Глаз. Зрение. Рефракция. Аметропия.

Консультация офтальмолога
Рефрактометрия
Офтальмоскопия
  • Глаз как оптическая система
  • Глаз как эволюционный инструмент адаптации
  • Норма и патология
  • Аметропия
  • Причины
  • Диагностика, лечение

Глаз как оптическая система

Не нужно быть глубоким специалистом, чтобы представлять себе строение собственного глаза, – по крайней мере, оптические аспекты его устройства. И даже если что-то подзабылось, никогда не поздно (и не лишне) вспомнить ключевые моменты.

Вспомним: световой поток схематически изображается, как правило, несколькими параллельными стрелочками, направленными в сторону глаза. Для удобства изучения глаз повернут в профиль и показан в разрезе.

Световые лучи-векторы попадают на внешнюю прозрачную роговицу, проходят через диафрагму зрачка, оставленную для них в непрозрачной склере, а затем фокусируются двояковыпуклой линзой-хрусталиком. Это означает, что каждый из бесчисленного множества условно-отдельных «лучей» подвергается рефракции, т.е. на границе двух оптических сред преломляется, отклоняется, меняет направление. Поскольку угол такого отклонения пропорционален, согласно закону Снеллиуса, наклону луча к поверхности, а поверхность хрусталика обладает определенным радиусом сферической кривизны, то степень преломления зависит от того, насколько близок конкретный луч к центру или к краю хрусталика: чем дальше «точка входа» от центра линзы, тем сильнее искривляется «маршрут». В результате все векторные стрелки, которые изначально были нарисованы параллельными, – т.е. пересекаться не собирались, – после прохождения через хрусталик сходятся в одной и той же точке, называемой точкой фокуса, фокальной точкой или просто фокусом. Каждый, кто хоть раз в жизни использовал под солнцем увеличительное стекло для выжигания по дереву, воочию видел эффект фокусировки, более того, – управлял им, приближая или удаляя лупу от дощечки.

Вспоминаем далее: внутри глазного яблока все это случается не в вакууме и не в воздухе, которым можно было бы пренебречь, а в стекловидном теле – особой субстанции, действительно похожей на жидкое стекло и состоящей почти полностью из воды (с небольшой примесью гиалуроновой кислоты для связки и упругости). Сфокусированное изображение в этой среде проецируется хрусталиком точно на сетчатку, причем проецируется, как мы помним, в перевернутом виде. Сетчатка – это тонкий, а в центральной ямке – тончайший слой светочувствительных клеток-нейронов на глазном дне, т.е. на задней внутренней поверхности глазного яблока. Колбо- и палочковидные фоторецепторы передают возникшее под действием света возбуждение в сопряженный с сетчаткой диск зрительного нерва. По нерву, словно по кабелю, преобразованный видеопоток электрохимическим способом транслируется в головной мозг – в затылочные зрительно-аналитические зоны. Такие процессы, как «видеть», «различать», «распознавать», «любоваться», «рассматривать» и т.д., являются функциями мозга, а не глаза.

Попутно заметим, что оптико-механические составляющие собственного зрения человек моделировать, в принципе, научился, а вот биологический способ преобразования и передачи визуального сигнала от сетчатки к мозгу (не говоря уже о процессах последующего распознавания и анализа изображения) для нашей цивилизации пока слишком сложен и непостижим. В мозгу же эти процессы занимают миллисекунды и происходят автоматически, обычно даже без участия сознания. Впрочем, при определенных условиях психика может очень существенно исказить «картинку», может ее вообще не увидеть, а может, напротив, генерировать видеопоток самостоятельно, без помощи глаз. Но к офтальмологии это уже не имеет отношения; зрительными галлюцинациями занимается другая медицинская специальность.

Вернемся к глазу. Два структурных элемента в этом сложнейшем био-нейро-оптико-механическом устройстве, – зрачок и хрусталик, – обладают функцией автоподстройки. Зрачок реагирует на освещенность: он рефлекторно сужается, когда нужно защитить сетчатку от «засвечивания», т.е. от повреждения слишком интенсивным световым потоком, и расширяется, когда для построения различимого образа в темноте или сумерках необходимо пропустить побольше света к сетчатке. Это, опять же, рефлекс безусловный, сознанием не контролируемый.

