Физико-химические процессы в организме человека Часть 5

Остроту зрения рассчитывают по формуле:
V=d/D
где V – острота зрения; d – расстояние от испытуемого до таблицы; D – расстояние, с которого
данная строка правильно читается нормальным глазом.
Например, если испытуемый правильно называет буквы, расположенные в 10-й строке
(она должна быть правильно читаема нормальным глазом с расстояния 5 м), а сам находится на
расстоянии 4 м, то острота его зрения равна:
V = 4 / 5 = 0,8
т.е. ниже нормальной.
б
а
Рис.121. Приведённый редуцированный глаз человека (а) и
построение изображения в нём (б).
Задание: Определить остроту зрения для правого и для левого глаза, а также при
бинокулярном зрении.
Поле зрения. Если фиксировать глазом какую-либо точку, ее изображение падает на
желтое пятно; в этом случае мы видим точку центральным зрением. Точки, изображения которых
падают на остальные места сетчатки, видимы периферическим зрением.
Совокупность точек, одновременно видимых глазом при фиксации взгляда в одной
точке, называется полем зрения. Измерение границы поля периферического зрения производят
прибором, называемым периметром.
Рис.134. Поле зрения левого (OS) и правого (OD) глаза человека для белого цвета
Границы поля зрения для бесцветных предметов составляют книзу 70°, кверху 60° и
кнаружи 90°. Поля зрения для различных цветов неодинаковы, больше всего поле зрения для
бесцветных предметов. Для синего и желтого цветов поле зрения значительно меньше, для
красного — ещё меньше, а для зеленого простирается только на 20 — 30 — 40°.
Зрение обоими глазами (бинокулярное зрение). При рассматривании предмета двумя
глазами (рис.135) на сетчатках правого и левого глаз получаются различные изображения. Разница
изображений двух точек тем больше, чем дальше расположены одна точка от другой. Однако,
несмотря на это, у человека не получается впечатление двух разных предметов, в его представлении эти два изображения сливаются в одно. В том, что это действительно так, легко
убедиться, надавливая слегка на один глаз сбоку; немедленно начинает «двоиться» в глазах,
потому что нарушилось это соответствие сетчаток.
Рис.135.
Перемещение
изображения
лампы,
получающееся при рассматривании её левым (1) и
правым (2) глазом.
Рис.136. Рассматривание разноудалённых предметов двумя глазами
Пространственное зрение. Чрезвычайно важную роль в анализе окружающего нас
пространства играют наружные мышцы глазных яблок. Вращение глаза в его орбите совершается
с помощью трёх пар мышц. Глаз человека может вращаться вокруг любой оси, проходящей через
центр вращения глаза. Глаз из первичного положения, когда он смотрит прямо вперед, может
повернуться кнаружи на 42°, внутрь на 45°, вверх на 54° и вниз на 57°.
Отчётливое изображение предметов, находящихся на одинаковом расстоянии от глаз,
обеспечивается свободными движениями глазных яблок в разных направлениях. Движения
нормальных глаз всегда содружественны, а их зрительные оси направлены на фиксированную ими
точку. Это обеспечивает попадание изо
Величина изображения предмета АВ на сетчатке (АВ) (см. рис.121, б) рассчитывается на
основании правила подобия треугольников. Пользуются формулой:
АВ = АВ● α2/α1
где α2 – расстояние от узловой точки до сетчатки (у взрослого
~ 17 мм, у новорожденного ~ 11
мм); α1 – расстояние предмета до роговицы глаза плюс расстояние передней поверхности
роговицы от узловой точки (у взрослого ~ 7 мм, у новорожденного 5,5 мм).
Рассчитайте величину изображения на сетчатке предмета величиной
60 см, удалённого от глаза на расстояние 5 м.
