Невозможно отобразить презентацию
physicsSimilar presentations:
Тема: «Биофизика зрения»
Тема: « Биофизика зрения» План: 1.Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат.
2.Редуцированный глаз человека.
3.Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза и их исправление.
4.Сетчатка как фото – хемо – электрический датчик.
5.Трехкомпонентная теория цветного зрения.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат 1.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат.
Зрительный анализатор – это биологическая система, чувствительная к электромагнитному излучению с длиной волны в области 400 – 750 нм, и посредством ее человек получает до 90% информации о форме, размерах, положении, яркости и цвете окружающих предметов.
Одновременно глаз является органом, выражающим психическое состояние, (передает информацию).
Общая схема строения глаза представлена на рисунке №1.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Диоптрический аппарат глаза подобен сильной собирающей линзе, которая формирует на сетчатке перевернутое и уменьшенное изображение внешнего мира.
Фокусирование изображения на сетчатке осуществляется преломляющими средами глаза к которым относятся: роговица, хрусталик, камерная влага и стекловидное тело (они и представляют диоптрический аппарат глаза) с различными показателями преломленияn ;
у роговицы и камерной влагиn = 1,337;
показатель преломления хрусталика изменяется в пределах 1,375 – 1,473 и у стекловидного телаn = 1,336.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Рис.
1.
Оптическая система глаза.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Известно, что оптическая сила сферической линзы представляет собой обратную величину фокусного расстояния:);(1−±=mfD диоптрияm1=− где f – фокусное расстояние;
D – оптическая сила линзы;
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Оптическая сила линзы зависит от радиуса кривизны.
Представляет интерес способ определения оптической силы сферической линзы с показателем преломленияn расположенной в воздухе ( показ.
прелом.
воздуха равен 1), учитывая, что такой же линзой являетсяи роговица глаза (Рис.
2).
Для вычисления используется формула:,1RnD−= гдеCSR= – радиус кривизны линзы, выраженный в метрах Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Рис.
2.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Наиболее сильное преломление происходит на передней поверхности роговицы.
Используя это соотношение, определим оптическую силу роговицы, для которой радиус кривизныR = 7,9 мм.1313,429,710337,0109,71337,1−=⋅=⋅−=mD рог Редуцированный глаз человека2.
Редуцированный глаз человека.
В различных исследованиях для удобства расчета нормальный глаз заменяется упрощённой моделью, которую называют редуцированным глазом.
В модели совокупность преломляющих сферических сред глаза заменяют одной общей линзой (Рис.
3).
Физическим аналогом редуцированного глаза является стеклянная линза, которая одной поверхностью контактирует с воздухом, а другой с жидкостью, обладающей коэффициентом преломления, равным 1, 336.
Редуцированный глаз человека Рис.
3 Даннaя схъема представляет упрощенную оптическую схему глаза.
Она позволяет изучать функционирование глаза.
Нормальное состояние глаза названо эметропическим, а в случае патологии состояние глаза называется аметропическим .
Редуцированный глаз человека Оптическая сила этой системы составляет примерно 60 диоптрий.
Расстояние между оптическим центром глаза (С) и сетчаткой составляет 17 мм;
таким образом, диаметр глазного яблока составляет примерно 23 мм.
Сетчатка расположена в фокальной плоскости.
Преломление световых лучей происходит только на поверхности раздела воздух – оптическая линза глаза.
Уголα , под которым виден предмет, называется углом зрения.
Угол зрения – угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через оптический центр глаза.
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.
Размер изображения зависит только от углаα , под которым виден предмет.
Одно из основных характеристик глаза является предел.
разрешения.
Существует угловой предел разрешения и линейный предел разрешения: Угловым пределом разрешения называют наименьший угол зрения(α), при котором человеческий глаз воспринимает две точки предмета раздельно.
Линейный предел разрешения глаза (Z) – наименьшее расстояние между двумя точками предмета, рассматриваемого с расстояния наилучшего зрения (S), при котором они различимы раздельно .
S = 25 см.
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.
В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения.
Обратная величина предела разрешения называется разрешающей способностью глаза R (линейной или угловой) или остротой зрения.
За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зренияα =1´.
Острота зрения варьируется в зависимости от возраста, имея наибольшее значение при возрасте 14 лет.
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.
Аккомодация глаза .
Для того чтобы изображение предмета было воспринято четко, оно должно образовываться на сетчатке.
Приспособление глаза к отчетливому видению предметов, находящихся при разных расстояниях от него, называется аккомодацией.
Недостатки оптической системы глаза.
Оптической системе глаза свойственны и некоторые специфические недостатки.
При отсутствии аккомодации задний фокус глаза совпадает с сетчаткой, и такой глаз называется эметропическим глазом.
Если это условие не выполняется, то есть фокус не совпадает с сетчаткой, то это условие называется аметропическим - аметропическим глазом.
Наиболее распространенными видами аметропии являются: близорукость и дальнозоркость (рис.4).
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.а)б)в) Рис.
4.
Эметропический и аметропический глаз: а) эметропический глаз (нормальное зрение) б) аметропический глаз (близорукость) в) гиперметропический глаз (дальнозоркость) Эти недостатки устраняются с помощью использования вогнутых и выпуклых, либо контактных линз.
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик 4.Сетчатка как фото – хемо - электрический датчик.
Свет, попавший в глаз, фокусируется при помощи хрусталика на слой фоточувствительных клеток сетчатки – палочки и колбочки.
Палочки (их количество равно 1,2х108 ) располагаются по всей поверхности сетчатки и отвечают за черно-белое и сумеречное зрение.
Колбочки (кол-во – 7,5х106 ) сконцентрированы в центральной части и ответственны за восприятие цвета (рис.5).
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик Рис.
5.
Структурная организация дисков в мембране палочки (наружный сегмент) Наружный сегмент палочки имеет диаметр 2 мкм и длину 20-30 мкм.
Вся цитоплазма заполнена дисками (~1000 дисков).
Диск представляет собой двойную мембрану.
В мембране имеет место процесс восприятия света.
В дисках содержится молекулы родопсина.
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик 11 ЦИС РЕТИНАЛЬ+ РОДОПСИН 11-ТРАНС РЕТИНАЛЬ ОПСИН ТЕМНОТА СВЕТ Рис.
6.
Химическое превращение родопсина под действием света.
Под действием света ретиналь отщепляется от опсина и переходит в 11-трансретиналь.
В результате изменения химической структуры ретиналяв мембране диска происходит изменения, связанные с изменением положения родопсина.
Родопсин переходит с междисковой гидрофильной поверхности на внутреннюю гидрофобную фазу мембраны.
Родопсин состоит из опсина и 11-цис.
ретиналь (рис.6).
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик В темноте мембрана диска не проницаема дляNa+ , К+ , Са+ , в результате освещения конформационное изменение (химическое превращение) родопсина приводит к изменению состояния мембраны: увеличивается проницаемость для этих ионов.
Родопсин под действием света образует поры в диске для некоторых ионов и закрывает каналы на внешней мембране для ионов Nа+ .
Это приводит к возникновению потенциалов, вызывающих нервный импульс, который в свою очередь передаётся в центр.
нер.
сис.
В темноте происходит обратный процесс – синтез родопсина.
Опсин+11транс ретиналь=родопсин Трёхкомпонентная теория цветового зрения Рис.
7.
Спектры поглощения синих, зеленных и красных колбочек.
Трехкомпонентная теория цветового зрения 5.Трехкомпонентная теория цветового зрения.
Менее изучены процессы цветового зрения.
Наиболее распространенной является трехкомпонентная теория.
В трехкомпонентной теории цветового зрения (Юнг, Максвелл, Гельмгольц) постулируется наличие трех видов колбочек.
В них нет родопсина.
Вместо родопсина содержится иодопсин.
Один вид колбочек хорошо поглощает цвет в желто- красной области спектра сλ мах1 = 564 нм.
Другой тип колбочек имеет максимум поглощения в зеленой области спектра с максимумомλ мах2 = 534 нм.
Третий тип колбочек лучше всего поглощает фиолетовые и синие лучи сλ мах3 = 420 нм.
Трехкомпонентная теория цветового зрения Об иодопсине известно, что во всех трех видах колбочек хромофорной группой служит ретиналь, а отличия в спектрах поглощения обусловлены тем, что ретиналь в красных, зеленых и синих колбочках связан с разными опсинами.
Благодаря существованию колбочек трех типов человек обладает цветовым зрением.
Согласно трехцветной теории для нормального цветового зрения любой заданный цветовой тонFц может быть получен путем смешивания трех определенных цветовых тоновF1, F2и F3.
Это условие описывается следующим уравнением ощущения:,321FcFзFкF+= гдеF – цветовой тон;
к, з, c
Диоптрический аппарат.
2.Редуцированный глаз человека.
3.Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза и их исправление.
4.Сетчатка как фото – хемо – электрический датчик.
5.Трехкомпонентная теория цветного зрения.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат 1.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат.
Зрительный анализатор – это биологическая система, чувствительная к электромагнитному излучению с длиной волны в области 400 – 750 нм, и посредством ее человек получает до 90% информации о форме, размерах, положении, яркости и цвете окружающих предметов.
Одновременно глаз является органом, выражающим психическое состояние, (передает информацию).
Общая схема строения глаза представлена на рисунке №1.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Диоптрический аппарат глаза подобен сильной собирающей линзе, которая формирует на сетчатке перевернутое и уменьшенное изображение внешнего мира.
Фокусирование изображения на сетчатке осуществляется преломляющими средами глаза к которым относятся: роговица, хрусталик, камерная влага и стекловидное тело (они и представляют диоптрический аппарат глаза) с различными показателями преломленияn ;
у роговицы и камерной влагиn = 1,337;
показатель преломления хрусталика изменяется в пределах 1,375 – 1,473 и у стекловидного телаn = 1,336.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Рис.
1.
Оптическая система глаза.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Известно, что оптическая сила сферической линзы представляет собой обратную величину фокусного расстояния:);(1−±=mfD диоптрияm1=− где f – фокусное расстояние;
D – оптическая сила линзы;
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Оптическая сила линзы зависит от радиуса кривизны.
Представляет интерес способ определения оптической силы сферической линзы с показателем преломленияn расположенной в воздухе ( показ.
прелом.
воздуха равен 1), учитывая, что такой же линзой являетсяи роговица глаза (Рис.
2).
Для вычисления используется формула:,1RnD−= гдеCSR= – радиус кривизны линзы, выраженный в метрах Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Рис.
2.
Оптический анализатор.
Диоптрический аппарат Наиболее сильное преломление происходит на передней поверхности роговицы.
Используя это соотношение, определим оптическую силу роговицы, для которой радиус кривизныR = 7,9 мм.1313,429,710337,0109,71337,1−=⋅=⋅−=mD рог Редуцированный глаз человека2.
Редуцированный глаз человека.
В различных исследованиях для удобства расчета нормальный глаз заменяется упрощённой моделью, которую называют редуцированным глазом.
В модели совокупность преломляющих сферических сред глаза заменяют одной общей линзой (Рис.
3).
Физическим аналогом редуцированного глаза является стеклянная линза, которая одной поверхностью контактирует с воздухом, а другой с жидкостью, обладающей коэффициентом преломления, равным 1, 336.
Редуцированный глаз человека Рис.
3 Даннaя схъема представляет упрощенную оптическую схему глаза.
Она позволяет изучать функционирование глаза.
Нормальное состояние глаза названо эметропическим, а в случае патологии состояние глаза называется аметропическим .
Редуцированный глаз человека Оптическая сила этой системы составляет примерно 60 диоптрий.
Расстояние между оптическим центром глаза (С) и сетчаткой составляет 17 мм;
таким образом, диаметр глазного яблока составляет примерно 23 мм.
Сетчатка расположена в фокальной плоскости.
Преломление световых лучей происходит только на поверхности раздела воздух – оптическая линза глаза.
Уголα , под которым виден предмет, называется углом зрения.
Угол зрения – угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через оптический центр глаза.
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.
Размер изображения зависит только от углаα , под которым виден предмет.
Одно из основных характеристик глаза является предел.
разрешения.
Существует угловой предел разрешения и линейный предел разрешения: Угловым пределом разрешения называют наименьший угол зрения(α), при котором человеческий глаз воспринимает две точки предмета раздельно.
Линейный предел разрешения глаза (Z) – наименьшее расстояние между двумя точками предмета, рассматриваемого с расстояния наилучшего зрения (S), при котором они различимы раздельно .
S = 25 см.
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.
В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения.
Обратная величина предела разрешения называется разрешающей способностью глаза R (линейной или угловой) или остротой зрения.
За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зренияα =1´.
Острота зрения варьируется в зависимости от возраста, имея наибольшее значение при возрасте 14 лет.
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.
Аккомодация глаза .
Для того чтобы изображение предмета было воспринято четко, оно должно образовываться на сетчатке.
Приспособление глаза к отчетливому видению предметов, находящихся при разных расстояниях от него, называется аккомодацией.
Недостатки оптической системы глаза.
Оптической системе глаза свойственны и некоторые специфические недостатки.
При отсутствии аккомодации задний фокус глаза совпадает с сетчаткой, и такой глаз называется эметропическим глазом.
Если это условие не выполняется, то есть фокус не совпадает с сетчаткой, то это условие называется аметропическим - аметропическим глазом.
Наиболее распространенными видами аметропии являются: близорукость и дальнозоркость (рис.4).
Острота зрения.
Недостатки оптической системы глаза.а)б)в) Рис.
4.
Эметропический и аметропический глаз: а) эметропический глаз (нормальное зрение) б) аметропический глаз (близорукость) в) гиперметропический глаз (дальнозоркость) Эти недостатки устраняются с помощью использования вогнутых и выпуклых, либо контактных линз.
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик 4.Сетчатка как фото – хемо - электрический датчик.
Свет, попавший в глаз, фокусируется при помощи хрусталика на слой фоточувствительных клеток сетчатки – палочки и колбочки.
Палочки (их количество равно 1,2х108 ) располагаются по всей поверхности сетчатки и отвечают за черно-белое и сумеречное зрение.
Колбочки (кол-во – 7,5х106 ) сконцентрированы в центральной части и ответственны за восприятие цвета (рис.5).
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик Рис.
5.
Структурная организация дисков в мембране палочки (наружный сегмент) Наружный сегмент палочки имеет диаметр 2 мкм и длину 20-30 мкм.
Вся цитоплазма заполнена дисками (~1000 дисков).
Диск представляет собой двойную мембрану.
В мембране имеет место процесс восприятия света.
В дисках содержится молекулы родопсина.
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик 11 ЦИС РЕТИНАЛЬ+ РОДОПСИН 11-ТРАНС РЕТИНАЛЬ ОПСИН ТЕМНОТА СВЕТ Рис.
6.
Химическое превращение родопсина под действием света.
Под действием света ретиналь отщепляется от опсина и переходит в 11-трансретиналь.
В результате изменения химической структуры ретиналяв мембране диска происходит изменения, связанные с изменением положения родопсина.
Родопсин переходит с междисковой гидрофильной поверхности на внутреннюю гидрофобную фазу мембраны.
Родопсин состоит из опсина и 11-цис.
ретиналь (рис.6).
Сетчатка как фото -хемо-электрический датчик В темноте мембрана диска не проницаема дляNa+ , К+ , Са+ , в результате освещения конформационное изменение (химическое превращение) родопсина приводит к изменению состояния мембраны: увеличивается проницаемость для этих ионов.
Родопсин под действием света образует поры в диске для некоторых ионов и закрывает каналы на внешней мембране для ионов Nа+ .
Это приводит к возникновению потенциалов, вызывающих нервный импульс, который в свою очередь передаётся в центр.
нер.
сис.
В темноте происходит обратный процесс – синтез родопсина.
Опсин+11транс ретиналь=родопсин Трёхкомпонентная теория цветового зрения Рис.
7.
Спектры поглощения синих, зеленных и красных колбочек.
Трехкомпонентная теория цветового зрения 5.Трехкомпонентная теория цветового зрения.
Менее изучены процессы цветового зрения.
Наиболее распространенной является трехкомпонентная теория.
В трехкомпонентной теории цветового зрения (Юнг, Максвелл, Гельмгольц) постулируется наличие трех видов колбочек.
В них нет родопсина.
Вместо родопсина содержится иодопсин.
Один вид колбочек хорошо поглощает цвет в желто- красной области спектра сλ мах1 = 564 нм.
Другой тип колбочек имеет максимум поглощения в зеленой области спектра с максимумомλ мах2 = 534 нм.
Третий тип колбочек лучше всего поглощает фиолетовые и синие лучи сλ мах3 = 420 нм.
Трехкомпонентная теория цветового зрения Об иодопсине известно, что во всех трех видах колбочек хромофорной группой служит ретиналь, а отличия в спектрах поглощения обусловлены тем, что ретиналь в красных, зеленых и синих колбочках связан с разными опсинами.
Благодаря существованию колбочек трех типов человек обладает цветовым зрением.
Согласно трехцветной теории для нормального цветового зрения любой заданный цветовой тонFц может быть получен путем смешивания трех определенных цветовых тоновF1, F2и F3.
Это условие описывается следующим уравнением ощущения:,321FcFзFкF+= гдеF – цветовой тон;
к, з, c