Функционирование глаза человека (зрения). Биофизические основы зрения

Главная

Похудение

Глаз – это хрупкая структура, имеет шарообразное тело, заполненное жидкостью. Передняя стенка называется роговица, затем идёт радужная оболочка глаза, зрачок – отверстие в радужной оболочке при ярком свете сужается, а в темноте наоборот – расширяется, таким образом, радужка регулирует количество света, попадающего в зрачок. Через роговицу и зрачок свет попадает на хрусталик. Под действием окружающих его мышц, он постоянно растягивается или сужается, легко меняя свою кривизну. Постоянно меняющаяся форма хрусталика позволяет лучи света от объекта фокусировать точно на сетчатке, внутренней оболочке глазного яблока.

Первая помощь при травме глаза тупым предметом

Травма глаза тупым предметом или так называемая тупая травма, может быть в случае удара в глаз, например, при игре в мяч, зимой при игре в снежки, при драке «кулаком в глаз». Если травма поверхностная, слизистая глаза очень быстро регенерирует и превосходно восстанавливается. Буквально день-два и поверхностные удары исчезают и их практически очень сложно заметить. Если же воздействовал более серьёзный травматический фактор, который повлек за собой воспалительный процесс, то в дальнейшем возможно развитие конъюнктивита. В случае присоединения гнойной инфекции можно потерять глаза. В таких случаях есть необходимость обращения к специалистам – офтальмологам.

Когда же случилась такая травма, то для начала нужно пострадавшего успокоить и по возможности уложить или усадить. Приложить что-то холодное, можно достать яблоко из холодильника или кусок мяса из морозилки, завернуть в полиэтилен, затем в чистый платок и приложить к глазу на 25–30 минут. Врачи рекомендуют закапать в глаз дезинфицирующие капли или протереть его заваркой, отваром ромашки, шалфея. Ни в коем случае не использовать настоек на спирту, ведь это может дополнительно травмировать слизистую оболочку и даже вызвать ожёг. Далее наложить на глаз стерильный бинт или повязку и, по возможности, обратитесь к специалисту.

Ведь только врач может оказать квалифицированную помощь, проведёт тестирование, сможет принять меры, чтобы избежать осложнений в дальнейшем. В некоторых случаях при таких травмах можно обойтись домашним, самостоятельным лечением, если нет ухудшений самочувствия и внешних изменений в районе глаза. Главное условие при таких травмах – это покой пострадавшего и холод на травмированное место. А в крайних случаях обязательный и неотложный визит к врачу.

Первая помощь при травме глаза острым предметом

Так как глаза – это органы парные, то когда двигается здоровый, может вызвать и движения пострадавшего, что в дальнейшем ухудшить его травму. Поэтому, если имеется возможность дождаться скорую помощь или перевезти невидящего больного самостоятельно – нужно будет закрыть повязкой оба глаза. Категорически нельзя предпринимать попытки для того, чтобы достать инородное тело, находящееся в глазу. Так как это может привести к ещё большему кровотечению и травматизации тканей. В таком случае нужно сделать из бинта и ваты тонкий валик, свернуть его в форме нолика и наложите вокруг инородного тела, закрепив бинтом или с помощью повязки.
Диагностикой и таких травм глаз может заниматься лишь высококвалифицированный специалист. После немедленной госпитализации пострадавшего в больницу, специалист проводит рентгенографию глазного яблока и лишь затем приступает к удалению инородного тела.

Нивелируем последствия попадания в глаз разъедающих жидкостей (Видео: первая помощь при травме глаза)

Случаются также такие травмы глаз: при попадании химических веществ, стирального порошка, клея, бытовой химии. Такие раневые факторы называют глаз. Офтальмологи считают химические вещества очень опасными. В таком случае необходимо немедленно промыть глаз под струёй тёплой воды, немного оттягивая веко и наклонив голову так, чтобы вода текла от носа кнаружи. Как можно быстрее и аккуратнее удалить остатки химического вещества.

После промывания необходимо наложить стерильную повязку и срочным образом направиться к врачу. Также возможен вариант быстрой помощи при закапывании в глаз противовоспалительного средства: 20% раствор сульфацил-натрия или 10% раствор сульфапирида. Также может помочь при таких травмах может раствор фурацилина и любой глазной антисептик, который может быть в аптечке. После всех необходимых процедур пострадавшему желательно дать обезболивающее средство. Очень важно, в срочном порядке добраться до больницы как можно быстрее.

Здравствуйте, дорогие читатели! Вы бережете свое зрение? Конечно же, да, так как оно дается нам раз в жизни. Повредить глаза можно различным образом в любой момент, например, получив ожог сетчатки. Из-за чего он возникает? Прочитайте и узнаете.

Это тяжелейшая травма, часто ведущая к потере зрения. Коварность данного ожога заключается в том, что признаки могут появиться не сразу, из-за чего потерпевший не успевает вовремя прекратить контакт с обжигающим фактором.

Получить ожог сетчатки глаза проще простого. У 30-40% пострадавших после такой травмы полностью теряется зрение. Давайте рассмотрим самые частые случаи поражения глаз, чтобы знать, чего нужно опасаться.

Ультрафиолетовые лучи — серьезная опасность для глаз

Воздействие ультрафиолета вредит не только нашей коже, но и глазам. Именно поэтому человек не может долго смотреть на солнышко — срабатывает защитная функция организма и веки начинают непроизвольно закрываться, а глаза — слезоточить.

