Аккомодация – это способность глаза настраиваться таким образом, чтобы на сетчатку проецировалось чёткое изображение.
Глаза могут быстро фокусироваться на близких и удаленных объектах, меняя фокус. Механизм, с помощью которого выполняется эта задача, исследовался веками. Но несмотря на большое количество исследователей и современный уровень техники, до сих пор нет исчерпывающей теории, в достаточной степени объясняющей механизм аккомодации и его нарушений.
Прелагаю взглянуть, как эволюционировали взгляды офтальмологов и почему они так и не смогли прийти к «общему знаменателю», ведь до настоящего времени не существует окончательно общепринятых представлений об аккомодации, особенно при одновременной работе обеих глаз.
1611
Тем, как настраивается глаз, интересовались многие самые известные философы и ученые. В 1611 году первооткрыватель законов движения планет Солнечной системы, астроном Кеплер предположил, что хрусталик перемещается вперед и назад, как это происходит в телескопах.
1619
Первоначально вообще было принято считать, что глаз был божественным творением и не следовал известным физическим законам. В 1619 году иезуитский священник Шайнер впервые доказал, что аккомодация является результатом изменения оптической силы глаза и что они всё же подчиняются законам оптики. Эксперимент Шайнера состоял в том, что рассматриваемые одним глазом две разноудалённые цели не могли быть чётко видны одновременно.
1677
Какое-то время даже считалось, что аккомодация осуществляется за счёт изменения кривизны роговицы (Атчисон Д. А., Смит Г. «Оптика человеческого глаза»). Затем стали предполагать, что изменяется длина самого глаза. Лишь в 1677 году философ и математик Рене Декарт предположил, что меняется именно форма хрусталика.
1738
В 1738 году был впервые использовал термин «аккомодация». Его ввёл Уильям Поттерфилд в своей работе «Эссе о движениях наших глаз».
1742
Лобе
1801
В 1801 году Томас Янг, используя гениальные эксперименты, предоставил доказательства того, что аккомодация является результатом изменений в форме хрусталика.
1823
В 1823 году Пуркинье исследовал отражение изображения свечи от передней и задней поверхностей хрусталика. В 1825 году он также открыл изменение восприятия цветов в сумерках.
1849
В 1849 году Конрад Лангенбек смог наблюдать у пациента, что изображение Пуркинье с передней поверхности хрусталика стало меньше во время аккомодации с помощью свечи и увеличительного стекла. Он правильно сделал вывод, что передняя поверхность хрусталика становится более выпуклой во время аккомодации и предположил, что ресничная мышца, которая была независимо открыта Брюкке и Боуманом в 1847 году, сдавливает хрусталик.
1851. Теория Крамера
В 1851 году Энтони Крамер продолжил наблюдение Лангенбека и усовершенствовал его, создав устройство, включающее в себя телескоп, позволяющий точно наблюдать изображения Пуркинье во время аккомодации. Он заметил, что передняя поверхность хрусталика стала более выпуклой, но задняя поверхность не изменила форму.
Следуя своему наблюдению, Крамер предложил теорию, предполагающую, что во время аккомодации сокращение ресничной мышцы воздействует на оболочку глаза, которая, в свою очередь, сжимает стекловидное тело, позади хрусталика. В результате чего, хрусталик упирается в радужку, и передняя поверхность хрусталика в области зрачка увеличивается в кривизне.
Эта теория вскоре была опровергнута, однако это предложение подтвердило вывод Янга о том, что хрусталик участвует в аккомодации глаза.
1854
В 1854 году Иоганн Мюллер зафиксировал, что переднее осевое движение хрусталика также можно уверенно считать фактором, влияющим на аккомодационный процесс.
Классическая борьба противоположных теорий
Впоследствии было несколько объяснений механизма размещения; однако существуют две классические и противоположные теории аккомодации, одна из которых была предложена Гельмгольцем в 1855 году, а другая — Чернингом в 1909 году.
1855. Теория Гельмгольца
В 1855 году Герман Гельмгольц усовершенствовал экспериментальное устройство Крамера, поместив скрещенные стеклянные пластины между глазом пациента и телескопом, чтобы изображения Пуркинье были удвоены и могли быть измерены более точно. В дополнение к первоначальным наблюдениям об увеличении выпуклости передней и задней поверхности хрусталика, он отметил, что хрусталик стал толще во время аккомодации.
Он заметил, что когда глаз находится в не аккомодированном состоянии (смотрит вдаль), ресничная мышца расслаблена, а цилиарные связки, на которых подвешен хрусталик, находятся в состоянии натяжения, вытягивая хрусталик и поддерживая в сплющенном состоянии. Тогда он и предположил, что цилиарная мышца расслабляется во время аккомодации, позволяя хрусталику стать более сферическим под влиянием собственной эластичности.
Теория Гельмгольца не объясняла уплощение периферической поверхности хрусталика, однако была принята главенствующей теорией в современной академической офтальмологии.
Как ни парадоксально, после этого важнейшего открытия, более 100 лет офтальмологи не могут продвинуться в понимании процесса аккомодации.
На данный момент есть множество предположений, тем не менее, офтальмологи до сих пор не могут прийти к общему представлению механизма аккомодации.
Относительно противоречий, связанных с механизмом аккомодации, Гельмгольц в 1866 году сказал: «в физиологической оптике нет другого предмета, в отношении которого было бы принято так много антагонистических мнений относительно аккомодации глаза».
Учитывая различные теории и доказательства, подтверждающие их, представляется, что дискуссия о механизме аккомодации будет продолжаться до тех пор, пока не появятся качественные изображения, созданные в режиме реального времени. Для этого необходимы более совершенные методы (помимо имеющихся на данный момент) для точного изучения процесса аккомодации.
Тем не менее теория Гельмгольца до сих пор является наиболее широко принятой, даже несмотря на то, что не объясняет некоторые патофизиологические особенности, связанные с аккомодацией. Например, такие, как потенцирование аккомодации путем конвергенции, пресбиопическое сокращение диапазона аккомодации, поступательное движение хрусталика при аккомодации, способность цилиарного тела значительно менять кривизну хрусталика без поддержки стекловидного тела и так далее.
1904. Теория Чернинга
В 1904 году датский офтальмолог Мариус Чернинг изучил изменения кривизны передней поверхности хрусталика, наблюдая за изменениями изображений Пуркинье, используя 4 источника света.
Полностью не соглашаясь с теорией аккомодации Гельмгольца, Чёрнинг предложил противоположную теорию. Чернинг использовал офтальмофакометр, который сконструировал для наблюдения изображений, сформированных на передней и задней поверхности хрусталика (изображение Пуркинье III и IV). Он предположил, что сокращение ресничных мышц увеличивает напряжение в зонах, тем самым изменяя форму хрусталика без изменения его толщины или диаметра. В противоположность Гельмгольцу, Чернинг также считал, что при удалении хрусталика, глаз остаётся приспособленым только для дальнего зрения.
С увеличением количества доказательств того, что хрусталик меняет диаметр и толщину, Чернинг изменил свою теорию и признал, что толщина хрусталика увеличивается во время аккомодации. Но при этом он продолжал утверждать, что сокращение ресничных мышц вызывает усиление растяжения в зональной области хрусталика. Это согласовывалось с уменьшением сферических аберраций глаза во время аккомодации.
Далее Чернинг предположил, что во время аккомодации ресничная мышца прижимает хрусталик к передней части стекловидного тела, что производит выпячивание передней поверхности хрусталика. И обосновал это выпячивание дифференциальными механическими свойствами капсулы и ядра хрусталика.
Теория Чернинга была изменена Пфлугком, который изучал роль стекловидного тела в процессе аккомодации. Позднее, теория Чернинга о том, что диаметр хрусталика увеличивается, была опровергнута различными исследователями.
В 1997 году Р. Уилсон заявил, что Чернинг не смог доказать свою теорию увеличения диаметра хрусталика. Уилсон измерил диаметр хрусталика человека с помощью инфракрасной фотосъемки с ретро-подсветкой и обнаружил, что диаметр хрусталика уменьшается в среднем с 524 до 485 пиксельных единиц в спокойном и аккомодированном состояниях соответственно, что составляет уменьшение на 7,44 %.
Уилсон чётко зафиксировал экваториальные движения хрусталика в направлении от склеры во время аккомодации. Он пришел к выводу, что теория Чернинга и все другие теории, которые указывают, что диаметр хрусталика увеличивается во время аккомодации, неверны.
Кроме того, позднее А. Глассер, М. Вендт и Л. Острин зафиксировали уменьшение диаметра хрусталика у резус-макак на 7,04 % во время аккомодации, что никак не согласуется с теорией Чернинга.
1909
В 1909 году, лауреат Нобелевской премии Альвар Гюльстранд дополнил теорию Гельмгольца. Он обнаружил, что хрусталик глаза состоит из множества прозрачных нитей, и при аккомодации, наряду с изменением кривизны оптической поверхности хрусталика, происходит и перемещение этих нитей, что даёт дополнительное увеличение преломляющей способности хрусталика. Он назвал этот эффект «внутрикапсулярной аккомодацией».
Также Гюльстранд заметил, что помимо эластичности хрусталика, в аккомодации большую роль играет и общая упругость оболочки глаза.
1920. Теория Уильяма Бейтса
Пожалуй, в мировой истории ещё не было офтальмолога, сумевшего вселить такую надежду очкарикам и над чьими работами будут ожесточённо спорить и через 100 лет после их создания. Это наиболее непринятая академическим сообществом из всех теорий, до сих пор будоражащая умы многих и многих исследователей.
В противоположность теории Гельмгольца, Бейтс утверждал, что аккомодация вблизи производится давлением на глазное яблоко косых мышц глаз, в результате чего размер передне-задней оси глаза увеличивается и хрусталик удаляется от сетчатки, а его форма при этом значительно не меняется. При зрении вдаль всё приходит в начальное положение: косые мышцы глаза расслабляются, и глаз принимает обычную форму.
В качестве доказательств этой гипотезы Бейтс выдвинул целый ряд факторов, на которые уже обращали внимание его предшественники и которые он смог проверить экспериментально. В частности, это могло объяснить наблюдаемую возможность аккомодации в ряде клинических случаев, когда хрусталик был удалён. В то же время, аккомодация полностью нарушалась при атропинизации косых мышц глаза.
Подробнее о работе Бейтса вы можете посмотреть здесь: Противоборство главных теорий о зрении: Бейтс против Гельмгольца
1925
В 1925 году Э.Ф. Финчам подверг критике роль радужной оболочки в теории Гельмгольца. Кроме того, он предположил, что у хрусталика имеется эластичная капсула, в которой находится основное вещество хрусталика. Он также выдвинул интересное предположение, что капсула хрусталика в различных своих частях имеет разную толщину и эластичность. По его мнению, она более толстая на периферии, чем в центре, что позволяет полюсам хрусталика принимать более выпуклую форму, чем его периферийным участкам.
Также он поставил вопрос о том, почему передняя поверхность хрусталика меняет кривизну намного больше задней его поверхности, несмотря на то, что передняя сторона его капсулы толще задней.
В 1969 году Фишер, а затем в 1972 году повторно, Фишер и Петт подвергли сомнению эти выводы.
1970. Теория Коулмана
В 1970 году, доктор Джеймс Коулман предложил «унифицированную модель аккомодации», где предположил, что изменению выпуклости задней поверхности хрусталика, препятствует прилегающее к нему стекловидное тело. Исходя из этого, в процессе аккомодации, передняя поверхность хрусталика гораздо значительнее меняет кривизну, чем задняя.
В 1986 году свою теорию аккомодации Коулман назвал теорией гидравлического подвеса. Предлагая эту новую теорию, Коулман выделил некоторые патофизиологические особенности, которые не могли быть объяснены теорией Гельмгольца. В первую очередь, это потенцирование аккомодации путем конвергенции, пресбиопическое уменьшение аккомодации, поступательное движение хрусталика во время аккомодации и связь аккомодации с прогрессированием миопии.
В оригинальной унифицированной модели Колман утверждал, что стекловидное тело препятствует заднему полярному движению хрусталика и вызывает увеличение кривизны его передней поверхности. В своей работе Коулман описал эксперимент, в котором обнаружил увеличение давления в стекловидном теле, когда аккомодация стимулировалась с одновременным снижением давления в передней камере.
Теория аккомодации Коулмана была первой серьёзной попыткой объяснить взаимосвязь группы анатомических структур, вовлеченных в аккомодационный механизм. И эта модель согласуется с теорией Гельмгольца. Однако, роль стекловидного тела в аккомодации, не раз подвергалась сомнению некоторыми исследователями.
В 1983 году Р. Фишер показал, что не обнаружил значительных различий в амплитуде аккомодации, измеренной в глазу с неповрежденным стекловидным телом и в глазу с удалённым стекловидным телом.
В 2009 году Х. Мартин с соавторами сравнили расчёты, полученные с использованием теории аккомодации Коулмана и капсульной теории Гельмгольца, чтобы определить, какая из двух теорий является более точной. Они использовали конечно-элементное моделирование хрусталика и зональных волокон 29- и 45-летних субъектов. Приложение давления к задней поверхности хрусталика в их моделировании не привело к каким-либо ощутимым изменениям аккомодации.
1994. Теория Шахара
В 1994 году Рональд Шахар предложил альтернативную теорию аккомодационного процесса, которая была несколько похожа на теорию аккомодации Чернинга. Согласно Шахара, и в этом главное отличие его теории от теории Гельмгольца, сокращение цилиарной мышцы во время аккомодации приводит к увеличению натяжения только экваториальных зональных волокон цилиарной связки.
Как он считает, во время сокращения ресничной мышцы под действием радиальных и продольных волокон передняя часть ресничной мышцы скручивается в направлении склеры у корня радужки. Это движение увеличивает напряжение на экваториальных зональных волокнах, одновременно снимая напряжение на передних и задних зональных пучках. По его мнению, экваториальные зональные волокна играют доминирующую роль в аккомодации, в то время как передние и задние волокна пассивны с точки зрения структурной поддержки хрусталика.
В этой теории, потеря аккомодации с возрастом является результатом продолжающегося роста хрусталика с увеличением его диаметра и уменьшением расстояния между хрусталиком и ресничным телом, что приводит к частичной потере зонного натяжения цилиарных связок. Стоит отметить, что теория Шахара является основой для хирургической коррекции пресбиопии с использованием расширительных колец склеры, на которые Шахару в 2001 году был выдан патент США.
Согласно теории Шахара, экватор линзы тянется к склере из-за увеличенного экваториального растяжения зонулярных волокон цилиарной связки. Тем не менее, группа недавних исследований с использованием различных методов визуализации показала, что диаметр хрусталика всё же уменьшается с аккомодацией, как утверждает классическая литература.
В 1997 году Р. Уилсон, используя инфракрасную ретро-подсветку для видеосъемки и измерения, показал, что диаметр хрусталика уменьшается в среднем с 524 пикселей в расслабленном глазу до 485 пикселей во время аккомодации, а также зафиксировал экваториальные движения хрусталика в направлении от склеры во время аккомодации.
В 1999 году Глассер и Кауфман опубликовали результаты экспериментов, проведённых in vivo, используя как электрические, так и фармакологические средства для стимуляции аккомодации у приматов. Их исследования, проведённые с помощью ультразвуковой биомикроскопии и гониовидеографии показали, что экватор хрусталика во всех случаях удалялся от склеры во время аккомодации. Они также обнаружили провисание линзы в результате гравитации во время аккомодации.
Другое исследование, проведенное Глассером и Кэмпбеллом показало, что механическое растяжение человеческого хрусталика увеличивает фокусное расстояние глаза, в соответствии с классическими учениями Гельмгольца. Кроме того, не было независимого подтверждения аккомодационного механизма или причин пресбиопии, описанных Шахаром.
Помимо прочего, его описание мест прикрепления зонулярных волокон противоречит доказательствам, полученным из анализа свежих тканей человека на сканирующих электронных микроскопах. Они не показали вставки экваториальных пучков или любых других зонулярных волокон в корень радужной оболочки и крайнюю переднюю часть цилиарной мышцы.
Для обоснования своей теории аккомодации, Рональд Шахар использовал математическое моделирование в 2001 году с Энрю Баксом и в 2006 году с другими исследователями. По результатам моделирования, экваториальные зонулярные волокна находятся в состоянии повышенного напряжения во время аккомодации глаза, подтверждая теорию Шахара.
