Биомеханика глаза

Орган зрения человека состоит из глазного яблока, зритель­ного нерва и вспомогательных аппаратов (мышцы, глазницы, фас­ции, веки с ресницами, слезный аппарат, сосуды и нервы). Все это располагается в глазнице (рис. 17.49).

То, что воспринимается зрением, есть результат взаимодейст­вия сенсорных и двигательных механизмов глаза и ЦНС, поскольку как произвольные, так и непроизвольные движения глаз, головы и тела заставляют изображение окружающего мира на сетчатке смещаться каждые'200—600 мс. Наш мозг создает целостную и непрерывную картину окружающего из последовательности дис­кретных изображений на сетчатке, которые слегка различны в ле­вом и правом глазах (по законам геометрической оптики) и изме­ряются от одного момента фиксации взгляда к другому. Несмотря на смещение этих изображений, мы видим неподвижные предме­ты именно неподвижными, расположенными под одними и теми же углами к нам, т. е. в устойчивой системе координат.

Оптическая система глаза представляет собой неточно центри­рованную сложную систему линз, формирующую на сетчатке пере­вернутое и уменьшенное изображение внешнего мира. Диоптри­ческий аппарат состоит из прозрачной роговицы, передней и задней камер, заполненных водянистой жидкостью, радужной оболочки, окружающей зрачок, хрусталика, окруженного прозрачной сумкой и стекловидного тела, занимающего большую часть глазного яб­лока (см. рис. 17.49). Стекловидное тело — это прозрачный гель, состоящий из внеклеточной жидкости с коллагеном и гиалуроновой кислотой в коллоидном растворе. В задней части глаза его внутрен­няя поверхность выстлана сетчаткой. Промежуток между сетчат­кой и плотной склерой, окружающей глазное яблоко, заполнен сетью кровеносных сосудов — сосудистой оболочкой.

Глазное яблоко. В нем выделяют передний и задний полюсы. Передний полюс — это наиболее выступающая точка рогови­цы, задний расположен латерально от места выхода зрительного нерва.

Глазное яблоко состоит из ядра, покрытого тремя оболочками: фиб­розной, сосудистой и внутренней, или сетчаткой (см. рис. 17.49). Мас­са глазного яблока составляет в среднем 2,2 г, его объем 3,25 см³, продольный диаметр 17,3 мм, поперечный— 16,7 мм. До двухлетнего возраста глазное яблоко увеличивается на 40% по сравнению с пер­воначальной величиной у новорожденного, в 5 лет — на 70%, у взрос­лого — в 3 раза.

Снаружи глазное яблоко покрыто фиброзной оболочкой, кото­рая подразделяется на задний отдел — склеру и прозрачный пе­редний — роговицу. Склера — плотная соединительно-тканная оболочка толщиной 03—0,4 мм в задней части, 0,6 мм вблизи ро­говицы. Сзади на склере находится решетчатая пластинка, учас­ток, через который проходят волокна зрительного нерва.

Роговица — прозрачная выпуклая пластинка блюдцеобразной формы. Толщина роговицы в центре около 1 —1,1 мм, по перифе­рии 0,8—0,9 мм. Роговица состоит из пяти слоев: передний эпите­лий, затем передняя пограничная пластинка, собственное вещест­во (роговицы), задняя пограничная пластинка, задний эпителий (эндотелий роговицы).

Диапазон напряжений в роговице при внутриглазном давления 2,72-10³ Па находится в пределах 1 —1,2-10⁵ Па, в склере — 1,6— 1,7-Ю⁵ Па. Соответственно этим значениям напряжений модуль нормальной упругости для радиального направления роговицы

будет равен 3,8—4,510⁶ Па, для окружного направления — 2,8— 3,4-10⁶ Па, для склеры — 5,1— 5,4-10⁶ Па.

Определение в процессе исследования значения коэффициен­та Пуассона при внутриглазном давлении 2,72 кПа составило для склеры 0,33—0,35.

Сосудистая оболочка глазного яблока (хориоидеа) располо­жена под склерой, толщина ее 0,1—0,22 мм, она богата кровенос­ными сосудами, состоит из трех частей: собственно сосудистой обо­лочки, ресничного тела и радужки.

Внутренняя (светочувствительная) оболочка глазного яблока — сетчатка, на всем протяжении прилежит изнутри к сосудистой обо­лочке. Она состоит из двух листков: внутреннего — светочувствитель­ного (нервная часть) и наружного — пигментного. Сетчатка делится на две части — заднюю зрительную и переднюю (ресничную и ра­дужную). Последняя не содержит светочувствительных клеток (фо­торецепторов).

Хрусталик — прозрачная двояковыпуклая линза диаметром около 9 мм, имеющая переднюю и заднюю поверхности, которые переходят одна в другую в области экватора. Линия, соединяющая наиболее выпуклые точки обеих поверхностей (полюсы), называет­ся осью хрусталика, ее размеры колеблются в пределах 3,7—4,4 мм в зависимости от степени аккомодации. Коэффициент прелом­ления хрусталика в поверхностных слоях равен 1,32, в централь­ных— 1,42.