Когда человек смотрит на далекие предметы, то они видны ясно, если их изображение
падает на сетчатку. При этом близкие предметы видны неясно, их изображение на сетчатке
расплывчато. Это зависит от того, что лучи от ближних точек собираются за сетчаткой, а на ней
получаются круги светорассеяния. Видеть одновременно одинаково ясно предметы, удаленные от
глаза на разное расстояние, невозможно. В этом легко убедиться, читая через марлевую сетку
книгу, находящуюся достаточно далеко от сетки. В этом случае можно ясно видеть либо шрифт
книги, либо марлевую сетку, но нельзя видеть их одновременно одинаково ясно.
Приспособление глаза к ясному видению разноудаленных предметов называется
аккомодацией.
Рис.122. Ход лучей от разноудалённых точек.
Рис.123. Механизм аккомодации.
Силой аккомодации глаза называется разность оптических сил хрусталика при
максимальной аккомодации и ее отсутствии. При отсутствии аккомодации (глаз смотрит на бесконечно удаленную светящуюся точку) параллельные лучи сходятся на сетчатке. При этом
фокусное расстояние глаза будет равно расстоянию от сетчатки до точки, называемой узловой
точкой глаза (точка О на рис. 121, а). Для среднего (редуцированного) глаза оно равно 17 мм, а
соответствующая ему оптическая сила D = 59 дптр.
При далёком расположении предмета и покое аккомодации оптическая сила глаза ~ 60
дптр, при близком расположении (~ 25 см) и пределе напряжения аккомодации 70 – 74 дптр.
Аккомодация осуществляется путем изменения кривизны хрусталика и, следовательно, его
преломляющей способности. При рассматривании близких предметов хрусталик делается более
выпуклым, благодаря чему расходящиеся лучи от светящейся точки сходятся на сетчатке.
Левая половина рис. 123 изображает хрусталик при рассматривании далёкого предмета;
правая – при рассмотрении близкого предмета, т.е. при аккомодационном усилии. Видна большая
выпуклость хрусталика справа.
Гельмгольц показал, что в механизме аккомодации глаза существенная роль принадлежит
сокращению цилиарных (ресничных) мышц, которые изменяют выпуклость хрусталика.
Хрусталик заключен в капсулу, переходящую по краям в волокна цинновой связки, прикрепленной к ресничному телу. Цинновы связки всегда натянуты и их натяжение передается капсуле,
сжимающей и уплотняющей хрусталик. В ресничном теле находятся гладкие мышечные волокна.
При их сокращении наступает ослабление тяги цинновых связок, а значит уменьшение давления
на хрусталик, который вследствие своей эластичности принимает более выпуклую форму. Таким
образом, цилиарные мышцы являются аккомодационными мышцами.
Рис.124. Механизм аккомодации.
Поскольку ближняя точка ясного видения соответствует состоянию хрусталика с
наибольшим напряжением мышцы, длительное пребывание в этом состоянии крайне утомительно
для глаза. Расстояние, при котором глаз может находиться в аккомодированном состоянии
достаточно длительное время, а качество изображения на сетчатке получается хорошим,
называется расстоянием наилучшего зрения. Его значение для нормального глаза примерно равно
25 см. Если необходимо рассматривать мелкие детали, расстояние между предметом и глазом
можно на короткое время уменьшить, оставаясь в пределах области аккомодации глаза.
С возрастом сила аккомодации уменьшается, поэтому ближайшая точка ясного видения
отодвигается от глаз. Это происходит потому, что хрусталик с возрастом становится менее
эластичным и при ослаблении цинновых связок его выпуклость или не изменяется, или лишь
незначительно увеличивается. Это состояние называется старческой дальнозоркостью. Поэтому
пожилые люди отодвигают от глаз книгу, когда читают, или же, если это уже не помогает,
исправляют недостаток аккомодации с помощью двояковыпуклых очков.
§2. Аномалии рефракции глаза. Зрачковый рефлекс. Фотохимические реакции в
рецепторах сетчатки. Цветовое зрение.
Существуют две главные аномалии преломления лучей (рефракции) в глазу: близорукость,
иначе говоря, миопия, и дальнозоркость — гиперметропия. Эти аномалии обусловлены, как
правило, не недостаточностью преломляющих сред, а ненормальной длиной глазного яблока
(рис.125).
