Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    368c03d40464aabd0f5f9b24ca76c89f

    Здоровый человек даже не задумывается о значимости глаз в системе человеческого организма. Попробуйте закрыть глаза и посидите несколько минут, и сразу жизнь теряет свой привычный ритм, мозг, не получая импульсы, посылаемые сетчаткой глаза, находится в недоумении, ему сложно управлять другими органами, например, опорно-двигательным аппаратом.

    Если описать работу глаз доступным человеку языком, то получится, что луч света, попадая на роговицу и хрусталик глаза, преломляется, проходит через прозрачную жидкую массу (стекловидное тело) и попадает на сетчатку глаза. Сетчатка представляет собой прослойку между глазной оболочкой и стекловидной массой. Состоит она из десяти слоев, каждый из которых выполняет свою функцию.

    В сетчатке имеются два вида сверхчувствительных клеток – палочки и колбочки. Световой импульс попадает на сетчатку, и содержащееся в палочках вещество меняет свой окрас. Эта химическая реакция возбуждает зрительный нерв, который передает раздражающий импульс в мозг.

    Строение глаза: схема

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Несмотря на то что глаз занимает так мало места, он содержит множество анатомических структур, благодаря которым мы имеем способность видеть. Орган зрения практически напрямую связан с головным мозгом, и с помощью специального исследования офтальмологи видят пересечение зрительного нерва. Глазное яблоко имеет форму шара и располагается в специальной выемке – орбите, которую образуют кости черепа. Чтобы понять, для чего нужны многочисленные структуры органа зрения, необходимо знать строение глаза. Схема показывает, что глаз состоит таких образований, как стекловидное тело, хрусталик, передняя и задняя камеры, зрительный нерв и оболочки. Снаружи орган зрения покрывает склера — защитный каркас глаза.

    Как работают фоторецепторы

    Функционирование колбочек и восприятие ими различных цветов и оттенков до сих пор не имеет общепризнанного научного объяснения. Но на сегодняшний день существует две основные гипотезы, описывающие эти процессы.

    Трехкомпонентная гипотеза зрения

    Сторонники этой гипотезы утверждают, что в сетчатке глаза человека имеется три разных вида колбочек, в каждом из которых содержится определенный пигмент. Дело в том, что йодопсин – это неоднородное вещество, есть три его разновидности. Из них лишь два – эритролаб и хлоролаб – найдены и описаны учеными. Третий пигмент, цианолаб, существует лишь в теории, и его присутствие подтверждается лишь косвенными доказательствами.

    Колбочки сетчатки глаза, содержащие эритролаб, принимают длинноволновое излучение, то есть желто-красную часть спектра.

    Волны средней длины поглощаются хлоролабом, и рецепторы, в которых он находится, видят желто-зеленую часть спектра.

    Логично, что должны существовать и фоторецепторы, воспринимающие коротковолновое излучение (синие оттенки), поэтому наличие цианолаба в светочувствительных клетках третьего типа весьма вероятно.

    Нелинейная двухкомпонентная теория

    Эта теория, наоборот, отрицает наличие третьего пигмента, цианолаба. Она предполагает, что для восприятия данной части спектра излучения достаточно работы палочек. Таким образом, сетчатка воспринимает все видимые цвета при совместном функционировании обоих видов фоторецепторов. Причем, сторонники этой гипотезы подчеркивают, что эти чувствительные структуры способны определить содержание желтого цвета в смеси видимых оттенков.

    Оболочки глаза

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Склера выполняет функцию защиты глазного яблока от повреждений. Она является наружной оболочкой и занимает около 5/6 поверхности органа зрения. Часть склеры, которая находится снаружи и выходит непосредственно к окружающей среде, называется роговицей. Ей присущи свойства, благодаря которым мы имеем способность чётко видеть окружающий мир. Основные из них – это прозрачность, зеркальность, влажность, гладкость и способность пропускать и преломлять лучи. Остальная часть наружной оболочки глаза – склера – состоит из плотной соединительнотканной основы. Под ней находится следующий слой – сосудистый. Средняя оболочка представлена тремя образованиями, расположенными последовательно: радужка, ресничное (цилиарное) тело и хореоидея. Помимо этого, сосудистый слой включает зрачок. Он представляет собой небольшое отверстие, не покрытое радужной оболочкой. Каждое из этих образований имеет собственную функцию, которая необходима для обеспечения зрения. Последний слой – это сетчатая оболочка глаза. Она контактирует непосредственно с головным мозгом. Строение сетчатки глаза очень сложно. Это связано с тем, что она считается самой важной оболочкой органа зрения.

