Главная > Эндорфины > Что можно узнать по сканированной сетчатке глаза. Передача и усиление зрительного сигнала в сетчатке. Врожденная дистрофия сетчатки глаза


Что можно узнать по сканированной сетчатке глаза. Передача и усиление зрительного сигнала в сетчатке. Врожденная дистрофия сетчатки глаза




Коррекция зрения - сайт

Диагностика глазных и общих заболеваний в процессе исследования глазного дна.
Офтальмологический осмотр позволяет не просто констатировать хорошее или плохое зрение, но и многое узнать о здоровье организма.При исследовании глазного дна можно получить информацию как о наличии заболеваний самих глаз, так и поставить диагноз на наличие общих заболеваний.

Так после обследования сетчатки глаза , врач может найти признаки, например, сахарного диабета . Сахарный диабет является одним из самых распространенных заболеваний, а диабетическая ретинопатия занимает первое место среди причин слабовидения и слепоты.

Задняя ретинопатия, при наличии этого заболевания, сопровождается точеными и пятнистыми кровоизлияниями, напоминающими вату. Изменение остроты зрения вследствие перепада уровня сахара в крови в течение дня также может свидетельствовать о наличии этого заболевания. Офтальмологический осмотр позволит выявить диабет на ранних стадиях.

При инфаркте сетчатка выглядит отечной и бледной; желтое пятно кажется приподнятым, красного цвета (вишнево-красное пятно).

Одним из ранних симптомов гипертонии являются неровные и суженные кровеносные сосуды, поэтому осмотр глаз у офтальмолога, помимо выявления возможных проблем со зрением, является еще и способом диагностировать гипертонию на ранних стадиях.

При подозрении на гипертонию, больному проводится полное неврологическое обследование, а также обследование сердечно-сосудистой системы для выявления источника тромбоэмболии. Измеряется артериальное давление, при пальпации пульса определяется наличие у больного мерцательной аритмии, а при аускультации сердца и сонных артерий выявить наличие шумов.

У больного с глаукомой диск зрительного нерва принимает чашеобразную форму (глаукоматозное углубление в диске зрительного нерва).

Изменения на глазном дне могут так же быть у людей среднего и пожилого возраста в связи с постепенно развивающимся атеросклерозом , в следствие которого ухудшается кровообращение глаза.

Во время офтальмологического осмотра врач может вовремя заметить повышенное содержание холестерина в крови. Жиры прилипают изнутри к стенкам сосудов сетчатки, меняя их структуру. Склероз и закупорка кровеносных сосудов жировыми бляшками приводят к гипертонии, заболеваниям сердца и увеличивают риск инсульта. Раннее обнаружение повышенного содержания холестерина в крови поможет предотвратить подобные последствия и продлить вашу жизнь.

Двоение зрения, сужение поля зрения, некоординируемые или непроизвольные подергивания глаз могут оказаться первыми симптомами рассеянного склероза . Конечно, офтальмологический осмотр не заменит тщательного осмотра у врача соответствующего профиля, но глаза могут многое рассказать о состоянии здоровья пациента.

Головные боли , особенно в области лба и глаз, могут оказаться симптомом серьезных заболеваний. Диапазон заболеваний, симптомами которых является головная боль, достаточно широк – от воспалительных процессов в носовых пазухах, необнаруженной опухоли или глаукома, до функционального нарушения глазных мышц, приводящих, например, к косоглазию. Вот почему следует отметить важность своевременной диагностики и лечения причин, вызывающих головные боли.

Одной из наиболее чувствительных и ключевых (с точки зрения восприятия зрительных образов) оболочек глаза считается сетчатка . В чем ее исключительность и важность для зрительной системы человека, попробуем рассмотреть более подробно.

Что это такое?

Имея сетчатое строение – отсюда и специфика ее названия, сетчатка представляет собой периферический отдел органа зрения (точнее, зрительного анализатора), являясь при этом специфическим (биологическим) «окном в мозг».

К ее характеристикам относят:

  • прозрачность (ткань сетчатки лишена миелина);
  • мягкость;
  • неэластичность.

Анатомически сетчатка составляет внутреннюю оболочку глазного яблока (выстилает глазное дно): снаружи она опоясана сосудистой оболочкой зрительного анализатора, а изнутри граничит со стекловидным телом (его мембраной).

Функции

Роль сетчатки состоит в том, чтобы преобразовывать световое раздражение, поступающее из окружающей среды, превращать его в нервный импульс, возбуждая нервные окончания, и осуществлять первичную обработку сигнала.

В структуре зрительной системы сетчатке отведена роль сенсорной составляющей:

  • через нее происходит восприятие светового сигнала;
  • она ответственна за восприятие цвета.

Видео:


Строение

С функционально-структурной точки зрения сетчатку принято подразделять на 2 компонента:

  1. Оптическая или зрительная часть. Это т.наз. большая часть сетчатки – занимает 2/3 ее ткани, образуя слоистую нервную светочувствительную структуру (тонкую и прозрачную по своему составу пленку).
  2. Слепая или реснично-радужковая часть. Являясь меньшей по объему частью сетчатки, она составляет ее наружную пигментную слоистую структуру – состоит из пигментного слоя тканей.

К сосудистой оболочке сетчатка прочно крепится лишь в нескольких местах – в остальных зонах соединение рыхлое и удерживается только за счет стекловидного тела (оно создает область давления).