Если смотреть на солнце долго, то в глазах потемнеет. Это первостепенный признак ожога, который, к счастью, проходит за несколько минут. При более длительном контакте с солнцем риск получить серьезную травму увеличивается.

В медицине существует такое понятие, как «снежная слепота». Так называют ожог сетчатки, возникающий от солнечных УФ-лучей, отраженных от снега.

Теперь вы представляете, насколько разнообразными бывают солнечные ожоги? Получить такое ранение можно запросто, просто прогуливаясь по улице.

Солнечное затмение тоже негативно влияет на зрение, если смотреть на него без солнцезащитных средств. Наши детки с удовольствием наблюдают за этим явлением, пренебрегая средствами защиты.

Обязательно объясните своему чаду, как правильно смотреть на солнечное затмение и какими солнцезащитными средствами нужно пользоваться. Обезопасить контакт с солнцем могут:

притемненные очки;
подкопченное над костром стекло;
фотопленка;
любой затемненный прозрачный предмет.

Слишком яркий свет и сварка — самые частые провокаторы ожогов сетчатки

Слишком яркий свет, направленный прямо в глаза, поражает не только сетчатку, но и роговицу.

Далеко не каждый из нас выступает на сцене и сталкивается с прожекторами. Поэтому получить травму от сварки намного реальнее, чем от прожектора.

Травма глаз из-за кварцевой лампы и лампы Вуда

Вышеперечисленные лампы применяются для проведения различных диагностических и терапевтических манипуляций. С помощью лампы Вуда диагностируют разнотипные дерматологические заболевания, а кварцевой лампой эти заболевания лечат.

Обе лампы выдают ультрафиолетовое излучение, которое, если обращаться с ним правильно, положительно влияет на организм:

повышает защитные свойства иммунитета;
оказывает десенсибилизирующее действие;
улучшает свертываемость крови и кровоток;
повышает липидный (жировой) обмен.

Если использовать такие лампы неправильно, то можно с легкостью спровоцировать серьезный ожог сетчатки.

Лазерные ожоговые травмы глаз

Лазерную ожоговую травму можно получить при лазеркоагуляции или в ходе проведения подобной процедуры. Повреждение появляется из-за мощного строго направленного монохроматического излучения.

При лазерном ожоге страдают пигментные структуры сетчатки и хориоидеи. Из-за этого происходит деструкция пигментного эпителия, сопровождающаяся кровоизлияниями, после которых нередко наступает частичная или полная потеря зрения.

Симптомы ожоговой травмы глаз

Как говорилось в начале статьи, симптомы могут возникнуть не сразу. К первичным признакам относятся:

резкая боль в глазах;
воспаленность, которая сопровождается покраснением и отечностью;
чрезмерная слезоточивость;
отечность век;
боль при попадании яркого света в глаза;
ощущение присутствия некого инородного объекта в глазу.

После получения травмы пострадавший может видеть цветные пятна или расплывчатую картину. При тяжелых травмах зрение теряется полностью.

В ходе работы со сваркой в глаз могут попасть мелкие раскаленные частицы, вызывающие режущую боль. Очень часто пострадавший жалуется на сильную головную боль.

Вышеперечисленные симптомы могут появиться через 8-10 часов после контакта с обжигающим раздражителем. Что делать, если они появились? Срочной идти к офтальмологу! Данный специалист поставит точный диагноз и назначит лечение.

Экстренная помощь при глазных ожогах

Облегчить состояние потерпевшего можно, если своевременно оказать ему экстренную помощь. Интересно ли вам, как это делается? Следуйте инструкции:

В первую очередь, уберите от пострадавшего причину ранения.
Дайте ему обезболивающее или антигистаминное лекарство (при легких ожогах подойдут таблетки, в более серьезных случаях делаются инъекции).
Закапайте в травмированный глаз антибактериальные капли.
Приложите к закрытому глазу холод (ни в коем случае не чистый лед) и закройте его темной повязкой.

Никаких дополнительных действий самостоятельно делать не рекомендуется. Строго запрещается:

промывать ранение водой, так как в ней присутствуют примеси, способные навредить;
тереть и давить на глаза;
накладывать теплый компресс, так как прогревание усугубит воспалительный процесс;
пытаться очистить глазное яблоко от инородных предметов самостоятельно.

Обратиться к офтальмологу в любом случае придется. Лучше сделать это сразу же после оказания экстренной помощи. Чем раньше начнется лечение, тем быстрее пройдет ожог.

Чем лечат обожженную сетчатку?

Изначально потерпевшему назначаются глазные капли на основе цитоплегических препаратов, таких как Скополамин или Атропин.

Такие капли помогут устранить боль и предотвратят спайки. В некоторых случаях к лечению добавляются антибиотики в виде мазей и капель:

Тетрациклин;
Левомицетин;
Ципрофлоксацин.

Пострадавший должен регулярно пользоваться заменителями слезной жидкости. Пораженное глазное яблоко может пересыхать, из-за чего усиливается воспаление. Кроме того, для ускорения регенерации сетчатки можно применять специальные глазные гели: Актовегин и Декспантенол.

В особо тяжелых случаях обожженную сетчатку лечат хирургическим путем. Такая методика назначается в тех случаях, если потерпевший теряет зрение частично или полностью.

Теперь вы знаете о глазных ожогах абсолютно все. Надеюсь, вам не придется столкнуться с такой серьезной травмой. Прочитанным обязательно поделитесь с друзьями из социальных сетей, а также не забудьте подписаться на обновления сайта. Всего вам доброго!

