§ 44. Будова та функції сітківки ока. Світловий, колірний і просторовий зір. Гігієна зору

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ТЕРМІНИ: сітківка ока, фоторецептори (палички та колбочки), сліпа пляма, жовта пляма, світлова й темнова адаптація, дальтонізм, просторовий зір.

Сітківка ока — його внутрішня оболонка — містить рецепторний апарат зорового аналізатора. Товщина сітківки дуже мала — 0,1-0,2 мм, проте вона складається з багатьох шарів різних клітин, які, з’єднуючись між собою відростками, сплітаються в ажурну сітку (рис. 126).

Пігментний шар сітківки — зовнішній. Він утворюється епітелієм, який має пігмент фуксин. Цей термін походить від прізвища німецького ботаніка Л. Фукса, який у XVI ст. описав рослини, що містять подібний барвник. Фуксин поглинає світло й, отже, перешкоджає його віддзеркаленню та розсіюванню, що сприяє чіткості зорового сприйняття. Цікаво, що в деяких тварин між пігментним шаром і фоторецепторами міститься віддзеркалюючий шар клітин, через що їхні очі ніби світяться в темряві.

Рис. 126. Схема будови сітківки ока: 1 — волокна зорового нерва; 2 — гангліозні нейрони; 3 — біполярні нейрони; 4 — фоторецепторний шар; 5 — клітини пігментного шару; 6 — колбочки; 7 — палички

Фоторецептори (з грецьк. той, що стосується світла, і рецептор) прилягають до пігментного шару. Розрізняють рецептори двох видів — палички та колбочки. У кожному оці є 7-8 млн колбочок і 110-125 млн паличок. Вони розподілені в сітківці нерівномірно.

Так, у центрі сітківки, якраз навпроти зіниці, є так звана жовта пляма — місце найкращого бачення, бо тут розміщено найбільше паличок і колбочок. Вона має центральну ямку, де містяться лише колбочки. У напрямі до периферії сітківки кількість колбочок зменшується, а паличок — зростає. На периферії розташовані майже тільки палички.

Колбочки мають незначну чутливість і тому функціонують в умовах яскравої освітленості (забезпечують денний зір) і сприймають кольори, а палички сприймають лише чорно-біле світло. Вони дуже чутливі й збуджуються навіть за незначного освітлення, наприклад у сутінках. Це фоторецептори «сутінкового», або «нічного», зору. Тварини, які ведуть нічний спосіб життя, мають їх набагато більше.

Подразнюючи різні ділянки сітківки, учені дослідили, що кольори найкраще розрізняються, коли світло діє на жовту пляму й центральну ямку. Периферія сітківки кольори не сприймає. Тому в умовах поганого освітлення, коли центральний — колбочковий — зір різко знижений, переважає периферичний паличковий. А оскільки палички реагують тільки на чорно-біле світло, то в сутінках людина погано розрізняє кольори. Тому й кажуть: «Уночі всі коти сірі». Сліпа пляма — місце виходу зорового нерва з очного яблука, не містить фоторецепторів, а тому й не сприймає світло. В існуванні сліпої плями легко переконатися, якщо провести дослід Маріотта (рис. 127, див. лабораторне дослідження на с. 164).

Нейрони сітківки (рис. 126). Наступний шар сітківки — це вставні, біполярні нейрони, з якими з’єднується шар гангліозних нервових клітин (з грецьк. вузол). Аксони (відростки) цих клітин формують зоровий нерв. Біполярні та гангліозні клітини мають багато зв’язків між собою. Завдяки цьому в зоровому нерві в 100 разів менше нервових волокон, аніж фоторецепторів.

Рис. 127. Дослід Маріотта

Хімічний компонент зору. Ще наприкінці 70-х років XIX ст. в сітківці ока тварин, а потім і людини вчені відкрили світлочутливі пігменти, які знебарвлюються на світлі.

У паличках міститься пігмент родопсин (з грецьк. троянда та зір), а в колбочках — йодопсин (з грецьк. подібний до кольору фіалки та зір). Обидва пігменти — високомолекулярні сполуки, що складаються з окисненого вітаміну А — ретиналю (з латин. сітківка) і білка опсину (рис. 128).