На всем своем протяжении оптическая часть сетчатки неравномерна по величине:

  • утолщенная ее часть (0,4 мм) располагается возле края диска зрительного нерва;
  • тончайшая зона (до 0,075 мм) – включена в область пятна сетчатки (именно эта зона отличается наилучшим восприятием зрительных раздражителей);
  • средняя по толщине область в 0,1 мм представлена близ зубчатой линии (передняя доля глазного яблока).


В разрезе сетчатки можно отследить 3 нейрона, которые расположены радиально:

  1. Наружный – образование колбочек и палочек, своеобразных светочувствительных элементов (фоторецепторный нейрон).
  2. Средний – образование биполярных клеток, «транспортирующих» световые сигналы (ассоциативный нейрон).
  3. Внутренний – формирование из ганглиозных клеток, генерирующих нервные импульсы (ганглионарный нейрон).

Первые два нейрона довольно короткие, ганглионарный нейрон имеет протяженность вплоть до структур головного мозга.

Слоистая структура

Структурными единицами сетчатки являются ее слои, их общее количество – 10,

4 из которых представляют светочувствительный аппарат сетчатки, а остальные 6 – это ткань мозга.

Кратко о каждом из слоев:

  • 1-й: плотно соединен с сосудистой оболочкой, окружает фоторецепторы, снабжая их солями, кислородом, различными питательными веществами – по сути, является пигментным эпителием;
  • 2-й: здесь выполняется первичная трансформация световых сигналов в физиологический возбуждающий импульс – это внешние части фоторецепторов – палочек/колбочек (колбочки отвечают за ощущение цвета и центральное зрение, палочки – за ночное зрение);
  • 3-й: тут содержатся наружные структуры палочек/колбочек, их органические сцепления, объединенные в наружную пограничную мембрану;
  • 4-й: образование ядер (тел) палочек/колбочек – носит название наружного ядерного (зернистого);
  • 5-й: переходной между наружным и внутренним ядерными слоями, связующее звено биполярных клеток и палочек/колбочек – слой наружный плексиформный (сетчатый);
  • 6-й: ядерные образования ассоциативного нейрона (сами биполярные клетки) – получили название внутреннего ядерного (зернистого);
  • 7-й: переплетенное и разветвленное скопление отростков ассоциативного и ганглинарного нейронов – слой носит название внутреннего плексиформного (сетчатого);
  • 8-й: скопление ганглиозных клеток образуют еще один специфический слой;
  • 9-й: формация нервных волокон, совокупность которых составляет основу зрительного нерва – включает отростки ганглиозных клеток;
  • 10-й: граничащий со стекловидным телом слой, формирующий внутреннюю пограничную мембрану (в виде пластины).

Диск зрительного нерва

Зону, где главный нерв зрительного органа исходит к мозговым структурам, называют диском .

Его общая площадь – около 3 мм 2 , величина диаметра – 2 мм.

Скопление сосудов расположено в зоне по центру диска, они структурно представлены веной сетчатки и центральной артерией, которым надлежит обеспечивать функцию снабжения сетчатки кровью.

Желтое пятно (пятно сетчатки)

Глазное дно в своей центральной части имеет специфическое образование – пятно сетчатки (макула).

В нем же имеется центральная ямка (находится в самом центре пятна) – воронка внутренней поверхности сетчатки. По размеру она соответствует величине диска зрительного нерва, находится напротив .

Именно это является местом зрительного анализатора, где острота зрения наиболее выражена (пятно отвечает за его ясность и четкость).

Как «работает» сетчатка

Биофизический принцип функционирования сетчатки можно представить так:

  • под воздействием светового сигнала меняется проницаемость мембран колбочек/палочек;
  • рождается ток ионов, задающий определенную величину РП – ретинального потенциала;
  • РП распространяется по ганглиозным клеткам, инициируя нервные импульсы – именно они несут информационные данные.

Сетчатка выступает своего рода универсальным рецепторным образованием, измеряющим световые данные внешней среды по многим параметрам (спектр изображения, контрастность, уровень освещенности).

Заболевания сетчатки глаза

В структуре офтальмологических болезней и патологий, заболеваемость сетчатки, по приблизительным подсчетам, занимает не ˃1%. Наиболее встречающиеся нарушения условно можно разбить на несколько групп:

  • патологии сетчатки (врожденные или приобретенные);
  • воспалительные заболевания;
  • поражения вследствие глаза;
  • аномалии, связанные с сопутствующими заболеваниями – сердечнососудистой системы, эндокринными нарушениями, патологическими новообразованиями и пр.

Общая симптоматика


Некоторые болезни

Для примера следует рассмотреть несколько самых распространенных патологий сетчатки:

  • нарушение периферического зрения – пигментная дегенерация сетчатки, являющаяся наследственной болезнью;
  • нарушение центрального зрения – дистрофия пятна сетчатки (гибнут или повреждаются клетки желтого пятна);
  • аномалия фоторецепторов сетчатки – палочко-колбочковая дистрофия;
  • – происходит ее отделение от задней стенки глазного яблока;
  • злокачественные новообразования – ретинобластома (в сетчатке образовывается );
  • патология сосудистой системы центральной зоны сетчатки – .

По самому принципу существования – архитектонике, сетчатка сопоставима с головным мозгом: ее кровоснабжение формируется по аналогичной схеме, сложность строения и множественность структурных единиц обеспечивают богатую функциональность в процессе адекватной передачи и восприятия зрительных образов окружающего мира. Этим и обусловлена особая исключительность сетчатки в работе зрительной системы человека.

Диагностика организма по сетчатке глаза - выгодная технология как для клиентов тестирования, так и для владельцев бизнеса. Доступная стоимость услуги с одной стороны и высокая востребованность с другой обеспечивают технологии постоянную популярность.

Если хоть на один вопрос возник положительный ответ, то - для Вас.

Сегодня информационный холдинг InfoLifeпредлагает всему миру простое решение. Технология IrisTestдостаточно проста. Согласно науке иридологии, радужная оболочка глаза - карта болезней нашего организма. Сканер фотографирует радужку, а программа находит совпадения в базе из 10 000 диагностированных.

Мы поняли, что попали в цель, когда продали 50 франшиз IrisTestменьше, чем за год.
Сегодня наши партнеры есть в Москве, Владивостоке, Иваново, Воронеже, Краснодаре, Санкт-Петербурге, Казани, Якутске, Саранске, а также в Алма-ате, Бишкеке, Шымкенте и Минске.

Сеть франчайзи неминуемо растет, ведь стало ясно - услуга будет пользоваться спросом. Более того, сегодня уже известны случаи, когда наша технология буквально спасала жизнь.

Диагностика организма по сетчатке глаза - не упустите свою болезнь

Франчайзи из НевиномысскаСветлана Семенчина провела иридодиагностику клиенту и выяснила - больна селезенка. На вопрос, есть ли жалобы на этот орган, получила отрицательный ответ. Но как оказалось, клиент задумался и пошел обследоваться.

Согласитесь, узнать текущее состояние организма и вовремя выявить органы, находящиеся в группе риска, полезно каждому. Наши франчайзи предлагают сделать это за 2 минуты и по предельно низкой цене.

При этом для партнеров разработана специальная система мотивации: ценовое разнообразие комплектов, персональный бизнес-консультант, скидки и акции.

Если планируете открыть свой бизнес, то какая услуга будет настолько же востребованной клиентами? Мы гарантируем хороший спрос, а также предлагаем доходную стратегию открытия и продвижения франшизы с ответами на вопросы всех этапов развития бизнеса.

Позвоните по бесплатному номеру 8-800-555-30-45, и бизнес-консультанты расскажут о ваших выгодах и возможных рисках.

Как хочется быть волшебницей - посмотреть в глаза и… поставить диагноз! А ведь есть определенные признаки, появляющиеся в глазах, под глазами, которые как раз-таки скажут о развивающейся болезни. Да и по черточкам на радужке можно заподозрить тот или иной диагноз.

Конечно, это не 100-процентная диагностика, но лучше быть предупрежденным и вовремя заняться профилактикой, оздоровлением своего здоровья, чем потом снова и снова вспоминать жаренного петуха.

Сколько раз мы слышали в своей жизни: «береги здоровье смолоду…»

А берегли?

Вот, то-то же! А когда уже по утрам не так легко встать, есть неясные мигрирующие боли в теле, общее недомогание… Вообщем, говоря простым языком:»ломит лапы, уши и хвост», а отчего - непонятно!

В таком случае можно провести небольшую диагностику по глазам в домашних условиях. Конечно, это не будет истиной в последней инстанции, но в каком медицинском направлении заболевания искать, вы определитесь.

Как определить болезнь по глазам, поставить диагноз

Существуют 19 основных признаков начинающихся болезней, которые можно без труда «прочитать» по глазам.

1. Припухлость глаз (мешки под глазами) по утрам говорит о болезнях почек, сердца.


2. Отечность и покраснение век позволяет думать о проявлении аллергии (конечно, если не брать в расчет банальный инфекционный конъюнктивит, который вы сможете определить по отсутствию зуда и по гнойным выделениям из глаз)

3. Непроизвольные подергивание век сигнализируют о невротизации, и связанным с этим недостатком магния в организме.

4. Мешки под глазами свидетельствуют о хронической усталости, стрессе.

5. Появление красных прожилок на склерах (ниточки сосудов) говорит о гипертонической болезни.

6. Темные круги под глазами - переутомление, хроническая усталость, стресс. Если цвет отдает в коричневый или фиолетовый - стоит проверить почки, уровень сахара в крови, щитовидку и сердечно-сосудистую систему.

7. Голубизна белков - недостаток гемоглобина, развивающаяся анемия.

8. Желтизна белков - в первую очередь стоит подумать о гепатите А . Потом и об остальных заболеваниях печени желчевыводящих путей.

9. Повышенная слезоточивость может свидетельствовать о простуде (если есть и дополнительные симптомы ОРЗ), может говорить об аллергии, особенно сезонной на пыльцу растений. Слезящиеся без повода (к примеру, сильного ветра на улице) глаза вместе с красной прорисовкой сосудов роговицы заставит офтальмолога проверить - нет ли у вас развития глаукомы.

10. Выпячивание глазных яблок позволяет заподозрить развитие гипертиреоза (повышенный уровень гормонов щитовидной железы), но так же стоит провериться у окулиста по поводу развития глаукомы.

11. Ухудшение зрения в сумерках (куриная слепота) говорит о недостатке витамина А.