Инородный предмет - объект, который попал в глаз снаружи. Может быть чем угодно: от пылевой частицы до металлического осколка. Посторонний предмет, скорее всего, затронет роговицу или конъюнктиву.

Роговица – специальное защитное покрытие передней части глаза, а конъюнктива - слизистая оболочка, закрывающая белок глаз.

Нужно идти в отделение скорой помощи, если в глазу находится посторонний предмет. Не надо пытаться удалить его самостоятельно.

Роговица представляет собой прозрачный купол, который закрывает переднюю поверхность глаза. Он служит специальным защитным покрытием для передней части глаза. Свет попадает в глаз через роговицу. Он также помогает фокусировать свет на сетчатке.

Конъюнктива представляет из себя слизистую оболочку, покрывающую склеру или белок глаза. Конъюнктива достигает края роговицы. Она также покрывает влажную область под веками.

Посторонний предмет, попавший в переднюю часть глаза, не может потеряться за глазным яблоком, но он может поцарапать роговицу. Эти царапины обычно незначительны. Однако некоторые типы посторонних предметов могут стать причиной заражения или повреждения зрения.

Симптомы инородного тела в глазу

Ощущение дискомфорта;
Ощущение, что в глазу находится какой-то объект;
Головная боль;
Слезоточивость;
Боль про ярком свете;
Чрезмерное моргание;
Покраснения, налитый кровью глаз.

Проникновение постороннего предмета в глаз встречается довольно редко. Обычно объекты, попавшие в глаз, результат интенсивного, быстрого удара, подобного взрыву. Посторонние предметы, проникающие в глаз, называются внутриглазными объектами. Другими симптомами внутриглазного объекта считаются выделение жидкости, кровоточивость глаз.

Причины инородного тела в глазу

В конъюнктиву глаза объекты попадают в результате неудач, возникающих во время повседневного досуга.

Ресницы;
Щепки;
Грязь;
Песок;
Косметические средства;
Контактные линзы;
Металлические детали;
Осколки стекла.

Грязь и песок, обычно, приносит в глаза ветер. Грубые материалы, например металл или стекло, попадают в глаза в результате взрывов или случаев, связанных с использованием инструментов, таких как молотки, электроинструменты или газонокосилки.

Посторонние предметы, попадающие в глаз с высокой скоростью, представляют наибольший риск получения травм.

Если в глазу инородный объект, точная диагностика и правильное лечение предотвратят инфекцию и потенциальные повреждения зрения. Это особенно важно при экстремальных и внутриглазных случаях .

Удаление постороннего предмета самолично может привести к серьезному повреждению глаз .

Имеет острые или грубые края;
Достаточно велик, чтобы препятствовать закрытию глаза;
Содержит химикаты;
Попал в глаз с высокой скоростью;
Вызывает кровотечение в глазу.

Если в глаз попал посторонний предмет, или вы помогаете кому-то с той же проблемой, очень важно немедленно обратиться за медицинской помощью .

Ограничить движение глаз;
Сделать повязку глаза с помощью чистой ткани или марли;
Если объект слишком велик, чтобы сделать повязку, нужно накрыть глаз бумажной чашкой;
Закрыть неповрежденный глаз. Это поможет предотвратить движение в пострадавшем глазу.

У вас все еще есть ощущение, что что-то в глазу есть;
У вас необычное зрение, есть слезоточивость или мигание;
На роговице есть облачное пятно;
Общее состояние глаза ухудшается.
Помощь в домашних условиях

Если есть подозрения, что в глаз попал посторонний предмет, важно своевременно получить лечение, чтобы избежать заражения и дальнейшего повреждения зрения.

Не давите на глаза;
Не используйте около поверхности глаза такие предметы, как пинцеты или ватные тампоны;
Не снимайте контактные линзы, если конечно нет внезапного отека или вы получили химическую травму.

Если есть подозрения, что посторонний предмет попал в глаз, или вы помогаете кому-то другому с той же проблемой, нужно выполнить следующие шаги перед каким либо уходом в домашних условиях:

Помойте руки;
Посмотрите на пораженный глаз в области с ярким светом;
Чтобы исследовать глаз и найти объект, нужно посмотреть вверх, потянув нижнее веко вниз.

Самый безопасный способ удаления постороннего предмета из глаза будет отличаться в зависимости от типа объекта, который надо удалить, и того, где он находится в глазу.

Наиболее распространенным местом нахождения постороннего предмета является верхнее веко.

Погрузите пострадавшую сторону лица в плоский контейнер с водой. Пока глаз находится под водой, нужно несколько раз открыть и закрыть глаз, чтобы вымыть объект;
Тех же результатов можно достичь с помощью наглазника, купленного в аптеке;
Если объект застрял, вытяните верхнее веко и растяните его над нижним веком, чтобы ослабить предмет.

Вытяните нижнее веко или нажмите вниз на кожу под веком, чтобы увидеть, что под ним;
Если объект виден, попробуйте прикоснуться к нему влажной ватной палочкой.

попробуйте вымыть его, пролив воду на веко, когда держите его открытым.
Также можно попробовать использовать наглазник для вымывания объекта.

Придется вымывать частями вместо того, чтобы удалять их целыми по отдельности.

Помощь специалиста

Не удается удалить посторонний предмет дома;
Зрение остается размытым, иным, ненормальным после удаления постороннего предмета;
Первоначальные симптомы разрыва, мигания и припухлости сохраняются и не улучшаются;
Состояние глаза все равно ухудшается.

Нужно пройти осмотр, который состоит из следующих шагов:

Капли для обезболивания, анестезия поверхности глаза;
Краситель флуоресцин. Он светится при специальном освещении, будет нанесен через глазные капли. Краситель показывает поверхностные объекты и ссадины;
Врач будет использовать лупу для обнаружения и удаления посторонних предметов;
Объекты могут быть удалены с помощью влажной ватной палочки или вымыты водой.

Если первоначальными методами не удастся удалить объект, врач может использовать иглы.

Если посторонний предмет вызвал ссадины роговицы, врач может дать антибиотическую мазь , чтобы инфекция не прогрессировала.

Для более крупных ссадин роговицы - глазные капли, содержащие циклопентолат или гоматропин , чтобы держать зрачок расширенным. Болезненные мышечные спазмы могут возникать, если зрачок стягивается до заживления роговицы.

Врач даст ацетаминофен для лечения боли от более крупных повреждений роговицы.

Для дальнейшего исследования внутриглазного объекта может потребоваться КТ или другие исследования.

Предпишут направление к врачу, который специализируется на уходе за глазами для дальнейшей оценки или лечения.

Восстановление

Если удается удалить посторонний предмет из глаза, глаз должен начать выглядеть и чувствовать себя лучше примерно через один-два часа . В течение этого времени любая значительная боль или покраснение должны ослабевать. Раздражающее ощущение или незначительный дискомфорт могут оставаться на день или два .

Повреждения роговицы, вызванные посторонним предметом, обычно заживают в течение 1-3 дней . Тем не менее, инфекции более вероятны, если инородный предмет был грязным, например, содержал почву. Нужно позвонить доктору , если симптомы не улучшаются.

Внутриглазные инородные объекты создадут эндофтальмит . Это инфекция внутренней части глаза. Если посторонний предмет повреждает роговицу или хрусталики глаз, зрение может быть повреждено или потеряно.

Как предотвратить попадание постороннего предмета в глаз?

Трудно предвидеть или избежать случайного попадания постороннего предмета в глаз во время повседневной деятельности.

Можно предотвратить попадание постороннего предмета в глаза, надев специальные очки.

При работе с пилами, строительными машинами или электроинструментами;
При работе с опасными или токсичными химикатами;
При работе с газонокосилками.

Биофизические основы зрения

Глаз человека является оптическим прибором. Несмотря на всю сложность, основные принципы функционирования его светопроводящей системы могут быть описаны законами геометрической оптики. С другой стороны, механизм генерации зрительного ощущения является фотобиологическим процессом. Поэтому изучение светопреобразующей системы глаза требует привлечения законов взаимодействия света с веществом, а также аппарата квантовой механики и квантовой биофизики.

Оптическая система глаза

Глаз имеет не совсем правильную сферическую форму. Его вертикальный, горизонтальный и осевой размеры равны соответственно 23,4; 23,6; 24,3 мм. Свет попадает в глаз через роговицу. Показатель преломления вещества 1,376, радиус кривизны передней поверхности 7,7, задней – 6,8 мм. Эта часть глаза обладает наибольшими преломляющими свойствами: оптическая сила ее передней поверхности – 50 дптр. За роговицей находится хрусталик, представляющий собой двояковыпуклую линзу с радиусом кривизны передней поверхности 10, задней – 6 мм. Хрусталик состоит из пластинчатых слоев, неодинаковых как по радиусу кривизны, так и по показателю преломления. Общий показатель преломления вещества хрусталика 1,414 -1,424, оптическая сила в наиболее уплощенном состоянии 19,1 дптр. Пространство между роговицей и хрусталиком заполнено водянистой влагой, а внутренняя часть глаза – стекловидным телом – прозрачной гелеобразной массой, состоящей из внеклеточной жидкости с коллагеном и гиалуроновой кислотой в коллоидном растворе. Водянистая влага и стекловидное тело имеют показатель преломления 1,336.

Внутренний слой глаза, содержащий зрительные элементы, называется сетчаткой . К сетчатке подходит зрительный нерв, отводящий нервные импульсы в зрительный центр головного мозга. В области примыкания зрительного нерва к сетчатке находится слепое пятно , нечувствительное к свету, а в середине сетчатки – область, где острота зрения при дневном освещении максимальна – желтое пятно .

Через геометрический центр роговицы и хрусталика проходит главная оптическая ось ОО, а через центр хрусталика и желтое пятно – зрительная ось О"О". Зрительная ось совпадает с направлением наилучшей светочувствительности. Угол между главной оптической и зрительной осями составляет примерно 5°.

Рис.1. Положение главной оптической ОО и зрительной О"О" осей.

Так как показатели преломления воздуха и внутренней среды глаза не равны, то

1. Фокусные расстояния f 1 и f 2 не равны . Для сферической поверхности фокусные расстояния, как со стороны предметов, так и со стороны изображения могут быть вычислены по формуле: f = n 2 R/(n 2 -n 1), где n 1 – показатель преломления первой среды (из которой исходят параллельные лучи); n 2 – показатель преломления второй среды; R – радиус кривизны поверхности раздела двух сред. Соответственно оптическая сила сферической поверхности равна: D = 1/f = (n 2 -n 1)/n 2 R. Оптическая сила линзы с двумя преломляющими поверхностями: D = D 1 +D 2 - d/n D 1 D 2 , где D 1 и D 2 – оптическая сила передней и задней поверхностей линзы соответственно; d – расстояние между ними; n – показатель преломления заключенной между ними среды.

