Одна диоптрия равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см (1 м).

Механизмы, обеспечивающие ясное видение

Возможность явного видения объектов создает оптическая система глаза – диоптрический аппарат, который представляет собой неточно центрированную систему линз. Они отбрасывают перевернутое и сильно уменьшенное изображение окружающего мира на сетчатку. Переднюю, часть диоптрического аппарата составляют роговица, передняя камера и двояковогнутая линза хрусталик. Пространство внутри глаза позади хрусталика заполнено стекловидным телом. Эта субстанция прозрачная, как вода. При прохождении луча света через оптическую систему глаза происходит преломление. Преломляющая сила (рефракция) выражается в диоптриях (D):

ПС = 1/f ,[D]

где f – фокусное расстояние, выраженное в метрах.

Определение_3

Одна диоптрия равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см (1 м).

Фокус (от лат. focus – «очаг») оптической системы – точка, в которой пересекаются («фокусируются») первоначально параллельные лучи после прохождения через собирающую систему (линзу). Фокусное расстояние линзы – расстояние от оптического центра (точки, в которой сходятся лучи) линзы до ее главного фокуса. Линия, проходящая через центр глаза и середину роговицы, называется главной оптической осью глаза. При рассматривании предметов мы направляем всегда глаз так, чтобы лучи от предмета падали на желтое чувствительное пятно. Линия, проходящая через оптический центр глаза и середину желтого пятна, называется осью зрения.

Оптическую систему глаза человека можно рассматривать как систему собирающих линз, имеющих общую оптическую ось. Основные элементы оптической системы образованы роговицей и хрусталиком, между которыми расположена диафрагма – радужка. Радужка регулирует доступ света внутрь глазного яблока. При ярком освещении она увеличивает диаметр зрачка, а при слабом освещении увеличивает диаметр зрачка. Основной преломляющей поверхностью в этой системе является передняя поверхность роговицы и обе поверхности хрусталика. Роговица представляет собой вогнуто-выпуклую линзу, которая имеет постоянную преломления преломляющую силу 43,05 дптр. Хрусталик – это двояковыпуклая линза, сила преломления которой зависит от возраста и составляет от 19,11 до 33,06 дптр. Благодаря такому строению оптическая система глаза может менять глубину резкости и воспринимать изображение внешних объектов в пределах пространства, ограниченного дальнейшей и ближайшей точками ясного видения. Дальнейшая точка соответствует состоянию аккомодации в покое, а вторая – при максимальном напряжении.

В 1909 году шведский физик Альвар Гулльстранд (Нобелевский лауреат по физиологии и медицине 1911 года) рассчитал, что суммарная преломляющая сила глаза составляет 58,64 дптр в покое аккомодации и 70,57 дптр при максимальном ее напряжении.

Рисунок 2 – Схема оптической системы глаза

Сила преломления (рефракция) может изменяться в зависимости от удаленности предмета. Для получения четкого изображения предмета расположенного на каком-либо расстоянии оптическая система должна быть перефокусирована, что возможно возможна благодаря изменению преломляющей силы хрусталика. Усиление рефракции при фокусировании более близкой точки называется аккомодацией на ближнюю точку, а ее снижение на дальнюю точку.

Усиление рефракции хрусталика на ближнюю точку достигается увеличением кривизны его поверхности (хрусталик становится более выпуклым (округлым) – фокусное расстояние сокращается). Изменение кривизны хрусталика при аккомодации на ближнюю точку происходит благодаря сокращению ресничной мышцы и сжатии сумки хрусталика. В состоянии аккомодации на дальнюю точку ресничная мышца находится в расслабленном состоянии, при этом хрусталик становится более плоским (вытянут в направлении вертикальной оси).

Таким образом, если человек с нормальным зрением рассматривает страницу книги, которую держит на расстоянии 30 см от глаз, рефракция увеличивается (хрусталик принимает округлую форму) на 1/0,3 м = 3,3 D. Ели переместить книгу на расстояние 50 см, рефракция уменьшается (хрусталик уплощается) до 2 D. Поэтому изображение предмета на сетчатке уменьшается с увеличением расстояния предмета. Лучи, проходящие через оптический центр и конечные точки предмета, образуют угол зрения.

При рассмотрении объектов, находящихся на разном удалении от наблюдателя, ясному видению способствуют следующие процессы.

1. Конвергенционные и дивергенционные движения глаз, благодаря которым осуществляется сведение или разведение зрительных осей.

2. Реакция зрачка, которая происходит синхронно с движением глаз. При конвергенции зрительных осей, когда рассматриваются близко расположенные предметы, происходит сужение зрачка, т. е. конвергентная реакция зрачков.

Конвергентная реакция способствует уменьшению искажения изображения, вызываемого сферической аберрацией.

Рисунок 3 – Схема реакции зрачка

Сферическая аберрация обусловлена тем, что преломляющие среды глаза имеют неодинаковое фокусное расстояние в разных участках. Центральная часть, через которую проходит оптическая ось, имеет большее фокусное расстояние, чем периферическая часть. Поэтому изображение на сетчатке получается нерезким. Чем меньше диаметр зрачка, тем меньше искажения, вызываемые сферической аберрацией. Конвергентные сужения зрачка включают в действие аппарат аккомодации, обусловливающий увеличение преломляющей силы хрусталика.

