Глаз: строение органа зрения. Какое же строение имеет человеческий глаз

Наш организм взаимодействует с окружающей средой при помощи органов чувств, или анализаторов. С их помощью человек не только способен «ощущать» внешний мир, на основе этих ощущений он обладает особыми формами отражения - самосознанием, творчеством, способностью предвидеть события и т. д.

Что представляет собой анализатор?

Согласно И. П. Павлову, каждый анализатор (и даже орган зрения) - не что иное, как комплексный «механизм». Он способен не только воспринимать сигналы окружающей среды и преобразовать их энергию в импульс, но и производить высший анализ и синтез.

Орган зрения, как и любой другой анализатор, состоит из 3-х неотъемлемых частей:

Периферическая часть, которая отвечает за восприятие энергии внешнего раздражения и переработку ее в нервный импульс;

Проводящие пути, благодаря которым нервный импульс проходит прямо к нервному центру;

Корковый конец анализатора (или же сенсорный центр), расположенный непосредственно в головном мозге.

Палочки состоят из внутреннего и наружного сегментов. Последний образуется при помощи сдвоенных мембранных дисков, которые собой представляют складки плазматической мембраны. Колбочки отличаются величиной (они больше) и характером дисков.

В различают три типа колбочек и всего один вид палочек. Количество палочек может достигать 70 млн, а то и больше, в то время как колбочек - всего 5-7 млн.

Как уже было сказано, существует три типа колбочек. Каждый из них воспринимает разный цвет: синий, красный или желтый.

Палочки же нужны для восприятия информации о форме предмета и освещенности помещения.

От каждой из фоторецепторных клеток отходит тоненький отросток, который образует синапс (место, где контактируют два нейрона) с другим отростком биполярных нейронов (нейрон II). Последние передают возбуждение уже более крупным ганглиозным клеткам (нейрон III). Аксоны (отростки) этих клеток образуют зрительный нерв.

Хрусталик

Это двояковыпуклая кристально прозрачная линза диаметром 7-10 мм. Не имеет ни нервов, ни сосудов. Под влиянием ресничной мышцы хрусталик способен менять свою форму. Именно эти изменения формы хрусталика и называются аккомодацией глаза. При установке на дальнее видение хрусталик уплощается, а при ближнем видении - увеличивается.

Вместе со хрусталик образует светопреломляющую среду глаза.

Стекловидное тело

Им заполнено все свободное пространство между сетчаткой и хрусталиком. Имеет желеобразную прозрачную структуру.

Строение органа зрения аналогично принципу устройства фотоаппарата. Зрачок исполняет роль диафрагмы, суживаясь или расширяясь в зависимости от освещения. В качестве объектива - стекловидное тело и хрусталик. Световые лучи попадают на сетчатку, но изображение при этом выходит перевернутым.

Благодаря светопреломляющим средам (тем самым хрусталику и стекловидному телу) пучок света попадает на желтое пятно на сетчатке, которое является лучшей зоной видения. Колбочек и палочек световые волны достигнут лишь после того, как пройдут всю толщу сетчатки.

Двигательный аппарат

Двигательный аппарат глаза составляют поперечнополосатые 4 прямые мышцы (нижняя, верхняя, латеральная и медиальная) и 2 косые (нижняя и верхняя). Прямые мышцы отвечают за поворот глазного яблока в соответствующую сторону, а косые - за повороты вокруг сагиттальной оси. Движения обоих глазных яблок синхронные только благодаря мышцам.

Веки

Кожные складки, цель которых - ограничивать глазную щель и закрывать ее при смыкании, обеспечивают защиту глазного яблока спереди. На каждом веке находится около 75 ресниц, цель которых - защитить глазное яблоко от попадания инородного предмета.

Примерно раз в 5-10 секунд человек моргает.

Слезный аппарат

Состоит из слезных желез и системы слезных путей. Слезы обезвреживают микроорганизмы и способны увлажнить конъюнктиву. Без слез конъюнктива глаза и роговица просто высохли бы, и человек бы ослеп.

Слезные железы ежедневно вырабатывают около ста миллилитров слезы. Интересный факт: женщины плачут чаще, чем мужчины, потому что выделению слезной жидкости способствует гормон пролактин (которого у девушек гораздо больше).

В основном слеза состоит из воды, содержащей примерно 0,5 % альбумина, 1,5% хлорида натрия, немного слизи и лизоцима, который обладает бактерицидным действием. Имеет слабощелочную реакцию.

Строение глаза человека: схема

Давайте подробнее рассмотрим анатомию органа зрения с помощью рисунков.

На рисунке сверху схематически изображены части органа зрения в горизонтальном разрезе. Здесь:

1 - сухожилие средней прямой мышцы;

2 - задняя камера;

3 - роговая оболочка глаза;

4 - зрачок;

5 - хрусталик;

6 - передняя камера;

7 - радужная оболочка глаза;

8 - конъюнктива;

9 - сухожилие прямой латеральной мышцы;

10 - стекловидное тело;

11 - склера;

12 - сосудистая оболочка;

13 - сетчатка;

14 - желтое пятно;

15 - зрительный нерв;

16 - кровяные сосуды сетчатки.