Рис. 125. Схема рефракции
1 - в дальнозорком,
2 - нормальном и
3 - близоруком глазу
Близорукость. Если продольная ось глаза слишком длинна, то главный фокус будет находиться не на сетчатке, а перед ней, в стекловидном теле. В этом случае, параллельные лучи
сходятся в одну точку не на сетчатке, а где-то ближе нее, а на сетчатке вместо точки возникает
круг светорассеяния. Такой глаз называется близоруким — миопическим. У близорукого дальняя
точка ясного видения придвинется из бесконечности, на конечное (и довольно близкое)
расстояние. Близорукость устраняется применением очков с рассеивающими линзами (рис. 126).
Рис.126. Близорукость, и её коррекция.
Дальнозоркость. Противоположностью близорукости является дальнозоркость —
гиперметропия. В дальнозорком глазу продольная ось глаза коротка и поэтому параллельные
лучи, идущие от далеких предметов, собираются сзади сетчатки. На сетчатке же получается круг
светорассеяния, т. е. неясное, расплывчатое изображение предмета. Этот недостаток рефракции
может быть компенсирован путем аккомодационного усилия, т. е. увеличения выпуклости
хрусталика. Поэтому дальнозоркий человек напрягает аккомодационную мышцу, смотря не
только вблизи, но и вдаль.
У дальнозорких людей ближайшая точка ясного видения отстоит от глаза дальше, тем у
лиц с нормальным зрением. Поэтому аккомодационные усилия при рассматривании близких
предметов оказываются недостаточными. В результате для чтения дальнозоркие люди должны надевать двояковыпуклые очки, усиливающие преломление лучей.
Рис.127. Дальнозоркость и её коррекция.
Гиперметропию не следует смешивать со старческой дальнозоркостью. Эти два недостатка
имеют общим только то, что при них необходимо пользоваться двояковыпуклыми очками.
Для коррекции зрения пользуются очками. Формула линзы позволяет рассчитать
необходимую оптическую силу линзы очков:
1/F = 1/d + 1/f
где 1/f = Dочк – преломляющая сила линзы очков
F – расстояние наилучшего зрения нормального глаза (F = 25 см = 0,25 м)
d – расстояние наилучшего зрения глаза пациента.
Примеры:
1. Определить оптическую силу очков, восполняющих недостатки глаза пациента,
расстояние наилучшего видения которого 15 см.
Решение: 1/f = 1/F – 1/d = 1/0,25 – 1/0,15 = – 2,67 дптр.
Знак «–» характерен для близорукого глаза.
2.Определить оптическую силу очков, восполняющих недостатки глаза пациента,
расстояние наилучшего видения которого 100 см.
Решение: 1/f = 1/F – 1/d = 1/0,25 – 1/1,0 = + 3 дптр.
Знак «+» характерен для дальнозоркого глаза.
Мальчик, сняв очки, читал книгу, держа ее на расстоянии 16 см от
глаз. Какой оптической силы у него очки?
Дальнозоркий человек может читать книгу, держа её на расстоянии не
менее 80 см от глаза. Какова должна быть оптическая сила очков,
который должен носить человек, чтобы читать книгу, держа её на
расстоянии наилучшего зрения 25 см?
Левый глаз человека корректируется линзой с оптической силой — 6,5
дптр. Близорукий это человек или дальнозоркий? Чему равен предел
зрения (где находится дальняя точка ясного видения) этого человека без
очков?
Зрачок и зрачковый рефлекс. Зрачком называется отверстие в центре радужной
оболочки, через которое проходят все лучи света, попадающие внутрь глаза (рис.128, а). Зрачок
способствует четкости изображения предметов на сетчатке, пропуская только центральные лучи и
устраняя так называемую сферическую аберрацию.
в
а
б
Рис.128. Зрачок (а), сферическая аберрация (б) и схема иннервации радужной оболочки глаза (в).
