Хрусталик, вопреки общепринятому мнению, не является главной преломляющей и фокусирующей средой. Лучи света почти вдвое сильнее преломляются роговицей, нежели хрусталиком. Но есть один нюанс. Преломляющая сила роговицы фиксирована, а у хрусталика она может изменяться. В обычных условиях, при взгляде вдаль, хрусталик уплощен и мало преломляет свет. Лучи света, достигшие роговицы, приходят от удаленных предметов и расходятся, падая на поверхность глаза в виде практически параллельного пучка. Преломляющей силы роговицы и плоского хрусталика вполне достаточно для того, чтобы сфокусировать параллельный пучок на сетчатке. Однако по мере приближения рассматриваемого предмета к глазу лучи перестают быть параллельными и начинают расходиться. На расстояниях меньше двадцати футов лучи расходятся настолько, что без дополнительной настройки глаз теряет способность фокусировать лучи на сетчатке. Но когда такое происходит, начинает сокращаться цилиарная мышца, уменьшая тем самым напряжение и натяжение поддерживающей связки, вследствие чего эластичный хрусталик принимает более сферическую форму, преломляющая сила его увеличивается, и фокус изображения на сетчатке восстанавливается. Чем ближе рассматриваемый предмет, тем более сферическую форму приходится принимать хрусталику, чтобы сохранить фокус на сетчатке. Такое изменение кривизны хрусталика называется его аккомодацией.
Естественно, аккомодация имеет свои пределы. Хрусталик может округляться только до определенной степени. По мере приближения к глазу предмет достигает некой точки, называемой ближней точкой, когда хрусталик не может больше менять свою кривизну. Рефракция, то есть преломляющая система оптической системы глаза, становится недостаточной для рассмотрения предмета и фокусирования его изображения на сетчатке. Очертания предмета становятся расплывчатыми, и человеку приходится откинуть назад голову, чтобы восстановить фокус. С возрастом хрусталик теряет эластичность и, наконец, вообще перестает аккомодировать. Это означает, что с возрастом ближняя точка постепенно удаляется от глаза. Например, человек постепенно бывает вынужден все дальше и дальше отходить от телефонной книги, чтобы прочесть напечатанный там номер. Наступает такой момент, когда для достижения фокуса приходится отходить так далеко, что текст невозможно прочитать, потому что он слишком мелкий и не виден, даже будучи в фокусе. Маленький ребенок способен нормально рассмотреть предмет на расстоянии четырех дюймов от глаза. Молодой человек может сделать это с расстояния десять дюймов. Стареющий человек, возможно, не сможет ничего толком рассмотреть с расстояния меньше шестнадцати дюймов. Такое удаление ближней точки зрения с возрастом называется пресбиопией («зрение старца», греч.).
В идеальном случае лучи света, проходя через роговицу и хрусталик, фокусируются точно на сетчатке. Часто, однако, случается так, что глазное яблоко оказывается слишком глубоким для этого. Лучи фокусируются в нужном месте, но сетчатки в этом месте нет. К тому моменту, когда свет достигает сетчатки, лучи успевают разойтись. Для того чтобы компенсировать это нарушение, глазу приходится придавать хрусталику как можно более плоскую форму, чтобы преломляющая сила его была как можно меньшей, а фокусное расстояние, наоборот, как можно большим. Однако при взгляде вдаль, когда требуется преломляющая сила, меньшая, чем для рассмотрения ближних предметов, хрусталик оказывается беспомощным. Он не может принять форму более плоскую, чем при полном отсутствии аккомодации, которой оказывается достаточно при ближнем зрении. Индивид со слишком глубоким глазным яблоком называется близоруким, он хорошо видит ближние предметы, но плохо удаленные. В медицине близорукость называется миопией («замкнутое зрение», греч.). Название дано потому, что близорукий человек постоянно прищуривает глаза, чтобы лучше рассмотреть удаленные предметы, превращая глаз в некое подобие задиафрагмированной камеры-обскуры, для которой не нужна фокусировка с помощью оптических систем. Однако сквозь прищуренные веки проходит меньше света, поэтому зрение затрудняется (не говоря уже о том, что дополнительную помеху образуют ресницы), а напряжение мышц глазницы приводит к головной боли.
Противоположная ситуация возникает, когда глазное яблоко оказывается недостаточно глубоким. Лучи света падают па сетчатку, не успев сфокусироваться. В этом случае хрусталик с помощью аккомодации может сфокусировать на сетчатке лучи света, отраженные от отдаленных предметов. Лучи от близко расположенных предметов требуют более сильной рефракции, которую хрусталик не в состоянии обеспечить. Такой больной страдает дальнозоркостью. Он видит отдаленные предметы с обычной ясностью, но не может четко рассмотреть близко расположенные объекты. В медицине такое состояние оптической системы глаза называется гиперметропией («чрезмерное зрение», греч.).
Для того чтобы проходящий через роговицу и хрусталик свет правильно фокусировался на сетчатке, эти структуры должны иметь гладкую кривизну. Степень кривизны по любому меридиану (вертикальному, горизонтальному и диагональному) должна быть одинаковой. В действительности такой идеал в жизни вообще не встречается. Кривизна никогда не бывает идеальной, в результате свет фокусируется на сетчатке не в виде точки, а в виде короткой линии. Если линия достаточно коротка, то ничего серьезного со зрением не происходит, но если она слишком длинна, то развивается нечеткость зрения при взгляде как па дальние, так и на близкие предметы. Такое состояние оптической системы глаза называется астигматизмом («отсутствие точки», греч.). К счастью, такое нарушение рефракции легко корригируется очками. (Изобретение очков было одним из достижений Средневековья.) Для коррекции миопии применяются рассеивающие свет линзы, которые сдвигают фокус назад. Для коррекции гиперметропии применяют собирающие линзы, которые сдвигают фокус вперед. При астигматизме применяют линзы с неровной кривизной для того, чтобы скомпенсировать неровности кривизны оптических линз глаза.
Прозрачность роговицы и хрусталика не представляет собой никакого чуда, эти структуры не имеют в своем составе никаких чудесных соединений, несмотря на тот факт, что это единственные в организме по-настоящему прозрачные ткани. Роговица и хрусталик составлены из белков и воды, а их прозрачность, очевидно, зависит от регулярности расположения молекулярных структур. Это такие же живые образования, как и все остальные органы и ткани тела. Например, роговица самостоятельно заживает, если ее поцарапать. Уровень обмена в этих тканях, однако, снижен, так как для своего жизнеобеспечения они не могут пользоваться сетью кровеносных сосудов, как другие органы. Это повредило бы жизненно необходимой прозрачности. Но с другой стороны, для интенсивного обмена веществ любая ткань нуждается в обильном кровоснабжении.
Низкий уровень обмена веществ в прозрачных средах глаза имеет и свои преимущества. Например, роговицу можно сохранить в целости и сохранности для пересадки после смерти донора в течение более долгого времени, чем любую другую ткань или орган, которые требуют для своего сохранения доставки крови. Кроме того, пересаженная роговица, в отличие от других тканей, которые отторгаются после пересадки, практически никогда не отторгается. Это означает, что человек с помутнением роговицы, развившимся вследствие травмы или инфекции, но с сохраненной функцией глаза может восстановить зрение в полном объеме после успешной пересадки роговицы.
Организму нелегко поддерживать прозрачность тканей. Утрата регулярности строения прозрачных тканей приведет к появлению участков помутнения, и такие помутнения действительно развиваются, особенно в хрусталике. Это заболевание может поразить всю его линзу, что выведет ее из строя и приведет к потере зрения. Вероятность помутнения хрусталика повышается с возрастом. Это одна из ведущих причин развития слепоты, и в Соединенных Штатах помутнение является ее причиной в четверти всех случаев. К счастью, помутневший хрусталик можно удалить, а вместо него, чтобы сохранить рефракцию глаза, назначить ношение правильно подобранных очков. Поскольку старческие хрусталики не способны к аккомодации, то принесенная жертва оказывается не слишком большой, если не считать неудобств, связанных с операцией и необходимостью носить очки. Но это весьма небольшая плата за сохранение зрения.
Помутнение хрусталика называется катарактой. Первоначальное значение этого греческого слова - «водопад», но произведено оно от значения «опускать», и это касается не только воды. В данном случае имеется в виду непроницаемый занавес, опущенный перед глазами ослепшего человека. Так как при катаракте обычно черный зрачок становится серым, то в древние времена это заболевание стали называть глаукомой («серебристо-серый», греч.). Когда в обиход вошел термин «катаракта», словом «глаукома» стали обозначать другую болезнь (уже описанную в этой главе), при которой происходит повышение внутриглазного давления. Хотя этимологически этот термин вряд ли подходит для ее обозначения.
Своими размерами и толщиной сетчатка напоминает почтовую марку, наклеенную на внутреннюю поверхность глазного яблока. Сетчатка покрывает приблизительно одну пятую площади этой поверхности. (Иногда сетчатка отслаивается, что приводит к почти полной утрате зрения, но в настоящее время существуют методы ее прикрепления к прежнему месту.) Сетчатка состоит из нескольких слоев. Те из них, которые находятся в самой удаленной от глазного дна части, состоят преимущественно из нервных клеток и их волокон. Под нервными клетками располагаются фоторецепторы, которые у человека бывают двух типов - палочки и колбочки, названные так из-за своей формы. Под палочками и колбочками, прилегающими непосредственно к сосудистой оболочке, расположен тонкий слой пигментированных клеток, отростки которых проникают в промежутки между палочками и колбочками. Эти пигментированные клетки поглощают свет, уменьшая его отражение, которое могло бы смазать реакцию сетчатки на прямой свет, поступающий в глаз извне.