Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көздің жарық пен қараңғыға реакциясы
Response of the eye to light and dark
Көз физиологиясында бейімделу – көздің тор қабатының жарықтың әртүрлі деңгейлеріне қалыптасу қабілеті. Табиғи түнгі көру, немесе скотоптық көру – жарық аз жағдайда көруге бейімделу. Адамда түнгі көруге жауапты тек таяқша жасушалары ғана, себебі конус жасушалары жоғары жарық деңгейінде ғана жұмыс істей алады. Түнгі көрудің сапасы күндізгі көруден төмен, өйткені оның ажыратымдылығы шектеулі және түстерді ажырату мүмкін емес; тек сұр түстердің нюанстары көрінеді. Мұнда әрбір көз жоғары жарықтан төмен жарыққа "орналымға" ауысып, сезімталдықты көп есеге арттырады. Конус жасушалары 9-10 минуттың ішінде толық сезімталдықты қайта ала алады, ал таяқша жасушаларына 30-45 минут уақыт керек. Жастардың қараңғыға бейімделуі қарт адамдарға қарағанда жылдам және тереңдеу болады.
In visual physiology, adaptation is the ability of the retina of the eye to adjust to various levels of light. Natural night vision, or scotopic vision, is the ability to see under low light conditions. In humans, rod cells are exclusively responsible for night vision as cone cells are only able to function at higher illumination levels. Night vision is of lower quality than day vision because it is limited in resolution and colors cannot be discerned; only shades of gray are seen. in which each eye adjusts from a high to a low luminescence "setting", increasing sensitivity hugely, by many orders of magnitude. Cone cells are able to regain maximum retinal sensitivity in 9–10 minutes of darkness whereas rods require 30–45 minutes to do so. Dark adaptation is far quicker and deeper in young people than the elderly.
Шеңберлер мен таяқшалар
Адам көзі үш түрлі фоторецепторларды қамтиды: таяқшалар, конус және ішкі түрде жарыққа сезімтал торлы ганглиялық жасушалар (ipRGC). Таяқшалар мен конустар көруге жауапты және көру қабыршағымен байланысты. ipRGC жасушалары көбінесе дене сағаты функцияларымен және мидың басқа бөліктерімен байланысты, бірақ көру қабыршағымен байланысты емес. Таяқшалар мен конустарды құрылысы бойынша оңай ажыратуға болады. Конус фоторецепторлары конус тәрізді пішінде болады және конус опсиндері олардың көру пигменттері болып табылады. Конус фоторецепторларының үш түрі бар, олардың әрқайсысы опсин фотопигментінің құрылысына байланысты жарықтың белгілі бір толқын ұзындығына ең жоғары сезімтал. Әртүрлі конус жасушалары қысқа толқын ұзындығындағы (көк жарық), орташа толқын ұзындығындағы (жасыл жарық) немесе ұзын толқын ұзындығындағы (қызыл жарық) жарыққа ең жоғары сезімтал. Таяқша фоторецепторлары тек бір типті фотопигмент – родопсинге ие, ол шамамен 500 нанометр толқын ұзындығындағы көк-жасыл жарыққа сәйкес келетін ең жоғары сезімталдыққа ие. Конус фоторецепторлары торлы қабықтың ортасындағы fovea centralis деп аталатын ойысқа шоғырланған және торлы қабықтың шетіне қарай саны азаяды.
The human eye contains three types of photoreceptors, rods, cones, and intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs). Rods and cones are responsible for vision and connected to the visual cortex. ipRGCs are more connected to body clock functions and other parts of the brain but not the visual cortex. Rods and cones can be easily distinguished by their structure. Cone photoreceptors are conical in shape and contain cone opsins as their visual pigments. There exist three types of cone photoreceptors, each being maximally sensitive to a specific wavelength of light depending on the structure of their opsin photopigment. The various cone cells are maximally sensitive to either short wavelengths (blue light), medium wavelengths (green light), or long wavelengths (red light). Rod photoreceptors only contain one type of photopigment, rhodopsin, which has a peak sensitivity at a wavelength of approximately 500 nanometers which corresponds to blue green light. Cone photoreceptors are concentrated in a depression in the center of the retina known as the fovea centralis and decrease in number towards the periphery of the retina.
Түнгі көрінудің артықшылықтары
Көптеген жануарлар, мысалы, мысықтар, түнгі уақытта жоғары сапалы көруге ие, бұл оларға жарық аз болғанда жоғары жиілікті нысандарды ажыратуға мүмкіндік береді. Тапетум люцидум – бұл жарықты торлық қабатқа қайта шағылыстырып, фоторецепторлық жасушаларды жарықтың көп мөлшерімен қамтамасыз ететін, осы жоғары сапалы түнгі көруге жауапты рефлекстік құрылым. Көптеген тапетум люцидумы бар жануарлар түнгі өмір салтына бейімделген, өйткені жарық торлық қабаттан кері шағылысқанда бастапқы бейнелер бұрмаланады. Адамның күндізгі көру қабілеті түнгі көру қабілетінен әлдеқайда артық болғанымен, адамның түнгі көруі көптеген пайдалы қасиеттерге ие. Көптеген жыртқыш жануарлар сияқты, адамдар да түнгі көру қабілетін пайдаланып, басқа жануарларды сезбей-ақ аулауға және шабуылдауға болады. Сонымен қатар, түнде төтенше жағдай туындағанда, адамдар айналасын көріп, қауіпсіз жерге жету арқылы өмір сүру мүмкіндігін арттыра алады. Осы екі артықшылықтың да түсіндірмесі – адамдар түнгі өмір салтына бейімделген ата-бабаларынан қараңғыда көру қабілетін толығымен жоғалтпауы.
Many animals such as cats possess high resolution night vision, allowing them to discriminate objects with high frequencies in low illumination settings. The tapetum lucidum is a reflective structure that is responsible for this superior night vision as it mirrors light back through the retina exposing the photoreceptor cells to an increased amount of light. Most animals which possess a tapetum lucidum are nocturnal most likely because upon reflection of light back through the retina the initial images become blurred. Despite the fact that the resolution of human day vision is far superior to that of night vision, human night vision provides many advantages. Like many predatory animals humans can use their night vision to prey upon and ambush other animals without their awareness. Furthermore, in the event of an emergency situation occurring at night humans can increase their chances of survival if they are able to perceive their surroundings and get to safety. Both of these benefits can be used to explain why humans did not completely lose the ability to see in the dark from their nocturnal ancestors.
Ұяшық ішіндегі сигнал беру
Скотоптық жағдайда фоторецепторларда жасушаішілік cGMP концентрациясы жоғары болады. cGMP натрий мен кальцийдің ағынын қамтамасыз ету үшін cGMP-ға сезімтал Na каналдарын ашады. Натрийдің ағынуы деполяризацияға себеп болады, ал кальцийдің ағынуы рецептор маңындағы кальцийдің жергілікті концентрациясын арттырады. Кальций модуляторлық белокпен байланысады, бұл белоктың GUCA1B екені ұсынылған, осы белоктың гуанилил циклазаға тигізетін ынталандыру әсерін жояды.
Under scotopic conditions, intracellular cGMP concentration is high in photoreceptors. cGMP binds to and opens cGMP gated Na channels to allow sodium and calcium influx. Sodium influx contributes to depolarization while calcium influx increases local calcium concentrations near the receptor. Calcium binds to a modulatory protein, which is proposed to be GUCA1B, removing this protein's stimulatory effect on guanylyl cyclase.
Ауруды диагностикалау үшін қараңғыға бейімделуді өлшеуді қолдану
Көптеген клиникалық зерттеулер жасымен байланысты макулярлық дегенерацияның (АМД), пигментті ретиниттің (ПП) және басқа да тор көзінің ауруларының ең алғашқы кезеңдерінен бастап қараңғыға бейімделу функциясы күрт нашарлайтынын, ал аурулар прогрессияға ұшыраған сайын бұл нашарлау күшейе түсетінін көрсеткен. АМД – бұл созылмалы, прогрессивті ауру, ол тор көзінің макула деп аталатын бөлігінің уақыт өте келе бірте-бірте нашарлауына алып келеді. Бұл 50 жасқа толған адамдар арасында көру қабілетінің жоғалтуының басты себебі болып табылады. Ол тор көзіндегі RPE/Брух мембранасының кешенінің бұзылуымен сипатталады, нәтижесінде макулада холестерин шөгінділері жинақталады. Әдетте, бұл шөгінділер фоторецепторлардың денсаулығына зиян келтіретін, клиникалық тұрғыдан көрінетін дрюзенге айналады, соның салдарынан қабыну және хориоидтық неоваскуляризацияға (ХНВ) бейімділік пайда болады. АМД ауруының барысында RPE/Брух функциясы нашарлай беруде, бұл таяқша және конус тәрізді фоторецепторларға қоректік заттар мен оттегі тасымалын қиындатады. Бұл процестің жанама салдары ретінде фоторецепторлардың қараңғыға бейімделуі бұзылады, себебі олар фотопигменттерді толықтыру және опсиннен тазару үшін осы қоректік заттарға мұқтаж, осы арқылы жарыққа ұшырағаннан кейін скотоптық сезімталдықты қайта қалпына келтіреді. Науқастың қараңғыға бейімделу функциясын өлшеу, іс жүзінде, оның Брух мембранасының денсаулығын бағалаудың биологиялық әдісі болып табылады. Осыған байланысты зерттеулер көрсеткендей, қараңғыға бейімделуді өлшеу арқылы дәрігерлер клиникалық белгілері көрінбейтін АМД-ны клиникалық тұрғыдан анықталатыннан кем дегенде үш жыл бұрын анықтай алады.
Numerous clinical studies have shown that dark adaptation function is dramatically impaired from the earliest stages of Age related Macular Degeneration (AMD), Retinitis Pigmentosa (RP), and other retinal diseases, with increasing impairment as the diseases progress. AMD is a chronic, progressive disease that causes a part of the retina, called the macula, to slowly deteriorate over time. It is the leading cause of vision loss among people age 50 and older. It is characterized by a breakdown of the RPE/Bruch's membrane complex in the retina, leading to an accumulation of cholesterol deposits in the macula. Eventually, these deposits become clinically visible drusen that affect photoreceptor health, causing inflammation and a predisposition to choroidal neovascularization (CNV). During the AMD disease course, the RPE/Bruch's function continues to deteriorate, hampering nutrient and oxygen transport to the rod and cone photoreceptors. As a side effect of this process, the photoreceptors exhibit impaired dark adaptation because they require these nutrients for replenishment of photopigments and clearance of opsin to regain scotopic sensitivity after light exposure. Measurement of a patient's dark adaptation function is essentially a bioassay of the health of their Bruch's membrane. As such, research has shown that, by measuring dark adaptation, doctors can detect subclinical AMD at least three years earlier than it is clinically evident.
Қараңғыға бейімделуді жеделдету
Қараңғыда көруге бейімделу жылдамдығын арттыруға қабілетті екендігі айтылған немесе көрсетілген бірнеше әртүрлі әдіс бар, олардың дәлелдеме деңгейі әртүрлі.
Several different methods, with varying levels of evidence, have been purported or demonstrated to increase the rate at which vision can adapt in the dark.
Қызыл жарықтар мен линзалар
Таған жасушаларының 500 нанометрлік толқын ұзындығында ең жоғары сезімталдық деңгейі болғандықтан, олар көру спектріндегі барлық түстерді қабылдай алмайды. Таған жасушалары ұзын толқын ұзындықтарына сезімтал болмағандықтан, қараңғыға бейімделуді үдету үшін қызыл жарық пен қызыл линзалы әйнектерді пайдалану кең таралған. Қараңғыға бейімделуді айтарлықтай жылдамдату үшін, адам аз жарық бар ортаға кірмес бұрын 30 минуттай бұл тәжірибені бастаған жөн. Бұл тәжірибе адамға фотопиялық (күндізгі) көру қабілетін сақтап, скотопиялық көруге дайындалуға мүмкіндік береді. Қызыл жарыққа сезімсіздік таған жасушаларының әрі ағаруына кедерілтеді және родопсин фотопигментінің белсенді күйіне қайта зарядталуына жағдай жасайды. Сүтқоректілердің шамамен 275 миллион жыл бұрын бауырынан туған жәндіктерден эволюциялық дамуынан кейін түнгі уақытта күрделі түсті көру қабілеті жоғалды. Қазіргі адам көзіндегі тағандар мен конустардың жоғары арақатынасы түнгі көруден күндізгі көруге ауысқаннан кейін де сақталған. Трихроматизмнің приматтарда пайда болуы шамамен 55 миллион жыл бұрын планета бетінің температурасы көтеріле бастаған кезде болды деп есептеледі. Су асты кемелері: Көбінесе су асты кемелері "қызылға дайындалады", яғни кеме түнде су бетіне шығуға немесе перископ тереңдігіне түсуге дайындалады. Мұндай жағдайларда, кейбір бөлімдердегі жарық қызыл түске ауыстырылады, бұл қарауылдар мен офицерлердің көздерін кемеден сыртқа қарар алдында қараңғылыққа бейімдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, су асты кемесіндегі бөлімдер экипаж үшін түнгі жағдайды имитациялау мақсатымен қызыл жарықпен жарықтандырылуы мүмкін.
As a result of rod cells having a peak sensitivity at a wavelength of 500 nanometers they cannot perceive all colours on the visual spectrum. Because rod cells are insensitive to long wavelengths, the use of red lights and red lens glasses has become a common practice for accelerating dark adaptation. In order for dark adaptation to be significantly accelerated an individual should ideally begin this practice 30 minutes prior to entering a low luminescence setting. This practice will allow an individual to maintain their photopic (day) vision whilst preparing for scotopic vision. The insensitivity to red light will prevent the rod cells from further becoming bleached and allow for the rhodopsin photopigment to recharge back to its active conformation. Following the evolution of mammals from their reptilian ancestors approximately 275 million years ago there was a nocturnal phase in which complex colour vision was lost. It can be extrapolated that the high ratio of rods to cones present in modern human eyes was retained even after the shift from nocturnal back to diurnal. It is believed that the emergence of trichromacy in primates occurred approximately 55 million years ago when the surface temperature of the planet began to rise. Submarines: Oftentimes submarines are "rigged for red", meaning that the boat is going to be surfacing or coming to periscope depth at night. During such times illumination within certain compartments is switched to red light to allow the eyes of the lookouts and officers to adjust to the darkness prior to looking outside of the boat. Additionally, compartments on a submarine may be illuminated with red light in order to simulate night conditions for the crew.
А дәрумені
А витамині адам көзінің қалыпты жұмыс істеуі үшін қажет. Адамның таяқша жасушаларында табылған родопсин фотопигменті, А витаминінің ретиналь түрі мен опсин ақуызының байланысынан құралған. Жарық сіңірілген кезде родопсин ақсызданып, ретиналь мен опсинге ыдырайды. Ересек еркектер күніне 900 микрограмм, ал әйелдер 700 микрограмм А витаминін тұтынуы керек.
Vitamin A is necessary for proper functioning of the human eye. The photopigment rhodopsin found in human rod cells is composed of retinal, a form of vitamin A, bound to an opsin protein. Upon the absorption of light rhodopsin was decomposed into retinal and opsin through bleaching. The average adult male and female should consume 900 and 700 micrograms of vitamin A per day, respectively.
