Цветное зрение обеспечивается фоторецепторами, находящимися в сетчатке глаза, которые называются колбочками. У человека существует три типа колбочек, каждая из которых чувствительна к определённым диапазонам длин волн света: коротковолновой (синий), средневолновой (зелёный) и длинноволновой (красный). Совокупная активность этих колбочек позволяет воспринимать широкий спектр цветов.
Кроме того, информация о воспринимаемых цветах передаётся в мозг по зрительному нерву, где происходит её обработка и интерпретация. Взаимодействие между различными типами колбочек и их сигналами обеспечивает наше цветоощущение, благодаря чему мы можем различать нюансы оттенков и яркости окружающего мира.
Сетчатка глаза
Сетчатка представляет собой внутренний слой глазного яблока, состоящий из нервных клеток. Эта структура играет ключевую роль в восприятии света и преобразовании изображения в нервные импульсы, которые затем отправляются в мозг для дальнейшей обработки, позволяя человеку воспринимать окружающий мир. В этой статье мы подробно рассмотрим, что собой представляет сетчатка, какие у нее функции и как она устроена.
Сетчатка — это самая глубокая оболочка глаза, являющаяся высокоразвивающейся нервной тканью. Она состоит из десяти слоев, включающих нейроны, сосуды для кровоснабжения и другие важные элементы. Именно благодаря этому строению сетчатка обеспечивает как центральное, так и периферическое зрение.
Структура сетчатки
Сетчатка делится на несколько ключевых зон. Первый участок — светочувствительная часть, которая протягивается до зубчатой линии и может улавливать преломленные световые лучи. Второй участок — нефункциональная область, в которую входят радужка и ресничная. Последняя часть состоит всего из двух слоев, и мы сосредоточимся на первой.
Наибольший интерес представляет именно светочувствительная область.
В некоторых источниках упоминается о восьми слоях, однако большинство авторитетных медицинских источников выделяют десять слоев сетчатки (с внутреннего к наружному):
- внутренняя пограничная мембрана;
- атрибуты нервного зрительного нерва;
- ганглиозные клетки;
- внутренний плексиформный слой;
- внутренний ядерный слой;
- наружный плексиформный слой;
- наружный ядерный слой;
- наружная пограничная мембрана;
- слой палочек и колбочек;
- пигментный эпителий.
Каждый из этих слоев выполняет уникальные функции, однако сам процесс восприятия света происходит именно в палочках и колбочках, которые названы так из-за характерной формы. Эти структуры отвечают за улавливание света и преобразование его в нервные импульсы, передаваемые в зрительный нерв.
Таким образом, палочки и колбочки можно назвать фоторецепторами. О их функциях мы поговорим подробнее позже, а сейчас обратим внимание на их расположение. Эти структуры неравномерно распределены в сетчатке: фовеа (центральная часть) имеет высокую плотность колбочек, известную как желтое пятно.
Колбочки
Количество колбочек ощутимо меньше — на один глаз приходится примерно 7 миллионов. Существует три типа колбочек, различающиеся по воспринимаемым цветам: красному, зеленому и синему. Это как телевизор, в котором различные цветовые каналы формируют полную палитру. Благодаря колбочкам человек может различать цвета и дневной свет.
Палочки
Палочек значительно больше — их количество колеблется от 100 до 120 миллионов на каждом глазу. Их состав включает родопсин, уникальный пигмент, который чувствителен к красному свету. Палочки отвечают за ночное зрение и восприятие в черно-белом цветовом диапазоне. Замечено, что в условиях слабого освещения обе группы фоторецепторов функционируют в схожем режиме.
Нервные клетки сетчатки
Зрительные процессы являются результатом сложной системы восприятия света, передачи нервных импульсов и их дальнейшей обработки в мозге. Без нервной ткани этот процесс был бы невозможен. В центральной области (фовеа) каждая колбочка соединяется с двумя ганглиозными клетками. В периферийных областях множество палочек могут объединяться с одним ганглием, что объясняет более четкое изображение в центре.
Сетчатка содержит два типа нервных клеток:
- горизонтальные — в наружном плексиформном слое;
- амакриновые — в том же слое, но во внутреннем.
Оба типа нейронов обеспечивают связь между всеми остальными клетками сетчатки. Если взглянуть на часть сетчатки, ближайшую к носу, здесь расположен диск зрительного нерва, обеспечивающий передачу сигналов от рецепторов в соответствующие области мозга. Эта зона, лишенная фоторецепторов, называется слепым пятном.
Общие характеристики желтого пятна
Толщина сетчатки варьируется в разных зонах: самое тонкое место расположено в области желтого пятна, где зрение наиболее четкое. Самая толстая часть сетчатки находится в слепом пятне. Сетчатка прикрепляется к сосудистой оболочке, и если обе структуры начинают отсоединяться, это приводит к отслоению сетчатки — серьезному заболеванию, потенциально приводящему к слепоте.
Сетчатка нуждается в питании, которое поступает из двух источников: центральной артерии и сосудистой оболочки. Первая снабжает наружные шесть слоев, а вторая — четыре внутренних. Следует подчеркнуть, что сетчатка не имеет чувствительных нервных окончаний, поэтому патологии зачастую протекают безболезненно. Главный симптом — ухудшение зрения.
За что отвечает цветное зрение
Фоторецепторы имеют цилиндрическую форму, длина составляет около 0.06 мм, а диаметр — обычно около 0.002 мм. Контингент здорового глаза включает примерно 115-120 миллионов палочек. Палочку можно разбить на четыре сегмента: 1 — наружный (с мембранными дисками, содержащими родопсин),
2 — срединный (ресничка),
3 — внутренний (включает митохондрии),
4 — базальный (нервное соединение). Палочки чрезвычайно чувствительны к свету, достаточно энергии одного фотона, чтобы вызвать реакцию. Это качество имеет важное значение для ночного зрения, позволяя видеть в условиях низкой освещенности.
Палочки не способны различать цвета, так как содержат лишь один вид пигмента — родопсин. Этот пигмент, известный также как зрительный пурпур, благодаря специфическим белковым группам (хромофорам и опсинам) способен поглощать свет на двух максимумах длины волны.
Один из максимумов находится за пределами диапазона видимого света (278 нм, ультрафиолет), а второй — в видимом диапазоне на 498 нм, в зоне между зеленым и синим спектрами. Известно, что родопсин в палочках реагирует на свет медленнее, чем йодопсин в колбочках, что объясняет их низкую чувствительность к изменениям в световых потоках и относительно плохое различение движения объектов.
- Снижение четкости зрения.
- Проблемы с цветоощущением.
- «Молнии» в поле зрения.
- Уплотнение поля зрения.
- Пелена перед глазами.
- Ухудшение восприятия в сумерках.
Болезни, влияющие на палочки и колбочки
Различные патологии сетчатки могут негативно сказываться на функции палочек и колбочек:
- Гемералопия (ночная слепота).
- Макулодистрофия.
- Пигментная дистрофия сетчатки.
- Дальтонизм.
- Отслоение сетчатки.
- Воспалительные процессы в сетчатке (ретинит, хориоретинит).
Юлия Валерьевна Клейменова (Яковлева)
Фотопигменты колбочек и палочек глазной сетчатки
К фотопигментам, содержащимся в колбочках и палочках, относятся:
- Йодопсин;
- Родопсин;
- Цианолаб.
Эти пигменты различаются по аминокислотному составу, что позволяет им поглощать разные диапазоны длин волн света.
Фотопигменты колбочек
В колбочках содержится йодопсин и его разновидность — цианолаб. Выделяют три типа йодопсина, каждый из которых настроен на определенные длины волн: 560 нм (красный), 530 нм (зеленый) и 420 нм (синий).
Цианолаб — это разновидность йодопсина, который расположен в синих колбочках, располагающихся по периферии, тогда как зеленые и красные колбочки распределяются неравномерно по всей поверхности сетчатки. Плотность зеленых колбочек выше по сравнению с красными, в то время как синих колбочек меньше всего.
Факты, подтверждающие теорию трихромазии:
- Спектральная чувствительность двух пигментов колбочек была определена с помощью денситометра.
- Микроспектрометрия раскрыла три пигмента колбочкового органа.
- Идентифицирован ген, отвечающий за производство красных, синих и зеленых колбочек.
- Ученым удалось изолировать колбочки и измерить их физиологический ответ на свет с определенной длиной волны.
Ранее теория трёх цветов не могла объяснить существование четырех основных оттенков: синего, желтого, красного и зеленого. Также оставалось нерешенным вопрос о том, почему люди с дихроматией умудряются различать белый и желтый цвета. Однако недавние исследования привели к обнаружению нового фоторецептора в сетчатке — меланопсина, что позволило дать ясные ответы на эти загадки.
В ходе современных исследований, проведённых с использованием флуоресцентного микроскопа, были изучены срезы сетчатки разных видов птиц, в результате чего выявились четыре типа колбочек: фиолетовая, зеленая, красная и синяя. Благодаря оппонентному цветному зрению нейроны и фоторецепторы друг друга дополняют.
Нарушения восприятия цветов
Английский учёный Джон Дальтон стал первым, кто детально описал одно из нарушений восприятия цвета в своей научной работе, с которым сталкивался сам. С тех пор любые расстройства цветового восприятия стали именоваться дальтонизмом.
Наиболее распространённой формой этого расстройства является красно-зеленая слепота, при которой индивид не может различать красные и зеленые оттенки. Эта группа делится на протанопов, у которых повреждены красные рецепторы, и дейтеранопов, у которых зелёные. У самого Дальтона была протанопия: он воспринимал светло-красный цвет как темнозеленый.
Существует также тританопия — третья форма цветового расстройства, при которой человек не различает сине-фиолетовые оттенки. Для таких людей мир ограничивается лишь красными и зелеными цветами с их вариациями. Имеются и промежуточные формы нарушения цветового восприятия.
Дихромазия, или частичная цветовая слепота, возникает тогда, когда в сетчатке функционируют всего два из трёх типов колбочек. Врачи глазной практики не рассматривают данное состояние как болезнь, однако оно может ограничивать выбор профессии (об этом поговорим позже).
Совсем другой вопрос — монохромазия, означающая полное отсутствие цветового восприятия. Это достаточно серьёзное нарушение, которое встречается довольно редко. Люди с данной формой видят мир так, как будто он представлен в одном цвете — сером.
Причины нарушений цветоощущения
Причинами дихромазии, включая красно-зеленую слепоту, является слияние двух различных типов цветорецепторов. При этом чувствительные к красному колбочки начинают работать как зеленые. У людей с полной цветовой слепотой в сетчатке остаются только палочки, так как колбочки отсутствуют с рождения или повреждены.
Существуют и цветоаномалии, когда чувствительность одного или нескольких типов колбочек изменена. Все три типа колбочек могут быть в сетчатке, но цвета окружающего мира воспринимаются неверно.
Расстройства цветоощущения распространены, особенно среди мужчин: по последним данным, около 1% мужчин страдает краснослепотой, а примерно 2% — зеленослепотой. Протанопия и дейтеранопия передаются по наследству из-за генетических факторов.
Следует отметить, что брат Дальтона также был протанопом. Неспособность различать синий цвет (тританопия) встречается значительно реже, затрагивая лишь 1 из 20 000 человек, при этом мужчины заболевают ею не чаще, чем женщины.
Долгое время врожденная цветовая слепота может оставаться незамеченной. Дальтон, к примеру, не подозревал о своей проблеме до 26 лет. Это объясняется тем, что цветослепые компенсируют неспособность воспринимать цвет хорошей чувствительностью к яркости и насыщенности цветов, а также с детства привыкают называть цвета предметов стандартными терминами.
Однако в наши дни незнание о цветовой слепоте у водителей или операторов, таких как машинисты или летчики, может быть опасным. Например, если красный свет светофора будет такой же яркости, как зелень деревьев, водитель с нарушением восприятия может не заметить сигнал и спровоцировать аварию на загруженной дороге.
Поэтому до сдачи экзамена на получение водительского удостоверения у будущих водителей требуется справка от врача, подтверждающая правильность цветового зрения.
На текущий момент научные исследования уже позволяют объяснить природу нарушений цветового восприятия на клеточном и даже молекулярном уровнях. Эти научные достижения могут раскрыть не только механизмы удивительного явления, как цветовое зрение, но, возможно, помогут вернуть цветослепым людям всю палитру красок окружающего мира.
Симптоматика заболеваний колбочек и палочек
Палочки и колбочки составляют один из десяти слоев сетчатки и могут повреждаться при различных заболеваниях. Основные заболевания включают:
- Макулодистрофия — возрастные изменения в сетчатке
- Дальтонизм — наследственные расстройства колбочек, приводящие к неспособности различать цвета
- Отслойка сетчатки — нарушение связи между сетчаткой и сосудистой оболочкой, обеспечивающей её питание
- Ретинит — воспалительное заболевание сетчатой оболочки глаза
- Пигментная абиотрофия сетчатки — врожденная проблема, которая приводит к разрушению палочек.
При возникновении перечисленных патологий возможны следующие симптомы:
- Падение остроты зрения, особенно в темноте
- Изменения в полях зрения (сужение, выпадение, появление скотом) — темные пятна, закрывающие часть обозреваемого объекта
- Появление бликов или вспышек перед глазами
- Ухудшение восприятия цвета.
Симптомы подобного рода могут сигнализировать о различных заболеваниях глаз, и в случае любых ухудшений советуют незамедлительно обратиться к врачу-офтальмологу.
Диагностика и лечение заболеваний колбочек и палочек
Для диагностики заболеваний, затрагивающих палочки или колбочки, врач проводит несколько исследований:
- Офтальмоскопия — осмотр дна глаза
- Периметрия — диагностика полей зрения
- Проверка восприятия цветов с помощью специальных тестов и таблиц
- ОКТ (оптическая когерентная томография) — оценка толщины и состояния слоев сетчатки
- Ультразвуковые исследования и другие методы диагностики.
Определение методов лечения выбирается индивидуально в каждом случае и должно быть комплексным, исходя из выясненной причины проблемы.
Полное обследование органов зрения можно пройти в Глазной клинике доктора Беликовой. Мы используем только современное высококачественное оборудование и сопровождаем пациента на всех этапах — от диагностики до полного выздоровления.
