Лекция жоспары

1. Кө здің қ ұ рылысы.

2. Кө з- оптикалық жү йе жә не оны сипаттайтын шамалар.

3. Линзаның тү рлері, линза параметрлері: фокус қ ашық тығ ы, оптикалық кү ші. Линзалар жү йесі, кемшіліктері.

4. Кө з кемшіліктері жә не оны линза арқ ылы жою. Кератотомия тү рлері.

5. Кө з торының қ ұ рылысы.

6. Кө ру биофизикасы.

7. Тү рлі тү сті кө ру.

Лекция мақ саты:

Кө рудің биофизикалық механизімін талдау жә не кө з кемшіліктерін линза жә не басқ а да жолдар арқ ылы жоюдың тү рлерін қ арастыру.

Алдымен кө з қ ұ рлысын қ арастырайық (1- сурет). Кө з алмасының сырты склера (1) қ абатымен қ оршалғ ан, ол кө здің ішкі қ ұ рылымын қ орғ ап тұ рады жә не оның қ аттылығ ын сақ тайды.

1 сурет Кө здің қ ұ рылысы.

Склераның алдың ғ ы қ абаты жұ қ арып, ө те жұ қ а мө лдір мү йізді қ абатқ а (2) айналғ ан. Жұ қ а мү йізді қ абат арқ ылы кө зге сыртқ ы ортадан жарық енеді. Мү йізді қ абаттан кейін тү сті қ абық (3) жатыр, оның орта бө лігін 2 -8 мм дейін ө згеретін саң лау тү рінде кө з қ арашығ ы (4) алып жатыр. Тү сті қ абық пигментпен боялғ ан дө ң гелек тә різді бұ лшық еттен тұ рады. Дө ң гелек бұ лшық етің жиырылуы немесе босаң суы кө з қ арашығ ының ө лшемінің ө згеруіне алып келеді, осылайша кө зге тү сетін жарық ағ ыны реттеледі. Тү сті қ абық тың арғ ы жағ ында қ ос дө ң ес линза пішінді, созымалы кө з бұ ршағ ы (5) орналасқ ан. Оны қ оршай жалғ анғ ан циллиарлы бұ лшық еттің (6) тартылу немесе созылуы кө з бұ ршағ ы бетінің қ исық тығ ын ө згертеді, нә тижесінде оның оптикалық кү ші ө згереді, сонымен қ атар бұ лшық ет кө зді бұ рып оның осін қ арап тұ рғ ан нә рсеге бағ ыттайды. Мү йізді қ абат пен кө з бұ ршағ ы арасындағ ы кең істік су тә різді сұ йық пен толтырылғ ан. Кө з бұ ршағ ының арғ ы жағ ындағ ы кең істікті қ оймалжың сұ йық шыны тә різді дене (7) алып жатыр. «Мү йізді қ абат - су тә різді сұ йық – кө з бұ ршағ ы - шыны тә різді дене» бірігіп оптикалық кү ші 58, 8 диоптрии болатын (F=17, 2 мм) линза тә різді оптикалық жү йені қ ұ райды. Бұ л оптикалық жү йенің оптикалық ортасы(центрі) мү йізді қ абаттан, ішке қ арай 5 мм жерде, бұ л оптикалық ось суретте АА тү зуі тү рінде кө рсетілген.

Кө з алмасының ішкі бетін, жартылай сфера тү рінде тор қ абат алып жатыр(9), ол сыртқ ы пішіні қ ұ тыша жә не таяқ ша тү рінде болатын жарық ты сезгіш фоторецепторлардан қ ұ ралады. Бұ л жарық ты сезгіш жасушалар тор қ абаттың сыртқ ы бетінде қ ан тамырлары орналасқ ан аймақ та (8) жатыр. Тор қ абаттағ ы нерв талшық тары бірігіп, кө ру нервіне (10) айналғ ан. Бұ л аймақ та таяқ шалар мен қ ұ тышылар жоқ, сондық тан кө ру нерві алып жатқ ан жерді жарық ты сезбейтін «соқ ыр дақ» (11) деп атайды. Тор қ абаттың орта бө лігінде, оптикалық остің бойында (АА тү зуі) ең кө ргіш аймақ (12) орналасқ ан, бұ л жерде жарық ты ө те сезгіш қ ұ тышалар орналасқ ан, бұ л қ ұ тышалар арқ ылы кө з жарық тың тү сін анық тайды. Тор қ абаттың басқ а аймақ тырын негізінен таяқ шалар алып жатыр.

Кө зде кездесетін ақ ауларды, яғ ни кө здің жақ ыннан, алыстан кө ргіштігін дұ рыстау ү шін линза қ олданатындылығ ы белгілі. Енді линза жә не оның қ асиеттерін сипатайтын шамалар туралы кейбір мә ліметтерді қ арастырайық.

Жалпы линза деп, екі беті сфералық қ исық пен шектелген, мө лдір заттан жасалынғ ан (шыныдан, пластмассадан, т.б.) денені атаймыз. Сфералық беттің тү ріне байланысты линза жинағ ыш(2а-сурет) жә не шашыратқ ыш (2б-сурет) деген тү рлерге бө лінеді.

а) б)

Линзаның екі беті сфералық бетпен шектелгендіктен, олар ө зі арқ ылы ө ткен жарық ты таралу бағ ытынан бұ ратын қ асиетке ие болады.

Егер линза жинағ ыш қ асиетке ие болса, онда линзадан ө ткен жарық ағ ындары линзаның осіне қ арай бұ рылып, бір нү кте арқ ылы ө теді(3а-сурет). Жарық ағ ындары жиналғ ан нү ктені линза фокусы деп атайды жә не оны F ә рпімен белгілейді, осы нү кте мен линза ара қ ашық тығ ы метрмен ө лшенеді, ал фокустың кері шамасы D = 1/F линзаның оптикалық кү ші деп аталып, ол диоптрия(дптр) деген шамамен сипатталады.

Егер линза шашыратқ аш қ асиетке ие болса, онда линзадан ө ткен жарық ағ ыны линзаның осінен кері бағ ытқ а бұ рылып, линзадан ө ткен жарық ағ ындары шашырап тарайды. Бұ л жағ дайдағ ы линзаның фокусын қ алай анық таймыз, жарық ағ ындары шашырап кетті, олар бір нү ктеде жиналмады. Шашыратқ ыш линзаның фокусын анық тау ү шін, линзадан шашырап ө ткен жарық ағ ынын кері бағ ытта ойша сызамыз, сонда олар бір нү ктеде жиналады, осы нү ктені шашыртақ ыш линза фокусы ретінде аламыз (3б-сурет).