Что касается хрусталика, то в глазном «объективе» ему отведены функции дальномера и автофокуса. По экватору, т.е. по условной линии соединения двух выпуклых половинок (в действительности эта линза «выточена», конечно, цельной) хрусталик подвешен на множестве тонких зонулярных волокон, или цинновой связке. Кто рисовал в детстве солнышко с радиально расходящимися лучами, тот легко вообразит себе эту конструкцию. Циннова связка является частью цилиарного (ресничного) тела – кольцевого внутриглазного образования, сложно устроенного и выполняющего несколько различных функций (в частности, функции терморегуляции и выработки т.н. водянистой влаги, необходимой, кроме прочего, для доставки питательных веществ в бессосудистые структуры глаза). Однако важнейшая и известнейшая задача цилиарного тела, – точнее, цилиарной мышцы как одного из его элементов, – это аккомодация. В широком смысле данный термин означает приспособление, адаптацию; в офтальмологии – способность хрусталика менять кривизну поверхности в зависимости от расстояния до наблюдаемого объекта. Если объект далеко, цилиарная мышца расслабляется, хрусталик становится более плоским, и фокусное расстояние увеличивается. Когда нам нужно в деталях рассмотреть подкову на блохе, мы подносим насекомое почти вплотную к глазам; цилиарная мышца максимально напрягается, форма хрусталика приближается к сферической, его оптическая сила (измеряемая в «тех самых» диоптриях) увеличивается, а фокусное расстояние, соответственно, сокращается. К слову, фокусное расстояние – это дистанция от центра линзы до той точки, где фокусируемое изображение достигает максимальной резкости, четкости и разрешающей способности. Кто всерьез увлекается фотографией (или фотореалистичной компьютерной 3D-графикой), тот знает.

Механизм аккомодации глаза действительно «устроен» очень остроумно, и его стоит рассмотреть чуть подробней. Нормальный здоровый хрусталик упруг и эластичен; в отсутствие внешних механических напряжений он стремится принять естественную для него сферическую форму (а вовсе не плоскую, как мы могли бы подумать). Но его во все стороны от центра растягивают, уплощая, зонулярные ниточки-волокна цинновой связки, противоположными концами прикрепленные к внешнему цилиарному мышечному кольцу. Если это кольцо сокращается, т.е. напрягается и уменьшается в диаметре, то центробежное усилие каждого волокна ослабляется, – совсем как у резинки, которую растягивают на меньшую длину. Почувствовав слабину, хрусталик тут же устремляется к состоянию покоя, т.е. к шарообразной форме. Если же цилиарная мышца расслабляется и диаметр ее увеличивается, то зонулярные волокна натягиваются, – и, соответственно, экватор хрусталика вынужден растягиваться за ними вширь, делая форму линзы более плоской.

Те, кто видел «Властелин колец», наверняка помнят сцену в пещере паучихи Шелоб: распятый на паутине Фродо отдаленно напоминает хрусталик глаза в цинновой подвеске. Если бы своды округлой в сечении пещеры расслабились и разошлись вширь, натяжение паутинок возросло бы, благодаря чему мистер Бэггинс стал бы немного шире, площе и симметричней, словно витрувианский человек Да Винчи. И напротив, кольцеобразное, как у сфинктера, напряжение и сужение круглого тоннеля ослабило бы натяжение паутины, сообщив хоббиту бо́льшую свободу действий (впрочем, ничего подобного, мы помним, не произошло: Фродо кое-как высвободился с помощью холодного оружия).
Повторим, возвращаясь к теме: расслабление цилиарной мышцы – это натяжение подвески, более плоский хрусталик, большее фокусное расстояние и четкое зрение вдаль. Напряжение цилиарной мышцы – расслабление цинновой связки, округлый хрусталик, укороченный фокус и четкая детализация вблизи.

Читайте также: