8 августа отмечался Международный день офтальмологии – области медицины, которая занимается изучением строения и свойств человеческого глаза. Ученый Пермского Политеха рассказал, с какой скоростью зрительные нервы передают информацию в мозг, что общего у роговицы акулы с нашей, какие болезни диагностируют по состоянию сетчатки, как видят люди без хрусталика, почему голубоглазые реже страдают от катаракты и правда ли, что наш сон регулирует «третий глаз».
Глаза работают со скоростью домашнего интернета
Сетчатка глаза содержит около 120 миллионов палочек – рецепторов, отвечающих за черно-белое зрение, и 6 миллионов колбочек, нужных для цветового восприятия. Сначала они улавливают свет, а затем преобразуют его в электрический сигнал, который направляется к зрительным нервам.
— Они ежесекундно передают в мозг около 20 мегабит таких сигналов с информацией — это можно сравнить со скоростью хорошего домашнего интернета. Столь молниеносная реакция достигается за счет колоссального количества нервных волокон — до 1,7 миллиона штук в каждом глазу, — рассказывает старший научный сотрудник кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат медицинских наук Валерий Литвинов.
В мозге электрические сигналы обрабатываются и превращаются в целостную картинку — именно здесь из набора световых точек формируются объекты и детали, которые мы видим осознанно.
Зрение расходует больше половины ресурсов мозга
На зрение расходуется около 65 % ресурсов мозга. Эта цифра отражает колоссальную вычислительную работу, которую орган выполняет постоянно, чтобы преобразовывать хаотичный поток света в осмысленную картину мира.
— Причина кроется в сложности самого процесса. Зрение — это не просто «фотографирование», а активное конструирование реальности на основе предшествующего опыта. Мозг не только принимает сигналы от глаз, но и постоянно строит прогнозы о том, что должно быть увидено, корректируя их на основе поступающих данных. Когда он натыкается на незнакомое место, странное явление или необычный объект, тратится огромное количество энергии — поэтому мы и устаем от новой информации, — объясняет Валерий Литвинов.
Роговицу акулы можно пересаживать людям
— Основу роговицы составляет коллаген — особый белок, который обеспечивает прочность и прозрачность. У акулы он имеет уникально низкую молекулярную массу, как и у человека, что делает наши глаза удивительно похожими по строению, — делится Валерий Литвинов.
Эту особенность ученые связывают с тем, что зрительные органы человека могли достаться нам в наследство от этих подводных хищников, чья конструкция оказалась настолько удачной, что почти не менялась миллионы лет.
— Настолько сильное сходство позволило в некоторых странах, например, в Латинской Америке, использовать роговицу акулы в качестве донорского материала при трансплантациях в тех случаях, когда человеческая ткань была недоступна, а также применять ее как модель для тестирования новых лекарств, — отмечает ученый Пермского Политеха.
Без хрусталика глаз разрушился бы от ультрафиолета
— В норме хрусталик выполняет роль естественного фильтра, поглощая большую часть ультрафиолетового излучения. Если его удаляют по медицинским показаниям, то этот барьер исчезает. Рецепторы, которые отвечают за синий цвет, позволяют улавливать и часть УФ-спектра, из-за чего все предметы приобретают бледно-голубой отлив. Самый известный пример — художник Клод Моне, который после подобной операции начал видеть мир в необычных, синеватых оттенках, — рассказывает Валерий Литвинов.
Но из-за агрессивного воздействия такого света чувствительная сетчатка глаза постепенно разрушается. Ультрафиолет повреждает ДНК клеток и запускает каскад воспалительных реакций, что со временем приводит к необратимому ухудшению зрения.
— Поэтому сегодня при операциях по замене хрусталика в имплантируемые искусственные линзы добавляют специальные УФ-фильтры, чтобы сохранить эту защитную функцию и предотвратить повреждение тканей, — добавляет эксперт ПНИПУ.
По состоянию сетчатки глаза диагностируют диабет, гипертонию и опухоли
Сетчатка является единственной частью нервной системы, которую врачи могут увидеть без аппаратных обследований. Ее состояние служит надежным индикатором многих системных заболеваний.
— Нарушения здоровья неизбежно отражаются на внешнем виде глаз. При гипертонии хроническое повышенное давление приводит к сужению, уплотнению и извитости артерий, а в тяжелых случаях — к отеку зрительного нерва. При диабете высокий уровень сахара повреждает стенки мельчайших сосудов сетчатки: они истончаются, становятся хрупкими, начинают пропускать жидкость и кровь, что проявляется кровоизлияниями и желтыми твердыми отложениями — это одна из основных причин слепоты у взрослых. Что касается опухолей, они могут напрямую развиваться в оболочке глаза, изменяя ее цвет и структуру, — делится Валерий Литвинов.
Таким образом, глазное дно выступает своеобразным «окном» вглубь организма, позволяя врачу заподозрить серьезные заболевания задолго до появления выраженных симптомов.
Голубоглазые реже страдают от катаракты, чем кареглазые, но чаще теряют зрение из-за истончения сетчатки
Связь цвета глаз с возрастными заболеваниями объясняется ролью пигмента меланина, который определяет цвет радужки и одновременно служит естественным светофильтром.
— При катаракте хрусталик мутнеет — свет перестает проходить через него беспрепятственно, и на сетчатку попадает размытая, нечеткая картинка. Кареглазые чаще сталкиваются с этой проблемой, потому что их плотные, темные радужки сильнее нагреваются на солнце. Это может способствовать изменению структуры белков хрусталика, — объясняет Валерий Литвинов.
Голубоглазые защищены от подобных процессов низким содержанием меланина в их светлых радужках, из-за чего солнце не так сильно накаливает ткани зрительного органа. Однако эта же особенность повышает у них риск возрастной макулодистрофии.
— Макула — центральная область сетчатки, отвечающая за остроту зрения и световосприятие. Голубые глаза пропускают больше света, и вредное ультрафиолетовое излучение свободнее достигает сетчатки, с годами повреждая ее структуру. В результате в макуле накапливаются желтые отложения и постепенно разрушаются светочувствительные клетки, что ведет к необратимому ухудшению и потере центрального зрения. Именно поэтому людям со светлыми глазами особенно важно защищаться от ультрафиолета с помощью качественных солнцезащитных очков, — отмечает Валерий Литвинов.
Дополнительный третий глаз древних позвоночных превратился у нас в шишковидную железу
Около 500 миллионов лет назад у древних позвоночных существовало три светочувствительных органа — два боковых для навигации и третий, срединный глаз на макушке, который отслеживал уровень освещенности и помогал определять положение в пространстве.
— По мере эволюции боковые глаза исчезли, а структуры центрального органа разделились: одна часть превратилась в сетчатки современных глаз, а другая сохранилась в виде шишковидной железы, которая располагается в самом центре головного мозга. Она получает информацию о смене дня и ночи и регулирует наши суточные ритмы, вырабатывая гормон сна мелатонин, — поделился Валерий Литвинов.
Роговица глаза — единственный орган, который получает кислород прямо из воздуха
— В роговице нет кровеносных сосудов — это уникальная особенность, объясняющая ее прозрачность. Иначе она пропускала бы свет с искажениями, тенями и красными «ниточками», что сделало бы зрение нечетким и замутненным. Поэтому, в отличие от всех остальных органов, роговица получает кислород напрямую из воздуха, — говорит Валерий Литвинов.
Дополнительное питание идет за счет слезной жидкости и влаги из передней камеры глаза, что в норме позволяет ей оставаться абсолютно прозрачной.
— Прорастание сосудов в роговицу считается патологией, которая может возникнуть из-за длительного кислородного голодания, например, при постоянном ношении контактных линз или после травм и воспалений. Это приводит к помутнению и снижению зрения, вплоть до слепоты, и требует серьезного лечения, иногда даже пересадки тканей, — отмечает ученый ПНИПУ.
Глаза — это часть мозга, вынесенная наружу
Глаза действительно формируются из той же ткани, что и мозг.
— В ходе развития эмбриона от передней части будущего головного органа отпочковываются особые пузырьки. Из них впоследствии формируются сетчатка и зрительные нервы, — делится Валерий Литвинов.
Поэтому если представить мозг как мощный компьютер, то глаза — это его вынесенные наружу камеры, которые соединены с ним неразрывно и развиваются из одних и тех же клеток.
— Зрительный нерв, в отличие от тех, что идут к рукам или ногам, является прямым продолжением белого вещества мозга. Он окружен теми же оболочками и спинномозговой жидкостью. Именно поэтому любые изменения в головном органе могут отражаться на зрении, ведь они имеют общее происхождение и тесную связь. Например, при рассеянном склерозе иммунная система атакует оболочку нервов, в том числе зрительного, что вызывает внезапное ухудшение зрения, боль при движении глаз и нарушение световосприятия, — добавляет Валерий Литвинов.
Женщины моргают в два раза чаще мужчин
Средняя частота моргания у мужчин составляет около 15 раз в минуту, тогда как у женщин этот показатель может достигать 30 раз.
— Эстроген, женский половой гормон, влияет на все системы организма. Он определяет репродуктивное здоровье, внешность, работу мозга, состояние костей, сердца, настроение и в том числе активно участвует в регуляции центральной нервной системы. Он может увеличивать частоту моргания за счет повышения чувствительности нервных окончаний к нейромедиаторам, которые передают сигналы от нервов к мышцам. Когда уровень эстрогена высок, любое раздражение, например, сухость глаза или яркий свет, вызывает более частый рефлекторный ответ. Интересно, что при приеме препаратов, содержащих эстроген, женщины начинают моргать еще чаще, что является дополнительным доказательством того, что гормональный фон играет важную роль в регуляции этого, казалось бы, простого рефлекса, — делится Валерий Литвинов.
Источник и продолжение: https://pstu.ru/media/news/rabotayut-so-skorostyu-domashnego-interneta-uchenyy-permskogo-politekha-podelilsya-10-neozhidannymi-/?ysclid=mvuec3qril898734678