    Ганглионарный слой сетчатки отвечает за синхронизацию циркадных ритмов

    Свет для нас — это не только непосредственный источник и носитель зрительной информации. Это еще и регулятор жизненных циклов и даже катализатор биохимических реакций в коже. Причем для регуляции околосуточных (циркадных, циркадианных) ритмов, синхронизируемых центром в гипоталамусе, требуется исключительно «квантованная» бинарная информация по принципу есть/нет, вкл./выкл.

    Такой биологический механизм есть даже у одноклеточных фотосинтезирующих водорослей, обладающих способностью двигаться по направлению к источнику света, а для них — и жизненной энергии. Это обеспечивается наличием простейшего светочувствительного «глазка». У многоклеточных сохраняется эта способность. Сначала на орган зрения была выделена одна из клеток, а затем он превратился в двуклеточные — из воспринимающей и подлежащей клетки, наподобие пигментного эпителия сетчатки глаз более развитых собратьев.

    У человека зрительная информация составляет 97% от всей информации, регистрируемой органами чувств. Не удивительно, что наш глаз представляет из себя сложнейшую систему, причем особенно точно устроена его «воспринимающая» часть — сетчатка. Регистрирующие за счет пигмента свет клетки — палочки и колбочки — рассеяны по всей её поверхности. Они формируют нервный импульс, преобразуя энергию света в электрическую, а затем уже этот импульс передается сначала на коленчатые тела таламуса — подкорковый центр зрительного анализатора — и только потом в соответствующий центр коры больших полушарий.

    Оказывается, наш глаз способен регистрировать и «незрительную» световую информацию, причем альтернативным способом.

    Сетчатка и ганглионарные клетки

    В сетчатке имеются три радиально расположенных слоя нервных клеток и два слоя синапсов.
    Как «побочный» продукт… →

    Это выяснилось в результате наблюдения за абсолютно слепыми людьми, сохранившими способность воспринимать свет в качестве «незрительной» информации. Предварительные опыты на мышах также свидетельствуют в пользу различных механизмов восприятия «зрительной» и «незрительной» составляющих, поскольку даже в отсутствие палочек и колбочек они сохраняли способность синхронизировать циркадианные ритмы.

    Выяснилось, что у млекопитающих за это отвечают клетки ганглионарного слоя сетчатки.

    Только в отличие от палочек, чувствительных ко всему диапазону волн видимого света, они больше похожи на колбочки, которые воспринимают только одну составляющую в зависимости от пигмента (синий, зеленый или красный).

    Палочки и колбочки

    Палочки — один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза, названый так за свою цилиндрическую форму. Палочки более чувствительны к… →
    Ганглионарные клетки регистрируют фотоны света с длиной волны около 480 нанометров, что соответствует видимой синей части спектра.

    Для того чтобы изучить

    этот механизм у людей, Фархан Зайди из Имперского колледжа Лондона и его коллеги из Гарварда, Оксфорда и Университета имени Томаса Джефферсона подобрали пациентов с функционально сохранным ганглионарным слоем при утративших свои функции палочках и колбочках.

    На самом деле гибель фоторецепторных клеток практически всегда влечет за собой и гибель ганглионарного слоя. Но ученым всё-таки удалось найти двух пациентов, ставших исключением. Именно благодаря им учёным удалось выяснить роль незрительных рецепторов.

    У первого пациента офтальмологи измеряли уровень секреции мелатонина в зависимости от уровня света, при этом сравнивая эффект от света с длиной волны 555 нм с влиянием света 480 нм, специфичного для ганглионарных клеток. Длина волны в 555 нанометров соответствует зелёному цвету, эффективнее всего воспринимаемому палочками и колбочками и одновременно — и, вероятно, неспроста — максимуму в привычном спектре излучения Солнца.

    Мелатонин — один из гормонов-регуляторов околосуточных ритмов, концентрация которого в крови повышается в дневное время.

    Как оказалось, возросла она и в ответ на свет с длиной волны в 480 нм, причем в несколько раз больше, чем на 555 нм.

    Более того, синий цвет стимулировал циркадианный центр гипоталамуса.

    Вся его нервная система стала лучше и быстрее работать — уменьшилась задержка реакции и усилилась активность мозга. Все это произошло в ответ на синий свет, но не на самый воспринимаемый фоторецепторами зеленый.

    У второй пациентки им удалось добиться «ощущения света».

    При разном освещении ее просили рассказать, чувствует ли она что-нибудь. Именно при синей лампе она отметила странное чувство света. Ученые интерпретируют эту способность ганглионарных клеток регистрировать освещение как альтернативу палочкам и колбочкам.

    С физической точки зрения именно синий цвет и должен обладать таким свойством — ведь его фотоны обладают наибольшей энергией и могут донести информацию, когда остальные не достигли своей цели.

    Новый исполнитель циркадианных ритмов

    Тем временем, кембриджские хронобиологи и ботаники предложили новую модель регуляции внутренних биологических часов, а вместе с ними и циркадианных… →
    Гораздо интереснее биологический смысл этой системы, ведь это не просто рудимент или атавизм, доставшийся нам от первых многоклеточных с их простыми глазками. Это часть сложнейшей регуляции суточных ритмов, включающей гормональные перестройки, изменение активности мозга, работы центров кровоснабжения и дыхания. Хронобиологи даже в работах на растениях отмечают ключевую роль синего, а не какого-либо другого света в регуляции не только циркадианных, но и круглогодичных циклов.

    Впрочем, как раз биологический смысл остался за рамками работы Зайди и его коллег. Возможно, дело в том, что синий цвет гораздо лучше рассеивается в атмосфере и оттого регулирование циркадианных ритмов не требует непосредственного нахождения под солнцем. Кроме того, свет этих длин волн гораздо интенсивней в спектре Луны, освещающей эволюцию всей жизни с самого её зарождения.

    Строение сетчатки глаза

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Внутренняя оболочка органа зрения является составляющей частью мозгового вещества. Она представлена слоями нейронов, которые устилают глаз изнутри. Благодаря сетчатой оболочке мы получаем изображение всего, что находится вокруг нас. На ней фокусируются все преломлённые лучи и составляются в чёткий предмет. 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.

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Видео о том, как выглядят колбочки и палочки сетчатки

    В видео демонстрируется условная семантическое изображение сетчатки. Она состоит исключительно из фоторецепторов и нескольких слоев нервных клеток. Этот орган содержит порядка 7 млн. колбочек и 130 млн. палочек.

    Размещены они неравномерно, в них протекают сложные фотохимические процессы, а также возникает возбуждение на свет самого днища, благодаря чему человек имеет прекрасную возможность видеть. Если вас заинтересовало подробнее строение, то я рекомендую досмотреть видео до конца.

    Функции палочек и колбочек

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Эти клетки расположены на сетчатой оболочке глаза и необходимы для того, чтобы видеть. Палочки и колбочки являются преобразователями чёрно-белого и цветного зрения. Оба вида клеток выступают в качестве светочувствительных рецепторов глаза. Колбочки названы так из-за своей конической формы, они являются связующим звеном между сетчатой оболочкой и центральной нервной системой. Основная их функция – это преобразование световых ощущений, получаемых из внешней среды, в электрические сигналы (импульсы), обрабатываемые головным мозгом. Специфичность к распознаванию дневного света принадлежит колбочкам благодаря содержащемуся в них пигменту – йодопсину. Это вещество имеет несколько видов клеток, которые воспринимают различные части спектра. Палочки являются более чувствительными к свету, поэтому их основная функция сложнее – обеспечение видимости в сумерках. Они тоже содержат пигментную основу – вещество родопсин, которое обесцвечивается при попадании солнечных лучей.

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Общая картина палочек

    Данные фоторецепторные клетки распространены в огромном множестве по сетчатке глаза, количество их составляет от 115 до 120 миллионов. Эти клетки имеют форму цилиндров, из-за чего и были условно названы. Их длина небольшая, примерно в 30 раз больше диаметра.

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Наиболее существенным отличием от других клеток является то, что в их состав входит родопсин – зрительный пигмент, принадлежащий группе хромопротеинов, с помощью которого достигается наибольшая световая чувствительность глаза. Он выделяется красным оттенком, что было выяснено во время различных анализов и изучений. Родопсин делится на белок, не имеющий цвета, и желтый пигмент.

    Основным является то, что он отвечает на световые частицы распадом и раздражением зрительного нерва. В дневное время суток чувствительность перемещается в синюю зону, а в ночное преобразуется зрительный пурпур в течение получаса, который не способен отличать цвета, однако прекрасно улавливает маленькие вспышки света с энергией в один фотон.

    Вам может быть интересно: Медицинские и народные методы лечения при разрыве сетчатки глаза

    К тому времени, как все полностью перестроится, орган адаптируется к тусклому свету и начинает четче видеть, при этом данный процесс считается лучшим для глаза. Строение палочек заключается в четырех составляющих:

    1. Мембранные диски.
    2. Реснички.
    3. Митохондрии.
    4. Нервная ткань.

    Важно! Палочки действительно слишком светочувствительны и нужно всего лишь один фотон чтобы произошла реакция. Благодаря мельчайшим элементарным частицам света человек способен видеть неплохо даже в сумерках!

    Вас может заинтересовать: Причины воспаления сетчатки глаз и как это быстро устранить?

    Строение палочек и колбочек

    Своё название эти клетки получили благодаря своей форме – цилиндрической и конической. Палочки, в отличие от колбочек, располагаются больше по периферии сетчатки и практически отсутствуют в макуле. Это связано с их функцией – обеспечением ночного видения, а также периферических полей зрения. Оба типа клеток имеют схожее строение и состоят из 4 частей:

    1. Наружный сегмент – в нём находится основной пигмент палочки или колбочки, покрытый оболочкой. Родопсин и йодопсин находятся в специальных ёмкостях – дисках.

      Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    2. Ресничка – часть клетки, которая обеспечивает взаимосвязь между наружным и внутренним сегментами.
    3. Митохондрии – они необходимы для энергетического обмена. Помимо этого, в них расположены ЭПС и ферменты, обеспечивающие синтез всех клеточных компонентов. Всё это находится во внутреннем сегменте.
    4. Нервные окончания.

    Количество светочувствительных рецепторов на сетчатке сильно различается. Палочковые клетки составляют около 130 миллионов. Колбочки сетчатки значительно уступают им в количестве, в среднем их насчитывается примерно 7 млн.

    Колбочки

    Периферические отростки условно-конической формы. Этот тип клеток преобразует световые сигналы в нервные импульсы. В состав колбочек входит пигмент йодопсин, состоящий из хлоролаба, реагирующего на жёлто-зелёную часть спектра и эритролаба, реагирующего на жёлто-красный участок спектра.

    По размеру колбочки меньше палочек — их длина ~ 0 мкм, а диаметр — 2-4 мкм. Колбочки на несколько порядков слабее воспринимают свет, чем палочки, но зато лучше реагируют на быстрые движения.

    В структуру колбочки входят

    • наружный сегмент с постоянно обновляемыми и возникающими мембранными полудисками;
    • связующий отдел;
    • внутренний сегмент (включает ядро, митохондрии и полирибосомы);
    • синаптическую область, образующую синапсы с биполярными клетками.

    Особенности передачи световых импульсов

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Палочки и колбочки способны воспринимать световой поток и передавать его в ЦНС. Оба типа клеток способны работать в дневное время. Отличием является то, что светочувствительность колбочек гораздо выше, чем палочек. Передача полученных сигналов осуществляется благодаря интернейронам, к каждому из которых присоединяется несколько рецепторов. Объединения сразу нескольких палочковых клеток делают чувствительность органа зрения значительно большей. Такое явление получило название «конвергенция». Она обеспечивает нам обзор сразу нескольких полей зрения, а также способность улавливать различные движения, происходящие вокруг нас.

    Строение рецепторов

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Палочки в радужном зрении не участвуют и отвечают за видимость и различие предметов в сумерках.
    Анатомия рецепторов:

    • наружное поле (диск);
    • связующую зону;
    • внутреннюю;
    • базальная зона.

    В длину одна палка 0,06 миллиметров, а диаметр — 0,002 мм. Эти фоторецепторы глаза крайне светочувствительны. Они воспринимают максимальное количество волн света, что предоставляет человеку возможность различать предметы в темное время суток. В рецепторах присутствует родопсин или зрительный пурпур, который содержится на мембранных дисках. В желтом пятне палочек практически нет. Под воздействием лучей он раздражается и помогает улавливать свет в ночное время.

    Колбочки по строению схожи с палочками:

    • наружная зона;
    • связующая (перетяжка);
    • внутренняя;
    • базальная.

    Длина рецепторов — 0,05 мм, а диаметр в широкой зоне составляет 0,004 мм. В дисках колбочек содержится йодопсин. Благодаря ему светочувствительные рецепторы обрабатывают поступающее изображение и изменяют его в нейронный импульс. Такая работа обеспечивает дневное видение и более точное изображение реальности. Колбочки улавливают красный и зеленый оттенков. Различают 3 вида йодопсина: эритролаб, хлоролаб цианолаб. Каждый из них отвечает за различие одного из 3-х основных оттенков: синего, красного и зеленого. Но если первые 2 вида были официально найдены учеными, то цианолаб еще не открыт, но уже имеет название.

    Что такое и какое значение имеют палочки и колбочки сетчатки глаза?

    Теория о двухкомпонентном восприятии основывается на том, что колбочка способна воспринимать 2 цвета – красный и зеленый.

    Существует теория о двухкомпонентном восприятии цветов. Так как цианолаб еще не был найден, то приверженцы этой теории считают, что эритролаб и хлоролаб дают возможность глазу различать красный и зеленый спектры, а синий оттенок глаз улавливает с помощью выцветших родопсин (пигмента палочек). Эту гипотезу подтверждают исследования людей, что не различают синие цвета и плохо ориентируются в темноте.

    Способность к восприятию цветов

    Оба вида рецепторов сетчатки необходимы не только, чтобы различать дневное и сумеречное зрение, но и определять цветные картинки. Строение глаза человека позволяет многое: воспринимать большую площадь окружающей среды, видеть в любое время суток. Кроме того, мы имеем одну из интересных способностей – бинокулярное зрение, позволяющее значительно расширить обзор. Палочки и колбочки участвуют в восприятии практически всего цветового спектра, благодаря чему люди, в отличие от животных, различают все краски этого мира. Цветное зрение в большей степени обеспечивают колбочки, которые бывают 3-х видов (коротко-, средне и длинноволновые). Тем не менее палочки тоже имеют способность к восприятию небольшой части спектра.

    Механизм восприятия

    Палочки работают в изумрудно-зеленой спектральной зоне с длиной волны до 498 нм. Остальные участки воспринимают колбочки, но они чувствительны не только к своим цветам. Длинноволновые и средневолновые рецепторы также реагируют и на другие, просто менее активно. Так как ночью фотонный поток минимален, то распознают его лишь палочки, поэтому человек видит в монохроме и цвета не различает.

    При попадании на сетчатку лучей разрушается под действием йодопсина и родопсина. Зрительные пигменты раздражаются и преобразовывают свет в нейронный импульс. Палочки образуют слой нервных волокон. По ним передается импульс от рецепторов в зрительный нерв. Под влиянием света происходит распад пигментов в рецепторах. Их восстановление происходит благодаря белку, который в них содержится. Возобновление белка занимает около 30 минут. Этого времени хватает для полного отображение окружающей среды.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *