Миопизация органа зрения как движение к локальному минимуму на энергетическом ландшафте

• Немного о появлении миопии
• Принцип наименьшего действия
• Энергетический ландшафт
• Связь принципа наименьшего действия и энергетического ландшафта
• Энергетическая гипотеза миопии: миопизация как спуск к локальному минимуму
• Расчеты
• Реальность по сравнению с моделью роста объема тканей глаза
• Выводы
• Заключение

Немного о появлении миопии

Выдвигаются различные теории возникновения миопии: энвироментальная [1*–4], генетическая [5–8], теория гиперметропического дефокуса [9–12] и др. Все они имеют право на существование, но при этом скорее описывают фрагменты картины, нежели ее в целом.

В этом материале сделана попытка рассмотреть фундаментальные процессы, стоящие за миопизацией. Они относятся к области физики и биохимии. В этом смысле миопия – эмерджентное явление, которое вызвано процессами, не лежащими на поверхности.

Принцип наименьшего действия

В физике одним из фундаментальных является принцип наименьшего действия, сформулированный Лагранжем в XVIII веке. На этом принципе строится современная механика, оптика, квантовая теория и даже теория поля.

Суть: из всех возможных траекторий движения системы между двумя состояниями (например, от точки A к точке Б за конкретное время) реализуется та, на которой действие (определенная интегральная величина) имеет экстремальное значение – обычно минимум.

Что такое действие?

Действие S определяется как интеграл от лагранжиана L (разность кинетической и потенциальной энергии) по времени:

, где L = T – V.

Здесь T – кинетическая энергия; V – потенциальная энергия. Для удобства дальнейшего использования обозначим эти величины по-новому: E_кин – кинетическая энергия; E_пот – потенциальная энергия. Тогда формула лагранжиана будет следующей:

L = E_кин – E_пот.

Собственно, лангранжиан и есть разница между кинетической и потенциальной энергией. Как это работает:

• Если бросить камень, то траекторию его движения описывает парабола. Среди всех возможных кривых, соединяющих начальную и конечную точки, именно она дает экстремум действия (рис. 1).
• В оптике принцип описывается законом Ферма: свет идет по пути, для которого оптическая длина минимальна (или экстремальна). Поэтому когда мы в оптометрии чертим схемы с ходом лучей по правилам геометрической оптики, то пользуемся принципом наименьшего действия; именно благодаря ему их ход именно такой, а не иной.

Рис. 1. Изменение потенциальной (1) и кинетической (2) энергии в зависимости от времени: 3 – полная энергия

Значение принципа:

1. Он объединяет разные разделы физики под одной идеей.

2. Из него выводятся уравнения Лагранжа, которые эквивалентны законам Ньютона, но универсальнее их.

3. В квантовой механике принцип используется в интеграле по траекториям Фейнмана, где вклад в эволюцию системы дают все пути, но наибольшую роль играют именно траектории, близкие к «классической».

Теперь обратим свое внимание на такие понятия, как «энергетический ландшафт» и «связь принципа наименьшего действия с энергетическим ландшафтом».

Энергетический ландшафт

В физике и биохимии часто используют метафору энергетического ландшафта – воображаемой поверхности, где каждая точка соответствует состоянию системы, а высота этой точки над поверхностью – ее энергии. Основные характеристики энергетического ландшафта:

• Минимумы на таком ландшафте – это устойчивые состояния.
• Переходы между состояниями – это «спуски» или «подъемы» по склонам этого ландшафта.
• Система естественным образом стремится «скатиться вниз» к минимуму энергии, потому что это соответствует равновесию и требует наименьших затрат.

В биохимии белки сворачиваются в конформационные состояния с минимальной свободной энергией. Это известный парадокс Ливенталя, который состоит в том, что при сворачивании белка он за несколько минут занимает нужную трехмерную форму, хотя если эту форму искать методом перебора, то понадобится невероятно большое время, превышающее возраст Вселенной. Тем не менее белок скатывается по энергетическому ландшафту и быстро принимает форму с низкой энергией, в которой он готов осуществить свою функцию (рис. 2).

Рис. 2. Иллюстрация принципа наименьшего действия (вверху) и энергетического ландшафта (внизу) при сворачивании белка

В механике брошенный мяч тоже «следует» по энергетическому ландшафту: его энергия переходит из кинетической в потенциальную и обратно, но их сумма остается постоянной.

Связь принципа наименьшего действия и энергетического ландшафта

Попробуем связать эти две идеи простым образом:

1. Принцип наименьшего действия (в физике). Согласно ему реальная траектория системы – это та, при следовании по которой действие (специальная величина, зависящая от энергии и времени) минимально или стационарно.

Это положение похоже на следующее: система выбирает из всех возможных путей тот, где «суммарные энергетические затраты» на движение оказываются наименьшими.

2. Энергетический ландшафт. Представим, что у нас есть шарик на неровной поверхности, которую образуют мнимые горы и низины. Можно принять следующие установки:

• Высота горы определяет величину потенциальной энергии.
• Шарик катится с горы, стремясь попасть в низину (минимум энергии).
• В реальности он может застрять в небольшой впадине (локальном минимуме) и не скатится в самую глубокую низину (глобальный минимум).

Теперь свяжем представленные две идеи:

• в принципе наименьшего действия система «выбирает» путь во времени так, чтобы действие было минимальным;
• в энергетическом ландшафте система «выбирает» конфигурацию в пространстве так, чтобы энергия была минимальной.

На деле это очень похоже:

• во времени – действие ищет минимум;
• в пространстве – энергия также стремится быть минимальной.

Пример. Шарик катится с горы. В таком случае есть два подхода:

• Если рассматривать его траекторию во времени, то согласно принципу наименьшего действия шарик покатится именно по той линии склона, где суммарный «баланс энергии и времени» оптимален.
• Если принять во внимание сам рельеф, то энергетический ландшафт подсказывает: шарик окажется в ближайшей ямке.

То есть это два взгляда на описание одного явления:

• «наименьшее действие» – динамический взгляд (как система движется);
• «минимум энергии» – статический взгляд (система играет пассивную роль) (рис. 3).

Рис. 3. Принцип наименьшего действия и энергетический ланд­шафт в приведенном примере:
Красная линия показывает путь шарика, который он выбирает во времени по принципу наименьшего действия; крестик слева, в начале красной линии, – это старт, а справа, в конце красной линии, – место, где у шарика (системы) отмечается локальный минимум энергии

Почему минимум энергии?