Сферическая аберрация состоит в том, что лучи, попавшие на периферические части
хрусталика, преломляются сильнее центральных лучей
(рис.128, б). Центральные лучи 1-1
собираются в фокусе f3 , лежащем на сетчатке; краевые лучи 2-2 и 3-3 собираются в фокусе f2 - f1,
лежащих перед сетчаткой. Вертикальные линии А-А перед хрусталиком изображает радиусную
оболочку, не пропускающую красных лучей, что способствует чёткости изображений.
Поэтому, если не устранять периферических лучей, на сетчатке должны получаться круги
светорассеяния. Мускулатура радужной оболочки способна изменять величину зрачка и тем
самым регулировать приток света в глаз. Если прикрыть глаз от света, а затем открыть его:
расширившийся при затемнении зрачок быстро суживается. Это сужение происходит
рёфлекторно.
На рис.128, в - схема иннервации радужной оболочки и ресничной мышцы. В радужной
оболочке имеется два вида мышечных волокон, окружающих зрачок: одни — кольцевые, другие
— радиальные. Сокращение первых вызывает сужение зрачка, сокращение вторых — его
расширение.
Обычно зрачки обоих глаз имеют круглую форму и одинаковый диаметр. Средний диаметр
зрачка уменьшается с возрастом.
Реакция на свет. При постоянном внешнем освещении количество света, попадающее в
глаз за единицу времени, пропорционально площади зрачка. При снижении интенсивности
внешнего освещения зрачок рефлекторно расширяется. Если при дневном освещении человек
закроет глаза на 10-20 с, то зрачок увеличится. Когда же он снова откроет глаза, зрачок
сократится. Эту реакцию на свет можно исследовать еще более детально, если освещать оба глаза
по отдельности (рис. 129). Если осветить один глаз, то через 0,3-0,8 с его зрачок сократится
(прямая реакция на свет). Сократится также и зрачок неосвещенного глаза (содружественная
реакция на свет).
Рис.129. Схема зрачковых рефлексов. Показана прямая и
Стрелками изображается освещение одного глаза.
содружественная реакция на свет.
Ясно, что реакция на свет является полезным регуляторным механизмом, поскольку при
этом в условиях слишком сильного внешнего освещения (например, в яркий солнечный день)
уменьшается количество света, падающего на сетчатку, тогда как при слабом освещении за счет
расширения зрачка количество света, падающего на сетчатку, увеличивается. В этой регуляторной
цепи с отрицательной обратной связью датчиком являются рецепторы сетчатки, а объектом
регуляции -диаметр зрачка. У молодых людей диаметр зрачка может изменяться примерно от 1,5
до 8 мм, что приводит к изменению уровня освещенности сетчатки примерно в 30 раз.
Фотохимические реакции в рецепторах сетчатки. Цветовое зрение.
Во внутренней оболочке глаза расположены зрительные рецепторные клетки – палочки и
колбочки.
В палочках сетчатки человека содержится пигмент родопсин, или зрительный пурпур.
Родопсин представляет собой высокомолекулярное соединение (молекулярный вес 270 000),
состоящее из ретинена – альдегида витамина А и белка опсина. При действии света происходит
цикл химических превращений этого вещества. Поглощая свет, ретинен переходит в свой
геометрический изомер, характеризующийся тем, что его боковая цепь выпрямляется, а это
приводит к нарушению связи ретинена с белком. При этом вначале образуются некоторые
промежуточные вещества – люмиродопсин и метародопсин, после чего ретинен отщепляется от
опсина. Под влиянием фермента, названного редуктазой ретинена, последний переходит в
витамин А, который поступает из наружных члеников палочек в клетки пигментного слоя.
При затемнении глаз происходит регенерация зрительного пурпура, т.е. ресинтез
родопсина. Для этого этого процесса необходимо, чтобы сетчатка получала изомер витамина А, из
которого образуется ретинен. Если же витамин А в организме отсутствует, образование ретинена
из родопсина резко нарушается, что приводит к заболеванию – куриной слепоте. Образование
ретинена из витамина А представляет собой окислительный процесс, происходящий при участии
ферментной системы.
Рис.130. Наружный сегмент (палочка)
фоторецептора. Схема молекулярной
Рис.131. Кривая чувствительности глаза к
основным цветам.