Хрусталик как бы подвешен на ресничном пояске (цинновой связке) между волокнами которого расположены пространства по­яска (петинов канал), сообщающийся с камерами глаза. При натя­жении связки (расслабление ресничной мышцы) хрусталик упло­щается (установка на дальнее видение), при расслаблении связки (сокращение ресничной мышцы) выпуклость хрусталика увеличи­вается (установка на ближнее видение).

Стекловидное тело заполняет пространство между сетчаткой сзади, хрусталиком и задней строкой ресничного пояска спереди. Оно представляет собой аморфное межклеточное вещество желе­образной консистенции, его индекс светопреломления — 1,334. На передней поверхности стекловидного тела имеется ямка, в ко­торой располагается хрусталик.

Камеры глаза. Радужка разделяет пространство между рого­вицей, с одной стороны, и хрусталиком с цинновой связкой и рес­ничным телом с другой, на две камеры — переднюю и заднюю,

которые играют важную роль в циркуляции водянистой жидкости внутри глаза. Водянистая жидкость имеет очень низкую вязкость, она содержит около 0,02% белка. Благодаря отсутствию фибри­ногена она не свертывается.

Обе камеры сообщаются между собой через зрачок.

Благодаря циркуляции водянистой жидкости сохраняется рав­новесие между ее секрецией и всасыванием, что является фактором стабилизации внутриглазного давления. Как было описано ранее, глазное яблоко снаружи покрыто плотной фиброзной оболочкой, которая создает внутриглазное давление в пределах 20—25 мм рт. ст. (2666—3333 Па).

Итак, световые лучи проходят через роговицу, водянистую жид­кость передней камеры, зрачок, который в зависимости от интен­сивности света то расширяется, то сужается, водянистую жидкость задней камеры, хрусталик, стекловидное тело и, наконец, попадает на сетчатку. При этом пучок света направляется благодаря свето­преломляющим средам (и в первую очередь — аккомодации хру­сталика) на желтое пятно сетчатки, являющееся зоной наилучшего видения.

Вспомогательные органы глаза. Глазное яблоко у человека может вращаться так, чтобы на рассматриваемом предмете схо­дились зрительные оси обоих глазных яблок. Различают шесть глазодвигательных мышц: четыре прямые (верхняя, нижняя, ме­диальная, латеральная) и две косые (верхняя и нижняя) поперечно­полосатые мышцы составляют двигательный аппарат глаза.

Зрачковые реакции осуществляются с помощью двух систем гладких мышц в радужной оболочке. При сокращении кольцевой мышцы-сфинктера зрачок сужается (миоз); при сокращении мыш-цы-дилататора, волокна которой проходят в радужной оболочке дидиально, он расширяется (мидриаз). Сфинктер иннервируется парасимпатическими нервными волокнами, а дилататор, напротив, иннервируется симпатическими нервными волокнами.

Зрачковые реакции — важные диагностические признаки, по ко­торым можно выявить поражения сетчатки, зрительного нерва, ствола мозга (глазодвигательные зоны), шейного отдела спинного мозга, а также областей, через которые проходят пре- и постганглионарные зрачководвигательные волокна (глубинных слоев шеи и др.).

Веки защищают глазное яблоко спереди. Они представляют со­бой кожные складки, ограничивающие глазную щель и закрываю­щие ее при смыкании век.

Слезный аппарат включает слезную железу и систему слез­ных путей.

Проводящий путь зрительного анализатора. При попадании света на палочки и колбочки — отростки первых ней­ронов — генерируется нервный импульс, который передается би­полярным нейроцитам (И нейроны), от них оптикокоганглиозным нейроцитам (III нейроны). Аксоны последних формируют зритель­ный нерв, который выходит из глазницы через канал зрительного нерва.

Таким образом, в ответ на попадание световых волн в глаз зрачок сужается, а глазные яблоки поворачиваются в направлении пучка света.

Под действием света в высокосветочувствительных клетках¹ происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых в клетке генерируется нервный импульс, который через зрительный нерв передается в мозг. Совместное действие палочек и колбочек осуществляет процесс зрения.

Для создания на сетчатке четкого изображения предметов, уда­ленных от глаза на различные расстояния, фокусное расстояние оптической системы в глазу должно изменяться. Это достигается изменением радиусов кривизны поверхностей хрусталика. Свой­ство глаза приспосабливаться к расстоянию, на котором находят­ся рассматриваемые предметы, называется аккомодацией. Акко­модация происходит непроизвольно с помощью сокращения или растяжения циллиарной мышцы (рис. 17.50).

Расстоянием наилучшего зрения Д называется такое расстоя­ние от предмета до глаза, при котором ф оказывается максималь­ным при условии, что напряжение аккомодации невелико и глаз не устает. Для нормального глаза Д = 25 см. Нормальным считается глаз с хорошо сохранившейся способностью к аккомодации. С воз­растом способность к аккомодации постепенно уменьшается.