Световая и темновая адаптация сетчатки

Механизмы световой и темновой адаптации

Родопсин Если человек находится на ярком свете в течение нескольких часов, и в палочках, и в колбочках происходит разрушение фоточувствительных веществ до ретиналя и опсинов. Кроме того, большое количество ретиналя в обоих типах рецепторов превращается в витамин А. В результате концентрация фоточувствительных веществ в рецепторах сетчатки значительно уменьшается, и чувствительность глаз к свету снижается. Этот процесс называют световой адаптацией.

Наоборот, если человек длительно находится в темноте, ретиналь и опсины в палочках и колбочках снова превращаются в светочувствительные пигменты. Кроме того, витамин А переходит в ретиналь, пополняя запасы светочувствительного пигмента, предельная концентрация которого определяется количеством опсинов в палочках и колбочках, способных соединяться с ретиналем. Этот процесс называют темповой адаптацией.

На рисунке показан ход темновой адаптации у человека, находящегося в полной темноте после нескольких часов пребывания на ярком свете. Видно, что сразу после попадания человека в темноту чувствительность его сетчатки очень низкая, но в течение 1 мин она увеличивается уже в 10 раз, т.е. сетчатка может реагировать на свет, интенсивность которого составляет 1/10 часть от предварительно требуемой интенсивности. Через 20 мин чувствительность возрастает в 6000 раз, а через 40 мин — примерно в 25000 раз.

Законы световой и темновой адаптации

Темновая адаптация определяется достижением максимума световой чувствительности в течение первых 30 — 45 мин;
Световая чувствительность нарастает тем скорее, чем менее до этого глаз был адаптирован к свету;
Во время темновой адаптации светочувствительность повышается в 8 — 10 тысяч раз и более;
После 45 мин пребывания в темноте световая чувствительность повышается, но незначительно, если обследуемый остается в темноте.

Темновая адаптация глаза есть приспособление органа зрения к работе в условиях пониженного освещения. Адаптация колбочек завершается в пределах 7 мин, а палочек — в течение приблизительно часа. Существует тесная связь между фотохимией зрительного пурпура (родопсина) и изменяющейся чувствительностью палочкового аппарата глаз, т. е. интенсивность ощущения в принципе связана с количеством родопсина, «обесцвечиваемого» под воздействием света. Если перед исследованием темновой адаптации сделать яркий за-свет глаза, например, предложить смотреть на ярко освещенную белую поверхность 10—20 мин, то в сетчатке произойдет значительное изменение молекул зрительного пурпура, и чувствительность глаза к свету будет ничтожной (свето(фото) стресс). После перехода к полной темноте чувствительность к свету начнет весьма быстро расти. Способность глаза восстанавливать чувствительность к свету измеряют с помощью специальных приборов — адаптометров Нагеля, Дашевского, Белостоцкого — Гофмана, Гартингера и др. Максимум чувствительности глаза к свету достигается в течение приблизительно 1—2 ч, повышаясь по сравнению с первоначальной в 5000—10 000 раз и более.

Измерение темновой адаптации Типичная кривая темновой адаптации Темновая адаптация может быть измерена следующим образом. Сначала испытуемый в течение короткого промежутка времени смотрит на ярко освещенную поверхность (обычно до достижения им определенной, контролируемой степени световой адаптации). При этом чувствительность испытуемого уменьшается, и тем самым создается точно регистрируемая точка отсчета времени, необходимого для его темновой адаптации. Затем выключают свет и через определенные промежутки времени определяют порог восприятия испытуемым светового стимула. Определенный участок сетчатки стимулируется раздражителем с определенной длиной волны, имеющим определенные продолжительность и интенсивность. По результатам такого эксперимента строится кривая зависимости минимального количества энергии, необходимого для достижения порога, от времени пребывания в темноте. Кривая показывает, что увеличение времени пребывания в темноте (абсцисса) приводит к снижению порога (или к возрастанию чувствительности) (ордината).

Кривая адаптации к темноте состоит из двух фрагментов: верхний относится к колбочкам, нижний — к палочкам. Эти фрагменты отражают разные стадии адаптации, скорость протекания которых различна. В начале адаптационного периода порог резко снижается и быстро достигает постоянного значения, что связано с увеличением чувствительности колбочек. Общее возрастание чувствительности зрения за счет колбочек значительно уступает возрастанию чувствительности за счет палочек, и темновая адаптация наступает за 5-10 мин пребывания в темном помещении. Нижний фрагмент кривой описывает темновую адаптацию палочкового зрения. Рост чувствительности палочек наступает после 20-30-минутного пребывания в темноте. Это значит, что в результате примерно получасовой адаптации к темноте глаз становится примерно в тысячу раз более чувствительным, чем был в начале адаптации. Однако хотя увеличение чувствительности в результате темновой адаптации, как правило, происходит постепенно и для завершения этого процесса требуется время, даже весьма непродолжительное воздействие света может прервать его.

Ход кривой темновой адаптации зависит от скорости фотохимической реакции в сетчатке, а достигнутый уровень зависит уже не от периферического, а от центрального процесса, а именно от возбудимости высших корковых зрительных центров.

Источник

Световая и темновая адаптация. Механизмы световой и темновой адаптации

Если человек находится на ярком свете в течение нескольких часов, и в палочках, и в колбочках происходит разрушение фоточувствительных веществ до ретиналя и опсинов. Кроме того, большое количество ретиналя в обоих типах рецепторов превращается в витамин А. В результате концентрация фоточувствительных веществ в рецепторах сетчатки значительно уменьшается, и чувствительность глаз к свету снижается. Этот процесс называют световой адаптацией.

Наоборот, если человек длительно находится в темноте, ретиналь и опсины в палочках и колбочках снова превращаются в светочувствительные пигменты. Кроме того, витамин А переходит в ретиналь, пополняя запасы светочувствительного пигмента, предельная концентрация которого определяется количеством опсинов в палочках и колбочках, способных соединяться с ретиналем. Этот процесс называют темповой адаптацией.

На рисунке показан ход темновой адаптации у человека, находящегося в полной темноте после нескольких часов пребывания на ярком свете. Видно, что сразу после попадания человека в темноту чувствительность его сетчатки очень низкая, но в течение 1 мин она увеличивается уже в 10 раз, т.е. сетчатка может реагировать на свет, интенсивность которого составляет 1/10 часть от предварительно требуемой интенсивности. Через 20 мин чувствительность возрастает в 6000 раз, а через 40 мин — примерно в 25000 раз.

темновая адаптация

Кривую, называют кривой темповой адаптации. Обратите внимание на ее изгиб. Начальная часть кривой связана с адаптацией колбочек, поскольку все химические события зрения в колбочках происходят примерно в 4 раза быстрее, чем в палочках. С другой стороны, изменения чувствительности колбочек в темноте никогда не достигают такой степени, как у палочек. Следовательно, несмотря на быструю адаптацию, колбочки всего через несколько минут прекращают адаптироваться, а чувствительность медленно адаптирующихся палочек продолжает возрастать в течение многих минут и даже часов, достигая чрезвычайной степени.

Кроме того, большая чувствительность палочек связана с конвергенцией 100 или более палочек на одиночную ганглиозную клетку в сетчатке; реакции этих палочек суммируются, увеличивая их чувствительность, что изложено далее в этой главе.

Другие механизмы световой и темновой адаптации. Кроме адаптации, связанной с изменениями концентрации родопсина или цветных фоточувствительных веществ, глаза имеют два других механизма световой и темновой адаптации. Первый из них — изменение размера зрачка. Это может вызвать примерно 30-кратную адаптацию в течение долей секунды путем изменения количества света, попадающего на сетчатку через отверстие зрачка.

Другим механизмом является нервная адаптация, происходящая в последовательной цепочке нейронов самой сетчатки и зрительного пути в головном мозге. Это значит, что при увеличении освещенности сигналы, передаваемые биполярными, горизонтальными, амакриновыми и ганглиозными клетками, сначала интенсивны. Однако на разных этапах передачи по нервному контуру интенсивность большинства сигналов быстро снижается. В этом случае чувствительность изменяется лишь в несколько раз, а не в тысячи, как при фотохимической адаптации.

Нервная адаптация, как и зрачковая, происходит за доли секунды, для полной адаптации посредством фоточувствительной химической системы требуются многие минуты и даже часы.

Учебное видео определения темновой адаптации по методу Кравкова-Пуркинье

Видео определения темновой адаптации по методу Кравкова-Пуркинье

— Также рекомендуем «Роль световой и темновой адаптации. Цветовое зрение»

Оглавление темы «Физиология сетчатки. Проводящие зрительные пути»:

1. Каскад усиления в сетчатке. Фотохимия цветового зрения

2. Световая и темновая адаптация. Механизмы световой и темновой адаптации

3. Острота зрения. Определение расстояния до объекта глазами

4. Слепота на отдельные цвета. Функция нейронов сетчатки

5. Зрительный путь от колбочек. Нейромедиаторы нейронов сетчатки

6. Функция горизонтальных клеток сетчатки. Возбуждение и торможение биполярных клеток

