Преломляющая способность роговицы глаза

Глаз человека — это сложная оптическая система. Как любая оптическая система, он обладает преломляющей способностью — рефракцией. По отношению к глазу различают два вида рефракции — физическую и клиническую. 

Физическая рефракция — это преломляющая сила оптической системы, выраженная в условных единицах — диоптриях (дпгр). Диоптрия — величина, обратная главному фокусному расстоянию, — выражается такой формулой: 

D= 100 (см) / F (см) 

За одну диоптрию принята преломляющая сила линзы с главным фокусным расстоянием 1 м. 

Основными частями оптической системы глаза являются роговица, преломляющая сила которой составляет 42—46 дптр, и хрусталик, преломляющая сила которого 18,0—20,0 дптр. 

В сложной оптической системе для построения оптических изображений и вычислений используют систему главных плоскостей и кардинальных точек. Все преломляющие поверхности такой системы можно упростить до двух главных плоскостей. 

Главные плоскости оптической системы глаза расположены в передней камере между роговицей и хрусталиком. В глазу лучи света преломляются только на главных плоскостях. Фокусные расстояния также измеряются от главных плоскостей: переднее фокусное расстояние — от переднего фокуса F1 до передней главной плоскости, заднее фокусное расстояние — от задней плоскости до заднего фокуса F2. 

Различают 6 кардинальных точек: фокусные точки F1 и F2 (передняя и задняя); главные точки Н1 и Н2 (передняя и задняя) — точки пересечения оптической оси с главными плоскостями, расположенными перпендикулярно к оптической оси; узловые точки N1 и N2 — луч, входящий в переднюю узловую точку, выходит из задней узловой точки параллельно самому себе, сместившись на величину расстояния между двумя узловыми точками (рис. 1).

Рис. 1. Схематический глаз

В связи с тем что расчеты преломляющей силы оптической системы глаза сложны, ученые Листинг, Гельмгольц и Гульштранд предложили пользоваться схематическими глазами, которые были созданы на основе средних значений констант, полученных при многочисленных измерениях. Преломляющая сила схематического глаза Гульштранда составляет 58,64 дптр, роговицы — 43,05 дптр, хрусталика — 19,11 дптр, длина оси схематического глаза — 24 мм, коэффициент преломления внутриглазной жидкости — 1,336. 

В дальнейшем оптическую систему схематических глаз упростили, предложив для практических целей пользоваться редуцированными глазами (Листинг, Дондерс, Гульштранд, Вербицкий). Оптическая система редуцированного глаза В.К. Вербицкого представлена одной преломляющей поверхностью, которая разделяет две среды с разной оптической плотностью. Впереди преломляющей среды находится воздушная среда с показателем преломления 1, сзади — среда с показателем преломления 1,4. Величина радиуса преломляющей поверхности редуцированного глаза равна 6,8 мм, преломляющая сила +58,82 дптр. В редуцированном глазу, в отличие от нормы, имеются две фокусные точки (передняя и задняя), одна главная и одна узловая точка. 

Средняя преломляющая сила нормального глаза человека, согласно данным А.И. Дашевского, составляет: у новорожденных — 77 дптр; у детей 3—5 лет — 59,9 дптр; 6—8 лет — 60,2 дптр; 9—12 лет — 59,6 дптр, старше 15 лет — 59,7 дптр. 

Все реальные оптические системы имеют оптические погрешности — аберрации. Различают монохроматические (сферические и астигматические) и хроматические аберрации. 

Сферические аберрации обусловлены тем, что параллельные лучи, которые падают на преломляющую поверхность вблизи оптической оси (параксиальные лучи), и более периферические лучи преломляются по-разному и собираются не в одну точку, а пересекаются с оптической осью в пределах некоторой зоны (глубина фокуса). 

Астигматизмом оптической системы называют состояние, когда фокусирование параллельно падающих лучей на поверхность раздела двух оптических сред в одной точке невозможно из-за различной преломляющей силы в разных меридианах. 

Хроматическая аберрация является следствием неодинакового преломления лучей света с разной длиной волны, поэтому они собираются в разных точках на оптической оси. 

Оптической системе человеческого глаза присуще некоторое несовершенство, а именно: 

1) несферичность преломляющих поверхностей; 

2) децентрация преломляющих поверхностей — центры кривизны различных преломляющих поверхностей глаза не лежат точно на одной прямой; 

3) неравномерность плотности преломляющих сред, особенно хрусталика. 

Все вместе они создают оптическую погрешность глаза, которая получила название физиологический астигматизм. Суть его состоит в том, что лучи, исходящие из точечного источника света, собираются не в точку, а в определенную зону на оптической оси глаза — фокусную область, в результате чего на сетчатке образуется круг светорассеяния. Глубина фокусной области для нормального глаза составляет 0,5—1,0 дптр. 

Фокусная область характеризуется диаметром поперечного сечения и глубиной. Так, чем меньше диаметр поперечного сечения фокусной области, тем четче ретинальное изображение и выше острота зрения. Ее глубина зависит от ширины зрачка. Фокусная область позволяет глазу хорошо видеть на разных расстояниях даже в случае отсутствия хрусталика. 