А витамині көздері
А витамині жануарлар және өсімдіктерде сәйкесінше ретиноидтар мен каротиноидтар түрінде кездеседі. Бұл қасиет бір жасушалы организмдерден көп жасушалы организмдерге, оның ішінде Homo sapiens-ке мұрагерлік болып берілген. Қараңғыға бейімделу қабілеті қосымша алмастан бұрын, емдеуден кейін 1 күн және 75 күннен кейін өлшенді. А витаминін бір күн қабылдағаннан кейін фоторецепторлар ағаруынан кейін қараңғыға бейімделудің қалпына келу жылдамдығы айқын түрде жеделдегені байқалды. А витаминін ауыз арқылы қабылдағаннан кейін 8 күн ішінде екі науқастың көру функциясы толығымен қалпына келді. Сонымен қатар, А витаминінің макулярлық дегенерация (АМД) ауруында да қараңғыға бейімделуді (бірақ аз дәрежеде) жеделдететіні көрсетілді.
Vitamin A is present in both animal and plant sources as retinoids and carotenoids, respectively. This feature has been passed from unicellular to multicellular organisms including Homo sapiens. The dark adaptation function was measured prior to supplementation, 1 day post treatment, and 75 days post treatment. It was observed that after merely one day of vitamin A supplementation the recovery kinetics of dark adaptation were significantly accelerated after photoreceptor bleaching. Within 8 days of oral supplementation of vitamin A both patients had their visual function restored to normal. Likewise, Vitamin A was shown to accelerate (to a lesser extent) dark adaptation in AMD.
Антоцианидтер
Антоцианиндер 4000 белгілі флавоноидты фитохимиялық заттардың көп бөлігін құрайды. Бұл шамамен 600 биоактивті антиоксиданттар тобы кез келген өсімдік қосылысының ең күшті физиологиялық әсерлерін көрсетеді. Бұл химиялық заттар флавоноидты фитохимиялық заттардың ең жақсы көрінетін түрі болып табылады, себебі олар көптеген өсімдік түрлеріне жарқын көк, қызыл немесе күлгін түс береді. Сонымен қатар, антоцианиндердің антиоксиданттық, қабынуға қарсы және қан тамырларын қорғайтын қасиеттері оларға әртүрлі денсаулыққа пайдалы әсерлер көрсетуге мүмкіндік береді.
Anthocyanins make up the majority of the 4000 known flavonoid phytochemicals. This group of approximately 600 bioactive antioxidants carries the strongest physiological effects of any plant compound. These chemicals are also the most visible of the flavonoid phytochemicals because they provide bright blue, red, or purple pigmentation to many plant species. In addition, the antioxidant, anti inflammatory, and vasoprotective properties of anthocyanins allow them to demonstrate diverse health effects.
Тамақ көзі
Жарқын түсті жемістер мен көкөністер антоциандарға бай. Бұл интуитивті түрде түсінікті, себебі антоциандар өсімдіктерге пигментация береді. Қара жидек – антоцианға ең бай тағам, оның құрамында 100 граммға 89 211 миллиграмм бар. Антоциандар родопсиннің жарық әсерінен жеке құрамдас бөліктерге ыдырауы кезінде опсинмен тікелей байланысу арқылы осыны іске асырады. Қатысушылар нәтиже дозаға тәуелді болып келе ме, жоқ па, соны анықтау үшін антоциандардың үш дозасының біреуін алды. Барлық қатысушыларда қараңғыға бейімделу кезеңі препаратты қабылдау алдында және одан кейін 2 сағаттан соң өлшенді. Осы тәжірибенің нәтижелері антоциандардың плацебоға қарағанда тек бір дозада қараңғыға бейімделуді айтарлықтай жылдамтатындығын көрсетті. Ешқандай зерттеуде қарақат антоциандарын қабылдау қараңғыға бейімделу ұзақтығына әсер етпеді. Шегін анықтау тәжірибесінде сынақ тітіркендіргіші белгілі бір жарықтылықтағы фонға ұсынылады, тітіркендіргіш фонға қарсы анықтау шегіне жеткенше күшейтіледі. Бұл әдіс арқылы конус және таяқшалар үшін бір фазалық немесе екі фазалық шек және интенсивтілік TVI қисығы алынады. Егер бір жүйе үшін (яғни, тек конус немесе тек таяқша) шек қисығы қарастырылса, онда оның төрт бөлімі бар екені көрінеді:
Brightly coloured fruits and vegetables are rich in anthocyanins. This makes sense intuitively because anthocyanins offer pigmentation to plants. Blackberries are the most anthocyanin rich foods, containing 89 211 milligrams per 100 grams. Anthocyanins accomplish this by binding directly to opsin upon the degradation of rhodopsin to its individual constituents by light. Participants received one of three doses of anthocyanins to measure if the result occurred in a dose dependent manner. The period of dark adaptation was measured prior to and two hours following supplementation in all participants. Results from this experiment indicate that anthocyanins significantly accelerated dark adaptation at merely one dose level compared to the placebo. In neither study did the blueberry anthocyanin intake affect the length of dark adaptation. In an increment threshold experiment, a test stimulus is presented on a background of a certain luminance, the stimulus is increased until the detection threshold is reached against the background. A monophasic or biphasic threshold versus intensity TVI curve is obtained through this method for both cones and rods. When the threshold curve for a single system (i. e., just cones or just rods) is taken in isolation it can be seen to possess four sections:
1. Қараңғы-жарық. TVI қисығының осы бөлігіндегі шек қараңғы/жарық деңгейімен анықталады. Сезімталдық нейрондық шумен шектеледі. Фондық өріс салыстырмалы түрде төмен және шекке айтарлықтай әсер етпейді. 2. Квадрат түбір заңы. Иілгіштің бұл бөлігі фондық кванттық құбылулармен шектеледі. Көру жүйесі әдетте «идеалды жарық детекторы» деп аталатын теориялық модельмен салыстырылады. Тітіркендіргішті анықтау үшін, тітіркендіргіш фонның құбылуларынан (шудан) жеткілікті дәрежеде асып түсуі керек. 3. Вебер заңы. Шек фондық жарықтылықтың квадрат түбіріне пропорционалды түрде артады. 4. Қанығу. Қанығу кезінде таяқша жүйесі тітіркендіргішті анықтай алмайды. Бұл қисық бөлігі конус механизмі үшін жоғары фондық жарықтылықта пайда болады.
1. Dark light The threshold in this portion of the TVI curve is determined by the dark/light level. Sensitivity is limited by neural noise. The background field is relatively low and does not significantly affect threshold. 2. Square root law This part of the curve is limited by quantal fluctuation in the background. The visual system is usually compared with a theoretical construct called the ideal light detector. To detect the stimulus, the stimulus must sufficiently exceed the fluctuations of the background (noise). 3. Weber's law Threshold increases with background luminance proportional to the square root of the background. 4. Saturation At saturation, the rod system becomes unable to detect the stimulus. This section of the curve occurs for the cone mechanism under high background levels.
Жетіспеушілік
Адаптацияның жеткіліксіздігі көбінесе қараңғы ортаға жеткіліксіз бейімделу түрінде көрінеді, бұл түнгі соқырлық немесе никталопия деп аталады. Түнгі соқырлық дамушы елдерде нашар тамақтану және осыған байланысты А витаминінің жетіспеуінен жиі кездеседі. Дамыған елдерде бұрынғыда азық-түлік жеткілікті болғандықтан түнгі соқырлық сирек кездесетін, бірақ семіздік көбейген сайын оның пайда болу жиілігі артуы күтілуде. Семіздік деңгейінің жоғарылауы адам организмінде А витаминінің сіңуін бұзуға себеп болатын бариятриялық операциялардың көбеюімен байланысты.
Insufficiency of adaptation most commonly presents as insufficient adaptation to dark environment, called night blindness or nyctalopia. Night blindness is especially prominent in developing countries due to malnutrition and therefore a lack of vitamin A in the diet. In developed countries night blindness has historically been uncommon due to adequate food availability; however, the incidence is expected to increase as obesity becomes more common. Increased obesity rates correspond to an increased number of bariatric surgeries, causing malabsorption of vitamin A in the human body.