Глаз: строение органа зрения

Палочки и колбочки — строение, основные функции, диагностика заболеваний в МГК

Данные фоторецепторы имеют форму цилиндра, длина которого составляет примерно 0,06 мм, а диаметр около 0,002 мм. Таким образом, подобный цилиндр действительно весьма похож на палочку. Глаз здорового человека содержит примерно 115-120 млн. палочек.

Палочку глаза человека можно разделить на 4 сегментарные зоны:

1 — Наружная сегментарная зона (включает мембранные диски, содержащие родопсин),2 — Связующая сегментарная зона (ресничка),3 — Внутренняя сегментарная зона (включает митохондрии),

4 — Базальная сегментарная зона (нервное соединение).

Палочки в высшей степени светочувствительны. Так, для их реакции, достаточно энергии 1 фотона (мельчайшей, элементарной частицы света). Данный факт очень важен при ночном зрении, что позволяет видеть при низком освещении.

Палочки не могут различать цвета, это, в первую очередь, связано с присутствием в них только одного пигмента — родопсина. Пигмент родопсин, называемый иначе зрительным пурпуром, благодаря включенным группам белков (хромофорам и опсинам) имеет 2 максимума светопоглощения.

 Правда, один из максимумов существует за гранью света, видимого человеческим глазом (278 нм – область уф-излучения), поэтому, наверное стоит называть его максимумом волнопоглощения.

Достоверно известно, родопсин, присутствующий в палочках, реагирует на свет много медленнее, чем йодопсин, содержащийся в колбочках. Потому, для палочек характерна слабая реакция на динамику световых потоков, и кроме того, они плохо различают движения объектов. И острота зрения не является их прерогативой.

Колбочки сетчатки глаза

Эти фоторецепторы, также получили свое название благодаря характерной форме, схожей с формой лабораторных колб. Длина колбочки составляет приблизительно 0,05 мм, диаметр ее в наиболее узком месте равен примерно 0,001 мм, а в самом широком — 0,004. Сетчатка здорового взрослого человека содержит около 7 млн. колбочек.

Колбочки имеют меньшую чувствительность к свету. То есть для возбуждения их деятельности потребуется световой поток, который в десятки раз более интенсивен, чем для возбуждения работы палочек.

Но колбочки обрабатывают световые потоки значительно интенсивнее палочек, поэтому они лучше воспринимают и их изменение (к примеру, лучше различают свет при движении объектов, в динамике относительно глаза).

Кроме того, они более четко определяют изображения.

Колбочки человеческого глаза, также включают 4 сегментарные зоны:

1 — Наружная сегментарная зона (включает мембранные диски, содержащие йодопсин),2 — Связующая сегментарная зона (перетяжка),3 — Внутренняя сегментарная зона (включает митохондрии),

Причина вышеописанных свойств колбочек — это содержание в них специфического пигмента йодопсина.

Сегодня выделены и доказаны 2 вида данного пигмента: эритролаб (йодопсин, чувствительный к красному спектру и длинным L-волнам), а также хлоролаб (йодопсин, чувствительный к зеленому спектру и средним M-волнам).

Пигмент, который чувствителен к синему спектру и коротким S-волнам, пока не найден, хотя название за ним уже закрепилось – цианолаб.

Ее приверженцы считают, что все колбочки, включают в себя эритролаб, и хлоролаб одновременно, а потому способны воспринимать цвета и красного, и зеленого спектра. Роль цианолаба, при этом, выполняет выцветший родопсин палочек. Эту теорию подтверждают и примеры людей, страдающих дальтонизмом, а именно невозможностью различать синюю часть спектра (тританопия).

Они так же испытывают затруднения с сумеречным зрением (гемералопия), что является признаком аномальной деятельности палочек сетчатки глаза.

Симптомы поражения палочек и колбочек сетчатки

• Снижение остроты зрения.
• Нарушение цветовосприятия.
• «Молнии» перед глазами.
• Сужение поля зрения.
• Пелена перед глазами.
• Ухудшение сумеречного зрения.

