Что такое палочки и колбочки сетчатки глаза. Что воспринимают колбочки сетчатки глаза

Палочки и колбочки сетчатки глаза являются своеобразными фоторецепторами зрительных органов. В сфере ответственности колбочек лежит преобразование энергии, полученной от света в специальные отделы головного мозга, в результате которого человеческий глаз способен зрительно воспринимать окружающую его среду. Палочки отвечают за способность ориентироваться в темное время суток или так называемое сумеречное зрение. Палочки воспринимают только темные и светлые тона. В отличие от них колбочки воспринимают миллионы цветов и их оттенков, а также отвечают за остроту зрения. Каждый из этих рецепторов обладает особым строением, благодаря которому осуществляет свои функции.

Палочки и колбочки являются чувствительными рецепторами сетчатки глаза преображающие световое раздражение в нервное

Палочки получили свое название благодаря своей цилиндрической форме. Каждая палочка разделяется на четыре основных части:

• базальная часть, отвечает за соединение нервных клеток;
• связывающая часть, обеспечивает соединение с ресницами;
• наружная часть;
• внутренняя часть - здесь содержатся митохондрии, вырабатывающие энергию.

Для того чтобы вызвать возбуждения фоторецептора, достаточно энергии одного фотона. Этой энергии хватает для того, чтобы глаза получили возможность различать предметы в условиях темноты. Получая световую энергию, палочки сетчатки раздражаются, а содержащийся в них пигмент начинает поглощать волны света.

Колбочки получили свое название благодаря схожести с обычной медицинской колбой. Они также разделяются на четыре части. В колбочках содержится другой пигмент, отвечающий за распознавание зеленых и красных оттенков. Интересным фактом является то, что пигмент, распознающий оттенки синего цвета, современной медициной не установлен.

Роль фоторецепторов в строении глазного яблока

Взаимосвязанная работа колбочек и палочек называется фоторецепией, то есть изменением полученной энергии от волн света в конкретные зрительные образы. Если в глазном яблоке это взаимодействие нарушено, то человек теряет значительную часть зрения. Так, например, нарушение в работе палочек может привести к тому, что человек теряет способность ориентироваться в условиях темноты и сумерек.

Колбочки сетчатки глаза воспринимают волны света, поступающие в условиях дневного освещения. Также благодаря им человеческий глаз обладает «четким» цветным зрением.

Симптомы нарушения работы фоторецепторов

Заболевания, сопровождающиеся патологиями в области фоторецепторов, имеют следующую симптоматику:

• ухудшение «качества» зрения.
• различные световые эффекты перед глазами (блики, вспышки, пелена).
• ухудшение зрения в сумерках;
• проблемы, связанные с различием цветов;
• уменьшение размеров зрительных полей.

Большинство из заболеваний, связанных с органами зрения, имеют характерные симптомы, по которым специалисту достаточно легко выявить болезнь. Такими заболеваниями могут быть дальтонизм и гемералопия. Однако существует целый ряд болезней, которые сопровождаются одинаковыми симптомами, и выявить определенную патологию можно лишь при углубленной диагностике и продолжительном сборе данных анамнеза.

Методика диагностики

Для диагностирования патологий, связанных с работой колбочек и палочек, назначается целый комплекс обследований:

• изучение ширины зрительных полей;
• изучение состояния дна зрительных органов;
• комплексная проверка на восприятие цветов и их оттенков;
• УФИ и УЗИ глазного яблока;
• ФАГ – обследование, позволяющее визуализировать состояние сосудистой системы;
• рефрактометрия.

Правильное восприятие цветов и острота зрения напрямую зависит от работы палочек и колбочек. На вопрос, сколько колбочек в сетчатке, точно ответить невозможно, так как их количество исчисляется миллионами. При различных заболеваниях сетчатой оболочки зрительного органа нарушается работа этих рецепторов, что может привести к частичной или полной потере зрения.

Заболевания фоторецепторов

На сегодняшний день известны следующие заболевания, затрагивающие фоторецепторы зрительных органов:

• отслоение сетчатой оболочки глазного яблока;
• возрастная дегенерация сетчатки;
• макулодистрофия ретины;
• дальтонизм;
• хориоретинит.

Профилактика заболеваний органов зрения

Длительные нагрузки на глаза - основная причина усталости и напряжения зрительных органов. Постоянная нагрузка может привести к тяжелым последствиям и стать причиной развития серьезных заболеваний, в результате которых может произойти потеря зрения.

Специалисты говорят о том, что соблюдая определенную методику, можно успешно бороться с усталостью глаз и предупредить появление патологических изменений. Главный фактор в данном вопросе - это правильное освещение. Офтальмологи не рекомендуют чтение и работу за компьютером в помещении с тусклым светом. Недостаток освещения может вызвать сильное напряжение в глазных яблоках.

Если вы используете оптические линзы и очки, размер диоптрий должен быть подобран специалистом. Для этого в кабинете офтальмолога можно пройти специальные тесты, которые выявят остроту зрения.

Постоянная работа за компьютером приводит к тому, что глазное яблоко начинает терять влагу. Именно поэтому важно делать небольшие промежутки, чтобы глаза могли отдохнуть. Идеальным решением для здоровья зрительных органов будут пятиминутные перерывы с промежутком в один час. Раз в три или четыре часа необходимо совершать гимнастические упражнения для глаз.

Еще одним немаловажным фактором профилактики заболеваний органов зрения является правильный рацион. Употребляемая пища должна содержать в себе витамины и полезные вещества. Рекомендуется есть больше свежих овощей, фруктов и ягод, а также кисломолочных изделий.

Улавливание света и распознавание цвета обеспечивают палочки и колбочки сетчатки глаза человека. Это небольшие рецепторы, что расположены в слое сетчатки, помогают глазам улавливать и изменять поток света в импульс. После эти импульсы передаются в мозг. Анатомия рецепторов практически одинаковое. Различие состоит в том, что палочки сетчатки помогают видеть предметы в приглушенном свете, а колбочки - при дневном свете.

Рецепторы глаз

На сетчатке человека находится приблизительно 115-120 миллионов рецепторов. Это рецепторы в глазу человека, которые помогают воспринимать окружающую реальность. Внешне напоминают продолговатый цилиндр. Они крайне чувствительны к свету, но не могут обеспечить цветовое зрение. Отличаются от колбочек сетчатки глаза, палочки. Они плохо различают цвета и медленно реагируют на передвижения предметов. Состояние этих рецепторов не сказывается на качестве зрения человека. Они находятся на периферии зрения и отвечают за видение в ночное время суток.

Другие зрительные рецепторы в глазах человека называются колбочки. Их приблизительно 7 миллионов, а форма соответствует названию. Как и палочки, колбочки помогают глазу воспринять изображения окружающей среды. Они вместе с палочками преобразовывают нейронные импульсы из лучей света и отправляют их по зрительному нерву в мозг. Колбочки в сетчатке отвечают за восприятие окружающей реальности днем. Именно к цветам чувствительны колбочки сетчатки. Это связано с пигментами, которые находятся в их составе. Расположены колбочки в глазу у человека в области макулы.

Разделяются на 3 типа:

• коротковолновые;
• средневолновые;
• длинноволновые.

Строение рецепторов

Палочки в радужном зрении не участвуют и отвечают за видимость и различие предметов в сумерках.

Анатомия рецепторов:

• наружное поле (диск);
• связующую зону;
• внутреннюю;
• базальная зона.

В длину одна палка 0,06 миллиметров, а диаметр - 0,002 мм. Эти фоторецепторы глаза крайне светочувствительны. Они воспринимают максимальное количество волн света, что предоставляет человеку возможность различать предметы в темное время суток. В рецепторах присутствует родопсин или зрительный пурпур, который содержится на мембранных дисках. В желтом пятне палочек практически нет. Под воздействием лучей он раздражается и помогает улавливать свет в ночное время.

Колбочки по строению схожи с палочками:

• наружная зона;
• связующая (перетяжка);
• внутренняя;
• базальная.

Длина рецепторов - 0,05 мм, а диаметр в широкой зоне составляет 0,004 мм. В дисках колбочек содержится йодопсин. Благодаря ему светочувствительные рецепторы обрабатывают поступающее изображение и изменяют его в нейронный импульс. Такая работа обеспечивает дневное видение и более точное изображение реальности. Колбочки улавливают красный и зеленый оттенков. Различают 3 вида йодопсина: эритролаб, хлоролаб цианолаб. Каждый из них отвечает за различие одного из 3-х основных оттенков: синего, красного и зеленого. Но если первые 2 вида были официально найдены учеными, то цианолаб еще не открыт, но уже имеет название.

Существует теория о двухкомпонентном восприятии цветов. Так как цианолаб еще не был найден, то приверженцы этой теории считают, что эритролаб и хлоролаб дают возможность глазу различать красный и зеленый спектры, а синий оттенок глаз улавливает с помощью выцветших родопсин (пигмента палочек). Эту гипотезу подтверждают исследования людей, что не различают синие цвета и плохо ориентируются в темноте.

Функции рецепторов

Зрительные рецепторы отвечают за качество изображения и за цветное зрение. Светочувствительность у палочек рецепторов сетчатки намного выше, чем у колбочек. При сильном воздействии яркий лучей единственный пигмент родопсин выцветает и воспринимает только короткие волны синего света. Но в темноте он восстанавливается, что дает возможность человеку видеть.

