Нейроны, палочки и колбочки сетчатки

Строение сетчатки глаза

Палочки имеют форму цилиндра с неравномерным, но приблизительно равным диаметром окружности по длине. К тому же длина (равная 0,000006 м или 0,06 мм) в 30 раз превышает их диаметр (0,000002 м или 0,002 мм), из-за чего вытянутый в длину цилиндр действительно очень похож на палочку. В глазу здорового человека насчитывается порядка 115-120 миллионов палочек.

1 — Наружный сегмент (содержит мембранные диски),

2 — Связующий сегмент (ресничка),

3 — Внутренний сегмент (содержит митохондрии),

4 — Базальный сегмент (нервное соединение)

Палочки крайне светочувствительны. Достаточно энергии одного фотона (мельчайшая, элементарная частица света) для реакции палочек. Этот факт помогает при так называемом ночном зрении, позволяя видеть в сумерках.

Палочки не способны различать цвета, в первую очередь, это связано с наличием в палочках всего одного пигмента родопсина. Родопсин, или иначе его называют зрительный пурпур, благодаря включенным в себя двум группам белков (хромофор и опсин) имеет два максимума светопоглощения, хотя, учитывая, что один из этих максимумов находится за гранью видимого человеческим глазом света ( 278 нм – это область ультрафиолета, не видимого глазом), стоит называть их максимумами волнопоглощения.

Достоверно известно, что содержащийся в палочках родопсин реагирует на свет медленнее, чем йодопсин в колбочках. Потому палочки слабее реагируют на динамику светового потока и плохо различают объекты в движении. По этой же причине острота зрения тоже не специализация палочек.

Колбочки получили такое название благодаря своей форме, похожей на лабораторные колбы. Длина колбочки равна 0,00005 метра, или 0,05 мм. Ее диаметр в самом узком месте составляет около 0,000001 метра, или 0,001 мм, и 0,004 мм в самом широком. На сетчатке здорового взрослого человека около 7 миллионов колбочек.

Колбочки менее чувствительны к свету, другими словами, для их возбуждения потребуется световой поток в десятки раз интенсивнее, чем для возбуждения палочек. Однако колбочки способны обрабатывать свет интенсивнее палочек, из-за чего они лучше воспринимают изменение светового потока (например, лучше палочек различают свет в динамике при движении объектов относительно глаза), а также определяют более четкое изображение.

1 — Наружный сегмент (содержит мембранные диски с йодопсином),

2 — Связующий сегмент (перетяжка),

4 — Область синаптического соединения (базальный сегмент).

Причиной вышеописанных свойств колбочек является содержание в них биологического пигмента йодопсина. На момент написания этой статьи были найдены (выделены и доказаны) два вида йодопсина: эритролаб (пигмент, чувствительный к красной части спектра, к длинным L-волнам), хлоролаб (пигмент, чувствительный к зеленой части спектра, к средним M-волнам).

Разделение колбочек на 3 вида (по доминированию в них цветовых пигментов: эритролаба, хлоролаба, цианолаба) носит название трехкомпонентной гипотезы зрения. Однако существует и нелинейная двухкомпонентная теория зрения, приверженцы которой считают, что каждая колбочка одновременно содержит в себе и эритролаб, и хлоролаб, а значит, способна воспринимать цвета красного и зеленого спектра.

При этом роль цианолаба принимает на себя выцветший родопсин из палочек. В поддержку этой теории говорит и то, что люди, страдающие дальтонизмом, а именно слепотой в синей части спектра (тританопией), так же испытывают трудности с сумеречным зрением (куриная слепота), что является признаком ненормальной работы палочек сетчатки глаза.

Где лечить

Глазная клиника доктора Беликовой

4.7отзывов 53

Нервные клетки сетчатки переходят в зрительный нерв, по волокнам которого информация достигает головного мозга. На внутренней оболочке глаза имеется небольшое пятно, которое находится в центре и обладает наибольшей способностью к видению. Эта часть называется макулой. В этом месте располагаются зрительные клетки – палочки и колбочки глаза. Они обеспечивают нам как дневное, так и ночное видение окружающего мира.

Внутренняя оболочка зрительного аппарата является важной частью мозгового вещества. В ее состав входят многочисленные нейроны, устилающие изнутри весь глаз. Именно благодаря сетчатке человек различает объекты, окружающие его

На ней происходит сосредоточение преломленных световых лучей и формируется четкое изображение

Именно благодаря сетчатке человек различает объекты, окружающие его. На ней происходит сосредоточение преломленных световых лучей и формируется четкое изображение.

