Фотохимические характеристики зрения

Человеческий глаз чувствителен к определенной части спектрального излучения, получившей название света или видимого спектра. Наиболее эффективной является зрительная реакция при длине волн, находящихся около середины видимого спектра. Воздействие различной длины волн уменьшается при приближении к границам видимого спектра. Кривая, отражающая данное явление, получила название кривой светлости или кривой видимости. Различают две кривые светлости: для скотопического (палочкового) и фотопического (колбочкового) зрения. Эти кривые получаются методом сравнения при воздействии различной длины волн путем регулирования их интенсивности. Максимум фотопической кривой равен 554 нм, а максимум скотопической кривой расположен ближе к синему концу спектра, в области 511нм. Считается, что кривые светлоты связаны с поглощением зрительных пигментов — пурпуров, которые находятся в палочках и обладают спектром поглощения, сходным с кривой ночного зрения. Границы видимого спектра определены между 400 и 750 нм. При значительной стимуляции глаза видимый спектр может превышать вышеуказанные пределы. В видимом спектре от 550 до 750 нм чувствительность палочек падает быстрее, чем чувствительность колбочек.

Чувствительность к инфракрасному излучению. Волны длиннее, чем волны красного видимого спектра, названы инфракрасными. Изменения инфракрасного излучения охватывают диапазон до 1050 нм. Красная часть спектра имеет самую высокую чувствительность в фовеальной области сетчатки.

Инфракрасное излучение, воспринимаемое периферией сетчатки, является бесцветным. Совпадение фовеальной и периферической функций глаза происходит лишь в зоне волн 675—740 нм.

Для видимого спектра расширение границ путем увеличения силы (энергии) раздражения небезгранично. При определенных условиях глаз может быть невосприимчив к лучевой энергии. Порог чувствительности для палочек при длине волны в 510 нм составляет 1,85-10~¹⁶ кал на 1 см²/с. При длине волн 1050 нм чувствительность сетчатки в 3,3-10¹² раза меньше, чем при длине волн 510 нм. При длине волн 1050 нм порог чувствительности равен 0,00061 кал.на 1 см²/с. В пределах от 1150 до 1200 нм спектра лежит граница, когда лучистая энергия воспринимается как тепло и перестает быть видимой.

Функции колбочек и цветовое зрение. Рассматривая вопросы избирательной чувствительности рецепторов (колбочек и палочек), следует остановиться на природе и теориях цветового зрения. В отношении функционирования колбочек, расположенных в области ямки, существует две теории — однокомпонентная и трехкомпонентная. Согласно однокомпонентной теории все рецепторы возбуждаются на полный световой спектр. Трехкомпонентная теория предполагает наличие рецепторов, реагирующих на красный, зеленый и синий спектр (рис. 7). Дополнительно к этим теориям предложена полихроматическая теория Гранита и гипотеза пучков Хартриджа. По мнению Гранита, существует не три рецептора, а много, и они чувствительны каждый к одной полосе частот светового спектра.

Согласно теории пучков Хартриджа рецепторы объединяются: в одной точке сетчатки — доминаторы (господствующие), в другой точке — рецепторы к восприятию синего цвета, в третьей— чувствительные к зеленому. Многие ученые сходятся во мнении, что колбочки играют существенную роль в реакциях доминаторов. В условиях избирательной адаптации доминатор может разделяться на несколько модуляторов.

В настоящее время считается, что группа рецепторов-домина-торов активируется белым светом, а группы рецепторов-модуляторов реагируют на свет, близкий к длинам волн 430, 460, 500, 520, 580 и 600 нм.

Темновая и световая адаптации. Способность человеческого глаза приспосабливаться к темноте известна людям как темновая адаптация. Человеческий глаз также приспосабливается к различным уровням освещенности. Эта приспособляемость получила название световой адаптации. Темновая и световая адаптации вырабатывались у человека постепенно к смене дня и ночи, темноты и яркости освещения, как сумрачное и дневное зрение.

Механизм адаптации палочек и колбочек различен. Соотношение между уровнем колбочкового и палочкового зрения, а также крайние значения световых интенсивностей у слабовидящих детей отличаются от лиц с нормальным зрением. В этой связи следует для развития и обучения слабовидящих подбирать более благоприятный режим освещенности от угловой величины солнца, времени суток и года и одновременно проводить коррекцию зрения оптикой и эффективным освещением.

Минимум световой энергии. Для того чтобы вызвать эффект ощущения порогового раздражения, необходимо определить абсолютное количество световой энергии. Для достижения абсолютного порога зрительной реакции необходимо малое количество энергии. Однако до поступления раздражения на пути к сетчатке происходит потеря световой энергии. При отражении лучей от роговой оболочки потеря составляет около 4%. Значительная потеря происходит в глазных средах между наружной поверхностью роговой оболочки и сетчаткой. Подсчитано, что в конечном итоге энергия, достигающая сетчатки, составляет от 4 до 20% от всей падающей энергии на роговицу глаза.

Сетчатка является в высокой степени чувствительным образованием. Различная чувствительность палочек и колбочек определяет различную их роль в 'зрении. Палочки раздражаются вечером л ночью, когда количество световой энергии ничтожно: таким образом, они являются аппаратом ночного зрения. Колбочки же не участвуют в ночном зрении. Они раздражаются дневным светом и, в частности, воспринимают электромагнитные колебания в диапазонах волн, вызывающих ощущения цвета. В пользу теории двойственности зрения, настаивающей на том, что палочки и колбочки представляют два самостоятельных аппарата зрения, говорит тот факт, что в сетчатке дневных птиц (куры, голуби) имеются почти только колбочки, а в сетчатке ночных животных и птиц (совы, летучие мыши) — почти только палочки.