Болезни, затрагивающие палочки и колбочки

Поражение палочек и колбочек глаза возможно при различных патологиях сетчатки:

• Гемералопия («куриная слепота»).
• Макулодистрофия.
• Пигментная абиотрофия сетчатки.
• Дальтонизм.
• Отслойка сетчатки.
• Воспаление сетчатки (ретинит, хориоретинит).

Какие у животных поля зрения?

Поле зрения — пространство, воспринимаемое глазом при неподвижном взгляде. Можно выделить два основных типа зрения:

• бинокулярное зрение — восприятие окружающих предметов двумя глазами
• монокулярное зрение — восприятие окружающих предметов одним глазом

Бинокулярное зрение имеется далеко не у всех видов животных и зависит от строения и взаиморасположения глаз на голове. Бинокулярное зрение позволяет совершать тонкие координированные движения передними конечностями, прыжки, легко передвигаться.

Хищникам бинокулярное восприятие объектов охоты помогает правильно оценить расстояние до намеченной жертвы и выбрать оптимальную траекторию нападения. У собак, волков, койотов, лисиц, шакалов угол бинокулярного поля равен 60-75°, у медведей 80-85°. У кошек 140°(зрительные оси обоих глаз почти параллельны).

Монокулярное зрение с большим полем позволяет потенциальным жертвам (сурки, суслики, зайцы, копытные и т. п.) вовремя заметить опасность. достигает у грызунов 360°, у копытных 300-350°, у птиц достигает более 300°. Хамелеоны и морские коньки умеют смотреть сразу в двух направлениях, т.к. их глаза двигаются независимо друг от друга.

Дневное и ночное зрение

Изучая спектры поглощения родопсина, можно заметить, что восстановленный родопсин отвечает за восприятие света в условиях низкой освещенности. При дневном свете этот пигмент разлагается, и максимальная чувствительность родопсина смещается в синюю спектральную область. Это явление получило название эффект Пуркинье.

При ярком освещении палочка перестает воспринимать дневные лучи, а эту роль на себя берет колбочка. При этом происходит возбуждение фоторецепторов в трех областях спектра (синий, зеленый, красный). Далее эти сигналы преобразуются и направляются в центральные структуры мозга. В результате формируется цветное оптическое изображение. Для полного восстановления родопсина в условиях низкой освещенности требуется коло получаса. В течение всего этого времени происходит улучшение сумеречного зрения, которое достигает максимума по окончании периода восстановления пигмента.

Биохимик М.А. Островский провел ряд фундаментальных исследований и показал, что палочки, содержащие пигмент родопсин, участвуют в восприятии объектов в условиях низкого освещения и отвечают за ночное зрение, которое имеет черно-белую окраску.

Колбочки сетчатки

Фоторецептор по внешнему виду напоминает конус. В сетчатой оболочке сосредоточенно до семи миллионов колбочек. Однако, большое количество не означает гигантские параметры. Элемент имеет скромную длину (всего 50 мкм), ширина равняется четырем миллиметрам. Содержат пигмент йодопсин. Менее чувствительны, чем палочки, но быстрей реагируют на движения.

Строение колбочек

В состав рецептора входят:

• Наружный элемент (мембранные диски);
• Промежуточная часть (перетяжка);
• Внутренний отдел (митохондрии);
• Синаптическая область.

Трехкомпонентная гипотеза цветовосприятия

Существует три типа колбочек, каждая из которых содержит уникальную разновидность йодопсина и воспринимает определенную часть цветового спектра:

• Хлоролаб (M-тип). Реагирует на желтый и зеленый оттенки;
• Эритролаб (L-тип). Воспринимает желто-красную гамму;
• Цианолаб (S-тип). Отвечает за реакцию на синюю и фиолетовую часть спектра.

Современные ученые, изучающие трехкомпонентную систему зрительного восприятия, отмечают ее несовершенство, поскольку научно не доказано существование трех типов колбочек. К тому же на сегодняшний день так и не обнаружен пигмент цианолаб.

