Оптическая система глаза: функции и возможности

О чем речь? Оптическая система глаза — сложнейший механизм, который позволяет мозгу получать реальное изображение различных предметов. Она состоит из слезной пленки, роговицы стекловидного тела, хрусталика, радужки, сетчатки и зрительного нерва.

На что обратить внимание? При нарушениях работы оптической системы могут возникать близорукость, дальнозоркость, астигматизм, косоглазие, кератоконус и другие заболевания, которые приводят к ухудшению зрения и требуют обязательной коррекции.

Из чего состоит глаз

Слово «глаз» имеет индоевропейские корни. Есть греческое слово ophthalamos, которое дало название таким терминам, как «офтальмология» и «офтальмолог». Также в латинском существовало слово «oculus», от которого происходит слово окулист.

Источник: pongpongching/ freepik.com

Глаза представляют собой орган, отвечающий за зрение, который включает глазное яблоко и сопутствующие вспомогательные структуры. Он функционирует как периферическая часть зрительного анализатора и состоит из самого глаза, проводящих путей (зрительный нерв и внутричерепные структуры) и центрального аналитического отдела (шпорная борозда коры головного мозга).

Глазное яблоко имеет сферическую форму и состоит из трех оболочек:

• Первая: внешняя фиброзная оболочка, также известная как капсула глаза. Она делится на две неравные части: непрозрачная белая склера (белочная оболочка) и выпуклая, прозрачная роговица. Глаза двигаются за счет глазодвигательных мышц, которые прикрепляются к склере. Роговица отличается высокой чувствительностью.
• Под фиброзной оболочкой находится сосудистая. Она покрывает всю внутреннюю поверхность склеры, а в передней части глаза образует радужку, которая является своеобразной оболочкой между передним и задним сегментами глаза.

В основании радужной оболочки находится цилиарное (или ресничное) тело, представляющее собой утолщение сосудистой оболочки кольцевидной формы с отростками, которые выступают в полость глаза. Эти отростки соединены с тончайшими связками, которые фиксируют хрусталик.

У цилиарного тела есть две ключевые функции. Во-первых, вырабатывает внутриглазную жидкость, за счет чего поддерживается необходимый тонус глаза и происходит питание внутренних структур. Во-вторых, помогает нам фокусировать зрение, а также видеть предметы вдали и вблизи.

• Третья оболочка глаза находится внутри и имеет наиболее сложное строение. Это сетчатка. В ее состав входит целых 10 слоев. Внутренняя поверхность глазного яблока, выстланная оптически активной частью сетчатки (т.е. до цилиарного тела), называется глазным дном.

На глазном дне расположено желтое пятно (область, отвечающая за центральную остроту зрения) и диск зрительного нерва (перенаправляющий изображение в мозг).

Таким образом, все оболочки составляют оптическую систему глаза. Образно говоря, наш орган чувств работает так же, как сложный оптический механизм. И у него всего одна ключевая обязанность — передать корректное изображение зрительному нерву.

Но для того, чтобы задача была выполнена, необходимо реализовать сразу несколько зрительных функций.

К ним относятся:

• световосприятие (способность улавливать свет);
• цветовосприятие (умение различать цвета);
• центральное зрение (возможность различать мелкие детали и предметы при взгляде прямо перед собой, отличается четкостью и остротой);
• периферическое зрение (функция боковых участков сетчатки, позволяет видеть то, что находится вне фокуса внимания);
• бинокулярное зрение (зрение двумя глазами, создающее объемное восприятие).

В зависимости от ключевых функций можно выделить три основные системы внутри глаза:

• оптическая система глаза, которая проецирует на сетчатку все, что мы видим вокруг себя;
• система восприятия света и передачи нервного импульса, в которую входит зрительный нерв, а также сетчатка, речь о которой уже шла ранее. Это внутренняя оболочка глаза, которая содержит нейроны, кровеносные сосуды и фоторецепторные клетки. Именно они считывают информацию внешнего мира и кодируют ее для мозга;
• система питания глаза — это сосудистая оболочка, которая поддерживает наше зрение.

Источник: brgfx/ freepik.com

Если мы посмотрим в зеркало и обратим внимание на свои глаза, то увидим лишь малую часть сложной зрительной системы. Она состоит из множества компонентов. И очевидно, что они должны работать четко и слаженно. Только тогда мы можем говорить о хорошем зрении.

Но что значит «четкая работа» в контексте органа чувств? С одной стороны, предъявляются требования к точности строения глаза как оптического прибора, а с другой — к дееспособности всех элементов, составляющих цепочку от глазного яблока до коры головного мозга.

