Фоторецепторы (палочки; колбочки)

Фоторецепторы — светочувствительные нервные клетки сетчатки глаза, которые поглощают свет и превращают его энергию в электрический сигнал. С них начинается зрение: всё, что мы видим, сначала улавливают именно они. У человека есть два основных вида фоторецепторов — палочки и колбочки, названные так по форме их наружной части.

Фоторецепторы лежат в наружном слое сетчатки, обращённом к задней стенке глаза. Свет проходит сквозь все остальные слои сетчатки, прежде чем достигнуть их. Кроме палочек и колбочек, небольшая часть ганглиозных клеток сетчатки содержит пигмент меланопсин, но эти клетки служат не для формирования изображения, а для настройки биологических часов и зрачкового рефлекса.

🔬 Строение фоторецептора

• Наружный сегмент — стопка мембранных дисков, в которые встроены молекулы зрительного пигмента.
• Внутренний сегмент — содержит митохондрии и аппарат синтеза белков, обеспечивает клетку энергией.
• Тело клетки с ядром.
• Синаптическое окончание, передающее сигнал биполярным и горизонтальным клеткам сетчатки.

Диски наружного сегмента постоянно обновляются: новые образуются у основания, а старые отслаиваются с верхушки и поглощаются клетками пигментного эпителия. Без этой поддержки фоторецепторы погибают, поэтому болезни пигментного эпителия всегда сказываются на зрении.

⚡ Как свет превращается в сигнал

Зрительный пигмент состоит из белка опсина и ретиналя — производного витамина A. Квант света меняет форму ретиналя, и пигмент запускает каскад реакций: активируется белок трансдуцин, затем фермент, разрушающий циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ, внутриклеточный посредник).

В темноте цГМФ держит открытыми натриевые каналы, и через них течёт «темновой ток»: фоторецептор частично деполяризован и непрерывно выделяет медиатор глутамат. На свету цГМФ разрушается, каналы закрываются, клетка гиперполяризуется и выделяет меньше глутамата. Таким образом, сигналом о свете служит не возбуждение, а уменьшение активности. Каскад многократно усиливает сигнал, поэтому палочка способна ответить на единственный квант света.

👁️ Палочки и колбочки

Сравнение палочек и колбочек

Три вида колбочек максимально чувствительны к разным длинам волн — около 420, 530 и 560 нанометров. Мозг вычисляет цвет по соотношению их сигналов. В центральной ямке жёлтого пятна находятся только колбочки, плотно уложенные и не прикрытые другими слоями: этим участком мы читаем и рассматриваем мелкие детали. В месте выхода зрительного нерва фоторецепторов нет — это слепое пятно.

🌙 Световая и темновая адаптация

При переходе в темноту чувствительность глаза постепенно растёт: сначала адаптируются колбочки, затем, за полчаса и более, палочки, у которых восстанавливается запас родопсина. На ярком свету палочки практически «насыщены» и почти не участвуют в зрении, а работу берут на себя колбочки.

🩺 Болезни фоторецепторов

• Нарушения цветового зрения — чаще всего наследственное отсутствие или изменение пигмента одного из видов колбочек; гены красного и зелёного пигментов лежат на X-хромосоме, поэтому это чаще встречается у мужчин.
• Куриная слепота — плохое сумеречное зрение при нарушении работы палочек, например при дефиците витамина A.
• Пигментный ретинит — группа наследственных болезней с постепенной гибелью палочек, а затем и колбочек: сначала страдает зрение в сумерках и на периферии.
• Возрастная макулярная дегенерация — гибель фоторецепторов центральной зоны вслед за повреждением пигментного эпителия.
• Отслойка сетчатки — отделение фоторецепторов от питающего их пигментного эпителия и сосудистой оболочки.

Работу фоторецепторов оценивают с помощью электроретинографии (регистрации электрических ответов сетчатки на свет), оптической когерентной томографии, исследования полей зрения и цветового зрения.

Миф

Морковь улучшает зрение, и чем больше её есть, тем лучше видишь.

Факт

Витамин A действительно нужен для образования зрительных пигментов, и его дефицит вызывает куриную слепоту. Но при достаточном питании избыток моркови или витамина A не делает зрение острее.