Сабақ. Биологиялық мембранының ҚҰрылысы және оның Қызметі. ЖАСАНДЫ Биологиялық мембрана. Сабақ жоспары Биологиялық физика пәні және оның басқа ғылымдармен байланысы
жүктеу/скачать 11,48 Mb.
|
1 -15 сабақтар МБФ 2018
| Сабақ мақсаты: Көрудің биофизикалық механизімін талдау және көз кемшіліктерін линза және басқа да жолдар арқылы жоюдың түрлерін қарастыру.
Алдымен көз құрлысын қарастырайық (1- сурет). Көз алмасының сырты склера (1) қабатымен қоршалған, ол көздің ішкі құрылымын қорғап тұрады және оның қаттылығын сақтайды. А А 12 1 сурет Көздің құрылысы. Склераның алдыңғы қабаты жұқарып, өте жұқа мөлдір мүйізді қабатқа (2) айналған. Жұқа мүйізді қабат арқылы көзге сыртқы ортадан жарық енеді. Мүйізді қабаттан кейін түсті қабық (3) жатыр, оның орта бөлігін 2 -8 мм дейін өзгеретін саңлау түрінде көз қарашығы (4) алып жатыр. Түсті қабық пигментпен боялған дөңгелек тәрізді бұлшық еттен тұрады. Дөңгелек бұлшық етің жиырылуы немесе босаңсуы көз қарашығының өлшемінің өзгеруіне алып келеді, осылайша көзге түсетін жарық ағыны реттеледі. Түсті қабықтың арғы жағында қос дөңес линза пішінді, созымалы көз бұршағы (5) орналасқан. Оны қоршай жалғанған циллиарлы бұлшық еттің (6) тартылу немесе созылуы көз бұршағы бетінің қисықтығын өзгертеді, нәтижесінде оның оптикалық күші өзгереді, сонымен қатар бұлшық ет көзді бұрып оның осін қарап тұрған нәрсеге бағыттайды. Мүйізді қабат пен көз бұршағы арасындағы кеңістік су тәрізді сұйықпен толтырылған. Көз бұршағының арғы жағындағы кеңістікті қоймалжың сұйық шыны тәрізді дене (7) алып жатыр. «Мүйізді қабат - су тәрізді сұйық – көз бұршағы - шыны тәрізді дене» бірігіп оптикалық күші 58,8 диоптрии болатын (F=17,2 мм) линза тәрізді оптикалық жүйені құрайды. Бұл оптикалық жүйенің оптикалық ортасы(центрі) мүйізді қабаттан, ішке қарай 5 мм жерде, бұл оптикалық ось суретте АА түзуі түрінде көрсетілген. Көз алмасының ішкі бетін, жартылай сфера түрінде тор қабат алып жатыр(9), онда сыртқы пішіні құтыша және таяқша түрінде болатын жарықты сезгіш фоторецепторлар орналасқан. Бұл жарықты сезгіш жасушалар тор қабаттың сыртқы бетінде қан тамырлары орналасқан аймақта (8) жатыр. Тор қабаттағы нерв талшықтары бірігіп, көру нервіне (10) айналған. Бұл аймақта таяқшалар мен құтышылар жоқ, сондықтан көру нерві алып жатқан жерді жарықты сезбейтін «соқыр дақ» (11) деп атайды. Тор қабаттың орта бөлігінде, оптикалық остің бойында (АА түзуі) ең көргіш аймақ(12) орналасқан, бұл жерде жарықты өте сезгіш құтышалар орналасқан, бұл құтышалар арқылы көз жарықтың түсін анықтайды. Тор қабаттың басқа аймақтырын негізінен таяқшалар алып жатыр. Енді көрудің биофизикалық негізін талдайық. Жоғарыда айтқандай, көзге түскен жарық ағыны көз бұршағы арқылы жарықты сезгіш жасушаларға-таяқшалар мен құтышаларға фокусталады. Таяқшалар тор қабаттың сфера бетін жартылай алып жатыр және ол кескінді «ақ – қара» түрінде көруге мүмкіндік береді. Құтышалардың саны аз, олар негізінен тор қабаттың орта бөлігін алып жатыр және ол кескінді «түрлі-түсті» түрінде көруге мүмкіндік береді. Алдымен көздің тор қабатының құрылысын талдайық, өйткені көру процесі негізіннен осы аймақта өтеді. Көз торы бірнеше қабаттардан тұрады. Жарық түсетін бірінші қабат- нерв талшықтарынан (жасушаларынан) тұрады, олар таяқша мен құтышыларда пайда болған электр сигналдарын миға жеткізеді. Онан соң бірнеше қабаттар орналасқан, олардың негізгі қызметтерін адам физиологиясы курсында талдайтындықтан қазір қарастырмаймыз. Бұл қабаттардан кейін жарықты сезгіш рецепторлар - таяқша мен құтыша жасушаларынан тұратын қабат орналасқан. Олардан соң қара түсті пигменті меланин қабаты бар. Бір қарағанда таяқша мен құтыша жасушалары, көзге