2. Главные плоскости оптической системы глаза, перпендикулярные главной оптической оси и проходящие через главные точки Н 1 и Н 2 , не совпадают . Н 1 и Н 2 – это точки, для которых линейное увеличение равно +1: Г = а 2: а 1 = +1, где а 1 – расстояние от предмета до линзы; а 2 – расстояние от линзы до изображения.

3. С главными плоскостями не совпадают плоскости, перпендикулярные главной оптической оси и проходящие через узловые точки N 1 и N 2 . Для этих точек угловое увеличение равно Z = tgφ 2 /tgφ 1 = 1, где φ 1 – угол раскрытия пучка лучей точки предмета; φ 2 - угол раскрытия пучка лучей для сопряженной точки изображения.

Рис.2. Оптические системы глаза: F 1 и F 2 – фокусы; f 1 и f 2 – фокусные расстояния; H 1 и H 2 – главные точки; N 1 и N 2 – узловые точки. Расстояния даны в мм.

Глаз имеет четыре преломляющие поверхности, образованные роговицей, водянистой влагой и хрусталиком. Снаружи эта оптическая система ограничена воздухом, изнутри – стекловидным телом. Часто для упрощения вычисления всю оптическую систему глаза представляют линзой, которая со стороны пространства предметов окружена воздухом, а со стороны пространства изображений – жидкостью с показателем преломления 1,336, главные Н 1 и Н 2 и узловые N 1 и N 2 точки совмещают. Оптическая сила такой системы составляет 58,6 дптр, а сама система называется приведенным редуцированным глазом .

Чем дальше предмет удален от глаза, тем меньше его изображение на сетчатке. Наименьший угол зрения, при котором человек ещё способен видеть отдельно две различные точки предмета (угловая разрешающая способность ), составляет примерно одну минуту. При расположении предмета на расстоянии 25 см линейная разрешающая способность человеческого глаза составляет 70 мкм, а размер изображения этих точек на сетчатке – 5 мкм, что, в свою очередь, равно среднему расстоянию между колбочками.

Рис.3. Построение изображения предмета на сетчатке глаза.

Из геометрической оптики известно, что при равных показателях преломления среды с обеих сторон линзы справедливо соотношение (f 1: а 1) + (f 2: а 2) = 1. Поэтому для получения четкого изображения различно удаленных предметов должно изменяться либо расстояние а 2 , либо фокусное расстояние f 2 . В глазе человека реализуется последний способ. Возможность фокусирования на сетчатке изображений различно удаленных предметов за счет изменения кривизны хрусталика, особенно его передней поверхности, называется аккомодацией . Чем ближе расположен предмет, тем больше должна быть кривизна хрусталика и его оптическая сила.

Хрусталик заключен в капсулу, которая по краям переходит в волокна цилиарной связки. Эти волокна всегда натянуты. Поэтому в расслабленном состоянии хрусталик максимально растянут, и его оптическая сила минимальна. В этом состоянии глаз способен различать предметы, находящиеся только на очень далеком расстоянии. Механическое напряжение волокон цилиарной связки регулируется цилиарной мышцей. При сокращении мышцы, иннервируемой парасимпатическими волокнами глазодвигательного нерва, натяжение цилиарной связки уменьшается, и хрусталик за счет своей эластичности принимает более выпуклую форму. С возрастом в результате обезвоживания эластичность хрусталика уменьшается, в результате чего ограничивается возможность регуляции его радиуса кривизны, развивается так называемая старческая дальнозоркость . При этом рассматривание близких предметов, требующее для аккомодации малых радиусов кривизны хрусталика, затруднено, а далеко расположенные предметы видны по-прежнему хорошо. У здорового молодого человека аккомодация не вызывает напряжения при рассматривании предметов, находящихся на расстоянии более 25 см. Это наименьшее расстояние называется расстоянием наилучшего видения .

Недостатки оптической системы глаза человека

Оптическая система глаза имеет ряд недостатков. Роговица и хрусталик чаще всего имеют неправильную сферическую форму и напоминают собой сегмент эллипсоида вращения. Это приводит к явлению астигматизма . При этом оптическая сила в вертикальной плоскости не равна оптической силе в горизонтальной плоскости (обычно первая несколько больше второй), то есть глаз по вертикали может быть близоруким, а по горизонтали – дальнозорким. Астигматизм присущ в небольшой степени почти всем людям. Если разница в оптических силах не превышает 0,5 дптр, то астигматизм называют «физиологическим» и не корректируют очками. При большей степени дефекта зрение корригируется цилиндрическими линзами, а при «нерегулярном» астигматизме – только контактными линзами.

Другими недостатками оптической системы глаза являются сферическая и хроматическая абберация.

Сферическая абберация возникает из-за того, что фокусное расстояние центральной части и роговицы, и хрусталика больше фокусного расстояния периферической части. Этот недостаток почти не проявляется при малых значениях диаметра зрачка, когда вклад периферических отделов оптической системы в построение изображения невелик. С увеличением диаметра зрачка изображение становится все более нерезким.

Хроматическая абберация возникает вследствие явления дисперсии белого света: показатель преломления света зависит от его длины волны, чем она короче, тем больше показатель преломления. Поэтому синие предметы, требующие меньшей аккомодации, кажутся более удаленными, чем расположенные на том же расстоянии красные предметы. Этот эффект широко использовался при создании витражей готических храмов: фон делался синим, а все остальные предметы и фигуры окрашивались в другие цвета. В результате плоское изображение приобретало объем. Помимо естественных недостатков существуют патологии зрения. На рисунке 4 приведены примеры хода лучей в нормальном (а), близоруком (б) и дальнозорком (в) глазе.

При близорукости (миопии) вследствие увеличения переднезаднего размера глазного яблока фокус расположен перед сетчаткой, что вызывает размытое изображение далеко расположенных предметов. Для близорукого глаза расстояние наилучшего видения меньше 25 см. Этот недостаток зрения корригируется рассеивающими (вогнутыми) линзами. При дальнозоркости (гиперметропии), наоборот, осевая длина глазного яблока уменьшена, и лучи фокусируются за сетчаткой. Далеко расположенные предметы при этом видны отчетливо, а для рассматривания близко расположенных предметов необходима коррекция собирающими (выпуклыми) линзами. Расстояние наилучшего видения для дальнозорких людей – больше 25 см.

Молекулярный механизм зрения

Функциональные особенности фоторецепторных клеток

В основе зрения лежит способность светочувствительных клеток сетчатки реагировать на изменение светового потока. Глаз позвоночных содержит два вида рецепторных клеток: палочки, являющиеся более чувствительными к свету и обеспечивающие зрение в сумерках и ночью (скотопическое зрение ), и колбочки, обеспечивающие восприятие зрительных образов при ярком освещении и цветовое зрение (фотопическое зрение ). Колбочки, кроме того, обладают лучшей способностью к восприятию деталей изображения и поэтому значительно улучшают разрешающую способность глаза. Кривая спектральной чувствительности глаза имеет максимум около 500 нм при скотопическом зрении и около 555 нм при фотопическом.

Палочки имеют длину 63-81 мкм, диаметр 1,8 мкм; для колбочек эти параметры равны соответственно 35 и 5-6 мкм. На сетчатке глаза человека находится приблизительно 110-125 млн палочек и 6-7 млн колбочек. Палочки и колбочки расположены на сетчатке неравномерно: в центре её напротив зрачка в области желтого пятна находятся в основном колбочки, на периферии – только палочки. В связи с этим для получения наилучшего качества изображения световой поток должен попадать в центр сетчатки.

Сетчатка состоит из нескольких слоев клеток. Ближе всего к свету расположены слои нервных клеток, отводящие электрические сигналы от палочек и колбочек в мозг. Далее располагаются сами фоторецепторные клетки. Каждая из них имеет два сегмента: наружный и внутренний, соединенные между собой тонкой ножкой. Своим наружным сегментом, содержащим зрительные пигменты, эти клетки ориентированы в сторону, противоположную свету. Зрительные пигменты имеют в своем составе хромофор, который поглощает свет. Таким образом, свет, прежде чем попасть на зрительные пигменты, должен пройти через роговицу, хрусталик, стекловидное тело и несколько слоев клеток. При этом поглощается не более 50% света. Дополнительные потери возникают в связи с тем, что одна часть света отражается от роговицы, а другая, прошедшая мимо светочувствительных элементов, поглощается клетками эпителия глаза. И только 10% квантов света, попавших на глаз, поглощаются зрительными пигментами в палочках.

У человека наружный слой сетчатки покрыт слоем, в состав которого входит пигмент фуксин, обладающий большим коэффициентом поглощения. В отсутствие отражения и рассеяния света четкость изображения повышается. У некоторых ночных животных между зрительными элементами и пигментным слоем имеется отражающий слой, благодаря которому не зрительные пигменты попадают не только прямые, но и отраженные лучи. В результате в условиях дефицита освещенности повышается возможность восприятия света. За счет отражения падающего света у таких животных глаза в темноте светятся.

Закон Вебера и психофизический закон Вебера-Фехнера

Минимальная яркость светового пятна, которую способен воспринять глаз на абсолютно черном фоне при полной световой адаптации, называется абсолютным порогом чувствительности . Для человека эта величина составляет (2,1-5,7) 10 -17 Дж. Это соответствует 58-148 квантам сине-зеленого цвета. Минимальная обнаруживаемая разность между яркостью освещенного фона и яркостью светового пятна называется разностным порогом чувствительности . А отношение минимальной обнаруживаемой разности к яркости освещенного фона называется дифференциальным порогом . Согласно закону Вебера , дифференциальный порог остается постоянным при изменении яркости фона. Таким образом, величина разностного порога чувствительности увеличивается с увеличением яркости фона.

Зависимость между интенсивностью ощущения и интенсивностью света описывается законом Вебера-Фехнера : если интенсивность света возрастает по логарифмическому закону, то интенсивность ощущения света растет линейно: ψ = k ln I/I 0 , где I – интенсивность света; I 0 – абсолютный порог чувствительности; k – константа. Этот закон носит также название психофизического закона Вебера-Фехнера . Он пригоден для описания любых сенсорных процессов, кроме процессов, идущих при очень слабой стимуляции.