Это связано со вторым законом термодинамики: любая система стремится к состоянию равновесия, где свободная энергия минимальна и энтропия максимальна. Можно сделать следующие выводы:

• в механике – это покой на «дне ямы»;
• в химии – это завершение реакции, когда энергия продуктов меньше, чем у реагентов;
• в нашем контексте (миопия) – это выбор пути развития глаза, который требует меньших суммарных затрат энергии.

Энергетическая гипотеза миопии: миопизация как спуск к локальному минимуму

В рассматриваемой нами гипотезе весь процесс рефрактогенеза представляет собой движение формирующегося зрительного анализатора по энергетическому ландшафту с локальными минимумами и барьерами. Стабилизированное состояние клинической рефракции есть занятый локальный минимум. В нем энергия минимальна, и это соответствует принципу наименьшего действия.

Развитие миопии в школьном возрасте можно рассматривать в контексте энергии. При этом следует понимать, что, как объяснял Ричард Фейнман в своих лекциях, энергия не является тем, что передается в виде таблеток – «Насколько мы знаем, не существует никаких реальных частиц (кубиков или шариков) энергии. Это абстрактное, чисто математическое правило: существует число, которое не меняется, когда бы вы его ни подсчитали. Более вразумительного объяснения я дать вам не в силах». Это просто число, которое сохраняется при написании и решении уравнений физики.

Мы знаем, что зрительные нагрузки на близком от глаза расстоянии требуют усилия аккомодации на предъявляемый зрительный стимул – текст книги, контрастные образы на экране смартфона, ход ручки или карандаша по странице тетради и др. Усилие аккомодации обеспечивается иннервацией цилиарной мышцы, а также глазодвигательных мышц, задействованных в аккомодационной конвергенции. На сокращение мышц затрачивается энергия, которая вырабатывается за счет аденозинтрифосфата (АТФ). Эту энергию можно оценить [13–15].

Также нам известно, что декодирование светотеневой картины с сетчатки глаза происходит в зрительной коре головного мозга. Декодирование тоже осуществляется за счет энергии АТФ. Чем слабее контраст и чем меньше резкость, тем больше энергетических затрат требуется для функционирования нейронных комплексов [16–24].

Помимо этого, в работах [25, 26] установлено, что постоянное напряжение аккомодации может, хоть и нечасто, приводить к ее спазму, который выражается в потере способности эмметропичного глаза четко воспринимать удаленные от него объекты.

При приближении зрительного стимула к глазу возникает усилие аккомодации, результатом которого становится поддержание во времени наиболее контрастного (четкого) изображения на макуле. Однако в силу особенностей преломляющего аппарата глаза на периферии теряется четкость изображения. Это заставляет зрительную кору головного мозга усиливать деятельность по декодированию образов и предиктивному узнаванию объектов, что приводит к росту потребления энергии за счет АТФ.

Итак, в результате мы имеем следующую картину перед началом развития миопии. Резкое увеличение зрительной нагрузки на близком расстоянии требует повышения расхода АТФ для работы цилиарной и глазодвигательных мышц, отвечающих за конвергенцию. Этот расход постоянен и аккумулируется. Он небольшой по сравнению с полным метаболизмом тела человека (см. расчеты ниже). В случае наступления спазма аккомодации неизбежно увеличится и расход АТФ нейронными комплексами зрительной коры головного мозга в целях декодирования размытых образов. Налицо – в рамках энергетического ландшафта – подъем из локального минимума эмметропии к некому максимуму или барьеру. Это идет в разрез с принципом наименьшего действия, согласно которому лангранжиан или гамильтониан (сумма Е_кин и Е_пот) стремится к стационарному значению, в ряде случаев соответствующему минимуму. Поэтому система должна осуществить спуск к минимуму или перескочить барьер для занятия нового минимума.

Нам видится, что переход через барьер происходит за счет роста длины передне-задней оси глаза (ПЗО). Такой рост, в отличие от постоянной многолетней траты энергии АТФ на работу мышц при аккомодации и усиленную работу головного мозга, одноразовый и сулит энергетический выигрыш.

Дело за сравнением энергии. Да, официальная биомедицинская картина – «много близкой работы, дети мало гуляют на улице, плюс гены» – остается на поверхности и описывает лишь корреляции. Но если смотреть глубже, через призму энергетики, то многое начинает складываться в цельную картину. Вот составляющие этой картины:

1. Энергия как «золото». В живой системе энергия – это главный ограничитель. В эволюции и в клеточном масштабе выигрывает тот процесс, который экономит АТФ.

Белок в примере Левинталя не «пробует все конфигурации», а быстро «скатывается» в локальный минимум энергии. То же самое можно перенести на макроуровень: органы и системы организма будут перестраиваться так, чтобы снизить хронические затраты.

2. Рост глаза как поиск минимума энергии. Если ребенок по 10–12 ч держит взгляд вблизи, то в качестве реакции организма можно рассматривать такие варианты:

• Вариант эмметропии: требуется постоянное напряжение цилиарной мышцы + повышенные вычислительные ресурсы мозга, если изображение даже чуть размыто на периферии сетчатки. Это энергозатратно.
• Вариант слабой миопии: фокус смещается «сам по себе» ближе к нужному расстоянию. В качестве причин смещения можно назвать следующие:
  
  • цилиарная мышца расслаблена → энергозатраты снижаются;
  • сигналы на сетчатке четче → зрительная кора работает в более «экономичном» режиме.

Таким образом, рост глаза при резком увеличении суточной зрительной работы на близком расстоянии можно трактовать как «самонастройку системы» к более стабильному минимуму энергии.

3. Парадокс стабильности и риска. Он заключается в следующем:

• Да, с одной стороны, локально, – это уменьшение расхода энергии и поиск равновесия.
• Но с другой стороны, глобально (в масштабе всей жизни) – это не обязательно оптимум: при сильной миопии включаются новые издержки (повышенный риск патологий, необходимость коррекции зрения).

То есть глаз «скатывается» не в абсолютный, а в локальный минимум под конкретной нагрузкой (много зрительной работы вблизи). Здесь можно провести прямую аналогию с белком: белок может застрять в локальном энергетическом минимуме, хотя глобально есть еще более глубокий минимум. Точно так же глаз ребенка «застревает» в миопии, как в локальном равновесии, которое выгодно в текущей среде, но неоптимально в другой.

4. Энергетическая гипотеза миопии. Она формулируется так:

Увеличение ПЗО глаза при длительной зрительной работе на близком расстоянии – это адаптивный процесс, направленный на минимизацию энергетических затрат составляющих зрительной системы (цилиарной мышцы, глазодвигательных мышц и зрительной коры головного мозга), даже ценой долгосрочных рисков. Миопия есть не «поломка», а естественный путь к локальному минимуму энергии.

5. Ключевые особенности и выводы гипотезы:

• Она объясняет, почему миопия в массовом масштабе «вспыхнула» именно в индустриальном или цифровом обществе: условия среды сместили «глобальный пейзаж энергозатрат».
• Отвечает на вопрос, почему стандартные факторы (генетика, недостаточное время пребывания на улице, длительное пользование смартфоном) – лишь внешние маркеры, которые не отмечают корень процесса. Корень – энергетическая оптимизация.
• Позволяет понять, что профилактика миопии может рассматриваться не только как «свет и прогулки», но и как изменение энергетического ландшафта зрительной системы (включающего в себя нагрузки, стимулы, режимы).

Расчеты

Обоснование

Очевидно, что здесь мы вступаем на terra incognita, поскольку вопросы связи миопии и энергии никто раньше не рассматривал. Поэтому мы провели простые расчеты, а часть порядковых оценок получена с использованием современных языковых моделей при последующей ручной проверке.

Энергетические затраты на работу цилиарной мышцы

Проведем приблизительную оценку энергопотребления цилиарной мышцы человека на основе опубликованных измерений силы или смещений и общей физиологии гладкой мышцы. Ниже – всё с допущениями и ссылками на ключевые источники; результат дает диапазоны (а не точную «ватт-метку»), потому что прямых измерений мощности для этой маленькой гладкой мышцы в литературе почти нет.

Краткие итоги приведены в следующем перечне:

• Механическая работа при одном полном акте аккомодации (примерно 3,0 дптр) приблизительно составляет (1–3) • 10^–5 Дж (10–30 мкДж).
• Если взять типичную эффективность мышечной трансформации «химическая → механическая» (для гладкой мышцы – низкая), то химическая энергия, потраченная за один акт, примерно равна 50–300 мкДж.
• Если акты аккомодации происходят часто (1/с), это дает мощность ~0,05 мВт (50 мкВт).
• Если же тонус глаза находится в напряженном состоянии (типично для гладкой мышцы при длительной фиксации взгляда), поддержание силы требует гораздо меньшей мощности – порядка (10^–7…10^–6) Вт (0,1–1,0 мкВт) на глаз (оценочно).

В результате порядок величины – от долей микроватта (при длительном тонусе) до десятков микроватт при частых перестройках.

Как получены эти числа и какие допущения сделаны?

1. Силы, характерные для цилиарной мышцы. В литературе приводят зависимость силы, действующей на хрусталик со стороны мышцы, от диоптрий: у молодых людей она равна ~8 мН/дптр, а у пожилых – на единицу больше (см. [27]). Также в работах указывают общий порядок силы для кольца цилиарной мышцы – десятки миллиньютонов [27].

Допущение: для примера возьмем 3,0 дптр (фокус F на расстоянии ~33 см, обычная работа вблизи). То­гда после умножения силы, действующей на хрусталик со стороны мышцы, на это значение получим: F ≈ 8 × 3,0 = 24 мН = 0,024 Н. (Можно подставить любое другое значение диоптрий – результат пропорционален F.)

2. Смещение при аккомодации (путь, на котором совершается работа). Из визуализаций (либо из данных УЗИ или ОКТ) известно, что фронтальная (антериальная) миграция цилиарной мышцы при аккомодации лежит в диапазоне ≈(0,36–1,0) мм в разных измерениях или моделях. Часто используют ~0,36 мм или ~1,0 мм в докладах [28].

Допущение: возьмем среднее s = 0,5 мм = 5 • 10^–4 м.

3. Механическая работа за один акт вычисляется по формуле

W_мех = F • s.

После подстановки принятых значений получим: W_мех = 0,024 • 5 • 10^–4 Н • м = 1,2 • 10^–5 Дж = 12 мкДж. (Если взять s = 0,36 мм, то W_мех ≈ 8,6 мкДж; если s = 1,0 мм, то W_мех = 24 мкДж. Поэтому выше мы дали диапазон ≈(10–30) мкДж.)

4. КПД или преобразование химической энергии в работу (и особенности гладкой мышцы). Гладкая мышца обладает latch-механизмом: при длительной поддержке силы скорость гидролиза АТФ падает, значит, энергия на поддержание тонуса расходуется с очень низкой скоростью. Есть обзоры по энергетике гладких мышц: в них отмечен низкий AТФ или изометрическая сила (tension cost) и в целом приведены иные значения эффективности по сравнению со скелетной мышцей [29].

Для приближения можно использовать коэффициент эффективности (отношение механической работы к химической энергии) в широком интервале. Для скелетной мышцы часто называют ≈(20–30) %; для гладкой – существенно ниже (в обзорах указывают, что ее эффективность может быть в несколько раз меньше). Чтобы не занижать или не завышать, мы используем диапазон ~(5–30) % как реалистичный (нижняя граница – это «гладкая низкая эффективность», верхняя – консервативная) [30].

Следовательно, затраты химической энергии на акт имеют следующие значения:

• при 5 %: 12 / 0,05 = 240 мкДж;
• при 25 %: 12 / 0,25 = 48 мкДж.

В итоге округлим: ~(50–300) мкДж на акт.

5. Перевод в мощность (если акты повторяются). Если перестройка (акт) происходит 1 раз в секунду, мощность составляет приблизительно 50–300 мкДж/с, или 50–300 мкВт (0,05–0,3 мВт).

Однако есть важный момент: при длительной фиксации на близи мышца уходит в latch-состояние и ATФ-потребление при поддержании силы может быть в сотни раз меньше, чем при активной динамической контрактуре. Обзоры указывают на снижение изометрической силы в десятки–сотни раз. Поэтому для длительного тонуса более реальная оценка – 0,1–1,0 мкВт на глаз (оценочно), а не сотни микроватт [30].

Вывод: при обычной устойчивой работе (чтении, длительной зрительной работе на близком расстоянии) значимую часть времени цилиарная мышца находится в состоянии низкого энергопотребления, поэтому ее вклад (микроватты) в общий метаболизм организма пренебрежимо мал. Кратковременные перестройки и «работа» на переходах требуют больше энергии, но всё равно остаются в диапазоне десятков–сотен микроватт.

Энергетические затраты на работу глазодвигательных мышц

Выполним приблизительную оценку энергопотребления глазодвигательных мышц при аккомодационно-сопровождающей конвергенции. Ниже сначала дано изложение кратких итогов, а затем – подробные расчеты, все допущения и ссылки на ключевые источники.

Краткие итоги приведены в следующем перечне:

• Механическая работа (оба глаза) при одном акте конвергенции на расстояние 33 см (обычному близкому расстоянию соответствует сила ~3,0 дптр) составляет приблизительно 0,11–0,20 мДж, или (1,1–2,0) • 10^–4 Дж.
• Химическая энергия, потраченная на этот акт [при эффективности мышцы ≈(20–25) %], приблизительно
• Если такие переустановки происходят 1 раз в секунду, их мощность составляет ~(0,45–1,00) мВт (449–1012 мкВт).
• Выразим в калориях (пищевых, ккал): при 1 акт/с энергия составит приблизительно (3,9–8,7) • 10^–4
• ккал/ч, или (9,3–20,9) • 10^–3 ккал/сут, то есть это исключительно малая доля общей энергетики тела.

(Если конвергенция удерживается в тонусе, поддержание положения требует существенно меньшей энергии; тогда значения падают до микроваттного уровня и до долей милликалорий в сутки.)

Теперь изложим исходные данные, допущения и по­дробные расчеты:

1. Сила F, создаваемая медиальной прямой (medial rectus) при нормальном тонусе или напряжении. В литературе она имеет оценку ~(50–90) мН. Мы использовали диапазон F = (50–90) мН [31].

2. Радиус вращения глаза r (приближенный, плечо или рычаг для момента). Мы взяли r ≈ 12 мм = 0,012 м (порядок значения радиуса глазного яблока или расстояния от центра ротации до точки приложения силы) согласно анатомическим обзорам EOM и геометрии глаза [32].

3. Угол поворота глаза θ (на каждом глазу) при фиксации взгляда на расстоянии 33 см. Он рассчитан от медиальной половины межзрачкового расстояния (IPD ≈ 62 мм). В результате получен угол θ ≈ 5,37° = 0,0937 рад на глаз (итого визуальные оси сходятся под углом ≈10,7°). Это стандартная геометрия для взгляда вблизи на расстояние 33 см [33].

4. Механическая работа одной мышцы при повороте глаза W_мех. Она рассчитывается по формуле

W_мех = τ • θ = (F • r) • θ.

Для двух глаз – умножаем на 2. Подставив диапазоны F, r и θ, получаем для обоих глаз: W_мех = (1,12–2,02) • 10^–4 Дж, или 0,112–0,202 мДж.

5. Перевод в химическую энергию. Обычно скелетная или глазодвигательная мышца имеет эффективность преобразования химической энергии в механическую в размере примерно 20–25 % (мы использовали диапазон 20–25 %). Тогда одной мышце на один акт конвергенции при аккомодации на расстояние 33 см необходима химическая энергия ~(0,45–1,01) мДж.

В калориях: 1 пищевая калория = 4184 Дж. При энергорасходе (4,5–10,1) • 10^–4 Дж это составляет на один акт примерно (2,7–4,8) e^–8 ккал, что практически ноль. При частоте 1 акт/с это дает приблизительно (3,9–8,7) • 10^–4 ккал/ч, или 9–21 кал/сут.

6. Комментарии и ограничения:

• Очень маленькие величины. Даже при активной и частой конвергенции энергия, требуемая глазодвигательным мышцам, по абсолютной величине ничтожна по сравнению с энергозатратами (кал/сут) организма.
• Тонус по сравнению с динамикой. Оценка выше – для динамического изменения положения (выполнение работы). На поддержание конвергированного положения (тонуса) дополнительные энергетические затраты обычно значительно ниже (может быть порядок единиц–десятков микроватт), потому что часть активности реализуется с помощью устойчивой деятельности нейронов и частично экономичных механизмов.
• Усреднения и допущения. Мы использовали типичные диапазоны силы, простую геометрию (рычаг – это примерно радиус глаза) и простую модель работы: (сила × ход) / (момент × угол). В реальных глазодвигательных системах есть сложная биомеханика (распределение силы по сухожилию, неврологические особенности), оценка в данном случае приближенная, указывающая на порядок величины. Источники, где взяты ключевые параметры, приведены выше [31–33].

Энергозатраты в течение суток на постоянную зрительную работу на близком расстоянии

Здесь мы сделали подсчет суммарных энергозатрат цилиарной и глазодвигательных мышц для ребенка в возрасте от 7 до 16 лет (средний – 10 лет) при условии его визуальной активности 12 ч в сутки. Ниже – всё четко с допущениями, включающими в себя три реалистичных сценария частоты «актов» (комбинированная перестройка: аккомодация + сопутствующая конвергенция) и итоги в джоулях и пищевых килокалориях.

Основные допущения (в целях прозрачности расчета):

• Один акт – это одно синхронное событие «аккомодация + конвергенция» (то есть и цилиарная, и глазодвигательные мышцы выполняют работу).
• Затраты химической энергии на один акт:
  • цилиарной мышцей (оба глаза) – в диапазоне ~(96–480) мкДж, медиана взята посередине;
  • глазодвигательными мышцами (оба глаза, на один акт конвергенции) – в диапазоне ~(0,45–1,01) мкДж;
  • сумма (оба вида мышц вместе) – в диапазоне ~(0,75–1,31) мкДж (в зависимости от нижней или верхней границы).
• Расчет делаем для трех сценариев частоты актов за эти 12 ч:
  • низкого – 0,1 акта/с (один акт каждые 10 с);
  • среднего – 0,5 акта/с (один акт каждые 2 с);
  • высокого – 1 акт/с (интенсивная перестройка).
• Период расчета для 10 лет: 10 × 365 = 3650 сут (без учета високосных дней).
• 1 ккал (пищевая) = 4184 Дж.

Эти оценки – порядковые, с учетом допущений; в научной литературе прямых экспериментальных результатов измерений  в «ваттах на глаз» нет.

В таблице даны результаты проведенных расчетов.

Результаты расчета энергозатрат на постоянную зрительную работу на близком расстоянии

Интерпретация – что это значит на практике:

• Даже в самом пессимистичном (высоком) сценарии суммарный расход энергии за 10 лет составляет порядка десятков килокалорий [≈(20–56) ккал].
• За сутки это еще более ничтожно: в высоком сценарии – порядка 0,056–0,015 ккал [практически ноль относительно суточного потребления энергии ребенком, равного ~(1500–2500) ккал].

Вывод: энергозатраты цилиарной + глазодвигательных мышц за 12 ч в сутки на протяжении 7–16 лет практически пренебрежимы по сравнению с общим метаболизмом тела.

Ограничения и замечания:

• Результаты чувствительны к выбранной частоте актов и к допущениям по механической работе или эффективности; нами приведены диапазоны, чтобы учесть неопределенность.
• Сюда не включены дополнительные затраты энергии центральной нервной системой, расход энергии на сосудистую доставку кислорода к глазу, метаболизм сетчатки и др. – учитывается только механическая работа цилиарной и глазодвигательных мышц. Другие компоненты (особенно сетчатка) могут иметь гораздо бóльшую энергетичес­кую нагрузку, чем сами мышцы.

Энергетические затраты головного мозга на «декодирование» и предиктивный анализ размытых образов на сетчатке вследствие появления дефокуса

Сравним теперь энергетические затраты мозга на «декодирование» (дополнительную обработку) размытых образов с уже полученными затратами мышц глаза. Сделаем прозрачную оценку – с явными допущениями и ссылками на ключевые источники, а в конце приведем сравнение полученных значений с результатами для тех же условий, что и в предыдущем подразделе (7–16 лет, 12 ч в сутки).

Коротко – главный результат, прежде чем начнем детальное рассмотрение: дополнительная энергия мозга, нужная, чтобы размытые образы декодировать, на порядки (сотни–тысячи раз) больше суммарных затрат энергии цилиарной и глазодвигательными мышцами за 10 лет. Ниже показано, как мы получили такую оценку и почему так считаем.

План расчета и ключевые источники:

1. Базовая постановка: мозг в покое потребляет ≈20 Вт (≈20 % суточного энергопотребления тела). Это стандартная величина [35].

2. Часть этой мощности потребляет зрительная система (окципитальная (occipital)) , или зрительная, кора). В литературе отмечено, что окципитальная кора имеет относительно высокий CMRO₂, и локальные изменения активности в ней заметны при выполнении визуальных задач. Локальные возрастания метаболизма при сложной визуальной обработке оцениваются вплоть до ≈20 % в самой зрительной коре в некоторых экспериментах или моделях [36].

3. Энергетический «ценник» нейронных операций известен (работа и синаптическая передача сильно «дороги»). Обзорная работа [16] дает базу для соотношения «сигнал/метаболизм».

4. На развитие или поддержание сети и на один синапс приходятся ощутимые энергетические расходы; в процессе развития зрительная кора может иметь повышенные показатели. Это важно для детей или подростков [37].

Основные допущения (для понимания, что расчеты их имеют):

1. Средняя общая мощность мозга ≈20 Вт – взрослый ориентир, у детей немного другие абсолютные значения, но порядок тот же; см. оговорку ниже [35].

2. Доля мозговой мощности, приходящаяся на зрительную кору: возьмем диапазон 5–10 % (консервативно – 5 %; более «щедро» – 10 %). В литературе точные доли меняются по методике, но зрительная кора – заметный «локальный потребитель» [38].

3. Увеличение метаболизма зрительной коры при «декодировании» сложных или размытых образов: возьмем диапазон +(5–20)  % локального CMRO2 [в экспериментах наблюдали рост до ≈20 % при повышенных визуальных требованиях или предиктивном процессинге (predictive processing), или обработке] согласно информации сайта biorxiv.org.

4. Пользуемся моделью:

(Дополнительная мощность мозга, связанная с размытыми образами) ≈ (Доля зрительной коры от общей мощности головного мозга 20 Вт) × (Доля увеличения).

Это дает диапазон затрачиваемой дополнительно энергии (extra power) ΔP; затем переводим в энергию, потре­б­ля­е­­­­­­­мую за 12 ч в сутки и за 10 лет (3650 дней).

5. Предположение: вся дополнительная метаболическая нагрузка действительно идет на «декодирование» размытых образов (реалистично – часть затрат потребуется для поддержания внимания, контроля и прочего; потому наши оценки – верхний или приблизительный порядок величины).

Числа – шаг за шагом:

1. Базовая мощность мозга: P_баз = 20 Вт (согласно PMC).

2. Мощность зрительной коры (два сценария):

• консервативно (5 %): P_vis = 0,05 × 20 = 1,0 Вт;
• более «щедро» (10 %): P_vis = 0,10 × 20 = 2,0 Вт.

(Источники: PET/CMRO₂ показывает заметный вклад окципитальной доли, согласно PMC.)

3. Увеличение потребления при «тяжелой» визуальной обработке (размытые или неоднозначные образы): Δ = (5…20)  % (в зависимости от задачи или исследования, согласно информации сайта biorxiv.org).

4. Пересчет в дополнительную мощность,  %: ΔP = P_vis Δ.

Получаем диапазон ΔP:

• минимум: 1,0 Вт × 0,05 = 0,05 Вт.
• максимум: 2,0 Вт × 0,20 = 0,40 Вт.

То есть дополнительная мощность в результате усиленной обработки размытых образов примерно равна 0,05–0,40 Вт.

5. Перевод в энергию, затрачиваемую на 12 ч активного зрения в сутки:

• E_{сут_мин} = 0,05 Вт × 12 ч = 0,6 Вт ч = 0,6 × 3600 = 2160 Дж ≈ ≈ 0,52 ккал/сут.
• E_{сут_макс} = 0,40 Вт × 12 ч = 4,8 Вт ч = 4,8 × 3600= 17 280 Дж ≈ ≈ 4,13 ккал/сут. (1 ккал = 4184 Дж.)

6. Перевод в энергию, потребляемую за 10 лет (3650 сут):

• E_{10_мин} = 2160 Дж/сут × 3650 сут ≈ 7,88·106 Дж ≈ 1885 ккал.
• E_{10_макс} = 17 280 Дж/сут × 3650 сут ≈ 6,31·107 Дж ≈ 15 079 ккал.

Интерпретация и сравнение с результатами, полученными для мышц глаза:

• Выше мы получили [в высоком сценарии (см. таблицу)] суммарные затраты энергии, потребляемой цилиарной и глазодвигательными мышцами за 10 лет, в размере примерно 20–56 ккал (в зависимости от частоты актов).
• Сравним: даже самая консервативная оценка дополнительной мозговой энергии, расходуемой на «декодирование» размытых образов (~1885 ккал за 10 лет) в 30–90 раз превосходит верхнюю оценку затрат энергии, расходуемой мышцами (20–56 ккал). При более «агрессивных» допущениях разрыв достигает сотен раз (15 тыс. ккал против десятков килокалорий).
• Иными словами: потери энергии мозгом при дополнительной обработке изображений на порядок больше, чем ее потери глазными мышцами при механической работе.

Важные оговорки (чтобы не вводить в заблуждение):

1. Локальные изменения по сравнению с глобальными. Бóльшая часть работы мозга идет постоянно; активация отдельной области чаще вызывает локальное перерас­пределение кровотока или метаболизма, а не большой глобальный прирост общих затрат энергии телом. Тем не менее локальное повышение CMRO2 в зрительной коре всё равно означает реальную дополнительную энергию, доставляемую к этим нейронам (согласно PubMed) [16].

2. Дети ≠ взрослые. У детей и подростков структурная и метаболическая динамика (синаптогенез, «энергия на синапс») отличается; Карбовский (Кarbowski) показывает, что метаболизм на синапс во время развития примерно постоянен, но зрительная кора может потреблять больше энергии в подростковый период. Поэтому фактические значения для детей в возрасте 7–16 лет могут смещаться вверх (особенно в периоды активной перестройки и обучения) (согласно arXiv) [37].

3. Что именно означает словосочетание «размытые образы»? Если изображения слегка не в фокусе, мозг часто использует предсказательные механизмы и дополняет сигнал (predictive coding), что частично повышает локальную обработку; для экстремально размытых, или «шумных», изображений затраты будут больше. Biorxiv/2023 и экспериментальные работы показывают, что работа по «декодированию» образов (visual processing) может повышаться до ~20 % локально (согласно информации сайта biorxiv.org).

4. Учет внимания или когнитивной нагрузки. Частично дополнительная энергия связана не только с «декодированием» изображения, но и с вниманием, принятием решения, моторикой чтения и пр. Все это отнесено в «блок декодирования» для упрощения, поэтому значения можно считать оценкой верхнего порядка величины энергоцены за визуальную обработку сложной картинки (согласно eLife) [39].

Перечислим предварительные выводы:

• Мышцы глаза (цилиарная + глазодвигательные) энергетически почти неощутимы: десятки килокалорий за 10 лет при интенсивной эксплуатации.
• Мозг, когда ему приходится «декодировать» плохо сфокусированную или размытую информацию, тратит гораздо больше энергии – примерно от 2 до 15 тыс. ккал за 10 лет (в зависимости от того, насколько силен локальный прирост метаболизма и какую долю в общей мозговой мощности мы принимаем как обусловленную работой зрительной коры).
• Итого: главной в «энергопотреблении зрения» является не деятельность мышц глаза, а центральная обработка визуальной информации в мозге (и особенно в сетчатке или оптических путях). Это также подтверждается обзорами, где подчеркивают, что сетчатка и центральная зрительная система – одни из самых «дорогих» по энергетике частей нервной системы (согласно PMC).

Энергетические затраты на рост длины ПЗО на 1 мм (миопия 3,0 дптр)

Сформулируем задачу так: сколько энергии нужно один раз затратить на добавление 1 мм к длине ПЗО глаза (одноразовая «стоимость роста») и за какое время эта единовременная затрата «окупится» за счет энергии, расходуемой на работу мозга и мышц глаза, если ребенок каждый день много времени уделяет зрительной работе вблизи.

Приведем аккуратные числовые оценки с явными допущениями и диапазонами, потому что в этих величинах много неопределенности:

1. Количество вещества, которое надо «прибавить» при росте длины ПЗО на 1 мм (оценка массы). Приближенный способ – считать, что увеличение оси на ΔL прибавляет объем, равный площади поперечного сечения глаза S, умноженной на ΔL.

Радиус глазного яблока r ≈ 11 мм (порядок величины; диаметр ~ 22 мм). Тогда площадь S, мм², вычисляется по формуле

S ≈ π r² ≈ 3,14 × (11)² ≈ 380.

При ΔL = 1,0 мм дополнительный объем ≈ 380 мм³ = 0,38 cм³. Плотность тканей приблизительно равна 1,0–1,05 г/cм³. Следовательно, добавленная масса m ≈ (0,35–0,40) г (мы будем оперировать центральным значением ≈0,38 г).

(Важно: это грубое приближение – реальное ремоделирование не добавляет однородной ткани по всей толщине, но порядок массы именно сотни миллиграммов, а не миллиграммы.)

2. Энергетическая стоимость синтеза или роста ткани (одноразовая). Энергия синтеза биологических тканей (белок или клеточная матрица, или ремоделирование) оценивается в литературе в широком диапазоне. Консервативный диапазон для E_синт: ≈ (2–8) кДж/г (в некоторых оценках – до ~20 кДж/г для активного ремоделирования). Мы используем диапазон 2–8 кДж/г как разумно-консервативный.

Для m ≈ 0,38 г можно записать так:

E_рост = m E_синт ≈ 0,38 × (2000–8000) ≈ (760–3040) Дж.

Выразим в калориях (1 ккал = 4184 Дж): 760 Дж ≈ 0,18 ккал; 3040 Дж ≈ 0,73 ккал.

Итого: одноразовая энергетическая цена роста ПЗО на 1 мм составляет примерно 0,2–0,8 ккал (приблизительно 760–3040 Дж) по реалистичной оценке; в более «жестких» оценках может быть до ~8 кДж/г → ~3 кДж для 0,38 г (в пределах нашего верхнего значения).

3. Количество энергии, которое экономится еже­дневно после такого роста. Главную экономию обеспечивают следующие части:

• Мозг – снижение дополнительной нагрузки на «декодирование» или компенсацию дефокуса; в наших предыдущих оценках это дает ΔP ≈ (0,05–0,40) Вт во время активной зрительной сессии (мы считали 12 ч в сутки интенсивной зрительной работы вблизи).

Соответственно, суточная (за 12 ч) экономия мозгом: E_сут = ΔP × 12 = (2160–17 280) Дж [≈(0,52–4,13) ккал].

• Мышцы (цилиарная + глазодвигательные) – экономия есть, но она мала: в наших представленных выше оценках суммарная суточная (за 12 ч) мышечная энергия составила примерно 2–64 Дж в зависимости от сценария (очень мала по сравнению с энергией мозга).

Итого в сутки (за 12 ч) экономия (обеспечиваемая в сумме затратами энергии мозгом и мышцами) приблизительно составляет 2160–17 344 Дж, то есть примерно 0,52–4,13 ккал, в которой доминирует вклад мозга.

(Если ребенок занимается активной зрительной работой вблизи не 12 ч, а, скажем, только 3 ч в сутки, суммы изменяются пропорционально: 3 ч → экономия получается в результате умножения мощности в ваттах на это время, то есть (0,05–0,40) × 3 (Вт ч) = (540–4320) Дж в сутки.)

4. Время «окупаемости» (break-even) – одноразовый рост по сравнению с постоянными энергозатратами мозга. Берем диапазоны Eрост и ежедневной экономии и вычисляем их отношение:

• лучший случай (минимальная энергия роста 760 Дж и максимальная дневная экономия 17 344 Дж):

Окупаемость = 760/17344  ≈ 0,044 сут;

• худший реалистичный случай (E_рост = 3040 Дж и минимальная дневная экономия 2160 Дж):

Окупаемость = 3040/2160 ≈ 1,41 сут.

Промежуточные варианты дают окупаемость от нескольких часов до примерно полутора суток.

Если зрительная работа вблизи длится всего 3 ч в сутки (не 12 ч), то суточная экономия уменьшается в 4 раза, тогда окупаемость примерно равна 0,2–5,6 сут (от нескольких часов до нескольких суток).

Даже при очень осторожных допущениях получаем: одноразовый рост на 1 мм окупается энергетически за часы, максимум – за несколько дней при сценарии длительной ежедневной зрительной работы вблизи.

5. Учет дополнительных или постоянных издержек. Надо учесть, что рост глаза включает в себя не только синтез массы, но и другие составляющие:

• Поддержание дополнительной ткани (ограниченная ежедневная «поддержка» метаболизма). Но масса дополнительно увеличивается примерно на 0,38 г, поэтому ее поддержание дает крайне малый прирост базального метаболизма: даже если 1 г ткани требовал бы затратить работу, равную 1 кДж/сут (это нереально большой верхний предел), то для 0,38 г понадобилось бы приблизительно 0,38 кДж/сут, или 0,09 ккал/сут. На практике поддержание будет намного меньше, то есть пренебрежимо малое по сравнению с экономией в килоджоулях в сутки.
• Биологические или патофизиологические издержки (риск осложнений высокой миопии в будущем) – это НЕ энергетические сиюминутные расходы, а большие функциональные и медицинские издержки в далекой перспективе. Их нельзя игнорировать при оценке «выгодности» в жизненном смысле, но они не определяются чистой энергетикой.

6. Итог и вывод (четко).

Энергетически (в джоулях или килокалориях) одноразовый рост ПЗО глаза на 1 мм – очень дешевая «инвестиция»: порядка 760–3040 Дж [≈(0,2–0,8) ккал].

Суточная экономия, если ребенок много времени занимается зрительной работой вблизи (12 ч в сутки), составляет приблизительно 2160–17 344 Дж [≈(0,52–4,15) ккал], то есть окупаемость роста происходит за часы, максимум за несколько суток. Даже при меньшем времени бытовой зрительной работы вблизи окупаемость по-прежнему имеет порядок суток или меньше.

Следовательно, с точки зрения чистой энергетики «один раз произвести рост» обычно выгоднее, чем бесконечно платить мозгу и мышцам за компенсацию фокуса при условии стабильной и длительной зрительной нагрузки вблизи.

Однако есть важное ограничение: энергетическая выгода не означает, что рост (миопия) желателен с точки зрения здоровья и функции. Рост ПЗО может приводить к повышенному риску ретинопатий, отслойки и долгосрочных проблем, а также к ухудшению зрения вдаль. Эти нефинансовые и нематематические издерж­ки часто перевешивают чистую энергетику, особенно на популяционном уровне и в долгосрочной перспективе. Но природе главное – это принципы наименьшего действия и занятия локального энергетического минимума на ландшафте, а вопросы патологий ее никогда не волнуют. Физика диктует без эмпатии.

Реальность по сравнению с моделью роста объема тканей глаза

Биомеханика глазного яблока при миопизации – это сложная проблема. В нашей модели мы просто «нарас­тили» объем ткани. Однако известно, что при увеличении ПЗО происходит уменьшение толщины склеры, а также собственно сосудистой оболочки. То есть идет перераспределение клеток c уменьшением толщины. В этом смысле наша модель даже избыточная в вопросе энергии, которую потратит организм на увеличение ПЗО. Реальные особенности миопизации следующие:

• Склера не утолщается, а наоборот, истончается, особенно в заднем полюсе глаза.
• Толщина может уменьшаться с ~1 мм (норма) до 0,3–0,4 мм при выраженной миопии.
• Фибробласты склеры уменьшают синтез коллагена I и протеогликанов, зато усиливается деградация матрикса (через MMP-2, MMP-9 и др.).
• Уменьшение синтеза коллагена приводит к снижению модуля упругости и повышению податливости оболочки.
• Внутриглазное давление (даже нормальное) при уменьшении синтеза коллагена вызывает пластическую деформацию оболочки – ПЗО глаза удлиняется без увеличения массы ткани.
• Энергия, таким образом, тратится не на биосинтез белков, а на механическую работу растяжения и перестройку матрикса (ферментативные процессы ремоделирования).

Выводы

В результате рассмотрения энергетической гипотезы миопии мы пришли к выводу, что при появлении дефокуса из-за увеличения зрительной нагрузки на близком расстоянии с точки зрения физики организму выгоднее провести один раз рост глаза, чем постоянно расходовать драгоценную и тяжело достающуюся энергию на растущие запросы зрительной коры головного мозга. Поэтому и происходит миопизация.

Важно подчеркнуть, что для центральной нервной системы хронический дефокус является не просто ухудшением качества изображения, а устойчивым источником предиктивной ошибки. Зрительная кора постоянно «ожидает» резкого изображения, но систематически получает размытый сигнал, что приводит к повышенной нейронной активности и энергопотреблению. В такой ситуации глазу как более пассивному элементу системы оказывается «выгоднее» перестроить геометрию оптического аппарата, чем допускать длительное энергетическое напряжение центральной обработки.

На рис. 4 представлена простая энергетическая модель, которая формализует нашу идею:

(Суммарная суточная энергия) = [Энергия мышц (аккомодация)] + [Дополнительная энергия мозга («декодирование», или обработка)] + [«Стоимость» структурного роста глаза].

Рис. 4. Простая энергетическая модель миопизации (ее характеризуют положительные значения удлинения глаза ∆x)

Ниже представлена суть модели, ее интерпретация и важные замечания.

Описание модели (коротко):

• Параметры:
  • требуемая аккомодация для расстояния 33 см: 3,0 дптр;
  • связь рефракции и ПЗО: ≈−3,0 дптр на 1 мм удлинения (стандартное приближение);
  • значения энергии, потребляемой мышцами и мозгом, взяты пропорциональными квадрату аккомодации с коэффициентами, откалиброванными по порядку значений из наших предыдущих оценок (энергия, потребляе­мая мышцами, – по единицам милливатт уровня, а мозгом – по сотням милливатт);
  • штраф за структурный рост пропорционален (Δx)², с малым коэффициентом (условная «стоимость» роста, Дж/сут).
• Переменная: Δx от 0 до 1,5 мм (0 = эмметропия; +1 мм ≈ −3,0 дптр миопии).

Вывод: модель показывает явный минимум энергии при положительном Δx, то есть при удлинении глаза (миопии), в котором требуемая аккомодация становится нулевой для заданного рабочего расстояния (33 см), и за счет этого существенно падают и мышечные, и – главное – мозговые энергетические расходы.

Ключевые численные результаты (из модели):

• Минимум суммарной энергии обнаружился при Δx ≈ 1,0 мм (≈ −3,0 дптр).
• В этой точке требуемая аккомодация составляет 0,0 дптр (всё фокусируется на сетчатке для расстояния 33 см без усилий).
• Суммарная энергия в сутки в минимуме ≈ 0,10 Дж (что составляет ≈ 2 • 10–5 ккал в сутки).
• Для сравнения: при Δx = 0 (эмметропия) модель дает на порядок – сотни порядков бóльшую энергию, в основном из-за мозгового компонента (это отражение наших начальных предположений о том, что мозг «дорог» при «декодировании»).

Заключение

В чем преимущество энергетической гипотезы миопии? Она раскрывает механизм самых фундаментальных процессов, лежащих в основе таких наук, как физика и химия, то есть тех, в которых цивилизация добилась наибольшего прогресса знания. Как и в парадоксе Левинталя, мы получаем простое и одновременно глубокое объяснение наблюдаемого изменения. Все остальное, например концентрация допамина в сетчатке, – это уже механические сопутствующие детали движения системы к локальному минимуму.

Теория простая и описывает широкий спектр известных явлений. Например, она показывает, почему важна полная коррекция зрения, в том числе и астигматизма или скрытых форий. Еще она поясняет, почему бессмысленна неполная коррекция зрения у школьников и почему работают новые средства оптической коррекция зрения для замедления прогрессирования близорукости.

Среди объясняемых теорией фактов есть тот, что у худых детей с низким индексом массы тела (ИМТ) миопия развивается чаще, чем у детей с нормальным или высоким ИМТ, – у них просто нет возможности найти избытки АТФ для «декодирования» размытых образов на сетчатке [40]. Также энергетическая теория поясняет данные эпидемиологических исследований середины XX века, согласно которым нормой рефракции у населения была легкая гиперметропия (0,7 дптр) [41].

Одна из трудностей – почему миопизация затрагивает не всех детей? Ответ здесь лежит в области статистики. Физика ведь во многом и статистическая наука, ее не всегда привлекает одинаковость. Не все яблоки падают с яблони вниз, хотя закон всемирного тяготения действует на все яблоки. Не все галактики вращаются по часовой стрелке. Везде в природе мы наблюдаем некие распределения величин и явлений. Вероятно, с миопией мы видим то же самое.

Что касается такого важного вопроса, как профилактика миопии, то из энергетической теории близорукости следует, что нужно избегать тех ситуаций, когда зрительная кора головного мозга вынуждена тратить драгоценную энергию на повышенный метаболизм, вызванный размытыми образами на сетчатке. А это вновь и вновь подчеркивает старую истину о том, что на сетчатой оболочке должно быть создано резкое и высоко контрастное изображение. В итоге можно предложить следующие рекомендации для профилактики близорукости:

1. Снижение энергетической перегрузки зрительной коры.

Идея: предотвратить хроническое перерасходование энергии в зрительной системе из-за «декодирования» размытых сигналов.

Меры:

• Создание максимума четких стимулов на сетчатке. Тогда возникает резкое, контрастное изображение → меньше предиктивных ошибок в зрительной коре → ниже энергетические затраты. Практические приемы: устройство качественного освещения, отказ от длительной работы в сумерках или при слабом контрасте.
• Частая смена фокусного расстояния. Микропереключение фокуса дает зрительной системе «перезагрузку», снижая метаболический «шум» в коре.
• Периоды «зрительного покоя». Короткие паузы без визуальной задачи (10–20 с раз в 20 мин) снижают активность нейронных сетей V1–V4 и энергопотребление.

2. Поддержание энергетического баланса глаза и коры.

Идея: если зрительная кора постоянно «требует» больше энергии, глаз реагирует, как более пассивный компонент системы, – перестраивается (удлиняется).

Меры:

• Адекватная микроциркуляция и митохондриальное питание. Омега-3, лютеин, физическая активность, нормализация сосудистого тонуса → обеспечивают энергетический баланс без патологического напряжения.
• Снижение психофизиологического стресса. Избыточный кортикостероидный фон повышает корковую возбудимость и искажает сигнал «размытия» – энергетический «шум» усиливается.

3. Снижение длительной «нейронной фрустрации».

Идея: длительная зрительная работа вблизи вызывает повторяющуюся предиктивную ошибку: мозг ожидает четкую фокусировку, но получает слегка размытую → повышается нейронная активность и энергопотребление → длительный стресс для зрительной системы.

Меры:

• Регулярное пребывание на открытом воздухе (≥ 2 ч в сутки). Яркое освещение и удаленные объекты позволяют мозгу работать в «энергетически экономичном» режиме.
• Уменьшение времени непрерывной зрительной работы вблизи. Не по сумме часов, а по непрерывности – лучше четыре периода по 30 мин, чем в течение 2 ч подряд.
• Акцент на визуальную «гигиену» – правильное осве­щение, положение монитора, яркость и контраст.

4. Контроль за механической частью – пассивный ответ глаза.

Идея: если корковая активность создает «долгосрочный» стимул на перестройку глаза, то можно укреплять пассивный компонент.

Меры:

• Фармакологически: атропин низкой концентрации снижает активность путей, связанных с сигналами от сетчатки к склере, – уменьшает вероятность ремоделирования.
• Механически: ортокератологические или перифокальные линзы устраняют хронический гиперметропичес­кий дефокус → снижают нейронную потребность в «по­иске резкости».

5. В перспективе – возможная разработка фармакологических препаратов, позволяющих организму покрыть рост затрат АТФ быстро и адресно перед началом интенсивной зрительной работы на близком расстоянии в зрительной коре в целях недопущения «сваливания» в локальный минимум.

Таким образом, профилактика миопии — это прежде всего снижение хронической нейроэнергетической нагрузки зрительной системы. Нужно минимизировать ситуации, когда мозг вынужден тратить много энергии на реконструкцию размытых сигналов. Тогда не возникает длительного сигнала «ошибки фокуса» и глаз не получает стимула к биомеханическому удлинению. 

* Список литературы предоставляется по запросу.

Автор: Вадим Аркадьевич Давыдов,
независимый исследователь, экс-редактор журнала «Современная оптометрия» (Санкт-Петербург)
E-mail: sevenbrana@gmail.com

© РА «Веко»

Печатная версия статьи опубликована в журнале «Современная оптометрия»  [2026. № 1 (178)].
Оформить подписку на бумажную версию – https://vekopress.ru/
Оформить подписку на электронную версию - https://magazine.ochki.com/

Наши страницы в соцсетях:

• vk.com/vekomagazine
• t.me/ochkinet