түсетін жарық ағыны бірден түсетін алдыңғы қатарда орналасуы қажет секілді, ал шындығында олар көз торының түбінде, ең соңғы қабатында жатыр. Фоторецепторлардың мұндай орналасуы кездейсоқ емес, тор қабаттан өткен, көздің ішкі құрылымынан шағылған немесе шашыраған сәулелердің фоторецепторларға түсуіне жол бермейді, ондай сәулерді қара түсті меланин қабаты жұтады, осы арқылы көз таяқшалары мен құтышаларының сезгіштік қабілетін үнемі жоғары деңгейде болуына мүмкіндік береді және өте сезімтал болатын таяқша мен құтышаларды кездейсоқ сыртқы әсерлерден(сәулелерден) сақтайды (2 -сурет). 2-сурет. Көз торының құрылысы. 1-фоторецепторларда (таяқша мен құтышаларда) пайда болған электр сигналын миға жеткізетн нерв талшықтары. 2-ганглиоз жасушаларының қабаты. 3-ішкі синап қабаты. 4- ішкі ядролық қабат. 5-сыртқы синап қабаты.6- сыртқы ядролық қабат. 7- құтышалар мен таяқшалар қабаты. 8- эпителии (қара түсті пигмент қабаты). Жарық ағыны сезгіш рецертораларға жеткенше мүйізді қабаттан, көз бұршағынан, шыны тәрізді дене және тағы да бірнеше қабаттардан өтуіне тура келеді және кей қабаттардан жарық шағылысады, кей қабатарда жұтылады, осылайша өзінің бастапқы энергиясын көп бөлігін жоғалтады. Көзге түскен жарық ағынының 4 % мүйізді қабатан шағылысады, ал 50% көз ішіндегі орталарда (көз бұршағында, шыны тәрізді ортада және т.б. қабаттарда) жұтылады, жарық энергиясының 40% көз торы қабаттары арқылы өтіп, ең соңғы қара түсті пигменті эпителии қабатында жұтылады. Осылайша жарық энергиясы бірте-бірте азайып, көз фоторецепторларына тек бірнеше пайызы ғана жетеді. Соңғы кезде жүрізілген зерттеулер, жарықты сезгіш фоторецепторлардың күшейту коэффициенті 105-106 болатын трансформатор тәрізді энергиясы өте әлсіз жарықты көру сезімін тудыратын деңгейге жететіндей күшейтіп, онан соң электр сигналына айналдыратындығын көрсетті. Қараңғы жағдайға бейімделген көздің 491 нм толқынға сәйкес келетін 2-3 фотонын сезетіндігі анықталды, олай болса көзді сезімталдығы өте жоғары оптикалық құралдардар қатарына жатқызуға болады. Қараңғыға бейімделген көздің ең төменгі жарықтылықты сезінуін абсолютік көру табалдырығы деп атайды, ол шамамен 2,1-5,7×10-17Дж, бұл көк-жасыл түстерге сәйкес келетін 58-148 кванттың энергиясына тең. Жарық ағыныңың интенсивтілігі мен оны көздің сезу арасындағы байланыс Вебер-Фехнер заңымен сипаталады және ол мына түрде беріледі: Y =k×ln мұндағы I-жарық интенсивтілігі, I0 – көздің жарықты абсолютті сезу шегі, k- тұрақты шама. Бұл заңдылықтан мынадай қорытынды жасауға болады: егер жарық интенсивтілігі логарифимді түрде өссе оны көздің сезуі сызықты түрде өзгереді. Енді таяқша мен құтышаның құрылысымен танысайық. Көзде жалпы саны 125 млн таяқша мен 6,5 млн құтыша бар. Адам көзіндегі таяқшаларының ұзындығы 50-60 мкм, диаметрі 2 мкм болса, құтышалардың ұзындығы 30 мкм, диаметрі 6 мкм тең(3-сурет). Көз торындағы таяқша мен құтышаларға нерв талшықтары жалғанған, миллиондаған тармақтардан тұратын осындай талшықтар жинала келе көлденең қимасы 4 мм2 болатын көру нервіне айналады. Көз таяқшалары өз ара байланысқан сыртқы және ішкі екі бөліктен(сегменттен) тұрады. Сыртқы бөліктің(сегмент) ұзындығы 20-30 мкм, яғни таяқша ұзындығының жартысына тең. Сыртқы бөліктегі(сегмент) цитоплазма бір-бірінен ара қашықтығы 30нм болатын, жалпы саны 700 ден 1000 дейін жететін (сиырда-200, бақада-1500), сыртқы пішіні орта бөлігінен қысылған ауа шарына ұқсас, жарықты сезгіш дискілермен толтырылған. Дискі санының мұндай көп болуы фоторецепторлар алып жатқан беттің үлкен болуына алып келеді, бұл көздің сезгіштігін артырады. Әр дискінің диаметрі 2 мкм, қалыңдығы 15-18 нм тең. Дискі қабырғасының құрылысы биологиялық