Open Library - открытая библиотека учебной информации. Оптика глаза

5. Лицемер! вынь прежде бревно из твоего глаза и тогда увидишь, как вынуть сучок из глаза брата твоего. (Лк. 6:42). Обращает на себя внимание прежде всего слово "лицемер". Оно дает некоторым толкователям повод предполагать, что Спаситель здесь возвращается к прежней Своей речи

16565 1

Глаз можно сравнить с техническим устройством, предназначенным для передачи изображений — фото- или кинокамерой, передающим устройством телевизионной системы.

Анатомически глазное яблоко человека представляет собой почти правильную сферу диаметром около 25 мм. Оно состоит из трех оболочек — наружной фиброзной, средней сосудистой и внутренней (сетчатки), которые окружают ядро глаза. Оно включает водянистую влагу, хрусталик и стекловидное тело.

В свою очереди, фиброзная оболочка состоит из непрозрачной части — склеры, охватывающей большую часть глазного яблока, и передней прозрачной части — роговицы. Роговица слегка возвышается над уровнем сферы глазного яблока, так как радиус ее кривизны меньше (около 8 мм), чем радиус склеры (около 12 мм).

В сосудистой оболочке выделяют три части: наибольшая по площади, собственно сосудистая, выстилает изнутри примерно 2/3 склеры. Спереди она переходит в более толстое ресничное (цилиарное) тело, а еще дальше кпереди, на уровне перехода склеры в роговицу, в радужку. Она представляет собой лежащую во внутриглазной жидкости круглую мембрану с отверстием в центре — зрачком. Радужка имеет две мышцы, одна из которых расширяет, а другая — сужает зрачок. Внутренняя оболочка глазного яблока— сетчатка — выстилает в виде тонкой пленки всю сосудистую оболочку от заднего полюса глаза до ресничного тела. Она является той оболочкой, на которой изображение формируется и преобразуется в нервный сигнал.

Клетки, в которых свет преобразуется в нервный импульс, называются фоторецепторами. Они бывают двух видов: палочки, которые чувствительны к слабому свету и возбуждаются при низкой освещенности; колбочки, которые чувствительны к перепадам освещенности при высоких ее значениях, обладают высокой разрешающей способностью и способностью воспринимать цвет.

Палочки рассредоточены по всей периферии сетчатки. В центральной ее части, занимающей задний полюс глазного яблока, расположены колбочки. Они заполняют особую зону сетчатки — овал размером примерно 3x2 мм. Эта зона называется желтым пятном. В центре его находится особо чувствительный к перепадам освещенности участок диаметром 0,3 мм — центральная ямка.

Центральная ямка обеспечивает способность к различению мелких деталей видимых предметов, т. е. остроту зрения. Острота зрения измеряется в десятичных дробях 0,1; 0,2...1,0; 1,1; 1,2 и т. д. За норму, соответствующую остроте зрения 1,0, принимается такая различительная способность глаза, при которой две точки видны как раздельные, если угол между лучами, идущими от них в глаз, равен 1".

Если угол между минимально различимыми точками равен 2", то острота зрения равна 0,5, если 10", то 0,1, и т. д. Иначе говоря, острота зрения равна обратной величине предельного угла различения, выраженного в минутах. Острота зрения — основная функция глаза, на которую ориентируются при подборе очков.

Внутренняя часть глазного яблока заполнена прозрачными внутриглазными средами: сегмент между роговицей и радужкой (передняя камера) заполнен водянистой влагой. Непосредственно за радужкой находится эластичное. плотное чечевицеобразное образование — хрусталик. Он подвешен к ресничному телу при помощи густой сети фиброзных тяжей, называемых ресничной (цинновой) связкой. Большая часть глазного яблока, находящаяся за хрусталиком, заполнена студнеобразной массой — стекловидным телом.

Роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело являются преломляющими свет средами. Вместе они образуют оптическую систему глаза.

Наиболее удачное описание оптической системы среднего нормального человеческого глаза принадлежит шведскому оптику Гулльстранду.

F1 — передний главный фокус; F2 — задний главный фокус; f1 — переднее фокусное расстояние; f2 — заднее фокусное расстояние; Н1 и Н2— передняя и задняя главные плоскости; fвп — переднее вершинное (т. е. отсчитанное от вершины роговицы) фокусное расстояние; fвз — заднее вершинное фокусное расстояние

Как уже говорилось, глаз может быть сравним с прибором для передачи изображений, например с телевизионной передающей камерой — видиконом.

Глазодвигательный аппарат включает наружные мышцы глаза — по 6 мышц в каждом глазу: внутреннюю, наружную, верхнюю и нижнюю прямые, верхнюю и нижнюю косые. Благодаря их согласованной работе глаз постоянно совершает поисковые движения и при появлении в поле зрения какого-либо нового объекта, привлекающего внимание, совершает поворот (скачок) таким образом, чтобы изображение этого объекта попало на центральную ямку.

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:

т.е. ниже нормальной.

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.

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.

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● α 2 /α 1

где α 2 – расстояние от узловой точки до сетчатки (у взрослого ~ 17 мм, у новорожденного ~ 11 мм); α 1 – расстояние предмета до роговицы глаза плюс расстояние передней поверхности роговицы от узловой точки (у взрослого ~ 7 мм, у новорожденного 5,5 мм).

Приспособление глаза к ясному видению разноудаленных предметов называется аккомодацией.

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).

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.

Для коррекции зрения пользуются очками. Формула линзы позволяет рассчитать необходимую оптическую силу линзы очков:

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.