Рис. 128. Світлочутливий пігмент родопсин і його перетворення під дією світла

У темряві родопсин і йодопсин перебувають у неактивній формі. Під дією світла вони миттєво розпадаються («вицвітають») і переходять в активну форму: ретиналь відщеплюється від опсину (рис. 128). Так зорові пігменти збуджують фоторецептори, що супроводжується виникненням електричного потенціалу. З’являється нервовий імпульс. У темряві зорові пігменти відновлюються завдяки сполученню вітаміну А з опсином.

Нестача вітаміну А в їжі викликає розлад функцій паличок і порушення сутінкового зору — курячу сліпоту: людина майже нічого не бачить у сутінках, а вдень зір функціонує нормально. Ось чому так важливо вживати продукти, які містять вітамін А.

Світлова чутливість ока людини дуже висока. Уважають, що одну паличку може збудити один квант світла. Чутливість ока до світла пов’язана з функціями паличок і колбочок, може змінюватися й залежить від рівня освітлення довкілля.

При переході з темряви на світло настає тимчасове засліплення людини. Однак поступово око ніби «звикає» до світла. Це явище має назву адаптація до світла. Зворотне явище спостерігається, коли людина потрапляє зі світлого приміщення в темне. Спочатку вона ніби нічого не бачить, а потім поступово починає розрізняти контури предметів і їх деталі. Таке явище називається адаптацією до темряви — з поступовим зростанням чутливості фоторецепторів. Обидва механізми зорової адаптації пов’язані з процесами відновлення зорових пігментів. Наприклад, за тривалого перебування в темряві кількість родопсину більша в 100 000-200 000 разів, аніж в умовах яскравого освітлення.

Утім, зір можливий тільки в межах порівняно вузької смуги електромагнітного випромінення — довжиною світлової хвилі від 360 до 760 нм, тобто від синього до червоного кольору спектра. Світлові хвилі поза цією смугою око вже не сприймає.

Механізм сприйняття кольору пов’язаний із функціями колбочок, які реагують на різну довжину хвилі у світловому спектрі. З численних теорій колірного зору найпоширенішою є трикомпонентна, яку запропонували у своїх працях Т. Юнг (1802) і Г. Гельмгольц (1866). У сучасному розумінні вона пов’язана з існуванням трьох видів колбочок, одні з яких сприймають тільки червоний, другі — зелений, а треті — синій кольори. При збудженні різних видів колбочок виникає відчуття всіх кольорів видимого спектра. Первинне розрізнення кольору відбувається в сітківці, але остаточний колір формується вже у вищих зорових центрах.

За відсутності чи порушення функцій колбочок певного виду може виникнути колірна сліпота — повна чи часткова. Найчастішим порушенням є дальтонізм, уперше описаний англійським ученим Дж. Дальтоном, який і сам страждав від цієї хвороби. Дальтонізм характеризується нездатністю розрізняти червоний і зелений кольори, що спричиняє порушення колірної картини навколишнього світу (рис. 129). Зрозуміло, що дальтонікам не можна працювати у сфері транспорту, в авіації. Лікарі під час професійних оглядів виявляють таких хворих за допомогою спеціальних колірних таблиць.

Рис. 129. Так бачить світлофор людина з нормальним зором (а), а так — хвора на дальтонізм (б)

Гострота зору — максимальна здатність розрізняти окремі зорові об’єкти, яку визначають за найменшою відстанню між двома точками, що око бачить окремо. Гостроту зору вимірюють за допомогою відомих вам із раннього дитинства таблиць із фігурами чи літерами різної величини. Проти кожного рядка стоїть число, що означає відстань у метрах, з якої здорове око має розрізнити літери цього рядка. Зменшення гостроти зору нижче 0,8 (на одному чи обох очах) означає, що ви повинні обов’язково лікуватися в окуліста.

Просторовий зір. Поле зору — це простір, який сприймає око, коли воно фіксує зір на одній точці. Для обох очей він становить майже 180°. Поставте вазу з квітами на підвіконня і на відстані 30-50 см розглядайте якусь одну квітку. Її ви бачите чітко, бо це квітка проектується на сітківці в місці найкращого бачення — жовтій плямі. Інші предмети ви бачите периферичним зором менш виразно й нечітко.