Что представляет собой оптическая система глаза

Наш орган зрения выполняет множество функций: восприятие света, цвета, формы и величины предметов, степени освещенности объектов, их удаленности и скорости передвижения. Это только часть параметров, которые ежесекундно анализируются с помощью глаз и их систем. Следовательно, чем лучше здоровье глаз, тем точнее и качественнее они могут принимать и передавать в мозг информацию.

Рассмотрим оптическую систему глаза и ее элементы. Для начала вспомним, что оптическая система глаза включает различные компоненты, которые занимаются преломлением световых лучей. Это необходимо для того, чтобы световые волны четко фокусировались на сетчатке, формируя реальное изображение объектов.

В преломлении световых лучей участвуют разные структуры оптической системы. Во-первых, это роговица и хрусталик, которые отвечают за преломление света. Во-вторых, стекловидное тело, а также внутриглазная жидкость (или камерная влага), которые проводят свет, так же слезная пленка имеет до +1 D. К ней также относится «диафрагма» глаза — радужка и зрачок, которые регулируют количество света, проникающего в глаз. 

При ярком освещении одни мышцы радужки сокращаются, а другие расслабляются, благодаря чему зрачок сужается, и количество света, попадающего на сетчатку, уменьшается. При слабом свете происходит обратный процесс. Это защищает сетчатку и глаза в целом.

А теперь разберем каждый элемент более детально.

Стекловидное тело

Гелеобразный компонент оптической системы. Это прозрачное вещество заполняет более половины объема глаза от хрусталика до сетчатки. Оно в основном состоит из воды (на 98 %). Оставшиеся 2 % включают в себя соли и белки. Это вещество не содержит нервных окончаний или кровеносных сосудов. 

Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, а также защищает внутренние структуры глаза от смещения. Оно же обеспечивает свободное прохождения света к сетчатке. Помимо этого, стекловидное тело участвует в аккомодации (четкое видение предметов, которые находятся вдали/вблизи).

Хрусталик

Второй важный элемент оптической системы глаза — хрусталик, который находится между стекловидным телом и радужной оболочкой. Он представляет собой двояковыпуклую прозрачную линзу. Основная функция хрусталика в том, чтобы преломлять свет и обеспечивать аккомодацию.

Акция до 18.02

Скидка 20% на выделенную коллекцию

Перейти в каталог

Его эластичность позволяет изменять форму, что, в свою очередь, дает возможность фокусироваться на предметах, находящихся на различных расстояниях. Однако с возрастом эта способность может ухудшаться, что отражается на качестве зрения. Хрусталик находится в капсуле и удерживается на своем месте специальными связками, называемыми цинновыми.

От кривизны хрусталика, а также от роговицы (и их удаленности друг от друга) зависит рефракция, то есть преломляющая сила оптической системы глаза.

Радужка 

Кстати, цвет и рисунок радужки у всех людей уникальные так же, как и отпечатки пальцев. Оттенок радужки может варьироваться в зависимости от уровня пигментации и способен изменяться на протяжении жизни.

Сетчатка

Она представляет собой сложную и высокоорганизованную структуру, состоящую из фоторецепторов и нервных клеток, играющих ключевую роль в восприятии света. Фоторецепторы делятся на два основных типа: палочки и колбочки. Палочки обладают высокой чувствительностью к слабому освещению. Они отвечают за периферическое зрение и позволяют нам видеть в темноте. В то время как колбочки требуют яркого света для своей работы, они обеспечивают возможность различать цвета и мелкие детали.

Эти специализированные клетки содержат родопсин — пигмент, который преобразует световую энергию в электрические сигналы, передаваемые в мозг. Наибольшее количество колбочек сосредоточено в макуле — центральной области сетчатки, отвечающей за наивысшую остроту зрения и четкость изображения.

Зрительный нерв

Еще одна важнейшая структура — зрительный нерв. Он расположен на внутренней поверхности глазного яблока, в области, известной как глазное дно. Зрительный нерв проходит через турецкое седло (полое образование внутри черепа) и соединяется с аналогичным нервом другого глаза. Так образуется хиазма — перекрест зрительных нервов. Это уникальное соединение позволяет получать информацию от обоих глаз, что способствует созданию объемного восприятия. После этого зрительные тракты продолжают свой путь к подкорковым зрительным центрам и затылочным долям мозга, где происходит сложная обработка визуальной информации.

Источник: freepik/ freepik.com

Итак, оптическая система глаза состоит из стекловидного тела, хрусталика, радужки, сетчатки и зрительного нерва. Основные характеристики данной системы включают несколько важных параметров. Туда входят, например, радиус кривизны поверхностей, толщина хрусталика и роговицы, длина оси глаза, глубина передней камеры, а также индекс преломления.

