Цвет радужки зависит от количества пигмента меланина. Темные глаза (много меланина в радужке) у жителей южных солнечных стран и слепящих снежных равнин. Радужка - по форме похожа на круг с отверстием внутри ( зрачком ). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток. Строение глаза (внешний вид)
Глаз - центрированная оптическая система, ограниченная спереди воздушной средой, сзади – стекловидным телом.
Размеры глазного яблока: передне – задний 24,3 мм вертикальный 23,4 мм горизонтальный 23,6 мм Оптическая ось – проходит через геометрические центры роговицы, зрачка и хрусталика. Зрительная линия – определяет направление наибольшей светочувствительности и проходит через центры хрусталика и желтого пятна. Угол между оптической и зрительной осями составляет ≈ 5 0. Склера - непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся шесть глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.
Роговица - прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза - склерой. Роговица : основная преломляющая часть глаза; оптическая сила D = 40 дптр ; радиус кривизны 7- 8 мм; толщина в центре ≈ 0,6 мм; на периферии ≈ 1 мм; показатель преломления n = 1,376
Хрусталик " естественная линза" глаза. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. прозрачное упругое тело, подобное двояковыпуклой линзе; радиус кривизны передней поверхности – 10 мм; задней поверхности – 6 мм; диаметр 8-10 мм; оптическая сила D ≈ 20 дптр; показатель преломления n= 1,386 Зрачок - отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок. Диаметр зрачка 2-8 мм
Упрощенная оптическая схема глаза Передняя камера глаза - это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью. Стекловидное тело - гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ.
Аккомодация изменение кривизны хрусталика, способствующее четкому видению различно удаленных предметов. Предмет расположения на бесконечности = > D → min, хрусталик аккомодирован на ∞. Предмет приближается к глазу= > D ↑ (увеличивается кривизна хрусталика). У рыб хрусталик круглый, плотный и может подстраивать фокус, только двигаясь относительно сетчатки. Глаз рыбы настроен на резкое видение близких предметов и аккомодирует на далекие, отдаляя хрусталик от сетчатки. покой напряжение S= 25 см – расстояние наилучшего зрения. При приближении предмета до S = 25 см аккомодация совершается без напряжения. ( С возрастом аккомодация уменьшается)
а) Покой аккомодации б) Напряжение аккомодации
Сетчатка - состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т.е. фотохимическая реакция. количество палочек ≈ 130 млн количество колбочек (RGB) ≈ 7 млн Глаз обычного человека может различать около 160 цветов. Тренированный глаз художника в состоянии различать свыше 10000 цветов и оттенков. Цветовое зрение по-разному выражено у представителей разных рас. Более половины европеоидов, например, обладают повышенной чувствительностью к красному и различают больше его оттенков.
Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение ), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление рецепторов находится в центральной ямке ( желтое пятно ), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки. Новорожденные лучше всего различают зеленые и желтые предметы. У курильщиков восприимчивось цветов снижается!
В – размер предмета; b – размер изображения на сетчатке.
Острота зрения 1 ’ 1 (100%) 2 ’ 0,5 (50%) 4 ’ 0, 25 (25%) Разрешающая способность это способность различать две близко расположенные точки отдельно. Наименьший угол зрения ( ) – угол зрения, под которым глаз различает две точки предмета. На расстоянии L=S= 25 см = > ≈ 1 ’ (соответствует линейному размеру 70 мкм ).
Оценка размера изображения на сетчатке l ≈ 17 мм L=S= 25 см B= 70 мкм (значение соответствует среднему расстоянию между двумя колбочками) = > Целесообразность природы («ничего лишнего») : число светочувствительных элементов (колбочек) на единицу площади сетчатки соответствует предельным возможностям геометрической оптики глаза.
Недостатки оптической системы глаза и способы их компенсации с помощью линз Здоровый глаз ( эмметропический ) – изображение фокусируется на сетчатке. Недостатки оптической системы глаза миопия гиперметропия астигматизм
Изображение фокусируется перед сетчаткой
б) Коррекция с помощью рассеивающей линзы а) Ход лучей при миопии
Изображение фокусируется за сетчаткой
а) Ход лучей при гиперметропии б) Коррекция с помощью собирающей линзы
(Неспособность глаза одинаково резко видеть взаимно перпендикулярные линии. Причина – неодинаковая кривизна роговицы или хрусталика).
Оптическая микроскопия - раздел физики, изучающий приборы для получения увеличенных изображений малых объектов, которые невозможно рассмотреть невооруженным глазом. Микроскоп - (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом Микроскоп – важнейший лабораторный прибор для медицинских и биологических исследований. Поперечный срез сетчатки глаза под микроскопом. Видны клетки, образующие зрительный нерв (красные), и фоторецепторные клетки — палочки (белые) и колбочки (желтые).
Большой микроскоп“ фирмы Карл Цейс с оптикой от Аббе 1879 г. Современный оптический бинокуляр Nikon Stereo microscope
1. Окуляр 2. Тубус 3. Держатель 4. Винт грубой фокусировки (макровинт) 5. Винт точной фокусировки (микровинт) 6. Револьверная головка 7. Объектив 8. Предметный столик
Состоит из двух систем линз – объектива (Об) и окуляра (Ок)
Формирование изображения: Предмет АБ помещается вблизи фокуса системы линз объектива (Об) 2. Объектив создает увеличенное действительное промежуточное изображение А ’ Б ’. Об (АБ) → А ’ Б ’ 3. Окуляр создает окончательное изображение А ’’ Б ’’. Ок (А ’ Б ’ ) → А ’’ Б ’’
Характеристики микроскопа - фокусное расстояние объектива - фокусное расстояние окуляра - расстояние наилучшего зрения - оптическая длина тубуса (расстояние между передним фокусом Ок и задним фокусом Об) На практике Г≤ 1500-2000. Возможность различать мелкие детали ограничена дифракцией света в структуре изучаемого объекта. Нейроны Пуркинье (грушевидные клетки) Увеличение
Предел разрешения - характеризует минимальное расстояние между двумя близко расположенными точками, различимыми в микроскоп раздельно. длина волны света показатель преломления среды между предметом и объективом разрешающая способность апертурный угол объектива Чем ↓ Z, тем R ↑ - ½ угла между крайними лучами конического светового пучка, входящего в объектив.
В современных оптических микроскопах u /2 = 70 0. При этом числовая апертура А→ max, и предел разрешения Z → min Числовая апертура
Полезное увеличение микроскопа предел разрешения глаза предел разрешения микроскопа. Увеличение называют полезным, если размеры предмета равны пределу разрешения микроскопа, а размеры его изображения – пределу разрешения глаза. ,что соответствует Z г л = 70 мкм Для соблюдения гигиены зрения используют микроскопы с увеличением Глаз различает элементы структуры объекта, которые разрешаются микроскопом.
= > При освещении объекта белым светом глаз наиболее чувствителен к λ = 0,555 мкм. Для λ = 0,555 мкм Г min ≈ 250 А 500 А ≤ Г ≤ 1000 А
УФ- микроскоп Оптическая система, предназначенная для анализа объектов в ультрафиолетовых лучах ; используется для анализа (в том числе прижизненного) распределения и динамики преобразований макромолекул в клетках, что основано на поглощении света нуклеиновыми кислотами в участке спектра около 260 нм и рядом белков (богатых фенилаланином и тирозином) - около 280 нм. Метод наблюдения в УФ-лучах делает возможным увеличение предельной разрешающей способности микроскопа. Источник УФ излучения - ртутная дуга в кварцевой оболочке, помещенная в контейнер из специального стекла, задерживающего видимый свет, но пропускающего УФ. Изображение в УФ- микроскопе белковоуглеводных коацерватных капелек
Главное преимущество метода состоит в том, что частицы многих веществ, прозрачные в видимом свете, сильно поглощают УФ и, следовательно, легко различимы в УФ - лучах (пуриновые и пиримидиновые основания, большинство витаминов, ароматические аминокислоты, некоторые липиды, тироксин и др.). Этим обусловлено широкое применение УФ-микроскопии в качестве одного из методов цитохимического анализа. Регистрация изображения – так как УФ - лучи невидимы для человеческого глаза, то изображения в УФ - микроскопии регистрируют либо фотографически, либо с помощью электроннооптического преобразователя или люминесцирующего экрана. Изображение, получаемое при помощи обычной оптической микроскопии (слева) и при помощи метода Хелля с помощью УФ лучей (справа).
Иммерсионная система Иммерсионная система — оптическая система, в которой пространство между объективом и предметом заполнено жидкостью. Такая жидкость называется иммерсией. В качестве иммерсии применяются : Кедровое или минеральное масло (показатель преломления 1,515 ) Водный раствор глицерина ( 1,434 ) Физиологический раствор ( 1,3346 ) Дистилированная вода ( 1,3329 ) Монобромнафталин ( 1,656 ) Вазелин ( 1,503 ) Йодистый метилен ( 1,741 ) Используется для усиления яркости и увеличения разрешающей способности микроскопа. В этом случае числовая апертура увеличивается, а предел разрешения уменьшается.
2 ) Измерение размеров объектов с помощью окулярно-винтового микрометра а) внешний вид микрометра б) изображение шкалы микрометра в поле зрения микроскопа
Волоконная оптика - раздел оптики, изучающий передачу света и изображения по светопроводам. Основа - явление полного внутреннего отражения. Свет, попадая внутрь волокна многократно отражается и распространяется вдоль волокна. Основные потери – на поглощении света веществом внутри волокна (на 1 м волокна теряется 30-70% энергии видимого света).
Эндоскопия Эндоскопия — метод визуального исследования полых органов и полостей организма с помощью оптических приборов (эндоскопов), снабженных осветительным устройством. Используются гибкие жгуты, состоящие из тонких стеклянных нитей, передающих свет по изогнутым каналам.
Наибольшим разнообразием отличаются гибкие эндоскопы для исследования различных отделов пищеварительного тракта и дыхательных путей. Менее разнообразна номенклатура приборов для использования в оториноларингологии, урологии и гинекологии. Типовая схема гибкого медицинского эндоскопа: 1 – исследуемый объект; 2 – источник света; 3 – волоконный осветительный световод; 4 – объектив эндоскопа; 5 – гибкий волоконный световод для передачи изображения; 6 – окуляр
Общий вид гибкого медицинского эндоскопа с волоконной оптикой: I – гибкая рабочая часть, II – корпус, III – окуляр, IV – соединительный кабель, V – разъем осветителя; 1 – управляемый дистальный конец, 2 – головка, 3 – кнопка подачи воды и воздуха, 4 – кнопка управления аспирацией, 5 – ручки управления дистальной частью, 6 – вход инструментального канала