В 2004 году, применяя натяжение к недавно извлеченным человеческим хрусталикам, он опубликовал данные о том, что растяжение зонулярных волокон хрусталика, вызывало усиление выпуклости его центральной части, в то время как расслабление зонулярных волокон приводило к центральному уплощению хрусталика, что явно противоречило теории Гельмгольца.
2006-2012: Больше данных в пользу теории Гельмгольца, но ещё рано подводить полные итоги
В 2006 году А. Глассер, М. Вендт, и Л. Острин зафиксировали уменьшение диаметра хрусталика у обезьян в среднем на 7,04% (аналогично уменьшению на 7.44 % обнаруженному Уилсоном в 1997 году). Это было ещё одним серьёзным доказательством главных постулатов теории аккомодации, предложенной Гельмгольцем.
В 2007 году, изучая возрастную зависимость оптомеханических реакций человеческого глаза, Ф. Манн, Джей М. Пэррэл, Д. Денхам и другие пришли к выводу, что их экспериментальные результаты согласуются с теорией аккомодации, предложенной Гельмгольцем.
Точно так же, в 2007 году Ч. Джонс, Д. Аткинсон и Д. Поуп, с помощью МРТ показали, что во время аккомодации наблюдается увеличение толщины линзы на 0,05 мм и уменьшение диаметра на -0,067 мм на диоптрий аккомодации. Эти результаты также согласуются с теорией аккомодации Гельмгольца.
В 2009 году исследователи Ван К.Т. и Рави Н. создали математическую модель теории аккомодации. Они заявили, что их результаты соответствуют теории аккомодации, предложенной Гельмгольцем. Основываясь на своей модели, основанной на теории аккомодации Гельмгольца, они продемонстрировали, что ядро и капсула хрусталика становятся более жесткими с увеличением возраста, что требует большего усилия для изменения его формы до неаккомодированного состояния.
В 2011 году Kasthurirangan S, Markwell EL, Atchison DA, Pope JM, используя магнитно-резонансную томографию (МРТ) у молодых и пожилых эмметропов (людей с нормальным зрением) продемонстрировали аккомодационные изменения в хрусталике, которые соответствовали теории аккомодации Гельмгольца. Они показали увеличение толщины линзы, уменьшение глубины передней камеры, уменьшение экваториального диаметра хрусталика и радиуса кривизны задней поверхности, а также уменьшение диаметра цилиарного кольца.
В 2011 году, исследования группы в составе Р. Огюстена, А. Мохаммеда, Д. Нанкивиля и других показали, что сила, необходимая для изменения кривизны хрусталика, увеличивается с возрастом, что согласуется с теорией пресбиопии, основанной на теории Гельмгольца.
В 2012 году группа в составе Е. Ланкареса, Р. Наварро и Б. Кальво произвела конечно-элементное моделирование 30-летнего глаза, где также подтвердились постулаты теории аккомодации Гельмгольца.
Таким образом, Тем не менее, в Теории Гельмгольца так и остались некоторые пробелы, несмотря на то, что её не сколько раз дополняли различные исследователи.
Поскольку в теоретическом и практическом исследовании даже самого процесса аккомодации ещё остаётся множество тёмных пятен и несоответствий, – сложно пока говорить о развитии чётких представлений о способах лечения нарушений рефракции, адекватных 21 веку.
Использованная литература:
Ovenseri-Ogbomo GO, Oduntan OA. Mechanism of accommodation: A review of theoretical propositions. Afr Vision Eye Health. 2015;74(1), Art. #28, 6 pages.
Ophthalmology®, журнал Американской академии офтальмологии.
More from Истории успеха
Закаливание детей дошкольного и младшего школьного возраста
Доказано, что систематическое закаливание уменьшает предрасположенность детей к простудам и положительно влияет на поведение ребенка.
Так ли страшно закаливание и обязательно ли это связано с ледяной водой
Поводов для поддержания здорового уровня иммунитета становится всё больше, а всевозможные витамины и БАДы не дают ощутимого прироста эффективности работы …
Контактные линзы: как минимизировать вред
Линзам присущи несколько вредных факторов, минимизация которых и определяет, какие линзы будут для вас лучшими. Признаюсь честно, я считаю контактную …
