Врожденная ахроматопсия (АСНМ, палочковый монохроматизм) представляет собой редкое (1:30 000) генетическое заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования, характеризующееся колбочковой дисфункцией. Этиологическим фактором заболевания являются мутации в шести генах (ATF6, CNGB3, CNGA3, GNAT2, PDE6C и PDE6H). При этом наиболее частыми являются мутации в гене CNGB3 (в 40–50 % случаев ACHM), второе место по распространенности занимают мутации в гене CNGA3 (примерно 25 % случаев) [1–4].

Выявленные гистологические изменения сетчатки при ахроматопсии характеризуются уменьшенным количеством колбочек и/или их аномальным строением. Отмечают неправильную форму и размеры клеток, смещение ядра, наличие PAS-позитивных гранул. В наружных сегментах колбочек вместо йодопсина присутствует родопсин [5][6].

Типичными клиническими проявлениями этого заболевания являются его ранняя манифестация (признаки могут выявляться с рождения); низкая стационарная острота зрения в пределах 0,05–0,30, достигающая максимальных значений в мезопических и скотопических условиях; умеренная светобоязнь; маятникообразный горизонтальный нистагм, уменьшающийся и даже исчезающий при снижении освещения; замедленная реакция зрачков на свет [1–3][5][6].

Характерной особенностью ахроматопсии является выраженная патология цветового зрения вплоть до полного отсутствия восприятия цветовых тонов. Зрительные функции осуществляются при этом в основном за счет палочковой системы, поэтому пациент с полным АСНМ может хорошо различать градации яркости, а с неполным – различать синий цвет [1–3][5–7]. У пациентов старше 7–8 лет удается выявить сужение или отсутствие поля зрения на цветовые стимулы. В некоторых случаях обнаруживается центральная скотома, но при выраженном нистагме определить ее довольно трудно [1][5].

Глазное дно может быть без видимой патологии, могут наблюдаться сглаженность или отсутствие фовеальных рефлексов, небольшая диспигментация в макулярной области, побледнение диска зрительного нерва [1][2][5][6].

Объективными методами диагностики ахроматопсии, наряду с генетическими исследованиями, являются ОКТ (позволяет выявить локальное разрежение наружного сегмента фоторецепторов в центральной зоне, искажение макулярного интерфейса) и электрофизиологические исследования (электроретинография – ЭРГ, зрительные вызванные потенциалы – ЗВП) [5][8–12]. При этом ЭРГ является на сегодня наиболее широко используемым методом, позволяющим дифференцировать ахроматопсию от других видов патологии глазного дна [8][9]. Показано, что отсутствие хроматической макулярной ЭРГ на красный стимул в сочетании с отсутствием OFF-ответа колбочковой системы свидетельствует об отсутствии функции «красных» колбочек. Отсутствие OFF-ответа является косвенным признаком отсутствия функции «зеленых» колбочек, а отсутствие OFF-ответа на длительный стимул является достоверным признаком полной дисфункции OFF-каналов «красных» и «зеленых» колбочек. Характерными особенностями являются также снижение амплитуды № 1 и удлинение времени до пика P1, объясняющиеся отсутствием функции off-биполяров. Источником негативного компонента № 1 при этом являются палочки (при неполной ахроматопсии еще и «синие» колбочки), а компонента Р1 – on-биполяры «синих» колбочек [8][9].

Объективные методы являются наиболее точными и информативными, но требуют специального оборудования (ОКТ и ЭРГ) и лабораторных исследований (молекулярно-генетический метод).

В качестве субъективных методов диагностики цветового зрения традиционно используют табличные способы (полихроматические таблицы Е. Б. Рабкина, Е. Н. Юстовой, Ш. Ишихара), панельные тесты (15-, 32-и 100-оттеночные тесты Фарнсворта), аномалоскопию [2][13–16]. Предложены также способы оценки цветового зрения у детей, например, по критической частоте слияния мельканий цветных стимулов [17][18].

Преимуществами табличных и панельных тестов являются простота использования и доступность, возможность использовать их в амбулаторных условиях без сложного оборудования, в том числе при обследовании детей. Между тем, исследование цветового зрения у пациентов с ахроматопсией представляет значительные трудности. Дети с ахроматопсией различают цвета по степени их светлоты (яркости) и по мере накопления жизненного опыта учатся правильно называть цвета знакомых объектов (трава зеленая, небо голубое, клубника красная и т. д.). Поэтому в некоторых случаях серьезная патология цветового зрения может быть незаметна для окружающих (иногда и для самого пациента), а результаты диагностического исследования неправильно интерпретированы врачом [2].

Понимание особенностей восприятия цветных изображений пациентами с ахроматопсией помогает вовремя выявить и дифференцировать данную патологию от заболеваний, имеющих схожую клиническую симптоматику (например, частичная атрофия зрительного нерва, глазная форма альбинизма, врожденный нистагм неврологического происхождения).

Поиск методов эффективной диагностики ахроматопсии и других нарушений цветового зрения становится все более актуальным в связи с ведущимися разработками в области вирус-векторной терапии с использованием аденоассоциированного вируса, несущего гены CNGB3 и CNGA3 [19–21].

Кроме того, учитывать специфику функционирования зрительной системы пациентов с ахроматопсией важно для правильного выбора иллюстративного материала (в том числе в детских книгах), оформления графической и текстовой информации, используемой в процессе учебной и профессиональной деятельности, уровня освещения, подбора светофильтров при оптической коррекции и т. д. Все это необходимо для создания оптимальных условий зрительной работы пациентов с ахроматопсией [22].

Цель – исследовать особенности восприятия цветных изображений пациентами с ахроматопсией, используя разработанные собственные тесты для количественной оценки яркости воспринимаемых изображений.

Наблюдали пять пациентов школьного возраста с врожденной ахроматопсией. Исследование проводили с января по май 2022 года на базе школьного отделения № 5 (для детей с офтальмопатологией) школы 1499 г. Москвы. Клинические характеристики исследуемой группы представлены в табл. 1, 2. По данным анамнеза в двух предыдущих поколениях случаев заболевания не было, в связи с этим можно предположить аутосомно-рецессивный тип наследования. Результаты генетического исследования удалось получить у трех пациентов (№ 1–3 в табл. 1): выявлены мутации в гене CNGB3.

Примеры данных ОКТ и ЭФИ пациентов с ахроматопсией представлены на рис. 1, 2.

Группа контроля включала 36 школьников (16 девочек и 20 мальчиков) в возрасте от 10 до 17 (в среднем 13,4 ± 0,5) лет с нормальным состоянием зрительных функций. Из них у 11 детей выявили миопическую рефракцию (у трех детей – средней степени и у восьми – слабой). Семь детей имели гиперметропическую рефракцию (в четырех случаях – слабой степени и в трех – средней). У остальных 18 детей рефракция была эмметропической. Все дети контрольной группы имели остроту зрения не ниже 0,9 (у пациентов с аметропией в условиях оптической коррекции).

Офтальмологическое обследование включало стандартные методы для всех детей. У детей с ахроматопсией учитывались данные ОКТ и показатели ЭФИ.

Для оценки цветового зрения у всех детей использовали следующие методы: полихроматические таблицы Е. Б. Рабкина, Neitz Test, дихотомический тест Фарнсворта – Манселла D-15 (Farnsworth – Munsell Dichotomodus D15 Test), исследование поля зрения на белый и цветные стимулы (на периметре ПНР-03). Кроме того, у детей с ахроматопсией сравнивали восприятие цветовых стимулов и ахроматических, используя специальные собственные изображения.

Таблицы Е. Б. Рабкина применяли по стандартной методике [13]. Предъявляли бинокулярно, с расстояния 40 см от глаз и при обычной освещенности для жилых помещений (≈ 250 лкс).

Neitz Test предъявляли на экране монитора после предварительной проверки качества цветопередачи дисплея при помощи спектрофотометра i1Pro (Rev. E) фирмы X-Rite и программы DisplayCal. Тест содержит девять изображений в виде кругов, состоящих из серых точек различной яркости на белом фоне. Более темные серые точки образуют ахроматическую геометрическую фигуру (треугольник, ромб, квадрат или круг). Ахроматическая фигура является контрольной, так как различима и при нормальном цветовом зрении, и при его нарушениях. Помимо ахроматической, каждый круг содержит дополнительную тестовую фигуру, состоящую из цветных точек разной яркости (красную, синюю, сине-зеленую, лиловую и желтую) (рис. 3). Задачей обследуемого ребенка являлось назвать видимые на тестовых изображениях фигуры и их цвета [23][24].

Дихотомический тест Фарнсворта – Манселла D-15 представляет собой сокращенную версию 100-оттеночного теста и состоит из контрольной голубой фишки и 15 съемных фишек с постепенным изменением цветовых тонов (рис. 4) [25]. Перед проведением теста съемные фишки перемешивают и просят обследуемого расставить их в ряд по мере изменения оттенка, начиная от контрольной фишки. Результаты заносят в оценочный лист. О патологии цветового зрения пациента судят по нарушениям порядка расстановки фишек в ряду.

Исследование поля зрения на белый и цветные стимулы на периметре ПНР-03 проводили в мезопических условиях (освещенность ≈ 70 лкс). В качестве стимулов использовали белый, синий, зеленый и красный светодиодные тест-объекты средней яркости диаметром 3 мм, перемещаемые по дуге периметра при помощи электрической ручки-указки. В связи с отсутствием у пациентов с ахроматопсией способности различать цветовые тона регистрировали только момент появления в поле зрения пациента или исчезновения из него стимула, задача распознавания цвета не ставилась. Таким же образом проводили исследование и в контрольной группе детей, что обеспечивало возможность сравнения полученных результатов.

Специальные собственные изображения для сравнения хроматических и ахроматических цветов пациентами с ахроматопсией были созданы на основе представлений об основных характеристиках цвета: цветового тона, яркости (светлоты) и насыщенности [25][26].

Длина световой волны определяет восприятие цветового тона (H – hue). Цветовым тоном обладают только хроматические цвета, ахроматические цвета (белый, черный, серый) не имеют цветового тона [25][26].

Амплитуда колебаний световой волны (связанная с ее квантовой энергией) характеризует яркость цвета (V – value / B – brightness / L – lightness). С точки зрения физики наибольшей квантовой энергией обладают коротковолновые излучения (синяя часть спектра), наименьшей – длинноволновые (красная часть спектра). С позиций психофизиологии яркость, или светлота, цвета – это его близость к белому цвету. Чем ближе воспринимаемый цвет к белому, тем он светлее, а чем ближе к черному – тем темнее [25][26].

Форма световой волны, получающейся в результате смешения световых волн различных длин, обусловливает насыщенность цвета (S – saturation). Насыщенность – это густота тона, процентное соотношение основного тона и примесей к нему [25][26]. Чем больше в цвете основного тона, тем он насыщенней. Максимально насыщенными (100 %) являются цвета спектра и пурпурного ряда.

Ахроматические цвета, не имеющие цветового тона, характеризуются только яркостью. При этом различным хроматическим цветам при их максимальной (100 %) насыщенности и максимальной яркости соответствует разный уровень яркости ахроматического цвета [25–27].

Учитывая особенности функционирования зрительной системы пациентов с ахроматопсией, выражающиеся прежде всего в том, что за восприятие объектов отвечает преимущественно палочковая система, обеспечивающая оценку яркостного контраста, нами были созданы изображения, позволяющие провести сравнение воспринимаемой пациентами с ахроматопсией яркости хроматических и ахроматических цветов. Тест представляет собой шесть изображений, каждое из которых содержит один хроматический центральный кружок (1,5 см в диаметре) с яркостью 50 % и шесть окружающих его ахроматических кружков (также 1,5 см в диаметре), яркость которых варьирует от 0 до 90 % (рис. 5). Тестовые изображения предъявляли на экране монитора после предварительного юстировки цветопередачи дисплея при помощи спектрофотометра i1Pro (Rev. E) фирмы X-Rite и программы DisplayCal.

Цветовой тон центральных хроматических кружков соответствует основным (красному, зеленому, синему) и дополнительным (желтому, голубому, лиловому) цветам. Насыщенность всех хроматических кружков максимальна (100 %). Их цветовые характеристики по системе RGB (Red, Green, Blue) представлены в табл. 3.

Задачей пациента с ахроматопсией было указать, какому из окружающих кружков больше всего соответствует по яркости центральный в каждом тестовом изображении.

В контрольной группе при исследовании с полихроматическими таблицами Е. Б. Рабкина у трех детей в возрасте 10 лет (одного мальчика и двух девочек) возникли затруднения с определением формы тестовой фигуры в таблицах № XIV, XV и XX. При этом цвета отдельных кружков, составляющих эти изображения, дети называли правильно. Во всех остальных случаях дети успешно справлялись с заданием.

По Neitz Test только одна девочка 11 лет не различала форму фигур коричневого и зеленого тона минимальной насыщенности. Остальные дети без затруднений назвали цветные фигуры во всех тестовых изображениях.

При выполнении дихотомического теста Фарнсворта – Манселла D-15 у 6 детей 10–12 лет были небольшие погрешности ранжирования цветовых оттенков. При этом разница между номерами тестовых фишек составляла не более 2–3 единиц. Во всех остальных случаях дети данной группы расставляли фишки в правильном порядке.

Результаты, полученные при исследовании полей зрения с белым и цветовыми стимулами, соответствовали норме (табл. 4).

В полихроматических таблицах Е. Б. Рабкина все дети данной группы не различали цветовой тон отдельных кружков, но, ориентируясь по светлоте, могли назвать правильно форму в некоторых тестовых таблицах (II, III, VII, VIII, XIII, XVII, XXII, XXIII, XXV) (рис. 6). При этом все дети ошибались с формой тестовых фигур, предназначенных для выявления дихромазии (IV, V, IX, XIV).

В Neitz Test двое детей с ахроматопсией (пациенты № 1 и 3) могли различить красную фигуру как более темную относительно фона, а синюю – как более светлую. Во всех остальных случаях дети с ахроматопсией не различали тестовые фигуры.

При выполнении дихотомического теста Фарнсворта – Манселла D-15 все дети с ахроматопсией располагали цвета с большим разбросом между номерами. Результаты при повторных тестированиях могли значительно варьировать, но характерной особенностью оставалась разница между некоторыми номерами 5–6 единиц и больше (рис. 7).

Результаты исследования полей зрения с белым и цветовыми стимулами у пациентов с ахроматопсией представлены в табл. 5.

Анализ результатов исследования границ поля зрения показал, что средние значения на белый и синий стимулы у пациентов с ахроматопсией практически совпадают по всем меридианам (р > 0,05). В то же время на красный стимул границы поля зрения по всем меридианам существенно уже, а на зеленый шире, чем у детей контрольной группы (р < 0,001).

Результаты количественной оценки яркости цветового стимула в сравнении с яркостью ахроматических стимулов у пациентов с ахроматопсией представлены на рис. 8.

Наиболее ярким (90–100 %) для пациентов с ахроматопсией являлся голубой кружок и практически сливался с белым фоном экрана. Самым темным (минимальной яркости) воспринимался красный кружок. Для пациентки № 1 он соответствовал черному (яркость 0 %). Пациентами № 3–5 красный цвет воспринимался как очень темный серый или черный (яркость 10 %), и только пациент № 2 воспринимал его как серый средней яркости (яркость 40 %).

На основе этих наблюдений были созданы цветные изображения и их ахроматичные аналоги, предъявляемые для сравнения на экране монитора пациентам с ахроматопсией. Наиболее похожими на цветные изображения для всех пациентов были те ахроматичные аналоги, в которых уровень яркости деталей соответствовал воспринимаемой яркости таких же деталей цветных изображений. Типичным для всех пациентов было то, что голубые детали были не видны или почти не видны, красные детали пациенты воспринимали на белом фоне как черные или темно-серые, желтые детали – как светло-серые, остальные цвета – как серые с небольшими градациями средней яркости. При этом, рассматривая ахроматичный рисунок, все пациенты отмечали, что могут назвать, например, солнце желтым, а дерево зеленым, ассоциируя знакомую форму изображенного объекта с правильно подобранной яркостью серого. На рис. 9 представлен типичный пример восприятия цветного рисунка пациентами с ахроматопсией.

В норме восприятие цветового тона зависит от правильной работы трех типов колбочек: «красных» (L), содержащих пигмент эритролаб, максимально поглощающий спектральные лучи с длиной волны ≈ 570 нм; «зеленых» (М), содержащих пигмент хлоролаб, максимально адсорбирующий спектральные лучи с длиной волны ≈ 530 нм; «синих» (S), содержащих пигмент цианолаб, максимально поглощающий спектральные лучи с длиной волны ≈ 450 нм [6][9].

Согласно классической трехкомпонентной теории цветового зрения в трех различных типах колбочек («синих», «зеленых» и «красных») содержится зрительный пигмент йодопсин с различными показателями поглощения света. В отличие от колбочек палочки содержат фотопигмент родопсин с максимальным поглощением световых лучей в сине-зеленой части спектра (505–510 нм) электромагнитного светового излучения. Кроме того, в сетчатке были обнаружены особые ганглиозные клетки, содержащие светочувствительный пигмент меланопсин. Cчитают, что эти клетки возбуждаются непосредственно под действием света даже без участия палочек и колбочек. Пик их спектральной чувствительности составляет от 460 до 484 нм, т. е. имеет наиболее близкие значения к максимальной чувствительности палочек [29][30]. Нервные импульсы идут от этих ганглиозных клеток к гипоталамусу тремя разными путями, участвуя в управлении циркадными ритмами, а также в обеспечении реакции зрачка на свет [29][30].

При отсутствии или значительно сниженном количестве нормально функционирующих колбочек ведущую роль в работе зрительной системы берут на себя палочки, патологически измененные колбочки, содержащие родопсин, а также в некоторой степени светочувствительные ганглионарные клетки. В результате этого рецепторы сетчатки у пациентов с ахроматопсией имеют наибольшую чувствительность к белому свету и к сине-зеленой (голубой) части спектра [3][28] (рис. 10).

Полученные нами данные согласуются с описаниями клинических проявлений ахроматопсии в повседневной жизни жителей Индонезийского острова Пингелап в книге американского невролога и нейропсихолога Оливера Сакса «Остров дальтоников» [31]. Уникальность этого острова состоит в том, что после тайфуна, обрушившегося на атолл в 1775 году, погибло 90 % населения, численность которого до катаклизма составляла около 1000 человек. Многие умерли от голода в первые месяцы после тайфуна, и в результате уцелело около 20 человек, включая короля пингелапцев и его семью. В связи с резко уменьшившейся численностью населения в следующих поколениях все больше стали проявляться генетические заболевания, имеющие рецессивный тип наследования. Благодаря изучению генеалогии семей пациентов с ахроматопсией было сделано предположение, что первым носителем дефектного гена был сам король пингелапцев. Количество пациентов с манифестацией заболевания и носителей мутантного гена увеличивалось в каждом следующем поколении и к началу XXI в. составляло около 5 % населения с клиническими проявлениями заболевания и около 30 % носителей.

Наряду с классическими признаками заболевания (низкая острота зрения, улучшающаяся в мезопических уловиях; светобоязнь; нистагм; отсутствие цветового зрения) О. Сакс с коллегами отмечали более высокую чувствительность к градациям яркости воспринимаемых объектов у пациентов с ахроматопсией, чем у людей с нормальным цветовым зрением. Так, например, О. Сакс писал, что для его коллеги, страдающего ахроматопсией, вся растительность острова «была полифонией яркости, тональностей, форм и текстуры, которые он легко различал» [31]. Также хорошо ориентировались в градациях воспринимаемой яркости зеленой растительности коренные жители острова, однако могли не заметить в листве красный фрукт или цветок. Любопытным наблюдением являлась способность жительниц острова, страдающих ахроматопсией, хорошо различать рисунки и узоры на одежде, связанной из ниток коричневых и фиолетовых тонов, практически невидимых для людей с нормальным цветовым зрением.

Вклад авторов:

Сбор и статистическая обработка материала, подготовка иллюстраций: С. И. Рычкова.

Концепция исследования, анализ полученных результатов, написание текста: С. И. Рычкова, В. Г. Лихванцева.

Поиск и перевод иностранной литературы, сбор материала, статистическая обработка, подготовка иллюстраций: Р. И. Сандимиров.

Authors’ contributions:

Сollection and statistical processing of material, preparation of illustrations: S.I. Rychkova.

Research concept, analysis of the results obtained, writing the text: S.I. Rychkova, V.G. Likhvantseva.

Search and translation of foreign literature, participation in the collection of material, its statistical processing, preparation of illustrations: R.I. Sandimirov.