Темновая адаптация




Как лучше бегать ночью с фонариком или без? Время темновой адаптации. Зачем она нужна? Можно ли читать в полной темноте?


Если вы как и я увлечены бегом, то вы представляете как неудобно без опыта бежать в сумерках, особенно в лесу или в поле. В лесу дороги не ровные, есть ямы, лужи, корни деревьев, вы можете наткнуться на ветку, можете споткнуться и упасть. В общем не самая лучшая затея бегать ночью в лесу. Однако, бег это удовольствие, а в удовольствии сложно себе отказывать и тут на помощь приходит темноват адаптация.

Что такое темновая адаптация? Это способность зрения адаптироваться к сумеркам настолько, чтобы вы могли пользоваться зрением при низком освещении. Темновая адаптация наступает не сразу, а через несколько минут после того, как вы находитесь в темноте, потом постепенно повышается и достигает максимума через 30 минут. Условие для возникновения темновой адаптации - нахождение в сумерках. Чем меньше света, тем выше уровень темнотой адаптации.


Темновая адаптация возникает благодаря тому, что включается палочковое зрение. В сетчатке, как мы помним есть два типа клеток, которые чувствительны к свету: колбочки и палочки. Колбочки (мы обсуждали это в главе где обсуждали строение глаза) помогают нам видеть четко и воспринимать цвета. Колбочки - это цвет и четкость. Нет четкости вне различия цвета, это связанные функции. Колбочка как и палочка это клетка -фоторецептор, который генерирует импульс при попадании на него света. Благодаря тому, что существуют разные фотопигменты, разные колбочки максимально чувствительны к разным цветам У большинства людей три типа колбочек соответственно трем типам фоторецепторных пигментов - протеинов (почему у большинства, а не у всех не у всех- смотри главу про ахроматопсию и людей которые видят больше оттенков чем другие). Различное сочетание возбуждения разных типов колбочек дают нам представления об оттенках.


Колбочки сконцентрированы в самой центральной части сетчатки, они помогают нам видеть очень четко и различать цвета. У колбочек есть недостатки. Их нет на периферии сетчатки (поэтому мы не четко видим периферическим полем зрения. Проверьте это прямо сейчас, попробуйте продолжать читать эту книгу боковым зрением). И второй недостаток - они не работают в сумерках. В сумерках мы не различаем цвета. Отсюда пошло выражение «Ночью все кошки серые». В сумерках включаются палочки.



У пациентов с ахроматопсией - отсутствие цветного зрения связано с тем, что колбочки не включаются из-за того, что поражен ген, который кодирует необходим для работы колбочек. Пациенты с ахроматопсией и днем пользуются палочками. От этого у них возникает ощущение очень повышенной яркости. Мир становится как передержанная фотопленка в котором мучительно много света. Пациенты с ахроматопсией используют красные очки для того, чтобы снизить интенсивность света. Без очков плохо видно, так как слишком много света. В сумерках зрение становится значительно лучше. Такое явление называется - дневная слепота. Люди с ахроматопсией - находятся постоянно в состоянии темновой адаптации. Чтобы примерно понять как они воспринимают обычный свет можно после длительного нахождения в темноте резко выйти в помещение с очень ярким светом. В таком состоянии в норме кратковременно ( пока не включится колбочковое зрение) будет наблюдаться дневная слепота.


В сумерках включаются палочки. Палочковое зрение нуждается в низкой интенсивности света. Совсем без света зрение не может работать, никак. Для палочек нужен очень низкий уровень света. Возвращаясь к теме пробежки по лесу, можно сказать, что достаточно света Луны, или отражение света города от облаков. Через, примерно 20 минут темновой адаптации, зрение в сумерках становится значительно лучше, появляется возможность видеть объекты. Для меня это определяющий фактор, когда я бегу через лес. Если пробежка ночная, то я выбегаю из Люберец, бегу через район Кожухово, пока я бегу мои глаза адаптируются к низкому уровню освещенности, которую обеспечивают лишь уличное освещение сельской дороги на краю района, затем я выбегаю из городского района в сторону леса и пока я бегу адаптация становится лучше, чем дальше от города и ближе к лесу, тем ниже уровень освещенности, полной адаптации мои глаза достигают, когда я уже бегу по лесу между Кожухово и Новокосино, дорога 3 км это примерно 18 минут медленным темпом. Темновая адаптация позволяет мне видеть почти все в темноте, я могу видеть объекты расположены на любом расстоянии без хорошего освещения, достаточно света Луны или отражение света от облаков. Спустя 20 минут нахождения в лесу, мое зрение полностью готово для ночного бега по лесу, на обратном пути я ориентируюсь значительно лучше.