мембранадай, фосфолипид молекуларынан құралған. Фосфолипид қабатында родопсин молекулалары бар, оның кейбірі қабатқа жабысып, кейбірі оны тесіп орналасқан. Көздің көруі, таяқша дискілеріне түскен жарық әсерінен жүретін бірінші реттік фотоқұбылыстарға байланысты болғандықтан, дискідегі мембраналарды фоторецепторлы мембраналар деп атайды. Барлық биомембраналарға тән фоторецептордың мембранасы да фосфолипид және ақуыздан құралған, бірақ олардың бірнеше ерекшеліктері бар. Дискі мембранасындағы ақуыздың 90% көру пигменті - хромогликопротеид родопсин молекуласына тиісті. Мембранадағы фосполипид молекуласы құйрығының жоғары деңгейлі қанықпаған майқышқылынан тұруы(құралуы), биомембрананың гидрофобты құрылымының қозғалғыштық қасиетін жоғарылатып, оның тұтқырлығын 30 мПа×с дейін төмендетеді. Биомембранадағы липид молекулаларының 80% астамының құрамына қанықпаған майқышқылы кіреді, бірақ холестерин және гликолипид молекулалары өте аз мөлшерде. Сондықтан дискі мембранасындағы бір родопсин молекуласына 90 фосфолипид және 6 холестерин молекуласы сәйкес келеді. Фоторецепторлы мембрана бетінің 75% үлесін липидтер, 25% үлесін родопсин алып жатыр. Дискі мембрана массасың 40-50% үлесі липидтерге, қалғаны родопсинге сәйкес келеді. 3- сурет. Көз таяқшасының құрылысы. Фоторецепторлар үнемі жаңарып, ескі дискінің орнына жаңа дискі пайда болып отырады. Дискінің жаңаруы деп жұтылған жарық әсерінен родоспин молекуласының түссізденуін, яғни жарық квантарын сезбеуін және мембранадағы фосфолипидтардың жұтылған жарық әсерінен тотығуын (фотототығу феномені) атаймыз. Бұл құбылыс тәуліктікке және уақыт мерзіміне тәуелді. Мысалы, сыртқы бөліктегі таяқша ұштарындағы дискілер таңертең және күндіз жаңарса, сыртқы бөліктегі құтышалардағы дискілер кешкі және түнгі уақыт мезгілінде жаңарады. Ескі дискілер бөліктің ішімен қозғалып, эпителии пигментінің жасушаларында жұтылады. Мысалы, бір тәулік ішінде маймыл көзінің бір таяқшадасындағы 80-90 дискісі жаңараса, онда сыртқы бөлік ішіндегі барлық дискілер 9 -12 тәулік ішінде толығымен жаңарады және бұл құбылыс өмір бойы үздіксіз жүріп жатады. Фоторецепторлардың тағы бір ерекшелігін қарастырайық. Олар өз ось бойымен, мембрана жазықтығына перпендикуляр бағытта жылдам айналады, сонымен қатар олардағы латериалдық диффузия деңгейі өте жоғары. Мысалы, родопсин үшін латериалды диффузия коэффициенті (3,5±1,5)×10-9 см2/с тең, сондықтан мембрана қабатындағы әр родопсин молекуласы бір секунд ішінде басқа молекулармен 105-106 рет соқтығысады. Енді жарықты сезгіш пигментерді талдайық, өйткені олар көру құбылысының негізін қалайды. Көру дискілерінде 4 түрлі жарықты сезгіш пигменттің бар екендігі анықталды. Таяқшаларда мұндай пигментер - родопсин (адамдар мен теңіз жануарларында) және порфиропсин (тұщы су жәндіктерінде) деп аталса, құтышаларда- йодопсин мен цианопсин деп аталады. Шын мәнінде родопсин молекулалық массасы 40 000 тең, қызыл түсті, түскен жарық әсерінен ыдырайтын (түссізденетін), ақуыз молекуласы. Ал йодопсин болса, күлгін түсті, бірақ бұл молекуланың жарық әсерінен ыдырау жылдамдығы родопсинге салыстырғанда төмен, сондықтан оның жарықты сезу деңгей де төмен болады. Родопсин опсин(ақуыздық бөлігі) және ретинал(ақуызсыз бөлігі) деген екі бөліктен тұрады. Ретинал түрлі изомерлер түрінде кездеседі, бірақ көру пигментерінде оның тек 11- цис-ретинал деген түрі бар. Ретинал опсинмен байланысы ковалентті түрінде болады (4 сурет). 