Колбочки

У людей с хорошим зрением в каждом глазу присутствует около миллиона колбочек. Их длина составляет 0,05 мм, а ширина 0,004 мм. Чувствительность к потоку лучей у них невелика. Однако, все они качественно будут воспринимать цветовую гамму, включая различные оттенки.

Фоторецепторы колбочки

Также они отвечают за возможность распознавания движущихся объектов, поэтому намного лучше реагируют на динамику освещения.

Строение колбочек

В колбочках присутствует три основных сегмента и перетяжка:

1. Наружный сегмент. Он включает в себя чувствительный к свету пигмент йодопсин, который располагается в полудисках – складках плазматической мембраны. Этот участок фоторецепторных клеток постоянно обновляется.
2. Перетяжка – образуется плазматической мембраной и служит для передачи энергии из внутреннего сегмента вовне. Если рассмотреть ее более детально тогда можно заметить, что она представляет так называемые реснички, осуществляющие эту связь.
3. Внутренний сегмент. Это область активного обмена веществ. Здесь располагаются митохондрии – энергетическая база клеток. В этом сегменте также происходит интенсивное высвобождение энергии, которая нужна для осуществления зрительного процесса.
4. Синаптическое окончание представляет собою область синапсов. Эти контакты между клетками в дальнейшем будут передавать нервные импульсы в зрительный нерв.

Трехкомпонентная гипотеза цветовосприятия

Уже многим известно, что в колбочках присутствует специальный пигмент, йодопсин, который позволяет воспринимать весь цветовой спектр. Согласно трехкомпонентной гипотезе цветного зрения существует три вида колбочек. В каждом определенном виде присутствует свой тип йодопсина, который воспринимает только свою часть спектра:

1. L – тип содержит в себе пигмент под названием эритролаб и устанавливает длинные волны, а именно красно-желтую часть спектра.
2. M – тип содержит пигмент хлоролаб и способен воспринимать средние волны, которые излучает желто-зеленая область спектра.
3. S – содержит пигмент цианолаб и реагирует только на короткие волны, воспринимая синюю часть спектра.

Двухкомпонентная гипотеза цветовосприятия

Если верить этой гипотезе тогда можно понять, что все колбочки сетчатки содержат в себе эритолаб, а также хлоролаб. Поэтому они прекрасно могут воспринимать длинную и среднюю часть спектра. Короткую часть спектра в этом случае воспринимает пигмент родопсин, который содержится в палочках.

В пользу подобной теории может выступить тот факт, что люди, которые не способны воспринимать короткие волны спектра, одновременно страдают нарушениями зрения в условиях плохой освещенности. Подобная патология имеет название «куриная слепота».

Симптомы поражения палочек и колбочек

Палочки и колбочки составляют 1 из 10 слоев сетчатки и повреждаются при ее заболеваниях. Среди основных заболеваний выделяют:

• Макулодистрофию — возрастные изменения сетчатки
• Дальтонизм — неспособность различать цвета из-за наследственной патологии колбочек
• Отслойку сетчатки — нарушение соединения сетчатки с питательной сосудистой оболочкой
• Ретинит — воспалительное заболевание сетчатой оболочки
• Пигментную абиотрофию сетчатки — врожденное заболевание, при котором происходит разрушение палочек.

При развитии описанных патологий возникают следующие симптомы:

1. Снижение остроты зрения, в том числе в темноте
2. Изменение полей зрения (сужение, выпадение, появление скотом-пятен (темные пятна, закрывающие часть рассматриваемого предмета) в поле зрения.
3. Появление бликов или вспышек перед глазами
4. Ухудшение цветовосприятия.

Подобные признаки могут сигнализировать об очень многих заболеваниях глаз, при появлении любых ухудшений зрения мы советуем обратиться сразу к врачу-офтальмологу.

Для выявления заболеваний, при которых происходит поражение палочек или колбочек, доктор проводит различные исследования:

• Офтальмоскопию — осмотр глазного дна
• Периметрию — определение полей зрения
• Оценку цветовосприятия с помощью специальных таблиц или теста
• ОКТ (ОСТ — оптическую когерентную томографию) — оценка толщины и состояния слоев сетчатки
• Ультразвуковые исследования и другие методы диагностики.

