Основные причины нарушения зрения

Микроскоп дает нам возможность проникнуть внутрь фоторецептора. Удивительно! Фоторецептор напоминает небоскреб, причем колбочка имеет острый шпиль. Пусть воображаемый лифт пронесет нас снизу вверх по палочковому фоторецептору (его длина — 50 мкм). Мы будем пересекать многочисленные «этажи» из сложенных в правильную стопку зрительных мембран, которых в каждой клетке — несколько тысяч.

Давайт

е задержимся на одном из этажей и внимательно присмотримся к его удивительной архитектуре. Перед нами открывается ажурный «архитектурный ансамбль» из молекул жиров и светочувствительных белков, главным из которых является родопсин, или зрительный пурпур.

Каждый из 1 тыс. этажей палочки имеет свыше 1 тыс. мембран (в колбочке их около 750); этаж — «трехслойный пирог», в середине которого—двойной слой жиров (толщиной всего 80 ангстрем), а сверху и снизу—тончайшие слои родопсина (90% от всего количества белка, образующего мембрану); его молекулярные превращения под действием света «запускают» начальные этапы процесса зрения.

Оказавшись внутри колбочки, мы заметили бы, что здесь зрительные мембраны контактируют с наружной мембраной клетки, чего нет в палочке. Хотя пока и не найден ответ на вопрос о причинах различия внутренней структуры фоторецепторов двух типов, но очевидно, что оно как-то связано с различием их функций: палочкам приходится работать ночью, когда фотоны попадают на сетчатку довольно редко, и светочувствительная клетка приходит в возбуждение даже при поглощении единичных фотонов; колбочка же, напротив, работает днем, при ярком солнечном свете, и ее буквально пронизывает обильный поток квантов света.

В последние годы английские и американские ученые использовали для изучения ультратонкого строения зрительных мембран рентгеноструктурный анализ. Он и результаты исследований с помощью электронного микроскопа позволили выявить даже распределение молекул родопсина в мембране: 90% всего их количества располагается перпендикулярно длинной оси палочек, 10% — параллельно. Такое их расположение обеспечивает максимальное поглощение света, а следовательно, и очень высокую чувствительность фоторецептора.

Для чего же фоторецепторам такое многоэтажное строение? Как известно, небоскребы возникли из-за дефицита площади, но что заставило природу создать мозаику из «небоскребов» внутри глаза? Чтобы попытаться ответить на этот далеко нелегкий вопрос, обратимся к молекулярным механизмам начальных этапов процесса зрения.

Основные светочувствительные элементы сетчатки — палочки и колбочки — состоят из внешних и внутренних сегментов. Внешние сегменты более узкие и вытянутые, диаметр палочки — 2 мкм, длина — 5 мкм, диаметр и длина колбочки несколько меньше. При попадании нескольких квантов света на сетчатку глаза она возбуждается, но только 7 из 10 попадающих на нее фотонов способны возбудить ее.

Учитывая, что возбудить мембрану способны не все молекулы родопсина, поглощающие фотоны, а лишь те из них, которые не­посредственно прилегают к ней, английские ученые установили, что палочки фоторецептора способны реагировать на 1 фотон, поглощенный молекулой, лежащей непосредственно на мембране. Такая сверхчувствительность может быть объяснена только наличием усилительного или множительного механизма в самом фоторецепторе.

Химическая структура органов зрения животных и человека формировалась в процессе эволюции, а также под влиянием их образа жизни. При всех различиях зрительных систем у них есть и много общего, в частности — зрительные пигменты, которые поглощают свет и запускают сложнейший фотохимический механизм зрения. Пигменты для зрения играют ту же роль, что хлорофилл для фотосинтеза. Главными среди них являются родопсин — пигмент палочек сетчатки и йодопсин — пигмент колбочек. Родопсин и йодопсин состоят из хромофорной группы и белка — опсина. Область максимального поглощения света у родопсина находится в зеленой части спектра (500 нм), у йодопси-на — в желто-зеленой (550 нм).

Соответственно в этих же участках спектра отмечается наиболее высокая чувствительность глаза днем, когда в основном работают колбочки, и ночью, когда функционируют палочки.

Под действием света в родопсине и йодопсине протекают сложные фотохимические процессы, в результате которых часть молекул зрительных пигментов распадается. Их восстановление происходит в темноте с участием витамина А, который доставляется к рецепторам по кровеносной системе глаза.

Между палочковым и колбочковым зрением имеется существенная разница. При помощи колбочек мы различаем цвета предметов, тогда как палочки ответственны за черно-белое зрение.

Человек различает почти бесконечное количество цветов и оттенков, для определения которых даже не хватает слов. Самой распространенной и наиболее признанной в настоящее время является трехцветная, или трехкомпонентная, теория цветового зрения. Все многообразие цветов воспринимается благодаря существованию в сетчатке колбочек трех типов. Одни из них возбуждаются красными лучами, другие — зелеными, а третьи — сине-фиолетовыми, благодаря чему мы различаем три этих цвета. Если одновременно и в одинаковой степени возбуждаются все виды колбочек, мы видим белый цвет, если же возбуждение колбочек разных типов выражено неодинаково, возникает ощущение других цветов.

Опыты показывают, что любой цвет, воспринимаемый глазом человека, можно получить, комбинируя красный, зеленый и сине-фиолетовый цвета разной насыщенности. Например, смесь красного с желтым дает оранжевый цвет, синего с зеленым — голубой и т. д. Законы оптического смешения цветов действуют и тогда, когда оно происходит в сетчатке.

Различные расстройства цветового зрения встречаются у 4% мужчин и 0,7% женщин. Это — невосприятие красного и зеленого цветов, снижение способности воспринимать зеленый цвет, нечувствительность к синему цвету и др. Для определения нарушений цветового зрения созданы специальные таблицы, которые применяются при освидетельствовании железнодорожников, шоферов и т. д.

Итак, главное «действующее лицо» процесса зрения — свет. Однако биологам и физиологам известно, что свет проникает через кожу и костные покровы к центральной нервной системе и обуславливает, в частности, явление фотопериодизма у птиц и других животных, у которых были удалены глаза. Эксперименты, проведенные на зрительных системах животных, показали, что кванты проникают через глаз и далее по нервным волокнам в зрительные центры мозга и могут вызывать непосредственное световое раздражение их клеточных структур. Предложенная гипотеза названа оптоэлектронной. Ее дальнейшее экспериментальное обоснование ведется в настоящее время в ряде лабораторий. Факт передачи квантов света от глаза в мозг был подтвержден и учеными Московского медицинского стоматологического института. Наряду с фотохимическими, в глазу протекают и электрические процессы. Информация об их ходе используется для диагностики глазных заболеваний. Сейчас в любой солидной глазной клинике есть кабинет электродиагностики. Зафиксированная электрическая реакция сетчатки глаза на освещение называ­ется электроретинограммой, а ее запись и анализ — электроретинографией.

 Скачать реферат