Чувствительность глаз, к предметам, лежащим вне полей зрения, что еще называется конвергенция, выше у тех, у кого наблюдается объединение палочек в группы и соединением с интернейроном, собирающим сигналы c сетчатки.

Следовательно, к функциям палочек и колбочек относится:

• цветовосприятие;
• одновременное распознание нескольких объектов;
• расширение периферического зрения;
• видимость в темноте и сумерках.

Острота зрения и чувствительность к освещенности.

В сетчатке глаза человека содержится один тип палочек (в них – ярко-красный пигмент родопсин ), относительно равномерно воспринимающих практически весь диапазон видимого спектра (от 390 до 760 нм) и три типа колбочек (пигменты – йодопсины ), каждый из которых воспринимает свет определенной длины волны. В результате более широкого спектра поглощения родопсина палочки восприни­мают слабый свет, т. е. необходимы в темноте, колбоч­ки – при ярком свете. Таким образом, колбочки являются аппаратом дневного зрения, а палочки – суме­речного.

Палочек в сетчатке содержится больше, чем колбочек (120 10 6 и 6-7 10 6 соответственно). Распределение палочек и колбочек тоже неодинаково. Тонкие, вытянутые палочки (размеры 50 х 3 мкм) равномерно распределены по всей сетчатке, кроме центральной ямки (желтого пятна), где располагаются почти исключительно удлиненные конические колбочки (60 х 1,5 мкм). Так как в центральной ямке колбочки очень плотно упакованы (15 10 4 на 1 мм 2), этот участок отличается высокой остротой зрения (еще одна из причин). Палочковое зрение отличается меньшей остротой, так как палочки расположены менее плотно (очередная причина) и сигналы от них подвергаются конвергенции (самая главная причина), но именно это обеспечивает высокую чувствительность, необходимую для ночного зрения. Палочки предназначены воспринимать информацию об освещенности и форме предметов.

Дополнительное приспособление к ночному видению. У некоторых видов животных (коров, лошадей, особенно кошек и собак) наблю­дается свечение глаз в темноте. Это обусловлено наличием особой отража­тельной перепонки (тапетум) , лежащей на дне глаза, впереди сосудистой оболочки. Перепонка состоит из волокон, пропитанных серебристыми кристаллами, отражающими попадающий в глаз свет. Свет вторично проходит через сетчатку и фоторецепторы получают дополнительную порцию фотонов. Правда, четкость изображения при таком отражении снижается, зато повышается чувствительность.

Цветовосприятие

Каждый зрительный пиг­мент поглощает часть падающего на него света и отража­ет остальную часть. Поглощая фотон света, зритель­ный пигмент меняет свою конфигурацию, при этом осво­бождается энергия, которая используется для осуществ­ления цепи химических реакций, что и приводит к возникновению нервного импульса.

У человека обнаружены три типа колбочек , в каждом из которых содержится свой зрительный пигмент – один из трех йодопсинов , максимально чувствительный к синему, зеленому или желтому свету. Электрический сигнал на выходе колбочек того или иного типа зависит от количества квантов, возбуждающих фотопигмент. Цветовое ощущение, очевидно, определяется соотношением между нервными сигналами от каждого из этих трех типов колбочек.

Может удивить кажущееся несоответствие между тремя типами колбочковых пигментов – синего, зеленого и желтого – и тремя «основными» цветами – синим, желтым и красным. Но хотя максимумы поглощения зрительных пигментов и не совпадают с тремя основными цветами, существенного противоречия в этом нет, поскольку свет любой длины волны (как и свет, состоящий из сочетания волн разной длины) создает уникальное соотношение между уровнями возбуждения цветовых рецепторов трех типов. Такое соотношение обеспечивает нервную систему, перерабатывающую сигналы от «трехпигментной» рецепторной системы, достаточной информацией для идентификации любых световых волн видимой части спектра.

У человека и у других приматов в цветовом зрении участвуют колбочки. Что в этом отношении можно сказать о палочках?

В сетчатке человека палочки имеются только за пределами центральной ямки и играют важную роль главным образом при слабой освещенности. Это объясняется двумя обстоятельствами. Во-первых, палочки более чувствительны к свету, чем колбочки (у родопсина очень широкий спектр поглощения ). Во-вторых, в их нервных связях сильнее выражена конвергенция, чем в связях колбочек, и это обеспечивает большую возможность суммации слабых стимулов. Поскольку у человека за цветовое зрение ответственны колбочки, при очень слабом освещении мы различаем лишь оттенки черного и серого. А так как в центральной ямке имеются в основном колбочки, мы лучше воспринимаем слабый свет, попадающий на участки вне центральной ямки – туда, где популяция палочек больше. Например, небольшая звездочка на небе кажется нам ярче, если ее изображение оказывается не в самой ямке, а в непосредственной близости от нее.

