Вопрос 9. Оптически система глаза. Аккомодация и раз­решающая способность зрения. Аномалии рефракции зрения (миопия, гиперметропия, пресбкопия, астигматизм). Происхо­ждение и их коррекция.

Глаз может быть представлен как центрированная оптическая сис­тема, образованная роговицей, хрусталиком, жидкостью передней ка­меры с общей оптической силой около 60 диоптрий.

1- стекловидное тело; 2 - роговица; 3 - сетчатка; 4 - склера; 5 - хрусталик; 6 - сосудистая оболочка.

Аккомодация - изменение оптической силы глаза таким образом, чтобы изображение всегда получалось на сетчатке, независимо от расстояния, на котором находится предмет. Аккомодация происходит за счет изменения кривизны хрусталика.

Разрешающая способность глаза определяется наименьшим углом зрения, при котором две точки предмета видны отдельно. Для нор­мального глаза этот угол равен приблизительно одной минуте. При таком угле зрения минимальное расстояние для двух точек, видных отдельно и расположенных на расстоянии 25 сантиметров от глаза, равно 0,07мм.

Миопия - близорукость. При данном недостатке зрения изобра­жение удаленных предметов находится в плоскости, лежащей перед сетчаткой. Для исправления близорукости применяют рассеивающую линзу:

Л хр С

Л - линза; хр - хрусталик; С - сетчатка.

Гиперметропия - дальнозоркость. Гиперметропия объясняется недостаточной преломляющей способностью глаза, вследствие чего изображение получается за сетчаткой. Для исправления дальнозорко­сти применяют очки с собирающими линзами:

Л хр С

Л - линза; хр - хрусталик; С - сетчатка.

Пресбиопия - уменьшение с возрастом эластичность хрустали­ка, что ведет к уменьшению пределов аккомодации. Исправляет­ся с помощью очков с собирающими линзами.

Астигматизм чаще всего связан с неравномер­ной рефракцией в различных мередиальных плоскостях глаза, чаще всего во взаимно перпендикулярных плоскостях. Такой астигматизм называется простым. Простой астигматизм исправляется с помощью очков с цилиндрическими линзами.

Литература: Ремизов А.Н. Медбиофизика,-1987, с.453-460. Ливенцев Н.М., Курс физики,-1978, с.426-432.

Вопрос 10. Информационно-биологические процессы. Пер­вичный механизм зрения. Ретиналь. Цикл превращения родопсина.

Зрение - процесс, при котором, в ответ на поглощение кванта света в видимой области спектра, фоторецепторами формируется зрительный образ. Основные свойства зрительных рецепторов:

а) высокая информативность (в 10 раз больше, чем у остальных чувств);

б) большая чувствительность (порядка 1-2 кванта света);

в) высокое быстродействие;

г) возможность различать до 100000 оттенков цветов;

д) максимум спектральной чувствительности приходится на длину волны 500-550 нм.

Первичный механизм зрения - образование изображения предметов на сетчатке глаза является первичным звеном зрения.

Фоторецепторы сетчатки разделяются на палочки и колбочки. Число палочек 11010⁶, колбочек 610⁶.

Палочки более светочувствительны, чем колбочки, но они не обеспечивают различия цвета.

Колбочки образуют аппарат дневного и цветового зрения.

Палочка состоит из чувствительного к свету на­ружного сегмента I, внутреннего сегмента с ядрами и митохондриями II и нервного сегмента Ш (см. рис.).

Характерным элементом палочки является наружный сегмент, имеющий у человека диаметр около 2 мкм и длину от 20 до 30 мкм. Общая длина палочки составляет 50-60 мкм. Вся цитоплазма наружного сегмента заполнена своеобразными органеллами, назы­ваемыми дисками. Промежутки между ними не превышают 15 нм. В каждой палочке содержится от 700 до 1000 дисков. Диаметр каждого диска равен порядка 2 мкм, а толщина 15-18 нм. Следовательно, на внутридисковое содержимое вместе с цитозолем приходится не более половины объема наружного сегмента. Другую половину занимают мембраны дисков. Именно в них осуще­ствляется первичный процесс восприятия света. Поэтому мембрану диска называют фоторецепторной мембраной. Подобно всем био­мембранам, она состоит из липидов и белков, однако ей присущи два кардинальных отличительных признака. Во-первых, ее основным белковым компонентом является зрительный пигмент - родопсин. Во-вторых, более 50 процентов жирно-кислотного состава фосфолипидов, образующих дисковые мембраны, приходится на полинена­сыщенные жирные кислоты. Высокая степень насыщенности жирно-кислотных «хвостов» фосфолипидных молекул придает гидрофобно­му бимолекулярному каркасу фоторецепторной мембраны необычную подвижность, вследствие чего она обладает малой вязкостью (порядка

100 сП).

Первичный механизм возбуждения палочек светом связан со сложными превращениями ро­допсина в фоторецепторной мембране. Родопсин - высокомолекуляр­ное соединение, состоящее из двух основных компонентов: альдегида витамина А (ретиналя) и липопротеина под названием опсин («белок глаза»). В темноте ретиналь пребывает в так называемой 11-цисформе, для которой характерна некоторая скрученность молекулы. Скрученной молекуле 11-цис-ретиналя свойственна наибольшая энергия взаимодействия с опсином, вследствие чего их комплекс весьма устойчив. Для его разрушения необходимо преобразовать 11-цис-ретиналь в другой изомер - в так называемый полностью транс-ретиналь. Такое преобразование, происходящее под действием света, называется фотоизомеризацией.

Непосредственным следствием фотоизомеризации, приводящим, в конце концов, к появлению у человека ощущения света, служат конформационные перестройки молекулы родопсина. Дело в том, что пространственно 11-цис-ретиналь точно соответствует конфигурации активного центра опсина. При образовании трансизомера это соот­ветствие (комплиментарность) нарушаются, в результате чего ретиналь отщепляется от опсина, и родопсин обесцвечивается - претерпе­вает фотолиз.

Вне действия света распавшийся родопсин восстанавливается. Цикл превращений родопсина приведен ниже на рисунке.

1 - родопсин;

2 - фотоизомеризация ретиналя;

3 - распад родопсина;

4 - при помощи фермента АДГ (алкогольдегидрогеназа) получается трансформа витамина А;

5 - при помощи фермента ДПН (дифосфопиридиннуклеотид) образу­ется цис-форма витамина А;

6 - образование ретиналя и соединение с опсином.

Вследствие конформационной перестройки молекул родопсина в фоторецепторной мембране под действием

кванта света происходит гиперполяризационный сдвиг мембранного потенциала фоторецепторной клетки,

который называется рецепторным потенциалом (РП).

Амплитуда рецепторного потенциала возрастает при повышении интенсивности света, падающего на сетчатку и от длины волны света, поглощенного фоторецептором. Палочки генерируют наибольший РП и ответ на зеленый свет (31=500 нм). Среди колбочек выделено 3 типа, один из которых дает максимальный ответ (РП) на синий, второй - на зеленый, третий - на желто-красный свет.

Литература: Ремизов А.Н., Мвдбиофизика,-1987, с. 531-534. Владимиров ЮЛ. «Биофизика»,-1983, с.244-252. Лекции.