Оптическая система глаза человека состоит из различных элементов, которые преломляют световые лучи, после прохождения по различным средам отклоняющиеся от своей траектории, и механизмов, отвечающих за надлежащую фокусировку изображений на сетчатке: когда эти механизмы перестают функционировать должным образом, появляются проблемы со зрением.
Для четкого восприятия предмета необходимо, чтобы его изображение формировалось на сетчатке, иначе человек будет видеть предмет нечетко. В оптическую систему глаза входят прежде всего роговица и хрусталик, по своей природе приспособленные для созерцания далеко расположенных предметов. Для того чтобы рассмотреть предмет, находящийся далее чем в пяти метрах от глаза, хрусталик должен принять сплющенную форму - тогда лучи света, исходящие от далеко расположенных предметов, попадут в его фокус и на сетчатке появится их четкое изображение. При рассматривании предметов, расположенных ближе, если форма хрусталика не изменится, изображение на сетчатке будет расплывчатым. Этого не происходит, поскольку глаз располагает механизмом аккомодации хрусталика, суть которого такова: когда человек смотрит на близкий предмет, цилиарная мышца сокращается и хрусталик меняет свою форму, становится выпуклым - световые лучи, исходящие от предмета, фокусируются на сетчатке.
Близорукость - это дефект зрительной рефракции (преломления), из-за которого лучи света, исходящие от предметов, расположенных далеко, фокусируются перед сетчаткой и как следствие человек видит их нечетко. Это происходит потому, что глазное яблоко имеет больший диаметр, чем в нормальном состоянии. Близорукость можно легко корректировать, используя вогнутые оптические линзы или нося очки с такими линзами, - они увеличивают фокус глаза, благодаря чему изображение дальних предметов попадает точно на сетчатку. Также сегодня для коррекции зрения можно прибегнуть к хирургическим методам: с помощью лазера изменить кривизну роговицы, а с ней и способность к преломлению лучей хрусталиком.
Дальнозоркость - это дефект зрительной рефракции, из-за которого лучи света, исходящие от предметов, расположенных близко, фокусируются за сетчаткой и как следствие человек видит их нечетко. Это происходит потому, что глазное яблоко человека имеет меньший диаметр, чем в нормальном состоянии. Дальнозоркость можно легко корректировать, используя выгнутые оптические линзы или нося очки с такими линзами, - они уменьшают фокус глаза, благодаря чему изображение близких предметов попадает точно на сетчатку.
Астигматизм - это нарушение зрения, происходящее из-за нарушения кривизны роговицы и провоцирующее появление
искаженного изображения предметов на сетчатке. Здоровая роговица имеет полусферическую форму, и кривизна всех ее меридианов практически одинакова: световые лучи, пересекающие роговицу, собираются в одной плоскости и позволяют получать четкое изображение и форму предмета. При астигматизме, когда кривизна роговицы по меридианам неодинакова и нарушена осевая симметрия, световые лучи, проникая через роговицу, проецируются в разных плоскостях на сетчатке, - это является причиной того, что человек видит предметы искаженно. Астигматизм корректируется с помощью цилиндрических линз, которые отклоняют в сторону световые лучи на нужной оси, тогда как на другие они не влияют.
Состояние глаза и сама способность видеть могут ухудшиться вследствие самых различных причин. Ухудшение зрения и заболевания глазного яблока могут иметь разные степени тяжести и последствия; некоторые из них встречаются часто, другие очень редко, но все их объединяет одно; из-за болезней глазного яблока наше зрение ухудшается и мы получаем меньше информации из окружающего мира.