На данном рисунке изображено схематическое строение сетчатки глаза. Стрелкой показано направление пучка света. Цифрами отмечены:

1 - склера;

2 - сосудистая оболочка;

3 - пигментные клетки сетчатки;

4 - палочки;

5 - колбочки;

6 - горизонтальные клетки;

7 - биполярные клетки;

8 - амакринные клетки;

9 - ганглиозные клетки;

10 - волокна зрительного нерва.

На рисунке изображена схема оптической оси глаза:

1 - объект;

2 - роговая оболочка глаза;

3 - зрачок;

4 - радужная оболочка;

5 - хрусталик;

6 - центральная точка;

7 - изображение.

Какие функции выполняет орган?

Как уже упоминалось, зрение человека передает практически 90% информации об окружающем нас мире. Без него мир бы был однотипным и неинтересным.

Орган зрения является достаточно сложным и не до конца изученным анализатором. Даже в наше время у ученых иногда возникают вопросы по поводу строения и предназначения этого органа.

Основные функции органа зрения - восприятие света, форм окружающего мира, положения предметов в пространстве и т. д.

Свет способен вызвать сложные изменения в и, таким образом, является адекватным раздражителем для органов зрения. Считается, что первым воспринимает раздражение родопсин.

Наиболее качественное зрительное восприятие будет при условии, что изображение предмета будет падать на область пятна сетчатки, желательно на его центральную ямку. Чем дальше от центра проекция изображения предмета, тем оно менее отчетливо. Такова физиология органа зрения.

Заболевания органа зрения

Давайте рассмотрим некоторые самые распространенные заболевания органов зрения.

1. Дальнозоркость. Второе название данного заболевания - гиперметропия. Человек с этим недугом плохо видит объекты, которые находится близко. Обычно затруднено чтение, работа с маленькими предметами. Обычно развивается у людей в возрасте, но может появиться и у молодых. Полностью излечить дальнозоркость можно только при помощи опреционного вмешательства.
2. Близорукость (ее еще называют миопия). Заболевание характеризуется невозможностью хорошо видеть предметы, находящиеся достаточно далеко.
3. Глаукома - повышение внутриглазного давления. Происходит из-за нарушения циркуляции жидкости в глазу. Лечится медикаментозно, но в некоторых случаях может потребоваться операция.
4. Катаракта - не что иное, как нарушение прозрачности хрусталика глаза. Помочь избавиться от этого заболевания может только офтальмолог. Требуется хирургическое вмешательство, при котором зрение человека можно восстановить.
5. Воспалительные заболевания. К таким относятся конъюнктивит, кератит, блефарит и прочие. Каждое из них по-своему опасно и имеет различные методы лечения: некоторые можно излечить медикаментами, а некоторые только при помощи операций.

Профилактика заболеваний

В первую очередь нужно помнить, что вашим глазам тоже нужно отдыхать, и чрезмерные нагрузки ни к чему хорошему не приведут.

Используйте только качественное освещение с лампой мощностью от 60 до 100 Вт.

Чаще проводите гимнастику для глаз и хотя бы раз в год проходите обследование у офтальмолога.

Помните, что заболевания органов глаз - достаточно серьезная угроза качеству вашей жизни.

Глазная сетчатка - внутренний участок зрительных органов, состоящий из большого количества слоев. Прилегая к оболочке, состоящей из сосудов, она располагается вплоть до зрачка. Сетчатку составляют две её части, наружная и внутренняя. В наружном отделе сетчатки находится пигмент, а во внутреннем располагаются светочувствительные компоненты. Давайте ответим на вопрос, сетчатка глаза, что это такое? Также подробнее рассмотрим строение сетчатки глаза человека.

Если человек ощущает ухудшение зрения, исчезает способность отличать цвета - необходимо комплексное исследование на остроту зрения, и в большинстве случаев, проблемы вызваны патологическими изменениями глазной сетчатки.

Ретина (сетчатка) – лишь один из многих слоев глазного яблока. Помимо нее существуют следующие слои сетчатки глаза:

1. Роговица – прозрачная оболочка, расположенная в передней части глазного яблока, содержащая сосуды. Находится на своеобразной границе со склерой.
2. Передняя камера - расположена посередине роговицы и радужной областью глаза.
3. Радужная область – здесь расположен просвет для зрачка. Радужка полностью состоит из мышечных тканей, благодаря сокращениям которых изменяется размер зрачка. Именно благодаря этому слою, зрительные органы, способны распознавать цвета. На цвет радужной области оказывает влияние количество пигмента. Так, у обладателей карего цвета глаз, пигмента наблюдается больше, чем у обладателей зеленых или голубых.
4. Зрачок – проем в радужной области, через который свет, распределяется по внутренней части глазного яблока.
5. Хрусталик – своеобразная природная оптическая линза. Являясь довольно эластичной, легко изменяет форму. Хрусталик отвечает за фокусировку зрения, благодаря чему человек может различать предметы, находящиеся на различном расстоянии от себя.
6. Стекловидное тело – имеет гелеобразное состояние. Значение данного слоя заключается в поддержке сферичной формы глазного яблока, а также участие в обмене веществ, органов зрения.
7. Ретина – слой глазного яблока, отвечающий за зрение.
8. Склера – внешний слой, переходящий в роговицу.
9. Зрительный нерв – один из главных слоев зрительных органов. Несет ответственность за трансляцию сигнала от глаз в определенные мозговые участки. Клетки зрительного нерва образованы одним из отделов сетчатой оболочки, и являются прямым продолжением ретины.

Как становится видно из этого списка, структура строения глазного яблока чрезвычайна сложна. Однако строение и функции сетчатки глаза человека еще более многообразны. Каждый элемент ретины, тесно связан между собой, и повреждение любого из этих слоев приводит к непредсказуемым последствиям. В сетчатке расположена нейронная цепь, отвечающая за зрительное восприятие. Данная оболочка содержит в себе биполярные нейроны, фоторецепторы и ганглионарные клетки.

Устройство и функционирование сетчатки глаза

1. Мембрана Бруха и пигментный эпителий – носители сразу несколько функций, являясь своеобразным барьером для проникновения излучения света. Также обладают транспортными и трофическими функциями.
2. Слой, состоящий из фотосенсоров . Здесь располагаются специальные рецепторы, содержащие в себе зрительный пигмент. Несут ответственность за поглощение световых волн, обладающих определенной длиной. Фоторецепторы образуются из соединения палочек и колбочек.
3. Ядерный слой . Подразделяется на внутренний и внешний. Во внешнем слое расположены ядра фоторецепторов, а во внутреннем, огромное количество различных клеток, несущих ответственность за обработку сигналов, исходящих из внешнего слоя.
4. Сетчатый слой. Также имеет два подразделения. Внутренний слой содержит в себе нервные окончания ретины. Наружный слой является образованием межклеточного контакта фоторецепторов, биполярных клеток и нейронов.
5. Нервные волокна – аксоны ганглиозных клеток, транспортирующие информацию зрительному нерву. Ганглиозные клетки, получившие импульс, исходящий из фоторецепторов через сеть биполярных нейронов, преобразуют его и доставляют к зрительному нерву.
6. Пограничная мембрана. Внешняя часть являет собой образование терминальных пластин и плоских адгезионных контактов фоторецепторов. Именно здесь расположена внешняя часть отростков клеток мюллера. Мюллеровские клетки – ответственны за сбор и проводку света от поверхности ретины к фоторецепторам. Внутренняя часть мембраны – своеобразный барьер для отделения ретины от стекловидного тела.
7. Слои ретины – одна из самых сложных систем зрительных органов. Каждый из этих слоев играет значимую роль, и его повреждение может вызвать катастрофические патологии.

Развитие ретины

Сетчатка формируется на самом раннем этапе развития эмбриона. Пигментный эпителий берет свое начало из наружного листа глазного бокала. А часть ретины, состоящая из нейросенсоров, становится производной внутреннего листа. Примерно на пятой неделе, клетки способны принять определенную форму и начинают образовывать единый слой, в котором синтезируется первый пигмент. В это же время формируются базальная пластина и элементы мембраны Бруха. В течение периода с пятой по шестую неделю появляются хориокапилляры, около которых возникает базальная мембрана.

Функционирование ретины

До того как ответить на вопрос, что такое сетчатка глаза, нужно понять, каким функционалом она наделена. Ретина – чувствительная область зрительного органа, отвечающая за восприятие цветов, сумеречное зрение и остроту. Помимо этого, внутренние оболочки сетчатки, отвечают за обмен питательных веществ всего глазного яблока.

В ретине расположены палочки и колбочки, отвечающие за центральное и периферическое зрение. Свет, попадающий в глаза, с помощью них, преобразуются в электрический импульс. Благодаря центральному зрению человек способен различать предметы, находящиеся в том или ином отдалении с определенной четкостью. Периферическое зрение обеспечивает возможность ориентирования в пространстве. Помимо этого, в ретине находится слой, отвечающий за восприятие световых волн, имеющих разную длину. Так, человеческий глаз получает возможность различать цвета и оттенки. Когда эти функции нарушены, необходимо комплексное тестирование качества зрения. Как только зрение начало ухудшаться, появились мушки, искры или пелена, следует, немедленно обратится за квалифицированной помощью. Правильная анатомия сетчатки глаза – играет ключевую роль в этом вопросе. Необходимо помнить, что спасти зрение можно только при своевременном вмешательстве в ходе заболевания.

Ретина — сетчатая оболочка глаза, играющая важную роль в зрительных процессах и восприятии цветового спектра. Ретина образована из множества слоев, обладающих определенным функционалом. Основная симптоматика, связанная с заболеваниями сетчатки, это ухудшение зрительных процессов. Выявить недуг, способен специалист, проводя плановый осмотр.

Построение изображения на глазной сетчатке

Строение глазного яблока – весьма своеобразно и имеет сложную структуру. Глаза – зрительный орган, отвечающий за световосприятие. При помощи фоторецепторов воспринимаются световые лучи, имеющие определенную длину волны. Диапазон волны, имеющий длину 400-800 нм, оказывает определенное влияние, вслед за которым, берет свое начало формирование определенных импульсов, и их отправка в специальные части мозга. Именно так и обретают свою форму зрительные образы. Сетчатка выполняет функцию, благодаря которой, человек способен определить формы и размеры окружающих предметов, их величину и расстояние от объекта до глазного яблока.

Заболевания органов зрения

Функция сетчатки глаза – сложно построенный механизм, и результат его сбоя может привести к печальным последствиям. Так, вследствие нарушения одного из слоев зрительного аппарата, человек может ощутить не только дискомфорт в области глаз, но и полностью ослепнуть. Очень важно, при обнаружении первых признаков расстройства органов зрения, вовремя обратиться за квалифицированной помощью.

Разновидностей заболеваний довольно много, они включают в себя отслоения ретины, дистрофию мышечных тканей, различные опухоли и разрывы. Причиной возникновения могут послужить травмы, инфекции и хронические заболевания. В группу риска входят люди, имеющие такие диагнозы, как врожденная близорукость, сахарный диабет и гипертония. Людям пожилого возраста и беременным женщинам, также рекомендуется посещение офтальмолога. Помните, что многие глазные заболевания ничем не выдают себя на начальных этапах.

В сетчатке выделяют две функционально различные части – зрительную (оптическую) и слепую (ресничную). Зрительная часть сетчатой оболочки глаза – это большая часть сетчатки, которая свободно прилегает к сосудистой оболочке и прикрепляется к подлежащим тканям только в области диска и у зубчатой линии. Свободнолежащая часть сетчатки, непосредственно соприкасающаяся с сосудистой оболочкой, удерживается за счет давления, создаваемого стекловидным телом, а также за счет тонких связей пигментного эпителия. Ресничная часть сетчатки покрывает заднюю поверхность ресничного тела и радужки, доходя до зрачкового края.

Наружная часть сетчатки называется пигментной, внутренняя – светочувствительной (нервной) частью. Сетчатка состоит из 10 слоев, в состав которых входят разные типы клеток. Сетчатка на срезе представлена в виде трех радиально расположенных нейронов (нервных клеток): наружного – фоторецепторного, среднего – ассоциативного, и внутреннего – ганглионарного. Между этими нейронами располагаются т.н. плексиформные (от лат. plexus - сплетение) слои сетчатой оболочки, представленные отростками нервных клеток (фоторецепторов, биполярных и ганглиозных нейронов), аксонами и дендритами. Аксоны проводят нервный импульс от тела данной нервной клетки к другим нейронам или иннервируемым органам и тканям, дендриты же проводят нервные импульсы в обратном направлении - к телу нервной клетки. Помимо этого в сетчатке расположены интернейроны, представленные амакриновыми и горизонтальными клетками.

Слои сетчатки

Сетчатка имеет 10 слоев:

1. Первый слой сетчатки – это пигментный эпителий, который прилежит непосредственно к мембране Бруха сосудистой оболочки глаза. Его клетки окружают фоторецепторы ( и ), частично заходя между ними в виде пальцевидных выпячиваний, благодаря чему площадь контакта между слоями увеличивается. Под действием света включения пигмента перемещаются из тела пигментных клеток к их отросткам, что предотвращает рассеивание света между соседними фоторецепторными клетками (колбочками или палочками). Клетки этого слоя фагоцитируют отторгающиеся сегменты фоторецепторов, а также обеспечивают доставку кислорода, солей, метаболитов от к фоторецепторам и в обратном направлении, тем самым регулируя баланс электролитов в сетчатке и определяя ее биоэлектрическую активность и степень антиоксидантной защиты. Клетки пигментного эпителия удаляют жидкость из субретинального пространства, способствуют максимально плотному прилеганию зрительной сетчатки к сосудистой оболочке глаза, принимают участия в процессах рубцевания при заживлении очага воспаления.

2. Второй слой сетчатки представлен наружными сегментами светочувствительных клеток, колбочек и палочек – специализированных высокодифференцированных нервных клеток. Колбочки и палочки имеют цилиндрическую форму, в которой различают наружный сегмент, внутренний сегмент, а также пресинаптическое окончание, к которому подходят нервные отростки (дендриты) горизонтальных и биполярных клеток. Строение палочек и колбочек различно: наружный сегмент палочек представлен в виде тонкого палочкоподобного цилиндра, содержащего зрительный пигмент родопсин, в то время как наружный сегмент колбочек конически расширен, он короче и толще, чем у палочек, и содержит зрительный пигмент иодопсин.

