Оптическая система глаза

Строение и свойства глаза

Глаз состоит из глазного яблока диаметром 22–24 мм, покрытого непрозрачной оболочкой, склерой, а спереди — прозрачной роговицей (или роговой оболочкой). Склера и роговица защищают глаз и служат для крепления глазо-двигательных мышц.

Радужная оболочка — тонкая сосудистая пластинка, ограничивающая проходящий пучок лучей. Свет проникает в глаз через зрачок. В зависимости от освещения диаметр зрачка может изменяться от 1 до 8 мм.

Хрусталик представляет собой эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта светочувствительным слоем — сетчаткой. От сетчатки световой сигнал передается в мозг по зрительному нерву. Между сетчаткой и склерой находится сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

На сетчатке имеется желтое пятно — участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза вверх на угол около 5 градусов. Диаметр желтого пятна — около 1 мм, а соответствующее ему поле зрения глаза — 6–8 градусов.

Сетчатка покрыта светочувствительными элементами: палочками и колбочками. Палочки более чувствительны к свету, но не различают цветов и служат для сумеречного зрения. Колбочки чувствительны к цветам, но менее чувствительны к свету и поэтому служат для дневного зрения. В области желтого пятна преобладают колбочки, а палочек мало; к периферии сетчатки, наоборот, число колбочек быстро уменьшается, и остаются только палочки.

В середине желтого пятна находится центральная ямка. Дно ямки выстлано только колбочками. Диаметр центральной ямки — 0,4 мм, поле зрения — 1 градус.

В желтом пятне к большинству колбочек подходят отдельные волокна зрительного нерва. Вне желтого пятна одно волокно зрительного нерва обслуживает группу колбочек или палочек. Поэтому в области ямки и желтого пятна глаз может различать тонкие детали, а изображение, попадающее на остальные места сетчатки, становится менее четким. Периферическая часть сетчатки служит в основном для ориентирования в пространстве.

В палочках находится пигмент родопсин, собирающийся в них в темноте и выцветающий на свету. Восприятие света палочками обусловлено химическими реакциями под действием света на родопсин. Колбочки реагируют на свет за счет реакции йодопсина.

Кроме родопсина и йодопсина на задней поверхности сетчатки имеется пигмент черного цвета. При свете этот пигмент проникает в слои сетчатки и, поглощая значительную часть световой энергии, защищает палочки и колбочки от сильного светового воздействия.

На месте ствола зрительного нерва располагается слепое пятно. Этот участок сетчатки не чувствителен к свету. Диаметр слепого пятна — 1,88 мм, что соответствует полю зрения 6 градусов. Это значит, что человек с расстояния 1 м может не увидеть предмета диаметром 10 см, если его изображение проектируется на слепое пятно.

Оптическая система глаза

Оптическая система глаза состоит из роговицы, водянистой влаги, хрусталика и стекловидного тела. Преломление света в глазе происходит, главным образом, на роговице и поверхностях хрусталика.

Свет от наблюдаемого предмета проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на сетчатке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое).

Показатель преломления стекловидного тела больше единицы, поэтому фокусные расстояния глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Оптическая сила глаза (в диоптриях) вычисляется как обратное заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах. Оптическая сила глаза зависит от того, находится ли он в состоянии покоя (58 диоптрий для нормального глаза) или в состоянии наибольшей аккомодации (70 диоптрий).

Аккомодация — это способность глаза четко различать предметы, находящиеся на разных расстояниях. Аккомодация происходит за счет изменения кривизны хрусталика при натяжении или расслаблении мышц ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается, и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы кривизна хрусталика увеличивается под действием упругих сил.

В свободном, ненапряженном состоянии нормального глаза на сетчатке получаются ясные изображения бесконечно удаленных предметов, а при наибольшей аккомодации видны самые близкие предметы.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.

При аккомодации глаза на бесконечность задний фокус совпадает с сетчаткой. При наибольшем напряжении на сетчатке получается изображение предмета, находящегося на расстоянии около 9 см.

Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в диоптриях).

С возрастом способность глаза к аккомодации уменьшается. В возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 диоптрий), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2,5 диоптрии), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.

