Глаз. Зрение. Рефракция. Аметропия.
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.
Глаз как эволюционный инструмент адаптации
Самое время напомнить себе (возможно, с долей сожаления) о том, что рассмотренные выше принципы и процессы в реальности неизмеримо сложней. Например, свет с его замысловатым, как женская логика, квантово-волновым дуализмом ведет себя в природе иначе, чем послушные и столь удобные параллельные лучи на чертеже глаза. Преломление зависит не только от угла падения, но и от коэффициентов рефракции оптических сред. Наблюдаемая человеком картина окружающего мира на самом деле фокусируется хрусталиком не в точку: на сетчатке предусмотрено особо зоркое «желтое пятно», – macula lutea или просто макула, – которое содержит только колбочковые фоторецепторы и для проецируемого перевернутого образа служит главным приемным экраном (причем экраном не прямоугольным и не круглым, а овальным, с ямкой посередине), обеспечивая нам максимальную четкость и ясность в центральном поле зрения. Выходящий в сетчатку и срощенный с ней диск зрительного нерва почему-то смещен относительно центра, а с хрусталиком связан тонким гиалоидным каналом… и так далее.
Широко известен исторический казус, связанный с трудами выдающегося ученого-энциклопедиста Германа Гельмгольца. Сказывают, что по результатам изучения анатомии и оптики глаза Гельмгольц крайне низко оценил способности господа бога как конструктора оптических систем, вызвавшись построить, – при условии равных возможностей, – куда более совершенный инструмент.
Великий ученый, безусловно, понимал как никто другой, насколько утрирован его сарказм и на что он, собственно, направлен. В действительности же бинокулярное (как следствие, объемное, стереоскопическое) зрение, присущее высшим формам жизни, является уникальным и незаменимым инструментом, который развился за сотни миллионов лет из первых нервных сплетений, случайно оказавшихся способными реагировать на свет. Да, можно бы помечтать о ноктолопии (ночном зрении) крошечного примата долгопята, или о дневной зоркости орла на дистанциях до двух километров, или о расширении диапазона чувствительности в стороны инфракрасного (теплового) и жесткого ультрафиолетового регистра, или о почти панорамном зрении крупных жвачных животных. Но тогда пришлось бы за счет других органов кардинально увеличивать размеры глазных яблок (у совы, например, они занимают бо́льшую часть черепной коробки и поворачиваются только вместе с головой, как и у долгопята), или на порядки усложнять конструкцию за счет других функций (например, увеличивать количество фоторецепторов ценой расточительного энергопотребления, либо создавать стрекозиные фасеточные глаза с их высокочастотным восприятием в ущерб детализации), или жертвовать четкостью центрального зрения в пользу широкоугольности, или развивать двойной механизм аккомодации (когда фокусное расстояние меняется не только изменением кривизны хрусталика, но и его смещением по продольной оси, как у некоторых змей и птиц).
Оценивать, насколько совершенно зрение, можно только с учетом того, с чем оно сравнивается и для чего предназначено. Зрение взрослого здорового человека, к примеру, может в полной темноте уловить сотню фотонов (благодаря периферическим рецепторам-палочкам) и фокусируется на объекте за доли секунды, а моргание вообще является самым быстрым мышечным актом из всех доступных человеку движений. Благодаря глазу мы воспринимаем внешнее электромагнитное излучение в достаточно широком частотном диапазоне, чтобы составить визуальное представление об окружающем мире, его пищевых богатствах, смертельных опасностях и потенциальных сексуальных партнерах, – представление настолько полное, насколько это необходимо при нашем modus vivendi. Благодаря наличию в организме трех различных по составу белков-опсинов мы видим мир цветным, что чрезвычайно расширяет спектр впечатлений и знаний. Ресурс аккомодации хрусталика охватывает диапазон в пять диоптрий, что позволяет человеку «наводить резкость» на объекты, находящиеся как перед кончиком носа, так и на самом горизонте.
