Funkcja bioelektryczna drogi wzrokowej a wysiłek fizyczny

W diagnostyce klinicznej sygnał bioelektryczny może być rejestrowany w postaci krzywych wzrokowych potencjałów wywołanych (VEP). VEP stanowią odpowiedzi elektryczne na pojawiający się bodziec świetlny, których parametry (amplitudy, latencje) dostarczają informacji o funkcji drogi wzrokowej, poczynając od siatkówki aż do struktur korowych.

Aktywność bioelektryczna VEP rejestrowana jest na poziomie ośrodków wzrokowych kory potylicznej, tj. 17., 18., 19. pola Brodmanna. W praktyce klinicznej wyróżnia się dwa typy odpowiedzi: wzrokowe potencjały wywołane przy stymulacji błyskiem oraz wzrokowe potencjały wywołane przy stymulacji wzorcem. Do pobudzenia siatkówki jest stosowany wzorzec pod postacią biało-czarnej szachownicy z naprzemienną zmianą faz. Badania VEP przeprowadzane są zgodnie z międzynarodowymi standardami badań elektrofizjologicznych ISCEV (ang. International Society for Clinical Electrophysiology of Vision) [1]. W badaniach stosowane są elektrody powierzchniowe (kubkowe), umieszczone na głowie badanego według przyjętego tzw. systemu 10-20. Według standardowego protokołu klinicznego stymulację prowadzi się w dwóch wersjach: (1) VEP „duży” dla większych kwadratów szachownicy (1°), (2) VEP „mały” dla mniejszych kwadratów (0°25’). Analizie poddawane są wartości amplitud (μV) i czas latencji (ms) załamków krzywej VEP w postaci fal N75, P100 i N135.

 

Rys. Zapis krzywej wzrokowych potencjałów wywołanych z zaznaczeniem amplitudy (A) i latencji (L) negatywnego wychylenia fali N75, pozytywnego wychylenia fali P100 oraz negatywnego wychylenia fali N135.

Intensywność wysiłku fizycznego jest istotnym czynnikiem wpływającym na zmiany funkcjonalne całego ustroju, w tym również funkcji bioelektrycznej w drodze wzrokowej. Wysiłek fizyczny o niskiej i umiarkowanej intensywności stanowi czynnik wpływający na pobudzenie ośrodkowego układu nerwowego. Interesujące dane, obrazujące zmiany efektywności wczesnych procesów sensorycznych podczas wysiłku, dotyczą aktywności niektórych neurotransmiterów w różnych obszarach mózgu, zwłaszcza katecholamin. W odniesieniu do parametrów VEP obserwuje się skrócenie latencji poszczególnych załamków krzywej oraz znaczące podwyższenie ich amplitud. Z drugiej strony wysiłek fizyczny o wysokiej, ponadprogowej intensywności, zwłaszcza u osób o niskiej wydolności fizycznej, może powodować obniżenie aktywności neuronalnej w drodze wzrokowej (redukcja wartości amplitud poszczególnych załamków VEP), jak i zaburzać czas transmisji sygnału (wydłużenie latencji poszczególnych załamków) [2]. Przebieg funkcji bioelektrycznej w obszarze drogi wzrokowej odzwierciedla procesy czynnościowe w organizmie, do jakich dochodzi w następstwie kontynuowania wysiłku fizycznego o coraz większej intensywności. Badania wykorzystujące kliniczne i elektrofizjologiczne metody diagnozy układu wzrokowego (np. elektroretinogram błyskowy, elektroretinogram wieloogniskowy, przepływomierz siatkówkowy, wzrokowe potencjały wywołane) wskazują, że aktywność neuronalna w drodze wzrokowej jest szczególnie wrażliwa na warunki zmiany przepływu krwi (niedokrwienie, stany zwiększenia perfuzji) oraz stany niedotlenienia, do jakich może dochodzić w czasie podejmowania intensywnych ćwiczeń fizycznych. Wyniki badań naukowych dowodzą ponadto, że przebieg funkcji bioelektrycznej rejestrowany za pomocą VEP stanowi odzwierciedlenie adaptacji wysiłkowej organizmu. U wysokokwalifikowanych sportowców zmienność funkcji układu wzrokowego w wyniku narastającego wysiłku jest mniejsza aniżeli u osób nietrenujących [3].
Zmiany funkcji bioelektrycznej powstałe w wyniku wysiłku fizycznego obserwowane są już na poziomie siatkówki oka. Stwierdzono między innymi, że zwiększony poziom kwasu mlekowego we krwi obwodowej, wywołany zarówno czynnikiem egzogennym (podanie mleczanu sodu), jak i czynnikiem endogennym (progresywny wysiłek fizyczny na cykloergometrze wykonywany do odmowy), w znaczącym stopniu obniża aktywność neuronalną siatkówki. Obserwowano, że u osób zdrowych, aktywnych fizycznie duża intensywność wysiłku fizycznego w większym stopniu zakłóca funkcje wewnętrznych warstw komórek siatkówki aniżeli funkcje receptorów siatkówki. Ponadto w efekcie wzrostu intensywności wysiłku fizycznego większa wrażliwość na zmiany funkcji bioelektrycznej komórek siatkówki występuje w warunkach widzenia skotopowego aniżeli w warunkach widzenia fotopowego [2].
Zakłócenia funkcji bioelektrycznej w efekcie zmęczenia fizycznego mogą wywołać między innymi czasowe osłabienie ostrości wzroku. Wydaje się, że opisane powyżej zagadnienia są istotne z punktu widzenia diagnostyki okulistycznej i optometrycznej.
Instytut Fizyki przy współpracy z Laboratorium Kinezjologii Centrum Badań Strukturalno-Funkcjonalnych Człowieka Uniwersytetu Szczecińskiego, od 3 lat prowadzi kierunek „Optyka okularowa” – studia licencjackie. Obie jednostki planują rozszerzenie współpracy, w tym badań dotyczących VEP oraz utworzenie studiów magisterskich na kierunku „Optometria”.

[1] Odom JV, Bach M, Brigell M,., Holder G.E., McCulloch D.L., Mizota A., Tormene A.P. (2016), ISCEV standard for clinical visual evoked potentials: (2016 update), Doc Ophthalmol,133(1),1-9.
[2] Zwierko T. (2011), Przebieg procesów sensomotorycznych i funkcji bioelektrycznej układu wzrokowego pod wpływem zwiększania intensywności wysiłku fizycznego u młodych aktywnych ruchowo mężczyzn, Rozprawy i Studia T. (DCCLXXIII) 799, Uniwersytet Szczeciński, 180 s.
[3] Zwierko T., Lubiński W., Lubkowska A., Niechwiej-Szwedo E., Czepita D. (2011), The effect of progressively increased physical efforts on visual evoked potentials in volleyball players and non-athletes. Journal of Sports Sciences, 29(14),1563-1572.

Autorzy: 

Teresa Zwierko, Laboratorium Kinezjologii Centrum Badań Strukturalno-Funkcjonalnych Człowieka, Wydział Kultury Fizycznej i Promocji Zdrowia, Uniwersytet Szczeciński

Jacek Styszyński, Instytut Fizyki, Wydział Matematyczno-Fizyczny, Uniwersytet Szczeciński