Расстояние наилучшего зрения — это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета. При нормальном зрении оно составляет в среднем 25–30 см.

Приспособление глаза к изменившимся условиям освещенности называется адаптацией. Адаптация происходит за счет изменения диаметра отверстия зрачка, перемещения черного пигмента в слоях сетчатки и различной реакцией на свет палочек и колбочек. Сокращение зрачка происходит за 5 секунд, а его полное расширение — за 5 минут.

Темновая адаптация происходит при переходе от больших яркостей к малым. При ярком свете работают колбочки, палочки же «ослеплены», родопсин выцвел, черный пигмент проник в сетчатку, заслоняя колбочки от света. При резком снижении яркости отверстие зрачка раскрывается, пропуская больший световой поток. Затем из сетчатки уходит черный пигмент, родопсин восстанавливается, и когда его становится достаточно, начинают функционировать палочки. Так как колбочки не чувствительны к слабым яркостям, то сначала глаз ничего не различает. Чувствительность глаза достигает максимального значения через 50–60 минут пребывания в темноте.

Световая адаптация — это процесс приспособления глаза при переходе от малых яркостей к большим. Сначала палочки сильно раздражены, «ослеплены» из-за быстрого разложения родопсина. Колбочки, не защищенные еще зернами черного пигмента, также раздражены слишком сильно. Через 8–10 минут чувство ослепления прекращается, и глаз снова видит.

Поле зрения глаза достаточно широкое (125 градусов по вертикали и 150 градусов по горизонтали), но для ясного различения используется только его малая часть. Поле наиболее совершенного зрения (соответствующее центральной ямке) — около 1–1,5°, удовлетворительного (в области всего желтого пятна) — около 8° по горизонтали и 6° по вертикали. Вся остальная часть поля зрения служит для грубого ориентирования в пространстве. Для обозрения окружающего пространства глазу приходится совершать непрерывное вращательное движение в своей орбите в пределах 45–50°. Это вращение приводит изображения различных предметов на центральную ямку и дает возможность рассмотреть их детально. Движения глаза совершаются без участия сознания и, как правило, не замечаются человеком.

Угловой предел разрешения глаза — это минимальный угол, при котором глаз наблюдает раздельно две светящиеся точки. Угловой предел разрешения глаза составляет около 1 минуты и зависит от контраста предметов, освещенности, диаметра зрачка и длины волны света. Кроме того, предел разрешения увеличивается при удалении изображения от центральной ямки и при наличии дефектов зрения.

Дефекты зрения и их коррекция

При нормальном зрении дальняя точка глаза бесконечно удалена. Это означает, что фокусное расстояние расслабленного глаза равно длине оси глаза, и изображение попадает точно на сетчатку в области центральной ямки.

Такой глаз хорошо различает предметы вдали, а при достаточной аккомодации — и вблизи.

Близорукость

При близорукости лучи от бесконечно удаленного предмета фокусируются перед сетчаткой, поэтому на сетчатке формируется размытое изображение.

Чаще всего это происходит из-за удлинения (деформации) глазного яблока. Реже близорукость возникает при нормальной длине глаза (около 24 мм) из-за слишком большой оптической силы оптической системы глаза (более 60 диоптрий).

В обоих случаях изображение от удаленных предметов находится внутри глаза, а не на сетчатке. На сетчатку попадает только фокус от близко расположенных к глазу предметов, то есть дальняя точка глаза находится на конечном расстоянии перед ним.

Дальняя точка глаза

Близорукость корректируется при помощи отрицательных линз, которые строят изображение бесконечно удаленной точки в дальней точке глаза.

Дальняя точка глаза

Близорукость чаще всего появляется в детском и подростковом возрасте, причем по мере роста глазного яблока в длину близорукость увеличивается. Истинной близорукости, как правило, предшествует так называемая ложная близорукость — следствие спазма аккомодации. В этом случае можно восстановить нормальное зрение при помощи средств, расширяющих зрачок и снимающих напряжение ресничной мышцы.

Дальнозоркость

При дальнозоркости лучи от бесконечно удаленного предмета фокусируются за сетчаткой.