Наружный сегмент фоторецепторов имеет важное значение: именно здесь происходят сложные фотохимические процессы, в ходе которых происходит первичная трансформация энергии света в физиологическое возбуждение. Функциональное назначение колбочек и палочек также различно: колбочки отвечают за цветоощущение и центральное зрение, обеспечивают периферическое зрение в условиях высокой освещенности; палочки обеспечивают зрение в условиях низкой освещенности (сумеречное зрение). В темноте периферическое зрение обеспечивается совместными усилиями колбочек и палочек.

3. Третий слой сетчатки представлен наружной пограничной мембраной, или окончатой мембраной Верхофа, это так называемая полоса межклеточных сцеплений. Сквозь эту мембрану в субретинальное пространство проходят наружные сегменты колбочек и палочек.

4. Четвертый слой сетчатки называется наружным ядерным слоем, поскольку образован ядрами колбочек и палочек.

5. Пятый слой – наружный плексиформный слой, его также называют сетчатым слоем, он отделяет наружный ядерный слой от внутреннего.

6. Шестой слой сетчатой оболочки – это внутренний ядерный слой, он представлен ядрами нейронов второго порядка (биполярных клеток), а также ядрами горизонтальных, амакриновых и мюллеровских клеток.

7. Седьмой слой сетчатки – внутренний плексиформный слой, он состоит из клубка переплетенных отростков нервных клеток и отделяет внутренний ядерный слой от слоя ганглиозных клеток. Седьмой слой разделяет внутреннюю сосудистую часть сетчатой оболочки и наружную бессосудистую, которая всецело зависит от поступления кислорода и питательных веществ из прилежащей сосудистой оболочки.

8. Восьмой слой сетчатки образован нейронами второго порядка (ганглиозными клетками), по направлению от центральной ямки к периферии его толщина отчетливо уменьшается: непосредственно в области вокруг ямки данный слой представлен как минимум пятью рядами ганглиозных клеток, к периферии число рядов нейронов постепенно уменьшается.

9. Девятый слой сетчатки представлен аксонами ганглиозных клеток (нейронов второго порядка), которые образуют зрительный нерв.

10. Десятый слой сетчатки – последний, он покрывает поверхность сетчатой оболочки изнутри и представляет собой внутреннюю пограничную мембрану. Это основная мембрана сетчатки, образованная основаниями нервных отростков клеток Мюллера (нейроглиальных клеток).

Клетки Мюллера представляют собой гигантские высокоспециализированные, которые проходят чрез все слои сетчатой оболочки, выполняя изолирующую и опорную функции. Клетки Мюллера принимают участие в генерировании биоэлектрических электрических импульсов, активно транспортируя метаболиты. Мюллеровские клетки заполняют узкие щели между нервными клетками сетчатки и разделяют их рецептивные поверхности.

Палочковый путь проведения нервного импульса представлен палочковым фоторецептором, биполярными и ганглиозными клетками, амакриновыми клетками нескольких видов (промежуточными нейронами). Палочковые фоторецепторы контактируют только с биполярными клетками, которые под действием света деполяризуются.

Колбочковый путь проведения нервных импульсов характеризуется тем, что уже в пятом слое (наружный плексиформный слой) синапсы колбочек связывают их с биполярными нейронами различных типов, образуя как световой, так и темновой путь проведения импульса. Благодаря этому колбочки области формируют каналы контрастной чувствительности. По мере удаления от области макулы количество фоторецепторов, соединенных с множеством биполярных клеток, уменьшается, в то же время число биполярных нейронов, соединенных с одной биполярной клеткой, увеличивается.

Световой импульс активирует превращение зрительного пигмента, запуская возникновение рецепторного потенциала, который распространяется вдоль аксона к синапсу, где вызывает нейромедиатора. Этот процесс приводит к возбуждению нейронов сетчатки, которые осуществляют первичную обработку зрительной информации. Далее эта информация предается по зрительному нерву в зрительные центры головного мозга.

В процессе передачи нервного возбуждения по нейронам сетчатки важное значение имеют соединения из группы эндогенных трансмиттеров, к которым относятся аспартат (специфичен для палочек), глутамат, ацетилхолин (является трансмиттером амакриновых клеток), допамин, мелатонин (синтезируется в фоторецепторах), глицин, серотонин. Ацетилхолин является трансмиттером возбуждения, а гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) – торможения, оба эти соединения содержатся в амакриновых клетках. Тонкий баланс указанных веществ обеспечивает функционирование сетчатки, а нарушение такового может приводить к развитию различных патологий сетчатки (пигментный , лекарственная ретинопатия и т.п.)

Способен видеть при освещении в несколько фотонов и при прямом солнечном свете. Он способен фокусироваться всего за треть секунды. Благодаря этому и за счет особенностей строения (о которых речь пойдет дальше) глаз считается одним из самых сложных органов организма. Что это? Результат эволюции или невероятное стечение обстоятельств? Попробуем разобраться в этом.

Эволюция органа зрения глазами Дарвина

Некоторые ученые считали идею эволюции органа зрения крайне абсурдной. Но так ли это на самом деле? Чарльз Дарвин предложил свое объяснение механизма эволюции. Он считал, что если орган зрения непрерывно изменяются, то эти изменения наследуются. А значит, сложнейший орган зрения мог быть создан в таком виде, каким мы его сейчас наблюдаем, путем естественного отбора. Он проанализировал строение органа зрения многих существ, а также показал изменения в структуре глаза — начиная с самых простых и заканчивая сложнейшими организмами.

Эволюция человеческого глаза началась более 500 000 000 лет назад. Именно тогда началось развитие светочувствительного пятна, состоящего из нескольких клеток у простейшего организма. Пятно помогало отличать свет от тьмы. И хотя оно не могло определять расстояние или изображение, но именно с него началось развитие глаза. В пользу эволюции говорит тот факт, что для того, чтобы пятно развивалось и со временем превратилось бы в пятно у планарии (плоского червя) или обычный глаз рыбы, потребовалось бы развитие множества компонентов и систем организма.

Для каждого из компонентов необходимо наличие протеинов (белков), которые выполняли бы особые функции. Эти функции должны закрепляться в ДНК существа. Существование подобных веществ означает, что во взаимодействие и процесс эволюции вовлекается система других протеинов или генов со своей функцией. Без них зрение невозможно.

Эволюция – на пути к совершенству

Человеческий глаз не претендует на совершенство хотя бы потому, что он не идеален. А значит, глаз – это результат эволюции. С другой стороны, то, что мы считает дефектом дизайна, на самом деле может оказаться весьма полезным. Какие же дефекты дизайна человеческого глаза мы знаем?

Биолог Ричард Доукинс в своей книге «Слепой часовщик» справедливо утверждал, что с точки зрения фотоинженерии, фотографические элементы должны быть направлены к свету, а провода, связывающие элементы с органом воспроизведения и анализа – к мозгу (в нашем случае). Если элементы подключены «задом наперед», а провода располагаются на стороне, близкой к свету, свет преодолевает их массу, ослабляется и искажается. С точки зрения Доукинса , это эстетически не правильно. Однако это предположение не объясняет того, почему подобная система успешно используется позвоночными в течение долгих лет. Но тот же Доукинс добавляет, что различие несущественно, ведь большинство фотонов направляются прямо и в любом случае будут пойманы глазом.

О сетчатке глаз различных животных

Самые развитые неперевернутые сетчатки глаза принадлежат головоногим – кальмару и осьминогу. Сетчатка осьминога содержит 20 000 000 клеток-фоторецепторов. Но и это не предел. У человека их 126 миллионов, а у птиц – в 10 раз больше.

Человеческого глаза содержит «центральную ямку». Это «центр центра» — место в «пятне» — центре человеческой сетчатки. Именно здесь больше всего фоторецепторов и колбочек. Все сосуды располагаются к ней таким образом, что создается область высокой визуальной резкости с постепенным уменьшением визуальной резкости к периферии сетчатки. А само пятно в 100 раз чувствительнее сетчатки. Это позволяет глазу человека сфокусироваться на определенном участке, не отвлекаясь на периферийное зрение.

Иначе дело обстоит с глазами птиц. Их сетчатка не имеет центральной ямки или пятна. Сетчатка осьминога также не имеет ямки, но у осьминога есть линейный централис. Этот орган формирует диапазон резкости вдоль сетчатки. Глаз осьминога имеет еще одну особенность. Используя статоцист (орган равновесия), глаз всегда поддерживает одну позицию относительно гравитационного поля Земли.

Энергозатраты на поддержание такого сложного органа весьма велики. Так, потребление кислорода сетчаткой глаза (из расчета на один грамм ткани) на 50 % больше, чем в печени, и на 600 % больше, чем в сердечной мышце (миокарда). Близость фоторецепторов к капиллярам и отсутствие на их пути нервов обеспечивает быструю поставку питательных веществ и выводит отходы.

Примеры

Впервые зрение появилось около 540 000 000 лет назад. Эволюционный процесс был сложным. Сначала у одноклеточного эвглены зелёной появилось светочувствительное пятно – «глазок». Способность различать свет для эвглены было жизненно необходимым. По мере усложнения жизни и появления новых видов эволюционировал и глаз.

Так, происходила группировка светочувствительных клеток в виде «пятна». С помощью него организм мог оценить передвижения хищника. С появлением глазных пятен у медуз (около 500 млн. лет назад), эти организмы могли ориентироваться в пространстве.

У ресничных червей появляется уже два пятна, и каждое из них содержит тысячи фоточувствительных клеток. Эти пятна лишь наполовину погружены в чашку пигмента – прообраза современного глаза. Постепенно образуется желобок, так называемый «бокал глаза». Например, это можно увидеть у речных улиток. Видимость таким глазом как через матовое стекло.

Происходит повышение остроты зрения по мере сужения наружного отверстия глаза. У моллюска наутилус глаз размером 1 сантиметр содержит миллионы клеток, но все равно улавливает мало света.

На определенном этапе эволюции появилось два органа зрения. Один позволял видеть мир в светлых красках. Другой позволял различать очертания предметов. Именно от второго и происходит человеческий орган зрения. Чуть позднее происходит формирование прозрачной пленки, которая защищает зрачок от загрязнения и меняет его способность преломления света. Так появляется первый хрусталик. Чем он больше – тем острее взор.

Глаз оказывается настолько совершенным органом, что природе понадобилось изобрести его дважды, отдельно для беспозвоночных и для позвоночных. Процесс развития тоже был различным. В случае с моллюсками глаз произошел из эпителия, а в случае с человеком – из эпителия (роговица и хрусталик) и нервной ткани (стекловидное тело и сетчатка). Есть также третий, фасеточный глаз. Он более сложный и состоит из множества омматидиев (отдельных глазков). Этим глазом обладают трилобиты, насекомые, ракообразные и некоторые беспозвоночные.

Люди во все времена задумывались над сложным строением человеческого организма. Так мудрый грек Герофил еще в древние времена описывал сетчатку глаза: «Взятая рыбацкая сетка, заброшенная на дно глазного бокала, которая ловит солнечные лучи». Это поэтическое сравнение оказалось удивительно точным. Сегодня уверенно можно утверждать, что сетчатка глаза – именно «сетка», способная «ловить» даже отдельные кванты света.

Сетчатку можно определить как многоэлементный фотоприемник изображений, который по упрощенной структуре представляется как разветвление зрительного нерва с дополнительными функциями обработки изображений.

Сетчатка глаза занимает зону диаметром около 22 мм, и за счет этого почти полностью (около 72% внутренней поверхности глазного яблока) устилает фоторецепторами глазное дно от реснитчатого тела до слепого пятна – зоны выхода из глазного дна зрительного нерва. При офтальмоскопии это выглядит как светлый диск по причине большего (чем в других зонах сетчатки) коэффициента отражения света.

Слепое пятно и центральная зона сетчатки

В зоне выхода зрительного нерва сетчатка не имеет фоточувствительных рецепторов. Поэтому изображение объектов, которые попадают в это место, человек не видит (отсюда и название «слепое пятно»). Оно имеет размер примерно 1,8 – 2 мм в диаметре, расположено в горизонтальной плоскости на расстоянии 4 мм от заднего полюса глазного яблока по направлению к носу ниже полюса глазного яблока.

Центральная зона сетчатки, которую называют желтым пятном, макулой или макулярной зоной, выглядит как наиболее темная зона глазного дна. У разных людей ее цвет может варьироваться от темно-желтого до темно-коричневого. Центральная зона имеет несколько вытянутую овальную форму в горизонтальной плоскости. Размер желтого пятна точно не определен, но принято считать, что в горизонтальной плоскости он составляет от 1,5 до 3 мм.

Желтое пятно, как и слепое пятно, не расположено в зоне полюса глазного яблока. Его центр смещен в горизонтальной плоскости в противоположном от слепого пятна направлении: на расстоянии около 1 мм от оси симметрии оптической системы глаза.

Сетчатка глаза имеет разную толщину. В зоне слепого пятна она является наиболее толстой (0,4 – 0,5 мм). Наименьшую толщину она имеет в центральной зоне желтого пятна (0,07 – 0,1 мм), где образуется так называемая центральная ямка. На краях сетчатки (зубчатая линия) ее толщина равна примерно 0,14 мм.

Хотя сетчатка и выглядит как тонкая пленка, все же она имеет сложную микроструктуру. В направлении лучей, которые поступают к сетчатке через прозрачные среды глаза и мембрану, отделяющую стекловидное тело от сетчатки, первым слоем сетчатки являются прозрачные нервные волокна. Они являются «проводниками», по которым в мозг передаются фотоэлектрические сигналы, несущие в себе информацию о зрительной картине объектов наблюдения: изображения, которые фокусируются оптической системой глаза на глазном дне.

Свет, плотность распределения которого на поверхности сетчатки пропорциональна яркости поля объектов, проникает через все слои сетчатки и попадает на светочувствительный слой, составленный из колбочек и палочек. Этот слой выполняет активное поглощение света.

Колбочки имеют длину 0,035 мм и диаметр от 2 мкм в центральной зоне желтого пятна до 6 мкм в периферийной зоне сетчатки. Порог чувствительности колбочек составляет примерно 30 квантов света, а пороговая энергия – 1,2 10 -17 Дж. Колбочки являются фоторецепторами дня «цветного» зрения.

Наибольшей приемлемостью пользуется трехкомпонентная теория Г. Гельмгольца, согласно которой восприятие цвета глазом обеспечивается тремя типами колбочек с различной цветовой чувствительностью. Каждая колбочка имеет в разной концентрации три типа пигмента – светочувствительного вещества:

— первый тип пигмента (сине-голубой) поглощает свет в диапазоне длин волн 435-450 нм;
— второй тип (зеленый) – в диапазоне 525-540 нм;
— третий тип (красный) – в диапазоне 565-570 нм.

Палочки являются рецепторами ночного, «черно-белого» зрения. Их длина составляет 0,06 мм, а диаметр около 2 мкм. Они имеют пороговую чувствительность в 12 квантов света при длине волны 419 нм или пороговую энергию 4,8 0 -18 Дж. Следовательно, они намного более чувствительными к световому потоку.

Однако, вследствие слабой спектральной чувствительности палочек, объекты наблюдения ночью воспринимаются человеком как серые или черно-белые.

Плотность расположения колбочек и палочек по сетчатке не является одинаковой. Наибольшая плотность наблюдается в зоне желтого пятна. При приближении к периферии сетчатки плотность уменьшается.

В центре фовеа (фовеолы) находятся только колбочки. Их диаметр в этом месте является наименьшим, они плотно гексагонально заключены. В зоне фовеа плотность колбочек составляет 147000-238000 на 1 мм. Эта зона сетчатки имеет наибольшее пространственное разрешение, в связи с чем предназначена для наблюдения наиболее важных фрагментов пространства, на которых человек фиксирует свой взгляд.

Дальше от центра плотность уменьшается до 95 000 на 1 мм, а в парафовеа – до 10 000 на 1 мм. Плотность палочек самая высокая в парафовеоли – 150000-160000 на 1 мм. Дальше от центра их плотность также уменьшается, и на периферии сетчатки составляет всего 60000 на 1 мм. Средняя плотность палочек на сетчатке составляет 80000-100000 на 1 мм.

Функции сетчатки

Существует несоответствие между количеством отдельных фоторецепторов (7000000 колбочек и 120000000 палочек) и 1,2 миллиона волокон зрительного нерва. Оно проявляется в том, что количество «фотоприемников» более чем в 10 раз превышает количество «проводников», которые соединяют сетчатку с соответствующими центрами мозга.

Это делает понятной функцию слоев сетчатки: она заключается в осуществлении коммутации между отдельными фоторецепторами и участками зрительного центра мозга. С одной стороны, они не перегружают мозг «мелкой», второстепенной информацией, а с другой – не допускают потери важной составляющей зрительной информации о среде, которую наблюдает глаз. Поэтому каждая колбочка с фовеальной зоны имеет свой персональный канал прохождения нервных импульсов к мозгу.

Однако по мере удаления от фовеолы такие каналы образуются уже для групп фоторецепторов. Этому служат горизонтальные, биполярные амакринные и , а также внешние и внутренние её слои. Если каждая ганглиозная клетка для передачи сигналов в мозг имеет только свое персональное волокно (аксон), то это означает, что она благодаря коммутационному действию биполярных и горизонтальных клеток должна иметь синапсический контакт или с одним (в зоне фовеолы), или с несколькими (в периферийной зоне) фоторецепторами.

Ясно, что для этого нужно осуществлять соответствующую горизонтальную коммутацию фоторецепторов и биполярных клеток на более низком уровне, а также биполярных и ганглиозных клеток на высшем уровне. Такая коммутация обеспечивается через отростки горизонтальных и амакриновых клеток.

Синапсические контакты – это электрохимические контакты (синапсы) между клетками, которые осуществляются благодаря электрохимическим процессам с участием специфических веществ (нейромедиаторов). Ими обеспечивается «передача вещества» по «нервам-проводникам». Поэтому связи между различными дендритами сетчатки зависят не только от нервных импульсов, но и от процессов во всем организме. Эти процессы могут поставлять нейромедиаторы в зоны синапсов в сетчатке и в мозг как с участием нервных импульсов, так и с током крови, а также других жидкостей.

Дендриты – это отростки нервных клеток, которые воспринимают сигналы от других нейронов, рецепторных клеток, и проводят нервные импульсы через синапсические контакты к телу нейронов. Совокупность дендритов образует дендритную ветку. Совокупность дендритных ветвей называют дендритным деревом.

Амакриновые клетки осуществляют «боковое торможение» между соседними ганглиозными клетками. Этой обратной связью обеспечивается коммутация биполярных и ганглиозных клеток. Так не только решается задача подключения к мозгу ограниченного количества нервных волокон большого количества фоторецепторов, но и осуществляется предварительная обработка информации, поступающая от сетчатки к мозгу, то есть пространственная и временная фильтрация зрительных сигналов.

Таковы функции сетчатки глаза. Как видно, она очень хрупка и важна. Берегите ее!