Информацию об окружающем мире на 90% человек получает через орган зрения. Роль сетчатки – зрительная функция. Сетчатка состоит из фоторецепторов особого строения – колбочек и палочек.
Палочки и колбочки – фотографические рецепторы с высокой степенью чувствительности, они преобразуют световые сигналы, поступающие извне, в импульсы, воспринимаемые центральной нервной системой – головным мозгом.
При освещении – в течение светового дня – повышенную нагрузку испытывают колбочки. Палочки отвечают за сумеречное зрение – если они недостаточно активны, появляется куриная слепота.
Колбочки и палочки в сетчатке глаза имеют разное строение, так как их функции различны.
Строение органа зрения человека
В состав органа зрения также входят сосудистая часть и зрительный нерв, передающий сигналы, получаемые извне, в головной мозг. Отдел головного мозга, который получает и преобразует информацию, также считается одним из отделов зрительной системы.
Где находятся палочки и колбочки? Почему они не отражены в перечне? Это рецепторы нервной ткани, составляющие сетчатку. Благодаря колбочкам и палочкам сетчатка получает картинку, зафиксированную участком роговицы и хрусталиком. Импульсы передают изображение в центральную нервную систему, где и происходит обработка информации. Этот процесс осуществляется за считанные доли секунды – практически мгновенно.
Большинство из чувствительных фоторецепторов расположены в макуле – так называется центральная область сетчатки. Второе название макулы – желтое пятно глаза. Это название получила макула потому, что при осмотре данной зоны ясно виден желтоватый оттенок.
В строение наружной части сетчатки входит пигмент, во внутреннюю – светочувствительные элементы.
Колбочки в глазу
Колбочки получили название потому, что они по форме похожи именно на колбы, только очень маленькие. У взрослого человека сетчатка включает 7 млн. этих рецепторов.
Каждая колбочка состоит из 4 слоев:
- наружный – мембранные диски с цветовым пигментом йодопсином; именно этот пигмент обеспечивает высокую чувствительность при восприятии световых волн различной длины;
- связующий ярус – второй слой – перетяжка, позволяющая сформировать форму чувствительного рецептора – состоит из митохондрий;
- внутренняя часть – базальный сегмент, связующее звено;
- синаптическая область.
В настоящее время полностью изучены только 2 светочувствительных пигмента в составе фоторецепторов данного вида – хлоролаб и эритролаб. Первые отвечает за восприятие жёлто-зелёной спектральной области, второй – желто-красной.
Палочки в глазах
Палочки сетчатки глаза имеют цилиндрическую форму, длина превышает величину диаметра в 30 раз.
В состав палочек входят следующие элементы:
- мембранные диски;
- реснички;
- митохондрии;
- нервная ткань.
Максимальная светочувствительность обеспечена пигментом родопсином (зрительным пурпуром). Он не может различить цветовые оттенки, но зато реагирует даже на минимальные световые вспышки, которые получает извне. Рецептор палочек возбуждается даже на вспышку, энергия которой составляет всего один фотон. Именно эта способность позволяет видеть в сумерках.
Родопсин – белок из группы зрительных пигментов, относится к хромопротеинам. Свое второе название – зрительный пурпур – он получил во время исследований. По сравнению с другими пигментами он резко выделяется ярко-красным оттенком.
В составе родопсина два компонента – бесцветный белок и желтый пигмент.
Реакция родопсина на световой луч следующая: при воздействии света пигмент разлагается, вызывая возбуждение зрительного нерва. В дневное время чувствительность глаза смещается в синюю область, в ночное – происходит восстановление зрительного пурпура в течение 30 минут.
За это время глаз человека приспосабливается к сумеркам и начинает более четко воспринимать окружающую информацию. Именно этим и можно объяснить, что в темноте со временем начинают видеть отчетливее. Чем меньше поступает света, тем более обостряется сумеречное зрение.
Колбочки и палочки глаза – функции
Нельзя рассматривать фоторецепторы отдельно – в зрительном аппарате они составляют единое целое и отвечают за зрительные функции и цветовое восприятие. Без согласованной работы рецепторов обоих видов центральная нервная система получает искаженную информацию.
Цветное зрение обеспечивается за счет симбиоза палочек и колбочек. Палочки чувствительны в зеленой части спектра – 498 нм, не более, а далее за восприятие отвечают колбочки с разными типами пигмента.
Для оценки желто-красного и сине-зеленого диапазона привлекаются длинноволновые и средневолновые колбочки с широкими светочувствительными зонами и внутренним перекрытием этих зон. То есть фоторецепторы реагируют одновременно на все цвета, но на свой они возбуждаются более интенсивно.
В ночное время различать цвета невозможно, один цветовой пигмент способен только реагировать на световые вспышки.
Диффузные биополярные клетки в сетчатке глаза образовывают синапсы (место контакта между нейроном и клеткой, получающей сигнал, или между двумя нейронами) сразу с несколькими палочками – это называется синаптической конвергенцией.
Повышенное восприятие светового излучения обеспечивают моносинаптические биполярные клетки, связывающие колбочки с ганглиозной клеткой. Ганглиозная клетка – это нейрон, который находится в глазной сетчатке и генерирует нервные импульсы.
Вместе палочки и колбочки связывают амакриловые и горизонтальные клетки, благодаря чему первая обработка информации происходит еще в самой сетчатке глаза. Это обеспечивает быструю реакцию человека на происходящее вокруг него. Амакриловые и горизонтальные клетки отвечают за латеральное торможение – то есть возбуждение одного нейрона производит «успокаивающее» действие на другой, что увеличивает остроту восприятия информации.
Несмотря на разное строение фоторецепторов, они дополняют функции друг друга. Благодаря их согласованной работе и возможно получить четкое и ясное изображение.
Улавливание света и распознавание цвета обеспечивают палочки и колбочки сетчатки глаза человека. Это небольшие рецепторы, что расположены в слое сетчатки, помогают глазам улавливать и изменять поток света в импульс. После эти импульсы передаются в мозг. Анатомия рецепторов практически одинаковое. Различие состоит в том, что палочки сетчатки помогают видеть предметы в приглушенном свете, а колбочки - при дневном свете.
Рецепторы глаз
На сетчатке человека находится приблизительно 115-120 миллионов рецепторов. Это рецепторы в глазу человека, которые помогают воспринимать окружающую реальность. Внешне напоминают продолговатый цилиндр. Они крайне чувствительны к свету, но не могут обеспечить цветовое зрение. Отличаются от колбочек сетчатки глаза, палочки. Они плохо различают цвета и медленно реагируют на передвижения предметов. Состояние этих рецепторов не сказывается на качестве зрения человека. Они находятся на периферии зрения и отвечают за видение в ночное время суток.
Другие зрительные рецепторы в глазах человека называются колбочки. Их приблизительно 7 миллионов, а форма соответствует названию. Как и палочки, колбочки помогают глазу воспринять изображения окружающей среды. Они вместе с палочками преобразовывают нейронные импульсы из лучей света и отправляют их по зрительному нерву в мозг. Колбочки в сетчатке отвечают за восприятие окружающей реальности днем. Именно к цветам чувствительны колбочки сетчатки. Это связано с пигментами, которые находятся в их составе. Расположены колбочки в глазу у человека в области макулы.
Разделяются на 3 типа:
- коротковолновые;
- средневолновые;
- длинноволновые.
Строение рецепторов
Палочки в радужном зрении не участвуют и отвечают за видимость и различие предметов в сумерках.
Анатомия рецепторов:
- наружное поле (диск);
- связующую зону;
- внутреннюю;
- базальная зона.
В длину одна палка 0,06 миллиметров, а диаметр - 0,002 мм. Эти фоторецепторы глаза крайне светочувствительны. Они воспринимают максимальное количество волн света, что предоставляет человеку возможность различать предметы в темное время суток. В рецепторах присутствует родопсин или зрительный пурпур, который содержится на мембранных дисках. В желтом пятне палочек практически нет. Под воздействием лучей он раздражается и помогает улавливать свет в ночное время.
Колбочки по строению схожи с палочками:
- наружная зона;
- связующая (перетяжка);
- внутренняя;
- базальная.
Длина рецепторов - 0,05 мм, а диаметр в широкой зоне составляет 0,004 мм. В дисках колбочек содержится йодопсин. Благодаря ему светочувствительные рецепторы обрабатывают поступающее изображение и изменяют его в нейронный импульс. Такая работа обеспечивает дневное видение и более точное изображение реальности. Колбочки улавливают красный и зеленый оттенков. Различают 3 вида йодопсина: эритролаб, хлоролаб цианолаб. Каждый из них отвечает за различие одного из 3-х основных оттенков: синего, красного и зеленого. Но если первые 2 вида были официально найдены учеными, то цианолаб еще не открыт, но уже имеет название.
Теория о двухкомпонентном восприятии основывается на том, что колбочка способна воспринимать 2 цвета – красный и зеленый. Существует теория о двухкомпонентном восприятии цветов. Так как цианолаб еще не был найден, то приверженцы этой теории считают, что эритролаб и хлоролаб дают возможность глазу различать красный и зеленый спектры, а синий оттенок глаз улавливает с помощью выцветших родопсин (пигмента палочек). Эту гипотезу подтверждают исследования людей, что не различают синие цвета и плохо ориентируются в темноте.
Функции рецепторов
Зрительные рецепторы отвечают за качество изображения и за цветное зрение. Светочувствительность у палочек рецепторов сетчатки намного выше, чем у колбочек. При сильном воздействии яркий лучей единственный пигмент родопсин выцветает и воспринимает только короткие волны синего света. Но в темноте он восстанавливается, что дает возможность человеку видеть.
Чувствительность глаз, к предметам, лежащим вне полей зрения, что еще называется конвергенция, выше у тех, у кого наблюдается объединение палочек в группы и соединением с интернейроном, собирающим сигналы c сетчатки.
Следовательно, к функциям палочек и колбочек относится:
- цветовосприятие;
- одновременное распознание нескольких объектов;
- расширение периферического зрения;
- видимость в темноте и сумерках.
Человеческий глаз – это один из самых сложноустроенных органов, отвечающий за восприятие всей окружающей информации. В формировании изображения важную роль играют палочки и колбочки, с помощью которых осуществляется преобразование световых и цветовых сигналов в нервные импульсы. Палочки и колбочки расположены на сетчатке глаза, образуют фотосенсорный слой, формирующий и передающий изображение в мозг. Благодаря им человек различает цвета, может видеть в темноте.
Основная информация про палочки
Форма палочек в глазу по напоминает вытянутые прямоугольники, длина которых составляет примерно 0,06 миллиметра. У каждого взрослого человека насчитывается более 120 миллионов палочек, которые в большей степени расположены на периферии сетчатки. Рецепторы состоят из таких слоев:
- внешнего с мембранами, содержащими особый пигмент родопсин;
- связующего, представленного множественными ресничками, передающими сигналы от внешнего отдела к внутреннему и наоборот;
- внутреннего, в котором содержатся митохондрии, предназначенные для выработки и перераспределения энергии;
- базального, в котором находятся нервные волокна, передающие все импульсы.
Палочки, расположенные в сетчатке глаза являются светочувствительными элементами, отвечающими за ночное зрение. Они не способны воспринимать цвета, но зато реагируют даже на один-единственный фотон. Именно благодаря им человек способен видеть в темноте, но при этом изображение будет исключительно черно-белым.
Возможность воспринимать свет даже в темное время суток обеспечивает пигмент родопсин. При нахождении на ярком освещении он «выгорает», а откликается только на короткие волны. После попадания в темноту пигмент регенерируется и улавливает даже незначительные лучики света.
Основные данные про колбочки
Колбочки по своей форме напоминают сосуды для проведения химических исследований, в честь которых и были названы. Длина этих рецепторов составляет примерно 0,05 миллиметра при ширине 0,004 миллиметра. В среднем в человеческом глазу имеется более семи миллионов колбочек, расположенных в большей степени в центральной части сетчатки. Они обладают низкой чувствительностью к световым лучам, но зато воспринимают всю цветовую гамму и быстро реагируют на движущиеся предметы.
Строение колбочек включает в себя такие сегменты:
- Внешний, в котором имеются складки мембраны, заполненные пигментом йодопсином. Этот сегмент постоянно обновляется, обеспечивая полноценное цветное зрение.
- Внутренний, в котором располагаются митохондрии и осуществляется энергетический обмен.
- Синаптический, включающий в себя контакты (синапсы) передающие сигналы на зрительный нерв.
- Перетяжку, представляющую собой мембрану плазматического типа, с помощью которой энергия перетекает из внутреннего сегмента во внешний. Для этого на ней имеется огромное количество микроскопических ресничек.
Полноценное восприятие всей цветовой гаммы обеспечивает йодопсин, который в свою очередь бывает нескольких видов:
- Эритролаб (L тип) отвечает за восприятие длинных волн, передающих красно-желтые оттенки.
- Хлоролаб (M тип) воспринимает средние волны, характерные для зелено-желтых оттенков.
- Цианолаб (S тип) реагирует исключительно на короткие волны, отвечающие за синие цвета.
Стоит отметить, что разделение колбочек на три категории (трехкомпонентная зрительная гипотеза) считается не единственно верной. Существует теория о том, что в колбочках присутствует только два вида родопсина – эритролаб и хлоролаб, из чего следует, что они способны воспринимать только красные, желтые и зеленые оттенки. Синий же цвет передается с помощью выгоревшего родопсина. В подтверждение этой теории используется тот факт, что люди, страдающие от тританопии (отсутствие восприятия синего спектра) дополнительно жалуются на трудности со зрением в темное время суток. А так называемая «куриная слепота» возникает при дисфункции палочек.
Диагностика состояния рецепторов
Если возникает подозрение на сбои в функционировании палочек и колбочек в глазу, то следует записаться на прим к офтальмологу. К основным признакам поражения относятся:
- резкое снижение остроты зрения;
- появление перед глазами ярких вспышек, бликов, бабочек и звездочек;
- ухудшение зрительной функции в сумерках;
- отсутствие цветного изображения;
- сокращение зрительных полей.
Для установления точного диагноза понадобятся не только консультация офтальмолога, но и прохождение специфических исследований. К ним относятся:
- Исследование функции восприятия цветов при помощи 100-оттеночного теста или таблиц Ишихара.
- Офтальмоскопия – исследование глазного дна для определения состояния сетчатки.
- Ультразвуковое исследование глазного яблока.
- Периметрия – определение зрительных полей.
- Агиография флуоресцентного типа, необходимая для подсвечивания сосудов.
- Компьютерная рефрактометрия, определяющая преломляющую силу глаза.
После получения данных может быть установлено одно из заболеваний. Чаще всего диагностируются:
- Дальтонизм, при котором наблюдается невозможность различать цвета определенного спектра.
- Гемералопия или «куриная слепота» – патология, при которой человек не способен нормально видеть в сумерках.
- Макулодистрофия – аномалия, затрагивающая центральную часть сетчатки и приводящая к стремительной потере остроты зрения.
- Отслойка сетчатки, которую может спровоцировать огромное количество заболеваний и внешних факторов.
- Дегенерация сетчатки пигментного типа – наследственная патология, приводящая к серьезным зрительным нарушениям.
- Хориоретинит – воспалительный процесс, затрагивающий все слои сетчатки.
Нарушения в работе колбочек и палочек может спровоцировать травма, а также запущенные воспалительные заболевания глаз, общие тяжелые инфекционные болезни.
Палочки и колбочки - светочувствительные рецепторы глаза, называемые также фоторецепторами. Их основная задача - преобразование светового раздражения в нервное. То есть, именно они превращают световые лучи в электрические импульсы, поступающие в мозг по , которые после определенной обработки становятся воспринимаемыми нами изображениями. У каждого вида фоторецепторов своя собственная задача. Палочки отвечают за световосприятие в условиях низкого освещения (ночное зрение). На колбочках лежит ответственность за остроту зрения, а также цветовосприятие (зрение днем).
Палочки сетчатки глаза
Данные фоторецепторы имеют форму цилиндра, длина которого составляет примерно 0,06 мм, а диаметр около 0,002 мм. Таким образом, подобный цилиндр действительно весьма похож на палочку. Глаз здорового человека содержит примерно 115-120 млн. палочек.