а) б)

3 сурет

Осыландай ә діспен анық талғ ан фокус «жалғ ан» болғ андық тан, фокус белгісінің алдына минус таң басын қ оямыз, яғ ни –F, соғ ан сә йкес оның оптикалық кү ші де теріс таң балы болып шығ ады, яғ ни -D = 1/F. Осындай таң ба арқ ылы линзаның жинағ ыш немесе шашыратқ ыш екендігін анық таймыз.

Линз кө мегімен алынғ ан кескіннің сызық тық ө лшемінің һ, сол дене ө лшеміне Н қ атынасы k= һ /Н линзаның сызық тық ү лкейтуі деп аталады.

Егер, бірнеше линзаның остерін бір-біріне дә л келетіндей етіп жинасақ, яғ ни линза жү йесін қ ұ растырсақ, пайда болғ ан жү йенің оптикалық кү ші олардың ә р қ айсысының оптикалық кү штерінің алгебралық қ осындысына тең болады:

D = D₁ + D₂ + D₃ + …

Линза арқ ылы алынғ ан кескіндегі кемшіліктерді аберрация деп атайды. Аберрация латын сө зі (aberratio), ол ауытқ у дегенді білдіреді. Егер аберрация кү рделі жарық (монохроматы емес) кезінде байқ алса, оны хроматты аберрация деп, басқ а кездегілері монохроматты аберрация деп аталады, ө йткені мұ ндай ауытқ улардың пайда болуы жарық тың спектріне байланысты емес. Осындай ауытқ улардың кейбір тү рлерін қ арастырайық.

1. Сфералық аберрация деп, ө те жұ қ а болып келетін линзаның шеткі аймағ ы арқ ылы ө ткен жарық ағ ыны (1), оның орта бө лігі арқ ылы ө ткен жарық тан (2) кө бірек сынады (ауытқ иды), нә тижесінде линзаның шеті мен орта бө лігі арқ ылы ө ткен жарық ағ ыны экранда бір біріне сә йкес келмейтін екі тү рлі кескін жасайды (4-сурет).

4- сурет

Мұ ндай ауытқ уларды болдырмау ү шін жинағ ыш жә не шашыратқ ыш линзалар жү йесін бірге қ олданады.

1. Астигматизм деп, жарық ағ ыны линза осіне ү лкен бұ рышпен, қ иғ аштап тү су нә тижесінде пайда болатын ауытқ уды атаймыз. Мысалы, сә уле линзағ а белгі бір бұ рышпен тү скен кездегі нү ктенің кескіні элипс тү ріндегі дақ болса, басқ а тү су бұ рышында сол нү ктенің кескіні тү зу сызық болады.

Кө зде мұ ндай қ ұ былыс кө з бұ ршағ ы мен мү йізді қ абат беттерінің қ исық тығ ында асимметрия болса байқ алады, оны болдырмау ү шін, қ истық тық радиусы тү рлі бағ ытта ә р тү рлі болып келетін линза қ олданылады.

2. Дисторсия, деп линзағ а тү скен сә уле бағ ыты мен линзаның оптикалық осі арасындағ ы тү су бұ рышы ү лкен болғ анда пайда болатын ауытқ уды атайды. Бұ л кезде, пайда болғ ан дене кескіні оның шын мә нідегі тү рінен ө згеше болады, мысалы, квадратты тордың кескіні «жастық»(а) немесе «бө шке»(б) тә різді тү рде кө рінеді (5-сурет). Мұ ндай ауытқ уды болдырмау ү шін бір-біріне кері дисторсиялық қ асиеті бар линзалар жү йесін қ ұ райды.

a) б)

5 сурет

3. Хроматтық аберрация деп, линза арқ ылы алынғ ан дене кескіні айналасының тү рлі тү сті болуын атаймыз. Мұ ндай қ ұ былыс ақ жарық қ ұ рамындағ ы сә улелердің сыну кө рсеткіштерінің олардың толқ ын ұ зындығ ына байланысты болуынан. Мысалы, кү лгін сә уле қ ызылғ а қ арағ анда кө п сынады, сондық тан ә р тү с ө з кескінін жасайды, нә тижесінде экранда пайда болғ ан кескіннің тө ң ірегінде тү рлі тү с пайда болады.

6-сурет

Кө з кез келген қ ашық тық та жатқ ан нә рсені анық кө руі тиіс. Енді осы қ ұ былысты қ арастырайық. Жұ қ а линзаның формуласы мына тү рде жазылады:

1/d + 1/f = 1/F, (1)

мұ ндағ ы d- нә рседен кө зге дейінгі қ ашық тық, f- линзадан кескінге дейінгі қ ашық тық, F- линзаның фокустық қ ашық тығ ы. Бұ л тең деудегі f кө з бұ ршағ ынан тор қ абатқ а дейінгі қ ашық тық, ол тұ рақ ты шама, ал d ү здіксіз ө згеріп отыратын шама. Егер нә рседен кө зге дейінгі қ ашық тық ү немі ө згеріп отырса, онда 1-тең дік орындалуы ү шін тең деудегі F ү немі ө згеріп отыру тиіс. Оғ ан кө з бұ ршағ ы бетінің қ исық тығ ын ө згерту арқ ылы қ ол жеткіземіз. Бұ л қ ұ былыс былайша жү реді: кө з бір нә рседен қ ашық тығ ы ө згеше екінші нә рсеге ауысқ анда, екінші дененің кескіні анық кө рінбейді, (ө йткені d ө згерді, ал F сол қ алпында) бұ л туралы миғ а тиісті сигнал жетеді, мидан шық қ ан кері сигнал кө здегі циллиарлы бұ лшық етің жиырылуын немесе созылуын тудырады, соның нә тижесінде кө з бұ ршағ ының фокусы дене кескіні анық болғ анғ а дейін ө згереді, ә рине бұ л ү рдіс ө те жылдам жү реді кө здің мұ ндай қ абілетін аккомодация деп атайды.

