Bunky citlivé na svetlo sú tyčinky a čapíky. Tyčinky a čapíky sietnice: štruktúra

Hlavnými fotosenzitívnymi prvkami (receptory) sú dva typy buniek: jeden vo forme stopky - palice 110-123 miliónov. (výška 30 mikrónov, hrúbka 2 mikróny), ostatné sú kratšie a hrubšie - šišky 6-7 miliónov. (výška 10 mikrónov, hrúbka 6-7 mikrónov). V sietnici sú rozmiestnené nerovnomerne. Centrálna fovea sietnice (fovea centralis) obsahuje iba kužele (až 140 tisíc na 1 mm). Smerom k periférii sietnice sa ich počet znižuje a počet tyčiniek sa zvyšuje.

Každý fotoreceptor – tyčinka alebo kužeľ – pozostáva z vonkajšieho segmentu citlivého na svetlo, ktorý obsahuje vizuálny pigment, a vnútorného segmentu, ktorý obsahuje jadro a mitochondrie, ktoré zabezpečujú energetické procesy vo fotoreceptorovej bunke.

Vonkajší segment je fotosenzitívna oblasť, kde sa svetelná energia premieňa na receptorový potenciál. Štúdie elektrónovým mikroskopom odhalili, že vonkajší segment je vyplnený membránovými diskami tvorenými plazmatickou membránou. V tyčinkách, v každom vonkajšom segmente obsahuje 600-1000 diskov, čo sú sploštené membránové vaky usporiadané ako stĺpec mincí. Kužele majú menej membránových kotúčov. Toto čiastočne vysvetľuje viac vysoká citlivosť priľne k svetlu(prútik dokáže vzrušiť čokoľvek jedno kvantum svetla, A na aktiváciu kužeľa je potrebných viac ako sto kvantá).

Každý disk je dvojitá membrána pozostávajúca z dvojitej vrstvy fosfolipidové molekuly , medzi ktorými sa nachádzajú proteínové molekuly. Sietnica, ktorá je súčasťou vizuálneho pigmentu rodopsínu, je spojená s proteínovými molekulami.

Vonkajšie a vnútorné segmenty fotoreceptorovej bunky sú oddelené membránami, cez ktoré preniká lúč z 16-18 tenkých fibríl. Vnútorný segment prechádza do procesu, pomocou ktorého fotoreceptorová bunka prenáša excitáciu cez synapsiu na bipolárnu nervovú bunku, ktorá je s ňou v kontakte.

Vonkajšie segmenty receptorov smerujú k pigmentovému epitelu, takže svetlo spočiatku prechádza 2 vrstvami nervové bunky a vnútorné segmenty receptorov a potom dosiahne pigmentovú vrstvu.

Šišky pracovať pri vysokých svetelných podmienkach - poskytujú denné a farebné videnie, a palice- sú zodpovedné za videnie za šera.

Viditeľné pre nás spektrum elektromagnetického žiarenia leží medzi krátkovlnnou (vlnová dĺžkaod 400 nm) žiarenie, ktoré nazývame fialové svetlo a dlhovlnné žiarenie (vlnová dĺžkado 700 nm ) nazývaná červená. Tyčinky obsahujú špeciálny pigment - rodopsín, (pozostáva z aldehydu vitamínu A alebo sietnice a proteínu) alebo vizuálna fialová, maximum spektra, ktorého absorpcia je v oblasti 500 nanometrov. V tme sa resyntetizuje a na svetle vybledne. Pri nedostatku vitamínu A je zhoršené videnie za šera - „nočná slepota“.

Vo vonkajších segmentoch troch typov kužeľov ( citlivé na modrú, zelenú a červenú) obsahuje tri druhy vizuálnych pigmentov, ktorých maximálne absorpčné spektrá sú v modrá (420 nm), zelená (531 nm) A červená (558 nm) časti spektra. Pigment červeného kužeľa dostal meno - "jodopsín". Štruktúra jodopsínu je blízka rodopsínu.

Pozrime sa na postupnosť zmien:

Molekulárna fyziológia fotorecepcie: Ukazujú to intracelulárne záznamy zo zvierat kužeľov a tyčiniek v tme tečie pozdĺž fotoreceptora tmavý prúd, ktorý opúšťa vnútorný segment a vstupuje do vonkajšieho segmentu. Osvetlenie vedie k blokáde tohto prúdu. Receptorový potenciál moduluje uvoľňovanie vysielača ( glutaman) na fotoreceptorovej synapsii. Ukázalo sa, že v tme fotoreceptor nepretržite uvoľňuje vysielač, ktorý pôsobí depolarizujúce cestu na membrány postsynaptických procesov horizontálnych a bipolárnych buniek.

Tyčinky a čapíky majú jedinečnú elektrickú aktivitu medzi všetkými receptormi; ich receptorové potenciály pri vystavení svetlu sú hyperpolarizujúce, pod ich vplyvom nevznikajú akčné potenciály.

(Keď je svetlo absorbované molekulou vizuálneho pigmentu - rodopsínu, okamžite izomerizácia jeho chromoforová skupina: 11-cis-retinal sa premení na trans-retinal. Po fotoizomerizácii sietnice dochádza v proteínovej časti molekuly k priestorovým zmenám: odfarbuje sa a prechádza do stavu metorodopsín II V dôsledku toho získa molekula vizuálneho pigmentu schopnosť interagovať s inou blízkomembránový proteínG uanozíntrifosfát (GTP) -väzbový proteín – transducín (T) .

V komplexe s metarodopsínom prechádza transducín do aktívneho stavu a v tme naň naviazaný ganozitdifosfát (GDP) vymieňa za (GTP). Transfducin+ GTP aktivuje molekulu iného blízkomembránového proteínu – enzýmu fosfodiesterázy (PDE). Aktivovaná PDE ničí niekoľko tisíc molekúl cGMP .