Двухкомпонентная гипотеза цветовосприятия

Данная гипотеза утверждает, что в состав колбочек входит только эритолаб и хлоролаб, воспринимающие длинную и среднюю часть цветового спектра, соответственно. За короткие волны «отвечает» родопсин, являющийся главным компонентом палочек.

В пользу данного утверждения говорит то, что пациенты, не различающие синий спектр (т.е. короткие волны), страдают от проблем с ночным зрением.

Нарушение функционирования палочек и колбочек сетчатки глаза

Не всегда наши органы работают как часы, иногда возникают различные нарушения. Случается такое и в службе фоторецепции. Тревогу следует поднимать при появлении следующих симптомов:

1. Падение остроты;
2. Тусклое восприятие цветов;
3. Появление пленки перед глазами;
4. Сужение полей зрения;
5. Мелькание, сполохи, вспышки перед взором;
6. Проблемы с распознаванием деталей в сумерках.

Заболевания, связанные с поражением палочек и колбочек немногочисленны, но серьезны. Часть из них обусловлена генетически, часть приобретается в течение жизни.

Гемералопия

Широкую известность имеет под названием “куриная слепота”. Резкое нарушение сумеречного зрения, связано с патологией в работе палочек – нарушением синтеза родопсина. Выделяют три разновидности:

• Врожденная – наследственно обусловлена, проявляется в раннем детстве, неизлечима;
• Эссенциальная – развивается на фоне резкой недостачи витаминов А, РР и В, толчком могут послужить заболевания эндокринной системы, ЖКТ, печени, диеты, инфекции; лечится диетотерапией и приемом витаминных капель;
• Симптоматическая – проявляется как сопутствующее явление при других глазных заболеваниях, лечится в комплексе с основной причиной.

Макулодистрофия

Патология центральной части сетчатки, где расположены фотопигменты. Связано с сосудистыми патологиями. При влажной форме позади сетчатки возникают новые сосуды, вызывающие кровоизлияния и повреждение светочувствительных клеток. При сухой форме истончается макула (центр сетчатки), при этом процессе погибают клетки пигментов. Эффективных форм лечения нет.

Пигментная абиотрофия сетчатки

Генетически обусловленное поражение палочек. На поздних стадиях страдают и колбочки. Заболевание протекает длительно, в течение нескольких десятков лет. Начинается в детском возрасте – прогрессирует разрушение наружного слоя сетчатки. Постепенно процесс переходит на центральные зоны. Лечение отсутствует, применяют витаминотерапию для торможения патологии.

Дальтонизм

Наследственная патология. В большинстве случаев страдают мужчины, женщины – носительницы. Передается с х-хромосомой матери, поэтому у девочки замещается здоровыми генами х-хромосомы отца. Возможен обратный вариант, но в любом случае ребенок становится носителем дефектной хромосомы. Только при встрече носителя женского пола и больного – мужского, возможно проявление дальтонизма у дочерей, вероятность крайне низка. Проявляется в отсутствии способности различать цвета. Выделяют четыре вида:

1. Протанопия – не различаются красные цвета;
2. Тританопия – сине-фиолетовый спектр;
3. Дейтеранопия – отсутствие восприятия зеленого;
4. Ахроматопсия – полностью отсутствует способность воспринимать цвет.

Излечение невозможно.

Хориоретинит

Воспаление сосудистой оболочки. Страдает сетчатка. Причины разнообразны. Лечение проводится в соответствии с возбудителем – антибактериальная, противовоспалительная, дезинтоксикационная, иммунотерапия.

Отслойка сетчатки

Процесс отторжения эпителия сетчатки от фоторецепторного слоя вследствие скопления жидкости между ними. Может быть вызвано нарушениями трофики, работы эндокринной системы организма, травмами, воспалениями, кровоизлияниями, анемиями. Лечение хирургическое.

Функции колбочек в сетчатке глаза

Колбочки по форме смахивают на колбы, применяющиеся при лабораторных исследованиях. В сетчатки глаза у людей размещается приблизительно семь миллионов таких рецепторов. Одна колбочка в своем составе имеет четыре элемента.

