биофизика

1. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА, АДАПТИРОВАННОГО К ТЕМНОТЕ

Цель работы: экспериментальное исследование световой чувствительности зрительного анализатора во время длительного пребывание в темноте.

1.1. Общие положения

Минимальная освещенность объекта, которая может быть замечена наблюдателем, называется порогом чувствительности зрительного анализатора или пороговой яркостью. Порог чувствительности зависит от освещенности, которой подвергался глаз ранее. После прекращения освещения глаза, порог его чувствительности увеличивается со временем. График зависимости величины порога от времени пребывания в темноте называется кривой темновой адаптации.

Наиболее полно состояние «ночного зрения» можно определить при длительном (не менее 60 минут) пребывании в темноте. Подобные исследования проводятся с целью профессионального отбора (для работы на транспорте, в специальных цехах на производстве и т.п.), а также с целью диагностики различных заболеваний.

1.2. Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется с использованием адаптометра АДМ, который дает возможность всестороннего определения состояния «ночного зрения», обеспечивает получение результатов в течение короткого времени, а также исследование хода нарастания световой чувствительности во время длительного пребывания в темноте.

Основные характеристики адаптометра АДМ

Пределы изменения яркости испытательного объекта: 7…1,75 10-8 кд/м2.

Яркость стенок шара для предварительной адаптации: 795; 397,5; 198,75; 99,375; 19,875 кд/м2.

Светопропускание каждого из 4 светофильтров-затемнителей: 5%. Светопропускание дополнительного светофильтра-затемнителя: 1%.

Размеры знаков испытательных таблиц соответствуют различной остроте зрения: с 1 по 7 ряд – от 0,1 до 0,7; 8 ряд – 1,0.

Принцип работы прибора

Оптическая схема адаптометра АДМ приведена на рис. 1 и содержит следующие

132

элементы: 1 – лампа адаптометра; 2 – конденсор; 3 – светофильтр дневного света; 4 – молочная пластина; 5 – измерительная диафрагма; 6 – измерительный барабан; 7 – диск из молочного стекла; 8 – диск с фигурами и таблицами; 9, 10, 11, 12 – сменные нейтральные светофильтры; 13 – дополнительный светофильтр; 14 – фиксационная точка; 15 – пластина; 16 – зеркало для подсветки фиксационной точки; 17 – нейтральный круговой клин; 18 – матовая пластинка-экран; 19 – шар для предварительной адаптации; 20 – лампа для подсветки шара; 21 – заслонка шара; 22 – резиновая полумаска; 23 – отверстие фиксационной точки; 24 – отверстие для наблюдения глаз исследуемого; 25 – отверстие ослепителя; 26 – заслонка для наблюдения глаз; 27 – лампочка ослепителя; 28 – конденсор ослепителя; 29 - диафрагма ослепителя; 30 – линзы ослепителя; 31 – призма ослепителя; 32 - отверстие, через котороепредъявляются объекты; 33 – сменные фильтры различной плотности для изменения яркости внутренней поверхности шара.

Лучи света от лампы 1 проходят через кондесор 2, светофильтр дневного света 3, молочную пластинку 4 и попадает на квадратную измерительную диафрагму 5, стороны, а, следовательно, и площадь которой меняются при вращении барабана 6. Далее световой поток попадает на диск 7 из молочного стекла, который является фоном испытательного объекта.

На темном фоне большого диска 8 нанесены три прозрачные фигуры (круг, квадрат

133

к крест) и три различные по расположению знаков таблицы для проверки остроты зрения. Проворачивая диск 8 и устанавливая перед молочным стеклом 7 ту или иную фигуру, можно предъявлять пациенту испытательные объекты различной формы или таблицу. Площадь испытательного объекта всех трех фигур (круга, квадрата и креста) – одинакова.

Исследуемый через окно резиновой полумаски 22 в шаре 19 видит равномерно освещенный испытательный объект. Освещенность эта плавно меняется при раскрытии и закрытии измерительной диафрагмы 5. Светопропускание диафрагмы характеризуется соотношением S/S0, где S – величина площади диафрагмы при данном положении, а S0 – полное раскрытие диафрагмы.

На барабане нанесена логарифмическая шкала оптических плотностей, соответствующих светопропусканию диафрагмы при каждом положения барабана. В табл. 1 приведены значения светопропускания Е в процентах, соответствующие оптическим плотностям D шкалы барабана.

Таблица 1.

Если степень понижения яркости объекта при помощи измерительной диафрагмы оказывается недостаточной, в оптическую схему прибора могут последовательно включаться дополнительные нейтральные светофильтры 9, 10, 11 и 12. Эти светофильтра имеют характеристики, указанные в табл. 2. Обозначение светофильтров в данной таблице указывает общую суммарную оптическую плотность при включении одного, двух, трех и четырех из них в оптическую схему прибора.

Кроме четырех вышеуказанных светофильтров-затемнителей, в оптическую схему может быть включен ещё один светофильтр-затемнитель 13, имеющий оптическую плотность 2 (светопропускание 1%).

Таким образом, если при выключенных светофильтрах-затемнителях 9, 10, 11, 12, 13 и полностью открытой измерительной диафрагме 5 световой поток, попадающий на испытательный объект, принять за единицу, то при включенных светофильтрах и минимальном раскрытии измерительной диафрагмы световой поток уменьшится в

400000000 раз.

Несколько выше испытательного объекта расположена фиксационная точка 14, подсветка которой осуществляется лампой 1 через пластинку 15 и зеркало 16. Фиксационная точка располагается под углом 12° к линии визирования глаза исследуемого на центр испытательного объекта. Яркость фиксационной точки может изменяться практически от нуля до максимума при вращении нейтрального кругового клина 17.

Как уже указывалось, на диске 8 нанесены испытательные объекты различной формы, которые последовательно вводятся в оптическую схему прибора поворотом диска вокруг оси. Испытательными объектами в приборе служат: круг диаметром 29,25 мм; квадрат со сторонами 25,9 мм; крест; три таблицы с различным расположением знаков для исследования остроты зрения (размеры знаков рассчитаны для расстояния от таблиц до глаза исследуемого 25 см). Угловые размеры испытательных объектов (круга, квадрата, креста) равны 10°, а площадь 672 мм2 каждого.

Схема устройства для предварительной световой адаптации

Устройство для предварительной световой адаптации представляет собой шар 19 (см. рис. 1), диаметром 200 мм, покрытый внутри белой матовой эмалью, обеспечивающей постоянство коэффициента отражения стенок шара. Источником света является лампа 20. Благодаря многократному отражению лучей света от стенок шара освещенность последнего получается равномерной. В задней стенке шара имеется отверстие 32, через которое предъявляются испытательные объекты. Во время предварительной световой адаптации это отверстие закрывается заслонкой 21, покрытой той же эмалью, что и стенки шара.

В передней части шара имеется отверстие для наблюдения испытательных объектов, вокруг этого отверстия укреплена мягкая резиновая полумаска 22. В шаре имеются отверстия: 23 для фиксационной точки, 24 для наблюдения за глазами исследуемого во время предварительной световой адаптации (это отверстие может закрываться заслонкой 26) и 25 для прохождения лучей света от слепящего устройства.

Яркость шара может уменьшаться в 2, 4, 8 и 40 раз при помощи набора нейтральных фильтров 33 различной плотности, включаемых попеременно перед лампой

20.

135

Схема слепящего устройства

Источником света слепящего устройства служит лампа 27. Лучи света от нее, проходя через конденсор 28, освещают две круглые диафрагмы 29. Диафрагмы через систему линз 30 и призму 31 проектируются в плоскости расположения зрачков исследуемого в два ярких круга так, что при включении слепящего устройства в оба глаза исследуемого попадают яркие пучки света.

Конструкция адаптометра

Адаптометр АДМ состоит из штатива с электропультом. На штативе укреплен шар для предварительной световой адаптации и жестко соединенное с ним измерительное устройство.

На передней стенде корпуса пульта расположены: главный выключатель сети, выключатель лампы подсветки секундомера и пластинки для записи результатов, а также рукоятки шторки, затемняющей подсветку пластинки дав записи результатов.

На верхней панели расположен переключатель, который в положении «ИЗМЕР.» включает лампу адаптометра, а при установке в положение «ШАР» включает лампу шара предварительной световой адаптации. Второй выключатель включает лампу слепящего устройства.

Кроме того, на верхней панели расположены: окно секундомера, кнопка для включения секундомера и пластинка для записи результатов исследования.

1.3. Порядок проведения работы

Поворотом барабана 8 перед отверстием шара устанавливается испытательный объект круг, отверстие 32 закрывается заслонкой 21 так, чтобы указатель стал против надписи «ЗАКР». Заслонки правого и левого глаз отводятся в стороны.

Перед началом исследования испытуемому объясняется порядок исследования, которое состоит в следующем. Испытуемого усаживают на стул, он должен приложить лицо к резиновой полумаске, на голову следует надеть ширму. Далее перед началом исследования испытуемый в течение 10 мин смотрит на освещенную поверхность шара; закрывать глаза в это время нельзя. Через 10 минут выкликается свет, и испытуемый видит красную точку (показать фиксационную точку). Затем все время следует смотреть на эту точку, и как только появится светлое пятно (показать испытательный объект), испытуемый должен сказать об этом. Переводить взгляд с красной точки на светлое пятно нельзя, так как это повлияет на результаты исследования. Исследование длится в течение

60 мин.

136

Испытуемый подготовлен к проведению исследования. Переключатель на пульте ставится в положение «ИЗМЕР», главный выключатель включен.

В оптическую схему включается дополнительный светофильтр 13 со светоиспусканием 1/100; поворотом барабана 6 измерительная диафрагма 5 закрывается до деления 1,4 по шкале барана. Поворотом барабана основные светофильтры 9, 10, 11, 12 выключаются (в квадратном окошке индекса должна стоять цифра 0).

По заданию преподавателя светофильтрами 33 устанавливается та или иная яркость шара предварительной адаптации. При клинических исследованиях обычно устанавливают светофильтр с индексом 1/2, что соответствует яркости стенок шара 397,5 кд/м2.

Переключатель на пульте переводится в положение «ШАР». Одновременно включается секундомер. Исследуемый в течение 10 минут должен смотреть на освещенную поверхность шара. На 8 9-й минутах световой адаптации исследуемому напоминают о том, как он должен смотреть в темноте и какие моменты отмечать.

По истечении 10 минут переводом переключателя в положение «ИЗМЕР» выключается свет в шаре и включается лампа адаптометра. Рукоятка заслонки 21 шара отводится в сторону, открывая окно 32 для наблюдения испытательного объекта (указатель при этом должен находиться в положении «ОТКР»). Сразу вслед за этим медленным и плавным движением поворачивается барабан 6 измерительной диафрагмы 5 до тех пор, пока исследуемый не скажет, что видит появление светового пятна (испытательного объекта).

Если испытательный объект различается при установке по барабану деления более 1,3, следует включить первый фильтр-затемнитель (в прямоугольном окошке индекса должна стоять цифра 1,3), а раскрытие диафрагмы продолжается до различения исследуемым испытательного объекта. После двукратного определения порога чувствительности движение маховика измерительной диафрагмы прекращается и записывается отсчет по шкале и число в прямоугольном окошке индекса.

Определение порогов производится через 5 минут в течение 1 часа. По окончании всего исследования прибор выключается.

Записанные результаты оптических плотностей фильтров-затемнителей и измерительной диафрагмы суммируются для каждого измерения и по ним строится график.

137

1.4. Требования к отчету

Отчет должен содержать определение исследуемой характеристики зрительного анализатора, краткое содержание методик исследования, результаты исследования в виде кривых для каждого испытательного объекта и выводы по работе.

138

2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ АДАПТАЦИИ ЗРИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА

Цель работы: экспериментальное исследование остроты зрения при ослабленном освещении и во время ослепления зрительного анализатора человека, а также световой чувствительности «ночного зрения» в течение короткого времени.

2.1. Общие положения

Порог чувствительности фоторецепторов глаза зависит от освещения, которому они подвергались ранее. Непосредственно после прекращения освещения глаза этот порог оказывается довольно большим и его величина убывает со временем по логарифмическому закону, так как процесс восстановления фоточувствительности SФ следует общим законам химических ре-акций: скорость образования фотопигмента (родопсина) пропорциональна концентрации его компонентов. График зависимости величины порога от времени пребывания в темноте называется кривой темновой адаптации.

Углом зрения называют угловое расстояние между двумя точками объекта, т.е. угол, образованный двумя лучами света, выходящими из этих точек сходящимися в центре хрусталика. Угол зрения обратно пропорционален расстоянию между объектом и глазом. Остротой зрения называют способность глаза видеть раздельно две точки объекта. За меру остроты зрения принимает величину, обратную тому углу зрения (в угловых минутах), при котором еще можно видеть раздельно две близкие точки предмета. Для нормального глаза этот угол приблизительно равен одной угловой минуте.

Определение состояния так называемого «ночного зрения» (световой чувствительности и остроты зрения при ослабленной освещенности) имеет очень большое значение дня диагностики ряда заболеваний (гиповитаминоз, состояние после ушиба головы, атрофия зрительного нерва, пигментное перерождение сетчатки и пр.), а также для профессионального отбора (при работе в Заполярье, на транспорте, при естественном освещении и др.). При исследовании зрения водителей транспорта важно определение скорости нарастания чувствительности зрения к малым яркостям непосредственно после воздействия яркого источника света. Весьма существенно также определение чувствительности центрального зрения («остроты зрения») во время и после воздействия на глаз светового луча.

139

2.2. Порядок проведения работы

Для получения разносторонней характеристики зрительного анализатора рекомендуется проведение исследований отдельно для каждого глаза в следующем порядке:

Кратковременное исследование «ночного зрения» основано на определении времени между окончанием световой адаптации и моментом, когда будет замечен объект заданной яркости. Исследование производится в комнате, не освещаемой прямыми лучами солнца. Если исследуемый непосредственно перед опытом находился на ярком солнечном свете, то его следует на 15-20 мин поместить в комнате с общим искусственным освещением или при естественном освещении без прямых солнечных лучей.

Поворотом выключателя включается цепь прибора и шара для предварительной адаптации. Поворотом рукоятки отверстие шара закрывается (указатель должен находиться в положении «ЗАКР»). Переключатель ставится в положение «ИЗМЕР». Поворотом барабана устанавливается тот или иной испытательные объект (круг, квадрат, крест). Барабаном выключаются все филътры-затемнители (в прямоугольном окошке индекса должна стоять цифра 0). Рукоятка с дополнительным фильтром 1/100 ставится в положение «ВКЛ». Поворотом барабана измерительная диафрагма устанавливается на деление 1,1. Включается полная яркость шара для предварительной световой адаптации, т.е. рукояткой устанавливается цифра 1 против индекса.

Обследуемому предлагается сесть на стул и прижать лицо к резиновой полумаске. Переключатель переводится в положение «ШАР», и одновременно включается секундомер. Исследуемый должен смотреть на освещенную поверхность шара. Закрывать глаза не разрешается. Наблюдение за глазами исследуемого осуществляется через отверстие в шаре.

Исследуемому напоминают, что после выключения света в шаре он должен смотреть на красную фиксационную точку и сказать, когда появится светлое пятно, а после этого назвать его форму.

140