Это нарушение заключается в утрате параллельности глазных осей, благодаря которой глаза направлены на один объект, то есть одна глазная ось постоянно отклонена от другой. Проблема заключается в парализации или отсутствии координации внешних мышц глаза, которые отвечают за его движения и позволяют мозгу получать дополняющие образы от обоих глаз. Последствия косоглазия зависят от возраста, в котором оно появилось у человека. Когда косоглазие появляется в зрелом возрасте, из-за него возникает двойное зрение, поскольку в каждом глазу формируется различный образ и мозг не может слить их в одно изображение. Когда косоглазие появляется в детстве, из-за него не развивается двойное зрение, поскольку механизм, позволяющий мозгу объединять изображения двух глаз, еще не сформировался, он формируется в течение первых лет жизни: если мозг получает два совсем разных образа, он «устраняет» один из образов и интерпретирует сигнал, идущий лишь от одного глаза. Вначале два глаза имеют способность к восприятию окружающего мира, но со временем, если косоглазие не лечить, отклоняющийся глаз теряет свою способность к восприятию окружающих объектов, то есть к зрению вообще.
Подвижность каждого глаза зависит от шести глазодвигательных мышц, находящихся в глазном яблоке. Чтобы два глазных яблока двигались в одном направлении, у глазодвигательных мышц должна быть отличная координация. Например, для боковых движений глазами нужно, чтобы внутренние латеральные прямые мышцы напряглись, а наружные расслабились, а затем наоборот.
Чтобы решить проблему косоглазия, нужно «тренировать» слабые глазодвигательные мышцы: такое лечение, называемое ортотопическим, во многих случаях позволяет достичь параллельности двух глазных осей.
Это врожденное нарушение цветового зрения, характеризующееся неспособностью различать определенные цвета. Фоторецепторы, чувствительные к цветам, - колбочки, разделяются на три типа, каждый из которых способен различать только один основной цвет: красный, зеленый или синий. У здорового человека одновременная и частичная стимуляция трех видов колбочек позволяет различать широкий цветовой спектр. При дальтонизме у человека полностью отсутствует один из видов колбочек, именно поэтому он не может различать цвета, к которым чувствительны отсутствующие колбочки. Зачастую дальтоники не могут отличить красный цвет от зеленого. Для выявления этого отклонения используются карточки с разноцветными точками на них: точки одного цвета составляют буквы или цифры - люди с нормальным зрением могут различить символы на карточках, тогда как для дальтоников они остаются незамеченными, поскольку они путают цвета и ошибочно их интерпретируют.
Катаракта - это помутнение хрусталика с последующей потерей прозрачности, присущей хрусталику здорового глаза; ее проявления - уменьшение остроты зрения вследствие возникновения и расширения затемненной зоны. Любое ухудшение состояния составляющих хрусталика может спровоцировать образование затемненной зоны, которая может появиться в центральной части (ядерная катаракта) хрусталика или в периферической (корковая катаракта), что отразится на зрении. Иногда катаракты бывают врожденными, но в подавляющем большинстве случаев это возрастное заболевание, развивающееся вследствие трансформаций, происходящих с хрусталиком по прошествии лет; основная причина этого - утрата хрусталиком водянистого содержимого и уплотнение тканей. Единственным способом лечения является хирургическое вмешательство.
Глазодвигательного и вспомогательного аппаратов. Зрительная сенсорная система помогает получить до 90% информации о мире вокруг. Она позволяет человеку различать форму, оттенок и размер предметов. Это необходимо для оценки пространства, ориентации в окружающем мире. Поэтому стоит детальнее рассмотреть физиологию, строение и функции зрительного анализатора.
Глазное яблоко находится в глазнице, образованной костями черепа. Его диаметр в среднем составляет 24 мм, масса не превышает 8 г. Схема глаза включает в себя 3 оболочки.
Состоит из роговицы и склеры. Физиология первого элемента предполагает отсутствие кровеносных сосудов, поэтому его питание осуществляется посредством межклеточной жидкости. Основная функция – защита внутренних элементов глаза от повреждения. Роговица содержит большое количество нервных окончаний, поэтому попадание пыли на нее приводит к развитию болевого синдрома.