V dôsledku toho sa koncentrácia cGMP v cytoplazme vonkajšieho segmentu receptora znižuje. To vedie k uzavretiu iónových kanálov v plazmatickej membráne vonkajšieho segmentu, ktoré boli otvorené V tme a cez ktorý vnútri bunky vrátane Na+ a Ca. Iónové kanály sa zatvoria v dôsledku koncentrácia cGMP, ktorá udržiavala kanály otvorené, klesá. Teraz sa zistilo, že póry v receptore sa otvárajú v dôsledku cGMP cyklický guanozínmonofosfát .

Mechanizmus na obnovenie pôvodného tmavého stavu fotoreceptora spojené so zvýšenými koncentráciami cGMP. (v tmavej fáze za účasti alkaldehydrogenázy + NADP)

Absorpcia svetla molekulami fotopigmentu teda vedie k zníženiu permeability pre Na, čo je sprevádzané hyperpolarizáciou, t.j. vznik receptorového potenciálu. Hyperpolarizačný receptorový potenciál, ktorý vzniká na membráne vonkajšieho segmentu, sa potom šíri pozdĺž bunky k jej presynaptickému koncu a vedie k zníženiu rýchlosti uvoľňovania transmiteru - glutamát . Okrem glutamátu dokážu neuróny sietnice syntetizovať ďalšie neurotransmitery, ako napr acetylcholín, dopamín, glycín GABA.

Fotoreceptory sú navzájom spojené elektrickými (štrbinovými) kontaktmi. Toto spojenie je selektívne: palice sú spojené s tyčami atď.

Tieto reakcie z fotoreceptorov sa zbiehajú na horizontálnych bunkách, čo vedie k depolarizácii v susedných čapoch, čo spôsobuje negatívne Spätná väzba, čo zvyšuje svetelný kontrast.

Na úrovni receptora dochádza k inhibícii a signál kužeľa už neodráža počet absorbovaných fotónov, ale nesie informáciu o farbe, rozložení a intenzite svetla dopadajúceho na sietnicu v blízkosti receptora.

Existujú 3 typy neurónov sietnice - bipolárne, horizontálne a amakrinné bunky. Bipolárne bunky priamo spájajú fotoreceptory s gangliovými bunkami, t.j. prenášať informácie cez sietnicu vo vertikálnom smere. Horizontálne a amakrinné bunky prenášajú informácie horizontálne.

bipolárny bunky obsadzujú v sietnici strategickú pozíciu keďže cez ne musia prejsť všetky signály, ktoré vznikajú v receptoroch prichádzajúcich do gangliových buniek.

Bolo to experimentálne dokázané bipolárne bunky majú receptívne polia v ktorom zvýrazňujú centrum a periféria (John Dowling – a kol., Harvard Medical School).

Receptívne pole – súbor receptorov, ktoré vysielajú signály do daného neurónu prostredníctvom jednej alebo viacerých synapsií.

Veľkosť prijímacieho poľa: d = 10 um alebo 0,01 mm - mimo centrálnej jamky.

V samotnej diered = 2,5 um (vďaka tomu sme schopní rozlíšiť 2 body, kedy viditeľná vzdialenosť medzi nimi je iba 0,5 oblúkových minút - 2,5 mikrónov - ak to porovnáte, ide o 5-kopeckú mincu vo vzdialenosti asi 150 metrov)

Počnúc úrovňou bipolárnych buniek sa neuróny zrakového systému diferencujú do dvoch skupín, ktoré reagujú opačným spôsobom na osvetlenie a tmavnutie:

1 - bunky, vzrušený pri osvetlení a inhibovaný pri zotmení "zapnuté" - neuróny A

Bunky vzrušený pri zotmení a inhibovaný pri osvetlení - " vypnuté“ - neuróny. Bunka so stredom sa vybíja s výrazne zvýšenou frekvenciou.

Ak počúvate výboje takejto bunky cez reproduktor, tak najskôr budete počuť samovoľné impulzy, jednotlivé náhodné cvaknutia a potom po rozsvietení svetla sa objaví salva impulzov, ktorá pripomína výbuch guľometu. Naopak, v bunkách s off-reakciou (pri zhasnutí svetla - salva impulzov) je toto oddelenie zachované na všetkých úrovniach zrakového systému, až po kôru vrátane.

V rámci samotnej sietnice dochádza k prenosu informácií nepulzným spôsobom (šírenie a transsynaptický prenos postupných potenciálov).

V horizontálnych, bipolárnych a amokrinných bunkách dochádza k spracovaniu signálu prostredníctvom pomalých zmien membránových potenciálov (tonická odpoveď). PD sa negeneruje.

Reakcie tyčiniek, čapíkov a horizontálnych buniek sú hyperpolarizujúce a reakcie bipolárnych buniek môžu byť buď hyperpolarizujúce alebo depolarizujúce. Amakrinné bunky vytvárajú depolarizačné potenciály.

Aby sme pochopili, prečo je to tak, musíme si predstaviť efekt malého svetlého bodu. Receptory sú aktívne v tme a svetlo, ktoré spôsobuje hyperpolarizáciu, znižuje ich aktivitu. Ak excitačná synapsia, bipolárny bude aktivovaný v tme, A deaktivovať vo svetle; ak je synapsia inhibičná, bipolárna bunka je v tme inhibovaná a na svetle vypnutím receptora túto inhibíciu odstráni, t.j. bipolárna bunka sa aktivuje. To. či je receptor-bipolárna synapsia excitačná alebo inhibičná, závisí od vysielača uvoľneného receptorom.

Horizontálne bunky sa podieľajú na prenose signálov z bipolárnych buniek do gangliových buniek, ktoré prenášajú informácie z fotoreceptorov do bipolárnych buniek a ďalej do gangliových buniek.

Horizontálne bunky reagujú na svetlo hyperpolarizáciou s výraznou priestorovou sumáciou.

Horizontálne bunky negenerujú nervové impulzy, ale membrána má nelineárne vlastnosti, ktoré zabezpečujú bezimpulzový prenos signálu bez útlmu.

Bunky sa delia na dva typy: B a C. B-typ, čiže jas, bunky vždy reagujú hyperpolarizáciou, bez ohľadu na vlnovú dĺžku svetla. Bunky typu C, alebo chromatické, sa delia na dvoj- a trojfázové. Chromatické bunky reagujú buď hyper alebo depolarizáciou v závislosti od dĺžky stimulujúceho svetla.

Dvojfázové bunky sú buď červeno-zelené (depolarizované červeným svetlom, hyperpolarizované zeleným) alebo zeleno-modré (depolarizované zelenou, hyperpolarizované modrou). Trojfázové bunky sú depolarizované zeleným svetlom, zatiaľ čo modré a červené svetlo spôsobuje hyperpolarizáciu membrány. Amakrinné bunky regulujú synaptický prenos v ďalšom štádiu z bipolárnych na gangliové bunky.

Dendrity amakrinných buniek sa rozvetvujú vo vnútornej vrstve, kde sa dotýkajú výbežkov bipolárnych buniek a dendritov gangliových buniek. Odstredivé vlákna prichádzajúce z mozgu končia na amakrinných bunkách.

Amakrinné bunky vytvárajú postupné a pulzné potenciály (fázová odozva). Tieto bunky reagujú rýchlou depolarizáciou na zapnutie a vypnutie svetla a prejavujú sa slabé

priestorový antagonizmus medzi centrom a perifériou.

Hlavnou časťou je sietnica oka vizuálny analyzátor. Tu dochádza k vnímaniu elektromagnetických svetelných vĺn, k ich premene na nervové impulzy a prenos do zrakového nervu. Denné (farebné) a nočné videnie zabezpečujú špeciálne receptory v sietnici. Spolu tvoria takzvanú fotosenzorickú vrstvu. Na základe ich tvaru sa tieto receptory nazývajú kužele a tyčinky.

Ukázať všetko

Všeobecné pojmy

Mikroskopická štruktúra oka

Histologicky je sietnica oka rozdelená na 10 bunkových vrstiev. Vonkajšiu svetlocitlivú vrstvu tvoria fotoreceptory (tyčinky a čapíky), čo sú špeciálne útvary neuroepiteliálnych buniek. Obsahujú vizuálne pigmenty, ktoré dokážu absorbovať určité vlnové dĺžky svetla. Tyčinky a čapíky sú na sietnici rozmiestnené nerovnomerne. Hlavný počet kužeľov je umiestnený v strede, zatiaľ čo tyče sú umiestnené na okraji. Ale to nie je ich jediný rozdiel:

1. 1. Tyčinky poskytujú nočné videnie. To znamená, že sú zodpovedné za vnímanie svetla pri zlých svetelných podmienkach. V súlade s tým môže človek pomocou palíc vidieť predmety iba čiernobielo.
2. 2. Kužele poskytujú zrakovú ostrosť počas dňa. S ich pomocou človek vidí svet farebne.

Tyčinky sú citlivé len na krátke vlny, ktorých dĺžka nepresahuje 500 nm (modrá časť spektra). Ale sú aktívne aj vtedy rozptýlené svetlo, keď je hustota toku fotónov znížená. Kužele sú citlivejšie a dokážu vnímať všetky farebné signály. Ale na ich vzrušenie je potrebné svetlo oveľa vyššej intenzity. V tme sa vizuálna práca vykonáva pomocou tyčí. Výsledkom je, že za súmraku a v noci človek vidí siluety predmetov, ale necíti ich farbu.

Dysfunkcia fotoreceptorov sietnice môže viesť k rôzne patológie vyhliadka:

• zhoršené vnímanie farieb (farebná slepota);
• zápalové ochorenia sietnice;
• disekcia sietnice;
• zhoršené videnie za šera (nočná slepota);
• fotofóbia.



Šišky

Ľudia s dobrý zrak majú asi sedem miliónov čapíkov v každom oku. Ich dĺžka je 0,05 mm, šírka - 0,004 mm. Ich citlivosť na prúdenie lúčov je nízka. Ale kvalitatívne vnímajú celú škálu farieb vrátane odtieňov.

Sú tiež zodpovedné za schopnosť rozpoznať pohybujúce sa objekty, pretože lepšie reagujú na dynamiku osvetlenia.



Štruktúra kužeľa



Schématická štruktúra kužeľov a tyčí

Kužeľ má tri hlavné segmenty a zúženie:

1. 1. Vonkajší segment. Obsahuje svetlocitlivý pigment jodopsín, ktorý sa nachádza v takzvaných polovičných diskoch – záhyboch plazmatickej membrány. Táto časť fotoreceptorovej bunky sa neustále obnovuje.
2. 2. Zúženie vytvorené plazmatickou membránou slúži na prenos energie z vnútorný segment vonku. Predstavuje takzvané riasinky, ktoré toto spojenie vykonávajú.
3. 3. Vnútorný segment – ​​oblasť aktívneho metabolizmu. Nachádzajú sa tu mitochondrie – energetická základňa buniek. V tomto segmente dochádza k intenzívnemu uvoľňovaniu energie potrebnej pre zrakový proces.
4. 4. Synaptické zakončenie je oblasť synapsií - kontaktov medzi bunkami, ktoré prenášajú nervové impulzy do zrakového nervu.



Trojzložková hypotéza vnímania farieb

Je známe, že šišky obsahujú špeciálny pigment - jodopsín, ktorý im umožňuje vnímať všetky farebné spektrum. Podľa trojzložkovej hypotézy farebného videnia existujú tri typy čapíkov. Každý z nich obsahuje svoj vlastný typ jodopsínu a je schopný vnímať len svoju časť spektra.

1. 1. L-typ obsahuje pigment erythrolab a zachytáva dlhé vlny, a to červeno-žltú časť spektra.
2. 2. M-typ obsahuje chlorolabový pigment a je schopný vnímať stredné vlny vyžarované zeleno-žltou oblasťou spektra.
3. 3. Typ S obsahuje pigment cyanolab a reaguje na krátke vlny, pričom vníma modrú časť spektra.

Mnohí vedci, ktorí sa zaoberajú problémami modernej histológie, poznamenávajú podradnosť trojzložkovej hypotézy vnímania farieb, pretože potvrdenie existencie troch typov kužeľov sa ešte nenašlo. Navyše sa zatiaľ nepodarilo objaviť žiadny pigment, ktorý predtým dostal názov cyanolab.

Dvojzložková hypotéza vnímania farieb

Podľa tejto hypotézy všetky sietnicové čapíky obsahujú erytolab aj chlorolab. Preto môžu vnímať ako dlhé, tak aj stredná časť spektrum A jeho krátka časť je v tomto prípade vnímaná pigmentom rodopsínu obsiahnutým v tyčinkách.

Túto teóriu podporuje aj fakt, že ľudia, ktorí nie sú schopní vnímať krátke vlny spektra (teda jeho modrú časť), súčasne trpia pri zlých svetelných podmienkach zrakovým postihnutím. V opačnom prípade sa táto patológia nazýva „ nočná slepota a je spôsobená dysfunkciou sietnicových tyčiniek.

Tyčinky



Pomer tyčiniek (sivá) a čapíkov (zelená) v sietnici

Tyčinky vyzerajú ako malé podlhovasté valce, dlhé asi 0,06 mm. Zdravý dospelý človek má približne 120 miliónov týchto receptorov v každom oku na sietnici. Vypĺňajú celú sietnicu, pričom sa sústreďujú najmä na perifériu. Makula (oblasť sietnice, kde je videnie najostrejšie) neobsahuje prakticky žiadne tyčinky.

Pigment, vďaka ktorému sú tyčinky vysoko citlivé na svetlo, sa nazýva rodopsín alebo vizuálna fialová. . Pri jasnom svetle pigment bledne a stráca túto schopnosť. V tejto chvíli je náchylný len na krátke svetelné vlny, ktoré tvoria modrú oblasť spektra. V tme sa postupne obnovuje jeho farba a kvalita.

Štruktúra tyčí

Tyče majú štruktúru podobnú štruktúre kužeľov. Pozostávajú zo štyroch hlavných častí:

1. 1. Vonkajší segment s membránovými diskami obsahuje pigment rodopsín.
2. 2. Spojovací segment alebo cilium vytvára kontakt medzi vonkajšou a vnútornou sekciou.
3. 3. Vnútorný segment obsahuje mitochondrie. Tu prebieha proces výroby energie.
4. 4. Bazálny segment obsahuje nervových zakončení a prenáša impulzy.

Výnimočná citlivosť týchto receptorov na účinky fotónov im umožňuje premieňať svetelnú stimuláciu na nervové vzrušenie a preniesť ho do mozgu. Takto prebieha proces vnímania svetelných vĺn. ľudským okom- fotorecepcia.

Človek je jediný živý tvor schopný vnímať svet v celej bohatosti jeho farieb a odtieňov. Ochrana očí pred škodlivé účinky a prevencia zrakového postihnutia pomôže zachovať túto jedinečnú schopnosť po mnoho rokov.

Dobrý deň, milí čitatelia! Všetci sme počuli, že zdravie očí by sa malo chrániť od mladého veku, pretože stratené videnie nie je vždy možné obnoviť. Zamysleli ste sa niekedy nad tým, ako funguje oko? Ak to vieme, ľahšie pochopíme, aké procesy poskytujú vizuálne vnímanie sveta okolo nás.

Ľudské oko má zložitú štruktúru. Snáď najzáhadnejším a najzložitejším prvkom je sietnica. Ide o tenkú vrstvu pozostávajúcu z nervové tkanivo a plavidlá. Ale je to on, kto je poverený najdôležitejšia funkcia spracovať informácie prijaté okom na nervové impulzy, čo umožňuje mozgu vytvoriť farebný trojrozmerný obraz.

Dnes budeme hovoriť o receptoroch nervového tkaniva sietnice - konkrétne o tyčinkách. Aká je svetelná citlivosť tyčinkových receptorov v sietnici a čo nám umožňuje vidieť v tme?

Tyče a kužele

Oba tieto prvky s vtipné mená– fotoreceptory, ktoré vytvárajú obraz zaznamenaný šošovkou a oblasťami rohovky.

V ľudskom oku je ich veľa. Existuje asi 7 miliónov šišiek (vyzerajú ako malé džbány) a ešte viac tyčiniek („valcov“) – až 120 miliónov! Samozrejme, ich veľkosti sú zanedbateľné a dosahujú zlomky milimetrov (µm). Dĺžka jednej tyčinky je 60 mikrónov. Kužele sú ešte menšie - 50 mikrónov.

Tyčinky dostali svoje meno vďaka svojmu tvaru: pripomínajú mikroskopické valce.

Pozostávajú z:

• membránové disky;
• nervové tkanivo;
• mitochondrie.

A sú vybavené riasinkami. Špeciálny pigment, proteín rodopsín, umožňuje bunkám „cítiť“ svetlo.

Rodopsín (to je proteín plus žltý pigment) reaguje na svetelný lúč nasledovným spôsobom: vplyvom svetelných impulzov sa rozkladá a tým spôsobuje podráždenie zrakového nervu. Musím povedať, že citlivosť „valcov“ je úžasná: zachytávajú informácie aj z 2 fotónov!

Rozdiely medzi fotoreceptormi oka

Rozdiely začínajú od miesta. „Džbány“ sú „preplnené“ bližšie k stredu. Sú za to „zodpovední“. centrálne videnie. Obzvlášť veľa ich je v strede sietnice, v takzvanej „žltej škvrne“.

Hustota zhluku „valcov“ je naopak vyššia smerom k periférii oka.