Образ предмета на сітківці буде більшим, якщо він перебуває поблизу (це базується на знанні його розмірів; якщо такої інформації в пам’яті людини немає, то визначити його віддаленість вона не зможе). Визначити відстань і глибину простору допомагає акомодація, яка пристосовує око до чіткого бачення предметів, що розташовані на різній відстані. Велике значення має також бінокулярний зір.

Бінокулярний зір (з латин. двічі й очний) — зір двома очима — є дуже важливим для просторового сприйняття світу. Коли ми дивимося на якийсь предмет, то його зображення виникає на сітківках кожного ока в однакових місцях, а зоровий центр об’єднує їх. У цьому легко переконатися, якщо натиснути на одне око збоку: в очах починає двоїтися, бо зображення потрапило на різні ділянки сітківок. Так і в нашому відчутті подвоюються зображення від предметів, на які не наведено погляд. Що далі вони від того предмета, на який наведено погляд, то сильніше подвоюється їх зображення. Саме завдяки цьому подвоєнню нервова система визначає відстань до предмета.

Ви можете впевнитися в цьому, провівши дослід. Візьміть два олівці й тримайте їх перед очима один за одним. Наведіть погляд на той олівець, що до вас ближче, і віддаляйте від очей інший. Якщо ви не зводитимете погляду з першого олівця, то помітите, що зображення другого подвоюється.

Гігієна зору. Щоб зберегти зір, треба насамперед правильно харчуватися, частіше перебувати на свіжому повітрі, виконувати фізичні вправи. Кімната має бути добре освітленою. Підвіконня не варто заставляти високими квітами, а штори на вікна краще підібрати світлі. У сонячну літню погоду, особливо на пляжі, рекомендується користуватися темними окулярами, які захищають сітківку від яскравих сонячних променів (зокрема, ультрафіолетового спектра). Увечері потрібно користуватися лампами потужністю 60-100 Вт із плафонами, що розсіюють світло. Домашні завдання треба виконувати тільки в добре освітленому місці. Книжку або зошит тримати на відстані 30-35 см від очей. На столі, за яким ви готуєте уроки, треба розташовувати лампу так, щоб її світло падало з лівого боку на зошит або книжку, а очі були в тіні.

Чергуйте зорову працю з відпочинком: через кожні 40-45 хв роботи відпочивайте 10 хв.

Не читайте в транспорті! Це завдає шкоди очам, оскільки поштовхи та коливання постійно змінюють відстань від книжки до очей, а кришталик — свою кривизну, що спричиняє вади зору.

Не читайте лежачи! Це призводить до неправильного розміщення книжки щодо очей і погіршує зір.

Не дивіться телевізор більше двох годин на день.

На якій відстані від телевізора треба сидіти, залежить від величини діагоналі екрана. Працюючи за комп’ютером, дотримуйтеся таких правил: відстань від очей до екрана дисплея має бути 50-55 см; зображення на дисплеї відрегулюйте так, щоб воно було чітким і контрастним, але не надто яскравим; безперервно працювати за комп’ютером можна: старшокласникам — 25-30 хв, учням 7-8 класів — 15-20 хв, молодшим школярам — 10-15 хв. Короткозорі діти при цьому мають користуватися окулярами.

Думаємо, розуміємо, відповідаємо. 1. Визначте взаємозв’язок будови та функцій сітківки. 2. Поясніть, що таке денний і сутінковий зір, у чому полягає взаємозв’язок паличок і колбочок. 3. Як палички та колбочки розміщуються в сітківці? Яке це має значення? 4. Проаналізуйте фізіологічний зміст і значення світлової чутливості ока. Поясніть поняття «адаптація» до світла й темряви. 5. Поясніть механізми сприйняття кольору. Яке значення воно має для професійної діяльності? 6. Обґрунтуйте поняття «гострота зору». Наведіть приклад визначення. 7. Поясніть поняття «поле зору». 8. Яке значення для людини має бінокулярний зір? 9. Визначте, як за допомогою зору відбувається оцінка відстані, глибини простору й величини предмета. 10. Обґрунтуйте причини порушення зору через різні зловживання. 11. Назвіть основні правила освітлення приміщень. Поясніть, чому читання в транспорті погіршує зір.

Самостійна робота з підручником. Поясніть походження слів фуксин, родопсин, гангліозний, біполярний, бінокулярний, дальтонізм, ретиналь.