1. Поверхностный слой представляется мембранными дисками, которые наполнены цветовым пигментом под названием йодопсин.
2. Связующий ярус является вторым слоем в колбочках. Его основной ролью выступает перетяжка, которая формирует определенный вид у рецепторов.
3. Внутренней частью колбочек являются митохондрии.
4. В центральной части рецептора расположился основной сегмент, осуществляющий функцию связующих звеньев.

Цветовой пигмент йодопсин подразделяют на несколько типов. Это обеспечивает полноценную восприимчивость колбочек при определении разных участков светового спектра. При доминантности разных типов пигментов колбочки подразделяются на три основных типа. Все они воздействуют настолько слаженно, что дает людям при прекрасном зрении воспринимать все цвета видимых объектов.

Способность к цветовой восприимчивости глаза

Палочки и колбочки нужны не только для того, чтобы отличать дневное и вечернее зрение, но и определять цвета на картинках. Строение зрительного органа выполняет множество функций: благодаря ему воспринимается огромная площадь окружающего мира. Ко всему этому, человек имеет одно из интересных свойств, которое подразумевает под собой бинокулярное зрение. Рецепторы принимают участие в восприятии цветовых спектров, в результате чего человек является единственным представителем, который различает все краски мира.

[править] Источники

1. G. Osterberg (1935). «Topography of the layer of rods and cones in the human retina, » Acta Ophthalmol., Suppl. 13:6, pp. 1-102.
2. Wolken J. J. 1966. Vision, Thomas C. C.
3. De Robertis E. I., A. Lasansky. 1961. In^ The strukture of the Eye. New York — London : 29
4. Wald G., P. K. Brown, J. R/ Gibbons. 1963. Jur. Opt. Soc. Amer., 53 : 20
5. Островский М. А. 1961. Жур. Общей биол., 22 : 471
6. Лукашевич Т. П. 1962. Доклад АН СССР, 145 : 669
7. Островский М. А. 1961. Жур. Общей биол., 22 : 474
8. Вальцев В. Б. 1965. Жур. Высш. Нервн. Деят., 5 : 934
9. Вальцев В. Б. 1966. Жур. Высш. Нервн. Деят., 16 : 535
10. Н. Грин, У.Стаут, Д.Тейлор, Биология: в 3-х т, пер.с англ./ под.ред. Р.Сопера, Мир, т.2, 280—281
11. Zaidi FH, Hull JT, Peirson SN, Wulff K, Aeschbach D, Gooley JJ, Brainard GC, Gregory-Evans K, Rizzo JF 3rd, Czeisler CA, Foster RG, Moseley MJ, Lockley SW. Short-wavelength light sensitivity of circadian, pupillary, and visual awareness in humans lacking an outer retina. Curr Biol. 2007 Dec 18;17(24):2122-8 Abstract.
12. Нюберг Н. Д., Юстова Е. Н., 1955. Тр. Гос. оптич. инст., 24 : 33.
13. Д. Хьюбел Глаз, мозг, зрение. — под ред. А. Л. Бызова. — М.: Мир, 1990. — 172 с.
14. W. B. Marks, W. U. Dobelle, E. F. Mac Nichol Visual Pigments of Single Primate Cones = «Science», v 143, 1964, p 1181. — Department of Biophysics, Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland 21218: «Science», v 143, 1964, p 1181, 1964. — Т. v 143. — С. p 1181.
15. http://www.conesandcolor.net/_F_CSM.htm
16. http://prometheus.med.utah.edu/~marclab/Marc_Duanes_FNAR_20080815_layout.pdf
17. http://www.ghuth.com/curriculum-vitae/
18. http://www.conesandcolor.net/home.htm

Особенности передачи световых импульсов

Палочки и колбочки воспринимают поток света и направляют его в центральную нервную систему. Обе клеточки способны плодотворно трудиться в дневное время суток. Главное отличие заключается в том, что колбочки обладают более высокой светочувствительностью, чем палочки.

