Журнал "Здоровье" №1 (145) 1967

Зрение

Схема строения и функций зрительных клеток

Рисунок А. ГУРЕВИЧА

В июньском номере специального медицинского журнала за 1892 год появилась статья врача М. В. Савельева «Куриная слепота как следствие жирового голодания». Автор сообщал, что он наблюдал свыше 1 200 больных, страдающих куриной слепотой, причем 97 процентов из них не употребляли с пищей достаточного количества жиров. Врач Савельев добился поразительных по тому времени результатов лечения, прописывая больным рыбий жир или другие жиры.

Еще раньше, в 1823 году, любопытное наблюдение описал знаменитый чешский физиолог Ян Пуркинье. Впоследствии оно вошло во все учебники под названием «феномен Пуркинье»: днем красный и голубой цвета видны одинаково хорошо (вспомните красный мак и голубой василек), а вот в сумерках мак кажется почти черным, а василек остается все еще белесо-синим.

И, наконец, еще один давнишний научный факт, также имеющий прямое отношение к рассказу о зрительных клетках. В 1851 году немецкий естествоиспытатель Генрих Мюллер извлек из глаза лягушки сетчатку. Она оказалась розовато-пурпурной, но через минуту-другую на свету выцвела и стала белесой. Этот любопытный факт прошел незамеченным, о нем забыли, как это иногда случается в науке, и лишь через 25 лет он был заново открыт и положил начало систематическому исследованию удивительного красного вещества, от которого зависит наше зрение. Понадобилось почти столетие, чтобы понять и объяснить эти и многие другие наблюдения, раскрыть поразительные по своему совершенству и сложности процессы в механизме зрения.

Итак, что известно сегодня об этом механизме?

Солнечный луч коснулся роговицы глаза, преломился, попал в зрачок — живую диафрагму, был сфокусирован хрусталиком и оказался на розовато-пурпурной пленке, выстилающей изнутри глазное яблоко. Это сетчатка глаза — тончайшая пленка толщиной около двух десятых миллиметра. Она почти прозрачна, в ней поглощается около 5–6 процентов попадающего а глаз света. Остальной свет проходит насквозь и попадает на черный экран — так называемый пигментный эпителий. Словно на черной бархатной подстилке лежит на нем сетчатка. Под микроскопом можно увидеть, что она похожа на слоеный пирог. Несколько ее слоев — это нервные клетки и их отростки.

Зрение начинается в сетчатке, в ее первом слое зрительных клеток — палочках и колбочках. У каждого из нас около 130 миллионов палочек и 7 миллионов колбочек. Колбочки собраны в центре сетчатки и ответственны за цветное зрение. Палочкам, расположенным вокруг них, по периферии, обязано зрение своей уникальной чувствительностью к свету.

Астрономы древности знали: чтобы разглядеть на небе маленькую звезду, надо смотреть чуть-чуть мимо нее, как бы уголком глаза. При этом, как мы теперь понимаем, свет попадал не в центр сетчатки, а на периферию, где находятся палочки. В этих зрительных клетках физиологическое возбуждение возникает даже под действием самой малой порции света — одного кванта.

Как устроена палочка, какие процессы происходят в ней под действием света?

Электронный микроскоп открыл перед исследователями удивительную архитектуру этих вытянутых в длину светочувствительных клеток. Наружная половинка палочки похожа на цилиндр, образованный стопкой наложенных друг на друга дисков. А каждый диск состоит из нескольких слоев различных молекул. Самый верхний — слой молекул особого розового белка, которому дали название зрительный пурпур, или родопсин, что означает розовый белок.

Биохимикам удалось выделить из сетчатки зрительный пурпур. Но как только пробирка, в которой он находился, оказывалась на свету, зрительный пигмент в течение одной-двух минут выцветал, разрушался, становился сначала желтым, а потом белым.

Молекула зрительного пурпура состоит из двух частей: большей — белка и меньшей — красителя. Если вообразить, что белок — «замок», то «ключ» к нему — краситель, который окрашивает всю молекулу зрительного пурпура в розовый цвет. В тридцатых годах сенсацией в биохимии и физиологии зрения было открытие химической природы этого «ключа». Им оказался витамин А, вернее, не он сам, а одна из его химически измененных форм — так называемый альдегид витамина А, или ретиналь.

Что же происходит с молекулой зрительного пурпура, когда она поглощает квант света? Ответ ученые получили сравнительно недавно: свет нужен, чтобы повернуть «ключ» — ретиналь — в «замке» — белке, в результате происходит изменение положения ретиналя и белка. Молекула зрительного пурпура разрушается, «ключ» и «замок» отделяются друг от друга, зрительный пигмент в сетчатке выцветает.

Чем больше попадает в глаз света, тем больше молекул зрительного пигмента разрушается. Но в глазу одновременно с распадом идет восстановление, строительство зрительного пурпура: витамин А поступает в сетчатку, и снова «ключ» — альдегид витамина А — пригоняется к «замку» — белку. Если бы этого не было, то, взглянув один раз на яркий солнечный мир и израсходовав весь запас зрительного пигмента, мы бы ослепли.

Вот почему в солнечный день надо надевать темные очки. От слишком яркого света распадается слишком много зрительного пигмента, и восстановление его может не успеть за разрушением.

Нарушение сложного биохимического механизма восстановления зрительного пурпура — причина многих глазных болезней. Если, например, витамина А из крови в сетчатку поступает недостаточно, зрительный пурпур восстанавливается медленно, высокочувствительные к свету палочки работают плохо или вообще выключаются, и наступает куриная слепота — человек перестает видеть в сумерках.

Большинство ученых считает, что палочки гораздо чувствительнее к свету, чем колбочки. Поэтому в сумерках, когда света мало, колбочки выключаются, а работают палочки. Зрительный пурпур лучше всего поглощает зеленые лучи солнечного спектра, а красные почти совсем не «чувствует». Естественно, что вечером палочки «не видят» красный мак, а голубой василек воспринимают. В сетчатке ночных животных и птиц, глаза которых приспособлены к слабому свету, содержатся только палочки. А у дневных, например, у кур, наоборот, в сетчатке палочек нет — одни колбочки. В сумерках они почти ничего не видят. В народе плохое зрение в темноте не зря называется куриной слепотой.

Итак, задача палочек — почувствовать свет, даже самый слабый. Задача колбочек сложнее. Они воспринимают голубизну морской волны и зарево заката, золото осеннего леса и палитру Левитана.

Проблема цветного зрения — одна из самых сложных в физиологии. Совсем недавно ученые обнаружили, что в сетчатке человека, а также обезьяны и некоторых других животных, обладающих цветным зрением, три вида колбочек. По внешнему виду эти клетки не отличаются друг от друга, но, как показали экспериментальные исследования, разные колбочки по-разному поглощают цвета солнечного спектра. Одни лучше всего чувствуют красный, другие — зеленый, третьи — синий.

Получила блестящее подтверждение старая, классическая трехкомпонентная теория цветного зрения. Эта теория, переходящая из учебника в учебник, гласит: все краски мира мы воспринимаем как комбинацию трех первичных цветов: красного, зеленого, синего. А если это так, то, следовательно, должны были бы существовать колбочки трех видов — так предполагала теория. Понадобилось столетие, революция в экспериментальном арсенале биолога, чтобы выяснить, какой цвет та или иная колбочка воспринимает лучше всего. И вот ответ: все колбочки распределяются по трем группам — синие, зеленые, красные.

Следовательно, зрительные клетки воспринимают три основных цвета, затем в самой сетчатке и в мозгу происходит сложнейшая обработка полученной информации, и в результате рождается ощущение цвета с самыми различными его оттенками. Если же какая-то одна группа колбочек выключается, человек перестает воспринимать какой-то определенный цвет. Это отклонение от нормы, называемое дальтонизмом, может передаваться по наследству. Но иногда оно развивается у людей, перенесших различные заболевания глаз.