The article presents a study of the physical principles of the eye as an optical system and an analysis of the consequences of pupil dilation after the use of atropine. The risks of photodamage to the retina when exposed to bright light are considered, and an innovative method of eye protection is proposed — the use of self-darkening ophthalmic drops.

Keywords : physics of vision, atropine, retina, lens, pupсil, light, burn, eye protection.

Введение

Зрение человека основано на физических процессах преломления света и формирования изображения на сетчатке нашего глаза. Глаз представляет собой достаточно сложную конструкцию оптической системы, которая состоит из роговицы, хрусталика и сетчатки. [1]

В офтальмологической практике для диагностики зрения часто использую атропин, который временно расширяет зрачок. Это облегчает осмотр глазного дна, но делает глаза пациента очень чувствительными к яркому свету. После выхода из кабинета офтальмолога расширенный зрачок пропускает значительно больше света чем обычно, что может привести к временным нарушения зрения и даже фото повреждению сетчатки. [2]

В статье рассматриваются физические аспекты формирования изображения в глазах и риски, связанные с расширением зрачка. Предложено инновационное решение для защиты сетчатки — самозатемняющиеся офтальмологические капли, которые временно уменьшают светопропускание глаза после процедуры.

Рис. 1. Строение глаза

Физика зрения и формирования изображения

Зрение человека представляет собой сложный физиолого-оптический процесс, основанный на восприятии и анализе световых сигналов, отражённых от окружающих объектов. Отражённый свет поступает в глаз через роговицу, выполняющую роль первичной преломляющей поверхности. Далее лучи проходят через хрусталик, который дополнительно изменяет направление светового потока и формирует на сетчатке действительное изображение предмета. Именно на сетчатке происходит преобразование световой энергии в нервные импульсы, передающиеся в зрительные центры головного мозга, где и возникает зрительное восприятие.

Чёткость получаемого изображения напрямую зависит от способности глаза изменять кривизну хрусталика — процесса, называемого аккомодацией [3]. Аккомодация осуществляется за счёт работы ресничной мышцы, регулирующей натяжение связок, удерживающих хрусталик. При рассмотрении удалённых объектов мышца расслабляется, натяжение связок увеличивается, и хрусталик становится более плоским, что снижает его оптическую силу. Напротив, при фокусировке на близко расположенные предметы ресничная мышца сокращается, натяжение связок ослабевает, и кривизна хрусталика увеличивается, обеспечивая точную фокусировку изображения на сетчатке.

Не менее значимым элементом зрительного процесса является регуляция количества света, поступающего в глаз. Данная функция выполняется зрачком, который действует как естественная диафрагма оптической системы глаза. При яркомосвещениизрачок сужается, ограничивая поток света и предотвращая ослепление, а в условиях слабого освещения, наоборот, расширяется, пропуская большее количество световых лучей [4].

Размер зрачка регулируется радужной оболочкой, в структуре которой расположены две группы мышц: сфинктер зрачка (сокращающий зрачок) и дилататор (расширяющий его). Эти мышцы автоматически реагируют на изменения уровня освещённости, обеспечивая оптимальное количество света, попадающего на сетчатку. Такая адаптивная реакция защищает чувствительные фоторецепторы сетчатки от избыточного светового воздействия и поддерживает стабильную чёткость зрения в различных условиях освещения.

Нарушение механизма нашего глаза при использовании атропина

Атропин относится к группе парасимпатолитиков и временно блокирует действие ацетилхонина — вещества, отвечающего за сокращение цилиарной мышцы и мышцы, сужающей зрачок [5]. При попадании атропина в глаз возникает паралич аккомодации и мидриаз [6] — устойчивое расширение зрачка, которое может держаться от нескольких часов до нескольких суток.

С точки зрения физики, действие атропина изменяет оптические характеристики нашего глаза. Обычно диаметр зрачка от 2 до 8 мм, но после закапывания атропина он может оставаться почти на максимальном уровне. Увеличение диаметра зрачка в два раза приводит к повышению пропускной способности света в четыре раза, что приводит к избыточному световому потоку, что является опасным для фоторецепторов. Кроме того, под действием атропина глаз теряет способность подстраиваться к изменению освещения. Когда человек выходит из темного помещения на яркий свет, зрачок мгновенно не сможет сужаться, что вызывает временную потерю зрения и дискомфорт. Некоторые испытывают ощущение размытости, повышенное слезотечение и даже головную боль из-за напряжения глаза.

В некоторых медицинских ситуациях офтальмологи намеренно нарушают способность глаз к саморегуляции. Для обследования глазного дна и диагностики заболеваний применяется атропин, который вызывает мидриаз (расширение зрачка) и временно блокирует аккомодацию. Это необходимо для того, чтобы врач мог тщательно изучить внутренние структуры глаза и оценить состояние сетчатки, но у этой процедуры есть свои недостатки.

В результате действия атропина зрачок остается полностью расширенным, что лишает глаз возможности сузиться при ярком свете. Это приводит к повышенной чувствительности к свету, так как световой поток усиливается. Если после обследования пациент выходит на улицу, то солнечные лучи легко проникают к сетчатке, которая не успевает адаптироваться. Это может вызвать временное ослепление, слезотечение и риск фотохимического ожога фоторецепторов [7].

Это особенно опасно для детей и подростков, ибо у них ткани глаза более тонкие и чувствительные к излучению. Поэтому врачи рекомендуют избегать попадания прямых солнечных лучей и носить темные очки после применения атропина. Однако такой способ защиты не всегда уместен и удобен и также не гарантирует полной безопасности, особенно в условиях отраженного или рассеянного света. С медицинской точки зрения, такое состояние редко приводит к необратимым последствиям, но при регулярных осмотрах или повышенной чувствительности глаза оно может постепенно начать ухудшать восприятия света. Поэтому важно обеспечить дополнительную защиту глаз после применения атропина, особенно в условиях яркого света.

Поиск нового решения проблемы

Современные методы офтальмологии пока не обеспечивают надежную защиту глаз после использования атропина. Чаще всего пациентам советуют носить солнцезащитные очки или ограничивать время на улице до восстановления нормальной реакции зрачка. Однако такие меры не всегда эффективны, поскольку отраженный свет, ультрафиолетовые лучи и непредсказуемые изменения освещения продолжают воздействовать на сетчатку, даже при ношении очков.

Для решения этой проблемы необходимо разработать более эффективные и современные способы защиты. В данной работе предлагается рассмотреть три потенциальных направления для инноваций:

1. Самозатемняющиеся офтальмологические капли

Это ключевая идея, предложенная в ходе исследования. Такие капли могут включать фотополимерные материалы или наночастицы [8], которые изменяют свою прозрачность в зависимости от уровня света. При ярком солнечном свете молекулы вещества переориентируются, уменьшая пропускание коротковолнового света (в основном синего и ультрафиолетового), а в помещениях они снова становятся прозрачными. Эта технология уже применяется в фотохромных линзах, однако использование её в жидкой форме является инновационным подходом, который позволяет создать временный «умный фильтр» непосредственно на роговице без дискомфорта для пациента.

2. Контактные линзы с временным фоточувствительным фильтром

В качестве альтернативы могут быть использованы одноразовые контактные линзы с фотохромным пигментом [9]. После процедуры офтальмолог может надеть на пациента такие линзы, которые активируются под ярким светом и уменьшают его интенсивность до безопасного уровня в течение нескольких часов. Спустя 5–6 часов пигмент теряет активность, и линза становится полностью прозрачной. К преимуществам этого метода относятся высокая оптическая точность и отсутствие необходимости в дополнительных каплях. Кроме того, линза обеспечивает физическую защиту роговицы от механических повреждений и воздействия ветра.

3. Комбинированные капли «атропин + защитный компонент»

Одно из многообещающих направлений — создание препарата, который одновременно расширяет зрачок и защищает сетчатку. В такие капли можно добавить антиоксиданты, такие как лютеин, астаксантин или витамин Е, которые помогают нейтрализовать активные формы кислорода, возникающие в глазных тканях при ярком свете [10]. Этот подход не только обеспечивает защиту от фотоповреждений, но и ускоряет восстановление зрения после процедуры.

Вывод

В статье анализируется процесс формирования изображения глазом и влияние атропина на зрение. Установлено, что расширение зрачка увеличивает вероятность повреждения сетчатки из-за света. Предложены потенциальные решения — капли, способные к самозатемнению, фотохромные линзы и антиоксидантные препараты. Эти подходы нацелены на снижение негативного влияния света и повышение безопасности офтальмологических процедур.

Выражаем благодарность нашему научному руководителю Абдухаликовой Н. Р. за труд, и помощь в редактировании статьи и предложенные идеи.

Литература:

1. Физика в офтальмологических исследованиях // cyberleninka. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fizika-v-oftalmologicheskih-issledovaniyah/viewer

2. Влияние света на состояние сетчатки и здоровья в целом: миф или реальность? // cyberleninka. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-sveta-na-sostoyanie-setchatki-i-zdorovie-v-tselom-mif-ili-realnost/viewer

3. Влияние ультрафиолетового света на глаза. URL: https://www.makaroff.store/blogs/blog/vliyanie-ultrafioletovogo-sveta-na-glaza