В естественном отборе Homo Sapiens оказался настолько успешным, конкурентоспособным, настырно-экспансивным видом, – способным адаптироваться к изменению очень многих параметров среды одновременно, – что сегодня и сам-то отбор уже перестал быть естественным. Именно наш вид сумел вскарабкаться на верхушку пищевой пирамиды, не силой, но хитростью и изобретательностью захватив должность топ-менеджера этой планеты (правда, пока неясно, – надолго ли).
Так стоит ли всерьез сомневаться в совершенстве глаз и роли зрения в этой гонке, если до 90% всей информации, получаемой и усваиваемой человеком в течение жизни, поступает в мозг через визуальный канал? Этот факт столь же широко известен, как и «казус Гельмгольца», но несравнимо более важен.
Норма и патология
Мы здесь не рассматриваем двухкамерное строение глаза, шлеммов канал и дренажную систему, кровообращение и трофику, метаболизм и глазодвигательные мышцы, строение век и слезных желез. В своих рассуждениях о глазной оптике мы исходим из того, что все это является здоровым и полноценно функционирует, что все оптические среды глаза абсолютно прозрачны, а эластичные элементы идеально упруги.
Однако платой за совершенствование любой (не только органической) системы путем усложнения всегда становится уязвимость, хрупкость и увеличение вероятности отказов. Действительно, офтальмология знает огромное число различных дисфункций, врожденных аномалий, приобретенных заболеваний и дегенеративно-дистрофических процессов, поражающих органы зрения. К моменту написания данной статьи Лахта Клиника уже рассказала на своем сайте о катаракте и глаукоме, халязионе и амблиопии; впереди – неравнодушный и важный для всех разговор о всевозможных воспалениях, травмах, иммуноаллергических реакциях, возрастных дегенерациях, опухолях и прочих хворях, подстерегающих наше драгоценное око и его зеницу.
Сегодня же, оставаясь в рамках одной темы, мы лишь обзорно коснемся такого патологического феномена, как аметропия.
Аметропия
Под клиническими нарушениями рефракции (преломления света) в офтальмологии понимают такие состояния оптической системы глаза, когда фокусное расстояние оказывается больше или меньше оптимального. Иными словами, при аметропии наиболее четкое и резкое изображение проецируется не на сетчатку (что было бы нормальным и называлось бы эмметропией), а перед ней или позади нее.
Первый вариант, – недостаточное, укороченное фокусное расстояние, – называют миопией или близорукостью. Близорукий человек более-менее отчетливо воспринимает объекты с короткой дистанции, но по мере ее возрастания образ расплывается и теряет четкость.
Второй вариант, – фокусное расстояние аномально увеличено, фокусная точка «уходит» назад за пределы глазного дна, – называется дальнозоркостью или гиперметропией. Дальнозоркие люди, по определению, неплохо видят вдаль, однако нуждаются в «очках для чтения», поскольку вблизи все объекты воспринимаются нерезко, с размытыми границами. Впрочем, в ряде случаев (например, при возрастной пресбиопии) фокусировка нарушена при любой дистанции до объекта.
В понятие «аметропия» некоторые источники включают только близорукость и дальнозоркость, однако чаще под этим термином подразумевается также астигматизм – более сложное нарушение рефракции глаза, при котором четкая фокусировка на сетчатке невозможна в принципе, поскольку коэффициенты преломления в перпендикулярных плоскостях (например, вертикальной и горизонтальной) не совпадают. Международная классификация болезней (МКБ) к рубрике «Нарушения рефракции и аккомодации» относит, кроме того, анизометропию (разница больше трех диоптрий в преломляющей силе правого и левого глаза); анизейконию (выраженная разница в размерах проецируемого на сетчатку объекта); офтальмоплегию, парез и спазм аккомодации (различные варианты несостоятельности глазодвигательных и фокусирующих мышц); а также некие «другие» и «неуточненные» нарушения рефракции.