Исследования цветовосприятия у животных проводятся методом выработки дифференцировочных условных рефлексов – реакций на предметы, окрашенные в разные цвета, при обя­зательном выравнивании интенсивности яркости. Таким образом было установлено, что у собак и кошек цветное зрение раз­вито слабо, у мышей и кроликов отсутствует, лошади и крупный рогатый скот способны различать красный, зеленый, синий и желтый цвета; по-видимому, это относится и к свиньям.

Курсивом и особым форматированием выделен дополнительный материал.

В 1666г. Исаак Ньютон показал, что белый свет можно разложить на ряд цветных компонентов, пропустив его сквозь призму. Каждый такой спектральный цвет является монохроматическим, т.е. не способен больше разлагаться на другие цвета. К тому времени, однако, было уже известно, что художник может воспроизвести любой спектральный цвет (например, оранжевый), смешивая две чистые краски (например, красную и желтую), каждая из которых отражает свет, отличающийся по длине волны от данного спектрального цвета. Таким образом, открытый Ньютоном факт существования бесчисленного множества цветов и убежденность художников Возрождения, что любой цвет можно получить, комбинируя три основные краски – красную, желтую и синюю, казалось, противоречили друг другу.

Это противоречие в 1802г. разрешил Томас Юнг, предположивший, что рецепторы глаза избирательно воспринимают три основных цвета: красный, желтый и синий. Согласно его теории, цветовые рецепторы каждого типа в большей или меньшей степени возбуждаются светом с любой длиной волны. Иными словами, Юнг предположил, что ощущение «оранжевого цвета» возникает в результате одновременного возбуждения «красных» и «желтых» рецепторов. Таким образом, он сумел примирить факт бесконечного многообразия спектральных цветов с выводом о возможности их воспроизведения с помощью ограниченного числа красок.

Эту трихроматическую теорию Юнга подтвердили в XIX столетии результаты многочисленных психофизических исследований Джеймса Максвелла и Германа Гельмгольца, а также более поздние данные Уильяма Раштона.

Однако прямое доказательство существования трех типов цветовых рецепторов было получено лишь в 1964г., когда Уильям Б. Маркс (совместно с Эдвардом Ф. Мак Николом) изучил спектры поглощения одиночных колбочек из сетчатки золотой рыбки. Были обнаружены три типа колбочек, которые различались по спектральным пикам поглощения световых волн и соответствовали трем зрительным пигментам. Аналогичные исследования на сетчатке человека и обезьян дали схожие результаты.

Согласно одному из принципов фотохимии, свет, состоящий из волн разной длины, стимулирует фотохимические реакции пропорционально поглощению световых волн каждой длины. Если фотон не поглощается, то никакого влияния на молекулу пигмента он не оказывает. Поглощенный фотон передает часть своей энергии молекуле пигмента. Такой процесс переноса энергии означает, что волны разной длины будут возбуждать фоторецепторную клетку (что выражается в ее спектре действия) пропорционально тому, насколько эффективно пигмент этой клетки поглощает эти волны (т.е. в соответствии с ее спектром поглощения света).

Микроспектрофотометрическое изучение колбочек золотой рыбки позволило выявить три спектра поглощения, каждый из которых соответствует определенному зрительному пигменту с характерным для него максимумом. У человека кривая для соответствующего «длинноволнового» пигмента имеет максимум примерно при 560 нм, т. е. в желтой области спектра.

Существование трех типов колбочковых пигментов было подтверждено данными о существовании трех электрофизиологических типов пигмента со спектрами действия, соответствующими спектрам поглощения. Таким образом, в настоящее время трихроматическая теория Юнга может быть сформулирована с учетом данных о колбочковых пигментах.

Цветовое зрение было выявлено у представителей всех классов позвоночных. Трудно сделать какие-то обобщения о вкладе палочек и колбочек в цветовое зрение. Как правило, оно связано с наличием в сетчатке колбочек, однако в ряде случаев были обнаружены и «цветные» типы палочек. Например, у лягушки помимо колбочек имеются два типа палочек – «красные» (содержат родопсин и поглощают сине–зеленый свет) и «зеленые» (содержат пигмент, поглощающий свет синей части спектра). Из беспозвоночных способность различать цвета, в том числе и ультрафиолетовые лучи, хорошо развита у насекомых.

Задания:

1. Объясните, почему конвергенция должна повышать чувствительность глаза к слабому свету.

2. Объясните, почему ночью предметы видны лучше, если не смотреть прямо на них.

3. Объясните биологическую основу поговорки: «Ночью все кошки серые».

Строение палочек и колбочек

Палочки и колбочки весьма сходны по своему строению и состоят из четырех участков:

Наружный сегмент.

Это тот светочувствительный участок, где световая энергия преобразуется в рецепторный потенциал. Весь наружный сегмент палочек заполнен мембранными дисками, образованными плазматической мембраной и отделившимися от нее. В палочках число этих дисков составляет 600-1000, они представляют собой уплощенные мембранные мешочки и уложены наподобие стопки монет. В колбочках мембранных дисков меньше, и они представляют собой не обособленные складки плазматической мембраны. На поверхности мембранных дисков и складок, обращенной к цитоплазме находятся светочувствительные пигменты.

Перетяжка .

Здесь наружный сегмент почти полностью отделен от внутреннего впячиванием наружной мембраны. Связь между двумя сегментами осуществляется через цитоплазму и пару ресничек, переходящих из одного сегмента в другой. Реснички содержат только 9 периферических дублетов микротрубочек: пара центральных микротрубочек, характерных для ресничек, отсутствует.

Внутренний сегмент.

Это область активного метаболизма; она заполнена митохондриями, доставляющими энергию для процессов зрения, и полирибосомами, на которых синтезируются белки, участвующие в образовании мембранных дисков и синтезе зрительного пигмента. В этом же участке расположено ядро.

Синаптическая область.

В этом участке клетка образует синапсы с биполярными клетками. Диффузные биполярные клетки могут образовывать синапсы с несколькими палочками. Это явление, называемое синаптической конвергенцией, уменьшает остроту зрения, но повышает светочувствительность глаза. Моносинаптические биполярные клетки связывают одну колбочку с одной ганглиозной клеткой , что обеспечивает большую по сравнению с палочками остроту зрения. Горизонтальные и амакриновые клетки связывают вместе некоторое число палочек или колбочек . Благодаря этим клеткам зрительная информация еще до выхода из сетчатки подвергается определенной переработке; эти клетки, в частности, участвуют в латеральном торможении.

Латеральное торможение – одна из форм фильтрации в зрительной системе служит для усиления контраста.

Поскольку изменения силы или качества стимула во времени или пространстве, как правило, имеют для животного большое значение, в процессе эволюции сформировались нервные механизмы для «подчеркивания» таких изменений. Об усилении зрительного контраста можно получить представление, бегло взглянув на рисунок:

Кажется, что каждая вертикальная полоса несколько светлее у ее границы с соседней более темной полосой. И наоборот, там, где она граничит с более светлой полосой, она кажется темнее. Это оптическая иллюзия; на самом деле полосы по всей ее ширине закрашены равномерно (при хорошем качестве печати). Чтобы в этом убедиться, достаточно закрыть бумагой все полосы, кроме одной.

Как возникает эта иллюзия? Сигнал, передаваемый фоторецептором (палочкой, или колбочкой), возбуждает амакриновую клетку, которая тормозит передачу сигналов от соседних рецепторов, тем самым увеличивая четкость изображения («гасит блики»).

Первое физиологическое объяснение латерального торможения появилось в результате изучения фасеточного глаза мечехвоста. Хотя организация такого глаза гораздо проще, чем организация сетчатки позвоночных, между отдельными омматидиями у мечехвоста также существуют взаимодействия. Впервые это было обнаружено в середине 1950–х годов в лаборатории Х. К. Хартлайна в Рокфеллеровском университете. Сначала в темной комнате регистрировали электрическую активность отдельного омматидия при стимуляции его ярким лучом света, направленным только на этот омматидий. Когда включали также общий свет в комнате, эта дополнительная стимуляция не только не повышала частоту разрядов передаваемых омматидием, но наоборот приводила к ее снижению. Впоследствии было установлено, что причиной торможения (снижения частоты импульсации) данного омматидия было возбуждение окружающих его омматидиев рассеянным комнатным светом. Этот феномен, получивший название латерального торможения, позднее наблюдался и в зрительной системе других животных, а также в ряде сенсорных систем иного типа.

Механизм фоторецепции в палочках

Зададимся вопросом: а откуда в составе сетчатки нейроны: биполяры, ганглиозные клетки, а также горизонтальные и амакриновые клетки?

Вспомним, что сетчатка развивается как вырост переднего мозга. Следовательно – это нервная ткань. Парадоксально, но палочки и колбочки – это тоже нейроны, правда, видоизмененные. Причем, не просто нейроны, а спонтанно активные: без света их мембрана деполяризована, и они секретируют медиаторы, а свет вызывает торможение и гиперполяризацию мембраны! На примере палочек попытаемся разобраться, как это происходит.

Палочки содержат светочувствительный пигмент родопсин, находящийся на наружной поверхности мембранных дисков. Родопсин, или зрительный пурпур, представляет собой сложную молекулу, образующуюся в результате обратимого связывания белка опсина с небольшой молекулой поглощающего свет каротиноида – ретиналя (альдегидной формой витамина А – ретинола). Опсин может существовать в виде двух изомеров. Пока опсин связан с ретиналем, он существует в виде химически неактивного изомера, поскольку ретиналь, занимая определенный участок на поверхности его молекулы, блокирует реакционно-способные группы атомов.

Под воздействием света родопсин «выцветает» – разрушается на опсин и ретиналь. Этот процесс обратим. Обратный процесс лежит в основе темновой адаптации . В полной темноте требуется около 30 мин, чтобы весь родопсин был ресинтезирован и глаза (точнее – палочки) приобрели максимальную чувствительность.

Установлено, что даже один фотон способен вызывать выцветание родопсина. Освободившийся опсин изменяет свою конформацию, становится реакционно-способным и запускает каскад процессов. Рассмотрим эту цепь взаимообусловленных процессов последовательно.

В темноте:

1) родопсин в целости и сохранности, неактивен ;

2) в цитоплазме фоторецепторов работает фермент (гуанилатциклаза ), превращающий один из нуклеотидов – гуанилат (гуанозинмонофосфорная кислота – ГМФ) из линейной в циклическую форму – цГМФ (ГМФ → цГМФ) ;

3) цГМФ ответственен за поддержание открытого состояния Na + -каналов плазмалеммы фоторецепторов (цГМФ-зависимые Na + -каналы);

4) Na + -ионы свободно поступают в клетку – мембрана деполяризована, клетка в состоянии возбуждения ;

5) В состоянии возбуждения фоторецепторы секретируют медиатор в синаптическую щель.

На свету:

1) Поглощение света родопсином вызывает его выцветание , опсин изменяет свою конформацию и приобретает активность.

2) Появление активной формы опсина провоцирует активацию регуляторного G-белка (этот связанный с мембраной белок служит регуляторным агентом в клетках самого разного типа).

3) Активированный G-белок в свою очередь активирует в цитоплазме наружного сегмента фермент – фосфодиэстеразу . Все эти процессы протекают в плоскости мембраны диска.

4) Активированная фосфодиэстераза превращает в цитоплазме циклический гуанозинмонофосфат в обычную линейную форму (цГМФ → ГМФ) .

5) Уменьшение концентрации cGMP в цитоплазме приводит к закрытию Na + -каналов , пропускающих темновой ток, и мембрана гиперполяризуется .

6) В гиперполяризованном состоянии клетка не секретирует медиаторы .

Когда снова наступает темнота, под действием уже упоминавшейся гуанилатциклазы – происходит регенерация цГМФ. Повышение уровня цГМФ ведет к открытию каналов, и рецепторный ток восстанавливается до своего полного «темнового» уровня.

Модель фотопреобразования в палочке позвоночного.

Фотоизомеризация родопсина (Ро) приводит к активации G-белка, а он в свою очередь активирует фосфодиэстеразу (ФДЭ). Последняя затем гидролизует цГМФ в линейный ГМФ. Поскольку цГМФ поддерживает Na + -каналы в темноте открытыми, превращение на свету цГМФ в ГМФ вызывает закрытие этих каналов и уменьшение темнового тока. Сигнал об этом событии передается на пресинаптическую терминаль у основания внутреннего сегмента в результате распространения возникающего гиперполяризационного потенциала.

Таким образом, то, что происходит в фоторецепторах, прямо противоположно тому, что обычно наблюдается в других рецепторных клетках, где раздражение вызывает деполяризацию, а не гиперполяризацию. Гиперполяризация замедляет высвобождение из палочек возбуждающего медиатора, который в темноте выделяется в наибольшем количестве.

Столь сложный каскад процессов необходим для усиления сигнала. Как уже говорилось, поглощение даже одного фотона может быть зарегистрировано на выходе палочки. Фотоизомеризация одной молекулы фотопигмента вызывает лавинообразный каскад реакций, каждая из которых во много раз усиливает эффект предыдущей. Так, если одна молекула фотопигмента активирует 10 молекул G-белка, одна молекула G-белка активирует 10 молекул фосфодиэстеразы, а каждая молекула фосфодиэстеразы в свою очередь гидролизует 10 молекул цГМФ, фотоизомеризация одной молекулы пигмента сможет вывести из строя 1000 молекул цГМФ. Из этих произвольных, но скорее заниженных цифр нетрудно понять, как может усиливаться сенсорный сигнал с помощью каскада ферментативных реакций.

Все это позволяет объяснить ряд явлений, бывших ранее загадочными.

Во-первых, давно известно, что человек, адаптировавшийся к полной темноте, способен увидеть такую слабую вспышку света, при которой ни один рецептор не может получить более одного фотона. Как показывают расчеты, для ощу­щения вспышки нужно, чтобы в короткий промежуток времени около шести близко расположенных палочек были стимулированы фотонами. Теперь ста­новится понятно, как одиночный фотон может возбудить палочку и заставить ее генерировать сигнал достаточной силы.

Во-вторых, мы теперь можем объяснить неспособность палочек реагиро­вать на изменения освещенности, если свет уже достаточно ярок. По-видимо­му, чувствительность палочек столь высока, что при сильной освещенности, например при солнечном свете, все натриевые поры закрыты, и дальнейшее усиление света может не давать никакого дополнительного эффекта. Тогда говорят, что палочки насыщены.

Задание:

Один из законов теоретической биологии – закон органической целесообразности или закон Аристотеля – в настоящее время нашел объяснение в учении Дарвина о твор­ческой роли естественного отбора, проявляющейся в адаптивном характере биологической эволюции. Постарайтесь объяснить, в чем заключается адаптивность спонтанной активности фоторецепторов в темноте, учитывая, что на синтез и секрецию медиаторов затрачивается много энергии (АТФ).

ПАЛОЧКИ И КОЛБОЧКИ

ПАЛОЧКИ И КОЛБОЧКИ (фоторецепторы), клетки СЕТЧАТКИ ГЛАЗА, чувствительные к свету. Палочки расположены в окрашенном слое, выделяют РОДОПСИН и являются РЕЦЕПТОРАМИ света низкой интенсивности. Колбочки выделяют йодоп-син, приспособлены различать цвета. Палочки различают лишь оттенки черного и белого, но особо чувствительны к движению.

Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое "ПАЛОЧКИ И КОЛБОЧКИ" в других словарях:

У этого термина существуют и другие значения, см. Палочки. Сечение слоя сетчатки глаза … Википедия

Палочки - Рецепторные клетки, расположенные на сетчатке глаза. Палочки более активны при тусклом освещении, в то время как колбочки более активны в условиях хорошей освещенности. Животные, ведущие ночной образ жизни, имеют гораздо больше зрительных палочек … Большая психологическая энциклопедия

Фоторецепторы сетчатки, обеспечивающие сумеречное (скотопическое) зрение. Наруж. рецепторный отросток придаёт клетке форму П. (отсюда назв.). Неск. П. связаны синаптич. связью с одной биполярной клеткой, а неск. биполяров, в свою очередь, с одной … Биологический энциклопедический словарь

Сечение слоя сетчатки глаза … Википедия

Сечение слоя сетчатки глаза Строение колбочки (сетчатка). 1 мембранные полуди … Википедия

КОЛБОЧКИ - Зрительные рецепторы в сетчатке, которые обеспечивают цветное зрение. Они более плотно располагаются в центральной ямке сетчатки и, чем ближе к периферии, тем реже. Колбочки имеют порог чувствительности выше, чем палочки, и участвуют, прежде… … Толковый словарь по психологии

Колбочки - зрительные рецепторы в сетчатке глаза, обеспечивающие цветное зрение и участвующие дневном или фотопическом зрении. Более плотно расположены в центральной ямке сетчатки и встречаются всё реже по мере приближения к её периферии. Имеют более… … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

И; ж. Анат. Внутренняя светочувствительная оболочка глаза; ретина. * * * сетчатка (ретина), внутренняя оболочка глаза, состоящая из множества светочувствительных палочковых и колбочковых клеток (у человека в сетчатке около 7 млн. колбочек и 75… … Энциклопедический словарь

Орган зрения, воспринимающий свет. Глаз человека имеет сферическую форму, диаметр его ок. 25 мм. Стенка этой сферы (глазного яблока) состоит из трех основных оболочек: наружной, представленной склерой и роговицей; средней, сосудистого тракта,… … Энциклопедия Кольера

Часть физическая Мы видим окружающие нас предметы, когда лучи, идущие от них, преломляются в различных срединах глаза и, пересекаясь, образуют на сетчатке отчетливые изображения предметов. Каждому такому изображению соответствует определенное… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Доброго времени суток, друзья! Каждый из вас наверняка хоть раз задумывался о строении отдела, с помощью которого мы видим. Глаза – это сложнейший орган чувств, состоящий из различных оболочек, клеток и слоев, связанных друг с другом.

Главная часть отдела, отвечающего за зрение – оболочка глаза. В ней происходят различные процессы, связанные с электромагнитными волнами, которые преобразуются в нервные импульсы, поступающие по клеткам в нерв глаза, где находится вся чувствительность.

На тонком слое, который соединяется со стекловидным телом сосудами, расположены специальные клетки – палочки и колбочки сетчатки. Они исполняют роль фоторецепторов глаза, функции которого очень разнообразны. Именно об этих функциях и пойдет речь в статье.

Рецепторами сетчатки являются палочки и колбочки, которых у человека со здоровым зрением в глазу находится огромное количество. Они распределены по сетчатке неравномерно, имеют крохотные размеры и их насчитывается более 7 миллионов.

Периферические отростки в виде палочек предоставляют человеку возможность ориентироваться в темноте, вследствие чего они отвечают лишь за способность видеть различные предметы в черно-белом цвете. Именно из-за этого при нулевом освещении человека может видеть лишь силуэты и размытые темные картинки.

Значение колбочек заключается в снабжении глаза точным зрением и распознаванием цветов. Световые лучи, попадающие в глаз, с помощью импульсов преобразуются в нервное возбуждение. Однако они не такие чувствительные к свету, как палочки. Это обуславливается тем, что клетки колбочек и палочек имеют разную классификацию.

Палочки имеют чувствительность только к волнам, с длиной всего 500 нм, но при этом они продолжают свою работу даже в условиях рассеянных световых лучей.

Колбочки же имеют большую чувствительность к цветным сигналам, но для их стабильной работы необходимо больше напряжения.

Колбочки — их значение и строение

Отличительной чертой колбочек считается наличие пигмента йодопсина, который подразделяется на хлоролаб и эритролаб. Первый, в основном, охватывает желто-зеленый спектр видимости, а второй желто-красный. В целом они способны улавливать практически всю полость спектра.

Кроме того, колбочки имеют еще одну способность, отвечающую за опознание объектов в движении, из-за лучшей приспособленности к динамике световых частиц. Имеют они три главных участка:

1. Наружный. Он содержит в себе сразу несколько зрительных пигментов, которые находятся в определенных местах плазматической мембраны. Также имеет очень важное свойство – способность обновляться.
2. Эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов, образует так называемую перетяжку, образованную из ресничек и предназначенную для распространения энергии.
3. Зона повышенного обмена веществ. В этом участке находится энергетическое скопление клеток, строение которых складывается из митохондрий, выделяющих большое количество энергии для зрительных операций.
4. Последняя зона состоит из двух нейронов, или из нейрона и клетки, которая получает сигналы.

Существует также три вида фоторецепторных клеток – это L- тип, М- тип и S- тип. Каждый из них отвечает за определенные цвета: L – за красный и желтый, М – за зелено-желтый, а S управляет синим цветом.

Общая картина палочек

Данные фоторецепторные клетки распространены в огромном множестве по сетчатке глаза, количество их составляет от 115 до 120 миллионов. Эти клетки имеют форму цилиндров, из-за чего и были условно названы. Их длина небольшая, примерно в 30 раз больше диаметра.

Наиболее существенным отличием от других клеток является то, что в их состав входит родопсин – зрительный пигмент, принадлежащий группе хромопротеинов, с помощью которого достигается наибольшая световая чувствительность глаза. Он выделяется красным оттенком, что было выяснено во время различных анализов и изучений. Родопсин делится на белок, не имеющий цвета, и желтый пигмент.

Основным является то, что он отвечает на световые частицы распадом и раздражением зрительного нерва. В дневное время суток чувствительность перемещается в синюю зону, а в ночное преобразуется зрительный пурпур в течение получаса, который не способен отличать цвета, однако прекрасно улавливает маленькие вспышки света с энергией в один фотон.

К тому времени, как все полностью перестроится, орган адаптируется к тусклому свету и начинает четче видеть, при этом данный процесс считается лучшим для глаза. Строение палочек заключается в четырех составляющих:

1. Мембранные диски.
2. Реснички.
3. Митохондрии.
4. Нервная ткань.

Важно! Палочки действительно слишком светочувствительны и нужно всего лишь один фотон чтобы произошла реакция. Благодаря мельчайшим элементарным частицам света человек способен видеть неплохо даже в сумерках!

Видео о том, как выглядят колбочки и палочки сетчатки

В видео демонстрируется условная семантическое изображение сетчатки. Она состоит исключительно из фоторецепторов и нескольких слоев нервных клеток. Этот орган содержит порядка 7 млн. колбочек и 130 млн. палочек.

Размещены они неравномерно, в них протекают сложные фотохимические процессы, а также возникает возбуждение на свет самого днища, благодаря чему человек имеет прекрасную возможность видеть. Если вас заинтересовало подробнее строение, то я рекомендую досмотреть видео до конца.

Выводы

В завершении, я бы хотела отметить, что наш орган виденья – это совокупность мельчайших элементов, каждый из которых важен и несет свою ценность. В этой статье я описала специализированные клетки глаза, фото которых можно посмотреть в интернете для большего понимая того, как устроена система органа. При этом, если у вас остались какие-либо вопросы – обязательно оставляйте их в комментариях. Будьте здоровыми! С уважением, Ольга Морозова!