Эти характеристики играют решающую роль в обеспечении качественного зрения и нормальном функционировании глазной системы. Правильное взаимодействие всех этих элементов позволяет нам воспринимать мир в его ярких и разнообразных красках, создавая полное и насыщенное зрительное восприятие.

Как работает оптическая система глаза

Глаза — удивительный и сложный орган. Он различает миллион оттенков, определяет размер, текстуру, скорость и другие характеристики объектов. Орган зрения способен менять фокус и регулировать количество поступающего света. Слаженная работа множества систем, речь о которых шла ранее, является результатом миллионов лет эволюции, что делает глаз одной из самых совершенных систем в человеческом организме.

Чтобы человек мог воспринимать окружающий мир, его глаза выполняют сложную и высокоорганизованную работу, состоящую из нескольких ключевых этапов:

1. Падение света на объект. Световой луч отражается от предмета в окружающей среде и проникает в роговицу. Роговица, являясь первой ступенью оптической системы глаза, преломляет свет, направляя его в зрачок.
2. Регулирование света. Зрачок контролирует количество света, проходящего дальше, изменяя свои размеры в зависимости от условий освещения. Это позволяет глазу адаптироваться как к яркому свету, так и темноте.
3. Преломление света хрусталиком. Световой луч, проходя через зрачок, попадает на хрусталик — двояковыпуклую линзу, которая преломляет лучи и направляет их на сетчатку. Хрусталик обеспечивает аккомодацию, изменяя свою кривизну для фокусировки объектов, расположенных на различных расстояниях, что позволяет видеть как далекие звезды, так и мельчайшие предметы рядом с вами.
4. Формирование изображения на сетчатке. Свет достигает сетчатки — самой сложной структуры глаза, состоящей из клеток-фоторецепторов, которые воспринимают фотоны. На сетчатке создается картинка в перевернутом и уменьшенном виде.
5. Преобразование света в электрические импульсы. Фоторецепторы конвертируют световые лучи в электрические сигналы, которые передаются по зрительному нерву в кору головного мозга. Каждый глаз воспринимает отдельную картинку, и мозг объединяет их в одно целое.

Как уже говорилось, изображение на сетчатке оказывается перевернутым. Объясняется это этапами преломления света:

• при прохождении света через роговицу, когда изображение переворачивается;
• при прохождении через переднюю поверхность хрусталика, когда оно восстанавливает нормальное положение;
• при прохождении через заднюю выпуклую часть хрусталика изображение снова переворачивается.

Но наш мозг можно сравнить с самым мощным и умным компьютером. Он работает настолько быстро, что мгновенно возвращает изображению нормальный вид. Процессы преломления и восприятия происходят практически мгновенно — от попадания луча на роговицу до получения правильного изображения мозгом проходит всего 13 миллисекунд.

Глазные яблоки совершают около трех движений в секунду, переключаясь между различными объектами, в то время как мозг обрабатывает и трансформирует полученные картинки, позволяя человеку видеть мир в его истинном виде.

Источник: rawpixel.com/ freepik.com

Таким образом, изначально мы видим все перевернуто. И лишь сложное строение оптической системы глаза позволяет воспринимать действительность такой, какая она есть.

Дефекты оптической системы глаза

Оптическая система глаза влияет на качество и остроту зрения. Нарушения в работе различных элементов приводят к разного рода патологиям. Рассмотрим лишь самые распространенные:

• Астенопия — состояние, характеризующееся быстрой утомляемостью глаз, особенно при длительной работе.
• Миопия — близорукость, при которой человек видит хорошо вблизи, но испытывает трудности с восприятием удаленных объектов.
• Гиперметропия — дальнозоркость, при которой зрение вдалеке лучше, чем вблизи.
• Косоглазие — страбизм, или неправильное положение глаз, возникающее, когда зрительная ось одного глаза не совпадает с осью другого, что может приводить к нарушению координации.
• Астигматизм — патология, при которой оптическая система глаза имеет несимметричную форму, что приводит к искажению изображения и смешению различных степеней близорукости и дальнозоркости.
• Кератоконус и Кератоглобус — заболевание, при котором происходит изменение формы роговицы, что может проявляться в ее выпячивании.

Ухудшение зрения — далеко не единственный симптомом, говорящий о нарушении работы оптической системы глаза. Есть и другие, к ним относят:

• Появление тумана или размытости перед глазами.
• Снижение четкости зрения.
• Ощущение, будто в глазах двоится.
• Головные боли, особенно после длительной работы за компьютером или чтения.
• Увеличение утомляемости глаз.