Кө зі қ алыпты кө ретін адамның кө зі дене кескінін кө здің тор қ абатына фокустайды. Кейбір адамдардың кө здері кескінді тор қ абаттың алдына, оғ ан жеткізбей тү сіреді (7а- сурет), кө здің мұ ндай кемшілігін жақ ыннан кө ргіштік деп атайды. Мұ ндай адамдар жақ ын жатқ ан нә рселерді анық кө ргенімен, алыс жатқ ан денелерді бұ лың ғ ыр кө реді, Мұ ндай кө з ақ ауын тү зету ү шін шашыратқ ыш линзадан жасалғ ан кө зілдірік киеді.

Кейде адам кө зі дене кескінін тор қ абаттың сыртына фокустайды (7б- сурет), кө здің мұ ндай кемшілігін алыстан кө ргіштік деп атайды. Мұ ндай адамдар алыс жатқ ан денелерді анық кө ргенімен, жақ ын жатқ ан нә рселерді бұ лың ғ ыр кө реді, Мұ ндай кө з ақ ауын тү зету ү шін жинағ ыш линзадан жасалғ ан кө зілдірік киеді.

7 –сурет

Қ азірге уақ ытта мұ ндай кө здің кемшіліктерін мү йіз қ абаттың алдың ғ ы бетінің қ исық тығ ын ө згерту арқ ылы дұ рыстайды. Оның бірнеше ә дістермен іске асырады. Соның бірі радиалды кератотомия (РТ) деп аталды жә не ол мына тү рде орындалады, мү йізді қ абаттың орта бө лігін радиал бойымын тө рт немесе сегіз сызық тү рінде сызады(кеседі), осылайша мү йізді қ абат қ алың дайды, нә тижесінде оның оптикалық кү ші кемиді, бұ л ө з кезегінде кө з миопиясын ө згертуге алып келеді (8-сурет).

8 сурет

Келесі ә діс фоторефракциялыкератотомия (ФРК) немесе лазерлы кератомилеза in situ(LASIK) деп аталады, мұ ндай ота мү йізді қ абаттың қ исық тығ ын азайтады (миопия болса) немесе жоғ арылатады (гиперопия болса). ФРК немесе LASIKә дістері лазер сә улесімен мү йізді қ абатың орта бө лігін(стома) қ ыздыру арқ ылы оның булануына қ ол жеткіземіз, осы арқ ылы мү йізді қ абаттың қ исық тығ ын ө згертеміз.

Бұ л былайша іске асырлады, ФРК кезінде мү йізді қ абаттың сырты беті, эпителий қ абаты лазер сә улесі арқ ылы жұ қ артылады, ал LASIK кезінде мү йізді қ абаттың сыртқ ы бетіннен қ алың дығ ы 20% болатындай қ абатты ашып (сылып), ашық қ алғ ан мү йізді қ абаттың бетіне лазер сә улесімен ә сер етіп, оны жұ қ артамыз, нә тижесінде оның қ исық тығ ы ө згереді, онан соң мү йізді қ абатты сылынғ ан ө те жұ қ а қ абатпен қ айта жабамыз

Енді кө рудің биофизикалық негізін талдайық. Жоғ арыда айтқ андай, кө зге тү скен жарық ағ ыны кө з бұ ршағ ы арқ ылы жарық ты сезгіш жасушаларғ а-таяқ шалар мен қ ұ тышаларғ а фокусталады. Таяқ шалар тор қ абаттың сфера бетін жартылай алып жатыр жә не ол кескінді «ақ – қ ара» тү рінде кө руге мү мкіндік береді. Қ ұ тышалардың саны аз, олар негізінен тор қ абаттың орта бө лігін алып жатыр жә не ол кескінді «тү рлі-тү сті» тү рінде кө руге мү мкіндік береді. Алдымен кө здің тор қ абатының қ ұ рылысын талдайық, ө йткені кө ру процесі негізіннен осы аймақ та ө теді.

Кө з торы бірнеше қ абаттардан тұ рады. Жарық тү сетін бірінші қ абат- нерв талшық тарынан (жасушаларынан) тұ рады, олар таяқ ша мен қ ұ тышыларда пайда болғ ан электр сигналдарын миғ а жеткізеді. Онан соң бірнеше қ абаттар орналасқ ан, олардың негізгі қ ызметтерін адам физиологиясы курсында талдайтындық тан қ азір қ арастырмаймыз. Бұ л қ абаттардан кейін жарық ты сезгіш рецепторлар - таяқ ша мен қ ұ тыша жасушаларынан тұ ратын қ абат орналасқ ан. Олардан соң қ ара тү сті пигменті меланин қ абаты бар(9- сурет).

9-сурет. Кө з торының қ ұ рылысы. 1-фоторецепторларда (таяқ ша мен қ ұ тышаларда) пайда болғ ан электр сигналын миғ а жеткізетн нерв талшық тары. 2-ганглиоз жасушаларының қ абаты. 3-ішкі синап қ абаты. 4- ішкі ядролық қ абат. 5-сыртқ ы синап қ абаты.6- сыртқ ы ядролық қ абат. 7- қ ұ тышалар мен таяқ шалар қ абаты. 8- эпителии (қ ара тү сті пигмент қ абаты).

Бір қ арағ анда таяқ ша мен қ ұ тыша жасушалары, кө зге тү сетін жарық ағ ыны бірден тү сетін алдың ғ ы қ атарда орналасуы қ ажет секілді, ал шындығ ында олар кө з торының тү бінде, ең соң ғ ы қ абатында жатыр.

Фоторецепторлардың мұ ндай орналасуы кездейсоқ емес, тор қ абаттан ө ткен, кө здің ішкі қ ұ рылымынан шағ ылғ ан немесе шашырағ ан сә улелердің фоторецепторларғ а тү суіне жол бермейді, ондай сә улерді қ ара тү сті меланин қ абаты жұ тады, осы арқ ылы кө з таяқ шалары мен қ ұ тышаларының сезгіштік қ абілетін ү немі жоғ ары дең гейде болуына мү мкіндік береді жә не ө те сезімтал болатын таяқ ша мен қ ұ тышаларды кездейсоқ сыртқ ы ә серлерден(сә улелерден) сақ тайды.