7. Амакриновые клетки. Ганглиозные клетки сетчатки

8. Возбуждение ганглиозных клеток. Роль латерального торможения в сетчатке

9. Зрительные пути. Дорсолатеральное коленчатое ядро таламуса

10. Зрительная кора. Строение первичной зрительной коры

Источник

Восприятие цвета заметно изменяется в зависимости от внешних условий. Один и тот же цвет воспринимается по-разному при солнечном свете и при свете свечей. Однако зрение человека адаптируется к источнику света, что позволяет в обоих случаях идентифицировать свет как один и тот же – происходит цветовая адаптация. В темных очках сначала все кажется окрашенным в цвет очков, но этот эффект через некоторое время пропадает. Аналогично вкусу, обонянию, слуху и другим органам чувств восприятие цвета так же индивидуально. Люди отличаются друг от друга даже чувствительностью к диапазону видимого света.

Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией. Различают темновую и световую адаптацию.

Темновая адаптация происходит при переходе от больших яркостей к малым. Если глаз первоначально имел дело с большими яркостями, то работали колбочки, родопсин в палочках выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. Если внезапно яркость видимых поверхностей значительно уменьшится, то вначале раскроется шире отверстие зрачка, пропуская в глаз больший световой поток. Затем из сетчатки начнет уходить черный пигмент, родопсин будет восстанавливаться, и только когда его наберется достаточно, начнут функционировать палочки. Поскольку колбочки совсем не чувствительны к очень слабым яркостям, то сначала глаз не будет ничего различать, и только постепенно приходит в действие новый механизм зрения. Лишь через 50-60 мин пребывания в темноте чувствительность глаза достигает максимального значения.

Световая адаптация – это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. При этом происходит обратная серия явлений: раздражение палочек благодаря быстрому разложению родопсина чрезвычайно сильно (они «ослеплены»), более того, и колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, раздражены слишком сильно. Только по истечении достаточного времени приспособление глаза к новым условиям заканчивается, прекращается неприятное чувство ослепления и глаз приобретает полное развитие всех зрительных функций. Световая адаптация продолжается 8-10 мин.

При изменении освещенности зрачок может изменяться в диаметре от 2 до 8 мм, при этом его площадь и, соответственно, световой поток изменяются в 16 раз. Сокращение зрачка происходит за 5 сек, а его полное расширение – за 5 мин.

Итак, адаптация обеспечивается тремя явлениями:

· изменением диаметра отверстия зрачка;

· перемещением черного пигмента в слоях сетчатки;

· различной реакцией палочек и колбочек.

Оптические иллюзии

Оптические (зрительные) иллюзии – это типичные случаи несоответствия между зрительным восприятием и реальными свойствами наблюдаемых объектов. Эти иллюзии свойственны нормальному зрению, поэтому отличаются от галлюцинаций. Всего известно более сотни оптических иллюзий, однако нет общепринятой их классификации, а также убедительных объяснений большинства иллюзий.

А) При рассматривании неподвижных объектов существуют следующие механизмы возникновения иллюзий:

1) несовершенство глаза как оптического прибора —

· кажущаяся лучистая структура ярких источников малого размера;

· хроматизм хрусталика (радужные кромки предметов) и др.

2) особенности обработки зрительной информации на разных этапах зрительного восприятия (в глазу, в мозге) –

· на этапе выделения сигнала из фона возникает ошибка восприятия «оптический обман» (на оптическом обмане основано применение защитной окраски при маскировке в животном мире);

· на следующем этапе классификации сигналов возникают ошибки

— выявления фигур (рис. а),

— оценки параметров объектов (яркости, формы, взаимного расположения, рис. б);

· на этапе обработки зрительной информации возникают ошибки

— в оценке характеристик объектов, таких как площади, углы, цвет, длины (например, «стрелы Мюллера — Лиера, рис. а), т. е. геометрические иллюзии,

— перспективные искажения (рис. б),

— иллюзия иррадиации, т.е. кажущееся увеличение размеров светлых предметов по сравнению с темными (рис. в).

Б) При движении объекта процесс зрительного восприятия усложняется и может привести неадекватному восприятию, поэтому иллюзии можно объединить в группу динамических:

· если долго наблюдать за движущимся объектом и мгновенно прекратить наблюдение, то предмет кажется движущимся в обратном направлении, или «эффект водопада«, открытый Аристотелем (если смотреть на водопад и закрыть глаза, то струя «поднимается вверх»),

· если смотреть на модулированный по времени поток белого света, то возникает ощущение цвета, например, при вращении диска Бенхема, имеющего черные и белые сектора,

· инерция зрения (т.е. свойство глаза сохранять зрительное впечатление около 0,1 с) приводит ко всем видам стробоскопического эффекта и наблюдению следа от движущегося светящегося источника (инерция зрения лежит в основе кинематографа и телевидения).