Недостатки темновой адаптации заключаются в том, что для ее достижения нужно время, в течение которого нужно находиться в темноте. Темновая адаптация легко нарушается любым ярким светом, поэтому так мучительно встречать яркий свет после длительного нахождения в темноте - он ослепляет.

Многие мои коллеги бегуны используют налобные фонари для бега ночью. С фонарем темновая адаптация не достигается, однако фонарь дает другие преимущества. Можно резко вбегать в темный лес с ярко освещенной улицы и при этом чувствовать себя хорошо. Фонарь обозначает человека, для других участников движения. Однако, в лесу с фонарем видно только в той части, где он светит, и совершенно невозможно охватить всю картину ночного леса, как это позволяет зрение с темнотой адаптацией.


Получается если вам нужно срочно удалиться в темноту и что то там быстро увидеть, то лучше использовать фонарь. Если вы будете находиться в темноте долго, и надо иметь полное представление о том что вокруг, то лучше использовать темновую адаптацию.


Темновая адаптация- медленный процесс, ночь сменяет день в естественных условиях медленно, понятно, почему эволюция не сделала процесс адаптации мгновенным. Слишком мало времени существует электрическое освещение. Темновая адаптация может быть разной у разных людей. При некоторых заболеваниях сетчатки, при высокой миопии в зрелом возрасте, темновая адаптация может быть ниже. Это стоит учитывать.


Медленный процесс возникновения темновой адаптации связан с восстановлением родопсина в палочках. Родопсин - рецепторный белок, который очень чувствителен к свету. Родопсин в ответ на свет запускает каскад реакций, который реализуется в нервном сигнале, который идет от фоторецептора- палочки. Он сконцентрирован в отдельных дисковидных сегментах палочек, которые обращены наружу. В условиях избыточной освещенности родопсин засвечивается. Под воздействием света происходит изомеризация родопспина - он меняет свою структуру. На восстановление количества родопсина в колбочке человека необходимо около 30 минут. Ранее в эксперименте было показано, что время темновой адаптации совпадает с временем восстановления родопсина, и зависит от предшествующей темновой адаптации освещенности. Однако глубина темновой адаптации не связана только с восстановлением родопсина, она также связана с межклеточной регуляцией, подавлением одних клеток и включением других.


Белок родопсин связан с молекулой 11-цис ретиналь, которая является формой витамина А.


Неспособность к темнотой адаптации наблюдается при дефиците витамина А, однако такой дефицит должен быть выраженным и в настоящее время встречается часто в странах Африки, где является по прежнему частой причиной слепоты у детей, которую можно было бы предотвратить. Витамин А находится в зеленых, красных и желтых овощах. Кроме неспособности к темновой адаптации дефицит витамина А ведет к нарушению увлажнения глаза, что тоже опасно для зрения.

Мнение, что морковь полезно есть для зрения относится только к той редкой ситуации, при которой может быть дефицит витамина А, однако в обывательских кругах морковь общепризнанное средство от всех глазных болезней. В большинстве случаев она никак не влияет на ваше зрение, и специально есть ее не надо.


Ген, который кодирует белок родопсин, называют RHO - ген. Одно из состояний, которое возникает при мутации в этом гене, называется врожденная станционараная ночная слепота (CSNB - Congenital Stationary Night Blindnes ), заболевание проявляется в неспособности к темновой адаптации и к ночной слепоте. Люди, которые страдают таким заболеванием, жалуются на то, что не способны ориентироваться в сумерках. Это не прогрессирующее редкое заболевание. Только лишь одна форма CSNB происходит из-за изменений в гене RHO ( есть другие формы, которые происходят из-за изменений в других генах, с другим типом наследования)., при этой форме родопсин постоянно находится в активном состоянии так как бы глаз находился в состоянии постоянного яркого освещения, мозг не воспринимает постоянную исходящую импульсацию, что проявляется в симптомах ночной слепоты.

Однако чаще, изменения в гене RHO, ведут к более тяжелому заболеванию - пигментному ретиниту. Под пигментным ретинитом офтальмологи договорились понимать заболевания сетчатки, для которых характерна общая клиническая картина, которая чаще проявляется в прогрессирующем поражении фоторецепторов сетчатки и характерном изменении глазного дна- отложении пигмента. Под пигментным ретинитом подразумевают группу заболеваний т.к. пигментный ретинит может происходить из-за разных мутаций и течь с разной степенью тяжести и разным временем начала. Пигментный ретинит в отличии от врожденной стационарной ночной слепоты прогрессирующее заболевание, которое ведет к тяжелым нарушениям зрения. Мы до сих пор не понимаем до конца, почему некоторые мутации ведут к пигментному ретиниту, а другие к врожденной стационарной ночной слепоте. Считается, что большинство случаев пигментного ретинита связано с мутацией в гене RHO. Пигментный ретинит проявляется в виде снижения зрения в сумерках, что ведет к тому, что люди теряют способность к ориентации при слабом освещении и постепенному сужению полей зрения - развитии туннельного зрения. Пока пишутся эти строки - нет адекватного лечения этих двух заболеваний.