Лечение заболевания подбирается индивидуально в каждом случае и проводится комплексно: в первую очередь с устранения причины развития патологии.

Пройти полное обследование органов зрения можно в Глазной клинике доктора Беликовой. Мы используем только качественное современное оборудование и сопровождаем Пациента на всем пути — от диагностики до полного выздоровления.

При развитии в организме недуга, затрагивающего главные рецепторы сетчатки, наблюдаются следующие признаки:

• Падение остроты зрения,
• Дальтонизм,
• Появление ярких бликов перед глазами,
• Проблемы с ночным видением,
• Сужение зрительного обзора.

Часть патологий имеет специфическую симптоматику, поэтому не составит труда их диагностировать. К ним относится дальтонизм и «куриная слепота». Для выявления остальных заболеваний потребуется пройти дополнительное медицинское обследование.

При подозрении на развитие патологических процессов в зрительном аппарате пациента отправляют на следующие исследования:

• Офтальмоскопия. Используют для анализа состояния глазного дна,
• Периметрия. Изучает зрительные поля,
• Компьютерная рефрактометрия. Применяют для выявления таких недугов, как миопия, гиперметропия или астигматизм,
• Ультразвуковое обследование,
• Диагностика восприятия цветов. Для этого чаще всего окулисты используют тест Ишихара,
• Флуоресцентная агиография. Помогает визуально оценить состояние сосудистой системы.

Фоторецепторы отвечают за распознавание предметов и цветов, формируют зрительный образ. При развитии патологии процесс нарушается и это вызывает сбой в работе ока.

К недугам, затрагивающим рецепторы сетчатой оболочки, относят:

• Неспособность различать оттенки (дальтонизм). Чаще всего болезнь передается по наследству, причиной отклонения становится патология колбочкового аппарата,
• Хориоретинит. Затрагивает сосуды и сетчатку,
• Пигментная дегенерация внутренней оболочки глаза,
• Гемералопия. Проблемы с ночным зрением обусловлены отклонением в работе колбочек,
• Отслоение сетчатки.

Нарушения рецепторов

Из-за нарушения работы рецепторов у человека могут развиваться различные патологии, например “куриная слепота”.

Именно из-за нарушений функции палочек и колбочек в сетчатке глаза развивается дальтонизм. А также при ухудшении световосприятия уменьшается периферическое зрение. Уменьшение количества палочек приводит к снижению сумеречного зрения — «куриная слепота». Иногда из-за проблем с рецепторами человек может видеть молнии или блики перед глазами. Такие поражения возникают при пигментной дегенерации, отслоении или воспалении сетчатки и ее сосудов, при макулодистрофии (нарушение питания центра сетчатки). Многие из этих симптомов присущи различным болезням, потому перед началом лечения проводится диагностика.

Фотопигменты экстерорецепторов колбочек

В колбочках сетчатки глаза располагается йодопсин и разновидность йодопсина (цианолаб). Все выделяют три типа йодопсина, которые настроены на длину волны в 560 нм (красный), 530 нм (зеленый) и 420 нм (синий).

О существовании и идентификации цианолаба

Цианолаб представляет собой разновидность йодопсина. В сетчатке глаза синие колбочки располагаются регулярно в периферической зоне, зеленые и красные колбочки локализуются хаотично по всей поверхности сетчатки. При этом плотность распределения колбочек с зеленым пигментов больше, чем красных. Наименьшая плотность отмечается у синих колбочек.

В пользу теории трихромазии свидетельствуют следующие факты:

• Была определена спектральная чувствительность двух пигментов колбочки при помощи денситометрией.
• С использованием микроспектрометрии было определено три пигмента колбочкового аппарата.
• Был идентифицирован генетический код, ответственный за синтез красных, синих и зеленых колбочек.
• Ученым удалось изолировать колбочки и измерить их физиологический ответ на облучение светом с определенной длинной волны.

Теория трохромазии раньше была не в состоянии объяснить наличие четырех основных цветов (синий, желтый, красный, зеленый). Также было затруднительно объяснить, почему люди-дихроматы способны различать белый и желтый цвета. В настоящее время открыт новый фоторецептор сетчатки, в котором роль пигмента исполняет меланопсин. Это открытие расставило все по местам и помогло ответить на многие вопросы.

Также в недавних исследованиях при помощи флуоресцентного микроскопа были изучены срезы сетчатки птиц. При этом было выявлено четыре типа колбочек (фиолетовая, зеленая, красная и синяя). За счет оппонентного цветного зрения фоторецепторы и нейроны дополняют друг друга.