4 сурет 5- сурет Родопсин молекуласы көрінетін жарық толқындарын жақсы жұтады, бұл толқындардың ішінен максимал түрде жұтылатыны lmax = 498 нм сәйкес келеді, сонымен қатар ол lmax= 278 нм сәйкес келетін ультракүлгін сәулесін де жұтады, бірақ оны жұтатын родопсин құрамындағы ретиналь емес, опсин құрамына енетін ароматты аминқышқылдарға жататын триптофан мен тирозин (5-сурет). Ультракүлгін толқыны көздің түрлі қабаттарында толығымен жұтылу себепті родопсинды қоздыра алмайды, яғни көру сезімін тудырмайды. Егер ультракүлгін сәулесінің квантарының энергиясы жоғары болса, ондай сәуле көз құрылымын зақымдайды. Родопсин жарықты сезгіш хромопротеидтерге жатады және ақуыздың бір түрі болып табылатын, өз ара байланысқан опсин мен ретиналдан құралған кешен. Шын мәнінде ретиналь альдегид тобына жататын, жарықты сезгіш- хромофор болып табылады. Ретиналь екі түрлі изомериялық пішінде болуы мүмкін, қарыңғы кезде, ол опсинмен бірігіп 11-цис-ретиналь деген түрде болса, родопсиннің жарық квантын жұтуы нәтижесінде ол опсинен ажырып, транс-ретиналь деген түрге ауысады, мұндай құбылыс фотоизомеризация деп аталады. Осының нәтижесінде (жұтылған жарық әсерінен) родопсин түссізденеді, мұны фотолиз құбылысы деп атайды. Жұтылған жарық әсерінен ыдыраған родоспин қайта қалпына келеді және бұл құбылыс үздіксіз жүріп жатады. Арнаулы ретинальизомеразы ферменті арқылы транс-ретиналь қайтадан 11 -цис- ретинальға айналады және ол опсинге қосылып жаңа родопсинді түзейді. Егер көз торындағы жарық ағыныны тұрақты болса, онда родопсиннің ыдырауы мен оның қайта түзелуі тұрақты сипатта болады. 1967 ж. родопсиннің түрленуін алғаш зерттеген Д.Уолдқа Нобель сыйлығы берілді. Ол мұндай түрленудің бірнеше сатыдан тұратындығын анықтады, алдымен родопсин жарық квантын жұтып t < 6×10-12c кейін батородопсинге айналады, ол t »3×10-8c кейін люмиродопсинге айналады, осылайша бірнеше түрленуден соң транс-ретиналь пайда болады. Бұл түрлену төмендегі схемада берілген және түрленудің тек бірінші этапы ғана жарық кезеңінде жүрсе, қалғандары қараңғы кезеңде жүреді. Д.Уолд өз зерттеуінде родопсинді қараңғы жағдайда бөліп алып, оны температурасы -1400С болатын сұйық азотта ұстаған, осы күйдегі родопсинге жарық түсіргенде және оның температурасын жоғарылатқанда, родопсиннің жұтылу спектрі өзгеріп отырған, бұл родопсиннің тізбекті түрде, бір түрден екінші түрге ауысқандығын, яғни түрленгендігін көрсетеді(6-сурет). 6-сурет
Әр кезеңдегі конформер (батородопсин, люмиродопсин, метародопсин және т.б.) транс-ретиналь күйдегі ретиналь болғандықтан, оған жарық квантымен әсер етсек, ол бірден родопсинге айналады (арнаулы ферментсіз). Осындай фотоизомериялық өзгерістің нәтижесінде таяқшадағы тыныштық потенциалы өзгеріп, әсер потенциалы пайда болады. Көз таяқшасындағы осындай құбылыстар тізбегі көру сезімін тудырады. Шындығында, фоторецепторлық жасушалардағы мембраналық потенциалдың өзгерісі таяқшаның сыртқы бөлігінің (сегмент) плазмолеммасында орын алады, ал родопсиннің фотоизомеризациясы таяқшаның сыртқы бөлігінің (сегмент) дискі мембранасында байқалады. Мембрана қасиетінің өзгеруі, оның құрамындағы родопсиндегі өзгерістермен (ретиналдың, опсиннің өзгеруі) қабаттасып жүреді. Енді осы құбылыстарды талдайық. Алдымен мына ерекшелікпен танысайық, фоторецепторлардағы тыныштық потенциалының пайда болуы механизмінде біраз өзгешеліктер бар. Таяқша жарық квантарын жұтпаған кезде, яғни қараңғылық кезеңінде, тыныштық потенциалы таяқшаның ішкі бөлігінде (сегмент) плазмолеммада К+ иондарының әсеріннен пайда болса, таяқшаның сыртқы бөлігіндегі(сегмент) потенциал Na+ иондарының әсерінен туындайды, яғни таяқшадағы тыныштық потенциалы осы екі түрлі иондардың әсерінен пайда болады деп саналады(7-сурет). Көз таяқшасының сыртқы бөлігіндегі(сегмент) тыныштық потенциалының таңбасы өзгеше, ішкі орта «оң», ал сырты «теріс», ал таяқшаның ішкі бөлігінде(сегмент) керісінше, ішкі орта «теріс», ал сырты «оң» зарядталған. Бұл құбылыс, таяқшаның сыртқы бөлігінің (сегмент) Na+ иондарын өткізетін каналдарының циклды гуанозин монофосфатты(цГМФ) әсерінен ашық болуынан екендігі анықталды. Сондықтан тыныштық күйдегі мембрана қабатының натрий иондарын өткізу коэффициенті басқа иондарға қарағанда басым болады, осының әсерінен және электрохимиялық градиент есебінен сыртқы ортадағы натрий иондары ішке қарай диффузияланады (пассивті тасымал). 