Родопсин универсальный пигмент ночной адаптации для многих позвоночных.

Однако есть и интересные исключения:

Дневные ящерицы в ходе эволюции утратили палочки т.к. в условия постоянной жизни днем они не нужны. Эволюция убирает все лишнее. Если вы живете только днем, то фоторецепторы, которые не работают (палочки), просто занимают полезное место в сетчатке. Сетчатка таких ящериц содержит только колбочки, которые максимально чувствительны к разным спектрам дневного света. Колбочки, в отличии от палочек, наделенных только родопсином, имеют другие рецепторные белки- опсины и благодаря которым есть возможность различать цвета. Напомню, что для работы колбочек нужно хорошее освещение и в сумерках они перестают работать.

Однако, один вид гекконов решил жить ночью. Они конечно не принимали такого решения на общем собрании гекконов, обстоятельства сложились так, возможно корм перешел на ночной образ жизни, гекконы стали больше есть и их ночной вид стал отделяться от дневных братьев, возможно еще что то сложилось так, что постепенно вид стал жить ночью. Однако, палочки, столь необходимые для ночной жизни, были уже утрачены их предками, в тот период, когда они жили только днем. Сделать новые палочки гекконы не успели. Однако, они приспособили колбочки для ночного зрения. Колбочки ночного геккона имеют большие размеры, чем колбочки дневных братьев, что позволяет им стать чувствительнее. Однако возникло еще два пути адаптации у ночных гекконов к тому, чтобы видеть в темноте.


Роговица ночного геккона имеет несколько оптических зон. Т.е оптическая сила роговицы изменяется в разным отделах, благодаря этому геконы могут фокусировать разные спектры видимого им света на поверхность сетчатки идеально четко, это помогает нивелировать хроматические аберрации и способствует более высокой разрешаюшей способности глаза к разным спектрам видимого геконам света (я специально пишу “видимого гекконам” , потому, что видимый спектр света для геккона и для нас - это разные спектры). Свет, как мы помним состоит из разных электромагнитных волн, которые преломляются в оптических системах. Разные составные цвета спектра дневного света в идеальной сферической системе фокусируются на разном расстоянии. Получается так, что если один спектр света (например зеленый) зеленый, сфокусирован четко на сетчатке, то другой ( например красный) будет не в фокусе. Это явление называется хроматической аберрацией и как недостаток нашего глаза - просто не замечается. Однако используется офтальмологами на приемах. Возможно вы вспоминаете, что офтальмолог просил вас сказать, на каком фоне вы видите буквы лучше на красном или на зеленом. Если вы говорите, что на красном, то офтальмолог делает вывод, что красный цвет лучше фокусируется на сетчатку, а следовательно рефракция глаза сдвинута в сторону близорукости. Установкой линз перед глазом, можно сдвинуть рефракцию в сторону дальнозоркости и тогда четче будут видны символы на зеленом фоне. Оптика геккона учитывает эти особенности света и изменена так, чтобы максимально четко фокусировать разные спектры видимого света. Это позволяет наиболее экономно использовать тусклый свет в сумерках и видеть ночью не только хорошо, но и в цвете.



Зрачок ночного вида гекконов отличается от  дневного тем, что он имеет щелевидную форму ( у дневного  он круглый), исследователи считают, что это тоже способ адаптации, благодаря такой форме зрачка, при любой его ширине, сохраняется возможность проходящему свету преломляться во всех оптических зонах роговицы.  Изменения в глазу ночного геккона позволяют максимально хорошо пользоваться колбочками ночью. И как бонус - цветное зрение.

Зрачок ночного вида гекконов отличается от дневного тем, что он имеет щелевидную форму ( у дневного он круглый), исследователи считают, что это тоже способ адаптации, благодаря такой форме зрачка, при любой его ширине, сохраняется возможность проходящему свету преломляться во всех оптических зонах роговицы. Изменения в глазу ночного геккона позволяют максимально хорошо пользоваться колбочками ночью. И как бонус - цветное зрение.


Можно ли научиться читать в сумерках. Конечно, вы можете проделать этот эксперимент с сумерками и вы увидите что постепенно в темноте появляется зрение. Однако, для этого нужно чтобы вы долго сидели в условиях сумерек. Конечно же разрешающая способность зрения будет значительно ниже чем при дневном свете и есть зависимость от глубины сумерек.


https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11525/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK11525/figure/ch27light_dark.F3/?report=objectonly

https://www.aao.org/eye-health/diseases/vitamin-deficiency Это краткий фрагмент книги "История Зрения" написанной мной. Книгу вы можете приобрести во всех крупных магазинах страны.




Просмотров: 194