Зрачок является также аппаратом устранения хроматической аберрации, которая обусловлена тем, что оптический аппарат глаза, как и простые линзы, преломляет свет с короткой волной сильнее, чем с длинной волной. Исходя из этого, для более точной фокусировки предмета красного цвета требуется большая степень аккомодации, чем для синего цвета. Именно поэтому синие предметы кажутся более удаленными, чем красные, будучи расположенными на одном и том же расстоянии.

3. Аккомодацияявляется главным механизмом, обеспечивающим ясное видение разноудаленных предметов, и сводится к фокусированию изображения от далеко или близко расположенных предметов на сетчатке. Основной механизм аккомодации заключается в непроизвольном изменении кривизны хрусталика глаза.

Благодаря изменению кривизны хрусталика, особенно передней поверхности, его преломляющая сила может меняться в пределах 10–14 диоптрий. Хрусталик заключен в капсулу, которая по краям (вдоль экватора хрусталика) переходит в фиксирующую хрусталик связку (циннова связка), в свою очередь, соединенную с волокнами ресничной (цилиарной) мышцы. При сокращении цилиарной мышцы натяжение цинновых связок уменьшается, а хрусталик вследствие своей эластичности становится более выпуклым. Преломляющая сила глаза увеличивается, и глаз настраивается на видение близко расположенных предметов.

Когда человек смотрит вдаль, циннова связка находится в натянутом состоянии, что приводит к растягиванию сумки хрусталика и его утолщению.

Иннервация цилиарной мышцы осуществляется симпатическими и парасимпатическими нервами. Импульсы, поступающие по парасимпатическим волокнам глазодвигательного нерва, вызывает сокращение мышцы.

Симпатические волокна, отходящие от верхнего шейного узла, вызывают ее расслабление.

Изменение степени сокращения и расслабления цилиарной мышцы связано с возбуждением сетчатки и находится под влиянием коры головного мозга.

4. При рассматривании неподвижного предмета для обеспечения ясного видения глаз совершает три типа мелких непроизвольных движений:

- тремор – дрожание глаза с небольшой амплитудой и частотой;

- дрейф – медленное смещение глаза на довольно значительное расстояние;

- скачки (флики) – быстрые движения глаз;

- саккадические движения (саккады) – содружественные движения обоих глаз, совершаемые с большой скоростью.

Наблюдаются саккады при чтении, просматривании картин, когда обследуемые точки зрительного пространства находятся на одном удалении от наблюдателя и других объектов.

Если заблокировать эти движения глаз, то окружающий нас мир вследствие адаптации рецепторов сетчатки станет трудно различимым, каким он является у лягушки. Глаза лягушки неподвижны, поэтому она хорошо различает только движущиеся предметы, например бабочек. Именно поэтому лягушка приближается к змее, которая постоянно выбрасывает наружу свой язык. Находящуюся в состоянии неподвижности змею лягушка не различает, а ее движущийся язык принимает за летающую бабочку.

5. В условиях изменения освещенности ясное видение обеспечивают зрачковый рефлекс, темновая и световая адаптация.

Зрачокрегулирует интенсивность светового потока, действующего на сетчатку, путем изменения своего диаметра. Ширина зрачка может колебаться от 1,5 до 8,0 мм.

Сужение зрачка (миоз) происходит при увеличении освещенности, а также при рассматривании близко расположенного предмета и во сне.

Расширение зрачка (мидриаз) происходит при уменьшении освещенности, а также при возбуждении рецепторов, любых афферентных нервов, при эмоциональных реакциях напряжения, связанных с повышением тонуса симпатического отдела нервной системы (боль, гнев, страх, радость и т.д.), при психических возбуждениях (психозы, истерии и т.д.), при удушье, наркозе.

Зрачковый рефлекс при изменении освещенности хотя и улучшает зрительное восприятие, однако главным механизмом все же является темновая и световая адаптация.

Темповая адаптация выражается в повышении чувствительности зрительного анализатора (сенситизация), световая адаптация– в снижении чувствительности глаза к свету. Основу механизмов световой и темновой адаптации составляют фотохимические процессы, расщепления на свету, и ресинтеза в темноте, фоточувствительных пигментов, а также включение и выключение из деятельности рецепторных элементов сетчатки.

При нормальной рефракции глаза лучи от далеко расположенных предметов после прохождения через светопреломляющую систему глаза собираются в фокусе на сетчатке в центральной ямке. Нормальная рефракция глаза носит название эмметропия.

Наряду с нормальной рефракцией наблюдаются ее аномалии.

Миопия (близорукость) – это вид нарушения рефракции, при котором лучи от предмета после прохождения через светопреломляющий аппарат фокусируются не на сетчатке, а впереди нее. Это может зависеть от большой преломляющей силы глаза или от большой длины глазного яблока. Близкие предметы близорукий видит без аккомодации, отдаленные предметы видит неясными, расплывчатыми. Для коррекции применяются очки с рассеивающими двояковогнутыми линзами.

Гиперметропия (дальнозоркость) – это вид нарушения рефракции, при котором лучи от далеко расположенных предметов в силу слабой преломляющей способности глаза или при малой длине глазного яблока фокусируются за сетчаткой. Даже удаленные предметы дальнозоркий глаз видит с напряжением аккомодации, вследствие чего развивается гипертрофия аккомодационных мышц. Для коррекции применяют двояковыпуклые линзы.

Астигматизм – это вид нарушения рефракции, при котором лучи не могут сходиться в одной точке, в фокусе (от греч. stigme – точка), обусловлен различной кривизной роговицы и хрусталика в различных меридианах (плоскостях). При астигматизме предметы кажутся сплющенными или вытянутыми, его коррекцию осуществляют сфероцилиндрическими линзами.