Жарық ағ ыны сезгіш рецертораларғ а жеткенше мү йізді қ абаттан, кө з бұ ршағ ынан, шыны тә різді дене жә не тағ ы да бірнеше қ абаттардан ө туіне тура келеді жә не кей қ абаттардан жарық шағ ылысады, кей қ абатарда жұ тылады, осылайша ө зінің бастапқ ы энергиясын кө п бө лігін жоғ алтады. Кө зге тү скен жарық ағ ынының 4 % мү йізді қ абатан шағ ылысады, ал 50% кө з ішіндегі орталарда (кө з бұ ршағ ында, шыны тә різді ортада жә не т.б. қ абаттарда) жұ тылады, жарық энергиясының 40% кө з торы қ абаттары арқ ылы ө тіп, ең соң ғ ы қ ара тү сті пигменті эпителии қ абатында жұ тылады. Осылайша жарық энергиясы бірте-бірте азайып, кө з фоторецепторларына тек бірнеше пайызы ғ ана жетеді.

Соң ғ ы кезде жү різілген зерттеулер, жарық ты сезгіш фоторецепторлардың кү шейту коэффициенті 10⁵-10⁶ болатын трансформатор тә різді энергиясы ө те ә лсіз жарық ты кө ру сезімін тудыратын дең гейге жететіндей кү шейтіп, онан соң электр сигналына айналдыратындығ ын кө рсетті. Қ араң ғ ы жағ дайғ а бейімделген кө здің 491 нм толқ ынғ а сә йкес келетін 2-3 фотонын сезетіндігі анық талды, олай болса кө зді сезімталдығ ы ө те жоғ ары оптикалық қ ұ ралдардар қ атарына жатқ ызуғ а болады.

Қ араң ғ ығ а бейімделген кө здің ең тө менгі жарық тылық ты сезінуін абсолютік кө ру табалдырығ ы деп атайды, ол шамамен 2, 1-5, 7× 10^-17Дж, бұ л кө к-жасыл тү стерге сә йкес келетін 58-148 кванттың энергиясына тең.

Жарық ағ ының ың интенсивтілігі мен оны кө здің сезу арасындағ ы байланыс Вебер-Фехнер заң ымен сипаталады жә не ол мына тү рде беріледі:

Y =k× ln

мұ ндағ ы I-жарық интенсивтілігі, I₀ – кө здің жарық ты абсолютті сезу шегі, k- тұ рақ ты шама.

Бұ л заң дылық тан мынадай қ орытынды жасауғ а болады: егер жарық интенсивтілігі логарифимді тү рде ө ссе оны кө здің сезуі сызық ты тү рде ө згереді.

Енді таяқ ша мен қ ұ тышаның қ ұ рылысымен танысайық. Кө зде жалпы саны 125 млн таяқ ша мен 6, 5 млн қ ұ тыша бар. Адам кө зіндегі таяқ шаларының ұ зындығ ы 50-60 мкм, диаметрі 2 мкм болса, қ ұ тышалардың ұ зындығ ы 30 мкм, диаметрі 6 мкм тең. Кө з торындағ ы таяқ ша мен қ ұ тышаларғ а нерв талшық тары жалғ анғ ан, миллиондағ ан тармақ тардан тұ ратын осындай талшық тар жинала келе кө лденең қ имасы 4 мм² болатын кө ру нервіне айналады.

Кө з таяқ шалары ө з ара байланысқ ан сыртқ ы жә не ішкі екі бө ліктен(сегменттен) тұ рады. Сыртқ ы бө ліктің (сегмент) ұ зындығ ы 20-30 нм, яғ ни таяқ ша ұ зындығ ының жартысына тең. Сыртқ ы бө ліктегі(сегмент) цитоплазма бір-бірінен ара қ ашық тығ ы 30нм болатын, жалпы саны 700 ден 1000 дейін жететін (сиырда-200, бақ ада-1500), сыртқ ы пішіні орта бө лігінен қ ысылғ ан ауа шарына ұ қ сас, жарық ты сезгіш дискілермен толтырылғ ан. Дискі санының мұ ндай кө п болуы фоторецепторлар алып жатқ ан беттің ү лкен болуына алып келеді, бұ л кө здің сезгіштігін артырады. Ә р дискінің диаметрі 2 мкм, қ алың дығ ы 15-18 нм тең. Дискі қ абырғ асының қ ұ рылысы биологиялық мембранадай, фосфолипид молекуларынан қ ұ ралғ ан. Фосфолипид қ абатында родопсин молекулалары бар, оның кейбірі қ абатқ а жабысып, кейбірі оны тесіп орналасқ ан(10- сурет).

Кө здің кө руі, таяқ ша дискілеріне тү скен жарық ә серінен жү ретін бірінші реттік фотоқ ұ былыстарғ а байланысты болғ андық тан, дискідегі мембраналарды фоторецепторлы мембраналар деп атайды.

Барлық биомембраналарғ а тә н фоторецептордың мембранасы да фосфолипид жә не ақ уыздан қ ұ ралғ ан, бірақ олардың бірнеше ерекшеліктері бар. Дискі мембранасындағ ы ақ уыздың 90% кө ру пигменті - хромогликопротеид родопсин молекуласына тиісті.

10- сурет. Кө з таяқ шасының қ ұ рылысы.

Мембранадағ ы фосполипид молекуласы қ ұ йрығ ының жоғ ары дең гейлі қ анық пағ ан майқ ышқ ылынан тұ руы(қ ұ ралуы), биомембрананың гидрофобты қ ұ рылымының қ озғ алғ ыштық қ асиетін жоғ арылатып, оның тұ тқ ырлығ ын 30 мПа× с дейін тө мендетеді.

Биомембранадағ ы липид молекулаларының 80% астамының қ ұ рамына қ анық пағ ан майқ ышқ ылы кіреді, бірақ холестерин жә не гликолипид молекулалары ө те аз мө лшерде. Сондық тан дискі мембранасындағ ы бір родопсин молекуласына 90 фосфолипид жә не 6 холестерин молекуласы сә йкес келеді. Фоторецепторлы мембрана бетінің 75% ү лесін липидтер, 25% ү лесін родопсин алып жатыр. Дискі мембрана массасың 40-50% ү лесі липидтерге, қ алғ аны родопсинге сә йкес келеді.