Для получения четкого изображения на сетчатке важна не преломляющая сила глаза как таковая, а способность оптической системы глаза фокусировать лучи точно на сетчатке. В связи с этим в офтальмологии большее значение имеет не физическая, а клиническая рефракция — положение главного фокуса оптической системы глаза (точки, в которой сходятся лучи, идущие в глаз параллельно оптической оси) по отношению к сетчатке. 

В зависимости от этого выделяют два вида клинической рефракции: эмметропию и аметропию. 

Эмметропия (от греч. emmetros — соразмерный, орs — зрение) — соразмерная рефракция. Сила оптической системы такого глаза соответствует (соразмерна) передне-заднему размеру глаза и главный фокус параллельных лучей находится на сетчатке. Эмметропия — это наиболее совершенный вид клинической рефракции глаза. Дальнейшая точка ясного зрения эмметропа лежит в бесконечности. Острота зрения такого глаза — 1,0 и выше, эмметропы хорошо видят вдаль и вблизи. 

Аметропия — несоразмерная рефракция. Главный фокус параллельных лучей в таком глазу не совпадает с сетчаткой, расположен перед или за ней. Аметропия может быть двух видов: близорукость и дальнозоркость. 

Близорукость, или миопия (myopia, от греч. myo — прищуриваю, ops — зрение), — это сильная рефракция. Параллельные лучи собираются в фокус впереди сетчатки, поэтому на сетчатке получается нечеткое, в кругах светорассеяния, изображение. На сетчатке в таком глазу могут собраться только расходящиеся лучи от предметов, расположенных на конечном расстоянии от глаза. Дальнейшая точка ясного зрения близорукого глаза лежит близко, на определенном конечном расстоянии. Острота зрения у миопа всегда ниже 1,0, они плохо видят вдаль и хорошо — вблизи (рис. 2). 

Рис. 2. Миопия: 

а — зрение вдаль, нечеткая картина; 

б — зрение вблизи, четкая картина; 

в — очковая коррекция

Дальнозоркость, или гиперметропия (hypermetropia, от греч. hypermetros — чрезмерный), — это слабый вид рефракции. Фокус параллельных лучей находится за сетчаткой, изображение на сетчатке получается нечетким, в кругах светорассеяния, острота зрения такого глаза ниже 1,0. Глаз гиперметропа может собрать на сетчатке только лучи, которые еще до входа в него имели бы сходящееся направление. Поскольку в природе сходящихся лучей не существует, то нет и такой точки, к которой была бы установлена оптическая система дальнозоркого глаза, т. е. дальнейшей точки ясного зрения не существует, так как она находится в отрицательном пространстве позади глаза (рис. 3). 

Рис. 3. Гиперметропия: 

а — зрение вдаль, нечеткая картина; 

б — напряжение аккомодации, четкая картина вдаль; 

в — очковая коррекция

Равенство клинической рефракции в обоих глазах называется изометропией, неравенство — анизометропией. 

Эмметропия, миопия и гиперметропия — это сферические рефракции. Преломляющие поверхности оптической системы таких глаз имеют сферическую форму (роговица — выпукловогнутая сфера, хрусталик — двояковыпуклая сфера), сила преломления в разных меридианах одинаковая и главный фокус параллельных лучей представляет собой единую точку. 

Существуют глаза, в которых преломляющие поверхности оптической системы асферичны и сила преломления их в разных меридианах неодинаковая. Главный фокус параллельных лучей в таких глазах не один; их несколько и они занимают по отношению к сетчатке разное положение, в результате чего получить отчетливое изображение невозможно. Такая аномалия оптической системы называется астигматизмом (рис. 4). 

Рис. 4. Ход лучей света в астигматической оптической системе

Астигматизм (от греч. а — отрицание, stigma — точка) характеризуется разной силой преломления оптических сред глаза во взаимно перпендикулярных меридианах (осях). Если преломляющая сила одинакова по всему меридиану, то астигматизм называется правильным, если различна — неправильным.

В астигматических глазах выделяют главные меридианы, в которых преломляющая сила наиболее сильная и наиболее слабая. Астигматизм бывает прямой и обратный. При прямом астигматизме более сильную рефракцию имеет вертикальный главный меридиан, при обратном астигматизме — горизонтальный. 

Кроме того, различают три вида астигматизма: 

1) простой — при котором в одном из главных меридианов имеется эмметропия, а в другом — близорукость (простой миопический астигматизм) или дальнозоркость (простой гиперметропический астигматизм); 

2) сложный — при котором в обоих главных меридианах определяется аметропия одного вида, но различной величины (сложный миопический или сложный гиперметропический астигматизм);

3) смешанный — при котором в одном из главных меридианов имеется близорукость, а в другом — дальнозоркость. 

Астигматизмом с косыми осями называется астигматизм, главные меридианы которого проходят в косом направлении. Правильный прямой астигматизм с разницей преломляющей силы в главных меридианах 0,5—0,75 дптр считается физиологическим и не вызывает субъективных жалоб.

Опубликовал Константин Моканов