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.

Чувствительность к свету и цвету[править | править код]

Цвет (версия Миг) — один из множества световых и других раздражителей окружающей среды, воспринимаемых зрительной системой. Видимый участок спектра обеспечивает всё разнообразие цветов и оттенков, и позволяет животным эффективно ориентироваться в окружающем мире. Несмотря на то, что он очень узок — видимая область занимает участок всего лишь от 380 нм (или 0,38 миллионной доли метра) до 780 нанометров, природа же использует его максимально полно. Для живых существ самым информативным участком спектра является видимый.

Ультрафиолетовые лучи (УФ) частично доходят до земли и одинаково сильно поглощаются как живой, так и неживой средой, материальным миром. Эти лучи человек не видит, в силу того, что они с длиной волны меньше границы 498нм, когда палочки находятся не в зоне цветного видения, а в зоне сумеречного и ночного видения. Откуда, если бы человек видел только их, то все предметы выглядели бы серо-чёрными. Инфракрасные лучи (ИК) для жизнедеятельности организма также малоинформативны. Они частично поглощаются атмосферой, при этом спектральный состав дошедших до земли ИК лучей сильно зависит от её состояния и непрерывно меняется. Если бы организм воспринимал также эту область спектра, то нестабильность погоды привела бы к тому, что цвет предметов беспрерывно менялся бы в зоне инфракрасного излучения и все окружающие предметы светились бы разными оттенками ИК лучей, что вряд ли организм сумел бы выдержать такой хаос предметов, светящихся красноватыми оттенками (диапазон волн между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).
Инфракрасные лучи позволили бы живым существам различать, например, различные виды белков и т. д.

Видимая область спектра для организмов наиболее информативна. Это информация, например, о том, спелый плод или нет, можно ли его съесть или следует воздержаться (не случайно в условиях слабого и ночного освещения в мире животных наступает спячка). То есть это большая часть необходимой живому организму информации. Света достаточно, солнце излучает его достаточно, атмосфера почти не поглощает свет, при этом его спектральный состав в течение дня почти не меняется. Красный плод остается красным весь день и даже на следующий. Свет — это привязка к источнику жизни, к Солнцу.

Для человека видимый диапазон выглядит, как разукрашенный всеми цветами радуги.

Примечания[править]

1. “Род-опсин”. Humbio. Retrieved 16 августа, 2012.
2. http://webvision.med.utah.edu/book/part-viii-gabac-receptors/color-perception/
3. http://www.conesandcolor.net/home.htm
4. http://www.conesandcolor.net/home.htm
5. Finn, J. T., Grunwald, M. E, and Yau, K-W. 1996. Cyclic nucleotide-gated ion channels: An ex-tended family with diverse functions. Annu. Rev. Physiol.58: 395‒426.
6. Nakanishi, S., Nakajima, Y., Masu, M., Ueda, Y, Nakahara, K., Watanabe, D., Yamaguchi, S., Kawabata, S., and Okada, M. 1998. Glutamate receptors: Brain function and signal trans-duction.
7. http://www.conesandcolor.net/home.htm

8. home

9. ↑ “photoreceptors”. Retrieved 16 августа, 2012.
10. В. П. Тыщенко ФИЗИОЛОГИЯ НАСЕКОМЫХ М., «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1986, с. 223
11. Загальская, Е. О. Морфологические особенности ретиномоторной реакции у молоди симы (oncorhynchus masou) в магнитном поле и красном свете / Е. О. Загальская, В. П. Гнюбкина, А. А. Максимович // Морфология : научно-теоретический медицинский журнал. — 2004. — Том 126,N 6 . — С. 32‒36.
12. http://zoometod.com/ixt/ixtiolog_63.html Анисимова И. М., Лавровский В. В. Ихтиология
13. Е. О. Загальская, В. П. Гнюбкина (2006). “Ультраструктура пигментного эпителия сетчатки глаз молоди симы” (PDF) 32 (1). Биология моря Oncorhynchus Masou. pp. 55–59. Retrieved 16 августа, 2012.