Запитання для допитливих. Розкрийте сутність теорії «опонентних кольорів». Чим вона відрізняється від «трикомпонентної» теорії колірного зору?

Домашнє завдання. Перевірте на собі та на членах вашої родини наявність сліпої плями й поясніть, з чим це пов’язано.

Це треба знати. Шкідливі звички (куріння, уживання алкоголю та наркотиків) — шлях до сліпоти.

Лабораторне дослідження

ТЕМА. Виявлення наявності сліпої плями на сітківці ока (дослід Маріотта)

МЕТА: навчитися виявляти сліпу пляму та визначати її фізіологічне значення.

ОБЛАДНАННЯ ТА МАТЕРІАЛИ: картка для демонстрації сліпої плями (рис. 127).

1. Затуліть лівою рукою ліве око й, тримаючи картку в правій витягнутій руці, повільно наближайте її до правого ока. При цьому дивіться тільки на ліве зображення (хрестик). Поясніть, чому на відстані 10-15 см від ока праве зображення (коло) раптом зникає.

2. Те саме зробіть із затуленим правою рукою правим оком, дивлячись лівим на праве зображення (коло).

Поясніть, чому на відстані 10-15 см раптом зникає зображення хрестика.

Намалюйте в зошиті й поясніть схему. Чим зумовлена наявність сліпої плями?

Будова сітківки ока, палички і колбочки

Световозбудімий апарат ока – шар сітківки, що містить у людини близько 130 млн. паличок і близько 7 млн. колбочок. Зовнішні членики паличок і колб складаються з двоякопреломляющіе речовини, сильно заломлюючого світло. У зовнішніх члениках паличок є особлива речовина пурпурного кольору – зоровий пурпур, або родопсин. У колбочках міститься речовина фіолетового кольору – йодопсин, яке на відміну від родопсина вицвітає в червоному світлі.

Зовнішні членики цих рецепторів складаються з 400-800 найтонших пластинок, або дисків, розташованих один над одним. Між зовнішніми та внутрішніми сегментами знаходяться мембрани, через які проходять 16-18 тонких фібрил. Нижній відросток внутрішнього сегмента з’єднаний з біполярним нейроном. Самий зовнішній шар сітківки – пігментний – містить пігмент фусцін, який поглинає світло і не допускає його розсіювання, що забезпечує чіткість зорового сприйняття.
Розподіл паличок і колб в сітківці нерівномірно. У людини в середині сітківки переважають колби, а в бічних її частинах – палички. У центральній ямці жовтої плями знаходяться майже виключно колбочки, а в самих периферичних частинах сітківки – виключно палички.

Колбочки, розташовані в центральній ямці, мають витончену і подовжену форму. На місці центральної ямки сітківка стає значно тонше.

У самому центрі жовтої плями кожна колбочка з’єднана через біполярний нейрон з окремим гангліозних нейроном, що створює найбільшу гостроту зору. В інших ділянках центральної ямки, прилеглих до її периферії, кожен біполярний нейрон з’єднаний з декількома колбами і багатьма паличками, а кожен гангліозний нейрон – з багатьма біполярними.

На відміну від колб велика кількість паличок пов’язане з загальним біполярним нейроном (до 200 паличок). Рецептори, пов’язані з одним гангліозних нейроном, утворюють його рецептивної полі. Рецептивні поля різних гангліозних нейронів з’єднані між собою горизонтальними (зірчастими) і амакрінових клітинами, що призводить до зв’язку одного гангліозного нейрона з десятками тисяч рецепторів. Волокна зорового нерва являють собою відростки гангліозних нейронів. Один гангліозний нейрон пов’язаний з тисячами нейронів зорової області, а один нейрон цій області конвергує численні аферентні волокна.

Світлові промені діють на зовнішній шар сітківки,, в якому розташовані палички і колбочки, попередньо вони проходять через всі шари сітківки, а отже, через біполярні нейрони, розташовані досередини від рецепторів, і через гангліозні нейрони, які знаходяться досередини від біполярних. Між біполярними і гангліозними нейронами є синапси. Від рецепторів сітківки імпульси передаються в гангліозні нейрони в два рази повільніше, ніж з них в зорову область, в якій відбувається просторова й тимчасова сумація аферентних імпульсів з очей.