Môžete si tiež všimnúť nasledujúce funkcie:

• šišky obsahujú menej fotopigmentu ako tyčinky;
• celkový počet „valcov“ je 2-krát viac;
• tyče sú schopné vnímať akékoľvek svetlo - rozptýlené a priame; a kužele sú výlučne rovné;
• pomocou buniek umiestnených na periférii vnímame čierne a biele farby(sú achromatické);
• s pomocou tých, ktorí sa zhromažďujú v strede - všetky farby a odtiene (sú chromatické).

Každý z nás dokáže vďaka „džbánom“ vidieť až tisíc odtieňov. A umelcovo oko je ešte citlivejšie: vidí dokonca až milión odtieňov farieb!

Zaujímavý fakt: na prenos impulzov potrebuje niekoľko tyčiniek iba jeden neurón. Kužele sú „náročnejšie“: každý vyžaduje svoj vlastný neurón.

„Valce“ sú vysoko citlivé, „džbány“ potrebujú silnejšie svetelné impulzy, aby ich mohli vnímať a prenášať.

V podstate vďaka nim vidíme v tme. V podmienkach slabého osvetlenia (neskoro večer, v noci) kužele nemôžu „fungovať“. Ale palice začnú pôsobiť v plnej sile. A keďže sú umiestnené na periférii, v tme lepšie vnímame pohyby nie priamo pred sebou, ale po stranách.

Áno, a ešte niečo: palice reagujú rýchlejšie.

Berte na vedomie: keď idete niekam do tmy, nesnažte sa zblízka pozerať na oblasť priamo pred vašimi očami. Stále nič neuvidíte, pretože „džbány“ umiestnené v strede sietnice sú teraz bezmocné. Ak si však „zapnete“ periférne videnie, budete sa vedieť orientovať oveľa lepšie. Sú to „valce“, ktoré „fungujú“.

Napriek významnému rozdielu pri vykonávaní úloh stanovených prírodou nemožno fotoreceptory posudzovať oddelene od seba. Len spolu dávajú jediný holistický obraz.

Absorbovaním svetelných kvánt bunky premieňajú energiu na nervový impulz. Vstupuje do mozgu. Výsledkom je, že vidíme svet!

Prečo mačky vidia v tme lepšie ako my

Teraz, keď som študoval v všeobecný prehľadštruktúrou a funkciami fotoreceptorov, môžeme odpovedať na otázku, prečo sú naši fúzatí miláčikovia oveľa lepší v navigácii v tme ako my.

Rakva sa otvára jednoducho: štruktúra oka tohto cicavca je podobná ako u človeka. Ale ak má človek asi 4 prúty na 1 kužeľ, tak mačka ich má 25! Nie je prekvapujúce, že domáci dravec dokonale rozlišuje obrysy predmetov v takmer úplnej tme.

Prúty a kužele sú našimi pomocníkmi

„Valce“ a „džbány“ sú úžasným vynálezom prírody. Ak fungujú správne, človek dobre vidí vo svetle a vie sa orientovať v tme.

Ak prestanú vykonávať svoje funkcie v plnom rozsahu, dodržiavajú sa:

• ľahké oslnenie pred očami;
• znížená viditeľnosť v tme;
• zorné polia sa zužujú.

V priebehu času sa zraková ostrosť mení k horšiemu. Farbosleposť, hemeralopia (znížené nočné videnie), odlúčenie sietnice – to sú dôsledky narušenia fotoreceptorov.

Ale nekončime náš rozhovor touto smutnou poznámkou. Moderná medicína naučili zvládať väčšinu chorôb, ktoré predtým spôsobovali slepotu. Od pacienta sa vyžaduje len každoročné preventívne vyšetrenie.

Našli ste výhody z nášho článku? Ak máte o niečo menej otázok týkajúcich sa štruktúry a fungovania orgánov zraku, môžeme považovať našu úlohu za splnenú. A ešte jedna vec: zdieľajte získané informácie so svojimi priateľmi a môžete nám posielať svoje komentáre a poznámky. Čakáme na odpovede. Vaša spätná väzba je vždy vítaná!

Vďaka videniu človek vníma okolitú realitu a orientuje sa v priestore. Samozrejme, bez ostatných zmyslov je ťažké vytvoriť si úplný obraz o svete, ale oči vnímajú takmer 90% všeobecné informácie ktorý vstupuje do mozgu zvonku.

Používaním vizuálna funkciačlovek je schopný vidieť javy, ktoré sa vyskytujú v jeho blízkosti, môže analyzovať rôzne udalosti, nájsť rozdiely medzi jedným objektom a druhým a tiež si všimnúť blížiacu sa hrozbu.

Orgány zraku sú navrhnuté tak, aby rozlišovali nielen samotné predmety, ale aj farebnú rozmanitosť živých a neživej prírode. Zodpovednosť za to nesú špeciálne mikroskopické bunky - prúty a kužele prítomný v sietnici oka. Oni sú tí počiatočný odkaz v reťazci prenosu informácií o videnom objekte do okcipitálnej časti mozgu.

IN štruktúrna štruktúra sietnicové kužele a tyčinky majú priradenú dobre definovanú oblasť. Tieto vizuálne receptory prenikajú do nervového tkaniva, ktoré sa tvorí sietnica, prispievajú k rýchlej premene výsledného svetelného toku na kombináciu impulzov.

V sietnici sa vytvára obraz, navrhnutý s priamou účasťou očnej oblasti rohovky a šošovky. V ďalšej fáze sa obraz spracuje, po ktorom sa nervové impulzy pohybujú vizuálna cesta dodávať informácie do pravej časti mozgu. Komplexná a plne formovaná štruktúra očí umožňuje okamžite spracovať akékoľvek informácie.

Hlavný podiel fotografických receptorov je sústredený v takzvanej makule. Toto je oblasť sietnice, ktorá sa nachádza v jej centrálnej zóne. Kvôli zodpovedajúcej farbe sa makula nazýva aj žltá škvrna oka.

Kužele sú vizuálne receptory, ktoré reagujú na svetelné vlny. Ich fungovanie priamo súvisí so špeciálnym pigmentom - jodospinom. Tento viaczložkový pigment pozostáva z chlorolabu (zodpovedného za vnímanie zeleno-žltého spektra) a erytrolabu (citlivého na červeno-žlté spektrum). K dnešnému dňu sú to dva dôkladne študované pigmenty.

Človek s dokonalým zrakom má v sietnici takmer sedem miliónov čapíkov. Majú mikroskopickú veľkosť a v geometrických parametroch sú horšie ako tyčinky. Dĺžka jedného kužeľa je asi päťdesiat mikrometrov a priemer je asi štyri. Treba si uvedomiť, že citlivosť kužeľov na svetelné lúče je asi stokrát nižšia ako u tyčiniek. Oko však vďaka nim dokáže kvalitatívne vnímať prudké pohyby predmetov.

Kužele tvoria štyri odlišné zóny. Vonkajšia oblasť je reprezentovaná polovičnými kotúčmi. Banner funguje ako spojovacia sekcia. Vnútorná oblasť obsahuje sadu mitochondrií. Nakoniec štvrtá zóna je oblasť nervových kontaktov.

1. Vonkajšia oblasť je úplne tvorená polokotúčmi vytvorenými z plazmatickej membrány. Ide o membránové záhyby mikroskopických rozmerov, úplne pokryté citlivými pigmentmi. Pravidelná fagocytóza týchto útvarov, ako aj ich neustála obnova v receptorovom tele, umožňujú obnovu vonkajšej oblasti kužeľa. V tejto oblasti dochádza k produkcii pigmentu. Denne je možné aktualizovať až sto polodiskových diskov plazmatické membrány. Pre úplné zotavenie Celá sada polovičných diskov bude trvať približne dva týždne.
2. Spojovacia oblasť, vyčnievajúca z membrány, vytvára most medzi vonkajšou a vnútornou časťou kužeľov. Komunikácia je nadviazaná za účasti páru riasiniek a vnútorného obsahu buniek. Cilia a cytoplazma sa môžu pohybovať z jednej oblasti do druhej.
3. Vnútorná oblasť je zónou aktívneho metabolizmu. Mitochondrie, ktoré vypĺňajú túto zónu, transportujú energetický substrát pre vizuálnu funkciu. Táto časť obsahuje jadro.
4. Synaptická oblasť. Tu dochádza k energetickému kontaktu bipolárnych buniek.

Zraková ostrosť je pod vplyvom monosynaptických bipolárnych buniek spájajúcich čapíky a gangliové bunky.

Existujú tri typy kužeľov v závislosti od ich citlivosti na spektrálne vlny:

• S-typ. Preukazujú citlivosť na krátke vlnové dĺžky modrofialového svetla.
• M-typ. Kužele, ktoré detegujú zo spektra stredných vĺn. Toto je žltozelená farebná schéma.
• typu L. Citlivý na dlhé vlnové dĺžky červeno-žltej farby.

Tvar tyčiniek je podobný valcu, ktorý má rovnomerný priemer po celej dĺžke. Dĺžka týchto očných receptorov je takmer tridsaťkrát väčšia ako ich priemer, takže tvar tyčiniek je vizuálne predĺžený. Tyčinky sietnice pozostávajú zo štyroch prvkov: membránových diskov, mihalníc, mitochondrií a nervového tkaniva.

Tyčinky majú maximálnu citlivosť na svetlo, čo zaručuje ich odozvu na najmenší záblesk svetla. Tyčinkový receptorový aparát bude aktivovaný aj pri vystavení jednému fotónu energie. Táto jedinečná schopnosť tyčí pomáha človeku orientovať sa v šere a zaisťuje maximálnu prehľadnosť predmetov v tme.

Bohužiaľ, tyčinky obsahujú iba jeden pigmentový prvok, nazývaný rodopsín. Označuje sa aj ako vizuálna fialová. Skutočnosť, že pigment je len v jedinej kópii, neumožňuje týmto vizuálnym receptorom rozlišovať odtiene a farby. Rodopsín nemá schopnosť okamžite reagovať na vonkajší svetelný podnet, ako to dokážu pigmenty kužeľa.

Ako komplexná proteínová zlúčenina obsahujúca súbor vizuálnych pigmentov patrí rodopsín do skupiny chromoproteínov. Za svoj názov vďačí svojej jasne červenej farbe. Fialový odtieň sietnicových tyčiniek bol objavený v dôsledku mnohých laboratórny výskum. Vizuálna fialová má dve zložky – žltý pigment a bezfarebný proteín.

Pod vplyvom svetelných lúčov sa rodopsín začne rýchlo rozkladať. Produkty jeho rozpadu ovplyvňujú tvorbu zrakovej dráždivosti. Po obnovení podporuje rodopsín videnie za šera. Od jasné osvetlenie proteín sa rozkladá a jeho citlivosť na svetlo sa posúva do modrej oblasti videnia. Úplné zotavenie veveričie tyčinky zdravý človek môže trvať približne pol hodiny. Počas tohto časového obdobia dosiahne nočné videnie maximálnu úroveň a človek začne vidieť obrysy predmetov.

Príznaky poškodenia očných tyčiniek a čapíkov

Patológie označené poškodením týchto vizuálnych receptorov sú sprevádzané nasledujúcimi príznakmi:

• Zraková ostrosť sa stráca.
• Pred očami sú náhle záblesky a odlesky.
• Znížená schopnosť vidieť v tme.
• Človek nemôže rozlišovať medzi rôznymi farbami.
• Zužuje pole zrakového vnímania. IN v ojedinelých prípadoch vytvára sa tubulárne videnie.

Choroby, ktoré sú spojené s poruchou fotoreceptorových funkcií tyčiniek a čapíkov:

• Farbosleposť m.. Dedičná vrodená patológia vyjadrené v neschopnosti rozlišovať farby.
• Hemeralopia. Patológia tyčiniek spôsobuje zníženie zrakovej ostrosti v tme.
• Odštiepenie rohovky oči.
• Makulárna degenerácia. Porušenie výživy ciev oka vedie k zníženiu centrálneho videnia.

Svetlocitlivá časť oka je mozaika svetlocitlivých buniek (fotoreceptorov) umiestnených na sietnici. Sietnica oka obsahuje dva typy svetlocitlivých receptorov, ktoré zaberajú plochu s otvorom asi 170° vzhľadom na zrakovú os: 120...130 miliónov tyčiniek (dlhé a tenké receptory pre nočné videnie), 6.5. .7,0 milióna čapíkov (krátke a hrubé receptory pre denné videnie) . Pred dosiahnutím sietnice musí svetlo najskôr prejsť vrstvou nervového tkaniva a vrstvou cievy. Toto usporiadanie fotosenzitívne prvky z hľadiska zdravý rozum nie je optimálne. Každý konštruktér televíznej kamery by si dal záležať na montáži spojovacích vodičov tak, aby nezasahovali do svetla dopadajúceho na fotobunky. Sietnica je postavená na inom princípe a dôvody tohto prevrátenia sietnice nie sú úplne pochopené.

Tyče a kužele tesne priliehajú k sebe s predĺženými stranami. Ich rozmery sú veľmi malé: dĺžka tyčí je 0,06 mm, priemer je 0,002 mm, dĺžka a priemer kužeľov je 0,035 a 0,006 mm. Hustota tyčiniek a kužeľov na rôznych oblastiach sietnice je od 20 000 do 200 000 na 1 mm2. V tomto prípade prevládajú kužele v strede sietnice, tyčinky - na periférii. V strede sietnice je takzvaná makula makula oválny tvar(dĺžka 2 mm, šírka 0,8 mm).Na tomto mieste sú takmer samé šišky. „Makula“ je oblasť sietnice, ktorá poskytuje najjasnejšie ostré videnie.

Tyčinky a čapíky sa líšia v látkach citlivých na svetlo, ktoré obsahujú. Podstatou tyčiniek je rodopsín (vizuálna fialová). Maximálna absorpcia svetla rodopsínu zodpovedá vlnovej dĺžke približne 510 nm (zelené svetlo), t.j. tyčinky majú maximálnu citlivosť na žiarenie s λ = 510 nm . Látka citlivá na svetlo v čapiciach (jodopsín) sa vyskytuje v troch typoch, z ktorých každý má maximálnu absorpciu v rôzne zóny spektrum

Molekuly fotosenzitívnych látok sa vplyvom svetla disociujú (rozpadajú) na kladne a záporne nabité častice. Pri koncentrácii iónov a teda aj ich celk nabíjačka dosiahnuť určitú hodnotu, pod vplyvom náboja sa v nervovom vlákne objaví prúdový impulz, ktorý sa posiela do mozgu.

Reakcie svetelného rozpadu rodopsínu a jodopsínu sú reverzibilné, to znamená, že po ich rozklade na ióny pod vplyvom svetla a náboji iónov vybudí prúdový impulz v nerve, sa tieto látky opäť vrátia do pôvodného svetelného stavu. citlivá forma. Energiu na obnovu poskytujú produkty, ktoré vstupujú do oka rozsiahlou sieťou drobných krvných ciev. V oku tak vzniká nepretržitý cyklus deštrukcie a následnej obnovy látok citlivých na svetlo.

Ak sa úroveň množstva svetla pôsobiaceho na oko v priebehu času nemení, potom sa vytvorí pohyblivá rovnováha medzi koncentráciami látok v stave rozpadu a pôvodnou fotosenzitívnou formou. Veľkosť tejto koncentrácie závisí od množstva svetla pôsobiaceho na oko v danom alebo predchádzajúcom okamihu, t.j. citlivosť na svetlo oči sa menia s rôzne úrovne aktívne svetlo.

Je známe, že ak vstúpite do veľmi slabo osvetlenej miestnosti z ostrého svetla, oko spočiatku nič nerozlišuje. Postupne sa obnovuje schopnosť oka rozlišovať predmety. Po dlhom pobyte v tme (asi 1 hodina) sa citlivosť oka stáva maximálnou, pretože koncentrácia fotosenzitívnych látok dosahuje svoju hornú hranicu. Ak po dlhom pobyte v tme vyjdete na svetlo, tak v prvom momente bude oko v stave slepoty: obnova fotosenzitívnych látok zaostáva za ich rozpadom. Postupne sa oko prispôsobí úrovni osvetlenia a začne normálne pracovať.

Pripomeňme si, že vlastnosť oka prispôsobovať sa úrovni množstva aktívneho svetla, čo sa prejavuje zmenou jeho citlivosti na svetlo, sa nazýva tzv. prispôsobenie.

Tyčinky – nočné videnie. Tyče môžu reagovať na najmenšie množstvo svetla. Sú zodpovední za našu schopnosť vidieť mesačný svit, svetlo hviezdnej oblohy a to aj v tých prípadoch, keď túto hviezdnu oblohu skrývajú mraky. Na obr. 2.2 bodkovaná krivka zobrazuje závislosť citlivosti tyčiniek od vlnovej dĺžky. Tyče poskytujú iba achromatické, alebo farebne neutrálne vnímanie v podobe bielej, šedej a čiernej farby. Navyše každá tyčinka nemá priame spojenie s mozgom. Spájajú sa v skupinách. Takéto zariadenie vysvetľuje vysokú citlivosť videnia tyčinky, ale bráni mu rozlišovať najmenšie detaily. Tieto fakty vysvetľujú všeobecnú bezfarebnosť a neostrosť nočného videnia a pravdivosť príslovia: „V noci sú všetky mačky

ry."

Ryža. 2.2. Relatívna spektrálna citlivosť tyčiniek a kužeľov

Kužele – denné videnie. Odozva kužeľov je zložitejšia ako odozva tyčí. Namiesto jednoduchého rozlišovania medzi svetlom a tmou a tiež vnímania množstva rôznych sivé farby, kužele poskytujú vnímanie chromatických farieb. Inými slovami, s kužeľovým videním môžeme vidieť rôzne farby. Spektrálne rozdelenie citlivosti kužeľového videnia podľa vlnovej dĺžky je znázornené na obr. 2.2 plnou čiarou. Táto krivka sa zvyčajne nazýva krivka viditeľnosti, rovnako ako krivka spektrálnej citlivosti oka. Tyčinkové videnie je v porovnaní s kužeľovým videním oveľa citlivejšie na žiarenie v krátkovlnnej časti viditeľného spektra a citlivosť na žiarenie v dlhovlnnej (červenej) časti spektra je približne rovnaká ako u čapíkov. Čapíky však naďalej reagujú na malé zvýšenie intenzity dopadajúceho svetla (vytvárajúc obraz na sietnici), aj keď sa hustota jeho toku na určitý čas stane taká veľká, že tyčinky už na ne nereagujú - sú nasýtené . Inými slovami, všetky palice v tomto prípade dávajú maximum možné množstvo nervové signály. Naše denné videnie je teda zabezpečené takmer výlučne čapíkmi. Posun citlivosti na svetlo pozdĺž osi vlnovej dĺžky z kužeľového (denného) videnia na tyčinkové (alebo nočné) videnie sa nazýva Purkyňovho efekt (presnejšie Purkyňov). Tento „purkyňovský posun“, pomenovaný po českom vedcovi Purkyňovi, ktorý ho prvýkrát objavil v roku 1823, je zodpovedný za to, že objekt, ktorý je červený v dennom svetle, je vnímaný ako čierny v noci alebo v súmraku, zatiaľ čo objekt, ktorý je vnímaný ako modrý cez deň sa v noci javí ako svetlosivá.

Mať dva typy svetlocitlivých receptorov (tyčinky a čapíky) u ľudí je veľkou výhodou. Nie všetky zvieratá majú také šťastie. Napríklad kurčatá majú len šišky, a preto musia ísť spať, keď zapadne slnko. Sovy majú iba palice; musia celý deň prižmúriť oči.

Tyčinky a kužele - videnie za súmraku. Tyčinky aj čapíky sa podieľajú na videní za šera. Súmrak je rozsah osvetlenia, ktorý siaha od osvetlenia vytvoreného žiarením z oblohy, keď Slnko kleslo viac ako niekoľko stupňov pod horizont, až po osvetlenie poskytované slnkom stúpajúcim vysoko na oblohu. jasná obloha Mesiac v polovičnej fáze. Videnie za šera zahŕňa aj videnie v slabo osvetlenej miestnosti (napríklad so sviečkami). Pretože za takýchto podmienok sa relatívny príspevok videnia tyčiniek a kužeľov k celkovému vizuálnemu vnímaniu neustále mení, posúdenie farieb je mimoriadne nespoľahlivé. Existuje však množstvo produktov, ktorých hodnotenie farby sa musí robiť pomocou takéhoto zmiešaného videnia, keďže sú určené na konzumáciu pri tlmenom svetle. Príkladom je fosforeskujúca farba používaná v dopravné značky pre tmavé podmienky.

Práca mozgu

Informácie z receptorov sa do mozgu prenášajú cez zrakový nerv, ktorý obsahuje asi 800 tisíc vlákien. Okrem tohto priameho prenosu vzruchu zo sietnice do mozgových centier existuje komplexná spätná väzba na riadenie napríklad pohybov očných buliev.

Niekde v sietnici dochádza k zložitému spracovaniu informácií - logaritmu prúdovej hustoty a prevodu logaritmu na pulzovú frekvenciu. Ďalej sa cez vlákno zrakového nervu do mozgu prenesie informácia o jase zakódovaná pulznou frekvenciou. Nervom však neprechádza len prúd, ale náročný proces excitácia, nejaká kombinácia elektrických a chemických javov. Na rozdiel od elektrický prúd je zdôraznená skutočnosťou, že rýchlosť šírenia signálu pozdĺž nervu je veľmi nízka. Leží v rozmedzí od 20 do 70 m/s.

Informácie pochádzajúce z troch typov čapíkov sa pred prenosom do mozgu premenia na impulzy a zakódujú sa v sietnici. Táto zakódovaná informácia sa posiela ako jasový signál zo všetkých troch typov kužeľov, ako aj rozdielové signály pre každé dve farby (obrázok 2.3). Je tu pripojený aj druhý kanál jasu, pravdepodobne pochádzajúci z nezávislého prútikového systému.

Prvý rozdielový farebný signál je signál K-Z. Tvoria ho červené a zelené šišky. Druhý signál je signál J-S, ktorý sa získava podobným spôsobom s tým rozdielom, že informácie o žltá farba získané pridaním vstupného sig

úlovky z kužeľov K+Z.

Obr.2.3. Model zrakového systému

Mozog bol viac ako raz prirovnávaný k obrovskému centru, ktoré zhromažďuje a spracováva veľké množstvo informácií. Snažím sa pochopiť milióny spojení v tomto neuveriteľne komplexné zariadenie boli v do značnej mieryúspešný. Vieme napríklad, že zrakový nerv jedného oka sa spája so zrakovým nervom druhého (dekusácia zrakové nervy), takže nervové vlákna pravá polovica jedna sietnica prebieha popri vláknach z pravej polovice druhej sietnice a po prechode cez reléovú stanicu (genikulárne telo) v medzimozgu končí svoju dráhu takmer na rovnakom mieste v tylovom laloku mozgu, v zadnej časti. Do tohto laloku sa premietajú vzruchy sietnice a ich časť zodpovedajúca stredu oka ( makulárna škvrna), V do značnej miery zvýšená v porovnaní s excitáciami iných oblastí sietnice. Reléová stanica má schopnosť bočných spojení a sama seba okcipitálna časť má veľa spojení so všetkými ostatnými časťami mozgu.