RATOWNICTWO MEDYCZNE – STUDIA LICENCJACKIE

BIOFIZYKA NARZĄDU SŁUCHU

Narząd służący do odbierania, przetwarzania i analizowania bodźca dźwiękowego to ucho. Na
ucho zewnętrzne składa się: małżowina uszna, przewód słuchowy, bębenek – ten wprawiany
jest w ruch drgający przez zmiany ciśnienia. Funkcja ucha zewnętrznego polega na wstępnej
filtracji częstości dźwięku do częstotliwości maksymalnej ok. 3000 Hz.
Ucho środkowe zbudowane jest z trzech kosteczek słuchowych: młoteczka, kowadełka i
strzemiączka, odpowiedzialnych za przekazywanie ruchu drgającego na błonę okienka
owalnego ślimaka. W uchu środkowym dochodzi do przekazywania drgania ze środowiska
gazowego do ośrodka ciekłego. Poza tym pełni ono funkcję wzmacniacza dzięki spełnianiu
zasady dźwigni. Ramię młoteczka r

1

jest 1,3 razy dłuższe od ramienia kowadełka r

2

(r

1

/ r

2

=

1,3). Dochodzi tu również do zwiększenia ciśnienia dzięki temu, że powierzchnia błony
bębenkowej jest ok. 17 razy większa od błony okienka owalnego. Wzmocnienie sygnału
przyjmuje wartość 1,3 • 17 = 22,1. Ze względu na straty spowodowane siłami tarcia dźwię
ostatecznie jest wzmocniony 17 razy. Funkcja obronna ucho środkowego polega na
wykonaniu przez strzemiączko ruchu skręcającego oraz na kurczeniu się dwóch małych
mięśni, które napinają błonę bębenkową, usztywniając system kosteczek.
W uchu wewnętrznym znajduje się ślimak i trzy kanały półkoliste. Budowa ślimaka (2 i 3/4
zwoja) przedstawia się następująco: okienko owalne, schody przedsionka z perylimfą, szpara
osklepka, schody bębenka z perylimfą, okienko okrągłe, kanał ślimakowy z endolimfą. W
kanale ślimakowym na błonie podstawnej ułożone są komórki receptorowe rzęskowe
przykryte błoną pokrywkową – to narząd Corti`ego. Ucho wewnętrzne odpowiedzialne jest za
analizę dźwięku. Wg teorii Bekesy`ego drgania z błony okienka owalnego wprowadzają w
ruch perylimfę. Pojawia się różnica ciśnień między schodami przedsionka i schodami
bębenka oraz odkształcenia błony podstawnej. Maksimum odkształcenia błony podstawnej
powoduje pobudzenie komórek rzęskowych, które znajdują się w danym miejscu i występuje
w różnych miejscach w zależności od częstotliwości sygnału akustycznego. Maksimum
odkształcenia tej błony dla częstotliwości wysokich wypada bliżej okienka owalnego niż dla
częstotliwości niskich.

Akustyka zajmuje się badaniem mechanicznych fal podłużnych zwanych falami
akustycznymi. Definiowane są one jako zaburzenie ciśnienia (gęstości), które propaguje się
w ośrodku sprężystym. Źródłem fal akustycznych może być dowolne ciało drgające z
odpowiednią częstotliwością i z dostatecznie dużą amplitudą. Część przestrzeni objętej w
danej chwili zaburzeniem to polem falowym, a powierzchnię, na której we wszystkich
punktach zaburzenie ma tę samą fazę nazywamy powierzchnią fali.
W gazach i cieczach rozchodzenie się fali akustycznej polega na przenoszeniu się ruchu
drgającego cząstek środowiska w danym kierunku. Powoduje to przemieszczanie się
obszarów zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka, co przekłada się na naprzemienne zwiększanie
się i zmniejszanie ciśnienia. Mianem ciśnienia akustycznego p określamy różnicę między
aktualną wartością ciśnienia P (w danym miejscu ośrodka) a ciśnieniem P

0

panującym, gdy

ośrodek ten był w równowadze (przed nadejściem fali):

p = P – P

0

p – ciśnienie akustyczne
P – aktualna wartość ciśnienia
P

0

– wyjściowa wartość ciśnienia

1

Ciśnienie

P

0

w normalnych

warunkach odpowiada ciśnieniu atmosferycznemu. Zależy ono od

czasu i miejsca zajmowanego przez rozchodzące się zaburzenie w środowisku sprężystym.
Jeżeli wybierzemy określone miejsce w drgającym ośrodku, możemy rozpatrywać ciśnienie
akustyczne jako zależne jedynie od czasu. Tak więc najkrótszy czas, w którym ciśnienie to
przechodzi przez wszystkie swoje wartości nazywamy okresem T. Odwrotność okresu to
częstotliwość

ν

:

ν

= 1 / T

ν

- częstotliwość

T – okres

Jednostką częstotliwości jest herc (Hz) wyrażany jako odwrotność czasu w sekundach (1/s).
Okres i częstotliwość możemy przypisać każdemu dźwiękowi periodycznemu (okresowemu),
zwanemu inaczej dźwiękiem harmonicznym lub tonem, a więc takiemu, dla którego przebieg
zmian ciśnienia akustycznego powtarza się (ryc. 1 a, b, c). Dźwięki rzeczywiste, np. składniki
mowy ludzkiej, charakteryzują się zależnością ciśnienia akustycznego od czasu
przedstawioną na ryc. 1 d. Żaden ze składników mowy ludzkiej nie jest tonem (najbliższa
tonowi jest samogłoska u). Istnieje jednak urządzenie, które wydaje ton o określonej
częstotliwości, zwane kamertonem.
Tak więc drgania harmoniczne proste są w przyrodzie zjawiskiem rzadkim a każdy dźwięk
rzeczywisty jest mieszaniną wielu tonów, ponieważ rzadko kiedy mamy do czynienia ze
źródłem dźwięku emitującym falę o jednej częstotliwości. Najczęściej spotykany ruch
drgający złożony Fourier przedstawił jako sumę tonów o częstotliwości

ν, 2ν, 3ν, 4ν itd. oraz

odpowiednio dobranych amplitudach. Zwykle ton o największej amplitudzie i częstotliwości
równej częstotliwości rzeczywistego dźwięku nazywamy tonem podstawowym. Wykres
zależności amplitudy dźwięku od jego częstotliwości, przedstawiający tony składowe o
różnych częstotliwościach i amplitudach oraz ich sumę nazywamy widmem dźwięku (cech
fizyczna dźwięku). Oprócz dźwięków prostych i złożonych wyróżniamy tzw. szumy o
widmie ciągłym (szum biały) albo ciągłym w pewnych pasmach częstotliwości (szum
barwny). Liczba tonów harmonicznych oraz ich amplituda, a także kolejność i odstęp w
pojawianiu się tych tonów decyduje o cesze psychologicznej dźwięku zwanej barwą
dźwięku. Najuboższe brzmienie mają tony o drganiu sinusoidalnym, np. ton kamertonu.
Dźwięki o częstotliwościach nie będących całkowitą wielokrotności częstotliwości
podstawowej nazywamy dźwiękami anharmonicznymi. Mają one brzmienie ostre.

Z częstotliwością dźwięku jako z cechą fizyczną (obiektywną) związana jest jego wysokość –
cecha psychologiczna (subiektywna). Większej częstotliwości odpowiada dźwięk wyższy a
mniejszej – dźwięk niższy. Zakres słyszalnych częstotliwości dla ucha ludzkiego rozciąga się
od 16 Hz do 20 000 Hz.

Dźwięk jest szczególną falą akustyczną wytwarzającą wrażenie słuchowe. Rozchodzące się
zaburzenie przenosi energię, która wprawia w ruch błonę bębenkową. Rejestrowana przez
człowieka intensywność dźwięku zależy od szybkości, z jaką energia niesiona przez dźwięk
jest dostarczana. Zatem natężenie dźwięku I jest to energia fali akustycznej E przekazywana
w jednostce czasu na danej powierzchni:

I = E / St

I - natężenie dźwięku
E - energia fali akustycznej
S – powierzchnia

2

t – czas

Jednostką natężenia dźwięku jest wat/m

2

:

[I] = dżul / m

2

•s = wat / m

2

Zależność między kwadratem ciśnienia akustycznego danego dźwięku p

0

a jego natężeniem I

jest zależnością wprost proporcjonalną:

I ~ p

2

0

Najmniejsza wartość natężenia dźwięku odbieranego przez ucho ludzkie wynosi ok. 10

-12

W/m

2

dla częstotliwości 1 kHz. Wartość największa, która nie powoduje jeszcze trwałego

uszkodzenia słuchu wynosi ok. 1 W/m

2

. Iloraz najmniejszego i największego natężenia

dźwięku, jakie może odebrać ucho, wynosi zatem ok. 10

12

i nazywany jest zakresem

dynamicznym ucha.
Ponieważ zakres dynamiczny ucha jest duży, dla wygody opisu ciśnienia akustycznego i
poziomu natężenia dźwięku wybrano skalę logarytmiczną. Liczbę jednostek względnego
natężenia głosu wyznaczamy ze wzoru:

L = k • log I / I

0

L – poziom natężenia dźwięku
k – współczynnik proporcjonalności, mający wartość od 1 do 10
I – natężenie badanego dźwięku
I

0

– natężenie dźwięku wzorcowego

Jednostką skali logarytmicznej jest bel [B]. Dla k = 1 dźwięki o natężeniu I i I

0

różnią się o 1

bel wtedy, gdy stosunek I do I

0

wynosi 10. Ponieważ bel jest jednostką o dużej wartości, w

praktyce częściej posługujemy się pojęciem decybel [dB], wówczas k = 10. 1 bel równy jest
10 decybelom.
Od natężenia dźwięku zależne jest wrażenie jego głośności odczuwane przez odbiorcę.
Ilościowe określenie tej zależności jest niezwykle trudne, ze względu na subiektywny
charakter odczucia głośności. Natężenie dźwięku można zmierzyć, a głośność jedynie
porównać z głośnością innego dźwięku. Skala logarytmiczna natężeń lepiej odpowiada
właściwością zmysłu słuchu niż skala liniowa, jest bowiem zgodna z prawem Webera-
Fechnera mówiącym, że najmniejszy zauważalny przyrost bodźca, czyli próg różnicy ∆I

0

,

jest proporcjonalny do natężenia I bodźca już działającego, czyli:

∆I

0

/ I = const.

∆I

0

– różnica między aktualną i początkową wartością natężenia dźwięku

I - początkową wartością natężenia dźwięku

Jeżeli dźwięk o natężeniu I

0

nie jest słyszany, a po zwiększeniu natężenia odbierane jest

wrażenie słuchowe, to takie wrażenie nazywamy progowym lub progiem słyszenia. Wartość
dźwięku I

0

nazywamy wówczas wartością progową. Na podstawie wcześniejszych informacji

możemy więc powiedzieć, że prawo Webera-Fechnera mówi, iż przyrost odczucia głośności
∆G jest proporcjonalny do logarytmu stosunku natężeń dźwięków porównywanych:

3

∆G = k • log I / I

0

I – natężenie dźwięku badanego
I

0

– wartość progowa dźwięku

k – współczynnik proporcjonalności

Zakładamy przy tym, że progowi słyszalności przypisujemy wartość głośności G = 0.
Głośność dźwięku odbierana przez narząd słuchu zależy od jego częstotliwości. Głośność
różnych zjawisk akustycznych określa się względem głośności tonu o częstotliwości 1000 Hz.
Jednostką głośności jest fon.
Zależność głośności dźwięku od jego natężenia i częstotliwości przedstawia zbiór krzywych
jednakowej głośności, czyli izofon. Na osi rzędnych odłożony jest poziom natężenia dźwięku,
a na osi odciętych częstotliwość w skali logarytmicznej. Krzywe te łączą punkty wykresu,
których głośność jest jednakowa, mimo że ich natężenia i częstotliwości mogą być różne.
Próg słyszalności wyznacza izofona, dla której głośność wynosi 0 fonów. Izofonę o wartości
120 fonów (120dB = 12B) nazywamy progiem przykrości, a izofony o wartości 130-140
fonów progiem bólu.
Izofony wyznacza się za pomocą fonometru. Polega to na zmienianiu poziomu natężenia
tonu, dostarczanego przez słuchawkę do ucha pacjenta, aż do momentu , gdy jego głośność
zrówna się z głośnością tonu wzorcowego o znanym natężeniu i częstotliwości. Tony te są
dostarczane do ucha na zmianę.

W diagnostyce medycznej do określania poziomu ubytku słuchu służy audiometr. Ubytkiem
słuchu określa się pogorszenie słuchu, powodujące podwyższenie progu słyszenia, czyli
zmniejszenie wrażliwości ucha na dźwięk o danym natężeniu. Poziom ubytku słuchu opisany
jest wzorem:

L = 10 log I

U

/ I

0

L – poziom ubytku słuchu
I

U

– próg słyszenia dla ucha badanego

I

0

– próg słyszenia dla ucha zdrowego

Poziom ubytku słuchu określamy w decybelach poziomu słyszalności (dB HL).
Progi słyszenia mogą być określane za pomocą audiometrii przewodnictwa powietrznego i
kostnego. Z pomocą audiometrii przewodnictwa powietrznego sygnał testowy podawany jest
poprzez słuchawki, a w audiometrii przewodnictwa kostnego za pomocą wibratora kostnego,
umieszczonego na wyrostku sutkowym lub czole badanej osoby.
Wyniki badań audiometrycznych przedstawia się na audiogramie, będącym graficzną
ilustracją poziomu ubytku słuchu.

BIOFIZYKA NARZĄDU WZROKU

Oko ludzkie jest układem optycznym skupiającym zbudowanym z :

• rogówki

• cieczy wodnistej

• soczewki ocznej
• ciała szklistego

Obraz utworzony przez układ optyczny oka powstaje na siatkówce, w której znajdują się
zakończenia nerwu wzrokowego w postaci czopków i pręcików. Tworzą one warstwę

4

wrażliwą na światło. Wrażliwość ta nie jest jednakowa dla całej powierzchni siatkówki.
Wyróżniamy tu dwa punkty:

• plamkę żółtą – wrażliwość na światło jest największa

• plamkę ślepą – niewrażliwą na światło – jest to miejsce, w którym nerw wzrokowy

wchodzi do oka

W plamce żółtej występuje największe zagęszczenie komórek receptorowych w kształcie
czopków. Są one wypełnione barwnikiem składającym się z retinalu i białek opsyn. Czopki
zapewniają odbiór światła o różnej długości fali oraz ostrość widzenia. Pręciki zawierają
barwnik rodopsynę i są odpowiedzialne za odbieranie różnic w natężeniu promieni świetlnych
padających na różne miejsca w siatkówce.
Ilość światła wpadającego do oka reguluje źrenica, której średnica zmienia się samoczynnie w
zależności od luminacji L (intensywności oświetlenia) oglądanego przedmiotu.

Ostry obraz na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach od oka
uzyskujemy na skutek zdolności oka do akomodacji – do zmieniania długości ogniskowej
soczewki ocznej przez napięcie odpowiednich mięśni oka. Punkt najbliższy na jaki oko
jeszcze ulega akomodacji nazywamy punktem bliży, a punkt najdalszy – punktem dali.
Obraz punktu dali utworzony jest na siatkówce, gdy zdolność skupiająca oka jest najmniejsza,
a bliży, gdy zdolność skupiająca oka jest największa. Odwrotność odległości s

D

punktu

dalekiego D od oka nazywana jest refrakcją oka R i mierzona jest w dioptriach [D]:

R = 1 / s

D

R – refrakcja oka
s

D

– odległość punktu dalekiego D od oka

Gdy punkt s

D

znajduje się w nieskończoności (s

D

= ∞), to refrakcja oka przyjmuje wartość

zero (R = 0), a o oku mówimy, że jest okiem miarowym. Jest to stan charakterystyczny dla
oka nie obarczonego żadną wadą wzroku.

O wadzie refrakcji oka mówimy, gdy nie spełnia ono zasady miarowości.
W oku niemiarowym krótkowzrocznym układ optyczny zbyt silnie załamuje promienie lub
gałka oczna jest zbyt długa i obraz ostry tworzy się w ciele szklistym przed siatkówką.
Natomiast na siatkówce tworzy się obraz nieostry. Refrakcja oka R < 0, ale jej wartości w
dwóch przekrojach głównych (południkowym i równoleżnikowym) R

1

i R

2

są taki same (R

1

=

R

2

). Wadę tą korygujemy uzbrajając oko w soczewki ujemne (rozpraszające).

W oku niemiarowym nadwzrocznym (dalekowzrocznym) układ optyczny zbyt słabo
załamuje promienie, które przecinają się za siatkówką. Na siatkówce tworzy się obraz
nieostry. Refrakcja oka R > 0, a jej wartości w przekrojach głównych są taki same. Wadę tą
koryguje się soczewkami dodatnimi (skupiającymi).
Wadą refrakcji jest również astygmatyzm (niezborność oka). Mówimy o nim, gdy rogówka
oka ma nierówne promienie krzywizny w dwu prostopadłych do siebie przekrojach.
Powoduje to, że obrazy utworzone przez obydwa przekroje główne oka są względem siebie
przesunięte. Oko z wadą astygmatyczną odbiera wrażenie zmiany ostrości linii przy zmianie
jej kierunku. Do usunięcia astygmatyzmu stosuje się soczewki toryczne (cylindryczne).
Wyróżniamy astygmatyzm:

¾ prosty, gdy R

1

= 0, a R

2

≠ 0:

• krótkowzroczny – w jednym przekroju głównym oko jest miarowe R = 0, a w drugim

refrakcja jest ujemna R < 0

5

• nadwzroczny - w jednym przekroju głównym oko jest miarowe R = 0, a w drugim

refrakcja jest dodatnia R > 0

¾ złożony, gdy R

1

≠ 0 oraz R

1

≠ R

2

:

• krótkowzroczny - refrakcja R w obu przekrojach głównych oka jest ujemna (R

1

<0,

R

2

<0; R

1

≠ R

2

)

• nadwzroczny - refrakcja R w obu przekrojach głównych oka jest dodatnia (R

1

> 0,

R

2

>0; R

1

≠ R

2

)

• mieszany – w jednym przekroju głównym oka refrakcja jest mniejsza, a w drugim

większa od zera (R

1

> 0, R

2

<0)

Sztywnienie soczewki ocznej z wiekiem powoduje zmniejszenie zakresu akomodacji.
Wynikiem tego, przy stałym położeniu punktu dalekiego D, punkt bliski B oddala się od oka,
np. dziecko punkt bliski ma w odległości kilku cm od oka, a człowiek 50-letni w odległości
ok. 50 cm. Jemu też nie wystarcza akomodacji do czytania (odległość dobrego widzenia
wynosi bowiem ok. 25 cm) i konieczna jest korekcja – stąd okulary do czytania. Proces
zmniejszania zakresu akomodacji nazywany jest starowzrocznością. Zasada korekcji
starowzroczności polega na dobraniu takiej soczewki okularowej, aby obraz punktu bliskiego
oka został utworzony przez tę soczewkę w odległości dogodnej do pracy, czytania itp.
Odległość ta jest zawarta między 0,25 i 0,5 m.
Wraz z wiekiem zanika zdolność do akomodacji oka, gdyż mięśnie rzęskowe mocujące
soczewkę pracują mniej wydajnie. Punkt bliży oka przesuwa się do punktu dali. Wtedy nie
możemy definiować akomodacji oka jako odwrotności odległości punktu dalekiego. Dlatego
operujemy pojęciem amplitudy akomodacji E określanej jako różnica między odwrotnością
odległości punktu dalekiego i punktu bliskiego:

E = 1 / s

D

– 1 / s

B

E - amplitudy akomodacji
s

D

– punkt dali oka

s

B

– punkt bliży oka

Przeanalizujmy dwa przypadki. Pierwszy dotyczy oka miarowego w wieku 50 lat. Wtedy
wartość s

D

= ∞, a s

B

= - 0,5. Drugi przypadek dotyczy oka w tym samym wieku obarczonego

refrakcją R = -10 D (wada krótkowzroczności) - s

D

= - 0,10 i s

B

= - 0,083. Zauważmy, że w

pierwszym przypadku odległość między punktami D i B jest nieskończenie wielka, a w
drugim przypadku wynosi 2 cm. Jeśli przeprowadzimy korekcję oka krótkowzrocznego
soczewką o zdolności skupiającej D

K

= - 10 D, to punkt daleki układu przesunie się do

nieskończoności, a punkt bliski przesunie się na odległość s

BK

= -0,5 m, czyli uzyskamy

sytuację przypadku pierwszego. Oba przypadki nie różnią się i wymagają do czytania korekcji
starowzroczności. W pierwszym przypadku do czytania zastosujemy soczewki o zdolności
skupiającej D

K

= + 1,5 D, co spowoduje przesunięcie punktu bliży na odległość 0,30 m (jedna

para okólarów). W drubim przypadku korekcja polegać będzie na zastąpieniu soczewki
skupiającej D

K

= - 10 D soczewką o D

K

= - 8,5 D, co również umożliwi przesunięcie punktu

bliży na odległość 0,30 m (dwie pary okularów).

W celu wywołania wrażenia wzrokowego do oka musi dotrzeć określona porcja energii
świetlnej, nie mniejsza od bezwzględnego progu czułości. W tym celu oko wykorzystuje
szerokie możliwości przystosowania do zmiennych warunków dzięki tzw. mechanizmom
adaptacyjnym. Zaliczamy do nich • zmianę średnicy źrenicy (przy intensywnym oświetleniu
średnica źrenicy ulega zwężeniu, co ogranicza do minimum zjawisko abberacji sferycznej –
promienie skrajne nie ulegają załamaniu na soczewce) oraz • przystosowanie się komórek

6

fotoczułych. Ustalono, że czopki są mało czułe na światło i dlatego informacje za ich pomocą
otrzymujemy przy dostatecznie obfitym oświetleniu. Mówimy wtedy o widzeniu fotopowym
(jasnym). Pręcik natomiast ulega wzbudzeniu już przez jeden foton. Dlatego pręciki
odpowiedzialne są za widzenie skotopowe (ciemne). Ponieważ poszczególna komórka
fotoczuła siatkówki nie jest wrażliwa na rozkład energii na jej powierzchni, więc wszystko
jedno, czy powierzchnia jest oświetlona światłem białym, czy nie. Dlatego też abberacja
chromatyczna nie ma większego wpływu na proces widzenia.

Odczuwanie trójwymiarowości przestrzeni nas otaczającej możliwe jest dzięki parze oczu
obserwujących ten sam obiekt, co zapewnia widzenie przestrzenne (stereoskopowe). Gdy
patrzy się na przedmiot bliski, osie gałek ocznych zwrócone są w kierunku tego przedmiotu,
zwanego punktem fiksacji. Obserwacji tego punktu, jak i przedmiotu oddalonego znacznie od
obserwatora, odpowiada akomodacja oczu warunkująca dobre widzenie oraz zbieżność gałek
ocznych, czyli konwergencja. Widzenie przestrzenne możliwe jest dzięki temu, że zbieżność
(konwergencja) osi oczu dla obiektów bliższych jest większa niż dla obiektów dalszych oraz
dlatego, że obraz widziany przez każde oko jest inny.
Miarą widzenia stereoskopowego γ jest bezwzględna różnica kątów widzenia, pod jakimi
każde z oczu widzi dwa przedmioty, które obserwator rozpoznaje jeszcze jako ustawione w
różnych odległościach od niego:

γ = | α

p

– α

l

|

α

p

– kąt, pod jakim widziany jest obiekt prawy

α

l

- kąt, pod jakim widziany jest obiekt lewy

OKO UZBROJONE – MIKROSKOPIA

Mikroskop to układ optyczny złożony z zestawu soczewek zbierających. Układy
funkcjonalne w mikroskopii to: oświetlacz, preparat, mikroskop i układ receptorowy:

• oświetlacz – formuje strumień światła podającego na preparat

• preparat – załamuje, odbija i pochłania strumień światła w sposób zależny od swojej

budowy

• mikroskop – powiększa obraz i zmienia strumień światła do postaci możliwej do

obserwacji

• układ receptorowy –rejestruje i analizuje informacje o budowie preparatu

Najpopularniejszym układem oświetleniowym jest układ Köhlera składający się ze źródła
światła, kolektora, przesłony polowej, przesłony aperturowej, kondensora oraz ewentualnie
elementu kierującego światło, np. lusterka. Układ ten zestawiony jest w ten sposób, że
kolektor tworzy obraz źródła światła w płaszczyźnie przesłony aperturowej, a kondensor
tworzy obraz przesłony polowej w płaszczyźnie preparatu. Nadto przesłona aperturowa jest
umieszczona w płaszczyźnie ogniskowej przedmiotowej kondensora.
Podstawowym zadaniem mikroskopu jest utworzenie powiększonego obrazu przedmiotu.
Powiększenie mikroskopu definiujemy jako iloczyn powiększenia obiektywu i okularu lub
jako iloczyn odwrotności ich ogniskowych.

P = P

ob

• P

ok

= 0,25 • l / f

ob

• f

ok

P

ob

, P

ok

– powiększenie odpowiednio obiektywu i okularu

f

ob

, f

ok

– ogniskowe odpowiednio obiektywu i okularu

7

l– długość tubusu w metrach
Parametrem wpływającym na jakość widzenia jest zdolność rozdzielcza – zdolność
rozróżniania dwóch blisko leżących punktów jeszcze jako oddzielnych. Matematycznie
zdolność rozdzielczą mikroskopu określa wzór Abbego:

d = λ / A – dla prostopadłego oświetlenia preparatu

lub

d = λ / 2A – dla oświetlenia wiązką skośną

d – zdolność rozdzielcza mikroskopu
λ – długość fali świetlnej
A – apertura numeryczna (liczbowa) obiektywu

Apertura numeryczna wyraża zdolność układu optycznego do przyjmowania strumienia
światła i wyraża się wzorem:

A = sin u • n

sin u – sinus połowy kąta aperturowego
n – współczynnik załamania światła w środowisku pomiędzy preparatem a obiektywem

Kąt aperturowy to kąt zawarty pomiędzy skrajnymi promieniami światła biegnącego od
oglądanego przedmiotu do soczewki obiektywu.
Aby zwiększyć zdolność rozdzielczą należy zmniejszyć długość fali świetlnej w układzie
oświetlającym lub zwiększyć aperturę numeryczną poprzez wypełnienie przestrzeni między
obiektywem a preparatem płynem o współczynniku wyższym od wartości załamania światła
w środowisku suchym i zbliżonym do współczynnika załamania światła preparatu (n = 1,33 –
1,4). Zastosowanie praktyczne tego zjawiska nosi nazwę immersji.

Rodzaje mikroskopów:

• świetlny – stosuje się tu fale z zakresu widzialnego (d = 0,3 µm), ale także światło o

innej długości fali, np. niebieskie (d = 0,17 µm).

• z ciemnym polem widzenia – pole widzenia jest ciemna, a obserwowane obiekty

jasne, świecące, dzięki czemu są widoczne. Stosuje się tu immersję, a zdolność
rozdzielcza d wynosi 0,2 µm. Służy do obserwacji żywych bakterii, np. krętków.

• kontrastowo-fazowy – stosowany do obserwacji obiektów niezdolnych do absorpcji

światła, a zmieniające jedynie jego fazę, zdolność rozdzielcza d wynosi 0,05 µm.
Mikroskop ten znalazł zastosowanie w obserwacji ruchliwości obiektów
biologicznych.

• ultrafioletowy – wykorzystano tu właściwości pochłaniania przez struktury

komórkowe tej części widma promieniowania. Jako źródło światła stosuje się lampy
rtęciowo-kwarcowe a części optyczne wykonane są z kwarcu. Zdolność rozdzielcza d
wynosi 0,1 µm. Głównie stosowany w immunologii.

• fluorescencyjny (luminescencyjny) – polega na wywołaniu świecenia, fluorescencji

naturalnej lub sztucznej (wtórnej po barwieniu lub znakowaniu preparatu) preparatów
oświetlanych promieniami ultrafioletowymi. Stosowany jest głównie w serologii
(odczynach immunofluorescencji).

• polaryzacyjno-interferencyjny – służy do obserwacji preparatów fazowych i

pochłaniających światło. Wiązka światła ulega tu rozdwojeniu i przesunięciu
fazowemu na pryzmacie oraz polaryzacji. Po przejściu przez preparat fale interferują
ze sobą tworząc obraz interferencyjny stwarzający wrażenie obrazu przestrzennego.
Zdolność rozdzielcza d wynosi 0,1 µm.

8

• elektronowy transmisyjny – zamiast światła widzialnego wykorzystuje się wiązkę

elektronów oraz zamiast okularu, obiektywu i kondensatora trzy elektromagnesy
nadające elektronom właściwy tor przebiegu. Zdolność rozdzielcza mikroskopu
elektronowego wynosi 4-10 Å (angstrom), a jego powiększenie od kilkunastu tysięcy
do milionów razy, wliczając w to również powiększenie zdjęcia na kliszy
fotograficznej. Wykorzystywany do obserwacje organelli komórkowych, wirusów.

• elektronowy skaningowy – emitowane elektrony nie przechodzą przez obserwowany

obiekt ale ulegają odbiciu. Zdolność rozdzielcza tego mikroskopu wynosi 0,02 µm a
powiększenie 15 000-50 000 razy. Stosowany do obserwacji powierzchni i struktury
komórek.

9