Палочку глаза человека можно разделить на 4 сегментарные зоны:
1 - Наружная сегментарная зона (включает мембранные диски, содержащие родопсин),
2 - Связующая сегментарная зона (ресничка),
4 - Базальная сегментарная зона (нервное соединение).
Палочки в высшей степени светочувствительны. Так, для их реакции, достаточно энергии 1 фотона (мельчайшей, элементарной частицы света). Данный факт очень важен при ночном зрении, что позволяет видеть при низком освещении.
Палочки не могут различать цвета, это, в первую очередь, связано с присутствием в них только одного пигмента - родопсина. Пигмент родопсин, называемый иначе зрительным пурпуром, благодаря включенным группам белков (хромофорам и опсинам) имеет 2 максимума светопоглощения. Правда, один из максимумов существует за гранью света, видимого человеческим глазом (278 нм – область уф-излучения), поэтому, наверное стоит называть его максимумом волнопоглощения. Но, второй максимум виден глазу - он существует на отметке 498 нм, расположенной на границе зелёного и синего цветового спектра.
Достоверно известно, родопсин, присутствующий в палочках, реагирует на свет много медленнее, чем йодопсин, содержащийся в колбочках. Потому, для палочек характерна слабая реакция на динамику световых потоков, и кроме того, они плохо различают движения объектов. И острота зрения не является их прерогативой.
Колбочки сетчатки глаза
Эти фоторецепторы, также получили свое название благодаря характерной форме, схожей с формой лабораторных колб. Длина колбочки составляет приблизительно 0,05 мм, диаметр ее в наиболее узком месте равен примерно 0,001 мм, а в самом широком - 0,004. Сетчатка здорового взрослого человека содержит около 7 млн. колбочек.
Колбочки имеют меньшую чувствительность к свету. То есть для возбуждения их деятельности потребуется световой поток, который в десятки раз более интенсивен, чем для возбуждения работы палочек. Но колбочки обрабатывают световые потоки значительно интенсивнее палочек, поэтому они лучше воспринимают и их изменение (к примеру, лучше различают свет при движении объектов, в динамике относительно глаза). Кроме того, они более четко определяют изображения.
Колбочки человеческого глаза, также включают 4 сегментарные зоны:
1 - Наружная сегментарная зона (включает мембранные диски, содержащие йодопсин),
2 - Связующая сегментарная зона (перетяжка),
3 - Внутренняя сегментарная зона (включает митохондрии),
4 - Зона синаптического соединения или базальный сегмент.
Причина вышеописанных свойств колбочек - это содержание в них специфического пигмента йодопсина. Сегодня выделены и доказаны 2 вида данного пигмента: эритролаб (йодопсин, чувствительный к красному спектру и длинным L-волнам), а также хлоролаб (йодопсин, чувствительный к зеленому спектру и средним M-волнам). Пигмент, который чувствителен к синему спектру и коротким S-волнам, пока не найден, хотя название за ним уже закрепилось – цианолаб.
Подразделение колбочек по видам доминирования в них цветового пигмента (эритролаба, хлоролаба, цианолаба) обусловлено трехкомпонентной гипотезой зрения. Существует, однако, и другая теория зрения - нелинейная двухкомпонентная. Ее приверженцы считают, что все колбочки, включают в себя эритролаб, и хлоролаб одновременно, а потому способны воспринимать цвета и красного, и зеленого спектра. Роль цианолаба, при этом, выполняет выцветший родопсин палочек. Эту теорию подтверждают и примеры людей, страдающих , а именно невозможностью различать синюю часть спектра (тританопия). Они так же испытывают затруднения с сумеречным зрением (
Колбочки и палочки относятся к чувствительным фоторецепторам, расположенным в сетчатке глаза. Они преобразуют световое раздражение в нервное, то есть в этих рецепторах происходит трансформация фотона света в электрический импульс. Далее эти импульсы поступают в центральные структуры мозга по волокнам зрительного нерва. Палочки воспринимают в основном свет в условиях низкой видимости, можно сказать, что они отвечают за ночное восприятие. За счет работы колбочек у человека имеется цветовосприятие и острота зрения. Теперь более подробно рассмотрим каждую группу фоторецепторов.
Палочковый аппарат
Фоторецепторы этого типа по форме напоминают цилиндр, диаметр которого неравномерный, но длина по окружности примерно одинаковая. Длина палочкового фоторецептора, которая составляет 0,06 мм, в тридцать раз превышает его диаметр (0,002 мм). В связи с этим цилиндр этот, скорее, похож именно на палочку. В глазном яблоке человека в норме насчитывается около 115-120 миллионов палочек.
В фоторецепторе этого типа можно выделить четыре сегмента:
- В наружном сегменте имеются мембранные диски;
- Связующий сегмент представляет собой ресничку;
- Внутренний сегмент содержит в себе митохондрии;
- Базальный сегмент является нервным сплетением.
Чувствительность палочек очень высока, поэтому энергии даже одного фотона достаточно, чтобы они произвели электрический импульс. Именно это свойство позволяет воспринимать окружающие предметы в условиях низкой освещенности. При этом палочки не могут различать цвета из-за того, что в их структуре имеется всего один тип пигмента (родопсин). Этот пигмент по-другому называют зрительным пурпуром. Он содержит две группы белковых молекул (опсин и хромофор), поэтому на кривой поглощения световых волн также имеется два пика. Один из этих пиков находится в зоне (278 нм), в которой человек не может воспринимать свет (ультрафиолет). Второй максимум находится в районе 498 нм, то есть на границе синего и зеленого спектров.
Известно, что пигмент родопсин, который располагается в палочках, реагирует на световые волны заметно медленнее, чем йодопсин, находящийся в колбочках. В связи с этим реакция палочек на динамику световых потоков также медленнее и слабее, то есть в темноте человеку сложнее различить движущиеся предметы.
Колбочковый аппарат
Форма колбочковых фоторецепторов, как не сложно догадаться, напоминает лабораторные колбы. Длина ее составляет 0,05 мм, диаметр в узком месте - 0,001 мм, а в широком месте - в четыре раза больше. В сетчатке глазного яблока в норме имеется примерно семь миллионов колбочек. Сами по себе колбочки менее восприимчивы к световым лучам, чем палочки, то есть для их возбуждения требуется в десятки раз больше количество фотонов. Однако, колбочковые фоторецепторы обрабатывают полученную информацию гораздо интенсивнее, в связи с чем им проще различить любую динамику светового потока. Это позволяет лучше воспринимать движущиеся объекты, а также определяет высокую остроту зрения человека.
В строении колбочки также имеется четыре элемента:
- Наружный сегмент, который состоит их мембранных дисков с йодопсином;
- Связующий элемент, представленный перетяжкой;
- Внутренний сегмент, в состав которого входят митохондрии;
- Базальный сегмент, ответственный за синаптическое соединение.
Колбочковые фоторецепторы могут выполнять свои функции, так как в их составе имеется йодопсин. Этот пигмент может быть разных типов, благодаря чему человек способен различать цвета. Два типа пигмента уже выделено из сетчатки глаза: эритролаб, который особенно чувствителен к волнам из красного спектра, и хлоролаб, имеющий высокую чувствительность к зеленых волнам света. Третий тип пигмента, который должен быть чувствителен к синему свету, выделить к настоящему времени не удалось, но планируется назвать его цианолабом.
Эта теория (трехкомпонентная) цветовосприятия основана на предположении, что колбочковые рецепторы бывают трех типов. В зависимости от того, какой длины световые волны попадают на них, происходит дальнейшее формирование цветового образа. Однако, помимо трехкомпонентной теории, существует также и двухкомпонентная нелинейная теория. Согласно ей, в каждом колбочковом фоторецепторе имеется оба типа пигмента (хлоролаб и эритролаб), то есть этот рецептор может воспринимать как зеленый, так и красный цвет. Роль же цианолаба играет выцветший из палочек родопсин. В поддержку этой гипотезы можно привести тот факт, что люди с дальтонизмом (тританопсией), у которых потеряно цветовосприятие в синем спектре, имеют трудности с сумеречным зрением. Это свидетельствует о нарушении работы именно палочкового аппарата.