Дальнозоркость вызывается слабой оптической силой глаза для данной длины глазного яблока: либо короткий глаз при нормальной оптической силе, либо малая оптическая сила глаза при нормальной длине.

Чтобы сфокусировать изображение на сетчатке, приходится все время напрягать мышцы ресничного тела. Чем ближе предметы к глазу, тем все дальше за сетчатку уходит их изображение и тем больше требуется усилий мышц глаза.

Дальняя точка дальнозоркого глаза находится за сетчаткой, т. е. в расслабленном состоянии он может четко увидеть лишь предмет, который находится позади него.

Дальняя точка глаза

Конечно, поместить предмет за глаз нельзя, но можно спроецировать туда его изображение при помощи положительных линз.

Дальняя точка глаза

При небольшой дальнозоркости зрение вдаль и вблизи хорошее, но могут быть жалобы на быструю утомляемость и головную боль при работе. При средней степени дальнозоркости зрение вдаль остается хорошим, а вблизи затруднено. При высокой дальнозоркости плохим становится зрение и вдаль, и вблизи, так как исчерпаны все возможности глаза фокусировать на сетчатке изображение даже далеко расположенных предметов.

У новорожденного глаз немного сдавлен в горизонтальном направлении, поэтому у глаза есть небольшая дальнозоркость, которая проходит по мере роста глазного яблока.

Аметропия

Аметропия (близорукость или дальнозоркость) глаза выражается в диоптриях как величина, обратная расстоянию от поверхности глаза до дальней точки, выраженной в метрах.

Оптическая сила линзы, необходимая для коррекции близорукости или дальнозоркости, зависит от расстояния от очков до глаза. Контактные линзы располагаются вплотную к глазу, поэтому их оптическая сила равна аметропии.

Например, если при близорукости дальняя точка находится перед глазом на расстоянии 50 см, то для ее исправления нужны контактные линзы с оптической силой в −2 диоптрии.

Слабая степень аметропии считается до 3 диоптрий, средняя — от 3 до 6 диоптрий и высокая степень — выше 6 диоптрий.

Астигматизм

При астигматизме фокусные расстояния глаза различны в разных сечениях, проходящих через его оптическую ось. При астигматизме в одном глазу сочетаются эффекты близорукости, дальнозоркости и нормального зрения. Например, глаз может быть близоруким в горизонтальном сечении и дальнозорким в вертикальном сечении. Тогда на бесконечности он не сможет видеть ясно горизонтальных линий, а вертикальные будет четко различать. На близком расстоянии, наоборот, такой глаз хорошо видит вертикальные линии, а горизонтальные будут расплывчатыми.

Причина астигматизма либо в неправильной форме роговицы, либо в отклонении хрусталика от оптической оси глаза. Астигматизм чаще всего является врожденным, но может стать следствием операции или глазной травмы. Кроме дефектов зрительного восприятия, астигматизм обычно сопровождается быстрой утомляемостью глаз и головными болями. Астигматизм корректируется при помощи цилиндрических (собирательных или рассеивающих) линз в сочетании со сферическими линзами.

2.1. Глаз как оптическая система

2.1.1. Строение глаза

На рисунке 2.1. изображен разрез глазного яблокаи показаны основные детали глаза.

Рис. 2.1. Горизонтальный разрез правого глаза.

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.

Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм.

Помимо сосудов радужная оболочка содержит большое количество пигментных клеток, в зависимости от их содержания и глубины залегания радужная оболочка имеет различный цвет. Когда в радужной оболочке нет никакого цветного вещества, то она кажется красной от крови, заключенной в пронизывающих ее кровеносных сосудах. В этом случае глаза плохо защищены от света и иногда страдают светобоязнью (альбинизмом), но в темноте превосходят по остроте зрения глаза с темной окраской.

Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью. Она отклонена от оптической оси глаза на угол около 5°.

2.1.2. Упрощенная оптическая схема глаза

Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое). Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело (рис. 2.2). Особенностью этой системы является то, что последняя среда, проходимая светом непосредственно перед образованием изображения на сетчатке, обладает показателем преломления, отличным от единицы. Вследствие этого фокусные расстояния оптической системы глаза во внешнем пространстве (переднее фокусное расстояние) и внутри глаза (заднее фокусное расстояние) неодинаковы.

Рис. 2.2. Оптическая система глаза.

Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм.

Оптическая система глаза чрезвычайно сложна, поэтому при расчетах хода лучей обычно пользуются упрощенными, эквивалентными истинному глазу «схематическими глазами». В таблице 2.1 приведены данные для аккомодированного и не аккомодированного глаза.

№	В состоянии покоя			В состоянии наибольшей аккомодации
пов-ти	радиус кривизны	осевое расстояние	показатель преломления	радиус кривизны	осевое расстояние	показатель преломления
1	7,7	0,5	1,376	7,7	0,5	1,376
2	6,8	3,1	1,336	6,8	2,7	1,336
3	10,0	3,6	1,386	5,33	4,0	1,386
4	-6,0	15	1,336	-5,33	15	1,336
Оптическая сила			Оптическая сила

Таблица 2.1. Данные «схематического глаза».

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

(2.1)

где – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

2.1.3. Аккомодация

Аккомодация – это способность глаза приспосабливаться к четкому различению предметов, расположенных на разных расстояниях от глаза.

Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Когда ресничное тело натянуто, хрусталик растягивается и его радиусы кривизны увеличиваются. При уменьшении натяжения мышцы хрусталик под действием упругих сил увеличивает свою кривизну.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке для ненапряженного глаза, называют дальней точкой глаза.

Положение предмета, при котором создается резкое изображение на сетчатке при наибольшем возможном напряжении глаза, называют ближней точкой глаза.

а) дальняя точка	б) ближняя точка
Рис. 2.4. Изображение ближней и дальней точки.

Разность обратных величин расстояний между ближней и дальней точкой называют диапазоном аккомодации глаза (измеряется в дптр).

С возрастом способность глаза к аккомодации постепенно уменьшается. Скажем, в возрасте 20 лет для среднего глаза ближняя точка находится на расстоянии около 10 см (диапазон аккомодации 10 дптр), в 50 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 40 см (диапазон аккомодации 2.5 дптр), а к 60 годам уходит на бесконечность, то есть аккомодация прекращается. Это явление называется возрастной дальнозоркостью или пресбиопией.

Расстояние наилучшего зрения – это расстояние, на котором нормальный глаз испытывает наименьшее напряжение при рассматривании деталей предмета.

В среднем расстояние наилучшего зрения составляет около 25-30 см, хотя для каждого человека оно может быть индивидуальным.

Оптическая система глаза: особенности и свойства

Если рассмотреть глазное яблоко здорового человека под микроскопом, то можно выделить множество составляющих элементов, согласованная работа которых позволяет нам получать информацию об окружающем мире в виде цветных и объемных картинок.

Причем, конечный результат напрямую зависит не только от преломляющей силы, но и от расположения точки фокуса и его соотношения с длиной зрительной оси.

Что такое оптическая система глаза?

Условно можно предположить, что данная система является центрированным механизмом, со сферическими преломляющими поверхностями глаз и совпадающими оптическими осями. Хотя на самом деле подобная оптика имеет много погрешностей, обусловленных тем, что сферичность роговицы определена только в центре, преломление в наружном слое хрусталика гораздо меньше, чем во внутреннем пространстве. А степени преломления светового потока в двух перпендикулярных плоскостях совершенно разные.

Если добавить ко всему вышеперечисленному, что основные характеристики двух глаз одного человека зачастую не одинаковы и точно определяются трудно, то становится ясно, что определение каких-либо констант – задача довольно сложная.

Особенности зрительного восприятия

В первую очередь оптическая система глаза предназначена для получения информации об окружающем мире через зрение. Данное понятие имеет множество характеристик и особенностей.

Ощущение света позволяет человеческому глазу воспринимать дневной и искусственный свет, а так же различать степень его интенсивности. А благодаря природной адаптации глазного яблока оптическая система способна самостоятельно без помощи извне адаптироваться к освещенности различной яркости. Световую чувствительность обуславливает природный порог раздражителей светового характера. Мало кому известно, что человеку с хорошим зрением под силу разглядеть даже небольшой огонек на расстоянии в несколько километров.

Чувствительность зрительного аппарата в первую очередь зависит от многих факторов, таких как интенсивность светового источника, его угловой размер и длина волны, а так же того времени которое действует на глаз световой раздражитель. Из-за ухудшения оптических характеристик склеры с возрастом чувствительность глазного яблока может сильно снижаться.

Свойства зрения

Оптическая система глаза обеспечивает единое зрительное восприятие обоих глаз, такое свойство зрения называется бинокулярностью. Это свойство обусловлено естественным рефлексом, обеспечивать слияние изображений, получаемых двумя глазами в единую картинку.

В связи с тем, что нервные элементы сетчатки двух глаз отличаются, при получении изображения каждым глазом происходит физиологическое двоение предметов, в зависимости от степени их удаления от нас.

Такое свойство зрения, дает возможность самостоятельно оценить, на каком расстоянии находится предмет, а так же оценить его рельефность. Подобная особенность зрения называется стереоскопичностью. Причем стереоскопичность доступна только при взгляде на предмет двумя глазами одновременно. Если смотреть на изображение одним глазом эффект рельефности становится недоступным.

Здесь, же стоит отметить, что в процессе зрения двум глазам отводится несколько разная роль. Тот элемент зрительной системы, который больше принимает участие в процессе формирования изображения, получил название ведущего глаза, а второй – ведомого. Чтобы проверить подобное свойство оптической системы достаточно посмотреть на какое-либо изображение через отверстие в плотном экране поочередно двумя глазами, для ведущего элемента картинка будет стоять на месте, а для ведомого – несколько сместится.

Детализация изображения

За детализацию изображения или способность различить две точки раздельно на определенном расстоянии отвечает острота зрения. В первую очередь острота зрительного восприятия определена углом, который образуют лучи отраженные от крайних точек рассматриваемого предмета. Причем чем данный угол меньше, тем острота зрительного восприятия выше.

Такой показатель, как острота обусловлен размером колбочек, находящихся в сетчатке, в зоне желтого пятна, а так же некоторыми сопутствующими факторами, типа рефракции, размеров зрачка, степени прозрачности роговицы, эластичности хрусталика и много другого.

Оптика человеческого глаза – очень сложная система, которая требует к себе постоянного внимания, ведь своевременная профилактика некоторых заболеваний зрительного аппарата позволит сохранить ваше зрение на долгие годы.

Что входит в оптическую систему глаза — функции и заболевания

Оптическая система глаза представляет собой структуру со сложным устройством, состоящую из множества важных элементов. В её состав включают:

роговицу;
хрусталик;
стекловидное тело;
камеры глаза;
сетчатку.

Роговица – полностью прозрачная часть глазного яблока, имеющая выпуклую форму. Роговая оболочка занимает передний отдел глаза и играет роль главной преломляющей среды. Она достигает 11,5 мм по вертикали и 12 мм по горизонтали, её толщина неоднородна. Роговица образована 5 слоями – эпителием, стромой, десцеметовой оболочкой и другими.

Хрусталиком называют прозрачное тело внутри глаза, находящееся напротив зрачка. Этот элемент имеет небольшие размеры (толщина – до 5 мм, высота – 7-9 мм). По форме хрусталик напоминает двояковыпуклую линзу с несколько уплощённой передней стороной. Его преломляющая сила может достигать 20-23 диоптрии. Прозрачность хрусталика обеспечивается особыми белковыми энзимами.

Стекловидное тело – это гелеподобное прозрачное вещество, присутствующее в пространстве между хрусталиком и ретиной, занимающее до 2/3 объёма глазного яблока. Состав данного элемента на 99 % представлен водой. Также в стекловидном теле присутствует немалое количество гиалуроновой кислоты. Внутри него имеются многочисленные каналы, кровеносные сосуды, артерия, питающая хрусталик.

Камеры глаза являют собой замкнутые пространства с внутриглазной жидкостью. В норме они сообщаются через отверстие в радужке (зрачок). Глазное яблоко обладает передней и задней камерами. Первая располагается позади роговицы. Вторая находится за радужкой и длится вплоть до стекловидного тела. Присутствующая в глазных камерах водянистая влага имеет состав, схожий с плазмой крови.

Сетчатка (ретина, сетчатая оболочка) – внутренняя оболочка глаза, образованная высокодифференцированной нервной тканью. В её центральном отделе расположено жёлтое пятно (макула), являющееся местом наибольшей остроты зрения. Сетчатка состоит из многих слоёв, содержащих кровеносные сосуды и нейроны. В ретине содержатся особые светочувствительные рецепторы, именуемые палочками и колбочками.

Отделы зрительного органа, представленные роговицей, хрусталиком, стекловидным телом, глазными камерами, являются природными линзами, имеющими различный показатель светового преломления. Остальные элементы глаза, такие как радужка, зрачок, склера, цилиарное тело не входят в оптическую систему.

Оптический аппарат имеет надёжное устройство, отлично приспособленное для визуального восприятия. Несмотря на то, что качество видимого ниже, чем в усовершенствованных технических системах, его более чем достаточно для потребностей человеческого организма.

Функции оптической системы

Основным назначением оптической системы глаза является обеспечение человека информацией об окружающем мире. Её элементы отвечают за важные особенности видения:

Бинокулярность – визуальное восприятие обоими глазами. Подобное свойство поддерживается естественным рефлексом, благодаря которому изображения, получаемые каждым органом зрения, соединяются в единые картинки.
Стереоскопичность, позволяющую оценивать расстояния, на которых находятся предметы, а также воспринимать их рельефно. В полной мере такая функция присутствует, если объекты рассматриваются одновременно обоими глазами.

На качество изображения влияет острота зрения, зависящая от величины колбочек в зоне макулы. Также она обусловлена:

типом рефракции;
прозрачностью роговой оболочки;
степенью эластичности хрусталика;
размерами зрачков.

Благодаря природным адаптационным способностям глаза оптическая система приспосабливается к различной степени освещённости. Чувствительность зрительного аппарата определяется многими факторами, среди которых преобладают интенсивность светового источника, длина волн, длительность воздействия светового раздражителя.

По мере старения человеческого организма происходит постепенное ухудшение оптических характеристик органов зрения и чувствительность глазного яблока постепенно снижается. Избежать преждевременного развития зрительных дефектов удаётся благодаря качественной профилактике и постоянной заботе о здоровье глаз.

Заболевания оптической системы и их симптомы

К распространённым болезням оптического аппарата относят:

Миопию (близорукость), приводящую к неполноценному восприятию дальних объектов.
Гиперметропию (дальнозоркость), вызывающую невозможность нормальной визуализации предметов, находящихся вблизи.
Астигматизм, провоцирующий плохое видение на различных расстояниях.
Кератит, характеризующийся наличием «роговичного синдрома».
Катаракту, поражающую хрусталик, приводящую к его помутнению и уплотнению.
Глаукому, вызывающую подъём внутриглазного давления, постепенное ухудшение периферического зрения, болезненные приступы.
Бельмо, для которого характерна утрата роговицей нормальной прозрачности.

Читайте также: Ночная повязка на глаза

Реже встречаются другие патологии, способные непосредственно затрагивать оптические структуры. В списке таких заболеваний значатся кератоконус, кератоглобус, амблиопия, дальтонизм.

Каждое из офтальмологических нарушений имеет собственные характерные признаки. К общим симптомам болезней оптических структур принадлежат диплопия (двоение картинки), снижение остроты зрения, уменьшение полей обзора, повышенная утомляемость глаз, ненормированное слезоотделение, светобоязнь. При наличии проблем с бинокулярным видением нередко развиваются мигрени. Если имела место травма органа зрения, возникают болевой синдром, ощущение присутствия в глазном яблоке инородного тела. Инфекционные заболевания провоцируют покраснение глаз, появление гнойных выделений, расплывчатость изображения.

Методы диагностики и лечения

Чтобы выявить имеющиеся заболевания оптического аппарата, пациентам назначают детальную офтальмологическую диагностику. Обследование состоит из нескольких информативных процедур:

визометрии, уточняющей уровень остроты зрения;
офтальмометрии, необходимой для определения преломляющих способностей роговицы;
офтальмоскопии, исследующей состояние сетчатки и глазного дна;
кератоскопии, изучающей роговую оболочку глаза;
тонометрии, помогающей определить показатели внутриглазного давления;
пахиметрии, состоящей в измерении толщины глазной роговицы;
скиаскопии, помогающей получить информацию относительно рефракции.
биомикроскопии, детально изучающей поверхностные и глубокие структуры глазного яблока.

В случае необходимости стандартное исследование зрительного аппарата дополняется такими современными методами, как УЗИ, КТ, МРТ.

Подход к терапии офтальмологических заболеваний определяется разновидностью имеющегося у пациента диагноза. В процессе лечения миопии, гиперметропии, астигматизма преимущественно применяются методы очковой или линзовой коррекции. При инфекционном поражении глазных яблок назначаются противовоспалительные капли, противовирусные или антибактериальные мази. Усилить эффективность основного лечебного курса помогают аппаратные процедуры. В случае развития серьёзных патологий специалисты принимают решение о необходимости в хирургическом вмешательстве.

Оптическая система глаза – важнейший отдел человеческого организма, позволяющий ежедневно познавать окружающий мир и наслаждаться его красотами. Необходимо помнить, что органы зрения характеризуются высокой чувствительностью и нуждаются в постоянном бережном отношении. Даже незначительные нарушения в функционировании оптической системы не должны оставаться без внимания и требуют своевременного обращения за медицинской помощью.

Оптическая система глаза

Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика.

Сокращение или расслабление волокон ресничного тела приводит к расслаблению или натяжению цинновых связок, которые отвечают за изменение кривизны хрусталика.

Глаз позвоночных часто сравнивают с фотокамерой, так как система линз (роговица и хрусталик) дает перевернутое и уменьшенное изображение объекта на поверхности сетчатки.( Герман Гельмгольц).

Количество проходящего через хрусталик света регулируется переменной диафрагмой (зрачком), а хрусталик способен фокусировать более близкие и более удаленные объекты.

Оптическая система – диоптрический аппарат- представляет собой сложную, неточно центрированную систему линз, которая отбрасывает перевернутое, сильно уменьшенное изображение окружающего мира на сетчатку (мозг “переворачивает обратное изображение, и оно воспринимается как прямое) Оптическую систему глаза составляют – роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело.

При прохождении лучей через глаз они преломляются на четырех поверхностях раздела:

1. Между воздухом и роговицей

2. Между роговицей и водянистой влагой

3. Между водянистой влагой и хрусталиком

4. Между хрусталиком и стекловидным телом.

Преломляющие среды имеют разные показатели преломления.

Большая часть преломления происходит при переходе из воздуха в роговицу – эта поверхность действует как сильная линза в 42 D, а также на поверхностях хрусталика.

Преломляющая сила

Преломляющая сила линзы измеряется ее фокусным расстоянием (f) . Это то расстояние позади линзы, на котором параллельные пучки света сходятся в одной точке.

Узловая точка– точка в оптической системе глаза через которую лучи идут не преломляясь.

Преломляющая сила рефракций любой оптической системы выражается в диоптриях.

Диоптрия – равна преломляющей силе линзы с фокусным расстоянием 100 см или 1 метр

Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

где f– заднее фокусное расстояние глаза (выраженное в метрах)

В нормальном глазу общая преломляющая сила диоптрического аппарата составляет 59 D при рассматривании далеких предметов и 70,5 D – при рассматривании близких предметов.

Аккомодация

Для получения четкого изображения предмета на каком-то определенном расстоянии оптическая система должна быть перефокусирована. Для этого существуют 2-а простых способа –

а) смещение хрусталика относительно сетчатки, как в фотокамере (у лягушки); -( Уильям Бейц –американский офтальмолог –теория связана с поперечными и продольными мышцами -19 век)

б) или увеличение его преломляющей силы (у человека) – ( Герман Гельмгольц).

Приспособление глаза к ясному видению удаленных на разное расстояние предметов называют – аккомодацией. Аккомодация происходит путем изменения кривизны поверхностей хрусталика при помощи натяжения или расслабления ресничного тела. Усиление рефракции хрусталика при аккомодации на ближнюю точку достигается увеличением кривизны его поверхности, т.е. он становится более округлым, а на дальнюю точку плоским. Изображение на сетчатке получается действительным уменьшенным и обратным.

При аккомодации происходят изменения кривизны хрусталика, т.е. его преломляющей способности. Изменения кривизны хрусталика обеспечивается его эластичностью и цинновыми связками, которые прикреплены к ресничному телу. В ресничном теле находятся гладкомышечные волокна. При их сокращении тяга цинновых связок ослабляется (они всегда натянуты и растягивают капсулу сжимающую и уплощающую хрусталик). Хрусталик вследствие своей эластичности принимает более выпуклую форму, если происходит расслабление цилиарной мышцы (ресничное тело) – цинновые связки натягиваются и хрусталик уплощается.

Таким образом, ресничные мышцы являются аккомодационными мышцами. Они иннервируются парасимпатическими нервными волокнами глазодвигательного нерва. Если закапать атропин (выключается парасимпатическая система) нарушается ближнее зрение, так как происходит расслабление ресничного тела и натяжение цинновых связок – хрусталик уплощается. Парасимпатические вещества – пилокарпин и эзерин- вызывают сокращение ресничной мышцы и расслабление цинновых связок.

Хрусталик имеет выпуклую форму.

В глазу с нормальной рефракцией резкое изображение далекого объекта на сетчатке образуется только в том случае, если расстояние между передней поверхности роговицы и сетчаткой составляет 24, 4 мм (в среднем 25-30 см)

Для нормального глаза молодого человека дальняя точка ясного видения лежит в бесконечности.

Ближняя точка ясного видения находится на расстоянии 10 см от глаза (ближе четко видеть нельзя лучи идут параллельно).

С возрастом из-за отклонения формы глаза или преломляющей силы диоптрического аппарата эластичность хрусталика падает.

В пожилом возрасте ближняя точка сдвигается (старческая дальнозоркость или пресбиопия), так в 25 лет ближняя точка располагается на расстоянии уже около 24 см, а к 60 годам уходит на бесконечность. Хрусталик с возрастом становится менее эластичным и при ослаблении цинновых связок его выпуклость или не изменяется или изменяется незначительно. Поэтому ближайшая точка ясного видения отодвигается от глаз. Коррекция этого недостатка за счет двояковыпуклых линз. Существуют еще две аномалии преломления лучей (рефракции) в глазу.

1. Близорукость или миопия (фокус перед сетчаткой в стекловидном теле).

2. Дальнозоркость или гиперметропия (фокус перемещается за сетчатку).

Основной принцип всех дефектов состоит в том, что преломляющая сила и длина глазного яблока не согласуется между собой.

При миопии – глазное яблоко слишком длинно, а преломляющая сила имеет нормальную величину. Лучи сходятся перед сетчаткой в стекловидном теле, а на сетчатке возникает круг расстояния. У близорукого дальняя точка ясного видения находится не в бесконечности, а на конечном, близком расстоянии. Корректирование – необходимо уменьшить преломляющую силу глаза, используя вогнутые линзы с отрицательными диоптриями.

При гиперметропии и пресбиопии (старческая), т.е. дальнозоркости, глазное яблоко является слишком коротким и поэтому параллельные лучи отдалеких предметов собираются сзади сетчатки, а на ней получается расплывчатое изображение предмета. Этот недостаток рефракции может быть компенсирован путем аккомодационного усилия, т.е. увеличением выпуклости хрусталика. Коррекция с помощью положительных диоптрий, т.е. двояковыпуклых линз.

Астигматизм – (относится к аномалиям рефракции) связан с неодинаковым преломлением лучей в разных направлениях (н-р по вертикальному и горизонтальному меридиану). Все люди в небольшой степени являются астигматиками. Это связано с несовершенством строения глаза в результате не строгой сферичности роговицы (используют цилиндрические стекла).