Фоторецепторлар ү немі жаң арып, ескі дискінің орнына жаң а дискі пайда болып отырады. Дискінің жаң аруы деп жұ тылғ ан жарық ә серінен родоспин молекуласының тү ссізденуін, яғ ни жарық квантарын сезбеуін жә не мембранадағ ы фосфолипидтардың жұ тылғ ан жарық ә серінен тотығ уын (фотототығ у феномені) атаймыз. Бұ л қ ұ былыс тә уліктікке жә не уақ ыт мерзіміне тә уелді. Мысалы, сыртқ ы бө ліктегі таяқ ша ұ штарындағ ы дискілер таң ертең жә не кү ндіз жаң арса, сыртқ ы бө ліктегі қ ұ тышалардағ ы дискілер кешкі жә не тү нгі уақ ыт мезгілінде жаң арады. Ескі дискілер бө ліктің ішімен қ озғ алып, эпителии пигментінің жасушаларында жұ тылады. Мысалы, бір тә улік ішінде маймыл кө зінің бір таяқ шадасындағ ы 80-90 дискісі жаң араса, онда сыртқ ы бө лік ішіндегі барлық дискілер 9 -12 тә улік ішінде толығ ымен жаң арады жә не бұ л қ ұ былыс ө мір бойы ү здіксіз жү ріп жатады.

Фоторецепторлардың тағ ы бір ерекшелігін қ арастырайық. Олар ө з ось бойымен, мембрана жазық тығ ына перпендикуляр бағ ытта жылдам айналады, сонымен қ атар олардағ ы латериалдық диффузия дең гейі ө те жоғ ары. Мысалы, родопсин ү шін латериалды диффузия коэффициенті (3, 5±1, 5)× 10^-9 см²/с тең, сондық тан мембрана қ абатындағ ы ә р родопсин молекуласы бір секунд ішінде басқ а молекулармен 10⁵-10⁶ рет соқ тығ ысады.

Енді жарық ты сезгіш пигментерді талдайық, ө йткені олар кө ру қ ұ былысының негізін қ алайды. Кө ру дискілерінде 4 тү рлі жарық ты сезгіш пигменттің бар екендігі анық талды. Таяқ шаларда мұ ндай пигментер - родопсин (адамдар мен тең із жануарларында) жә не порфиропсин (тұ щы су жә ндіктерінде) деп аталса, қ ұ тышаларда- йодопсин мен цианопсин деп аталады. Шын мә нінде родопсин молекулалық массасы 40 000 тең, қ ызыл тү сті, тү скен жарық ә серінен ыдырайтын (тү ссізденетін), ақ уыз молекуласы. Ал йодопсин болса, кү лгін тү сті, бірақ бұ л молекуланың жарық ә серінен ыдырау жылдамдығ ы родопсинге салыстырғ анда тө мен, сондық тан оның жарық ты сезу дең гей де тө мен болады.

Родопсин молекуласы кө рінетін жарық толқ ындарын жақ сы жұ тады, бұ л толқ ындардың ішінен максимал тү рде жұ тылатыны l_max = 498 нм сә йкес келеді, сонымен қ атар ол l_max= 278 нм сә йкес келетін ультракү лгін сә улесін де жұ тады, бірақ оны жұ татын родопсин қ ұ рамындағ ы ретиналь емес, опсин қ ұ рамына енетін ароматты аминқ ышқ ылдарғ а жататын триптофан мен тирозин (11-сурет).

11 сурет

Ультракү лгін толқ ыны кө здің тү рлі қ абаттарында толығ ымен жұ тылу себепті родопсинды қ оздыра алмайды, яғ ни кө ру сезімін тудырмайды. Егер ультракү лгін сә улесінің квантарының энергиясы жоғ ары болса, ондай сә уле кө з қ ұ рылымын зақ ымдайды.

Родопсин жарық ты сезгіш хромопротеидтерге жатады жә не ақ уыздың бір тү рі болып табылатын, ө з ара байланысқ ан опсин мен ретиналдан қ ұ ралғ ан кешен. Шын мә нінде ретиналь альдегид тобына жататын, жарық ты сезгіш- хромофор болып табылады. Ретиналь екі тү рлі изомериялық пішінде болуы мү мкін, қ арың ғ ы кезде, ол опсинмен бірігіп 11-цис-ретиналь деген тү рде болса, родопсиннің жарық квантын жұ туы нә тижесінде ол опсинен ажырып, транс-ретиналь деген тү рге ауысады, мұ ндай қ ұ былыс фотоизомеризация деп аталады. Осының нә тижесінде (жұ тылғ ан жарық ә серінен) родопсин тү ссізденеді, мұ ны фотолиз қ ұ былысы деп атайды.

Жұ тылғ ан жарық ә серінен ыдырағ ан родоспин қ айта қ алпына келеді жә не бұ л қ ұ былыс ү здіксіз жү ріп жатады. Арнаулы ретинальизомеразы ферменті арқ ылы транс-ретиналь қ айтадан 11 -цис- ретинальғ а айналады жә не ол опсинге қ осылып жаң а родопсинді тү зейді. Егер кө з торындағ ы жарық ағ ыныны тұ рақ ты болса, онда родопсиннің ыдырауы мен оның қ айта тү зелуі тұ рақ ты сипатта болады.

1967 ж. родопсиннің тү рленуін алғ аш зерттеген Д.Уолдқ а Нобель сыйлығ ы берілді. Ол мұ ндай тү рленудің бірнеше этаптан тұ ратындығ ын анық тады, алдымен родопсин жарық квантын жұ тып t < 6× 10^-12c кейін батородопсинге айналады, ол t»3× 10^-8c кейін люмиродопсинге айналады, осылайша бірнеше тү рленуден соң транс-ретиналь пайда болады. Бұ л тү рлену тө мендегі схемада берілген жә не тү рленудің тек бірінші этапы ғ ана жарық кезең інде жү рсе, қ алғ андары қ араң ғ ы кезең де жү реді (12-сурет).

12-сурет

12-сурет

Д.Уолд ө з зерттеуінде родопсинді қ араң ғ ы жағ дайда бө ліп алып, оны температурасы -140⁰С болатын сұ йық азотта ұ стағ ан, осы кү йдегі родопсинге жарық тү сіргенде жә не оның температурасын жоғ арылатқ анда, родопсиннің жұ тылу спектрі ө згеріп отырғ ан, бұ л родопсиннің тізбекті тү рде, бір тү рден екінші тү рге ауысқ андығ ын, яғ ни тү рленгендігін кө рсетеді

Ә р кезең дегі конформер (батородопсин, люмиродопсин, метародопсин жә не т.б.) транс-ретиналь кү йдегі ретиналь болғ андық тан, оғ ан жарық квантымен ә сер етсек, ол бірден родопсинге айналады (арнаулы ферментсіз).

Осындай фотоизомериялық ө згерістің нә тижесінде таяқ шадағ ы тыныштық потенциалы ө згеріп, ә сер потенциалы пайда болады. Кө з таяқ шасындағ ы осындай қ ұ былыстар тізбегі кө ру сезімін тудырады.

Шындығ ында, фоторецепторлық жасушалардағ ы мембраналық потенциалдың ө згерісі таяқ шаның сыртқ ы бө лігінің (сегмент) плазмолеммасында орын алады, ал родопсиннің фотоизомеризациясы таяқ шаның сыртқ ы бө лігінің (сегмент) дискі мембранасында байқ алады. Мембрана қ асиетінің ө згеруі, оның қ ұ рамындағ ы родопсиндегі ө згерістермен (ретиналдың, опсиннің ө згеруі) қ абаттасып жү реді.

Енді осы қ ұ былыстарды талдайық. Алдымен мына ерекшелікпен танысайық, фоторецепторлардағ ы тыныштық потенциалының пайда болуы механизмінде біраз ө згешеліктер бар. Таяқ ша жарық квантарын жұ тпағ ан кезде, яғ ни қ араң ғ ылық кезең інде, тыныштық потенциалы таяқ шаның ішкі бө лігінде (сегмент) плазмолеммада К⁺ иондарының ә серіннен пайда болса, таяқ шаның сыртқ ы бө лігіндегі(сегмент) потенциал Na⁺ иондарының ә серінен туындайды, яғ ни таяқ шадағ ы тыныштық потенциалы осы екі тү рлі иондардың ә серінен пайда болады деп саналады.

Кө з таяқ шасының сыртқ ы бө лігіндегі(сегмент) тыныштық потенциалының таң басы ө згеше, ішкі орта «оң», ал сырты «теріс», ал таяқ шаның ішкі бө лігінде(сегмент) керісінше, ішкі орта «теріс», ал сырты «оң» зарядталғ ан. Бұ л қ ұ былыс, таяқ шаның сыртқ ы бө лігінің (сегмент) Na⁺ иондарын ө ткізетін каналдарының циклды гуанозин монофосфатты(цГМФ) ә серінен ашық болуынан екендігі анық талды. Сондық тан тыныштық кү йдегі мембрана қ абатының натрий иондарын ө ткізу коэффициенті басқ а иондарғ а қ арағ анда басым болады, осының ә серінен жә не электрохимиялық градиент есебінен сыртқ ы ортадағ ы натрий иондары ішке қ арай диффузияланады (пассивті тасымал). Осылайша, кө з таяқ шасының сыртқ ы бө лігінің (сегмент) цитоплазмасында жиналғ ан натрий иондары, екі бө лімді қ осатын орта арқ ылы ішкі бө лімге тасымалданады. Жиналғ ан натрий иондары, митохондрия жеткізген АТФ энергиясының есебінен сыртқ ы ортағ а шығ арылады (активті тасымалдау). Осылайша, Na⁺ ионының ішке, ал К⁺ ионының сыртқ а қ арай қ озғ алысы нә тижесінде таяқ шада тыныштық потенциалы орнайды (13 сурет).

13 сурет. Таяқ шағ а жарық ә сер етпеген кездегі тыныштық потециалының пайда болуы.

Енді таяқ шағ а жарық ә сер еткен кездегі жағ дайды қ арастырайық. Жұ тылғ ан жарық кванты ә серінен родопсиннің опсин мен ретинальғ а ыдырауы дискіде Са²⁺ иондарының бө лінуіне алып келеді. Пайда болғ ан Са²⁺ иондары циклды гуанозин монофосфаттының натридың иондық каналдарына ә серін тө мендетеді, нә тижесінде Na⁺ иондық каналдары жабылып, натрий ионының мембрана арқ ылы ішке енуі тоқ тайды, ал К⁺ иондарының тасымалы бірқ алыпты, ө згеріссіз қ алады.

Осылайша пайда болғ ан потенциалды «ерте фоторецепторолық потенциал(ЕФП)» деп атайды, оның шамасы 5 мВ аспайды жә не 1 мс уақ ытқ а созылады, ал 1 мс кейін «кеш фоторецепторолық потенциал(КФП)» пайда болады. ЕФП мен КФП пайда болу механизмдері ә р тү рлі. ЕФП жарық ә серінен родопсин молекуласының метародопсин-ІІ дейінгі тү рлену кезінде пайда болса, КФП метародопсин-ІІ пайда болғ ан соң, иондардың қ озғ алысы нә тижесінде пайда болады жә не амплитудасы жұ тылғ ан жарық кванттары санына тә уелді. Бұ л қ ұ былыс, родопсиның метародопсин-ІІ айналуы мезгілінде ө зінің максимал мә ніне жетеді.

Жұ тылғ ан бір жарық кванты 100-300 дейін натрий каналдарын жабады, ә зірше бұ л қ ұ былыстың қ алай жү ретін, белгісіз. Осының нә тижесінде таяқ шадағ ы потенциалдың полярлығ ы ө згереді, ендігі жерде оның табиғ аты К⁺ ионына байланысты болады(14- сурет).

14 сурет. Таяқ шағ а жарық ә сер еткен кездегі ә рекет потециалының пайда болуы.

Осылайша пайда болғ ан фоторецепторлық потенциал (оны ә рекет потенциалы деп атауғ а болады), таяқ ша мембраналары арқ ылы синап аймағ ының алдың ғ ы бө лігіне жетіп, ондағ ы медиаторлардың синап саң лауына ө туін қ амтамасыз етеді, ол ө з кезегінде биполярлы нерв жасушасын қ оздырады. Осылайша нерв жасушасында пайда болғ ан ә рекет потенциалы, нерв импульсі тү рінде кө ру нерві арқ ылы, мидың кө ру орталығ ына жетеді.

Енді тү рлі тү сті кө ру механизмін талдайық. Біздің тү рлі тү сті кө руімізді тор қ абатында орналасқ ан қ ұ тышалар қ амтамасыз етеді. Жарық ә серінен таяқ шаларда болатын қ ұ былыстар қ ұ тышаларда ө згеріссіз орын алады, тек мұ ндағ ы кө ру пигменті родопсин емес, одан бө лек иодопсин ақ уызы. Иодопсин ақ узы да жарық ты сезгіш 11 цис-ретиналь тү рдегі хромофорғ а жатады.

Кө з торында, жарық ты жұ ту спектрі мен фотобиологиялық ә серлері бойынша бір бірінен ө згеше, ү ш тү рлі қ ұ тышалар бар. Олардың бір бірінен айырмашалығ ы тек ретиналды ақ уызбен байланыстыратын энергияның ә р тү рлі болуында, соның ә серінен иодопсин молекуласы кө рінетін жарық тың l= 440 нм, l= 540 нм жә не l= 590 нм сә йкес келетін толқ ындарын жақ сы жұ тады, бұ л толқ ындар кө к, жасыл жә не қ ызыл тү ске сә йкес келеді (15 сурет).

Монохроматты жарық тек бір тү рлі ғ ана қ ұ тышаны қ оздыра алады, ал кү рделі жарық болса ү ш тү рлі қ ұ тышаны, жарық толқ ыны ұ зындығ ына байланысты қ оздырады. Осындай қ ұ былыс нә тижесінде тү рлі тү сті кө ру мү мкін болады.

Кө з торында ү ш тү рлі қ ұ тышаның біреуінің болмауы немесе оның ө з қ ызметін дұ рыс орындамауы, кө здің тү рлі тү сті дұ рыс ажырата алмауына алып келеді, мұ ндай кө здің кемшілігін дальтонизм деп атайды.

15 сурет

Жалпы, қ ұ тышаның жарық ты сезу қ абілеті таяқ шағ а салыстырғ анда тө мен болғ андық тан, денелердің тү рлі тү сті болып кө рінуі ү шін олардың жарық тылығ ы жоғ ары болуы қ ажет, ал жарық тылығ ы тө мен болғ анда, қ ұ тышалар ө з қ ызметін ойдағ ыдай атқ ара алмайды, мұ ндайда таяқ шалар қ ызметке кіріседі, соның ә серінен кеш қ ұ рымда, қ араң ғ ылау кезең де дененің тү сі сұ р болып кө нінеді.

1. Кейбір адамдардың кө здері дене кескінін....

1. тор қ абаттың сыртына фокустайды, кө здің мұ ндай кемшілігін.....

2. тор қ абаттың, 2F қ ашық тық қ а фокустайды, кө здің мұ ндай кемшілігін.....

3. тор қ абаттың алдына, 3F қ ашық тық қ а фокустайды, кө здің мұ ндай кемшілігін.....

A.жақ ыннан кө ргіштік деп атайды, оны жө ндеу ү шін...

B. алыстан кө ргіштік деп атайды, оны жө ндеу ү шін...

C. кө з кемшілігі деп атайды, оны жө ндеу ү шін...

a) жинағ ыш линза қ олданамыз.

b) шашыратқ ыш линза қ олданамыз

c) лупа қ олданамыз

2. Кө здің кез келген қ ашық тық тағ ы денені анық кө ру қ абілетін...

1. астигматизм деп атайды. Кө здің бұ л қ абілеті...

2. сфералық аберация деп атайды. Кө здің бұ л қ абілеті...

3. дисторция деп атайды. Кө здің бұ л қ абілеті...

4. аккомодация деп атайды. Кө здің бұ л қ абілеті...

A.шашыратқ ыш линза қ олдану арқ ылы іске асырылады.

B. линзаның фокус аралығ ын ө згеруту арақ ылы іске асырылады.

C. кө з бұ ршағ ының қ исық тығ ын ө згерту арқ ылы іске асырады.

3. Кейбір адамдардың кө здері дене кескінін....

A.тор қ абатқ а жеткізбей, оның алдына фокустайды, кө здің мұ ндай кемшілігін.....

B. тор қ абатқ а жеткізбей, 2F қ ашық тық қ а фокустайды, кө здің мұ ндай кемшілігін.....

C. тор қ абаттың сыртына, 3F қ ашық тық қ а фокустайды, кө здің мұ ндай кемшілігін.....

1. жақ ыннан кө ргіштік деп атайды, оны жө ндеу ү шін...

2. алыстан кө ргіштік деп атайды, оны жө ндеу ү шін...

3. кө з кемшілігі деп атайды, оны жө ндеу ү шін...

I. жинағ ыш линза қ олданамыз.

II. шашыратқ ыш линза қ олданамыз

III. лупа қ олданамыз

4. Линзаның формуласы мына тү рде жазылады....

A.1/f + 1/d = 1/F, мұ ндағ ы D …..

B. 1/F + 1/D = F, мұ ндағ ы D …..

C. 1/F – 1/D = 1/f, мұ ндағ ы D …..

1. линзаның оптикалық кү ші деп аталады жә не оның ө лшем бірлігі....

2. линзаның фокусы деп аталады жә не оның ө лшем бірлігі....

3. линзаның қ исық тық радусы деп аталады жә не оның ө лшем бірлігі....

a. метр², ал формуладағ ы F….

b. диоптрии, ал формуладағ ы F….

c. метр^-2, ал формуладағ ы F….

I. линзаның фокусы деп аталады, оның ө лшем бірлігі...

II. линзаның ү лкейту коэффициенті деп аталады, оның ө лшем бірлігі...

III. линзаның аберациясы деп аталады, оның ө лшем бірлігі..

α) метр.

b) Град.

g) Радиан.

11 дә ріс. ТЫНЫС АЛУ БИОФИЗИКАСЫ

Адам ө кпесі бірнеше қ ызмет атқ арады, біріншіден, ол газ алмасуды іске асырады, яғ ни атмосферадағ ы оттегі газын қ анғ а жеткізеді, керісінше қ андағ ы кө мірқ ышқ ыл газын сыртқ а шығ арады. Осы арқ ылы қ анның рН бір қ алыпты дең гейде ұ стап тұ руғ а мү мкіндік береді.

Ө кпе арқ ылы біз қ оршағ ан ортадан температурасы тө мен, қ анық пағ ан су буын жұ тып, температурасы адам денесі температурасына дейін жоғ арылағ ан жә не су буына қ анық қ ан ауаны қ айта шығ арамыз, осы арқ ылы ө кпе ағ заның жылулық жә не сұ йық тық тепе тең дігін сақ тау процесіне де қ атысады. Сонымен қ атар ө кпе адамның дауыс шығ арудағ ы басты элементі болып табылады.

Қ алыпты жағ дайда тыныс алу кезінде ө кпе арқ ылы минутына 6 литр ауа ө теді, оны қ алыпты тыныс алу (Қ ТА) кө лемідеп атайды. Жұ тқ ан ауаның 20% оттегі, олай болса ө кпе арқ ылы минутына 1, 2 литр оттегі газы айдалады. Жұ тылғ ан ауаның 80% инертті газ азот, 20% оттегі газы, ал ө кпеден қ айта шығ арылғ ан ауаның 80% азот, 16% оттегі жә не 4% кө мірқ ышқ ыл газ болады. Бір тә улік ішінде ө кпеде 0, 5 кг (400 л) оттегі газы жұ тылады, сонымен қ атар шығ арылғ ан ауа арқ ылы 0, 5 кг суды жоғ алтамыз, ол қ айта шығ арылғ ан ауаны су буымен қ анық тыруғ а жұ мсалады. Ер адамдардың тыныс алу (дем алу мен дем шығ ару) жиілігі минутына 12 рет болса, ә йелдерде 20, жас балалар мен нә рестелерде 60 ретке дейін жетеді.

Жай жә не терең тыныс алу кезіндегі ө кпе кө лемінің кө рсеткіштері ө кпенің функционалдық кү йін сипаттатын диагностикалық мә лімет болып табылады. Ө кпе кө лемі спирометр деп аталатын қ ұ ралмен ө лшенеді. 2 суретте спирометр арқ ылы анық талғ ан тыныс алудың тү рлі кезіне сә йкес келетін пневмограмма берілген. Берілген пневмограммада бір қ алыпты тыныс алу кезіндегі ө кпе кө лемі дем алудың соң ында 3, 2 л ден, дем шығ арудың соң ында 2, 2 л дейін ө згерген. Осы ө згеріс қ алыпты тыныс алу (Қ ТА) кө лемі деп аталады(берілген мысалда ол 1 л тең). Сонда тыныс алу кө лемі деп - бір рет дем алу кө зінде ө кпе жұ тқ ан ауа кө лемін айтамыз. Қ алыпты жағ дайда ересек адамдар ү шін Қ ТА 0, 5-0, 8 л тең.

Бір қ алыпты дем шығ арудан соң ө кпеде біраз ауа қ алады, оны функционалды қ алдық кө лем (ФҚ К) деп атайды, оның кө лемі 2, 5 л шамасы болады. Максимал дем шығ ару кезіндегі спирометрдің кө рсетуі ө кпенің жалпы сиымдылығ ы (Ө ЖС) деп аталады, жоғ арыда берілген пневмограммада ол 6 л тең. Максимал терең дем алу кө лемі мен қ алыпты дем алу кө лемдерінің айырымы дем алудың резервтік кө лемі (РК_ДА) деп аталады, оның шамасы 3 л болады, ал қ алыпты дем шығ ару кө лемі мен максимал(терең) дем шығ ару кө лемдерінің айырмалары дем шығ арудың резервтік кө лемі (РК_ДШ) деп аталады, оның шамасы 1, 3 л болады.

Максимал терең дем шығ арғ анмен ө кпеде біраз ауа қ алады, оны қ алдық кө лем (Қ К) деп атайды, оның кө лемі шамамен 1, 2 л болады.

Максимал терең дем алу мен максимал(терең) дем шығ ару кө лемдерінің айырмалары ө кпенің тіршілік сиымдылығ ы (Ө ТС) деп аталады, берілген пневмограммада Ө ТС 5 л тең. Ө кпенің ө мірлік сиымдылығ ы ө кпенің жалпы кө лемі- Ө ЖК (пневмограммада- 5 тү зумен кө рсетілген) мен қ алдық кө лемнің - Қ К (пневмограммада - 4 тү зумен кө рсетілген) айрымына тең.

Ө кпенің ө мірлік сиымдылығ ының сан мә ні, ө кпенің қ аншалық ты дұ рыс немесе бұ рыс қ ызмет атқ аратындығ ын кө рестеді. Ө Ө С сан мә ні жеке тұ лғ аның дене шынық тыруына тікелей байланысты болады, сондық тан денсаулығ ы жақ сы, дене шынық тыумен айналысқ ан еркектер ү шін оның мә ні 4, 5-5 л, ә йелдер ү шін 4-4, 5 л тең болады.

Ө кпеде «ө лі кең істік (Ө К)» деп аталатын аймақ бар, оғ ан трахея, бронхылар мен альвеолалар алып жақ тан кең істіктер жатады, бұ л аймақ та газ алмасу болмайды, тек газдар тасымалданады. Енді осы «ө лі кең істіктің» кө лемін анық тайық. Біз дем алатын ауаның 80% азоттан, 20% оттегі газынан қ ұ ралады, кө мір қ ышқ ыл газы тіптен болмайды, ал ө кпеден қ айта шығ арылғ ан ауаның 80% азоттан, 16% оттегінен, 4% кө мірқ ышқ ыл газынан тұ рады. Бұ л орташа мә ліметтер, шын мә нінде дем шығ арудың бастапқ ы кезең інде ө кпеден шық қ ан ауада СО₂ кө мір қ ышқ ыл газы 4 % шамасы болады. Кейін трахея мен бронхыларда қ алып қ ойғ ан оттегі газы, альвелоларда оттегіні беріп, кө мір қ ышқ ыл газын шығ арады, осының нә тижесінде шығ арылғ ан ауаның соң ғ ы порцияларында СО₂ шамасы 6 % дейін жетеді. Осы мә ліметтерді пайдаланып мына тең деуді жазамыз:

ТК× 4% = (ТК- Ө К)× 6%,

мұ нан Ө К = 1/3× ТК.

Сонымен ө лі кең істік 180-200 мл болады. Ө кпенің ө мірлік сиымдылығ ының мә нін теориялық жолмен Людвиг тең деуі арқ ылы анық тауғ а болады:

Ер адам ү шін Ө ТС = 40 × бойы (см) + 30 × салмағ ы (кг) – 4400, ә йел ү шін Ө ТС = 40 × бойы (см) + 10 × салмағ ы (кг) – 3800.

Ө Ө С мә нінің 15% тө мендеуі ө кпе патологиясының бар екендігін кө рсетеді, бірақ адам жасының ұ лғ айуына сә йкес Ө Ө С мә ні тө мендейтіндігін ескеру керек.

Ер адамдар ү шін Ө Ө С мә ні

№1 кесте

Ә йелдер ү шін Ө Ө С

№2 кесте