12. Потемнение краев глаз - позволяет заподозрить нарушение обмена веществ.

13. Вспышки или огненные круги пред глазами бывают при нарушении мозгового кровообращения, частых мигренях.

14. Опухшие верхние веки могут сообщить о появляющемся процессе камнеобразования в желчном пузыре.

15. Мелкие темненькие пятнышки под глазами позволят заподозрить тот же процесс, но только в почках.

16. Частое появление на глазах ячменя скажет не только о банальном занесении инфекции грязными руками (чаще всего), но есть еще вариант, что есть проблемы с печенью и желчным пузырем.

17. Светлый, практически белый цвет внутренней поверхности века сообщит о недостатке кровообращения (скорее всего будет низкий уровень гемоглобина в крови), расстройстве органов ЖКТ или проблемах в мочеполовой сфере.

18. Оттенок к красно-оранжевому на той же внутренней поверхности век подскажет, что могут быть проблемы с поджелудочной, селезенкой, печени. (В норме считается должен быть светло розовый оттенок).

19. Если в глазах регулярно появляется беловатый слизистый налет, затрудняющий зрение, стоит проверить нет ли развивающейся катаракты.

Иридодиагностика - диагноз по радужке глаз

О болезнях и всевозможных нарушениях в работе организма может сказать и иридодиагностика.

Иридодиагностика - диагностика на черточкам, линиям, крапинкам, появляющихся с возрастом на радужной оболочке глаз. Наука эта появилась еще в 19 веке, сейчас благодарю точности приборов она становится все совершеннее.

Да вы сами можете посмотреть весьма впечатляющую таблицу соответствия органов-мишеней местам появления точек и черточек на радужке глаз:

(М.В. Липкин. Зрительная система. Механизмы передачи и усиления зрительного сигнала в сетчатке глаза. Соросовский образовательный журнал. 2001. Том 7, №9. С.2-8)

В.М. Липкин, Пущинский государственный университет

Зрение – один из наиболее восхитительных даров, которым природа наградила человека. С помощью зрения мы получаем огромное количество информации о состоянии окружающей среды, можем наслаждаться красотами природы и великими произведениями деятелей культуры и искусства. Зрение необходимо человеку как в процессе его профессиональной деятельности, так и на отдыхе, с утра и до самого позднего вечера. Даже во сне в мозгу человека во время сновидений реализуются ранее увиденные зрительные образы.

Основные элементы зрительной системы

Когда мы смотрим на окружающий мир, его образ первоначально фокусируется на сетчатке каждого из двух глаз. Сетчатка – это часть мозга, отделившаяся от него на ранних стадиях эволюции позвоночных, но все еще связанная с ним посредством пучка нервных клеток – зрительного нерва (рис. 1). Сетчатка содержит 125 млн светочувствительных клеток, называемых палочками и колбочками, которые специализированы таким образом, чтобы в ответ на световые импульсы генерировать электрические сигналы. Из сетчатки электрический сигнал по зрительному нерву передается в специализированное клеточное скопление, расположенное в глубине мозга, – так называемое наружное (латеральное) коленчатое тело. Далее он поступает в зрительную область коры, расположенную в затылочной части мозга. Вначале информация попадает в первичную зрительную зону, откуда, пройдя через несколько слоев синаптически связанных клеток, она передается соседним зонам более высокого порядка, где в конечном счете и формируется образ предмета, на который мы смотрим.

Сетчатка

Рис. 1. Структурные элементы зрительной системы человека. В увеличенном фрагменте сетчатки показано относительное расположение трех ее слоев (Montgomery G. Breaking the Code of Color // Seeing, Hearing, and Smelling the World: A Report from the Howard Hughes Medical Institute. 1995. P. 15)

Важнейшей структурой зрительной системы животных является сетчатка. Сетчатка преобразует свет в нервные сигналы, позволяя нам видеть в условиях от звездной ночи до солнечного дня, различает длины волн, что дает нам возможность видеть цвета, и обеспечивает точность, достаточную, чтобы заметить человеческий волос или соринку с расстояния в несколько метров. У человека сетчатка имеет форму пластинки толщиной приблизительно в четверть миллиметра и состоит из трех слоев тел нервных клеток, разделенных двумя слоями синапсов. Слой клеток на задней поверхности сетчатки содержит светочувствительные рецепторы: палочки и колбочки. Палочки, значительно более многочисленные, чем колбочки (у человека на одну сетчатку приходится приблизительно 120 млн палочек и около 7 млн колбочек), ответственны за наше зрение при слабом свете и отключаются при ярком освещении. Колбочки функционируют только при ярком свете, они ответственны за способность видеть тонкие детали и цветовое зрение. В основном колбочки концентрируются в центральной зоне сетчатки диаметром примерно полмиллиметра, называемой центральной ямкой. Оба типа фоторецепторов – это длинные, узкие клетки. Свое название они получили из-за формы их наружных сегментов, которые у палочек тонкие, цилиндрические, а у колбочек значительно более утолщенные.

Двигаясь от заднего слоя сетчатки к переднему, мы попадаем в средний слой, расположенный между палочками и колбочками, с одной стороны, и ганглиозными клетками – с другой. Этот слой содержит нейроны трех типов: биполярные, горизонтальные и амакриновые клетки. Биполярные клетки имеют входы от рецепторов, как показано на рис. 1. Горизонтальные клетки соединяют рецепторы и биполярные клетки сравнительно длинными связями, идущими параллельно сетчаточным слоям. Сходным образом амакриновые клетки связывают биполярные клетки с ганглиозными. Слой нейронов на передней стороне сетчатки содержит ганглиозные клетки, аксоны которых проходят по поверхности сетчатки, собираясь в пучок, и покидают глаз, образуя зрительный нерв (см. рис. 1). Существуют два пути информационного потока через сетчатку: прямой путь, идущий от фоторецепторов к биполярным клеткам и далее к ганглиозным клеткам, и непрямой путь, при котором между рецепторами и биполярами включены еще горизонтальные клетки, а между биполярами и ганглиозными клетками – амакриновые клетки. Прямой путь весьма специфичен и компактен, в основном реализуется при передаче сигнала от центральной ямки и обеспечивает острое зрение. Непрямой путь более диффузен или размыт благодаря широким боковым связям и реализуется главным образом на периферических областях сетчатки.

Важнейшим процессом в функционировании сетчатки является преобразование поглощенного света в электрический сигнал, которое осуществляется в фоторецепторных клетках. Прежде чем перейти к описанию механизма этого процесса, рассмотрим в общих чертах строение палочек и колбочек.

Фоторецепторы

Палочки – это высокоспециализированные нервные клетки, имеющие специализированные отростки (наружные сегменты), окончания которых обращены в сторону наружной поверхности сетчатки. Наружные сегменты палочки (НСП) позвоночных содержат стопку из сотен или даже тысяч так называемых фоторецепторных дисков (рис. 2). Диски образуются у основания НСП как впячивание плазматической мембраны, причем внутреннее пространство вновь образованных дисков еще сообщается с внеклеточным пространством. Позднее диски как бы отпочковываются от плазматической мембраны, превращаясь в замкнутые структуры, и становятся независимыми как от нее, так и друг от друга. Тем самым наружная поверхность плазматической мембраны оказывается внутренней поверхностью дисков, а их просвет ведет свое происхождение от внеклеточного пространства.

Наружные сегменты колбочек имеют принципиальное отличие от НСП, заключающееся в том, что колбочковые диски представляют собой складки плазматической мембраны и их внутриклеточное пространство сообщается с внеклеточной средой.

Рис. 2. Схема активации зрительного каскада:

  • I – в темновом состоянии родопсин неактивен (R). a -Субъединица трансдуцина (Т) находится в комплексе с GDP (Ta -GDP) и связана с димером b — и g -субъединиц (Тbg ). сGMP- фосфодиестераза (PDE) – гетеротетрамер, состоящий из двух гомологичных каталитических a — и b -субъединиц (PDEab ) и двух идентичных g — субъединиц (PDEg ), являющихся внутримолекулярными ингибиторами фермента, неактивна. Гуанилатциклаза поддерживает высокий уровень cGMP в цитоплазме. сGMP-зависимые катионные каналы в плазматической мембране находятся в открытом состоянии, и катионы Na + и Са 2+ могут диффундировать из внеклеточного пространства в цитозоль. Внутриклеточная концентрация Са 2+ поддерживается на постоянном уровне находящимся в плазматической мембране Na + /Са 2+ , K + -катионообменником;
  • II – в результате поглощения кванта света родопсин переходит в активное состояние (R —>R*). Активный R* связывается с трансдуцином и индуцирует обмен связанного с Тa GDP на GTP;
  • III – комплекс R*-(Ta -GTP)-Tbg диссоциирует на R*, T и активный комплекс T*a -GTP , после чего R* способен активировать другую молекулу трансдуцина;
  • IV – T*a -GTP активирует PDE. Активированная фосфодиэстераза PDE*ab гидролизует множество молекул сGMP. Снижение внутриклеточной концентрации сGMP приводит к закрытию cGMP-зависимых каналов, что влечет за собой гиперполяризацию плазматической мембраны.

Слева приведено схематическое изображение палочки сетчатки

Как палочки, так и колбочки содержат светочувствительные пигменты – рецепторы светового излучения. Во всех палочках человека пигмент один и тот же; колбочки делятся на три типа, каждый из них со своим особым зрительным пигментом. Эти четыре пигмента чувствительны к различным длинам световых волн, и в случае колбочек эти различия составляют основу цветного зрения. В палочках большая часть зрительного пигмента (называемого родопсином) локализована в мембране фоторецепторных дисков. Под воздействием света молекула родопсина поглощает единственный квант видимого света (фотон), что приводит к химической перестройке зрительного рецептора.

В плазматической мембране НСП (наружного сегмента палочек) позвоночных, отделенной от мембраны дисков, расположены специальные зависимые от циклического гуанозинмонофосфата (cGMP) катионные каналы, специфичные для Na + и Са 2+ . В темноте часть этих каналов находится в открытом состоянии и катионы Na + и Са 2+ могут свободно диффундировать из внеклеточного пространства в цитозоль. Поток ионов в темноте или темновой ток, открытый в 1970 году Вильямом Хейгинсом, вызывает деполяризацию (уменьшение наружного положительного заряда) плазматической мембраны НСП. В темноте потенциал мембраны НСП составляет приблизительно 50 мВ вместо обычных 70 мВ для нормальной нервной клетки. Таким образом, в темноте фоторецепторы позвоночных более деполяризованы, чем обычные нервные клетки в состоянии покоя, а деполяризация вызывает непрерывное высвобождение медиатора из окончаний их аксонов – в точности так, как это происходит в обычных рецепторах при стимуляции. У большинства сенсорных рецепторов – химических, температурных или механических – в ответ на соответствующий стимул происходит деполяризация клеточной мембраны, то есть они ведут себя так же, как и обычные нейроны.

В результате поглощения кванта света молекулой родопсина и последующих за этим биохимических реакций происходит закрытие катионных (Na + /Са 2+) каналов, что приводит к уменьшению темнового тока и гиперполяризации (увеличению наружного положительного заряда) плазматической мембраны клетки. Свет, повышая потенциал на мембране рецепторной клетки (гиперполяризуя ее), уменьшает выделение медиатора. Таким образом, стимуляция, как ни странно на первый взгляд, выключает рецепторы. Процессы восприятия, передачи и усиления зрительного сигнала, называемые фототрансдукцией, активно изучают во многих лабораториях. Основной вопрос состоит в том, как свет вызывает гиперполяризацию мембраны рецепторной клетки и, в частности, каким образом поглощение всего одной молекулой родопсина единственного фотона может привести к заметному изменению мембранного потенциала и акту фоторецепции. Глаз человека после соответствующей темновой адаптации способен регистрировать отдельные кванты света, то есть его чувствительность достигает теоретического предела. В последующих разделах статьи суммированы новейшие достижения в изучении молекулярных механизмов фототрансдукции в фоторецепторных клетках. В этих процессах принимает участие значительное число белковых компонентов, совокупность которых обычно называют зрительным каскадом.

Зрительный каскад

На рис. 2 показаны главные компоненты системы восприятия, передачи и усиления зрительного сигнала в палочках позвоночных и основные биохимические реакции, в которых они принимают участие. Первый шаг процесса фототрансдукции – поглощение кванта света фоторецепторным пигментом, родопсином и переход родопсина в фотоактивированное состояние (R —> R*). Родопсин – гликопротеид с молекулярной массой около 40 кДа, состоящий из белка опсина и ковалентно связанного с ним хромофора (l max родопсина = 498 нм). Универсальным хромофором в палочках и колбочках сетчатки позвоночных и в фоторецепторах беспозвоночных служит 11-цис -ретиналь. Опсин – интегральный мембранный белок, на долю которого приходится около 70% общего белка НСП (наружного сегмента палочек) и который локализуется в мембранах дисков и плазматической мембране НСП. При этом содержащие родопсин участки плазматической мембраны НСП являются предшественниками вновь формирующихся дисков. Родопсин относится к семейству рецепторов, сопряженных с G-белками (G-белки – белки, способные связывать гуаниловые нуклеотиды GDP и GTP и принимать участие в трансмембранной передаче разнообразных сигналов). Механизм начальных этапов процесса фототрансдукции аналогичен механизму трансмембранной передачи сигналов с участием рецепторов этого семейства (подробнее см. ).

Поглощение родопсином кванта света приводит к ряду его фотохимических превращений – фотолизу . Первичным актом в этом процессе является изомеризация 11-цис -ретиналя в полностью транс -форму (рис. 3). Изомеризация ретиналя является единственным светозависимым процессом в ходе светоактивации родопсина, все остальные стадии фотолиза светонезависимые, они сопряжены с конформационными перестройками в молекуле опсина и реакциями протонирования–депротонирования основания Шиффа, образованного между ретиналем и e -аминогруппой остатка лизина-296 опсина (основания Шиффа – соединения, обра- зующиеся в результате реакции альдегида и амина, сопровождающейся отщеплением воды, и имеющие двойную связь C=N). Между поглощением фотона и изомеризацией ретиналя проходит около 200 фемтосекунд. За этим событием следует образование в течение миллисекунд нескольких промежуточных форм родопсина, каждая из которых характеризуется своим спектром поглощения. Наибольшую важность для биохимических реакций, приводящих к возникновению фоторецепторного ответа, представляет один из интермедиатов фотолиза родопсина – метародопсин II (l max = 380), который содержит непротонированное основание Шиффа с полностью транс -ретиналем и характеризуется значительными конформационными перестройками в сравнении с темновым родопсином.

Рис. 3. Изомеризация хромофора 11-цис -ретиналя в полностью транс -ретиналь в результате поглощения молекулой зрительного пигмента (родопсина) кванта света

Метародопсин II (R*) выступает в роли катализатора в процессе активации следующего белка зрительнго каскада, трансдуцина (Т). Трансдуцин относится к семейству гетеротримерных G-белков и состоит из альфа-, бета- и гамма-субъединиц (Тa , Tb и Тg ) с молекулярными массами 40, 37 и 8 кДа соответственно. Tb — и Тg -субъединицы прочно связаны друг с другом и функционируют как единая Тbg -субъединица. Важнейшей характеристикой трансдуцина, как и всех G-белков, является присутствие на их a -субъединице центра связывания гуаниловых нуклеотидов: GDP и GTP. В темноте (рис. 2, I) Ta находится в комплексе с молекулой GDP (Ta -GDP) и связана с димером Тbg . Комплекс (Ta -GDP)-Тbg локализуется на внешней поверхности мембраны дисков и обладает повышенным сродством к метародопсину II. В результате связывания R* с (Ta -GDP)-Тbg индуцируется обмен связанного с Ta GDP на GTP (рис. 2, II). Комплекс R*-(Ta -GDP)-Тbg быстро диссоциирует на R*, активный комплекс Ta *-GTP и Тbg . Освобождающийся R* способен активировать другую молекулу трансдуцина (рис. 2, III). Активация сотен или даже тысяч молекул трансдуцина единственной молекулой фотовозбужденного родопсина является первым этапом усиления в процессе передачи зрительного сигнала.

T*a -GTP, в свою очередь, активирует следующий белок зрительного каскада – фосфодиэстеразу (PDE) циклического GMP (cGMP). PDE из НСП – перифирический мембранный белок (локализован на поверхности дисков) с молекулярной массой около 220 кДа, состоящий из четырех субъединиц: двух гомологичных PDEa — и PDEb — субъединиц (молекулярные массы 99 и 98 кДа) и двух идентичных PDEg -субъединиц (10 кДа каждая). PDEa — и PDEb -субъединицы осуществляют каталитическую функцию гидролица cGMP, а PDEg -субъединица является внутренним ингибитором фермента.

По аналогии с другими рецепторными системами, сопряженными с G-белками, в системе родопсин– трансдуцин-фосфодиэстераза cGMP, PDE является эффекторным белком, а сGMP – вторичным мессенджером. Однако в отличие от большинства рецепторных систем, которые служат для передачи сигнала с внешней стороны клеточной мембраны внутрь клетки, белки зрительного каскада передают сигнал с мембраны дисков, расположенной внутри НСП, на наружную плазматическую мембрану. Рассмотрим этот процесс более подробно. В темноте PDE неактивна, и в цитоплазме палочки поддерживается высокий уровень cGMP за счет активности фермента гуанилатциклазы. В результате этого большая часть сGMP-зависимых катионных (Na + /Са 2+) каналов в плазматической мембране НСП находится в открытом состоянии и катионы Na + и Са 2+ свободно диффундируют из внеклеточного пространства в цитозоль (см. рис. 2, I), что приводит к деполяризации плазматической мембраны. Проникающие в цитоплазму катионы Na + удаляются из клетки Na + /K + — ATP-азой, расположенной в теле палочки (внутреннем сегменте). Внутриклеточная концентрация Са 2+ поддерживается на постоянном уровне находящимся в плазматической мембране НСП Na + /Са 2+ , К + -катионообменником.

Взаимодействуя с PDE, T*a -GTP снимает ингибирующее воздействие PDEg на фермент (рис. 2, IV), при этом для полной активации PDE необходимо присутствие двух молекул T*a -GTP на молекулу фермента (по одной на каждую PDEg -субъединицу). Активированная фосфодиэстераза (PDE*) гидролизует множество молекул сGMP (до трех тысяч молекул на молекулу активного фермента), и этот процесс является вторым этапом усиления зрительного сигнала (общий коэффициент усиления достигает 10 5 –10 6). Снижение внутриклеточной концентрации сGMP приводит к закрытию cGMP-зависимых катионных каналов и гиперполяризации плазматической мембраны (см. рис. 2, IV). Таким образом, за восприятие зрительного сигнала в НСП отвечает фоторецепторный пигмент родопсин. В процессе передачи сигнала на плазматическую мембрану принимают участие четыре белка: родопсин, трансдуцин, фосфодиэстераза сGMP и cGMP-зависимый катионный канал, а cGMP, являясь вторичным мессенджером, непосредственно передает сигнал с мембраны дисков на наружную плазматическую мембрану. Роль cGMP как вторичного мессенджера в передаче зрительного сигнала впервые была доказана Е.Е. Фесенко (Институт биофизики клетки РАН). Электрофизиологический ответ фоторецепторной клетки на световой стимул длится в течение сотен миллисекунд, а затем прекращается благодаря существования в НСП механизмов, ответственных за выключение фосфодиэстеразного каскада и восстановление темнового состояния.

ВЫКЛЮЧЕНИЕ ЗРИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

После закрытия cGMP-зависимых каналов в цитоплазме палочки в результате активности Na + /Са 2+ , К + — катионообменника снижается концентрация катионов Са 2+ . Выключение зрительного каскада происходит в результате последовательного ряда реакций (рис. 4) и напрямую связано со снижением внутриклеточной концентрации катионов Са 2+ . Первой реакцией в этом процессе является фосфорилирование R*, которое значительно уменьшает способность пигмента активировать трансдуцин. За фосфорилирование R* в НСП отвечает родопсинкиназа – белок с молекулярной массой 67 кДа. Родопсинкиназа фосфорилирует только фотоактивированный R* и не взаимодействует с родопсином в темноте. Активность родопсинкиназы регулируется Са 2+ -зависимым образом с помощью Са 2+ -связывающего белка – рековерина. В темноте при высокой концентрации Са 2+ рековерин предотвращает нежелательное фосфорилирование пигмента, в то время как снижение концентрации Са 2+ приводит к активации родопсинкиназы (рис. 4, II). У фосфорилированного R* (R*–P) появляется повышенное сродство еще к одному белку – аррестину. Связывание аррестина приводит к полной потере способности (R*–P) активировать трансдуцин. Таким образом, для инактивации родопсина требуется его фосфорилирование и взаимодействие с арестином. Инактивация T*a -GTP происходит в результате гидролиза связанного GTP до GDP, причем Тa сама обладает способностью гидролизовать GTP (ГТФазной активностью). Однако скорость самопроизвольного гидролиза довольно медленна. Она увеличивается при взаимодействии T*a -GTP с PDEg , а также при снижении уровня cGMP в НСП. Недавно был открыт так называемый RGS-белок, относящийся к классу G-белков, который, взаимодействуя с T*a -GTP, резко увеличивает скорость гидролиза GTP. После гидролиза GTP Тa -GDP быстро диссоциирует от PDEg , а ассоциация PDEg с PDE*ab приводит к инактивации фермента (см. рис. 4, II). Процесс ассоциации (Ta -GDP) с Тbg контролируется еще одним белком – фосдуцином.

Рис. 4. Схема выключения зрительного каскада и возвращения фоторецептора в темновое состояние:

  • I – фотоактивированное состояние НСП. Молекулы родопсина, трансдуцина и сGMP фосфодиэстеразы находятся в активном состоянии. сGМP-зависимый канал закрыт;
  • II – в результате активности Na + /Са 2+ , K + -катионообменника снижается внутриклеточная концентрация катионов Са. Снижение концентрации Са 2+ приводит к активации родопсинкиназы (RK—>RK*), которая фосфорилирует фотовозбужденный R*. Фосфорилированный родопсин (R*~P) прочно связывается с аррестином (Ar), который блокирует сайт взаимодействия родопсина с трансдуцином и тем самым делает невозможным дальнейшее образование T*a -GTP . T*a -GTP инактивируется в результате гидролиза GTP до GDP за счет внутренней GTP-азной активности Тa и Тa -GDP диссоциирует от PDEg . PDEg ассоциирует с каталитическими субъединицами PDE (PDE*ab ) и инактивирует фермент;
  • III – концентрация сGMP возрастает до темнового уровня за счет активации гунилатциклазы (GC*), происходящей в результате снижения концентрации Са 2+ . сGMP-зависимый катионный канал открывается, что приводит к деполяризации плазматической мембраны. Фосфатаза 2А (P2A) дефосфорилирует R*~P. Дефосфорилированный родопсин распадается на полностью транс -ретиналь и опсин;
  • IV – опсин ковалентно присоединяет 11-цис -ретиналь с образованием родопсина. Фоторецепторная клетка возвращается в исходное темновое состояние

Снижение уровня свободного кальция в цитоплазме НСП, вызванное освещением, приводит также к активации гуанилатциклазы (GC*) – фермента, ответственного за восстановление темнового уровня сGMP. Действие Са на GC в фоторецепторах опосредовано регуляторным GC-активирующим белком (GCAP). GCAP не влияет на базальную активность GC в при-сутствии Са 2+ , но увеличивает ее активность при понижении концентрации последнего. Снижение концентрации Са 2+ влияет также и на активность сGMP- зависимого катионного канала, и это влияние опосредовано еще одним Са 2+ -связывающим белком – кальмодулином. Таким образом, процесс выключения зрительного сигнала контролируется тремя Са 2+ -связывающими белками: рековерином, GCAP и кальмодулином.

Возвращение фоторецептора в темновое состояние

В результате снижения концентрации Са 2+ и последующего повышения концентрации cGMP в цитоплазме НСП открываются сGMP-зависимые катионные каналы (рис. 4, III) и восстанавливается темновой ток, что и приводит к деполяризации фоторецептора. Наиболее сложным в процессе возвращения фоторецептора в темновое состояние является восстановление светочувствительности родопсина. Самой медленной реакцией является распад комплекса аррестина с фосфорилированным родопсином, который начинается с диссоциации полностью транс -ретиналя. Далее свободный фосфорилированный опсин дефосфорилируется с помощью фосфатазы 2А (рис. 4, III), после чего, наконец, и становится возможной регенерация родопсина в результате связывания опсина с 11-цис -ретиналем (рис. 4, IV).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессах фототрансдукции принимает участие большое число разнообразных белковых молекул, которые находятся в условиях динамического взаимодействия друг с другом. Характер этих взаимодействий всецело определяется первичной и пространственной структурой взаимодействующих белков. При этом взаимодействие белков лежит в основе как механизмов активации и выключения зрительного каскада, так и механизмов возвращения фоторецептора в темновое состояние.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Филиппов П.П. Как внешние сигналы передаются внутрь клетки // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 3. С. 28–34.
  2. Липкин В.М., Обухов А.Н. // Биол. мембраны. 1999. Т. 16, № 2. С. 135–158.
  3. Хьюбел Д. Глаз, мозг, зрение. Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 239 с.
  4. Stryer L. // J. Biol. Chem. 1991. Vol. 266. Р. 10711–10714.
  5. Hargrave P.F., McDowell J.H. // Intern. Rev. Cytol. 1992. Vol. 137B. P. 49–97.
  6. Yau K.-W. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1994. Vol. 35, № 1. P. 9–32.
  7. Farber D. // Ibid. 1995. Vol. 36, № 2. P. 263–275.

Рецензент статьи А.Я. Потапенко

Валерий Михайлович Липкин , доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой белковой инженерии Пущинского государственного университета, зам. директора Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, член-корреспондент РАН, лауреат Государственной премии СССР и премии им. Ю.А. Овчинникова. Область научных интересов – структура и функция белковых молекул. Автор 180 научных работ, включая две монографии.