Изомеризация ретиналя

Изомеризация ретиналя является первичным фотохимическим процессом. Лучше всего фотопроцессы изучены в палочках. В ответ на поглощение квантов света их мембраны, содержащие зрительный пигмент родопсин, генерируют электрический сигнал. Родопсин является хромопротеином. Он состоит из белковой части – опсина и небелковой – ретиналя (половины молекулы β–каротина). Ретиналь является хромофором родопсина. Он имеет множество изомеров, но в зрительных пигментах встречается только как 11-цис-ретиналь, а в некоторых редких случаях как 9-цис-ретиналь. Ретиналь связан с опсином ковалентной протонировнной альдиминовой связью. Эта связь располагается между альдегидной группой ретиналя и ε–аминогруппой лизина молекулы опсина.

В молекуле опсина выделяются большой гидрофобный участок, погруженный в фосфолипидную мембрану, и меньший гидрофильный, выступающий над её поверхностью. Фоторецепторная мембрана отличается крайне низкой вязкостью вследствие высокого содержания полиненасыщенных жирных кислот. Это способствует быстрой вращательной и латеральной диффузии молекул родопсина и облегчает их конформационные превращения после поглощения света.

Изолированный ретиналь имеет максимум поглощения в области 370-380, а опсин – в области 278 нм. Их взаимодействие сдвигает максимум спектра поглощения родопсина в видимом диапазоне в область 500 нм. Это явление называется батохромным сдвигом . Кроме этого родопсин имеет ещё один максимум поглощения - на длине волны 350 нм (ультрафиолетовая область). Благодаря преимущественному поглощению зеленых и голубых лучей, изолированный родопсин имеет красный цвет. Со спектром поглощения родопсина совпадает спектр поглощения палочек, который близок к кривой спектральной чувствительности скотопического зрения.

В темноте ретиналь находится в цис-конфигурации, что обеспечивает его полное стерическое соответсвие молекуле опсина. Поглощение фотона π–электронами сопряженных двойных связей переводит молекулу ретиналя в возбужденное состояние и вызывает разрыв π–связи. Тогда одна часть молекулы поворачивается вокруг оставшейся σ–связи, и ретиналь переходит в полностью транс-конфигурацию. После ряда превращений, в ходе которых происходит депротонирование и изменение конформации опсина, связь между ретиналем и опсином разрывается. Выделившийся при этом ретиналь находится в транс-конфигурации. Этот процесс называется фотолизом родопрсина . Обратное превращение транс-ретиналя в 11-цис-ретиналь происходит с помощью фермента ретинальизомеразы, после чего 11-цис-ретиналь присоединяется к опсину с образованием родопсина.

Рис.5. Структура органа зрения:

1 – разрез глаза; 2 – колбочки; 3 – палочки (М-скопление митохондрий); 4 – диск наружного сегмента палочки; 5 – фрагмент мембраны диска со встроенной в неё молекулой родопсина; 6 – хромофорная группировка родопсина – ретиналь в 11-цис и полностью транс-конформациях.

Механизм возникновения электрического сигнала

Для возникновения сигнала, передающего информацию о зрительном ощущении в мозг, необходимо изменение трансмембранного потенциала палочки.

В состоянии покоя цитоплазматическая мембрана наружного сегмента палочек проницаема в основном для натрия, а не для калия. Поэтому в отличие от всех других известных клеток, цитоплазма наружного сегмента палочек заряжена положительно. Поглощение кванта света и следующие за ним фотопревращения родопсина приводят к тому, что проницаемость палочек для натрия уменьшается. Каждый поглощенный квант вызывает блокаду 100-300 натриевых каналов. Предполагается, что механизмом передачи информации о фотолизе родопсина натриевым каналам является блокада, вызываемая внутриклеточными медиатороми, которые появляются при воздействии света на зрительные пигменты. Этими медиаторами являются ионы кальция и циклический 3"-5"-гуанозинмонофосфат (цГМФ). При возбуждении изменяется только проницаемость мембраны для натрия, для других ионов эта величина остается на прежнем уровне. Поэтому в условиях блокады натриевых каналов на первое место выступают калиевые. Диффузия К + наружу из клетки в сторону меньшей концентрации вызывает появление там положительного заряда, а в клетке, наоборот, - отрицательного.

Формирование электрических потенциалов сетчатки

Сразу после поглощения кванта света возникает ранний рецепторный потенциал (РРП) продолжительностью 1 мс. Предполагается, что РРП вызывается перемещением молекулы родопсина в мембране при конформационных превращениях в нем. Молекула родопсина содержит фиксированные заряды, и их смещение относительно липидного бислоя приводит к формированию РРП. Амплитуда РРП зависит от интенсивности вспышки, но не превышает 5 мВ. Чем меньше квантов света падает на сетчатку, тем выше вероятность их взаимодействия с молекулами невыцветшего родопсина и соответственно выше амплитуда РРП.

Через 1 мс после РРП возникает поздний рецепторный потенциал (ПРП), вызываемый уже не конформационными перестройками молекулы родопсина, а транспортом ионов через мембрану. Амплитуда ПРП растет с увеличением интенсивности света по закону A = α I/ I+ kI s , где I s – интенсивность светового стимула (число фотонов, падающих за единицу времени на единицу площади); α и k – константы, зависящие от длины падающего света.

Зрительный пигмент колбочек отличается от такового для палочек. В качестве хромофора по-прежнему выступает 11-цис-ретиналь, а белковая часть образована светочувствительным элементом йодопсином. Существуют три вида йодопсинов, имеющих максимумы поглощения при 445 нм (синий цвет), 535 нм (зеленый) и 570 нм (оранжевый). Каждая колбочка имеет только один вид этих молекул. Согласно трехкомпонентной теории зрения, сформулированной в 1801 году Т.Юнгом и развитой затем Г.Гельмгольцем, всякий цвет оказывает воздействие на каждый тип колбочек, но в разной степени. Комбинация полученных сигналов передается в головной мозг, где анализируется. В результате возникает ощущение того или иного цвета. В настоящее время эта теория работает только для колбочек, однако на уровне сетчатки и нейронов действуют другие механизмы, которые еще до конца не изучены.

Иногда вследствие генетических заболеваний нарушается синтез красного или зеленого йодопсина. Нарушение восприятия какого-либо цвета называется дальтонизмом . Так как информация о патологии цветового восприятия передается по наследству как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой, то дальтонизмом чаще всего страдают мужчины (примерно 8%) и гораздо реже женщины (менее 0,4%).

Глазное яблоко представляет собой сферу диаметром около 25 мм, состоящую из трёх оболочек. Наружная, фиброзная оболочка, состоит из непрозрачной склеры толщиной около 1мм, которая спереди переходит в роговицу.

Снаружи склера покрыта тонкой прозрачной слизистой оболочкой — конъюнктивой. Средняя оболочка называется сосудистой. Из её названия понятно, что она содержит массу сосудов, питающих глазное яблоко. Она образует, в частности, цилиарное тело и радужку. Внутренней оболочкой глаза является сетчатка.
Глаз имеет также придаточный аппарат, в частности, веки и слёзные органы. Движениями глаз управляют шесть мышц — четыре прямые и две косые.

Строение переднего отрезка глаза

Свет, попадая в глаз, сначала проходит через роговицу — прозрачную линзу, имеющую куполообразную форму (радиус кривизны примерно 7,5 мм, толщина в центральной части примерно 0,5 мм). В ней отсутствуют кровеносные сосуды и имеется много нервных окончаний, поэтому при повреждениях или воспалении роговицы развивается так называемый роговичный синдром, (слезотечение, светобоязнь и невозможность открыть глаз).
Передняя поверхность роговицы покрыта эпителием, который обладает способностью к регенерации (восстановлению) при повреждении. Глубже располагается строма, состоящая из коллагеновых волокон, а изнутри роговица покрыта одним слоем клеток — эндотелием, который при повреждении не восстанавливается, что приводит к развитию дистрофии роговицы, то есть к нарушению её прозрачности.
Поэтому во время проведения полостных операций глаза (когда манипуляции проводятся с внутренней стороны роговицы) этот слой всегда требует защиты специальными веществами — вискоэластиками.

Периферия роговицы по всей окружности практически соединяется с радужкой, образуя так называемый угол передней камеры, через анатомические элементы которого (шлеммов канал, трабекула и другие образования, имеющие общее название — дренажные пути глаза), происходит отток жидкости, постоянно циркулирующей в глазу, в венозную систему.

Эта способность, называемая аккомодацией, с возрастом (после 40 лет) теряется из-за уплотнения вещества хрусталика — зрение вблизи ухудшается.
Иногда цинновы связки полностью или частично отрываются (в результате травмы или с возрастом) от места своего прикрепления и хрусталик меняет своё положение — происходит его так называемый подвывих или вывих. При наличии катаракты такое положение хрусталика может вносить свои коррективы в операцию по ее удалению.
Хрусталик по своему строению похож на имеющую одну косточку виноградину — в нём есть оболочка — капсульный мешок, более плотное вещество — ядро (напоминающее косточку), и менее плотное вещество (напоминающее виноградную мякоть) — хрусталиковые массы. В молодости ядро хрусталика мягкое, однако, к 40-50 годам оно уплотняется. Передняя капсула хрусталика обращена к радужке, задняя — к стекловидному телу, а границей между ними служат цинновы связки. Такое подробное описание анатомии хрусталика даст нам возможность понять, каким образом удаляется катаракта — мутный хрусталик, а также как в глаз имплантируется искусственный хрусталик.

Строение заднего отрезка глаза

За хрусталиком располагается стекловидное тело, занимающее большую часть глаза и придающее ему форму. Других функций оно не имеет, а свет практически не преломляет. Оно имеет желеобразную структуру в большинстве случаев, однако иногда оно может разжижаться. С другой стороны, в нем могут появляться уплотнённые участки в виде нитей или глыбок, наличие которых пациент ощущает в виде «мушек» и плавающих точек. Считается, что такие изменения часто возникают при близорукости и и усиливаются с ростом её степени, а также с увеличением возраста пациента. В некоторых местах стекловидное тело тесно спаяно с сетчаткой, поэтому при образовании в нём уплотнений, стекловидное тело может тянуть на себя сетчатку, иногда вызывая ее отслойки.

Некоторые воспалительные заболевания глаз (так называемые увеиты), также могут приводить к появлению выраженных помутнений в стекловидном теле.
Стекловидное тело изучено очень мало. В некоторых ситуациях (если за счёт помутнений зрение пациента значительно снижается) оно может быть замещено специальным раствором (правда, путём достаточно сложной операции).

Врач при помощи специальной аппаратуры осматривающий глазное дно через зрачок пациента, видит место выхода зрительного нерва в виде диска (ДЗН), который в норме имеет бледно-розовый цвет. В центре ДЗН виден сосудистый пучок- место входа на сетчатку глазной вены и артерии. Недалеко от ДЗН видна так называемая макула (ML) или жёлтое пятно (названо по соответствующему световому рефлексу, получаемому в норме при осмотре)- точка сетчатки, ответственная за центральное зрение.

Разделы