Склера – непрозрачная фиброзная капсула глаза белого или голубоватого оттенка. Оболочка сформирована коллагеновыми и эластиновыми волокнами, расположенными хаотично. Склера выполняет следующие функции: защита внутренних элементов органа, поддержание давления внутри глаза, крепление глазодвигательного аппарата, нервных волокон.
В данном слое находятся такие элементы:
Сетчатка, которая образована нервными клетками, является тонкой оболочкой глаза. Здесь воспринимаются и анализируются зрительные ощущения.
Оптическая система глаза включает в себя такие составляющие.
Оптическая система глаза позволяет воспринимать предметы реалистичными: объемными, четкими и цветными. Это стало возможно благодаря изменению степени преломления лучей, фокусировке изображения, созданию требуемой длины оси.
Зрительный анализатор включает в себя вспомогательный аппарат, который состоит из следующих отделов:
Зрительная система включает в себя следующие части.
Зрительный путь обладает следующими функциями:
Зрительный путь – основной элемент передачи импульсов от сетчатки в головной мозг. Физиология органа зрения предполагает, что различные нарушения тракта приведут к частичной или полной слепоте.
Зрительная система осуществляет восприятие света и трансформацию лучей от предметов в зрительные ощущения. Это сложный процесс, схема которого включает в себя большое количество звеньев: проекцию изображения на сетчатку, возбуждение рецепторов, зрительный перекрест, восприятие и обработку импульсов соответствующими зонами коры больших полушарий.
Орган зрения - глаз - представляет не просто оптическую систему. Это целый мир, в котором есть цвет, солнце, красивые люди. К тому же само строение глаза фантастично, настолько он сложен. Интересен вопрос о том, как устроена и что включает оптическая система. Чтобы световой луч достиг своей цели, он должен пройти четыре сложные среды. В них он преломляется и передает информацию в мозг для анализирования.
Оптическая система глаза включает роговицу, камерную влагу, хрусталик и стекловидное тело. Все они представляют линзы, созданные природой из биологических материалов. Но так как характеристики сред и волокон различные у каждого из оптических приспособлений, то и показатель преломления света будет отличаться. В норме такая особенность природных линз обеспечивает человеку идеальное зрение. Однако любые патологические или физиологические изменения, происходящие в организме, могут существенно повлиять на эту способность.
Нормальный глаз имеет форму практически правильной сферы. Различные заболевания видоизменяют его форму в горизонтальный или вертикальный эллипс, что существенно влияет на остроту и фокусировку зрения.
Оптическая система и рефракция глаза начинаются с роговицы - преломляющей линзы, которая, кроме прямого назначения, выполняет также защитную функцию для органа зрения. Можно сравнивать строение глаза с фотоаппаратом. В таком случае роговица - не что иное, как его объектив. Световые пучки преломляются на ее передней поверхности, если между ней и водянистой влагой не имеется воздуха. Такое возможно при оперативных вмешательствах.
Роговица при детальном рассмотрении состоит из пяти слоев, что способствует поддержанию постоянного уровня ее прозрачности. Здоровая линза должна быть круглой, блестящей, видимых кровеносных сосудов быть не должно.
Оптическая система глаза включает в себя важнейшую биологическую среду - водянистую влагу. Это бесцветная вязкая жидкость, заполняющая собой переднюю и заднюю глазные камеры. Каждый день продуцируется новая порция внутриглазной жидкости, а отработанное количество через шлеммов канал выводится в кровоток.
Камерная влага, помимо преломляющей функции, выполняет еще и питательную, насыщая все элементы глаза аминокислотами. Затруднение выхода ее из камеры влечет развитие глаукомы.
Глаз как оптическая система снабжен преломляющим элементом, который выполняет функцию рефракции. Это хрусталик. Его можно рассматривать как самостоятельный орган, сложный по строению и важнейший по функциям.
Хрусталик имеет вид полутвердой субстанции без сосудов. Он находится сразу за радужной оболочкой и отвечает за передачу четкого отображения увиденной картинки в границы желтого пятна на сетчатку.