7- сурет. Таяқшаға жарық әсер етпеген кездегі тыныштық потециалының пайда болуы. Осылайша, көз таяқшасының сыртқы бөлігінің(сегмент) цитоплазмасында жиналған натрий иондары, екі бөлімді қосатын орта арқылы ішкі бөлімге тасымалданады. Жиналған натрий иондары, митохондрия жеткізген АТФ энергиясының есебінен сыртқы ортаға шығарылады (активті тасымалдау). Осылайша, Na+ ионының ішке, ал К+ ионының сыртқа қарай қозғалысы нәтижесінде таяқшада тыныштық потенциалы орнайды. Енді таяқшаға жарық әсер еткен кездегі жағдайды қарастырайық. Жұтылған жарық кванты әсерінен родопсиннің опсин мен ретинальға ыдырауы дискіде Са2+ иондарының бөлінуіне алып келеді. Пайда болған Са2+ иондары циклды гуанозин монофосфаттының натридың иондық каналдарына әсерін төмендетеді, нәтижесінде Na+ иондық каналдары жабылып, натрий ионының мембрана арқылы ішке енуі тоқтайды, ал К+ иондарының тасымалы бірқалыпты, өзгеріссіз қалады. Осылайша пайда болған потенциалды «ерте фоторецепторолық потенциал(ЕФП)» деп атайды, оның шамасы 5 мВ аспайды және 1 мс уақытқа созылады, ал 1 мс кейін «кеш фоторецепторолық потенциал(КФП)» пайда болады. ЕФП мен КФП пайда болу механизмдері әр түрлі. ЕФП жарық әсерінен родопсин молекуласының метародопсин-ІІ дейінгі түрлену кезінде пайда болса, КФП метародопсин-ІІ пайда болған соң, иондардың қозғалысы нәтижесінде пайда болады және амплитудасы жұтылған жарық кванттары санына тәуелді. Бұл құбылыс, родопсиның метародопсин-ІІ айналуы мезгілінде өзінің максимал мәніне жетеді. Жұтылған бір жарық кванты 100-300 дейін натрий каналдарын жабады, әзірше бұл құбылыстың қалай жүретін, белгісіз. Осының нәтижесінде таяқшадағы потенциалдың полярлығы өзгереді, ендігі жерде оның табиғаты К+ ионына байланысты болады. Осылайша пайда болған фоторецепторлық потенциал (оны әрекет потенциалы деп атауға болады), таяқша мембраналары арқылы синап аймағының алдыңғы бөлігіне жетіп, ондағы медиаторлардың синап саңлауына өтуін қамтамасыз етеді, ол өз кезегінде биполярлы нерв жасушасын қоздырады. Осылайша нерв жасушасында пайда болған әрекет потенциалы, нерв импульсі түрінде көру нерві арқылы, мидың көру орталығына жетеді(8 -сурет). 8- сурет. Таяқшаға жарық әсер еткен кездегі әрекет потециалының пайда болуы. Енді түрлі түсті көру механизмін талдайық. Біздің түрлі түсті көруімізді тор қабатында орналасқан құтышалар қамтамасыз етеді. Жарық әсерінен таяқшаларда болатын құбылыстар құтышаларда өзгеріссіз орын алады, тек мұндағы көру пигменті родопсин емес, одан бөлек иодопсин ақуызы. Иодопсин ақузы да жарықты сезгіш 11 цис-ретиналь түрдегі хромофорға жатады. Көз торында, жарықты жұту спектрі мен фотобиологиялық әсерлері бойынша бір бірінен өзгеше, үш түрлі құтышалар бар. Олардың бір бірінен айырмашалығы тек ретиналды ақуызбен байланыстыратын энергияның әр түрлі болуында, соның әсерінен иодопсин молекуласы көрінетін жарықтың l= 440 нм, l= 540 нм және l= 590 нм сәйкес келетін толқындарын жақсы жұтады, бұл толқындар көк, жасыл және қызыл түске сәйкес келеді(9- сурет). 9- сурет
Монохроматты жарық тек бір түрлі ғана құтышаны қоздыра алады, ал күрделі жарық болса, жарық толқыны ұзындығына байланысты үш түрлі құтышаны қоздырады. Осындай құбылыс нәтижесінде түрлі түсті көру мүмкін болады.
а) б)
Жанындағы линзаның шарты белгіленуі Линзаның екі беті сфералық бетпен шектелгендіктен, олар өзі арқылы өткен жарықты таралу бағытынан бұратын қасиетке ие болады. Егер линза жинағыш қасиетке ие болса, онда линзадан өткен жарық ағындары линзаның осіне қарай бұрылып, бір нүкте арқылы өтеді(11а-сурет). Жарық ағындары жиналған нүктені линза фокусы деп атайды және оны F әрпімен белгілейді, осы нүкте мен линза ара қашықтығы метрмен өлшенеді, ал фокустың кері шамасы D = 1/F линзаның оптикалық күші деп аталып, ол диоптрия(дптр) деген шамамен сипатталады. Егер линза шашыратқаш қасиетке ие болса, онда линзадан өткен жарық ағыны линзаның осінен сыртқа қарай бұрылып, шашырап тарайды. Бұл жағдайдағы линзаның фокусын қалай анықтаймыз, жарық ағындары шашырап кетті, олар бір нүктеде жиналмады. Шашыратқыш линзаның фокусын анықтау үшін, линзадан шашырап өткен жарық ағынын кері бағытта ойша сызамыз, сонда олар бір нүктеде жиналады, осы нүктені шашыртақыш линза фокусы ретінде аламыз (11б-сурет). а) б)
Осыландай әдіспен анықталған фокус «жалған» болғандықтан, фокус белгісінің алдына минус таңбасын қоямыз, яғни –F, соған сәйкес оның оптикалық күші де теріс таңбалы болып шығады, яғни -D = 1/F. Осындай таңба арқылы линзаның жинағыш немесе шашыратқыш екендігін анықтаймыз. Линз көмегімен алынған кескіннің сызықтық өлшемінің һ, сол дене өлшеміне Н қатынасы k= һ/Н линзаның сызықтық үлкейтуі деп аталады. Егер, бірнеше линзаның остерін бір-біріне дәл келетіндей етіп жинасақ, яғни линза жүйесін құрастырсақ, пайда болған жүйенің оптикалық күші олардың әр қайсысының оптикалық күштерінің алгебралық қосындысына тең болады: D = D1 + D2 + D3 + … Линза арқылы алынған кескіндегі кемшіліктерді аберрация деп атайды. Аберрация латын сөзі (aberratio), ол ауытқу дегенді білдіреді. Егер аберрация күрделі жарық (монохроматы емес) кезінде байқалса, оны хроматты аберрация деп, басқа кездегілері монохроматты аберрация деп аталады, өйткені мұндай ауытқулардың пайда болуы жарықтың спектріне байланысты емес. Осындай ауытқулардың кейбір түрлерін қарастырайық. Сфералық аберрация деп, өте жұқа болып келетін линзаның шеткі аймағы арқылы өткен жарық ағыны (1), оның орта бөлігі арқылы өткен жарықтан (2) көбірек сынады (ауытқиды), нәтижесінде линзаның шеті мен орта бөлігі арқылы өткен жарық ағыны экранда бір біріне сәйкес келмейтін екі түрлі кескін жасайды 12-сурет). 12-сурет
Астигматизм деп, жарық ағыны линза осіне үлкен бұрышпен, қиғаштап түсу нәтижесінде пайда болатын ауытқуды атаймыз. Мысалы, сәуле линзаға белгі бір бұрышпен түскен кездегі нүктенің кескіні элипс түріндегі дақ болса, басқа түсу бұрышында сол нүктенің кескіні түзу сызық болады. Көзде мұндай құбылыс көз бұршағы мен мүйізді қабат беттерінің қисықтығында асимметрия болса байқалады, оны болдырмау үшін, қистықтық радиусы түрлі бағытта әр түрлі болып келетін линза қолданылады. Дисторсия, деп линзаға түскен сәуле бағыты мен линзаның оптикалық осі арасындағы түсу бұрышы үлкен болғанда пайда болатын ауытқуды атайды. Бұл кезде, пайда болған дене кескіні оның шын мәнідегі түрінен өзгеше болады, мысалы, квадратты тордың кескіні «жастық»(а) немесе «бөшке»(б) тәрізді түрде көрінеді (13-сурет). Мұндай ауытқуды болдырмау үшін бір-біріне кері дисторсиялық қасиеті бар линзалар жүйесін құрайды. a) б)
Хроматтық аберрация деп, линза арқылы алынған дене кескіні айналасының түрлі түсті болуын атаймыз. Мұндай құбылыс ақ жарық құрамындағы сәулелердің сыну көрсеткіштерінің олардың толқын ұзындығына байланысты болуынан. Мысалы, күлгін сәуле қызылға қарағанда көп сынады, сондықтан әр түс өз кескінін жасайды, нәтижесінде экранда пайда болған кескіннің төңірегінде түрлі түс пайда болады (14- сурет). 14-сурет
Көз кез келген қашықтықта жатқан нәрсені анық көреді. Енді осы құбылысты қарастырайық. Көз жүйесін линза тәрізді деп санасақ, онда жұқа линзаның теңдеуі арқылы көздің анық көруін сипататуға болады. Жұқа линза теңдеуі мына түрде жазылады: 1/d + 1/f = 1/F, мұндағы d- нәрседен көз бұршағына (линзаға) дейінгі қашықтық, f- көз бұршағынан (линзадан) тор қабатқа (кескінге) дейінгі қашықтық, F- көз бұршағының (линзаның) фокустық қашықтығы. Бұл теңдеудегі f көз бұршағынан тор қабатқа дейінгі қашықтық, ол тұрақты шама, ал d үздіксіз өзгеріп отыратын шама. Егер нәрседен көзге дейінгі қашықтық үнемі өзгеріп отырса, онда жоғарыдағы теңдіктің орындалуы үшін теңдеудегі F үнемі өзгеріп отыру тиіс. Оған көз бұршағы бетінің қисықтығын өзгерту арқылы қол жеткіземіз. Бұл құбылыс былайша жүреді: көз бір нәрседен қашықтығы өзгеше екінші нәрсеге ауысқанда, екінші дененің кескіні анық көрінбейді, (өйткені d өзгерді, ал F сол қалпында) бұл туралы миға тиісті сигнал жетеді, мидан шыққан кері сигнал көздегі циллиарлы бұлшық етің жиырылуын немесе созылуын тудырады, соның нәтижесінде көз бұршағы бетінін қисықтығы, яғни көз бұршағының фокусы F дене кескіні анық болғанға дейін өзгереді, әрине бұл үрдіс өте жылдам жүреді көздің мұндай қабілетін аккомодация деп атайды. Жасы ұлғайған адамдарда аккомадацияның пайда болуы жасқа байланысты көз бұршағының өзгерісінен деп саналды, яғни көз бұрашығы затының тығыздалуы, оның созылмалығының кемуі, цилиарлы бұлшық еттің жиырылу қабілетінің төмендеу және т.б. Енді көздің бинокулярлы көру деген қабілетін қарастырайық. Екі көз - бір бірінен белгіл бір қашықтықта орналасқан, кеңістіктегі заттың бейнесін жасауда бірге қызмет атқаратын адамның көру мүшесі болып табылады. Көру нәтижесінде пайда болған екі кескінді біріктіріп, одан бір кескін жасауды бинокулярлы көру деп атайды. Көздің осындай қабілеті нәтижесінде біз нәрсенің үш өлшемді, яғни дененің кеңістіктегі көлемді кескінін (3D) көреміз. Бинокулярлы көру арқылы біз дененің ұзындығын, биіктігін, тереңдігін, олардың жақын, не қашық екендігін сезінеміз. Егер көз жалғыз болса, онда көру мұндай қабілетке ие болмас еді. Көздің циллиарлы бұлшық етінің босаңсуының ең төменгі деңгейіне сәйкес анық көрінентін қашықтықты-алыс нүкте деп атайды, қалыпты көзде ол қашықтық шексіздікке сәйке келеді, бұлшық еттің максималды жиырылуына сәйкес келетін қашықтықты – жақын нүкте деп атайды, қалыпы көз үшін ол қашықтық 15-20 см, шын мәнінде қалыпты көзде ол қаштықтық 25 см тең. Көрінетін дененің, бізге жақын не алыс екендігін ажырату механизмі төмендегідей. Біз көрінетін денеге назарымызды аударғанда, көз алмасының көру осі сол денеге қарай бұрылады, егер дене жақын жатса, ол бұрыш үлкен болады, яғни ось көп бұрылады(15-а сурет), нәтижесінде көз бұлшық еті көп жиырылады, ал дене алыс орналасса, онда екі ось арасындағы бұрыш аз мәнге ие болады(15- б сурет), соған сәйкес көз бұлшық етінің жиырылуы да аз болады. Көз бұлшық етінің жиырылу нәтижесінде пайда болатын әсер арқылы ми көрінетін дененің жақын не алыс екендігін анықтайды. α α
а) б) 15 сурет Көзі қалыпты көретін адамның көзі дене кескінін көздің тор қабатына фокустайды. Кейбір адамдардың көздері кескінді тор қабаттың алдына, оған жеткізбей түсіреді (16а-сурет), көздің мұндай кемшілігін жақыннан көргіштік(миопия) деп атайды. Мұндай адамдар жақын жатқан нәрселерді анық көргенімен, алыс жатқан денелерді бұлыңғыр көреді, Мұндай көз ақауын түзету үшін шашыратқыш линзадан жасалған көзілдірік киеді. Кейде адам көзі дене кескінін тор қабаттың сыртына фокустайды (16б- сурет), көздің мұндай кемшілігін алыстан көргіштік(гиперметропия) деп атайды. б)
а) 16 –сурет Мұндай адамдар алыс жатқан денелерді анық көргенімен, жақын жатқан нәрселерді бұлыңғыр көреді, Мұндай көз ақауын түзету үшін жинағыш линзадан жасалған көзілдірік киеді. Қазірге уақытта мұндай көздің кемшіліктерін мүйіз қабаттың алдыңғы бетінің қисықтығын өзгерту арқылы дұрыстайды. Оның бірнеше әдістермен іске асырады. Соның бірі радиалды кератотомия (РТ) деп аталды және ол мына түрде орындалады, мүйізді қабаттың орта бөлігін радиал бойымын төрт немесе сегіз сызық түрінде сызады(кеседі), осылайша мүйізді қабат қалыңдайды, нәтижесінде оның оптикалық күші кемиді, бұл өз кезегінде көз миопиясын өзгертуге алып келеді (17-сурет). Келесі әдіс фоторефракциялы кератотомия (ФРК) немесе лазерлы кератомилеза in situ (LASIK) деп аталады, мұндай ота мүйізді қабаттың қисықтығын азайтады (миопия болса) немесе жоғарылатады (гиперопия болса). ФРК немесе LASIK әдістері лазер сәулесімен мүйізді қабатың орта бөлігін(стома) қыздыру арқылы оның булануына қол жеткіземіз, осы арқылы мүйізді қабаттың қисықтығын өзгертеміз. 17- сурет Бұл былайша іске асырлады, ФРК кезінде мүйізді қабаттың сырты беті, эпителий қабаты лазер сәулесі арқылы жұқартылады, ал LASIK кезінде мүйізді қабаттың сыртқы бетіннен қалыңдығы 20% болатындай қабатты ашып (сылып), ашық қалған мүйізді қабаттың бетіне лазер сәулесімен әсер етіп, оны жұқартамыз, нәтижесінде оның қисықтығы өзгереді, онан соң осынының алдында ғана сылынған өте жұқа қабатпен мүйізді қабатты қайта жабамыз. Енді көз кемшіліктерін диагностикалаудың кейбір түрлерін қарастырайық. Рефрактомерия деп көздің оптикалық қабілетін автоматты рефрактометр құралы арқылы өлшеуді атайыз. Осы әдіс арқылы көздің миопия және гиперметропия немесе көз астигматизмі тәрізді көз ауруларын анықтайды. Рефракция жарық сәулесінің бір ортадан екінші ортаға өткенде таралу бағытын өзгертуін, яғни сынуын сипаттайтын физикалық құбылыс. Көз күрделі оптикалық жүйеге жатады, ол сыну көрсеткіші мен сфералық беттерінің қисықтығы әр түрлі болатын мүйізді қабаттан, көз бұршағынан және т.б. тұрады. Жарық сәулесі осы қабаттардан өткенде өз бағытын өзгертеді, яғни сынады. Осындай құбылыстың нәтижесінде көз жүйесінің оптикалық осіне параллель тараған жарық сынған соң, көз торына фокусталады. Бұл рефрактометрия құралының жұмыс принципі негізі болып саналады. Көргіштігі 100% болатын көзде, сынған жарық көз торына фокусталады, мұндай рефракцияны эмметропия деп атайды. Осы қалыптан ауытқуы бар көздің көруі нашарлайды, егер жарық көз торының алдына фокусталса, мұндай көзде миопия немесе жақыннан көргіштік орын алған, егер жарық ағыны көз торынаның артына фокусталса, онда гиперметропия болғаны, яғни алыстан көргіштік деген көз кемшілігі бар. Осы мәліметтер рефрактометр құралы арқылы анықталынады. Енді рефрактометрмен көз кемшілігін анықтауда қарастырайық. Пациент рефрактометрдің бір бетінде орнатылған арнаулы орынға иегін қойып, көз алдынғады экрандағы бірде анық, бірде бұлыңғыр болатын көріністі бақылайды, ал дәрігер-окулист оған қарсы бетке орналасады (18-сурет). Өлшеу әр көз үшін 3 рет қайталанады, өлшеулердің арифметикалық орташа мәні анықталынады. Рефрактометрия нәтижесінде төменгі суреттегі мәліметтер алынады (19 -сурет). 18- сурет 19- сурет Енді анықталған мәліметтерді талдайық. Мұндағы «SPH» рефракцияның сфералық құраушысы, яғни мөлдір қабат, көз бұршағының және т.б. көз жүйесіне енетін сфералық беттердің жарықты сындыру көрсеткіші, ол не оң таңбалы (алыстан көргіштік), не теріс таңбалы(жақыннан көргіштік) мәнге ие болады. Біздің жағдайымызда оң көз үшін оның мәні +1,5 дпрт тең, яғни оң көз алыстан көргіштік, сол көз үшін -0,5 дптр, яғни жақыннан көргіштік қасиетке ие, мұндай көз кемшілігін анизометропия деп атайды. Келесі «CYL», көз кемшілігін жою үшін қандай линза қажет екендігін көрсетсе, «AXIS» бұл линзаны қандай бұрышпен қою керектігін білдіреді. Соңғы «PD» екі көз қарашығының ара қашықтығын білдіреді. Көзді зерттеу құралының тағы бірі офтальмоскоп деп аталады, ол көздің терең қабатынан, яғни көз түбінен қайта шағылған жарық арқылы тор қабаттың, көру нервінің, тамырлар жүйесінің күйін анықтайды(20- сурет). Дәрігер пациенттің көз қарашығы арқылы офтальмоскоп құралынан шыққан жарықты көздің терең қабатына бағыттайды (21-сурет). Құралдың белгілі бір жағдайында көз түбінен қайта шағылған жарық ағыны көздің терең қабатын, көру нервтерін, тор қабаттағы тамырларды және т.б. көруге мүмкіндік береді (22- сурет). 20- сурет 21- сурет 22- сурет жүктеу/скачать 11,48 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|