БЛИЗОРУКОСТЬ

Э. С АВЕТИСОВ

Издание второе, переработанное и дополненное

Аветисов Эдуард Сергеевич

Заместитель директора по научной работе Московского НИИ глазных болезней им. Гельмголъца. Доктор медицинских наук, про­фессор, академик Международной Академии офтальмологии, объе­диняющей 50 ведущих офтальмологов мира. Автор более 200 опуб­ликованных научных работ, среди которых 7 монографий. Им сфор­мулирована новая теория происхождения близорукости и разрабо­таны методы ее профилактики и лечения. Создана принципиально новая эффективная система лечения нарушений бинокулярного зрения, в частности при косоглазии, -- диплоптика. Разработан комплекс лечебных мер при нистагме, который существенно улуч­шил прогноз при этом тяжелом заболевании. Основатель и руко­водитель крупной научной школы — им подготовлено 24 доктора и 85 кандидатов наук.

Москва "Медицина" 2002

мость проблемы увеличивается в связи с тем, что осложненная миопия развивается у лиц самого работоспособного возраста. В связи с этим борьба с миопией — это государственная задача, для решения которой необходимо проведение активных и широких мер по предупреждению близорукости и ее осложнений.

В последние 15—20 лет научные исследования по проблеме близорукости значительно расширились. В Московском научно-исследовательском институте глазных болезней им. Гельмгольца и ряде других учреждений страны получены новые данные о закономерностях рефрактогенеза, механизме развития близору­кости, ее патофизиологических и клинических особенностях. На этой основе разработаны эффективные методы профилактики развития миопии и ее прогрессирования, профилактики и ле­чения ее осложнений. Все большее место в системе мер по борьбе с близорукостью занимают хирургические методы.

В офтальмологической литературе достижения последних лет в изучении проблемы близорукости пока не получили достаточ­но полного и систематизированного освещения, если не считать статей на эту тему, опубликованных в периодической печати и в материалах офтальмологических съездов и конференций. Для того чтобы в известной мере восполнить этот пробел, и напи­сана настоящая монография, предназначенная для широкого круга врачей-офтальмологов.

В монографии освещены понятия не только статической, но и динамической рефракции глаза и особенности ее при миопии. Приведены современные данные об общих закономерностях рефрактогенеза. Это поможет правильно понять механизм про­исхождения миопии как частной формы рефракции глаза.

Подробно освещены три основных патогенетических звена близорукости, связанных с ослаблением аккомодации, наслед­ственным предрасположением и ослаблением склеры, а также такие вопросы, как связь миопии с гемодинамикой глаза, общим состоянием организма и природно-географическими факторами. Детально описаны анатомо-оптические, физиологические и функциональные особенности глаза при миопии, а также ее клиника. Представлены методы обследования лиц с близоруко­стью, описаны применяемые для этой цели аппараты и при­боры, приведены критерии, позволяющие правильно оценить результаты обследования.

Основное внимание в монографии уделено обоснованию и подробному описанию широкого комплекса мер по лечению и профилактике миопии. Этот комплекс включает гигиенические меры, оптическую коррекцию, медикаментозные и физические воздействия на аппарат аккомодации, медикаментозное лечение, лечебную физкультуру и операции.

Глава 1

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И СТАТИЧЕСКАЯ РЕФРАКЦИЯ ГЛАЗА

ПРОСТАЯ И СЛОЖНАЯ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Простая оптическая система состоит из одной преломляю­щей сферической поверхности. На рис. 1, А изображена повер­хность S с радиусом кривизны г, разделяющая две среды с показателями преломления п и п'. Через центр кривизны поверхности С проходит оптическая ось — ОС. В такой сис­теме лучи от бесконечно удаленной светящейся точки, иду­щие параллельно главной оптической оси, после преломления сходятся в точке F' — заднем главном фокусе. Расстояние Г =OF' называется задним главным фокусным расстоянием. Оно равно:

По мере приближения светящейся точки к S по оптической оси точка, в которой сходятся преломившиеся лучи, будет удаляться от S. Как только светящаяся точка приблизится к S на расстояние

п — п

которое называют передним главным фокусным расстоянием, лучи после преломления пойдут параллельно оптической оси. Если светящаяся точка Р находится на прямой FF' на рас­стоянии а от переднего фокуса F и левее его, то точка Р' — место, где сходятся преломившиеся лучи, т.е. изображение точ­ки Р окажется на а' правее заднего главного фокуса F' и на той же прямой FF' (рис. 1,Б). Расстояния а и а' связаны фор­мулой Ньютона:

аа'= Г.

При построении изображений принято считать, что свет рас­пространяется слева направо и направление отрезков по ходу его распространения положительное, против хода — отрицатель­ное.

В офтальмологии чаще всего приходится встречаться с явле­ниями преломления света, проходящего через линзу. Линзой называют оптическую деталь, ограниченную преломляющими

Рис.2. Фокус выпуклой (а) и вогнутой (б) линз.

Рис.1. Преломление света при прохождении через сферическую поверх­ность. Объяснение в тексте.

поверхностями, из которых хотя бы одна является поверхно­стью вращения. По форме преломляющих поверхностей линзы могут быть сферическими (обе поверхности сферические или одна плоская, другая сферическая), цилиндрическими (одна поверхность плоская, другая цилиндрическая) или торичес-кими (одна поверхность сферическая, другая торическая). Другие сочетания преломляющих поверхностей обычно не приме­няют.

Если сферическая линза достаточно тонкая, то ее можно представить как две выпуклые или вогнутые сферические по­верхности, находящиеся на оптической оси в одной плоскости. Выпуклая линза обладает свойством собирать падающие на нее лучи, вогнутая — рассеивать. Точка, в которой собирается пучок падающих на линзу параллельных лучей, называется ее фоку­сом. Фокус выпуклой линзы (F) находится на стороне, про­тивоположной источнику света, вогнутой — на той же стороне (рис. 2).

Линия, соединяющая центры поверхностей, образующих линзу, называется ее оптической осью. В каждой линзе разли­чают переднюю и заднюю поверхности, а также соответственно передний и задний фокусы. Расстояния от центра линзы до фокусов называются фокусными расстояниями.

Благодаря тому что лучи, исходящие из одной точки, после прохождения через линзу снова собираются в точку, линза обладает свойством формировать изображения предметов.

Пример построения изображения при прохождении света через выпуклую линзу представлен на рис. 3. От каждой точки пред­мета проводят два луча: один через центр линзы, второй па­раллельно оптической оси. Луч, проходящий через центр линзы (S',O), не преломляется. Луч, параллельный оптической оси (S',T), преломляется и проходит через задний фокус линзы (F). Изображение точки S', находится на пересечении этих лучей, т.е. в точке S'_r Точки S, и S₂, а также S', и S', называются

8

Рис.3. Построение изображения при прохождении света через выпук­лую линзу. Объяснение в тексте.

сопряженными. Сопряженные и фокусные точки линзы связаны следующим соотношением:

где 1, — расстояние от объекта до линзы; 1₂ — расстояние от линзы до изображения; f — фокусное расстояние линзы.

Величина D = преломляющая сила линзы. Расстояния

1,, 1₂ и f выражают в метрах, преломляющую силу — в диоп­триях. За 1 диоптрию (дптр) принята преломляющая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. Следовательно, линза с фокус­ным расстоянием 0,5 м обладает преломляющей силой 2,0 дптр, 2м — 0,5 дптр и т.д. Преломляющая сила выпуклых линз имеет положительный знак, вогнутых — отрицательный.

Цилиндрические линзы ограничены двумя цилиндрическими или одной плоской и одной цилиндрической поверхностями. Они также бывают выпуклыми (положительные) или вогнутыми (отрицательные). Выпуклая цилиндрическая линза обладает свой­ством собирать падающий на нее пучок параллельных лучей в

Рис.4. Прохождение света через выпуклую цилиндрическую линзу.

линию, параллельную оси цилиндра (рис. 4). По аналогии с фокусной точкой сферической линзы эту линию называют фокальной линией.

Несколько преломляющих поверхностей или тонких линз, находящихся на конечном расстоянии друг от друга, составляют сложную оптическую систему. Частным случаем такой системы является толстая линза. Систему называют центрированной, если оси составляющих ее элементов совпадают с оптической осью системы.

В сложной оптической системе выделяют кардинальные точ­ки и плоскости (рис. 5). Это значительно упрощает построение изображения в такой системе и необходимые вычисления. Раз­личают две главные плоскости — переднюю и заднюю. Эти плоскости перпендикулярны оптической оси и обладают следу­ющим свойством: луч света, входящий в одну из них, проходит по другой параллельно оптической оси. Иначе говоря, изобра­жение на задней главной плоскости повторяет изображение на передней. Точки пересечения главных плоскостей с оптической осью называют главными точками. Расстояния до объекта и его изображения в сложной оптической системе отсчитывают не от вершин преломляющих поверхностей, а от передней и задней главных точек соответственно.

На оптической оси выделяют также две узловые точки -переднюю и заднюю. Они обладают особым свойством: луч света, входящий под определенным углом в первую из них, выходит под тем же углом из второй, т.е. идет параллельно своему прежнему направлению, сместившись на расстояние, равное расстоянию между узловыми точками.

Таким образом, кардинальными точками сложной оптичес­кой системы являются два главных фокуса, две главные точки и две узловые точки. Если среда по обе стороны оптической системы (например, воздух) имеет одинаковый показатель преломления, то узловые точки совпадают с главными.

На рис. 5 показано построение изображения в толстой линзе.

10

Рис.5. Кардинальные точки и плоскости сложной оптической системы (толстой линзы) и построение изображения в ней.

Н,Н₂ — передняя и задняя главные точки; N,N₂ — передняя и задняя узловые точки; F — задняя фокусная точка; Н ^Н',' — передняя главная плоскость; Н'₂Н'₂'— задняя главная плоскость; 8,5'j — объект; S₂S'₂— изображение

объекта.

Один из лучей идет параллельно оптической оси и, преломив­шись на задней главной плоскости, проходит через задний фокус системы. Второй луч проходит через переднюю главную точку и выходит из задней главной точки.

Суммарную преломляющую силу системы, состоящей из двух элементов, определяют по формуле:

D = D, + D₂-^D₁D₂,

где D — суммарная преломляющая сила системы; D, и D₂ — преломляющая сила элементов, входящих в систему; п — по­казатель преломления среды между элементами; d — расстояние между элементами.

Приведенный пример построения изображений относится к так называемым идеальным оптическим системам. В реальных системах проявляются оптические погрешности — аберрации. Различают монохроматические и хроматические аберрации. Ос­новные из монохроматических аберраций — это сферическая аберрация и астигматизм. Сущность сферической аберрации заключается в том, что параллельные лучи света, проходящие через линзу, не собираются в одну точку, а пересекаются с оптической осью в пределах некоторой зоны. Эта зона называ­ется глубиной фокуса данной системы. Астигматизм косого

11

Рис.6. «Схематический глаз», предложенный Гульстрандом.

F, — передний главный фокус; F — задний главный фокус; f, — переднее фокусное расстояние; f₂ — заднее фокусное расстояние; Н, и Н₂ — передняя и задняя главные плоскости; f_Bn — переднее вершинное (т.е. отсчитанное от вер­шины роговицы) фокусное расстояние; f_B3 — заднее вершинное фокусное

расстояние.

падения, или косых пучков, возникает в том случае, когда лучи падают на линзу под большим углом к оптической оси.

Монохроматические аберрации значительно менее выраже­ны, если лучи света проходят вблизи от оптической оси си­стемы. Такие лучи называют параксиальными. Хроматическая аберрация является следствием неодинакового преломления света с разной длиной волны, поэтому изображения объектов, по­лучаемые с помощью оптической системы, имеют цветные каемки.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА

Глаз человека представляет собой сложную оптическую си­стему, которая состоит из роговицы, влаги передней камеры, хрусталика и стекловидного тела. Преломляющая сила оптики глаза зависит от величины радиусов кривизны передней повер­хности роговицы, передней и задней поверхностей хрусталика, расстояний между ними и показателей преломления роговицы, хрусталика, влаги передней камеры и стекловидного тела. Оп-

12

Таблица 1

Характеристика «схематического глаза», предложенного Гульстрандом

(основные параметры при расслабленной аккомодации)

тическую силу задней поверхности роговицы не учитывают, поскольку показатели преломления ткани роговицы и влаги передней камеры одинаковы.

Приближенно можно считать, что преломляющие поверхно­сти глаза сферичны и их оптические оси совпадают, т.е. глаз является центрированной системой. В действительности же оп­тическая система глаза имеет много погрешностей. Так, рогови­ца сферична только в центральной зоне, показатель преломле­ния наружных слоев хрусталика меньше, чем внутренних, неодинакова степень преломления лучей в двух взаимно перпен­дикулярных плоскостях. Помимо того, в разных глазах оптичес­кие характеристики преломляющих сред существенно различа­ются, причем измерение их затруднено. Все это усложняет вычисление оптических констант глаза.

Для проведения расчетов параметров оптической системы глаза предложены упрощенные схемы этой системы, основанные на определении средних величин оптических констант, полученных

13

Рис.7. Фокусная зона глаза и проекция фигур светорассеяния.

при измерении многих глаз. На рис. 6 показан «схематический глаз», предложенный Гульстрандом (1909). В табл. 1 приведены его основные характеристики. Как видно на рисунке, передняя и задняя главные плоскости пересекают оптическую ось глаза соответственно на расстоянии 1,47 и 1,75 мм от вершины ро­говицы. Приближенно можно считать, что обе эти плоскости расположены в одном месте — на расстоянии 1,6 мм от вер­шины роговицы.

Переднее и заднее фокусные расстояния, если их отсчиты­вать от главных плоскостей, равны соответственно 16,78 и 22,42 мм. Чаще, однако, определяют передневершинное и зад-невершинное фокусные расстояния, т.е. положение главных фокусов относительно вершины роговицы. Эти расстояния рав­ны соответственно 15,31 и 24,17 мм.

Предложены и более простые схемы оптической системы глаза, в которых имеется только одна преломляющая повер­хность — передняя поверхность роговицы и одна среда — усредненная внутриглазная среда. Такой глаз называют редуци­рованным. Наиболее удачным является редуцированный глаз, предложенный В.К.Вербицким (1928). Его основные характери­стики: главная плоскость касается вершины роговицы, радиус ее кривизны 6,82 мм, длина переднезадней оси 23,4 мм, радиус кривизны сетчатки 10,2 мм, показатель преломления внутри­глазной среды 1,4, общая преломляющая сила 58,82 дптр. С помощью редуцированного глаза можно производить расчеты масштаба изображения на сетчатке и решать ряд других при­кладных задач.

Как и другим оптическим системам, глазу свойственны

14

Рис.8. Хроматическая абер­рация глаза.

F, — фокус для сине-зеленых лучей; F₂ — фокус для крас­ных лучей.

монохроматические и хроматические аберрации. Вследствие сфе­рической аберрации лучи, исходящие из точечного источника света, собираются не в точку, а в некоторую зону на оптичес­кой оси глаза (рис. 7). В результате этого на сетчатке образуется круг светорассеяния. Глубина этой зоны для нормального чело­веческого глаза колеблется от 0,5 до 1,5 дптр [Сергиенко Н.М., 1975; Campbell F., Gubish R.W., 1966].

Вследствие хроматической аберрации лучи коротковолновой части спектра (сине-зеленые) пересекаются в глазу на более близком к роговице расстоянии, чем лучи длинноволновой части спектра (красные). Интервал между фокусами этих лучей в глазу может достигать 1,0—1,5 дптр. Из-за этого, например, глаз, эмметропический по отношению к белому свету, становится миопическим для сине-зеленых и гиперметропическим для красных лучей, и наоборот, миопический глаз (М) более четко видит линии на красном фоне, а гиперметропический (Н) -на зеленом (рис. 8).

Практически все глаза в той или иной степени обладают еще одной аберрацией — неправильным астигматизмом из-за отсут­ствия идеальной сферичности и центровки преломляющих по­верхностей роговицы и хрусталика. Эту аберрацию можно оце­нить, измеряя клиническую рефракцию глаза в различных частях зрачка [Смирнов М.С., 1961; Сергиенко Н.М., 1969; Корню-шина ТА., 1980]. Неправильный астигматизм может быть пред­ставлен в виде рельефа гипотетической пластинки, которая, будучи наложена на роговицу, превращает данный глаз в иде­альную сферическую систему. Другой способ графического представления неправильного астигматизма — обозначение ве­личины отклонения статической рефракции относительно цен­тра зрачка в разных его точках. Неправильный астигматизм приводит к неравномерному распределению света на сетчатке; светящаяся точка образует на сетчатке область сложного диф­ракционного изображения, в которой могут выделяться участки максимальной освещенности.

15

ФИЗИЧЕСКАЯ И КЛИНИЧЕСКАЯ РЕФРАКЦИЯ ГЛАЗА

В физике рефракцией оптической системы принято считать ее преломляющую силу, выраженную в диоптриях. Физическая рефракция глаза человека варьирует от 51,8 до 71,3 дптр [Трон Е.Ж., 1947; Дашевский А.И., 1956].

Для получения четкого изображения важна не преломляю­щая сила оптической системы глаза сама по себе, а ее способ­ность фокусировать лучи на сетчатке. В связи с этим в офталь­мологии пользуются понятием клинической рефракции, под которой понимают соотношение между преломляющей силой и положением сетчатки, или, что то же самое, между задним фокусным расстоянием оптической системы и длиной передне-задней оси глаза. Различают два вида клинической рефракции глаза — статическую и динамическую. Статическая рефракция характеризует способ получения изображений на сетчатке в состоянии максимального расслабления аккомодации. Нетрудно заметить, что статическая рефракция — это искусственное понятие и отражает лишь структурные особенности глаза как оптической камеры, формирующей ретинальное изображение.

Для правильного решения многих вопросов, связанных со зрительной деятельностью в естественных условиях, необходи­мо иметь представление о функциональных особенностях опти­ческой системы глаза. Судить о них позволяет динамическая рефракция, под которой понимают преломляющую силу опти­ческой системы глаза относительно сетчатки при действующей аккомодации.

СТАТИЧЕСКАЯ РЕФРАКЦИЯ ГЛАЗА. ЭММЕТРОПИЯ И АМЕТРОПИИ

Статическая рефракция определяется положением заднего главного фокуса оптической системы глаза относительно сетчат­ки. При эмметропии этот фокус совпадает с сетчаткой, при аметропиях — не совпадает и располагается в глазу либо впе­реди сетчатки (миопия), либо позади нее (гиперметропия). При эмметропии дальнейшая точка ясного зрения находится в бес­конечности, при миопии — перед глазом на конечном рассто­янии, при гиперметропии — позади глаза (рис. 9).

В клинической практике о степени аметропии судят по силе линзы, которая ее корригирует и искусственно превращает глаз в эмметропический. Вследствие этого миопическую рефракцию обычно обозначают знаком «минус», а гиперметропическую -знаком «плюс», хотя в физическом смысле при миопии имеется

Рис.9. Положение дальнейшей точки ясного зрения (R) в глазу с эм-метропической (Е), миопической (М) и гиперметропической (Н) реф­ракцией (F — задний главный фокус). Оптическая сила всех трех глаз одинакова, и аметропия зависит только от длины глаза.

относительный избыток, а при гиперметропии — недостаток преломляющей силы глаза.

При аметропиях в условиях максимального расслабления аккомодации изображение на сетчатке объекта, находящегося в бесконечности, бывает нечетким. Каждая точка образует на сетчатке не точку, а круг, называемый кругом светорассея­ния.

Если оптическая система глаза не сферичная, то такой глаз называют астигматическим. При астигматизме имеется сочетание различных рефракций или разных степеней одной рефракции. В астигматическом глазу различают два главных взаимно пер­пендикулярных сечения, или меридиана: в одном из них пре­ломляющая сила наибольшая, в другом — наименьшая. Астиг­матизм называют правильным, если в каждом из главных

16

17

Рис.10. Ход лучей в астигматическом глазу и проекция фигур светорас­сеяния на оптической оси (случай сложного миопического астигма­тизма прямого типа).

Рис. 11. Положение сетчатки отно­сительно фокальных линий конои­да при различных видах астигма­тизма.

НН, Н, МН, М, ММ - положение сетчатки относительно фокальных ли­ний при астигматизме сложном гипер-метропическом, простом гиперметро-пическом, смешанном, простом и сложном миопическом соответственно.

меридианов преломляющая сила остается постоянной, или не­правильным, если она меняется.

Ход лучей в астигматическом глазу представлен на рис. 10. Форма фигуры светорассеяния зависит от места сечения коно­ида плоскостью, перпендикулярной оптической оси. В глазу такой «плоскостью» является сетчатка.

В зависимости от положения сетчатки относительно фокаль­ных линий различают следующие виды астигматизма (рис. 11): сложный гиперметропический (НН) — сетчатка находится впереди фокальных линий; простой гиперметропический (Н) — сетчатка совпадает с передней фокальной линией; смешанный (МН) — сетчатка расположена между фокальными линиями; простой миопический (М) — сетчатка совпадает с задней фокальной линией; сложный миопический (ММ) — сетчатка расположена позади нее.

Главные меридианы астигматического глаза принято обозна­чать по так называемой шкале ТАБО* -- градусной полукру­говой шкале, отсчет по которой производят против часовой стрел­ки. В зависимости от положения главных меридианов различают три типа астигматизма глаза — прямой, обратный и с косыми

осями. При прямом астигматизме меридиан, обладающий наи­большей преломляющей силой, расположен вертикально или в секторе ±30° от вертикали. При обратном астигматизме он рас­положен горизонтально или в секторе ±30° от горизонтали. Наконец, при астигматизме с косыми осями оба главных ме­ридиана лежат в секторах от 30° до 60° и от 120° до 150° по шкале ТАБО. О степени астигматизма судят по разности кли­нической рефракции в двух главных меридианах. Особенность зрения при астигматизме состоит в том, что глаз неодинаково видит линии различной ориентации.

Для сопоставления рефракции астигматического глаза со сферическими видами рефракции пользуются понятием сфери­ческого эквивалента. Это — средняя арифметическая рефракция двух главных меридианов астигматического глаза.

* ТАБО — составлено из начальных букв названия учреждения (Technische Ausschuss fur Brillenoptik - - технический комитет по очковой оптике), предложившего в 1917 г. эту систему обозначений.

18