Методы диагностики при поражении палочек и колбочек

При подозрении на развитие патологических процессов в зрительном аппарате пациента отправляют на следующие исследования:

• Офтальмоскопия. Используют для анализа состояния глазного дна;
• Периметрия. Изучает зрительные поля;
• Компьютерная рефрактометрия. Применяют для выявления таких недугов, как миопия, гиперметропия или астигматизм;
• Ультразвуковое обследование;
• Диагностика восприятия цветов. Для этого чаще всего окулисты используют тест Ишихара;
• Флуоресцентная агиография. Помогает визуально оценить состояние сосудистой системы.

Фоторецепторы отвечают за распознавание предметов и цветов, формируют зрительный образ. При развитии патологии процесс нарушается и это вызывает сбой в работе ока.

Палочки и колбочки сетчатки глаза – строение и функции

Все яркие оттенки окружающего мира, которые радуют нас в любое время суток, мы видим только за счет сетчатки глаза, а точнее особых фоторецепторов. Это палочки и колбочки.

Палочки и колбочки относятся к фотографическим рецепторам, и их строение обеспечивает максимальную степень чувствительности.

Благодаря этому качеству колбочки и палочки сетчатки глаза трансформируют поступающие извне световые сигналы в особые импульсы, которые затем может воспринимать нервная система человека.

Особое строение каждого вида фоторецепторов позволяет им выполнять определенные функции. В светлое время дня большую нагрузку испытывают колбочки глаза. При снижении поступления светового потока, то есть в сумерках, свою работу начинают выполнять палочки сетчатки глаза.

Строение палочек и колбочек различно за счет того, что эти фоторецепторы имеют разный принцип работы и по-разному участвуют в световосприятии.

Строение сетчатки

В общем строении сетчатки палочки и колбочки занимают вполне определенное место. Наличие этих рецепторов на нервной ткани, из которой состоит глазная сетчатка, помогает быстро преобразовать получаемый световой поток в набор импульсов.

Сетчатка получает картинку, которая проектируется глазным участком роговицы и хрусталиком. После этого переработанное изображение в виде импульсов поступает при помощи зрительного пути в соответствующий отдел головного мозга. Сложная и полностью сформированная структура глаза позволяет совершить полную обработку информации за считанные мгновения.

Большая часть фоторецепторов сконцентрирована в макуле – центральной области сетчатки, которая за счет желтоватого оттенка носит также название желтого пятна глаза.

Родопсин – строение и функции

Родопсин – это группа зрительных пигментов, по строению белок, относящийся к хромопротеинам. Свое название родопсин, или зрительный пурпур, получил за ярко-красный оттенок. Пурпурная окраска палочек сетчатки была обнаружена и доказана в ходе многочисленных исследований. Белок сетчатки родопсин состоит из двух компонентов – желтого пигмента и бесцветного белка.

Под воздействием света родопсин разлагается, и один из продуктов его разложения влияет на возникновение зрительного возбуждения. Восстановленный родопсин действует при сумеречном освещении, и отвечает белок в это время за ночное зрение.

При ярком освещении родопсин разлагается и его чувствительность смещается в синюю область зрения. Белок сетчатки родопсин полностью восстанавливается у человека примерно за 30 минут.

За это время сумеречное зрение достигает своего максимума, то есть человек начинает в темноте видеть все отчетливее.

Колбочки

Согласованная работа палочек и колбочек, несмотря на то, что их строение существенно различается, помогает человеку видеть всю окружающую действительность в полном качественном объеме. Оба вида фоторецепторов сетчатки глаза дополняют в работе друг друга, это способствует получению максимально четкой, ясной и яркой картинки.

Колбочки получили свое название благодаря тому, что их форма сходна с колбами, используемыми в различных лабораториях. Сетчатка у взрослого человека умещает около 7 миллионов колбочек.
Одна колбочка, так же как и палочка, состоит из четырех элементов.

• Наружный (первый) слой у колбочек сетчатки глаза представлен мембранными дисками. Эти диски заполнены йодопсином – цветовым пигментом.
• Второй слой колбочек сетчатки глаза – это связующий ярус. Он выполняет роль перетяжки, что позволяет сформировать определенную форму этого рецептора.
• Внутренняя часть колбочек представлена митохондриями.
• В центре рецептора располагается базальный сегмент, выполняющий роль связующего звена.

Йодопсин подразделяется на несколько видов, что позволяет обеспечить полную чувствительность колбочек зрительного пути при восприятии различных частей светового спектра.

По доминированию разных видов пигментных элементов все колбочки можно подразделить на три типа. Все эти виды колбочек работают согласованно, и это позволяет человеку при нормальном зрении оценить все богатство оттенков видимых им предметов.