Причины
Следует понимать, что к каждому из перечисленных вариантов аметропии «прилагается» достаточно обширный перечень причин, включая неизвестные или недоступные современной диагностике.
Нарушения рефракции очень распространены среди населения земного шара: частота встречаемости оценивается в пределах 30-50% (вероятно, эти оценки достигли бы 80-90% при учете всех тех случаев, когда человек не считает необходимым обращаться к офтальмологу за коррекцией). Существенную роль играют наследственность, а также врожденные аномалии строения глазного яблока и отдельных его элементов, обусловленные вредоносными факторами на этапе внутриутробного развития. К аметропии могут приводить макро- и микротравмы, разного рода перегрузки, воспалительные и дегенеративные изменения тканей (в том числе связанные с естественным возрастным старением), действие токсических веществ и т.д.
Однако нельзя не отметить те упорные, неутомимые, очень эффективные усилия, которые к дальнейшему развитию и процветанию аметропий прилагает сам человек. Речь идет о режиме питания и освещения, о монотонных зрительных нагрузках, о саморазрушительных привычках и несоблюдении элементарных правил гигиены зрения.
Скажем так: если бы наши пращуры целыми днями напролет пассивно лежали в своих сумрачных пещерах при мерцающем свете костров (или телевизоров), уставившись в смартфоны или иные рассадники социально-сетевой заразы; если бы в палеолите они питались так, как питаемся мы, то человек современный видел бы не лучше крота. И прочесть данную фразу, скорее всего, было бы некому и нечем, да и незачем.
Диагностика, лечение
В отношении диагностики и лечения нарушений глазной рефракции верно то же самое, что и в отношении причин: к настоящему времени методов разработано чрезвычайно много (Homo все-таки Sapiens), – от самых простых до высокотехнологичных, причем далеко не всегда вторые эффективнее первых. В каждом конкретном случае обследование начинается расспросом пациента и анализом жалоб, анамнестических сведений, динамики зрительных функций; обязательно производится стандартный офтальмоскопический осмотр с использованием специальной оптики и осветительных устройств.
По результатам обследования (а оно может оказаться значительно сложнее, чем предполагалось незатейливым мотивом «сходить к окулисту и выписать очки») совместно с пациентом вырабатывается определенная терапевтическая стратегия. Оптическая коррекция, то есть ношение очков, действительно остается одним из наиболее распространенных способов исправления ошибок внутриглазной рефракции, однако сегодня все более серьезную конкуренцию «старым добрым очкам» составляют альтернативные методы: контактные линзы, имплантация искусственного хрусталика, лазерная коррекция формы роговицы и т.п. Консервативное медикаментозное лечение при аметропии, – в отличие от большинства заболеваний иной природы, – чаще всего носит вспомогательный или паллиативный характер. Практикуемая сегодня физиотерапевтическая методология, напротив, чрезвычайно разнообразна; в ряде случаев она очень (если не наиболее) эффективна, особенно в сочетании с нормализацией и оздоровлением образа жизни.
Что касается микрохирургии глаза, то на сегодняшний день она признается наиболее успешным из всех разделов хирургии, поскольку отличается максимальным восстановлением страдающих функций (остроты и четкости зрения, в данном случае) при минимальной инвазивности вмешательства.
Но для того, чтобы все эти чудесные методы действительно позволили исправить нарушения рефракции, для начала надо прийти к врачу. И чем раньше, тем лучше: быстро прогрессирующая аметропия может результировать страбизмом (косоглазием), утратой бинокулярности зрения или тотальной слепотой.
Поэтому, если что-то где-то «не в фокусе», прийти лучше пораньше. Завтра, например. Или сегодня. Телефоны Лахта Клиники, как и форма онлайн-записи, у вас на экране, и пока можете их разобрать, – обращайтесь. Поможем!