Fotoreceptory: štruktúra a funkcia. Vizuálne pigmenty. Štruktúra sietnice. Tyče a kužele. Sietnicové kužele. Štruktúra sietnice - schéma

Optický systém oka. Refrakčné chyby

Optický aparát oka pozostáva z priehľadnej rohovky, prednej a zadnej komory naplnených komorovou vodou, dúhovky obklopujúcej zrenicu, šošovky s priehľadným vakom a sklovca... Vo všeobecnosti ide o šošovkový systém, ktorý vytvára prevrátený a zmenšený obraz predmetných predmetov na sietnici. Vnútorná škrupina očná buľva- sietnica (retina) pozostáva z dvoch plátov - vnútorného fotosenzitívneho ( nervózna časť) a vonkajší pigment. Pigmentová vrstva absorbuje svetelné lúče a bráni ich odrazu. K pigmentovému epitelu prilieha vrstva tyčiniek a čapíkov, čo sú periférne procesy fotoreceptorov. Refrakcia alebo refrakcia (z latinčiny - refractio - lom) oči - refrakčná sila optický systém oči v pokoji akomodácia.Každá šošovka má ohnisková vzdialenosť, t.j. vzdialenosť, pri ktorej vzniká jasný obraz, keď sa v ňom lámu svetelné lúče z nekonečne vzdialených predmetov. Toto je konštanta v závislosti od polomeru zakrivenia danej šošovky B obyčajné oko ohnisková vzdialenosť rohovky je približne 23,5 mm - sietnica sa nachádza v tejto vzdialenosti od nej. Takéto oko vidí jasný obraz predmetu. Refrakcia závisí od dvoch faktorov: od sily optického systému oka a od veľkosti (dĺžky) očnej gule. Krátkozrakosť je patológia videnia, pri ktorej premietaný obraz nedopadá na sietnicu, ale pred ňu (príliš krátka ohnisková vzdialenosť). Je to spôsobené poruchou optického systému oka - jeho sila je príliš veľká. Pri krátkozrakosti človek vidí zle do diaľky a dobre na blízko.Ďalekozrakosť je patológia zraku, pri ktorej premietaný obraz nedopadá na sietnicu, ale za ňu (príliš veľká ohnisková vzdialenosť). Je to spôsobené poruchou optického systému oka - jeho výkon je príliš nízky. Pri ďalekozrakosti človek nevidí dobre na blízko. Pri krátkozrakosti a ďalekozrakosti bude obraz bodu na sietnici vyzerať ako rozmazaný kruh. Okrem toho existuje typ lomu, pri ktorom sa na sietnicu premieta bodový objekt vo forme pásika alebo elipsy. Je to spôsobené tým, že rôzne časti rohovky alebo šošovky majú rôznu refrakčnú silu, niekedy dokonca aj pozdĺž jedného meridiánu. Táto patológia sa nazýva astigmatizmus.

Retina (lat. retína) - vnútorná škrupina oka, ktorá je periférnou časťou vizuálny analyzátor; obsahuje fotoreceptorové bunky, ktoré zabezpečujú vnímanie a premenu elektromagnetického žiarenia vo viditeľnej časti spektra na nervové impulzy a zabezpečuje aj ich primárne spracovanie. Fotoreceptory: tyčinky a čapíky
Tyčinky sú receptory, ktoré vnímajú svetelné lúče pri slabom osvetlení. Sú vzrušené, keď na ne pôsobí 1 kvantum svetla. Veľkosti palíc: dĺžka - 0,06 mm, priemer 0,002 mm.
V štruktúre palíc sa rozlišujú:
vonkajší segment (obsahuje membránové disky s rodopsínom), spojovací úsek (cilium), vnútorný segment (obsahuje mitochondrie), oblasť s nervovými zakončeniami. Vonkajší segment: pozostáva zo stohu sploštených membránových vezikúl, na ktorých membránach sa nachádza rodopsínový pigment (vizuálna fialová). V štruktúre kužeľa je obvyklé rozlišovať medzi:
vonkajší segment (obsahuje membránové polovičné kotúče), spojovacia časť (zúženie),
vnútorný segment (obsahuje mitochondrie), synaptická oblasť.
Vonkajší segment je vyplnený membránovými polovičnými diskami tvorenými plazmatickou membránou a oddelenými od nej. V oblasti spojovacej časti (konstrikcie) je vonkajší segment takmer úplne oddelený od vnútorného invagináciou vonkajšej membrány. Spojenie medzi týmito dvoma segmentmi je cez cytoplazmu a pár mihalníc prechádzajúcich z jedného segmentu do druhého.

Fotoreceptor spája dva rôzne komplexy vo svojej štruktúrnej a funkčnej organizácii. Vonkajšia časť fotoreceptorovej bunky privrátená k pigmentovému epitelu zahŕňa lipoproteínové štruktúry obsahujúce zrakový pigment – rodopsín, ktorý absorbuje svetelné kvantá. Zväčšenie plochy receptorovej membrány na diskoch vonkajšieho segmentu, ktorá obsahuje receptívne proteíny, prispieva k zvýšeniu citlivosti na svetlo. Opačný pól bunky končí komplexným synaptickým zariadením zodpovedajúcim podobným synapsiám v neurónoch a prenáša informácie o vnímaní vizuálnych signálov ďalšiemu v reťazci. nervové bunky... Štruktúru a funkciu fotoreceptorov, ktoré neboli v tejto práci špeciálne študované, pozri ďalej. recenzie: Kolmer, Polyak, Walls, Pedler, Ostrovsky, Cohen,. Baburin, Baburin a Beltadze, Stell, Vinnikov, Rodieck, Lychakov, Podugolnikova a Maksimov, Govardovsky, Byzov, Zak, Bochkin a Ostrovskij.

V prijímacia bunka dochádza k premene svetla, podnetov na receptorový potenciál.

Pod vplyvom toho druhého sa mení uvoľnenie mediátora, ktorý pôsobí o nervové zakončenie senzorický neurón druhého rádu a spôsobuje v ňom objavenie sa postsynaptického potenciálu.

Fotoreceptory sa skúmajú už viac ako storočie. Významné pokroky v chápaní štruktúry a funkcie tyčiniek a kužeľov sú však spojené s niekoľkými poslednými desaťročiami, s príchodom elektrónovej mikroskopie. Až na ultraštrukturálnej úrovni sa ukázalo, že membránové kotúče tyčiniek sú usporiadané do zväzkov oddelených od vonkajšej plazmatickej membrány, zatiaľ čo v kužeľoch sú vonkajšie plazmatická membrána tvorí záhyby, ktoré sa spájajú s každým kotúčom z jednej strany (obr. 2, a).

Stohy diskov sa neustále obnovujú, horné vrstvy sa periodicky pohybujú smerom von, kde sú fagocytované pigmentovým epitelom. Proces odmietnutia disku je spojený s denným rytmom osvetlenia a v sietnicových čapoch niektorých rýb, plazov a vtákov sa vyskytuje ihneď po zotmení. V tyčinkách mnohých stavovcov sú membrány odmietnuté na začiatku svetelného obdobia [Baburina a Beltadze, 1983].

Spojovacia noha obsahujúci 9 párov fibríl viaže vonkajšie a vnútorné segmenty fotoreceptora. Vo vonkajšej časti vnútorného segmentu tesne rozmiestnené nahromadenie mitochondrií tvorí elipsoid (obr. 2, a). Kvapka oleja, pozorovaný v čapiciach niektorých stavovcov, je viditeľný medzi mitochondriami. Ďalšie organely vnútorného segmentu sú paraboloid (glykogénové granule) a myoid.

Synaptické konce tyčiniek a čapíkov tvoria špecializované spojenia s terminálmi dendritov bipolárnych buniek, terminálmi dendritov a axónmi horizontálnych buniek (obr. 2, b; 3).

Tieto synapsie sa líšia umiestnením a dizajnom a môžu byť invaginačné, poloinvaginačné a povrchné. Invaginačné synapsie sú tvorené dyádami a triádami, v ktorých centrálnym výbežkom je zvyčajne dendrit bipoláru sa nachádza priamo pod synaptickou stuhou, obklopený synaptickými vezikulami, a po stranách sú umiestnené terminály dendritov horizontálnych buniek (viď. 2, b, 3). Na synaptickom konci tyčinky je pozorovaných len niekoľko dendritových zakončení neurónov druhého rádu. Synaptické zakončenia kužeľov sú zvyčajne oveľa zložitejšie, väčšie a zahŕňajú mnoho triád zoskupených okolo synaptických pásov. Podrobnosti synaptických spojení bipolárnych a horizontálnych buniek s terminálmi fotoreceptorov sa u rôznych stavovcov výrazne líšia.

Fotoreceptory sú prepojené, elektrónové mikroskopické štúdie odhalili medzerové kontakty medzi nimi. Nachádzajú sa medzi červenými tyčinkami u ropuch, v sietnici axolotl a cicavcov. Morfológia medzerových spojov medzi fotoreceptormi sa výrazne líši v odlišné typy stavovcov [Davydova, 1983] úrovňou kontaktov, typmi receptorov, medzi ktorými sú spojenia, ich dĺžkou atď. Zistilo sa, že fotoreceptory rovnakého typu, napríklad čapíky s rovnakou spektrálnou citlivosťou, alebo elektrická komunikácia [Byzov, 1984]. Hoci sa spravidla pozorujú kontakty medzi receptormi rovnakého typu, nachádzajú sa aj spojenia medzi receptormi odlišné typy... Napríklad v sietnici žaby (Rana pipiens) na sériových rezoch má červená tyč tri kontakty - s ďalšou červenou tyčou, s jednoduchým kužeľom a s hlavným členom dvojitého kužeľa. Jeden kužeľ je v kontakte s tromi červenými tyčami. Gap junctions nájdené medzi receptormi odlišné typy a v sietnici cicavec - mačky; napríklad tenký dlhý výbežok synaptickej stonky kužeľa tvorí spojenie so sférou tyčinky. Autori tohto nálezu sa domnievajú, že k interakcii systémov tyčinka-kužeľ v niektorých prevažne tyčinkovitých sietniciach u cicavcov dochádza už na počiatočnej úrovni spracovania vizuálneho signálu.

Svetelná mikroskopia umožňuje pozorovať aj na úrovni fotoreceptorov viac ako komplexná štruktúra u nižších stavovcov v porovnaní s cicavcami. U mnohých druhov stavovcov sa pozorujú nielen jednotlivé šišky, ale aj dvojité čapíky (obr. 1, A, B), ktoré u cicavcov chýbajú (obr. 1, C). Vtáky a korytnačky, ako je uvedené vyššie, majú najmenej šesť rôznych typov kužeľov. Podľa L. V. Zuevu systém farebné videnie plazy a vtáky majú štyri alebo viac prijímačov a sú pravdepodobne lepšie ako trojzložkový ľudský systém farebného videnia.

Sietnica oka je súčasťou orgánu videnia, vďaka ktorému človek vníma odtiene predmetov v okolitom svete. Presnejšie povedané, fotoreceptory v ľudskom oku, ktoré sa v ňom nachádzajú, vám ich umožňujú vidieť. Sú reprezentované tyčinkami a kužeľmi, ktorých štruktúra je spôsobená vysokou citlivosťou. Ten umožňuje fotoreceptorom premieňať svetelné impulzy, ktoré prichádzajú zvonku, na signály, ktoré dokáže nervový systém identifikovať.

Tyčinky a čapíky sú umiestnené vo vonkajšej vrstve sietnice a ich štruktúra je takmer rovnaká a pozostávajú z nasledujúcich oblastí:

Sietnica obsahuje veľká kvantita prúty skôr ako kužele. Počet prvých je 120 miliónov a druhých 6-7 miliónov.

Tyčinky: vlastnosti fotoreceptorov

Ich veľkosť je 50x3 mikróny.

Tyčinky, ktoré sú tenké a predĺžené, sú rovnomerne rozmiestnené po celej oblasti sietnice. Výnimkou je centrálna jamka, ktorá obsahuje hlavne kužele. Sú umiestnené tesne, preto je v tejto oblasti zaznamenaná vysoká zraková ostrosť. Pri paličkách vyšší level fotocitlivosť, vďaka ktorej sú schopné reagovať aj na osvetlenie s nízkou intenzitou.

Tieto fotoreceptory oka fungujú, aj keď dostanú 1 fotón energie. Tieto prvky sa vo väčšej miere podieľajú na vnímaní okolitého sveta v noci a za šera.

Tyčinky obsahujú iba jeden vizuálny pigment – rodopsín, ktorý nerozlišuje farby. Rodopsín tiež nie je schopný pohotovo reagovať na podnety vo forme jasných svetelných signálov, zatiaľ čo čapíkove pigmenty takúto schopnosť majú.

Tyčinky svojím tvarom pripomínajú valec s rovnakým priemerom po celej dĺžke fotoreceptora. Dĺžka prvku je takmer 30-krát väčšia ako jeho priemer. To prispieva k tomu, že tvar palíc je predĺžený.

rodopsín

Pod týmto názvom je známa skupina pigmentov, ktoré sú vo svojej štruktúre proteínové. Patria do skupiny chromoproteínov. Látka má jasne červenú farbu, vďaka ktorej dostala svoje druhé meno - vizuálna fialová. Početné štúdie dokázali, že pigment má presne túto farbu.

Takto sú tyčinky a čapíky umiestnené v ľudskom oku.

Zloženie retinálneho proteínu rodopsínu zahŕňa nasledujúce zložky:

Bezfarebný proteín;
Žltý pigment.

Keď je orgán videnia vystavený svetlu, rodopsín sa rozkladá, zatiaľ čo jeden z produktov rozpadu vyvoláva vizuálne vzrušenie. Keď sa pigment obnoví, látka sa začne podieľať na vnímaní obrazov za súmraku a nočného osvetlenia. V podmienkach jasného svetla sa rodopsín degraduje s posunom smerom k modrému zornému poľu.

Úplné zotavenie rodopsínu sa uskutoční za pol hodiny a videnie za šera počas tohto obdobia dosiahne maximálnu jasnosť. To znamená, že človek začína v tme vidieť čoraz jasnejšie.

Vlastnosti kužeľov

Rozmery kužeľov sú 60x1,5 mikrónu.

Tento typ vizuálnych fotoreceptorov dostal svoje meno vďaka podobnosti s rovnomennou nádobou, ktorá sa používa pre laboratórne potreby.

Vo vonkajšej vrstve čapíkov sú membránové disky naplnené farebným pigmentom jodopsínom. Ten je rozdelený do niekoľkých odrôd a vďaka tomu je zabezpečená absolútna citlivosť kužeľov vo vzťahu k rôznym častiam svetelného spektra.

V závislosti od dominancie rôzne odrody kužele sú rozdelené do troch typov pigmentových prvkov, pomocou ktorých orgány videnia ľudí rozlišujú celé spektrum farieb. Mimochodom, šišky nie sú ovplyvnené, pretože sú analyzátorom, nie farbivom.

Dôslednosť práce všetkých z nich umožňuje vnímať obrazy v celej škále farieb. Ak sa tak nestane, môžu sa vyvinúť rôzne druhy... V prípade vrodeného nedostatku kužeľov, alebo skôr neprítomnosti jednej z pigmentových odrôd v očiach, sa vyvíja.

Ako funguje sietnica?

Fotoreceptory v ľudskom oku sa nachádzajú v časti oka nazývanej sietnica. Kužele a tyčinky v ňom zaberajú svoje miesto - na nervových tkanivách, ktoré sú súčasťou sietnica... To umožňuje, aby sa prichádzajúce svetelné lúče premenili na súbor nervových signálov.

Štruktúra sietnice s kužeľmi a tyčinkami

Sietnica prijíma obraz premietaný šošovkou a oblasťou očnej rohovky. Ďalej pozdĺž zrakovej dráhy sa prenáša do mozgu vo forme nervových impulzov.

Štruktúra orgánov zraku je preto dokonalá a zložitá plný kurz spracovanie informácií z vonkajšieho sveta trvá niekoľko okamihov.

Leví podiel na sietnicových fotoreceptorových bunkách sa nachádza v, čo je centrálna časť sietnice. Táto oblasť sa tiež nazýva "žltá škvrna oka" kvôli tomu, že má žltkastý odtieň.

Funkcie vykonávané kužeľmi a tyčami

Činnosť čapíkov a tyčiniek je koordinovaná a skutočnosť, že ich funkcie sú trochu odlišné, umožňuje človeku vnímať svet kvalitatívne, v plnom rozsahu. Dva typy fotoreceptorov sietnice zrakového orgánu sa navzájom dopĺňajú vo svojich funkciách, čo zaisťuje schopnosť jasne, jasne a jasne vnímať obrázky zvonku, správne rozlišovať farby.

Zároveň vinou fotoreceptorov napr vážna choroba, ako, alebo jeho dôsledok -.

Bez koordinovanej činnosti tyčiniek a čapíkov nedôjde k neprerušovanej, správnej činnosti sietnice. Z tohto dôvodu sú oba typy fotoreceptorov rovnako dôležité pre normálne videnie.

Tyče majú maximálnu citlivosť na svetlo, čo zaisťuje ich odozvu aj na tie najmenšie externé svetelné záblesky. Receptor tyčiniek začne pôsobiť aj vtedy, keď dostane energiu v jednom fotóne. Táto funkcia umožňuje prútikom poskytovať videnie za šera a pomáha vidieť predmety čo najjasnejšie vo večerných hodinách.

Keďže však tyčinky sietnice obsahujú iba jeden pigmentový prvok, označený ako rodopsín alebo vizuálna fialová, odtiene a farby sa nemôžu líšiť. Proteín tyčinky je rodopsín a nemôže reagovať tak rýchlo na svetelné podnety ako pigmentové prvky čapíkov.

Šišky

Koordinovaná práca tyčí a kužeľov, napriek tomu, že ich štruktúra je výrazne odlišná, pomáha človeku vidieť všetku okolitú realitu v plnom kvalitatívnom rozsahu. Oba typy sietnicových fotoreceptorov sa vo svojej práci navzájom dopĺňajú, čo prispieva k získaniu najjasnejšieho, najjasnejšieho a najživšieho obrazu.

Šišky dostali svoj názov podľa toho, že ich tvar je podobný bankám používaným v rôznych laboratóriách. Sietnica u dospelého človeka obsahuje asi 7 miliónov čapíkov.
Jeden kužeľ, podobne ako tyč, pozostáva zo štyroch prvkov.

Vonkajšia (prvá) vrstva sietnicových kužeľov je reprezentovaná membránovými kotúčmi. Tieto disky sú naplnené jódpsínom, farebným pigmentom.
Druhá vrstva sietnicových kužeľov je spojovacou vrstvou. Pôsobí ako zúženie, čo umožňuje vytvoriť určitý tvar tohto receptora.
Vnútornú časť kužeľov predstavujú mitochondrie.
V strede receptora je bazálny segment, ktorý funguje ako spojovací článok.

Jodopsín je rozdelený do niekoľkých typov, čo umožňuje zabezpečiť plnú citlivosť kužeľov zrakovej dráhy počas vnímania. rôzne časti svetelného spektra.

Podľa dominancie odlišné typy pigmentové prvky, všetky kužele možno rozdeliť do troch typov. Všetky tieto typy kužeľov fungujú v zhode a to umožňuje človeku s normálnym zrakom oceniť celú bohatosť odtieňov predmetov, ktoré vidí.

Štruktúra sietnice

V všeobecná štruktúra sietnicové tyčinky a čapíky zaujímajú veľmi určité miesto. Prítomnosť týchto receptorov na nervové tkanivo, z ktorých je sietnica zložená, pomáha rýchlo premieňať prijatý svetelný tok na súbor impulzov.

Sietnica prijíma obraz, ktorý je premietaný očnou rohovkou a šošovkou. Potom sa spracovaný obraz vo forme impulzov dostane pomocou zrakovej dráhy do zodpovedajúcej časti mozgu. Komplexná a plne vytvorená štruktúra oka umožňuje úplné spracovanie informácií v priebehu niekoľkých okamihov.

Väčšina fotoreceptorov je sústredená v makule - centrálny región sietnica, ktorá sa pre svoj žltkastý odtieň nazýva aj tzv makulárna oči.

Funkcie tyčí a kužeľov

Špeciálna štruktúra tyčiniek umožňuje fixovať najmenšie svetelné podnety pri najnižšom stupni osvetlenia, no zároveň tieto receptory nedokážu rozlíšiť odtiene svetelného spektra. Šišky nám na druhej strane pomáhajú vidieť a oceniť všetko bohatstvo farieb sveta okolo nás.

Napriek tomu, že v skutočnosti majú tyčinky a čapíky rôzne funkcie, iba koordinovaná účasť oboch skupín receptorov môže zabezpečiť nepretržitý chod celého oka.

Obidva fotoreceptory sú teda pre nás dôležité vizuálna funkcia... To nám umožňuje vždy vidieť spoľahlivý obraz bez ohľadu na poveternostné podmienky a dennú dobu.

Rodopsín - štruktúra a funkcia

Rodopsín je skupina vizuálnych pigmentov, štruktúrne proteín príbuzný chromoproteínom. Jeho názov rodopsín, alebo vizuálna fialová, dostal svoj jasne červený odtieň. Fialové sfarbenie sietnicových tyčiniek bolo objavené a dokázané v mnohých štúdiách. Proteín sietnice rodopsín pozostáva z dvoch zložiek – žltého pigmentu a bezfarebného proteínu.

Vplyvom svetla sa rodopsín rozkladá a jeden z produktov jeho rozkladu ovplyvňuje vzhľad vizuálneho vzrušenia. Redukovaný rodopsín pôsobí v šere a proteín je v tomto čase zodpovedný za nočné videnie. Pri jasnom svetle sa rodopsín rozkladá a jeho citlivosť sa posúva do modrej oblasti videnia. Proteín sietnice rodopsín sa u ľudí úplne obnoví približne za 30 minút. Počas tejto doby dosiahne súmrak videnie maximum, to znamená, že človek začne v tme vidieť všetko jasnejšie.