За передачу сигнала ответственны интернейроны, к каждой клеточке прикреплено одновременно несколько рецепторов. При соединении ряда палочек, повышается степень чувствительности зрительного аппарата. В офтальмологии явление носит название «конвергенция». Благодаря ей человек может одновременно осматривать сразу несколько зрительных полей и улавливать малейшие колебания световых потоков.

Как работают фоторецепторы

Функционирование колбочек и восприятие ими различных цветов и оттенков до сих пор не имеет общепризнанного научного объяснения. Но на сегодняшний день существует две основные гипотезы, описывающие эти процессы.

Сторонники этой гипотезы утверждают, что в сетчатке глаза человека имеется три разных вида колбочек, в каждом из которых содержится определенный пигмент. Дело в том, что йодопсин – это неоднородное вещество, есть три его разновидности. Из них лишь два – эритролаб и хлоролаб – найдены и описаны учеными. Третий пигмент, цианолаб, существует лишь в теории, и его присутствие подтверждается лишь косвенными доказательствами.

Колбочки сетчатки глаза, содержащие эритролаб, принимают длинноволновое излучение, то есть желто-красную часть спектра.

Эта теория, наоборот, отрицает наличие третьего пигмента, цианолаба. Она предполагает, что для восприятия данной части спектра излучения достаточно работы палочек. Таким образом, сетчатка воспринимает все видимые цвета при совместном функционировании обоих видов фоторецепторов. Причем, сторонники этой гипотезы подчеркивают, что эти чувствительные структуры способны определить содержание желтого цвета в смеси видимых оттенков.

Строение

Палочки

Палочка складывается из четырех базовых элементов:

• Наружный – в нем находятся мембранные диски в большом количестве, которые заключают в себе молекулы со зрительным пигментом родопсином, отвечающим за передачу световых ощущений;
• Связующий – ресничка, соединяющая наружные и внутренние элементы конструкции;
• Внутренний – в нем находится ядро, митохондрии – поставщики энергии, полирибосомы – участники синтеза белков для наружных элементов;
• Нервные окончания – интернейроны.

Сигналы с сетчатки собираются не одной палочкой, а объединенной группой, что увеличивает чувствительность зрения на периферии.

Колбочки

Также с четырехкомпонентным строением:

1. Наружный – хранит мембранные полудиски с молекулами пигмента йодопсина, отвечающим за цветопередачу;
2. Связующий – перетяжка, компоненты – цитоплазма и пара ресничек;
3. Внутренний – ядро, митохондрии, полирибосомы;
4. Синаптический – место связи нейрона со специальными ганглиозными клетками, обеспечивающими содружество палочек и колбочек.

Способность к восприятию цветов

Оба фоторецептора требуются глазам для различения дневного и ночного зрения, выявления цветных изображений. Уникальное строение ока дарит человеку огромное количество возможностей: видеть в любое время суток, воспринимать большую площадь окружающего мира и т.д.

Также глаза человека имеют необычную способность – бинокулярное зрение, значительно расширяющее обзор. Палочки и колбочки принимают участие в восприятии всего цветового спектра, поэтому в отличие от животных, люди различают все оттенки окружающего мира.

Палочки и колбочки участвуют в восприятии практически всего цветового спектра, благодаря чему люди, в отличие от животных, различают все краски этого мира. Цветное зрение в большей степени обеспечивают колбочки, которые бывают 3-х видов (коротко-, средне и длинноволновые). Тем не менее палочки тоже имеют способность к восприятию небольшой части спектра.

Функции колбочек в сетчатке глаза

Колбочки по форме смахивают на колбы, применяющиеся при лабораторных исследованиях. В сетчатки глаза у людей размещается приблизительно семь миллионов таких рецепторов. Одна колбочка в своем составе имеет четыре элемента.

1. Поверхностный слой представляется мембранными дисками, которые наполнены цветовым пигментом под названием йодопсин.
2. Связующий ярус является вторым слоем в колбочках. Его основной ролью выступает перетяжка, которая формирует определенный вид у рецепторов.
3. Внутренней частью колбочек являются митохондрии.
4. В центральной части рецептора расположился основной сегмент, осуществляющий функцию связующих звеньев.