Хрусталик имеет несколько различных слоев и капсульную сумку, которая со временем может утолщаться и вызывать помутнение на поверхности тела.
Оптическая система глаза включает в свой состав стекловидное тело, которое фактически ее замыкает. Оно имеет множество важных функций. Наличие оптической позволяет лучу проходить от хрусталика, который плавает в вязкой жидкости тела, до сетчатки.
И это далеко не все составляющие элементы органа зрения. Попробуем разобраться, что не входит в оптическую систему глаза.
Роговица пропускает свет. Она прозрачная. Невидимая часть наружной оболочки глаза белая, сравнима с яичным белком. Выполняет защитную и ограничительную функции.
Является частью сосудистой оболочки глаза, причем сама полностью их лишена. Это единственный элемент организма, питание которого происходит без участия кровеносной системы. В центре цветной радужной оболочки располагается зрачок, который под действием света может сужаться и расширяться. Эта особенность необходима для нормального зрения, так как обеспечивает прохождение светового луча идеального диаметра.
Соединительное звено между задней поверхностью радужки и хориоидеей. Цилиарное тело имеет отростки, которые выполняют очень важные функции. Во-первых, они продуцируют внутриглазную жидкость, во-вторых, поддерживают хрусталик в подвешенном состоянии.
Это самый сложный, многослойный элемент органа зрения. Сетчатка - природный сенсор, который является периферийной частью анализатора. Именно здесь происходит восприятие цвета и света. Сетчатка очень тонкая и чувствительная, держится за счет эпителиальных связок, прижимаясь дополнительно стекловидным телом. Глаз как оптическая система использует сетчатку для фиксации изображения и передачи его по зрительному нерву в мозг.
Природа создала людей идеальными. В строении сетчатки различают колбочковые и палочковые клетки. Первые различают цветное изображение, а вторые отвечают за зрение в сумерках, но они значительно чувствительней. При тончайшем рассмотрении ретина состоит из 10 различных по строению слоев, причем 9 из них абсолютно прозрачные.
Оптическая система глаза включает природный проектор, преломляя световой луч и фокусируя его особым образом через хрусталик на сетчатку. Интересно, что изображение отпечатывается на ней в перевернутом виде. Все окружающее, что видит глаз, анализирует и воспроизводит область головного мозга, отвечающая за зрение. Именно там картинка переворачивается в нормальное, привычное нам, положение.
Считается, что у новорожденных другая оптическая система глаза. Особенности и свойства детского зрения отличаются неразвитостью рефракции и цветового восприятия, то есть все изображения, которые видят дети, перевернутые и обесцвеченные. Способность осознавать зрительные иллюстрации в правильной форме развивается лишь к 6-7 месяцам!
Оптическая система глаза включает уникальные преломляющие инструменты, но она ничто, если не работает зрительный анализ. Интересно, что существует всего три цвета: зеленый, красный, синий. Глаз воспринимает, а мозг причудливым образом производит их анализ и выдает в виде различных тонких оттенков.
Белый цвет - это не что иное, как смешение зеленого, красного и синего. Невероятно? Так считают ученые. По этим же утверждениям, черного цвета не существует совсем - это всего лишь пустота. Верить этому или нет, каждый человек решает сам.
На что еще способен глаз? Очень на многое. Например, он может различить от 5 до 10 млн оттенков, но почему-то этого не делает. Ничтожное количество цвета, около 150 тонов - вот чего можно добиться долгими тренировками.
Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры : переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика.
Сокращение или расслабление волокон ресничного тела приводит к расслаблению или натяжению цинновых связок, которые отвечают за изменение кривизны хрусталика.
Глаз позвоночных часто сравнивают с фотокамерой, так как система линз (роговица и хрусталик) дает перевернутое и уменьшенное изображение объекта на поверхности сетчатки.(Герман Гельмгольц).
Количество проходящего через хрусталик света регулируется переменной диафрагмой (зрачком), а хрусталик способен фокусировать более близкие и более удаленные объекты.
Оптическая система - диоптрический аппарат- представляет собой сложную, неточно центрированную систему линз, которая отбрасывает перевернутое, сильно уменьшенное изображение окружающего мира на сетчатку (мозг "переворачивает обратное изображение, и оно воспринимается как прямое) Оптическую систему глаза составляют - роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело.
При прохождении лучей через глаз они преломляются на четырех поверхностях раздела:
4. Между хрусталиком и стекловидным телом .
Преломляющие среды имеют разные показатели преломления.
{Сложность оптической системы глаза затрудняет точную оценку хода лучей внутри него и оценку изображения на сетчатке. Поэтому пользуются упрощенной моделью - "редуцированным глазом", в котором все преломляющие среды объединяют в единую сферическую поверхность и они имеют один и тот же показатель преломления.
Большая часть преломления происходит при переходе из воздуха в роговицу - эта поверхность действует как сильная линза в 42 D, а также на поверхностях хрусталика.
Преломляющая сила линзы измеряется ее фокусным расстоянием (f) . Это то расстояние позади линзы, на котором параллельные пучки света сходятся в одной точке.
Узловая точка - точка в оптической системе глаза через которую лучи идут не преломляясь.
Преломляющая сила рефракций любой оптической системы выражается в диоптриях.
Диоптрия - равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см или 1 метр
Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:
где f - заднее фокусное расстояние глаза (выраженное в метрах)
В нормальном глазу общая преломляющая сила диоптрического аппарата составляет 59 D при рассматривании далеких предметов и 70,5 D - при рассматривании близких предметов.
Для получения четкого изображения предмета на каком-то определенном расстоянии оптическая система должна быть перефокусирована. Для этого существуют 2-а простых способа –
а) смещение хрусталика относительно сетчатки, как в фотокамере (у лягушки); -(Уильям Бейц –американский офтальмолог –теория связана с поперечными и продольными мышцами -19 век)
б) или увеличение его преломляющей силы (у человека) – (Герман Гельмгольц).
Приспособление глаза к ясному видению удаленных на разное расстояние предметов называют - аккомодацией.
Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела.
Усиление рефракции хрусталика при аккомодации на ближнюю точку достигается увеличением кривизны его поверхности, т.е. он становится более округлым, а на дальнюю точку плоским. Изображение на сетчатке получается действительным уменьшенным и обратным.
При аккомодации происходят изменения кривизны хрусталика, т.е. его преломляющей способности.
Изменения кривизны хрусталика обеспечивается его эластичностью и цинновыми связками , которые прикреплены к ресничному телу. В ресничном теле находятся гладкомышечные волокна.
При их сокращении тяга цинновых связок ослабляется (они всегда натянуты и растягивают капсулу сжимающую и уплощающую хрусталик). Хрусталик вследствие своей эластичности принимает более выпуклую форму, если происходит расслабление цилиарной мышцы (ресничное тело) - цинновые связки натягиваются и хрусталик уплощается.
Таким образом, ресничные мышцы являются аккомодационными мышцами. Они иннервируются парасимпатическими нервными волокнами глазодвигательного нерва. Если закапать атропин (выключается парасимпатическая система) нарушается ближнее зрение , так как происходит расслабление ресничного тела и натяжение цинновых связок - хрусталик уплощается. Парасимпатические вещества - пилокарпин и эзерин- вызывают сокращение ресничной мышцы и расслабление цинновых связок .
Хрусталик имеет выпуклую форму.
В глазу с нормальной рефракцией резкое изображение далекого объекта на сетчатке образуется только в том случае, если расстояние между передней поверхности роговицы и сетчаткой составляет 24, 4 мм (в среднем 25-30 см)
Расстояние наилучшего зрения - это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета.
Для нормального глаза молодого человека дальняя точка ясного видения лежит в бесконечности.
Ближняя точка ясного видения находится на расстоянии 10 см от глаза (ближе четко видеть нельзя лучи идут параллельно).
С возрастом из-за отклонения формы глаза или преломляющей силы диоптрического аппарата эластичность хрусталика падает.
В пожилом возрасте ближняя точка сдвигается (старческая дальнозоркость или пресбиопия ), так в 25 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 24 см , а к 60 годам уходит на бесконечность . Хрусталик с возрастом становится менее эластичным и при ослаблении цинновых связок его выпуклость или не изменяется или изменяется незначительно. Поэтому ближайшая точка ясного видения отодвигается от глаз. Коррекция этого недостатка за счет двояковыпуклых линз. Существуют еще две аномалии преломления лучей (рефракции) в глазу.
1. Близорукость или миопия (фокус перед сетчаткой в стекловидном теле).
2. Дальнозоркость или гиперметропия (фокус перемещается за сетчатку).
Основной принцип всех дефектов состоит в том, что преломляющая сила и длина глазного яблока не согласуется между собой.
При миопии - глазное яблоко слишком длинно, а преломляющая сила имеет нормальную величину. Лучи сходятся перед сетчаткой в стекловидном теле, а на сетчатке возникает круг расстояния. У близорукого дальняя точка ясного видения находится не в бесконечности, а на конечном, близком расстоянии. Корректирование - необходимо уменьшить преломляющую силу глаза, используя вогнутые линзы с отрицательными диоптриями.
При гиперметропии и пресбиопии (старческая), т.е. дальнозоркости , глазное яблоко является слишком коротким и поэтому параллельные лучи отдалеких предметов собираются сзади сетчатки, а на ней получается расплывчатое изображение предмета. Этот недостаток рефракции может быть компенсирован путем аккомодационного усилия, т.е. увеличением выпуклости хрусталика. Коррекция с помощью положительных диоптрий, т.е. двояковыпуклых линз.
Астигматизм - (относится к аномалиям рефракции) связан с неодинаковым преломлением лучей в разных направлениях (н-р по вертикальному и горизонтальному меридиану). Все люди в небольшой степени являются астигматиками. Это связано с несовершенством строения глаза в результате не строгой сферичности роговицы (используют цилиндрические стекла).
Оптическая система глазного яблока представляет собой несколько образований, участвующих в преломлении световых волн. Это необходимо для того, чтобы лучи, идущие от предмета, сфокусировались четко на плоскости . В результате появляется возможность получить ясное и четкое изображение.
В состав оптической системы глаза входят следующие элементы:
При этом у всех структурных компонентов глаза имеются свои характерные особенности:
Основные функции, которые обеспечивает оптическая система глаза, представлены ниже:
В результате человек может воспринимать предметы в объеме, четко и в цвете, то есть к мозговым структурам поступают сигналы о реалистичном изображении. При этом глаз способен воспринимать темное и светлое, а также цветовые показатели, то есть обладает функцией светоощущения и цветоощущения, соответственно.
Для оптической системы глаза человека присущи следующие характеристики:
1. Бинокулярность – способность воспринимать объемное изображение обоими глазами, при этом предметы не раздваиваются. Это происходит на рефлекторном уровне, один глаз выступает в качестве ведущего, второй – ведомого.
2. Стереоскопичность позволяет человеку определить приблизительное расстояние до предмета и оценить рельеф и очертания.
3. Острота зрения определяется способностью различить две точки, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии.
Все эти состояния могут сопровождаться нижеприведенной симптоматикой:
При оценке работы оптической системы в целом необходимо четко определить, какой из глаз является ведущим, а какой – ведомым.
Это легко определить путем простого теста. При этом необходимо смотреть сквозь отверстие в темном экране попеременно правым и левым глазом. В том случае, если глаз ведущий, то картина не перемещается. Если же глаз ведомый, то происходит смещение картинки.
Для диагностики заболеваний необходимо выполнить ряд методик:
