Работа оптической системы глаза и рефракция

Оптическая система глаза – это сложная система, выполняющая определенные функции и состоящая из нескольких отделов. Оптическая система человеческого глаза включает:

• роговицу глаза;
• влагу передней камеры глаза;
• хрусталик;
• тело стекловидное.

Всю преломляющую силу глаза определяет общая величина радиусов (это относится к передней поверхности роговицы), величина задней и передней поверхностей хрусталика, общее расстояние между ними, а также показатели уровня преломления водянистой влаги, роговицы, стекловидного тела и хрусталика. Не учитывают только оптическую силу, относящуюся к задней поверхности роговицы, так как показатели преломления у водянистой влаги и тканей роговицы практически одинаковы. Как выяснено, преломление световых лучей возможно только на границе сред, отличающихся коэффициентом преломления.

Условно считается, что преломляющие поверхности всего глаза имеют форму сферы и их оси оптические полностью совпадают. Из этого следует, что глаз человека является центрированной системой. На самом деле оптическая система глаза не избавлена от погрешностей, их виды различны. Например, роговица полностью сферична только в своей центральной части, общий показатель преломления внутренних слоев хрусталика больше, чем его же наружных слоев. В двух расположенных перпендикулярно друг другу плоскостях степень преломления лучей будет неодинакова. Отличаются и оптические характеристики обоих глаз человека, причем данное отличие существенно, но определить это точно не всегда удается. Все эти особенности в строении оптической системы глаза затрудняют точное вычисление констант глаза человека.

Преломляющая способность всей оптической системы глаза человека оценивается с использованием условной единицы, которая обозначается термином «диоптрия». Сокращенно в офтальмологии диоптрия обозначается «дптр». Одна дптр условно соответствует силе линзе с главным расстоянием в фокусе в 1 метр. Диоптрия (D) – это величина, обратная глазному фокусному расстоянию, которое обозначается буквой F. Формула этого соотношения D = 1/F.

Из этого следует, что линза с величиной фокусного расстояния в 0,5 метра имеет преломляющую силу в 2,0 дптр, величина 2 м соответствует 0,5 дптр, что можно рассчитать по формуле. Выпуклые (то есть собирающие) линзы имеют преломляющую силу, которая обозначается знаком «+». Преломляющая сила вогнутых ( то есть рассеивающих) линз обозначается знаком «–». Сами виды линз за счет этого свойства называют положительными или отрицательными.

Отрицательную линзу от положительной можно отличить с помощью самой простой манипуляции. Исследуемую линзу нужно расположить от глаза на расстоянии в несколько сантиметров, после чего ее нужно перемещать горизонтально. Если при проведении этого эксперимента вы будете рассматривать предмет сквозь положительную линзу, то его изображение будет одновременно с движением линзы смещаться в противоположную сторону. Если проверяется отрицательная линза, то предмет, рассматриваемый сквозь линзу, смещается в ту же сторону, куда она вами передвигается.

Как и любым другим оптическим системам, человеческому глазу свойственно возникновение дефектов, которые приводят к снижению и изменению качественных характеристик изображений объекта на глазной сетчатке. Дефекты, характерные для оптической системы глаза, – это аберрация глаза.

Сферическая аберрация глаза возникает всегда вследствие того, что лучи, выходящие из точечного светового источника, собираются не в одной нужной точке, а в небольшой зоне, которая находится на оптической оси глаза. Для нормально функционирующего глаза человека глубина этой зоны варьируется от 0,5 и до 1,0 дптр.

Хроматическая аберрация глаза приводит к тому, что лучи, относящиеся к коротковолновой части спектра, то есть сине-зеленые, пересекаются на меньшем расстоянии от роговицы глаза, если сравнить их с лучами длинноволновой части спектра, то есть красными. Промежуток между фокусами этих двух групп лучей может доходить до 1,0 дптр.

Также практически у каждого человека есть еще один вид аберрации глаза, обусловлена она тем, что нет идеальной сферичности у преломляющихся поверхностей хрусталика и роговицы. Асферичность роговицы условно устраняется наложением на роговицу воображаемой пластинки, которая превращает глаза человека в полностью идеальную и завершенную сферическую систему.

Отсутствие сферичности определяет неравномерное распределение света извне на сетчатке – светящаяся точка приводит к образованию на сетчатке сложного по виду изображения. На этом изображении могут выделяться зоны максимальной освещенности.

В настоящее время много исследований проводится для изучения влияния последней аберрации на максимально достижимую остроту зрения. Ученые пытаются так скорректировать зрение в нормальном глазу, чтобы добиться еще большего процента четкости изображения и видимости максимально дальнего объекта. То есть исследования ученых сводятся к возможности создать «суперзрение».

Клиническая и физическая рефракция

Рефракция глаза имеет следующее определение: «преломляющая сила глаза, обозначаемая в диоптриях». Рефракция глаза физическая у человека может варьироваться от 51,8 и до 71,3 дптр, это определено с помощью многочисленных исследований.

Для четкого изображения любой внешней картинки важна не только преломляющая сила всей оптической системы, но и способность этой силы фокусировать световые лучи на сетчатке. Поэтому в офтальмологии также используется такой термин, как рефракция глаза.

Клиническая рефракция глаза – это соотношение, возникающее между положением сетчатки и преломляющей силой или, иначе говоря, соотношение между длиной переднезадней оси глаза и задним фокусным расстоянием всей оптической системы. Клиническую рефракцию глаза подразделяют на динамическую и статическую.

Статическая рефракция позволяет получить изображение на сетчатке в момент максимального расслабления аккомодации. Статическую рефракцию можно воспринимать как условный символ, который отражает структурные особенности глаза человека как оптической камеры, ответственной за формирование изображения на сетчатке.

Знания обо всех функциональных особенностях, относящихся к оптической системе глаза, позволяют офтальмологам решать многие вопросы о характеристиках зрительной деятельности в обычных условиях. Судить об оптической системе глаза позволяет динамическая рефракция. Этим термином обозначают преломляющую силу в оптической системе глаза относительно сетчатки при функционирующей аккомодации.

Аккомодация и динамическая рефракция

В привычных, естественных для глаза условиях преломляющая сила в оптической системе постоянно меняется в соответствии с выполняемыми задачами зрения. То есть в это время действует не статическая рефракция, а динамическая. Такие изменения в рефракции достигаются за счет механизма аккомодации, который запускается при определенных обстоятельствах.

Динамическую рефракцию и аккомодацию глаза считают близкими, но не совсем идентичными понятиями. Аккомодация – это главный механизм развития динамической рефракции глаза. Проще говоря, недействующая аккомодация и сетчатка – это статическая рефракция, тогда как о динамической рефракции можно говорить тогда, когда аккомодация начинает действовать.

Аккомодация – это латинское слово, и обозначает оно приспособление. Иначе говоря, аккомодация – это приспособительная глазная функция, которая обеспечивает четкость предметов, расположенных на самых разных расстояниях от глаза.

Динамическую рефракцию можно рассматривать как функциональную систему, работа которой основана на принципах саморегулирования. Назначение этой динамической рефракции – обеспечение четкого фокусирования на сетчатке поступающих изображений, независимо от изменения расстояний от глаза до воспринимаемого им объекта.

Если на определенном расстоянии до видимого объекта кривизна хрусталика становится недостаточной для того, чтобы четко спроектировать картинку на сетчатку, то информация об этом изменении поступит по каналам обратной связи в центр, где происходит аккомодационная иннервация. Из этого центра к самому хрусталику и цилиарной мышце поступит сигнал, который состоит из информации, влияющей на изменение преломляющей силы. Произойдет соответствующая коррекция, и изображение объекта в глазу совпадет с плоскостью сетчатки. После этого необходимость в дальнейшем воздействии на цилиарную мышцу устранится. Под влиянием различных изменений может измениться тонус цилиарной мышцы, в результате этого картинка на сетчатке расфокусируется, что приведет к формированию сигнала о появлении ошибки. За этим сигналом вновь возникнет корректирующее воздействие на весь хрусталик.

Под динамической рефракцией можно понимать следящую систему в момент перемещения видимого объекта в переднезаднем направлении. Стабилизирующая функция рефракции возникает, когда фиксируется неподвижный объект.

В ходе исследований установлено, что порог ощущения нечеткого изображения на глазной сетчатке, при котором возникает регулирующее воздействие на цилиарную мышцу, составляет примерно 0,2 дптр.

Аномалии рефракции, возникающие при заболеваниях и повреждениях, приводят к зрительному утомлению. Это так называемая астенопия. Проявляться астенопия может различными симптомами – слезотечением, резью в глазах, затуманиванием зрения, головной болью.