Зрение

Зрение — это способность живых организмов воспринимать электромагнитное излучение видимого спектра, интерпретируя его как зрительные образы (изображения). Является одним из основных дистантных чувств, обеспечивающих получение информации об окружающей среде (форма, цвет, размер, расстояние, движение объектов). У человека и большинства позвоночных зрение осуществляется через парный орган — глаз, который преобразует световые сигналы в нервные импульсы, обрабатываемые в зрительной коре головного мозга.

Физические основы и природа света

Зрение основано на способности глаза реагировать на фотоны — кванты электромагнитного излучения. Видимый спектр для человека занимает диапазон длин волн приблизительно от 380 до 780 нанометров. Излучение с длиной волны короче 380 нм (ультрафиолет) и длиннее 780 нм (инфракрасное) человеческим глазом не воспринимается, хотя некоторые животные (например, пчёлы, змеи) способны видеть в этих диапазонах.

Свет, попадая в глаз, проходит через оптическую систему (роговица, хрусталик, стекловидное тело) и фокусируется на сетчатке. Процесс восприятия включает два этапа:

1. Физический — преломление и фокусировка света.
2. Физиологический — фотохимическая реакция в фоторецепторах (палочках и колбочках) и передача сигнала по зрительному нерву.

Строение глаза человека

Глаз человека (лат. oculus) представляет собой сложный оптический прибор, состоящий из нескольких ключевых структур:

Наружная оболочка (фиброзная)

• Роговица — прозрачная передняя часть, обеспечивающая основное преломление света (около 40 диоптрий). Не имеет кровеносных сосудов, питается за счёт слёзной жидкости и влаги передней камеры.
• Склера — непрозрачная белочная оболочка, выполняющая защитную и каркасную функцию.

Сосудистая оболочка

• Радужка — пигментированная диафрагма, регулирующая диаметр зрачка. Цвет радужки определяется количеством меланина.
• Цилиарное тело — вырабатывает внутриглазную жидкость и обеспечивает аккомодацию (изменение кривизны хрусталика).
• Собственно сосудистая оболочка (хориоидея) — питает сетчатку.

Внутренняя оболочка (сетчатка)

Сетчатка (retina) — светочувствительная ткань, содержащая фоторецепторы:

• Палочки (около 120 млн) — отвечают за сумеречное зрение, не различают цвета, обладают высокой светочувствительностью.
• Колбочки (около 6–7 млн) — обеспечивают дневное цветовое зрение. Делятся на три типа, чувствительных к красному, зелёному и синему свету (L, M, S-колбочки).

Центральная область сетчатки — жёлтое пятно (macula lutea) с центральной ямкой (fovea) — место наибольшей остроты зрения. Слепое пятно — участок выхода зрительного нерва, лишённый фоторецепторов.

Оптические среды

• Хрусталик — двояковыпуклая линза, способная менять кривизну (аккомодация). С возрастом теряет эластичность (пресбиопия).
• Стекловидное тело — гелеобразное вещество, заполняющее полость глаза.

Виды зрения и их характеристики

Зрение классифицируется по нескольким параметрам:

По цветовосприятию

• Трихроматическое — нормальное цветовое зрение человека (три типа колбочек).
• Дихроматическое — отсутствие одного типа колбочек (дальтонизм, чаще всего красно-зелёный — дейтеранопия, протанопия).
• Монохроматическое — полная цветовая слепота (ахроматопсия).

По условиям освещения

• Фотопическое — дневное зрение, обеспечивается колбочками, высокая острота и цветоразличение.
• Скотопическое — ночное зрение, обеспечивается палочками, низкая острота, отсутствие цветового восприятия.
• Мезопическое — сумеречное зрение, смешанная работа палочек и колбочек.

По бинокулярности

• Монокулярное — зрение одним глазом, ограниченная оценка глубины.
• Бинокулярное — зрение двумя глазами с формированием единого объёмного образа (стереозрение). Обеспечивается за счёт конвергенции (сведения осей глаз) и фузии (слияния изображений в мозге).

Основные нарушения зрения

Нарушения рефракции — наиболее распространённая группа патологий:

Другие значимые патологии:

• Катаракта — помутнение хрусталика, ведущая причина обратимой слепоты в мире. Лечится хирургической заменой хрусталика на интраокулярную линзу.
• Глаукома — повышение внутриглазного давления, приводящее к атрофии зрительного нерва. Вторая по частоте причина необратимой слепоты.
• Макулодистрофия — возрастное поражение центральной зоны сетчатки.
• Отслойка сетчатки — неотложное состояние, требующее хирургического вмешательства.

Эволюция зрения

Зрение возникло независимо у разных групп животных. Простейшие формы — светочувствительные пятна (стигмы) у одноклеточных (эвглена зелёная). У беспозвоночных (насекомые, ракообразные) распространены фасеточные глаза, состоящие из множества омматидиев, дающих мозаичное изображение. У позвоночных сформировался камерный глаз с линзой-хрусталиком.

Ключевые этапы эволюции зрения у хордовых:

1. Появление глазных пузырей у ланцетника.
2. Формирование хрусталика и роговицы у круглоротых.
3. Развитие цветового зрения у приматов (трихромазия связана с необходимостью различать спелые плоды на фоне листвы).

Зрение у животных

Зрительные системы различных видов значительно отличаются:

• Хищные птицы (соколы, орлы) — острота зрения в 4–5 раз выше человеческой, способность видеть ультрафиолет.
• Кошки — отличное ночное зрение за счёт тапетума (отражающего слоя), но ограниченное цветовое восприятие (дихроматы).
• Пчёлы — видят ультрафиолетовый спектр, различают поляризованный свет (используют для навигации).
• Глубоководные рыбы — глаза адаптированы к крайне низкой освещённости, часто имеют телескопическую форму.
• Головоногие моллюски (осьминоги, кальмары) — камерные глаза, по строению сходные с человеческими, но без слепого пятна (сетчатка вывернута иначе).

Методы коррекции и восстановления зрения

Оптическая коррекция

• Очки — самый распространённый и безопасный метод.
• Контактные линзы — мягкие (гидрогелевые, силикон-гидрогелевые) и жёсткие газопроницаемые.

Хирургические методы

• Лазерная коррекция (LASIK, Femto-LASIK, SMILE, PRK) — изменение кривизны роговицы эксимерным лазером.
• Рефракционная замена хрусталика (ленсэктомия) — удаление хрусталика с имплантацией ИОЛ, применяется при высокой степени миопии или пресбиопии.
• Кератопластика — пересадка роговицы.

Фармакологические методы

• Препараты для снижения внутриглазного давления (при глаукоме) — аналоги простагландинов, бета-блокаторы, ингибиторы карбоангидразы.
• Анти-VEGF-терапия (при макулодистрофии) — ингибиторы фактора роста эндотелия сосудов (ранибизумаб, афлиберцепт).

Интересные факты

• Человеческий глаз способен различать до 10 миллионов оттенков цвета.
• Моргание происходит в среднем 15–20 раз в минуту, увлажняя роговицу слёзной жидкостью.
• Размер глазного яблока у взрослого человека составляет примерно 24 мм в диаметре, вес — около 7–8 граммов.
• Сетчатка потребляет больше кислорода на единицу массы, чем любая другая ткань организма.
• У новорождённых зрение развито слабо (острота около 0,01–0,02), стабилизируется к 6–7 годам.
• Слепота — состояние полного отсутствия зрения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в мире насчитывается около 43 миллионов слепых людей и 295 миллионов с нарушениями зрения средней и тяжёлой степени.

Источники

1. Глаз и зрение. Физиология сенсорных систем. Под ред. В. О. Самойлова. — М.: Медицина, 2005.
2. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. — М.: Мир, 1990.
3. Всемирная доклад ВОЗ по вопросам зрения. — Всемирная организация здравоохранения, 2019.
4. Офтальмология: национальное руководство. Под ред. С. Э. Аветисова, Е. А. Егорова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018.
5. Land M. F., Nilsson D. E. Animal Eyes. — Oxford University Press, 2012.