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视觉电生理(2)
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    航空航天医药000143 2 临床视觉电生理

    首先是德国著名的生理学家Emil du Bois-Reymond(1849)发现眼球的静息电位,接着瑞典的生理学家Frithiof、Holmgren(1865)在脊椎动物的眼球上又发现了给光或撤光时发生的动作电位。在以后的寻源工作中证明这个动作电位系起源于视网膜,其波形就称为视网膜电图(ERG)。

    1877年,Dewar在人眼上已观察到给光时的电位变化,远要比心电的发现早10多年。1903年,Gotch应用精密的电流计记测第一个ERG,成为对ERG成分深入研究的开端。Riggs(1941)和karpe(1945)分别制成适用于临床工作的角膜接触镜电极,为ERG进入临床迈出关键的一步。1945年,karpe首次发展了临床ERG的记录方法和描述视网膜色素变性的ERG,此后又有许多作者相继报导了其它眼底病的ERG表现。我国的生理学家和眼科专家在50年代也开始研究和应用ERG。总之,临床应用ERG开始于40年代,60年代眼电图(ECG)问世,同时视诱发电位(VEP)也开始临床应用。至今临床视觉电生理经历50多年已发展到丰富多彩,可进行相当精确的临床诊断和先进的计算机分析功能。近年来视觉电生理的重要进展是多导测定和分析技术,先有多导VEP,现又发展了多焦ERG,这是计算机技术应用的重要发挥,使视觉电生理测定登上了一个新的发展阶梯。
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    2.1 视网膜电图(electro retinogram,ERG)

    ERG根据刺激方式的不同,可分为FERG、PERG和LERG。FERG是视网膜受到闪光刺激后从角膜面记录到的生理电反应,主要反应视网膜第一、第二级神经元的功能。PERG是用光栅或棋盘格图形翻转刺激视网膜从角膜面记录到的生物电反应,主要反应视网膜第三级神经元的功能。两者联合应用,则可反应全视网膜的功能。LERG是给黄斑以局部光刺激,在角膜面记录到的生物电活动,主要反映黄斑部视网膜的功能。

    早期记录的ERG比较简单,Einthoven和Jolly(1908)用英语字母将早期的ERG成分依次命名为a波、b波、c波和d波。尽管以后又先后发现了一些新成分,但这种命名法还一直沿用至今。其后Granit(1933)根据ERG在乙醚麻醉后消失的次序和ERG各成分对缺O2和kcl的不同反应,提出了ERG是由P、P和P“三导程”合成的概念。P相当于C波,对乙醚最敏感,乙醚麻醉时最早消失,对氯化钾有一定耐受性,在明适应下减小;P相当于b波,对乙醚中度敏感,加入氯化钾后波形消失,在明适应下比P减小更明显,对缺氧也很敏感;P相当于a波,对乙醚有很好的耐受性,乙醚麻醉时最后消失,对缺氧也有很好的耐受性。Granit的实验结果表明ERG是视网膜对光的综合反应。可作为分析ERG的理论依据。(见图7)
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    图7

    图3.1 Granit的ERG分析。包括PⅠ、PⅡ和PⅢ三导程,构成a,cb,波,在撤光时形成d波,上图是对亮光的刺激反应;下图是对暗光刺激反应。

    2.1.1 闪光视网膜电图(flicker electro retinogram,FERG)

    2.1.1.1 EFRG的成分和起源:临床记录到的FERG主要是由a波、b波和OPS(振荡电位)构成。a波是ERG中位于b波之前的负相波,b波是向上的正向波,OPS是叠加在a、b波上的一组节律小波,一般为3~5个。在特殊记录条件下,还可分别记录到早期感受器电位(early receptor potential,ERP)、c波和d波。

    ①a波:a波起源于感光细胞内段,为一负相波。不同的闪光强度下a波有不同的形态,用较弱的闪光强度刺激视网膜时,记录到的a波为单谷型;用中等强度的闪光刺激视网膜时,记录到的a波为双谷型;而用较强的闪光强度时a波又变为单谷型。最近的研究认为双谷a波的形成是由于振荡电位第一个子波(OP1)叠加在a波上分割a波而成。
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    ②b波:b波的起源至今仍不能肯定,目前认为可能起源于Müller细胞或双极细胞,但代表双极细胞的功能。较弱的刺激光强下就能记录到向上的正相b波,b波的光强阈值较a波、OPS低二个对数单位。b波是最早应用于临床的FERG参数,系列光ERGb波的光强——反应函数已广泛用于临床诊断。

    ③OPS:起源于内层视网膜,代表内层视网膜的功能,可能是代表从无长突细胞到双极细胞间的抑制性负反馈回路。OPS各子波可能由视网膜的不同结构产生。在OPS中,OP1和OP2与给光反应系统关系密切,OP3和OP4则可能反映撤光反应系统的生物电活性。既有视杆系统产生的OPS又有视锥系统产生的OPS,在特殊记录条件下,两者可以分开。

    ④ERP:是在暗适应条件下,用高强度,短时程的闪光刺激视网膜得到的一个潜伏期极短、极性相反的双相波,由正相的R1和负相的R2组成。它起源于视锥细胞的外段,是视锥细胞光化学反应的产物,与视色素的代谢有密切关系。
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    ⑤c波:是继b波之后而缓慢升起的主相波,是FERG成分中潜伏期和持续时间最长的波。它的电位和峰时取决于闪光刺激的强度、刺激时程和视网膜的适应状态,故在暗适应条件下用放大器的直流档和缓慢的扫描来记录c波。c波起源于视网膜的色素上皮层,当感觉细胞病变时,也会影响到c波的形成。

    ⑥d波:d波很可能起源于视网膜的双极细胞。d波是FERG的撤光反应,它出现在用长时程,长刺激记录到的FERG中,为重叠在c波上的正相波。但在弱光刺激时,却为一负相波,而如果在一个能引起b波明显抑制的光刺激下,则为一先正后负的双相波。目前,临床上尚未应用d波作为评价视网膜功能的指标。

    2.1.1.2 FERG记录装置和标准要求:根据1989公布的FERG国际标准化方案,临床常规FERG的记录条件如下。

    ①电极:作用电极:应使用角膜接触镜电极,角膜表面应使用无刺激,不致敏和不太粘稠的导电液保护角膜。参考电极:使用金、不锈钢或银——氯化银制成的皮肤电极,置于前额正中或接近眶缘。也可将其安装在角膜接触镜内与结膜接触。地电极:使用和参考电极形状一致的和同样材料制成的皮肤电极,置于乳突或面颊部,记录过程中,两电极间的电阻不要大于10kΩ。放置参考电极和地电极的皮肤必须用易挥发的去脂溶剂清洁,电极和皮肤间需用导电膏,以保证良好的导电性能。注意电极的清洁和消毒,防止交叉感染。
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    ②光源:刺激器:必须使用全视野(Ganzfield)刺激器,以产生均匀的弥散光,达到视网膜均匀照射。刺激时程:刺激光时程必须短于任何光感受器的整合时间,刺激闪光的最长时程应小于5ms。刺激光波长:用白色闪光,色温接近于7000K。刺激光强度:标准闪光强度(standard Flash,SF),为在全视野刺激器的内球面上产生亮度1.5~3.0(cd.s.m-2)。背景光强度:全视野刺激器的内球面上测得亮度应为17~34cd.m-2光的调整和校准:刺激器应该提供多档刺激光强度和背景光强度以供选择。刺激光强度的变化范围至少3个对数单位,标准闪光以0.25log cd.s.m-2依次递减,用中性减光片衰减光强度而不改变光的波长。背景光强度的最低档应低于能记录到明视视网膜电图的水平。背景光的色温不能随光强变化而改变。并应定期校准刺激光强度和背景光强度。
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    ③记录系统:放大器:应该具有高增益、低噪声的性能。记录FERG的通频带范围为0.3~300Hz,记录OPS的通频带为100~300Hz,记录其他特殊反应时,通频带应根据需要而调整。前置放大器输入阻抗不大于1M。显示器:应选用高分辨率者,以能显示放大器通频带内的生物电成分。电屏蔽:电生理室应该安装电屏蔽网和良好的接地。放大器和受检者之间必须装有电的安全阀。

    ④记录步骤:记录前应充分向受检者解释检查目的、意义和注意事项,以取得受检者的密切配合。受检者无禁忌证。散瞳:受检眼用1%托吡卡胺或2.5%新福林充分散瞳,瞳孔大小影响FERG的成分和振幅。暗适应:病人至少暗适应30分钟,使视网膜达到较稳定的生理状态,并能记录到较大的暗视反应。配戴电极:在小于5Lux的红光室内照明下,用乙醚或酒精擦洗放置参考电极和地电极的皮肤,然后在皮肤和电极之间涂少许导电膏,安放电极后用胶布固定。被检眼用1%地卡因进行结膜和角膜表面麻醉,将角膜接触镜电极放置于角膜表面。固视:受检者应注视全视野刺激器球面内的固视点或向前直视。前曝光:ERG测定前应尽量避免荧光血管造影和眼底照像检查,如已进行上述检查,则至少要暗适应1小时以上。为了减少光适应和保持视网膜稳定状态,在记录过程中,应先记录弱光刺激的暗视反应,尔后依次记录暗适应混合反应、振荡电位、明视反应、最后为闪烁反应。根据需要选择记录条件。
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    2.1.1.3 FERG的正常波形和主要成分测量法

    ①FERG的正常波形:常规应记录以下5种FERG:暗视ERG(scotopie ERG):此即“视杆细胞反应”,是暗适应后记录的第一个反应。是用刺激光强度为-2.3~2.0log cd.s.m-2的白光或用相等强度的兰光记录到的波形。两次闪光间隔最小不少于2秒。其特征为无a波或很小a波,圆形的b波,且峰时较长,主要反映视网膜暗视系统的功能;暗适应ERG(dark adaptation ERG):暗适应眼经白色标准闪光刺激所得的最大反应。两次闪光间隔不少于5秒。其特征为深大的a波、高耸的b波和叠加在a、b波上的一组节律子波(OPS)。它们是视网膜明视系统和暗视系统的混合反应;振荡电位(OPS):用相同白色标准闪光刺激暗适应眼,放大器的低频端为75~100Hz,高频端为300Hz或更高。两次闪光间隔15秒。第一次闪光作为条件闪光,只记录第二次闪光后的反应或将第二次闪光和第三次闪光记录的反应进行平均叠加。也可应用频谱分析技术,即快速傅利叶转换(fast fourier transform,FFT)和逆傅利叶转换(inverse fourier transform,iFT),从暗适应ERG中提取OPS(一般标准OPS应不代a波)。OPS是叠加在a波和b波上的一组节律小波。通常为4个子波。OPS也是视网膜明视系统和暗视系统的混合反应;明视ERG(photopic ERG):即单闪光“视锥细胞反应”。用17~34cd.m-2的白色背景光抑制视杆细胞反应,受检者经明适应10分钟后,用白色标准闪光作单次闪光刺激,2次闪光或2次以上闪光记录的反应进行平均叠加,可得到一个稳定性和重复性较好的视锥细胞反应。波形特征为a波、b波峰时较短、振幅较小,主要反应视网膜明视系统功能;闪烁ERG(flicker ERG):记录明视ERG后,在同样的白色背景光强度下,用30次/秒闪烁频率的白色标准闪光刺激视网膜,弃去最初的几个反应,得到闪烁ERG。主要反映视网膜明视系统的功能。
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    ②FERG主要成分测量法:a波峰时:从刺激开始到a波波谷的时间,单位为ms。b波峰时:从刺激开始到b波波峰的时间,单位为ms。OPS各子波的峰时:分别为从刺激开始到该子波波峰的时间,单位为ms,a波振幅:从基线到a波波谷的电位值,单位为μv。b波振幅:从a波波谷到b波波峰的电位值,单位为μv。OPS振幅:各子波的振幅为该子波波峰到该子波波谷的电位值,OPS的总振幅为各子波波幅的代数和,单位均为μv。
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    2.1.1.4 特殊反应

    ①早感受器电位(ERP):ERP是由极性相反的R1和R2两个成分组成的双相波形。产生ERP需要极高强度的刺激闪光,光强度比产生ERG要强106倍。ERP的振幅随刺激光强的增加而增加,光强度达一定数值,振幅可达最大值,ERP的潜伏期极短,因此记录ERP要求较快的扫描速度。记录电极为角膜接触电极,为防止光电伪迹的产生,电极的外周涂成黑色。参考电极和地电极与ERG相同。由于产生ERP要求高强度的刺激闪光,故要防止造成视网膜光损伤。ERP对视网膜外层病变的诊断有一定价值。

    ②c波:c波是ERG成分中潜伏期和持续时间最长的正相波。人眼记录到的c波的峰时约2秒。记录条件:暗适应状态下,直流放大器、缓慢的扫描速度和较长的扫描时间。c波的振幅和峰时随刺激闪光的强度和时程而改变,并与暗适应时间的长短有关。

, http://www.100md.com     ③双光ERG(double flash ERG):在暗适应条件下,用白色标准闪光,间隔80~120ms的双闪光刺激视网膜所记录到的FERG。第一个闪光记录的波形为暗适应ERG,第二个闪光记录到的波形为明视ERG。主要代表视网膜明视系统的功能。

    ④系列光ERG:暗适应眼经一组由弱到强按对数单位递增的多档刺激闪光依次刺激视网膜所记录到的FERG。可观察到FERG各成分对不同刺激光强度的反应特性,得到它们的刺激阈值,并可分别得出FERG的a波、b波,OPS及各子波的光强——振幅曲线和光强——峰时曲线。从系列光FERG可获得有关视网膜功能更丰富的信息,提高FERG的诊断价值,拓宽其临床应用范围。

    ⑤光谱ERG:依据视网膜不同视感细胞具有不同的光谱敏感度,应用可见光中不同波长的光刺激视网膜来分离记录其明视成分和暗视成分的生物电反应。如视锥细胞对红光敏感、视杆细胞对兰光敏感。暗适应红光ERG:是用红光刺激暗适应视网膜记录到的电反应,其特征为多谷a波和双峰b波。多谷a波是由于OPS的早期子波OP1和OP2叠加在a波上分割a波而成,正常为3谷a波,代表黄斑视功能。双峰b波中,第一个小b波为锥体b波,后一个大b波为杆体b波。双峰b波中第一小波消失,而其大波存在说明锥体功能异常。两者均消失,说明锥、杆细胞功能都异常。暗适应红光的记录方法除用红色刺激光外,其它条件同暗适应ERG。暗适应兰光ERG:主要反应视杆系统的功能。用低强度兰色闪光刺激视网膜对暗视成分异常者比白光刺激早期发现,兰光ERG在临床诊断上有一定的应用价值。除刺激光谱不同外,其它记录条件和暗适应ERG完全相同。(见图8、9、10、11、12)
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    图8

    图9 闪烁视网膜电图

    图10 早感受器电位

    图11 双光视网膜电图

    图12 系列光暗适应视网膜电图

    (待续)

    (2000年1月收稿), 百拇医药