Tyčinky a kužele sítnice: struktura a funkce

Všechny odstíny a jas okolního světa, bez ohledu na denní dobu, nám umožňují plně ocenit tyčinky a kužely umístěné v sítnici. Tyto fotografické receptory mají dostatečně vysokou citlivost, díky čemuž mohou transformovat světelné signály na impulsy nervové povahy, které jsou vnímány lidským nervovým systémem..

Je důležité si uvědomit, že každý typ receptoru vykonává svou vlastní samostatnou funkci, pokud během dne spadne těžké zatížení na kužele, pak v podmínkách nedostatečného světelného toku jsou tyče zapnuty..

Co jsou tyče a kužely?

Tyčinky

Oční tyč má tvar válce, jehož průměr je rovnoměrný po celé délce prvku.

Taková část očního přístroje vděčí za svůj podlouhlý tvar strukturálním rysům, protože délka tyčinky je téměř třicetkrát větší než její průměrná charakteristika. Design je založen na čtyřech hlavních prvcích.

První segment se skládá z membránových disků, druhou spojovací vrstvou je cilium, třetí vnitřní vrstvou jsou mitochondrie a posledním segmentem bazálního typu je nervová tkáň.

Díky vysoké citlivosti na světlo jsou tyčinky schopné reagovat na velmi malé záblesky světla. Dokonce i energie jednoho fotonu je schopná probudit receptor pro akci. Na základě této funkce je to tato skupina receptorů, která je zodpovědná za vidění za soumraku a umožňuje vám večer vidět jasné obrysy objektů.

Přítomnost pouze jedné pigmentové složky (rhodopsinu) ve složení tyčinky však neumožňuje rozlišit barvy a odstíny těchto prvků.

Je také důležité si uvědomit, že rhodopsin je schopen reagovat na světelné podněty mnohem pomaleji než pigmentové plnění kuželů..

Šišky

Obě receptorové skupiny sítnice se úspěšně doplňují a přispívají k získání jasného a jasného obrazu orgány zraku.

Šišky dostaly své jméno díky charakteristickému tvaru, který nejasně připomíná baňky, které se nacházejí v mnoha laboratořích. Sítnice dospělého člověka je schopna pojmout asi sedm milionů těchto receptorů..

Stejně jako tyč má kužel také čtyři základní prvky. První vnější vrstva je sada membránových disků naplněných barevným pigmentem - jodopsinem, druhá spojovací vrstva hraje roli zúžení a vytváří zvláštní tvar receptoru.

Poté přichází vnitřní část, skládající se z mitochondrií, a ve středu struktury je spojovací článek zvaný bazální segment.

Speciální barvicí pigment umožňuje čípkům plně vykonávat všechny své funkce, protože je to iodopsin několika typů, který určuje citlivost takových prvků vizuální cesty na různé části světelného spektra.

Všechny kužele, které sítnice obsahuje, lze podle dominance jednoho nebo druhého typu pigmentové látky rozdělit do tří různých typů.

Koordinovaná práce všech typů těchto receptorů dává člověku příležitost ocenit veškerou bohatost barev a odstínů v okolním prostoru.

Struktura

Tyčinky a kužely zaujímají zvláštní místo ve struktuře sítnice..

Přítomnost těchto receptorů na tenké nervové tkáni, která tvoří tuto oblast očí, vám umožňuje rychle transformovat informace o přijatém světle na sadu nervových impulsů.

Samotná sítnice přijímá obraz promítaný oční rohovkou a čočkou. Poté se zpracovaný obraz přenáší vizuální cestou do odpovídající oblasti lidského mozku. Díky velmi složité struktuře trvá zpracování všech informací viděných okem několik okamžiků.

Většina fotografických receptorů sítnice je soustředěna v malé nažloutlé centrální oblasti zvané makula..

Funkce

Tyčinky a čípky sítnice plní různé funkce, avšak pouze účast obou skupin fotografických receptorů může zajistit plynulý provoz celého vizuálního aparátu..

Pokud jsou tyče díky své struktuře schopné vnímat i velmi malé světelné podněty při nízkém osvětlení, ale vůbec nerozlišují odstíny světelného spektra, pak kužele naopak umožňují vizuálnímu systému ocenit veškerou bohatost barevné palety světa.

Proto jsou obě skupiny receptorů pro naši vizi stejně důležité a nezbytné pro získání vysoce kvalitního spolehlivého obrazu kdykoli během dne a bez ohledu na povětrnostní podmínky.

Pruty a kužely

Tyčinky sítnice

Tyto fotoreceptory jsou válcové, o délce asi 0,06 mm a průměru asi 0,002 mm. Takový válec je tedy opravdu docela podobný hůlce. Oko zdravého člověka obsahuje přibližně 115–120 milionů tyčinek.

Hůlku lidského oka lze rozdělit do 4 segmentových zón:

1 - Vnější segmentová zóna (zahrnuje membránové disky obsahující rhodopsin),
2 - Spojování segmentové zóny (cilium),
3 - Vnitřní segmentová zóna (zahrnuje mitochondrie),
4 - Bazální segmentová zóna (nervové spojení).

Pruty jsou extrémně citlivé na světlo. K jejich reakci tedy stačí energie 1 fotonu (nejmenší elementární částice světla). Tato skutečnost je velmi důležitá pro noční vidění, které vám umožňuje vidět za slabého osvětlení..

Tyčinky nedokážou rozlišit barvy, je to primárně kvůli přítomnosti pouze jednoho pigmentu v nich - rhodopsinu. Pigment rhodopsin, jinak nazývaný vizuálně fialový, má díky zahrnutým skupinám proteinů (chromofory a opsiny) 2 maximální absorpci světla. Je pravda, že jeden z maxim existuje za světlem viditelným lidským okem (278 nm je oblast UV záření), proto je pravděpodobně vhodné jej nazvat maximem absorpce vln. Druhé maximum je ale viditelné okem - existuje kolem 498 nm, nachází se na hranici zeleného a modrého barevného spektra.

Spolehlivě je známo, že rhodopsin, který je přítomen v prutech, reaguje na světlo mnohem pomaleji než jodopsin, který je obsažen v kuželech. Proto se tyčinky vyznačují slabou reakcí na dynamiku světelných toků a navíc špatně rozlišují pohyby předmětů. A zraková ostrost není jejich výsadou.

Kužele sítnice

Tyto fotoreceptory dostávají své jméno také podle jejich charakteristického tvaru, podobného jako u laboratorních baněk. Kužel je přibližně 0,05 mm dlouhý, s průměrem přibližně 0,001 mm v nejužším bodě a 0,004 v nejširším místě. Sítnice zdravého dospělého obsahuje asi 7 milionů čípků.

Šišky jsou méně citlivé na světlo. To znamená, že k rozrušení jejich činnosti je zapotřebí světelný tok, který je desetkrát intenzivnější než rozrušení práce prutů. Avšak kužely zpracovávají světelné toky mnohem intenzivněji než tyče, takže lépe vnímají jejich změny (například lépe rozlišují světlo, když se objekty pohybují, v dynamice vůči oku). Rovněž jasněji definují obrázky..

Kužele lidského oka zahrnují také 4 segmentové zóny:

1 - Vnější segmentová zóna (zahrnuje membránové disky obsahující jodopsin),
2 - Spojení segmentové zóny (zúžení),
3 - Vnitřní segmentová zóna (zahrnuje mitochondrie),
4 - Zóna synaptického spojení nebo bazálního segmentu.

Důvodem pro výše uvedené vlastnosti šišek je obsah specifického pigmentu jodopsinu v nich. Dnes byly izolovány a prokázány 2 typy tohoto pigmentu: erythrolab (jodopsin, citlivý na červené spektrum a dlouhé L vlny) a chlorolab (jodopsin, citlivý na zelené spektrum a střední M vlny). Pigment, který je citlivý na modré spektrum a krátké S-vlny, nebyl dosud nalezen, i když se na něm již název nalepil - cyanolab.

Členění čípků podle typů dominance barevného pigmentu v nich (erythrolab, chlorolab, cyanolab) je dáno třísložkovou hypotézou vidění. Existuje však ještě další teorie vidění - nelineární dvousložková. Jeho stoupenci věří, že všechny kužele zahrnují erytrolab a chlorolab současně, a proto jsou schopné vnímat barvy červeného i zeleného spektra. Roli cyanolabu hraje vybledlý rodopsin prutů. Tuto teorii potvrzují i ​​příklady lidí trpících barevnou slepotou, konkrétně neschopnost rozlišit modrou část spektra (tritanopie). Mají také potíže s viděním za soumraku (hemeralopie), což je známka abnormální aktivity sítnicových tyčinek..

Video o struktuře prutů a kužele

Příznaky poškození tyčinky a kužele sítnice

  • Snížená zraková ostrost.
  • Porušení vnímání barev.
  • „Blesk“ před očima.
  • Zúžení zorného pole.
  • Závoj před očima.
  • Zhoršující se soumrak.

Nemoci postihující pruty a kužely

Porážka tyčinek a kuželů oka je možná s různými patologiemi sítnice:

  • Hemeralopia („noční slepota“).
  • Makulární degenerace.
  • Abiotrofie pigmentu sítnice.
  • Barvoslepost.
  • Disinserce sítnice.
  • Zánět sítnice (retinitida, chorioretinitida).

Funkce a struktura sítnicových kuželů a tyčinek

Dlouho očekávaná dovolená u moře. Modré vlny, zelené palmy, žlutý písek, červené exotické ptáky létají kolem, prosím oko. Užíváte-li si jasné barvy, ani si nemyslíte, že veškerou tuto nádheru k nám přenášejí malé fotoreceptory - čípky a tyčinky sítnice..

Jak fungují fotoreceptory

Člověk vnímá obraz prostředí optickým systémem těla - okem. Jednotka světla, foton, prochází čočkou a zaměřuje se na sítnici. A právě zde vstupují do hry buňky citlivé na světlo. Periferními procesy těchto buněk jsou tyčinky a čípky. Hlavním úkolem je převést podráždění ze světla na nervový impuls, který se přenáší do horních tuberkul čtverce mozku k následnému zpracování.

Fotoreceptory jsou pojmenovány podle jejich tvaru. Rozměry jsou velmi malé - tyče jsou dlouhé jen šest setin milimetru, průměr dvě setiny, kužely jsou asi padesát mikrometrů, délka se pohybuje od jedné do čtyř. Úspěšného provádění jeho funkcí s tak malou velikostí je dosaženo díky množství. V sítnici je asi sto dvacet milionů prutů, kužely v oblasti sedmi.

Struktura

Tyčinky

Hůl se skládá ze čtyř základních prvků:

  • Vnější - obsahuje velké množství membránových disků, které obsahují molekuly s vizuálním pigmentem rhodopsinem, který je zodpovědný za přenos světelných vjemů;
  • Pojivo je řasa spojující vnější a vnitřní konstrukční prvky;
  • Vnitřní - obsahuje jádro, mitochondrie - dodavatelé energie, polyribosomy - účastníci syntézy proteinů pro vnější prvky;
  • Nervová zakončení - interneurony.

Signály ze sítnice nejsou sbírány jedinou tyčinkou, ale jednotnou skupinou, což zvyšuje citlivost vidění na periferii.

Šišky

Také se čtyřdílnou strukturou:

  1. Externí - ukládá membránové polodisky s molekulami jodopsinového pigmentu odpovědnými za vykreslení barev;
  2. Pojivo - zúžení, komponenty - cytoplazma a pár řasinek;
  3. Vnitřní - jádro, mitochondrie, polyribozomy;
  4. Synaptický - místo spojení neuronu se speciálními gangliovými buňkami, které poskytují společenství prutů a kužele.

Funkce

Tyčinky

Jsou vysoce citliví na fotony. Hlavní akcí je noční vidění. Rhodopsin, který je obsažen v membránách, poskytuje černobílé vnímání. Ve světle se pigment rozkládá a posune do modrého spektra, které v kombinaci s kužely poskytuje barevné vidění. Produkty rozkladu dráždí optický nerv, který zajišťuje přenos impulzů. Souběžně s dezintegrací neustále probíhá regenerační procedura. Rhodopsin se obnoví asi za půl hodiny, to je spojeno s lidským rysem zvyknutí si na temnotu po určité době.

Šišky

Citlivost na světlo je mnohem nižší, téměř stokrát, takže nefungují ve tmě. Existují tři typy, které rozlišují mezi různými barvami:

  • Krátká vlna - zodpovědná za modrou;
  • Midwave - jsou zodpovědní za zelenou;
  • Longwave - červená.

Každý typ má podle třísložkové teorie svůj vlastní typ jodopsinu. Erythrolab je zodpovědný za dlouhovlnné spektrum vnímání, chlorolab - za střední vlnovou délku. Teoreticky se má za to, že cyanolab by měl odpovídat spektru krátkých vlnových délek, ale tato složka dosud nebyla objevena. Na základě dostupných údajů má odlišná dvousložková teorie mnoho příznivců. Podle této teorie obsahují čípky pouze dvě složky, zatímco modré spektrum zůstává pod kontrolou tyčí - rhodopsin rozložený ve světle. Tato teorie má určité potvrzení, zejména - pacienti se zhoršeným viděním modrých květů trpí souběžně a problémy s viděním za soumraku.

Mechanismus účinku jodopsinu je podobný rhodopsinu - pod vlivem světelných vln dochází k dezintegračnímu procesu, který způsobuje excitaci nervových zakončení. Nižší citlivost vysvětluje převážně denní vnímání barev - v noci není dostatek světla pro reakci tohoto pigmentu. Míra regenerace je ale mnohem vyšší, asi pět setkrát.

Tyčinky a čípky sítnice pracují společně a přenášejí vzrušení na neurony. Jsou umístěny na pigmentové vrstvě buněk obsahujících fuchsin. Tento prvek je zodpovědný za absorpci světelných vln a zajištění jasnosti vnímání objektu..

Narušení funkce tyčinek a čípků sítnice

Naše orgány nefungují vždy jako hodiny, někdy dochází k různým porušením. To se také děje ve službě fotorecepce. Poplach by měl být spuštěn, když se objeví následující příznaky:

  1. Pokles ostrosti;
  2. Tupé vnímání barev;
  3. Vzhled filmu před očima;
  4. Zúžení zorných polí;
  5. Bliká, bliká, bliká před očima;
  6. Problémy s rozpoznáváním detailů za soumraku.

Hemeralopia

Je všeobecně známo pod názvem „noční slepota“. Prudké porušení vidění za soumraku je spojeno s patologií v práci prutů - porušení syntézy rhodopsinu. Existují tři typy:

  • Vrozený - dědičně determinovaný, projevující se v raném dětství, je nevyléčitelný;
  • Esenciální - vyvíjí se na pozadí ostrého nedostatku vitamínů A, PP a B, jako podnět může sloužit onemocnění endokrinního systému, gastrointestinálního traktu, jater, stravy, infekce; je léčena dietní terapií a užíváním vitamínových kapek;
  • Symptomatická - projevuje se jako doprovodný jev u jiných očních onemocnění, je léčena v kombinaci s hlavní příčinou.

Makulární degenerace

Patologie centrální části sítnice, kde jsou umístěny fotopigmenty. Souvisí s vaskulárními patologiemi. Když jsou mokré, za sítnicí se vyvíjejí nové cévy, které způsobují krvácení a poškozují buňky citlivé na světlo. Při suché formě se makula (střed sítnice) ztenčuje a pigmentové buňky při tomto procesu odumírají. Neexistují žádné účinné formy léčby.

Abiotrofie pigmentu sítnice

Geneticky způsobené poškození prutů. V pozdějších fázích také trpí kužely. Nemoc trvá dlouho, několik desítek let. Začíná to v dětství - destrukce vnější vrstvy sítnice postupuje. Postupně se proces přesouvá do centrálních zón. Neexistuje žádná léčba, vitaminová terapie se používá k inhibici patologie.

Barvoslepost

Dědičná patologie. Ve většině případů jsou postiženi muži, ženy jsou nositelkami. Přenáší se mateřským x-chromozomem, takže dívka je nahrazena zdravými geny na otcově x-chromozomu. Je to možné naopak, ale v každém případě se dítě stane nosičem vadného chromozomu. Pouze když se nositelka setká s mužským pacientem, je možná barevná slepota u dcer, pravděpodobnost je extrémně nízká. Projevuje se absencí schopnosti rozlišovat barvy. Existují čtyři typy:

  1. Protanopia - červené barvy se neliší;
  2. Tritanopia - modrofialové spektrum;
  3. Deuteranopia - nedostatečné vnímání zelené;
  4. Achromatopsia - schopnost vnímat barvu zcela chybí.

Chorioretinitida

Zánět cévnatky. Sítnice trpí. Důvody jsou různé. Léčba se provádí v souladu s patogenem - antibakteriální, protizánětlivé, detoxikační, imunoterapie.

Disinserce sítnice

Proces odmítnutí retinálního epitelu z fotoreceptorové vrstvy v důsledku akumulace tekutiny mezi nimi. Může to být způsobeno poruchami trofismu, prací endokrinního systému těla, traumatem, zánětem, krvácením, anémií. Chirurgická léčba.

Prevence

Geneticky podmíněným chorobám nelze zabránit, ale v některých případech mohou být následky oddáleny. Je docela možné vyhnout se získaným patologiím některými preventivními opatřeními.

  • Vyvážená strava;
  • Dodržování vizuálního režimu - gymnastika, trénink, včasný odpočinek po stresu na zrakovém orgánu;
  • Adekvátní profesionální výběr korekčních brýlí pro krátkozrakost, presbyopii, astigmatismus, hyperopii. A používejte podle doporučení oftalmologa;
  • Mírné fyzické regenerační zatížení;
  • Dodržování světelného režimu;
  • UV ochrana s vysoce kvalitními slunečními brýlemi.

Existují velmi malé části našeho těla, které hrají obrovskou roli. Fotoreceptory - čípky a tyčinky sítnice - neúnavně pracují na tom, aby náš život rozkvetl barvami.

Tyčinky a kužely sítnice


Pomocí zraku se člověk seznamuje s okolním světem a orientuje se ve vesmíru. Bezpochyby jsou pro normální život důležité i jiné orgány, ale lidé dostávají 90% všech informací očima. Lidské oko je jedinečné ve své struktuře, je schopné nejen rozpoznávat objekty, ale také rozlišovat odstíny. Tyčinky a čípky sítnice jsou zodpovědné za vnímání barev. Přenášejí informace získané z prostředí do mozku..

Struktura lidského orgánu vidění

Oči zabírají velmi málo místa, ale zároveň se liší obsahem obrovského množství různých anatomických struktur, pomocí kterých člověk vidí.

Vizuální aparát je téměř přímo spojen s mozkem; při speciálních oftalmologických vyšetřeních je vidět průnik optického nervu.

Oko zahrnuje prvky, jako je sklivec, čočka, přední a zadní komora. Oční bulva vizuálně připomíná kouli a je umístěna v zářezu zvaném oběžná dráha, tvoří kosti lebky. Venku je vizuální aparát chráněn ve formě skléry.

Oční schránka

Sclera zabírá asi 5/6 celého povrchu oka, jeho hlavním účelem je zabránit poranění zrakového orgánu. Část vnitřní skořápky zhasne a je neustále v kontaktu s negativními vnějšími faktory, říká se jí rohovka. Tento prvek má řadu charakteristik, díky nimž člověk jasně rozlišuje předměty. Tyto zahrnují:

  • Propustnost světla a lomová schopnost;
  • Průhlednost;
  • Hladký povrch;
  • Vlhkost;
  • Zrcadlovost.

Skrytá část vnitřní výstelky se nazývá skléra a skládá se z husté pojivové tkáně. Cévní systém je umístěn pod ním. Střední část zahrnuje duhovku, řasnaté tělo a choroid. Zahrnuje také zornici, což je mikroskopický otvor, do kterého duhovka nevstupuje. Každý z prvků má své vlastní funkce nezbytné k zajištění plynulého provozu zrakového orgánu.

Poslední vrstvou je sítnice v kontaktu s mozkem; vyznačuje se složitou strukturou, protože je považována za jeden z nejvýznamnějších „detailů“ oka.

Struktura sítnice

Vnitřní výstelka vizuálního aparátu je důležitou součástí dřeně. Obsahuje četné neurony, které zevnitř pokrývají celé oko. Díky sítnici člověk rozlišuje předměty kolem sebe. Soustředí se na něj paprsky lomeného světla a vytvoří se jasný obraz.

Nervová zakončení sítnice procházejí optickými vlákny, odkud jsou prostřednictvím vláken přenášena informace do mozku. Existuje také malá skvrna žluté barvy zvaná makula. Nachází se ve středu sítnice a má největší schopnost vizuálního vnímání. Makula obsahuje tyčinky a kužely, které jsou odpovědné za denní a noční vidění..
Zpět na obsah

Šišky a pruty - funkce

Jejich hlavním účelem je dát člověku příležitost vidět. Prvky fungují jako druh převaděčů černobílého a barevného vidění. Oba typy buněk jsou klasifikovány jako receptory citlivé na světlo..

Kužele oka dostávají své jméno podle svého tvaru, který vizuálně připomíná kužel. Spojují centrální nervový systém a sítnici. Hlavní funkcí je převést světelné signály z vnějšího prostředí na elektrické impulsy, které mozek zpracovává. Oční tyčinky jsou odpovědné za noční vidění, obsahují také pigmentový prvek - rhodopsin, když je vystaven paprskům světla, zbarví se.

Šišky

Fotoreceptor vypadá jako kužel. Sítnice obsahuje až sedm milionů čípků. Velké číslo však neznamená gigantické parametry. Prvek má skromnou délku (pouze 50 mikronů), šířka se rovná čtyřem milimetrům. Obsahují pigment jodopsin. Méně citlivý než hole, ale citlivější na pohyb.

Struktura kužele

Receptor obsahuje:

  • Vnější prvek (membránové disky);
  • Mezilehlá část (zúžení);
  • Interní oddělení (mitochondrie);
  • Synaptická oblast.
Některé disky jsou neustále v kontaktu se světelnými toky a podle toho se opotřebovávají, proto v kuželích neustále probíhá proces jejich obnovy. Přibližně osmdesát disků se mění denně, prvek je kompletně obnoven za deset dní.

Třísložková hypotéza vnímání barev

Existují tři typy kuželů, z nichž každý obsahuje jedinečnou paletu jodopsinu a vnímá specifickou část barevného spektra:

  • Chlorolab (typ M). Reaguje na žluté a zelené odstíny;
  • Erythrolab (typ L). Vnímá žluto-červený rozsah;
  • Cyanolab (typ S). Odpovídá za reakci na modrou a fialovou část spektra.

Moderní vědci, kteří studují třísložkový systém vizuálního vnímání, zaznamenávají jeho nedokonalost, protože existence tří typů čípků nebyla vědecky prokázána. Navíc dosud nebyl objeven žádný pigment kyanolabu..

Dvousložková hypotéza vnímání barev

Tato hypotéza uvádí, že čípky obsahují pouze erytholab a chlorolab, které vnímají dlouhou a střední část barevného spektra. Rhodopsin, který je hlavní složkou prutů, je zodpovědný za krátké vlny.

Toto tvrzení podporuje skutečnost, že pacienti, kteří nedokáží rozlišit modré spektrum (tj. Krátké vlnové délky), trpí problémy s nočním viděním..

Tyčinky

Tento receptor začne fungovat, když venku nebo uvnitř není dostatek světla. Vzhledově připomínají válec. Sítnice obsahuje asi sto dvacet milionů prutů. Tento velký prvek má skromné ​​parametry. Liší se malou délkou (v oblasti 0,06 mm) a šířkou (přibližně 0,002 mm).

Struktura

V tyčkách jsou čtyři hlavní prvky:

  • Venkovní oddělení. Prezentováno ve formě membránových disků;
  • Střední část (řasa);
  • Vnitřní sektor (mitochondrie);
  • Tkáňový základ s nervovými zakončeními.

Receptor reaguje na nejslabší záblesky světla, protože má vysoký stupeň citlivosti. Pruty obsahují jedinečnou látku zvanou vizuální fialová. Za dobrých světelných podmínek se rozpadá a citlivě vnímá modré vizuální spektrum. V noci nebo večer se látka regeneruje a oko rozlišuje objekty i ve tmě tónu..

Rhodopsin dostal neobvyklé jméno díky svému krvavě rudému odstínu, který ve světle zbarví žlutě a poté zcela vybledne.

Tyče nerozpoznávají barvy, ale umožňují vidět za špatných světelných podmínek. Reagují na světelné toky poněkud pomaleji než kužele.

Vlastnosti přenosu světelných pulsů

Tyčinky a kužele vnímají tok světla a směrují jej do centrálního nervového systému. Obě buňky jsou schopné pracovat plodně během dne. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že kužele jsou citlivější na světlo než tyče..

Interneurony jsou odpovědné za přenos signálu; ke každé buňce je současně připojeno několik receptorů. Při připojení řady tyčinek se zvyšuje stupeň citlivosti vizuálního aparátu. V oftalmologii se tento jev nazývá „konvergence“. Díky tomu může člověk současně kontrolovat několik zorných polí najednou a zachytit sebemenší kolísání světelného toku.

Schopnost vnímat barvy

Oba fotoreceptory musí oči rozlišovat mezi denním a nočním viděním a detekovat barevné obrazy. Jedinečná struktura oka dává člověku obrovské množství příležitostí: vidět kdykoli během dne, vnímat velkou oblast okolního světa atd..

Lidské oči mají také neobvyklou schopnost - binokulární vidění, které výrazně rozšiřuje pohled. Tyčinky a čípky se účastní vnímání celého barevného spektra, proto na rozdíl od zvířat lidé rozlišují všechny odstíny okolního světa.

Kužele jsou většinou zodpovědné za vícebarevné vidění, které se dělí na krátké, střední a dlouhé, v závislosti na délce emitované vlny. V tomto případě mají pruty také schopnost vnímat část spektra, i když nevýznamnou.

Příznaky prutů a kužele

S rozvojem onemocnění v těle, které ovlivňuje hlavní receptory sítnice, jsou pozorovány následující příznaky:

  • Pokles zrakové ostrosti;
  • Barvoslepost;
  • Vzhled jasného oslnění před očima;
  • Problémy s nočním viděním;
  • Zúžení vaší vize.

Některé z patologií mají specifické příznaky, takže nebude obtížné je diagnostikovat. Patří sem barevná slepota a noční slepota. K identifikaci dalších nemocí budete muset podstoupit další lékařské vyšetření.

Diagnostické metody pro léze tyčinek a čípků

Pokud máte podezření na vývoj patologických procesů ve vizuálním aparátu, je pacient odeslán k následujícím studiím:

  • Oftalmoskopie. Používá se k analýze stavu fundusu;
  • Perimetrie. Prozkoumá vizuální pole;
  • Počítačová refraktometrie. Používá se k identifikaci onemocnění, jako je krátkozrakost, dalekozrakost nebo astigmatismus;
  • Ultrazvukové vyšetření;
  • Diagnostika vnímání barev. K tomu oftalmologové nejčastěji používají test Ishihara;
  • Fluorescenční hagiografie. Pomáhá vizuálně posoudit stav cévního systému.
Fotoreceptory jsou zodpovědné za rozpoznávání objektů a barev a vytváření vizuálního obrazu. S rozvojem patologie je proces narušen a to způsobuje poruchu práce oka.

Oční choroby zahrnující tyčinky a kužely

Mezi onemocnění, která ovlivňují receptory sítnice, patří:

  • Neschopnost rozlišit odstíny (barevná slepota). Nejčastěji je onemocnění zděděno, příčinou odchylky je patologie kuželového aparátu;
  • Chorioretinitida. Ovlivňuje krevní cévy a sítnici;
  • Pigmentovaná degenerace vnitřní výstelky oka;
  • Hemeralopia. Problémy s nočním viděním jsou způsobeny poruchou kužele;
  • Oddělení sítnice.

Kterákoli z uvedených chorob vyžaduje okamžitou léčbu, aby se zabránilo vzniku vážných onemocnění, která mohou poškodit zdraví a oči.

Závěr

Člověk je jediným živým tvorem na Zemi, který vnímá svět kolem sebe ve všech jeho jasných barvách. Chcete-li zachovat tento dar přírody po mnoho let, chraňte své oči před škodlivým ultrafialovým zářením a pravidelně navštěvujte očního lékaře, který dokáže včas identifikovat patologii a zvolit účinnou terapii.

Více o struktuře kuželů a prutů se dozvíte z videa

Receptory sítnice jsou tyčinky a čípky

Vyberte správná prohlášení:

1. Bílá membrána oka je průhledná?

2. Cévní membrána oka je jasně červená?

3. Nasolakrimální kanál odvádí přebytečnou slznou tekutinu do nosní dutiny?

4 receptory sítnice jsou tyčinky a čípky?

5. Centrální vizuální analyzátor je umístěn v týlním laloku mozkové kůry a sluchový analyzátor je v časové

6 sluchových receptorů v bubínku?

7. Příčinou podráždění sluchových receptorů je deformace jejich vlasových buněk, ke které dochází, když vibruje hlavní membrána pod ochrannou deskou.

8. Dotek zahrnuje teplo, hmat, svalové receptory, receptory bolesti

Vyberte správnou odpověď

1. Mrtvý bod se nachází na místě, kde je

Struktura a funkce tyčinek a čípků sítnice

Všechny jasné odstíny světa kolem nás, které nás potěší kdykoli během dne, vidíme pouze díky oční sítnici nebo spíše speciálním fotoreceptorům. Jedná se o tyče a kužely.
Tyčinky a čípky jsou fotografické receptory a jejich struktura poskytuje maximální stupeň citlivosti. Díky této kvalitě transformují kužele a tyčinky sítnice oka světelné signály přicházející zvenčí do zvláštních impulsů, které pak může být vnímán lidským nervovým systémem..

Speciální struktura každého typu fotoreceptoru jim umožňuje vykonávat určité funkce. Ve dne jsou kužele oka silně zatěžovány. S poklesem množství světelného toku, to znamená za soumraku, začnou sítnice fungovat.

Struktura tyčí a čípků se liší vzhledem k tomu, že tyto fotoreceptory mají různé principy činnosti a jsou zapojeny do vnímání světla různými způsoby..

Tyčinky

Tyčinka sítnice má tvar válce s jednotným průměrem po celé své délce. Celá délka tyče je téměř 30krát větší než její průměr, čímž se tvar tohoto fotoreceptoru protáhne. Struktura tyčinek sítnice je reprezentována čtyřmi prvky:

  • membránové disky;
  • cilium;
  • mitochondrie;
  • nervová tkáň.

Tyče mají maximální světelnou citlivost, která zajišťuje jejich reakci i na nejmenší záblesky vnějšího světla. Receptor tyčí začíná působit, i když přijímá energii v jednom fotonu. Tato funkce umožňuje hůlkám poskytovat soumrakové vidění a pomáhá vidět objekty co nejjasněji ve večerních hodinách..

Jelikož však tyčinky sítnice obsahují pouze jeden pigmentový prvek, označený jako rhodopsin nebo vizuálně fialová, odstíny a barvy se nemohou lišit. Protein tyčinek je rhodopsin a nemůže tak rychle reagovat na světelné podněty jako pigmentové prvky kužele.

Šišky

Koordinovaná práce s pruty a kužely, navzdory skutečnosti, že jejich struktura je výrazně odlišná, pomáhá člověku vidět celou okolní realitu v plném kvalitativním rozsahu. Oba typy fotoreceptorů sítnice se ve své práci navzájem doplňují, což přispívá k získání nejjasnějšího, nejjasnějšího a nejjasnějšího obrazu.

Šišky dostaly své jméno podle skutečnosti, že jejich tvar je podobný baňkám používaným v různých laboratořích. Sítnice u dospělého člověka pojme asi 7 milionů čípků.
Jeden kužel, jako tyč, se skládá ze čtyř prvků.

  • Vnější (první) vrstva sítnicových kuželů je představována membránovými disky. Tyto disky jsou naplněny jodopsinem, barevným pigmentem.
  • Druhá vrstva sítnicových kuželů je spojovací vrstva. Působí jako zúžení, které vám umožní vytvořit určitý tvar tohoto receptoru.
  • Vnitřní část kuželů představuje mitochondrie..
  • Ve středu receptoru je bazální segment, který funguje jako spojovací článek.

Iodopsin se dělí na několik typů, což umožňuje plnou citlivost kuželů vizuální dráhy při vnímání různých částí světelného spektra..

Podle dominance různých typů pigmentových prvků lze všechny kužele rozdělit do tří typů. Všechny tyto typy šišek fungují ve shodě, a to umožňuje člověku s normálním zrakem ocenit veškerou bohatost odstínů objektů, které vidí..

Struktura sítnice

V obecné struktuře sítnice zaujímají tyčinky a kužely velmi určité místo. Přítomnost těchto receptorů na nervové tkáni, která tvoří sítnici, pomáhá rychle přeměnit přijatý světelný tok na řadu impulsů.

Sítnice přijímá obraz, který se promítá do oční rohovky a čočky. Poté se zpracovaný obraz ve formě impulsů dostane vizuální cestou do odpovídající části mozku. Složitá a plně tvarovaná struktura oka umožňuje úplné zpracování informací během několika okamžiků.

Většina fotoreceptorů je soustředěna v makule - centrální oblasti sítnice, která se díky nažloutlému odstínu nazývá také makula oka.

Funkce prutů a kuželů

Speciální struktura tyčí vám umožňuje zafixovat sebemenší světelné podněty při nejnižším stupni osvětlení, ale zároveň tyto receptory nedokáží rozlišit odstíny světelného spektra. Šišky nám naopak pomáhají vidět a ocenit veškerou bohatost barev světa kolem nás..

Navzdory skutečnosti, že tyčinky a čípky mají ve skutečnosti různé funkce, pouze koordinovaná účast obou skupin receptorů může zajistit hladký chod celého oka..

Oba fotoreceptory jsou tedy důležité pro naši vizuální funkci. To nám umožňuje vždy vidět spolehlivý obraz bez ohledu na povětrnostní podmínky a denní dobu..

Rhodopsin - struktura a funkce

Rhodopsin je skupina vizuálních pigmentů, strukturně bílkovina příbuzná chromoproteinům. Rhodopsin, nebo vizuální fialová, dostala své jméno pro svůj jasně červený odstín. Fialové zbarvení sítnicových tyčinek bylo objeveno a prokázáno v mnoha studiích. Retinální protein rhodopsin se skládá ze dvou složek - žlutého pigmentu a bezbarvého proteinu.

Pod vlivem světla se rhodopsin rozkládá a jeden z produktů jeho rozkladu ovlivňuje vzhled vizuálního vzrušení. Snížený rhodopsin působí za soumraku a protein je v tuto chvíli zodpovědný za noční vidění. Při jasném světle se rhodopsin rozkládá a jeho citlivost se přesouvá do modré oblasti vidění. Retinální protein rhodopsin je u lidí zcela obnoven asi za 30 minut. Během této doby dosáhne soumrak vidění svého maxima, to znamená, že člověk začne stále více a více jasně vidět ve tmě.

Tyčinky a kužely sítnice

Vize je první smysl, který člověk používá k poznání vnějšího světa.

Nejprve se člověk dívá na předmět zájmu, pak se dotýká, cítí, čichá nebo chutná.

Jedná se o tak přirozený proces, že je těžké uvěřit ve složitost jeho implementace vizuálním systémem. Je to obtížné, ale díky tomu to není o nic méně zajímavé. Vytvoření obrazu prochází mnoha fázemi stvoření, jedním z nich je vnímání a zpracování barevných a světelných podnětů a jejich transformace na nervový impuls. Sítnice oka slouží tomuto účelu. Tato tenká destička je nejdůležitější součástí oční bulvy, je počátkem vizuálního analyzátoru..

Sítnice obsahuje mnoho senzorických vláken, která přijímají vnější podněty. Vlákna jsou kombinována do 3 nervových svazků:

  • první jsou tyče a kužely;
  • druhé, bipolární buňky;
  • třetí - gangliové buňky.

Tyčinky a čípky jsou odpovědné za fotorecepci sítnice a jsou umístěny v její vnější vrstvě..

Struktura kužele

Kužele jsou receptory ve tvaru kužele umístěné ve středu sítnice. Jedná se o malé neurony dlouhé až 50 mikronů, jejichž průměr je 1 až 4 mikrony. Zdravý člověk má asi 7 milionů buněk. Kužele, jako nezávislé struktury, se skládají ze samostatných částí, z nichž každá plní odpovídající funkci. 4 části kužele:

  • vnější část;
  • tahání;
  • vnitřní segment;
  • synapse.

Vnější segment je vyplněn plazmatickými záhyby. Nazývají se membránové poloviční disky. Jejich povrch obsahuje pigment citlivý na světlo - jodopsin. Vrcholové záhyby vystavené pigmentu se recyklují. Na jejich místě se tvoří nové poloviční disky jejich nově oddělené membrány - probíhá regenerační proces, buňka se obnovuje. Kompletně obnovené složení membránových hemisfér se vyměňuje každých 10 dní.

Zúžení je část vnější membrány, která hraje spojovací roli mezi vnější a vnitřní částí. Komunikace mezi segmenty probíhá prostřednictvím řasinek a cytoplazmy.

Vnitřní část buňky je soubor mitochondrií a ribozomů. Tato část je zodpovědná za syntézu a přenos energie pro práci vizuálního analyzátoru. Na ribozomech je syntetizován protein, který je nezbytný pro neustálou obnovu membránových hemisfér a pigmentu. Buněčné jádro je také umístěno ve vnitřním segmentu..

Všechny nervové buňky přenášejí impulsy prostřednictvím speciálních kontaktů - synapsí. Kužele nejsou výjimkou. Synapse se používá k přenosu signálu do bipolárních buněk.

Kuželové funkce

Šišky jsou zodpovědné za jasnost a vnímání barev a zachycují náhlé pohyby. Mají funkci absorbovat barevné signály díky pigmentu jodopsinu. Pigment kryje záhyby vnějšího segmentu fotoreceptoru ve tvaru disku. Jodopsin není ve všech buňkách stejný. Právě pro typ pigmentu a jejich funkce byly vyvinuty třísložkové a dvousložkové teorie barevného vnímání..

Třísložková teorie vnímání barev

Vnímání barev pomáhá člověku vidět obraz světa ve všech barvách. Duha barev se skládá z mnoha elektromagnetických signálů různých délek, které jsou zodpovědné za reprodukci té či oné barvy. Oko tyto dráždivé látky zachytí.

Podle vlnové délky existují 3 typy barevného spektra:

  • červeno-oranžová - dlouhá vlna záření;
  • žluto-zelená - průměrná radiační vlna;
  • modrofialová - krátká vlna záření.

Každý kužel absorbuje určitý paprsek stimulace odpovídající prezentovaným typům. To je způsobeno rozdíly v základním pigmentu jodopsinu. V závislosti na schopnosti zachytit barevný paprsek určité délky a typu pigmentu jsou centrální fotoreceptory rozděleny do 3 typů: kužely S, M a L.

S receptory (zkratka pro „short“) jsou citlivé na krátké vlnové délky 440-450 nm. Vizuální pigment je cyanolab. Buňky jsou umístěny hlavně podél obvodu sítnice, jejich počet je minimální.

Typ M (střední) absorbuje střední vlnové délky - 535 nm. Aktivní pigment je chlorolab. L-kužele (dlouhé) jsou citlivé na dlouhé vlnové délky barevného gamutu - 570 nm. Hlavním pigmentem je erytrolab. M a L buňky tvoří většinu barevného příjmu a jsou umístěny v makule sítnice. To je základem pravidla třísložkového vnímání barev - Jung-Helmholtzovy teorie. Byl vyvinut M.V. Lomonosov, dále rafinovaný vědci Thomas Jung a Hermann Helmholtz.

Dvousložková teorie vnímání barev

Dvousložková nebo nelineární teorie vnímání barev předpokládá přítomnost pouze 2 typů pigmentu - erytrolab a chlorolab a jejich odpovídající čípky. Funkci vnímání modrofialové větve barevného schématu přebírají tyčinky. Neúplná studie a neprokázaná role pigmentu cyanolab ve vizuálním aktu hovoří ve prospěch dvousložkové teorie..

Struktura tyčinek

Válcové buňky citlivé na světlo mají délku 0,06 mm a průměr 0,002 mm. Koncentrují se na periferii sítnice. Čím blíže ke středu, tím štíhlejší se hromadí tyčinky. Pokud jde o množství, překračují kužely 17krát - je jich asi 120 milionů. Struktury fotoreceptorů mají podobnou strukturu. Tyče, jako kužele, se skládají z vnějšího a vnitřního segmentu, zúžení nebo řasinky a bazální části.

Vnější část buňky obsahuje membránové disky obsahující molekuly rhodopsinu. Jedná se o specifický pigment v tyčinkách s vysokou citlivostí na světlo. Díky rhodopsinu jsou tyčinky citlivé na paprsky i 2 fotonů. Při jasném světle jsou pigmentové funkce oslabeny, ale obnoveny ve tmě a zachycují nejmenší světelné zdroje.

Vnitřní část je zodpovědná za produkci a distribuci energetického potenciálu buňky, syntézu bílkovin za neustálou obnovu pigmentových disků.

Bazální oblast obsahuje nervová zakončení, kterými tyčinky komunikují s bipolárními buňkami. Každá bipolární buňka (2 svazky neuronů sítnice) je spojena s několika tyčinkami současně. Dále je několik bipolárních buněk spojeno jednou gangliovou buňkou. Ten „zobecňuje“ součet signálů z prvních dvou paprsků a poskytuje vysokou citlivost na nejmenší množství světla.

Funkce tyčinek

Tyče zajišťují periferní a noční vidění. Jsou citlivé na fialově modré barevné spektrum. Proto ve tmě objekty vydávají černý a modrý odstín. Schopnost kužele vnímat barvu se v noci snižuje a pruty začnou na svém místě aktivně pracovat. Barvy ve tmě proto nelze rozlišit a člověk vidí pouze obrysy okolních objektů.

Závěr

Oko je poměrně složitá struktura, která vykonává mnoho funkcí současně. Cílem je jasné barevné vidění. Koordinovaná práce fotoreceptorů umožňuje plné vidění. Člověk vidí živý obraz světa, rozlišuje nejmenší detaily a odstíny, snadno se pohybuje ve dne i v noci. Všechna krása vidění by nebyla možná bez plynulé a nepřetržité interakce malých pomocníků - prutů a šišek.

Tyčinky a kužely sítnice

Tyčinky a čípky jsou citlivé receptory sítnice, které transformují světelnou stimulaci na nervovou, tj. přeměňují světlo na elektrické impulsy, které cestují optickým nervem do mozku. Tyčinky jsou odpovědné za vnímání za špatných světelných podmínek (odpovědné za noční vidění), kužely - za zrakovou ostrost a barevné vnímání (denní vidění). Zvažte každý typ fotoreceptoru zvlášť.

Tyčinky sítnice

Tyče mají tvar válce s nerovným, ale přibližně stejným průměrem kruhu po celé délce. Kromě toho je délka (rovná 0,000006 m nebo 0,06 mm) třicetkrát větší než jejich průměr (0,000002 m nebo 0,002 mm), a proto je prodloužený válec opravdu velmi podobný hůlce. V oku zdravého člověka je asi 115–120 milionů tyčinek..

Hůlka lidského oka se skládá ze 4 segmentů:

1 - Vnější segment (obsahuje membránové disky),

2 - Spojovací segment (řasa),

3 - Vnitřní segment (obsahuje mitochondrie),

4 - Bazální segment (nervové spojení)

Pruty jsou extrémně citlivé na světlo. Energie jednoho fotonu (nejmenší elementární částice světla) je dostatečná pro reakci tyčinek. Tato skutečnost pomáhá s takzvaným nočním viděním, které vám umožní vidět za soumraku..

Tyčinky nejsou schopné rozlišit barvy, zaprvé je to kvůli přítomnosti pouze jednoho pigmentu rhodopsinu v tyčinkách. Rhodopsin, nebo jinak se tomu říká vizuální fialová, má díky zahrnutým dvěma skupinám proteinů (chromofor a opsin) dvě maxima absorpce světla, i když vzhledem k tomu, že jedno z těchto maxim je mimo viditelné světlo lidského oka (278 nm je ultrafialová oblast, není viditelné okem), stojí za to jim říkat maxima absorpce vln. Druhé absorpční maximum je však pro oko stále viditelné - nachází se kolem 498 nm, což je, jakoby, na hranici mezi zeleným barevným spektrem a modrou.

Je spolehlivě známo, že rhodopsin obsažený v prutech reaguje na světlo pomaleji než jodopsin v čípcích. Proto tyčinky reagují slaběji na dynamiku světelného toku a špatně rozlišují objekty v pohybu. Ze stejného důvodu také zraková ostrost není specializací prutů..

Kužele sítnice

Kužele dostalo své jméno podle jejich tvaru, podobně jako u laboratorních baněk. Délka kužele je 0,00005 metrů nebo 0,05 mm. Jeho průměr v nejužším bodě je asi 0,000001 m, neboli 0,001 mm, a 0,004 mm v nejširším místě. Sítnice zdravého dospělého má asi 7 milionů čípků.

Čípky jsou méně citlivé na světlo, jinými slovy, aby je vzrušily, je zapotřebí světelný tok desetkrát intenzivnější než excitovat tyčinky. Kužele jsou však schopny zpracovávat světlo intenzivněji než tyče, a proto lépe vnímají změny světelného toku (například tyčinky lépe rozlišují světlo v dynamice, když se objekty pohybují vzhledem k oku), a také určují jasnější obraz.

Kužel lidského oka se skládá ze 4 segmentů:

1 - Vnější segment (obsahuje membránové disky s jodopsinem),

2 - Spojovací segment (zúžení),

3 - Vnitřní segment (obsahuje mitochondrie),

4 - Oblast synaptického spojení (bazální segment).

Důvodem pro výše uvedené vlastnosti šišek je obsah biologického pigmentu jodopsinu v nich. V době psaní tohoto článku byly nalezeny dva typy jodopsinu (izolované a prokázané): erythrolab (pigment citlivý na červenou část spektra, na dlouhé L vlny), chlorolab (pigment citlivý na zelenou část spektra, na střední M vlny). K dnešnímu dni nebyl nalezen pigment citlivý na modrou část spektra, na krátké S-vlny, i když je mu již přiřazen název - cyanolab.

Rozdělení čípků na 3 typy (podle dominance barevných pigmentů v nich: erythrolab, chlorolab, cyanolab) se nazývá třísložková hypotéza vidění. Existuje však také nelineární dvousložková teorie vidění, jejíž přívrženci se domnívají, že každý kužel obsahuje současně erytrolab i chlorolab, což znamená, že je schopen vnímat barvy červeného a zeleného spektra. V tomto případě roli cyanolabu přebírá vybledlý rhodopsin z prutů. Na podporu této teorie se také říká, že lidé trpící barevnou slepotou, konkrétně slepotou v modré části spektra (tritanopia), mají také potíže s viděním za soumraku (noční slepota), což je známkou abnormálního fungování sítnicových tyčinek..

Fotoreceptory - tyče a kužely

Zraková ostrost a citlivost na světlo.

Sítnice lidského oka obsahuje jeden typ tyčinek (obsahují jasně červený pigment rhodopsin), které relativně rovnoměrně vnímají téměř celý rozsah viditelného spektra (od 390 do 760 nm) a tři typy čípků (pigmenty - jodopsiny), z nichž každý vnímá světlo určitého vlnová délka. V důsledku širšího absorpčního spektra rhodopsinu tyčinky vnímají slabé světlo, to znamená, že jsou nezbytné ve tmě, kužele - v jasném světle. Kužele jsou tedy aparátem denního vidění a tyče jsou soumrakem.

Sítnice obsahuje více tyčinek než čípků (120 x 106 a 6-7 x 106, v uvedeném pořadí). Rovnoměrné je také rozložení tyčí a kuželů. Tenké podlouhlé tyčinky (50 x 3 μm) jsou rovnoměrně rozloženy po sítnici, s výjimkou centrální jamky (makula), kde jsou umístěny téměř výlučně podlouhlé kuželové kužele (60 x 1,5 μm). Vzhledem k tomu, že kužele jsou velmi hustě zabalené v centrální fosse (15 x 104 na 1 mm 2), vyznačuje se tato oblast vysokou zrakovou ostrostí (další důvod). Vidění pomocí tyčí je méně ostré, protože tyče jsou umístěny méně hustě (další důvod) a signály z nich konvergují (nejdůležitější důvod), ale to je to, co zajišťuje vysokou citlivost nezbytnou pro noční vidění. Tyčinky jsou určeny k vnímání informací o osvětlení a tvaru předmětů.

Volitelné příslušenství pro noční vidění. U některých druhů zvířat (krávy, koně, zejména kočky a psi), oči ve tmě září. To je způsobeno přítomností speciální reflexní membrány (tapetum), která leží v dolní části oka, před choroidem. Membrána se skládá z vláken impregnovaných stříbrnými krystaly, které odrážejí světlo vstupující do oka. Světlo prochází sítnicí podruhé a fotoreceptory dostávají další část fotonů. Je pravda, že jasnost obrazu s tímto odrazem klesá, ale zvyšuje se citlivost.

Vnímání barev

Každý vizuální pigment absorbuje část dopadajícího světla a zbytek odráží. Absorpcí fotonu světla vizuální pigment mění svou konfiguraci, zatímco se uvolňuje energie, která se používá k provedení řetězce chemických reakcí, což vede k výskytu nervového impulsu.

U lidí se vyskytují tři typy šišek, z nichž každý obsahuje svůj vlastní vizuální pigment - jeden ze tří jodopsinů, který je nejcitlivější na modré, zelené nebo žluté světlo. Elektrický signál na výstupu jednoho nebo druhého typu čípků závisí na počtu kvant, které vzrušují fotopigment. Barevný pocit je zjevně určen vztahem mezi nervovými signály z každého z těchto tří typů kuželů..

Zjevný rozpor mezi třemi typy kónických pigmentů - modrou, zelenou a žlutou - a třemi „primárními“ barvami - modrou, žlutou a červenou - může být překvapivý. Ale i když se absorpční maxima vizuálních pigmentů neshodují se třemi základními barvami, není v tom žádný významný rozpor, protože světlo jakékoli vlnové délky (jako světlo skládající se z kombinace vln různých vlnových délek) vytváří jedinečný poměr mezi úrovněmi excitace barevných receptorů těchto tří typů. Tento poměr poskytuje nervovému systému, který zpracovává signály z „tříbarevného“ receptorového systému, dostatek informací k identifikaci případných světelných vln ve viditelné části spektra..

U lidí a jiných primátů jsou kužele zapojeny do barevného vidění. Co lze v tomto ohledu říci o hůlkách??

V lidské sítnici jsou tyčinky přítomny pouze mimo foveu a hrají důležitou roli hlavně při slabém osvětlení. To je způsobeno dvěma okolnostmi. Nejprve jsou tyčinky citlivější na světlo než kužely (rhodopsin má velmi široké absorpční spektrum). Zadruhé, konvergence je výraznější v jejich nervových spojích než v kónických spojích, což poskytuje větší příležitost pro shrnutí slabých podnětů. Vzhledem k tomu, že kužele jsou zodpovědné za barevné vidění u lidí, můžeme při velmi slabém osvětlení rozlišit pouze odstíny černé a šedé. A protože ve fovei jsou většinou kužely, lépe vnímáme slabé světlo dopadající na oblasti mimo foveu - kde jsou tyčinky větší. Například malá hvězda na obloze se nám zdá jasnější, pokud její obraz není v samotné díře, ale v její bezprostřední blízkosti.

Studie vnímání barev u zvířat se provádějí metodou vývoje diferenciačních podmíněných reflexů - reakcí na objekty namalované různými barvami s povinným vyrovnáním intenzity jasu. Bylo tedy zjištěno, že barevné vidění je u psů a koček špatně vyvinuté, chybí u myší a králíků, koně a dobytek jsou schopni rozlišovat mezi červenou, zelenou, modrou a žlutou barvou; zjevně to platí i pro prasata.

Další materiál zvýrazněný kurzívou a speciálním formátováním.

V roce 1666. Isaac Newton ukázal, že bílé světlo může být rozloženo na řadu barevných složek průchodem hranolem. Každá taková spektrální barva je monochromatická, tj. již nelze rozložit na jiné barvy. V té době však již bylo známo, že umělec může reprodukovat jakoukoli spektrální barvu (například oranžovou) smícháním dvou čistých barev (například červené a žluté), z nichž každá odráží světlo, které se liší vlnovou délkou od dané spektrální barvy. Zdálo se tedy, že Newtonův objev existence bezpočtu barev a přesvědčení renesančních umělců, že jakoukoli barvu lze získat kombinací tří základních barev - červené, žluté a modré, si navzájem odporovaly..

To je rozpor v roce 1802. vyřešil Thomas Jung, který navrhl, aby receptory oka selektivně vnímaly tři základní barvy: červenou, žlutou a modrou. Podle jeho teorie je každý typ barevného receptoru víceméně vzrušený světlem jakékoli vlnové délky. Jinými slovy, Jung navrhl, že pocit „oranžové“ vzniká ze současné excitace „červených“ a „žlutých“ receptorů. Byl tedy schopen sladit skutečnost nekonečné rozmanitosti spektrálních barev se závěrem, že je lze reprodukovat pomocí omezeného počtu barev..

Tuto trichromatickou Jungovu teorii potvrdily v 19. století výsledky četných psychofyzikálních studií Jamese Maxwella a Hermanna Helmholtze i pozdější údaje Williama Rushtona..

Přímé důkazy o existenci tří typů barevných receptorů však byly získány až v roce 1964, kdy William B. Marks (s Edwardem F. McNicholem) studoval absorpční spektra jednotlivých kuželů ze sítnice zlaté rybky. Byly nalezeny tři typy čípků, které se lišily spektrálními vrcholy absorpce světelných vln a odpovídaly třem vizuálním pigmentům. Podobné studie na lidských a opičích sítnicích přinesly podobné výsledky.

Podle jednoho z principů fotochemie světlo, skládající se z různých vlnových délek, stimuluje fotochemické reakce v poměru k absorpci světelných vln každé vlnové délky. Pokud foton není absorbován, nemá to žádný vliv na molekulu pigmentu. Absorbovaný foton přenáší část své energie na molekulu pigmentu. Tento proces přenosu energie znamená, že vlny různých délek budou vzrušovat fotoreceptorovou buňku (která je vyjádřena v jejím spektru účinku) v poměru k tomu, jak účinně pigment této buňky tyto vlny absorbuje (tj. V souladu s jeho spektrem absorpce světla).

Mikrospektrofotometrická studie kužele zlaté rybky odhalila tři absorpční spektra, z nichž každé odpovídá konkrétnímu vizuálnímu pigmentu s charakteristickým maximem. U lidí má křivka pro odpovídající „dlouhovlnný“ pigment maximum při asi 560 nm, tj. Ve žluté oblasti spektra.

Existenci tří typů kónických pigmentů potvrdily údaje o existenci tří elektrofyziologických typů pigmentů s akčním spektrem odpovídajícím absorpčnímu spektru. V současné době tedy lze formulovat Youngovu trichromatickou teorii s přihlédnutím k údajům o kónických pigmentech.

Barevné vidění bylo nalezeno ve všech třídách obratlovců. Je obtížné zobecnit příspěvek tyčí a kužele k barevnému vidění. Je to zpravidla spojeno s přítomností čípků v sítnici, v řadě případů však byly nalezeny i „barevné“ typy tyčinek. Například kromě šišek má žába dva typy prutů - „červený“ (obsahuje rhodopsin a absorbuje modrozelené světlo) a „zelený“ (obsahuje pigment, který absorbuje světlo z modré části spektra). U bezobratlých je u hmyzu dobře vyvinuta schopnost rozlišovat barvy, včetně ultrafialových paprsků.

1. Vysvětlete, proč by konvergence měla zvyšovat citlivost oka na slabé světlo.

2. Vysvětlete, proč jsou objekty v noci viditelnější, pokud se na ně nedíváte přímo.

3. Vysvětlete biologický základ rčení: „V noci jsou všechny kočky šedé“.

Struktura tyčí a kuželů

Pruty a kužely mají velmi podobnou strukturu a skládají se ze čtyř částí:

Vnější segment.

Toto je oblast citlivá na světlo, kde se světelná energie přeměňuje na receptorový potenciál. Celý vnější segment tyčinek je vyplněn membránovými disky tvořenými plazmatickou membránou a oddělen od nich. Počet těchto disků v tyčinkách je 600–1000; jedná se o zploštělé membránové vaky a skládají se jako hromádka mincí. V kuželech je méně membránových disků a nejedná se o izolované záhyby plazmatické membrány. Na povrchu membránových disků a záhybů obrácených k cytoplazmě jsou pigmenty citlivé na světlo.

Zde je vnější segment téměř úplně oddělen od vnitřního vydutím vnější membrány. Spojení mezi dvěma segmenty je prostřednictvím cytoplazmy a dvojice řasinek procházejících z jednoho segmentu do druhého. Cilia obsahuje pouze 9 periferních dubletů mikrotubulů: chybí pár centrálních mikrotubulů charakteristických pro řasinky.

Vnitřní segment.

Toto je oblast aktivního metabolismu; je naplněn mitochondriemi, které dodávají energii pro procesy vidění, a polyribosomy, na nichž jsou syntetizovány proteiny, které se podílejí na tvorbě membránových disků a syntéze vizuálního pigmentu. Jádro se nachází ve stejné oblasti..

Synaptická oblast.

V této oblasti tvoří buňka synapse s bipolárními buňkami. Difúzní bipolární buňky mohou tvořit synapse s více tyčemi. Tento jev, nazývaný synaptická konvergence, snižuje ostrost vidění, ale zvyšuje citlivost oka na světlo. Monosynaptické bipolární buňky spojují jeden kužel s jednou gangliovou buňkou, což poskytuje větší zrakovou ostrost ve srovnání s tyčinkami. Vodorovné a amakrinní buňky vážou dohromady řadu tyčinek nebo čípků. Díky těmto buňkám prochází vizuální informace určitým zpracováním ještě předtím, než opustí sítnici; zejména tyto buňky se podílejí na boční inhibici.

Boční inhibice- jedna z forem filtrace ve vizuálním systému slouží ke zvýšení kontrastu.

Vzhledem k tomu, že změny síly nebo kvality stimulu v čase nebo prostoru mají pro zvíře zpravidla velký význam, byly v procesu evoluce vytvořeny nervové mechanismy, které tyto změny „zdůraznily“. Rychlým pohledem na výkres můžete získat představu o zvýšení vizuálního kontrastu:

Každý svislý proužek se zdá být na okraji mírně světlejší s přilehlým tmavším pruhem. Naopak tam, kde hraničí se světlejším pruhem, vypadá tmavší. Je to optická iluze; ve skutečnosti jsou pruhy rovnoměrně natřeny po celé šířce (s dobrou kvalitou tisku). Abyste se ujistili, že to stačí, pokryjte všechny proužky papírem, kromě jednoho.

Jak tato iluze vzniká? Signál přenášený fotoreceptorem (tyčí nebo kuželem) vzrušuje amakrinní buňku, která inhibuje přenos signálů ze sousedních receptorů, čímž zvyšuje jasnost obrazu („tlumí oslnění“).

První fyziologické vysvětlení laterální inhibice se objevilo jako výsledek studia fazetovaného oka kraba podkovy. Ačkoli je organizace takového oka mnohem jednodušší než organizace sítnice obratlovců, existují také interakce mezi jednotlivými ommatidiemi v krabi podkovy. Toto bylo poprvé objeveno v polovině padesátých let v laboratoři H. K. Hartline na Rockefellerově univerzitě. Nejprve byla v temné místnosti zaznamenána elektrická aktivita jednotlivého ommatidia, když byla stimulována jasným paprskem světla namířeným pouze na toto ommatidium. Když bylo také zapnuto obecné světlo v místnosti, tato dodatečná stimulace nejenže nezvýšila frekvenci výbojů přenášených ommatidiem, ale naopak vedla k jejímu snížení. Následně bylo zjištěno, že příčinou inhibice (snížení frekvence impulsů) tohoto ommatidia byla excitace okolního ommatidia rozptýleným světlem místnosti. Tento jev, nazývaný laterální inhibice, byl později pozorován ve vizuálním systému jiných zvířat, stejně jako v řadě smyslových systémů jiného typu..

Mechanismus fotorecepce v tyčinkách

Položme si otázku: odkud pocházejí neurony v sítnici: bipolární buňky, gangliové buňky i horizontální a amakrinní buňky?

Připomeňme, že sítnice se vyvíjí jako výrůstek předního mozku. Jedná se tedy o nervovou tkáň. Paradoxně jsou tyčinky a čípky také neurony, i když zmutované. Navíc nejen neurony, ale také spontánně aktivní: bez světla je jejich membrána depolarizována a vylučují mediátory a světlo způsobuje inhibici a hyperpolarizaci membrány! Na příkladu holí se pokusíme přijít na to, jak se to děje..

Tyčinky obsahují na světlo citlivý pigment rhodopsin, který je umístěn na vnějším povrchu membránových disků. Rhodopsin, nebo vizuálně fialová, je komplexní molekula vytvořená v důsledku reverzibilní vazby opsinového proteinu na malou molekulu karotenoidového sítnice absorbující světlo (aldehydová forma vitaminu A, retinol). Opsin může existovat jako dva izomery. Zatímco opsin je spojován s retinálem, existuje jako chemicky neaktivní izomer, protože retinál, který zabírá určitou oblast na povrchu své molekuly, blokuje reaktivní skupiny atomů.

Pod vlivem světla rhodopsin „mizí“ - ničí se na opsin a sítnici. Tento proces je reverzibilní. Opačný proces je jádrem temné adaptace. V úplné tmě trvá asi 30 minut, než se veškerý rhodopsin resyntetizuje a oči (přesněji tyčinky) získají maximální citlivost..

Bylo zjištěno, že i jeden foton může způsobit vyblednutí rhodopsinu. Uvolněný opsin mění svoji konformaci, stává se reaktivním a spouští kaskádu procesů. Zvažte tento řetězec vzájemně závislých procesů postupně.

1) rhodopsin bezpečný a zdravý, neaktivní;

2) v cytoplazmě fotoreceptorů pracuje enzym (guanylátcykláza), který převádí jeden z nukleotidů - guanylát (kyselina guanosinmonofosforečná - GMF) z lineární na cyklickou formu - cGMP (GMF → cGMP);

3) cGMP je zodpovědný za udržování otevřeného stavu Na + kanálů fotoreceptorové plazmatické membrány (cGMP závislé Na + kanály);

4) ionty Na + volně vstupují do buňky - membrána je depolarizována, buňka je ve stavu vzrušení;

5) Ve stavu excitace fotoreceptory vylučují neurotransmiter do synaptické štěrbiny.

1) Absorpce světla rhodopsinem způsobuje jeho blednutí, opsin mění jeho konformaci a stává se aktivním.

2) Vzhled aktivní formy opsinu vyvolává aktivaci regulačního G-proteinu (tento protein vázaný na membránu slouží jako regulační činidlo v buňkách různých typů).

3) Aktivovaný G-protein zase aktivuje enzym - fosfodiesterázu - v cytoplazmě vnějšího segmentu. Všechny tyto procesy probíhají v rovině diskové membrány..

4) Aktivovaná fosfodiesteráza převádí cyklický guanosinmonofosfát v cytoplazmě na obvyklou lineární formu (cGMP → HMP).

5) Pokles koncentrace cGMP v cytoplazmě vede k uzavření Na + kanálů, které procházejí temným proudem, a membránové hyperpolarizace.

6) V hyperpolarizovaném stavu buňka nevylučuje mediátory.

Když znovu padne tma, působením již zmíněné guanylátcyklázy se regeneruje cGMP. Zvýšení hladin cGMP vede k otevření kanálů a proud receptoru se obnoví na plnou „temnou“ úroveň.

Model fotokonverze v tyči obratlovců.

Fotoizomerizace rhodopsinu (Po) vede k aktivaci G-proteinu, který zase aktivuje fosfodiesterázu (PDE). Ten pak hydrolyzuje cGMP na lineární HMP. Protože cGMP udržuje kanály Na + otevřené ve tmě, přeměna cGMP na HMP ve světle způsobí uzavření těchto kanálů a snížení temného proudu. Signál o této události je přenášen na presynaptický terminál na základně vnitřního segmentu v důsledku šíření vznikajícího hyperpolarizačního potenciálu.

To, co se děje ve fotoreceptorech, je tedy pravý opak toho, co se obvykle pozoruje v jiných receptorových buňkách, kde podráždění způsobuje spíše depolarizaci než hyperpolarizaci. Hyperpolarizace zpomaluje uvolňování excitačního neurotransmiteru z tyčí, který je ve tmě nejhojnější.

Taková složitá kaskáda procesů je nutná k zesílení signálu. Jak již bylo zmíněno, absorpci co i jen jednoho fotonu lze zaregistrovat na výstupu z tyče. Fotoizomerizace jedné molekuly fotopigmentu způsobuje lavinu podobnou kaskádu reakcí, z nichž každá výrazně zvyšuje účinek předchozí. Takže pokud jedna molekula fotopigmentu aktivuje 10 molekul G-proteinu, jedna molekula G-proteinu aktivuje 10 molekul fosfodiesterázy a každá molekula fosfodiesterázy zase hydrolyzuje 10 molekul cGMP, může fotoizomerace jedné molekuly pigmentu deaktivovat 1000 molekul cGMP. Z těchto libovolných, ale poněkud podceňovaných čísel je snadné pochopit, jak lze senzorický signál zesílit pomocí kaskády enzymatických reakcí.

To vše umožňuje vysvětlit řadu dříve tajemných jevů..

Zaprvé je již dlouho známo, že člověk, který se přizpůsobil úplné tmě, je schopen vidět tak slabý záblesk světla, že žádný receptor nemůže přijímat více než jeden foton. Výpočty ukazují, že pro pocit blesku je nutné, aby v krátké době bylo fotony stimulováno asi šest těsně od sebe vzdálených tyčí. Nyní je jasné, jak může jeden foton vzrušit tyč a způsobit, že generuje signál dostatečné síly..

Za druhé, nyní můžeme vysvětlit neschopnost tyčí reagovat na změny osvětlení, pokud je světlo již dostatečně jasné. Citlivost prutů je podle všeho tak vysoká, že při silném osvětlení, například na slunci, jsou všechny sodíkové póry uzavřeny a další zesílení světla nemusí mít žádný další účinek. Pak říkají, že tyčinky jsou nasycené.

Jeden ze zákonů teoretické biologie - zákon organické účelnosti nebo Aristotelův zákon - byl nyní vysvětlen v Darwinově doktríně tvůrčí role přirozeného výběru, která se projevuje v adaptivní povaze biologické evoluce. Pokuste se vysvětlit, jaká je přizpůsobivost spontánní aktivity fotoreceptorů ve tmě, vzhledem k tomu, že na syntézu a sekreci mediátorů se vynakládá velké množství energie (ATP).