При появлении даже незначительных признаков ухудшения зрения крайне важно обратиться к офтальмологу. Врач проведет комплексное обследование, которое может включать:

• Измерение длины оси глаза.
• Оценку размеров передней камеры.
• Изучение радиуса, диаметра, кривизны и толщины роговицы.
• Определение оптической силы оптической системы глаза (рефракции).
• Оценку оптической силы интраокулярной линзы (ИОЛ).
• Проверку целостности различных структур глаза, включая роговицу, переднюю камеру, капсулы хрусталика, склеру и сетчатку.

Не стоит откладывать визит к специалисту, так как отсутствие своевременного лечения может привести к серьезным патологиям и потере зрения.

Интересные факты об оптической системе глаза

Начнем с распространенного мнения, что морковь улучшает зрение. Впервые об этом заговорили во времена Второй мировой войны, этот миф родился у военных Британских воздушных сил. Они стремились сохранить в секрете новую технологию радара, поэтому говорили, что их пилоты обладают отличным зрением благодаря употреблению моркови.

И еще несколько интересных фактов:

• Наш глаз весит примерно 7 г, а диаметр глазного яблока почти одинаков у всех здоровых людей и составляет 24 мм.
• Все новорожденные дети имеют серо-голубые глаза, и только к двум годам радужка приобретает свой окончательный цвет.
• Зеленые глаза являются самыми редкими среди людей — всего около 2 % населения Земли обладают таким цветом радужки.
• 1 % жителей обладает гетерохромией, то есть имеет разный цвет радужки у левого и правого глаза.
• Человеческий глаз способен воспринимать лишь три основных цвета: красный, синий и зеленый. Все остальные оттенки представляют собой комбинации этих трех цветов.
• Эффект красных глаз на снимках возникает из-за отражения света вспышки от кровеносных сосудов сетчатки.
• Только люди и собаки способны «читать по глазам», то есть заглядывать в глаза других существ с целью найти там ответы и подсказки. Причем собаки делают это исключительно в процессе общения с людьми.
• В каждом человеческом глазу содержится приблизительно 107 миллионов светочувствительных клеток.

Все это подтверждает, что глаза являются удивительным органом, который выполняет сложные функции и придает каждому человеку уникальные характеристики.

Часто задаваемые вопросы об оптической системе глаза

Как формируется оптическая система глаза?

Известно, что глаза новорожденных детей имеют слабую рефракцию, которая с возрастом усиливается. Степень дальнозоркости уменьшается, слабая гиперметропия постепенно переходит в нормальное зрение, а иногда и в миопию.

В течение первых трех лет жизни орган зрения ребенка интенсивно растет, увеличивается рефракция роговицы. К семи годам глазная ось достигает 22 мм, что составляет 95 % размера глаз взрослого человека. Глазное яблоко продолжает расти до 15 лет. Хрусталик растет всю жизнь.

Что ухудшает работу оптической системы глаза?

К основным причинам зрительных нарушений можно отнести:

• Постоянное зрительное перенапряжение или отсутствие отдыха.
• Авитаминоз и несбалансированное питание (для зрения особенно важны витамины группы А, Е, В, а также цинк, медь, селен и омега-3 жирные кислоты.
• Нехватка свежего воздуха и недостаток физической активности.
• Наследственность.
• Прогрессирование воспалительных или инфекционных заболеваний. Например, осложнения при краснухе, туберкулезе, кори, рассеянном склерозе.
• Неправильная гигиена при ношении контактных линз.
• Отказ от очков или линз, когда они необходимы.
• Травмы или повреждения глаз.
• Возрастные изменения.
• Дистрофия или отслойка сетчатки, что может привести к сильной и даже полной потере зрения.
• Отказ от солнцезащитных очков.

Как помочь оптической системе глаза?

Для здоровья глаз нужна профилактика. К таковым мерам относятся:

• Ежедневная зарядка для глаз.
• Использование специальных капель для увлажнения.
• Употребление продуктов, обогащенных необходимыми витаминами и микроэлементами.
• Применение витаминов.
• Соблюдение правил при работе за компьютером, чтении и просмотре телевизора.
• Перерывы в работе 5–10 минут для отдыха через каждые 40 минут труда.
• Ношение очков и линз по показаниям и защита сетчатки от вредного ультрафиолета солнцезащитным аксессуаром

И, конечно, необходимо регулярно посещать кабинет окулиста, чтобы вовремя заметить изменения и принять меры для сохранения зрения.

Мы разобрали такой сложный орган чувств, как глаза. Выяснили, что к оптической системе глаза относятся различные элементы: слезная пленка, роговица, стекловидное тело, радужка, хрусталик, сетчатка, зрительный нерв. Согласованное функционирование каждого из этих компонентов позволяет нам видеть окружающий мир. Очень важно беречь глаза и соблюдать гигиену. При малейших нарушениях рекомендуется незамедлительно обращаться к врачу. Это поможет избежать серьезных осложнений в будущем.