Цветовой пигмент йодопсин подразделяют на несколько типов. Это обеспечивает полноценную восприимчивость колбочек при определении разных участков светового спектра. При доминантности разных типов пигментов колбочки подразделяются на три основных типа. Все они воздействуют настолько слаженно, что дает людям при прекрасном зрении воспринимать все цвета видимых объектов.

Способность к цветовой восприимчивости глаза

Палочки и колбочки нужны не только для того, чтобы отличать дневное и вечернее зрение, но и определять цвета на картинках. Строение зрительного органа выполняет множество функций: благодаря ему воспринимается огромная площадь окружающего мира. Ко всему этому, человек имеет одно из интересных свойств, которое подразумевает под собой бинокулярное зрение. Рецепторы принимают участие в восприятии цветовых спектров, в результате чего человек является единственным представителем, который различает все краски мира.

Где живёт макула

Там где на сетчатке заднего полюса глаза свет собирается в пучок, есть жёлтое пятно чуть более 5 миллиметров. Это пятно каждому из нас даёт видеть окружающий и цветной мир таким, какой он есть. Это самый центр глаза и центр мировосприятия человека, макулу не сможет заменить вся остальная часть сетчатки, потому что за всё видимое нами ответственно именно жёлтое пятно.

Жёлтое, потому что окрашено таким же яркими пигментами, как и жёлтые овощи — лютеином и зеаксантином. Окрашено совсем не ради красоты, а для защиты от агрессивного для глаза синего света, на который негативно реагируют колбочки сетчатки. Колбочки наполняют макулу и отвечают за восприятие цвета и чёткость видения предметов. Далее макулы сетчатка заполнена тоже очень нужными нам палочками, обеспечивающими периферическое зрение.

В жёлтом пятне нет сосудов — ничто не мешает человеку видеть человеку мир.

Отслойка сетчатки

Через образовавшееся в сетчатке отверстие под сетчатку попадает внутриглазная жидкость, отслаивая ее. Отставшая от своего привычного места сетчатка перестает функционировать, т.е. перестает воспринимать свет как раздражитель. Пациенты с отслойкой сетчатки описывают этот факт как появление перед глазом черной «шторки», сквозь которую ничего не видно. Размеры мешающей смотреть «шторки» зависят от площади отслоившейся сетчатки. Как правило, сначала пропадает часть периферического зрения. Центральное зрение в первый момент сохраняется, как и достаточно высокая острота зрения. Но это ненадолго. По мере распространения отслойки увеличивается и площадь мешающей «шторки». Как только отслойка сетчатки достигает центральных отделов, острота зрения падает со 100% до 2–3%, т.е. такой человек больным глазом в состоянии увидеть только движение предметов у лица. Это обеспечивает частично сохранившаяся или частично прилежащая сетчатка в других участках. Если отслойка сетчатки тотальная, для этого глаза наступает полная темнота.

Диагностика. Лечение дистрофий и разрывов. Профилактика

Полноценная диагностика периферических дистрофий и разрывов сетчатки сложна и возможна только при осмотре глазного дна опытным офтальмологом в условиях максимального медикаментозного расширения зрачка с помощью специальной трехзеркальной линзы Гольдмана, которая позволяет увидеть самые крайние участки сетчатки.

При выявлении периферических дистрофий и разрывов сетчатки проводят лечение, целью которого является профилактика отслойки. Выполняют лазерную коагуляцию сетчатки, в результате которого сетчатка сначала слипается, а затем в течение 7–10 дней срастается с подлежащими оболочками глаза в точках воздействия лазерного излучения. Лазерная коагуляция проводится амбулаторно и хорошо переносится пациентами.
Необходимо учитывать, что процесс образования спаек занимает некоторое время, поэтому после проведения лазерной коагуляции рекомендуется соблюдать щадящий режим.

Говоря о профилактике, прежде всего имеют в виду профилактику образования разрывов и отслойки сетчатки. Основной способ профилактики этих осложнений – своевременная диагностика периферических дистрофий с последующим регулярным наблюдением и, при необходимости, проведением профилактической лазерной коагуляции.