организации ретиналя и его комбинация с
опсином при образовании родопсина.
Способность глаза по разному воспринимать свет различной длины волны называется
цветовым зрением. Ещё в конце прошлого века было установлено, что палочки сетчатки являются
рецепторами системы монохроматического (черно-белого или серого) зрения, а колбочки –
рецепторами системы полихроматического (цветового) зрения.
Наибольшим признанием пользуется трёхкомпонентная теория цветового зрения,
предложенная ещё М.В.Ломоносовым, и разработанная в прошлом столетии Юнгом и
Гельмгольцем. Согласно этой теории, колбочки сетчатки делятся на три вида и содержат
различные светочувствительные вещества. Всякий цвет оказывает действие на все три вида
рецепторов, но в различной степени. При изолированном возбуждении колбочек одного вида
возникло бы ощущение насыщенного красного, при изолированном возбуждении другого –
насыщенного зелёного, а при изолированном возбуждении третьего – насыщенного синего. Если
одновременно возбуждаются два вида рецепторов, то возникает ощущение промежуточного цвета.
Например, при возбуждении рецепторов зелёного и синего цвета возникает ощущение голубого
цвета. При одновременном возбуждении всех видов рецепторов возникает ощущение белого или
серого цвета. Таким образом, согласно данной теории, кодирование длины волны света
обусловлено наличием фоторецепторов, обладающих избирательной чувствительностью к
электромагнитным колебаниям определённой длины волны. Всё многообразие цветовых
ощущений обусловлено соотношением количества возбуждаемых рецепторов разных видов.
Практическая работа №16. Реагирование зрачков на свет.
Сажают испытуемого лицом к свету. Через 1—2 мин отмечают ширину его зрачков. После
этого проделывают следующие наблюдения.
1. Испытуемый закрывает один глаз рукой, наблюдают за возникающим вслед за этим
изменением ширины зрачка открытого глаза.
2. Открывают и наблюдают за изменением ширины зрачков обоих глаз.
3. Закрывают оба глаза на 30—60 с. Открывают глаза, отмечают, что зрачки расширены.
Сравнивают степень расширения зрачков при закрытии обоих глаз с той, которая наблюдалась при
закрытии одного глаза. Наблюдают сужение зрачков, которое происходит после открытия глаз.
Сделать вывод о прямой и содружественной рефлекторных реакциях зрачков на свет.
§3. Острота зрения, поле зрения, бинокулярное зрение. Пространственное зрение.
Иллюзии восприятия. Глазомер.
Острота зрения. Остроту зрения определяет то наименьшее расстояние между двумя
точками, которое глаз может различить.
Мерилом остроты зрения служит угол, который образуется между лучами, идущими от
двух точек предмета к глазу, - угол зрения. Чем меньше этот угол, тем выше острота зрения. Чем
больше угол зрения, тем больше число деталей на поверхности предмета различимо глазом.
Рис.132. Угол зрения 2 определяет изображение на сетчатке.
У большинства людей минимальная величина угла зрения составляет 1 (одну минуту).
Принято считать этот угол нормой, а остроту зрения глаза, имеющего наименьший угол зрения 1
мин., - единицей остроты зрения.
Рис.133. Таблица Сивцева для определения остроты зрения.
Острота зрения измеряется при помощи специальных таблиц (рис.133), которые состоят из
нескольких рядов букв, фигур или незамкнутых окружностей различной величины. Против
каждой строчки стоит число, означающее то расстояние в метрах, с которого нормальный глаз
должен различить фигуры этой строчки под углом в 1.
При определении остроты зрения человек должен находиться на расстоянии 5 м от
висящей на стене таблицы. Показателем остроты считается та строка с наименьшими по размеру
буквами, на которой испытуемый может отличить несколько букв или фигур.
Практическая работа №17. Определение остроты зрения.
Для определения остроты зрения пользуются таблицей доктора Сивцева, составленной из
12 строк букв разной величины. Величина букв каждой строки убывает сверху вниз.