Гигиена зрения

Зрение — физиологический процесс, позволяющий получать представление о величине, форме и цвете предметов, их взаимном расположении и расстоянии между ними. 3рение возможно только при нормальном функционировании зрительного анализатора в целом.

Согласно учению И. П. Павлова, зрительный анализатор включает периферический парный орган зрения — глаз с его воспринимающими свет фоторецепторами — палочками и колбочками сетчатки (рис.), зрительные нервы, зрительные пути, подкорковые и корковые зрительные центры. Нормальным раздражителем органа рения является свет. Палочки и колбочки сетчатки глаза воспринимают световые колебания и превращают их энергию в нервное возбуждение, которое через зрительный нерв передается по проводящим путям в зрительный центр головного мозга, где возникает зрительное ощущение.

Под влиянием света в палочках и колбочках происходит распад зрительных пигментов (родопсина и йодопсина). Палочки функционируют при свете слабой интенсивности, в сумерках; зрительные ощущения, полученные при этом, бесцветны. Колбочки функционируют днем и при ярком освещении: их функция определяет ощущение цветности. При переходе от дневного освещения к сумеречному происходит перемещение максимума световой чувствительности в спектре по направлению к его коротковолновой части и предметы красного цвета (мак) кажутся черными, синего (василек) — очень светлыми (феномен Пуркинье).

Зрительный анализатор человека в нормальных условиях обеспечивает бинокулярное зрение, т. е. зрение двумя глазами с единым зрительным восприятием. Основным рефлекторным механизмом бинокулярного зрения является рефлекс слияния изображения — фузионный рефлекс (фузия), возникающий при одновременном раздражении функционально неодинаковых нервных элементов сетчатки обоих глаз. Вследствие этого возникает физиологическое двоение предметов, находящихся ближе или дальше фиксируемой точки. Физиологическое двоение помогает оценивать удаленность предмета от глаз и создает ощущение рельефности, или стереоскопичности, зрения.

При зрении одним глазом (монокулярное зрение) стереоскопичность зрении невозможна и восприятие глубины осуществляется гл. обр. благодаря вторичным вспомогательным признакам удаленности (видимая величина предмета, линейная и воздушная перспективы, загораживание одних предметов другими, аккомодация глаза и т. д.).

Для того чтобы зрительная функция осуществлялась в течение достаточно длительного времени без утомления, необходимо соблюдать ряд гигиенических условий, облегчающих 3. Эти условия объединяются в понятие <гигиена-зрения>. К ним относятся: хорошее равномерное освещение естественным или искусственным светом рабочего места, ограничение блескости, резких теней, правильное положение туловища и головы во время работы (без сильного наклона над книгой), достаточное удаление предмета от глаз (в среднем 30-35 см), небольшие перерывы через каждые 40-45 мин. работы.

Лучшим освещением считается естественный дневной свет. При этом следует избегать освещения глаз прямыми солнечными лучами, т. к. они оказывают слепящее действие. Искусственное освещение создается при помощи светильников с обычными электрическими или люминесцентными лампами. Для устранения и ограничения слепящего действия источников света и отражающих поверхностей высота подвеса светильников должна быть не менее 2,8 м от пола. Особенно важно хорошее освещение в учебных классах школ. Искусственная освещенность на партах и классных досках должна составлять не менее 150 лк [люкс {лк} — единица освещенности] при освещении лампами накаливания и не менее 300 лк при люминесцентном освещении. Необходимо создавать достаточную освещенность рабочего места и в домашних условиях: днем следует работать у окна, а вечером с настольной лампой 60 вт, прикрытой абажуром. Лампу ставят слева от предмета работы. Детям с близорукостью и дальнозоркостью необходимо назначение соответствующих очков.

Различные заболевания глаза, зрительного нерва и центральной нервной системы приводят к понижению зрения и даже слепоте . На зрение влияют: нарушение прозрачности роговицы, хрусталика, стекловидного тела, патологические изменения сетчатки, особенно в области желтого пятна, воспалительные и атрофические процессы в зрительном нерве, заболевания головного мозга. В некоторых случаях понижение зрения связано с профессиональными заболеваниями глаз. К ним относятся: катаракты, вызываемые систематическим воздействием лучистой энергии значительной интенсивности (рентгеновские лучи, инфракрасные лучи); прогрессирующая близорукость в условиях постоянного напряжения зрения при точной мелкой работе; конъюнктивиты и кератоконъюнктивиты у лиц, соприкасающихся с сероводородом и диметилсульфатом. Для предупреждения этих заболеваний большое значение имеет соблюдение правил общественной и индивидуальной защиты глаз от вредных факторов