудах сетчатки и других уровней зрительной системы.

По результатам исследования изменений кровотока в диске зрительного нерва во время импульсной световой стимуляции сетчатки у здоровых испытуемых в возрасте от 20 до 80 лет оказалось, что с возрастом для поддержания нормальных функций зрения требуется больший кровоток, чем у молодых [16]. В то же время подсчет числа сосудов в макулярной области у лиц тех же возрастных групп показал, что оно уменьшается или в лучшем случае остается неизменным [17]. Более того, обнаружено, что с увеличением возраста снижаются амплитуда пульсации и пульсовой кровоток в глазных сосудах, и это снижение становится более значимым после 50 лет [18], когда, по результатам настоящего исследования, при сохранной СОЗ достоверно ухудшаются КЦЧ, КЧЧ и ДОЗ. По данным M. Victor и соавт. [19], к возрасту 80 лет кровоток в сосудах мозга и зрительной системы снижается на 20% по сравнению с кровотоком в возрасте 20 лет, и к тому же возрастные изменения гемодинамики в сетчатке сопровождаются снижением реактивности сосудов зрительной системы на визуальную стимуляцию и нарушением механизмов регуляции кровотока в сосудах зрительной системы и мозга [3, 20].

Снижение кровотока и следующее за ним ухудшение метаболизма не могут не сказаться на функциональном состоянии нейронов, их структуре и жизнеспособности. Действительно, с возрастом у человека имеет место уменьшение числа фоторецепторов [21], пигментных клеток [22], ганглиозных клеток и их аксонов в зрительном нерве и нейронов в других отделах мозга [23]. Однако гибель нейронов с возрастом, вероятно, не является столь большой, как было принято считать [24]. Количество нейронов головного мозга к 90 годам снижается в сравнении с молодыми людьми 18—20-летнего возраста лишь на 10% [25]. В то же время с возрастом в различных отделах мозга и зрительной системе в нейронах развиваются структурные изменения белков цитоскелета [26], изменяются структура и число аксонов зрительного нерва [27—31], что ведет к нарушению восприятия, передачи, обработки зрительных сигналов и снижению пластичности нервной системы [32, 33]. С возрастом выявляются тонкие изменения структуры нейронов сетчатки, зрительных центров, и одной из причин этих изменений является ухудшение тканевого метаболизма, вызванное возрастными нарушениями гемодинамики [22, 25]. Эти изменения могут быть следствием того, что кровоток в сетчатке и потребление кислорода ее клетками являются одними из наиболее интенсивных по сравнению с другими тканями организма [1].

Выявлено очень тесное сопряжение между функциональной активностью фоторецепторов и других нейронов зрительной системы и кровотоком [3]. Кровоток в cетчатке и зрительной коре повышается во время светового воздействия, и его интенсивность снижается в сетчатке в процессе темновой адаптации [17].

Ранее нами было показано, что при локальном воздействии холода на кисть руки у 14% молодых людей наблюдается выраженное сужение сосудов бульбарной конъюнктивы глаза [34], являющихся продолжением его цилиарных сосудов. Проведенное у испытуемых измерение КЦЧ в процессе воздействия холода показало, что у тех из них, сосуды которых отвечали на действие холода сужением, КЦЧ снижалась [34].

Приведенные данные литературы и результаты собственных исследований свидетельствуют о том, что одной из важных причин возрастного ухудшения световой чувствительности является снижение кровотока в сосудах сетчатки и (или) других структурах зрительной системы.

Дополнительными аргументами в пользу того, что нарушение гемодинамики в сетчатке и других структурах зрительной системы является ведущей причиной снижения зрительных функций, являются описанные многими авторами снижение СОЗ различной степени, снижение контрастной чувствительности, ограничения и дефекты полей зрения при острой и хронической ИОН [4, 35], сахарном диабете [36], глаукоме [37] и других заболеваниях [38—42].

Результаты настоящего исследования подтверждают, что световая чувствительность существенно снижается при ИОН, и выраженность этого нарушения связана со степенью снижения СОЗ. На этом основании можно было предположить, что у пациентов с хронической ИОН, при которой СОЗ снижена незначительно или остается нормальной, изменений показателей световой чувствительности выявлено не будет, или они окажутся несущественными в сравнении с показателями световой чувствительности зрительной системы испытуемых контрольной группы. Однако полученные данные показали, что световая чувствительность у пациентов с хронической ИОН также была значимо сниженной, что, вероятно, тоже связано с нарушением у них гемодинамики в зрительном нерве и сетчатке, вызванным заболеванием сосудов.

Снижение световой чувствительности выявлено нами во вторых — здоровых глазах у пациентов с монокулярной острой ИОН. Вероятно, во втором глазу у пациентов с острой ИОН, возраст которых составлял около 50 и более лет, и у которых при офтальмоскопии больного глаза выявлялись очевидные проявления заболеваний сосудов, были нарушения гемодинамики в зрительном нерве и зрительных путях здорового глаза. Выявленное нами снижение световой чувствительности в здоровом глазу у пациентов с монокулярной острой ИОН также является следствием нарушения гемодинамики в зрительной системе, еще не сопровождающееся снижением СОЗ, но уже ведущее к снижению таких более тонких показателей световой чувствительности, как КЦЧ, КЧЧ и ДОЗ.

Таким образом, полученные нами данные о снижении световой чувствительности зрительной системы и ДОЗ с возрастом, в здоровых глазах пациентов с острой ИОН и в глазах пациентов с хронической ИОН, в которых СОЗ остается нормальной, свидетельствуют о том, что одной из причин такого снижения является ухудшение кровотока в сосудах сетчатки, зрительного нерва и других структурах зрительной системы. Выявление снижения этих тонких показателей световой чувствительности можно расценивать в качестве доклинических симптомов функциональных нарушений зрения, вызванных ишемией, еще не приводящей к исчерпанию резервных возможностей структур зрительной системы по сохранению нормальной СОЗ.