Zmysł wzroku, optyka

widzenia, funkcja siatkówki

Dariusz Nowak
Zakład Fizjologii Klinicznej
UMed Łódź

Podstawowe prawa optyki

• Współczynnik załamania: Vświatła w

powietrzu = 300 000 km/s, Vświatła w
pewnym gatunku szkła = 200 000 km/s

• Współczynnik załamania tego szkła =
300 000:200 000 = 1.5
• Załamanie światła na granicy ośrodków
• Równanie soczewki 1/f= 1/x + 1/y

Light rays entering a glass surface perpendicular to the light rays
(A) and a glass surface angulated to the light rays (B). This figure

demonstrates that the distance between waves after they enter

the glass is shortened to about two thirds that in air. It also shows

that light rays striking an angulated glass surface are bent.

Bending of light rays at each surface of a concave

spherical lens,showing that parallel light rays are

diverged

Bending of light rays at each surface of a convex spherical

lens,showing that parallel light rays are focused to a focal

point.

A, Point focus of parallel light rays by a spherical convex lens.

B, Line focus of parallel light rays by a cylindrical convex lens.

A, Focusing of light from a point source to a line focus by a cylindrical

lens. B, Two cylindrical convex lenses at right angles to

each other, demonstrating that one lens converges light rays in

one plane and the other lens converges light rays in the plane at

a right angle. The two lenses combined give the same point focus

as that obtained with a single spherical convex lens.

The two upper lenses of this figure have the same focal length,

but the light rays entering the top lens are parallel, whereas those

entering the middle lens are diverging; the effect of parallel versus

diverging rays on the focal distance is shown. The bottom lens

has far more refractive power than either of the other two lenses

A, Two point sources of light focused at two separate points on

opposite sides of the lens. B, Formation of an image by a convex

spherical lens.

Zdolność skupiająca

soczewki

• Wyrażana w dioptriach (D)
• D=1/f dla f = 1m (soczewka skupiająca)

d=1m

-1

(+ 1 dioptria)

• Soczewka skupiająca f=0.1 m , D=1/0.1m=

+10m

-1

• Dla s. rozpraszającej D przyjmuje wartości

ujemne

• Dwie soczewki rozpraszająca (-1D) i

skupiająca(+1D) ustawione blisko siebie w

jednej osi – znoszą wzajemnie swoje

działanie

Effect of lens strength on the

focal distance

Oko jako aparat

fotograficzny

• Układ soczewek
• Zmienna przesłona – źrenica
• Film – siatkówka
• Układ soczewek oka – 4 granice ośrodków
1. powietrze/rogówka
2. rogówka/ciecz wodnista
3. Ciecz wodnista/soczewka
4.soczewka/ciało szkliste

Wypadkowe oko (reduced eye)

• Układy załamujące rozpatrujemy jak 1 soczewkę
• Jest oddalona od siatkówki o 17 mm i ma +59 D
• 2/3 zdolności daje przednia powierzchnia rogówki

(nie soczewka !, dlaczego)

• Soczewka daje tylko ok.. +20 D
• Znaczenie soczewki – pod wpływem sygnałów z

mózgu jej krzywizna zmienia się i zamienia się
zdolność skupiająca – Akomodacja

The eye as a camera. The numbers are the

refractive indices.

Mechanizm akomodacji

• Dziecko – zdolność skupiająca soczewki może wzrosnąć

(zależnie od woli) od +20 do +34 D , różnica = +14 D jest
to wynik akomodacji

• Młoda osoba – soczewka ma elastyczną torebkę w której

jest przejrzysty płyn, elastyczność torebki powoduje że
soczewka jest b. sferyczna, ma dużą zdolność skupiającą.
Przeciwdziałają temu więzadła ,których napięcie spada gdy
kurczy się mięsień rzęskowy (ciliary muscle)

• Skurcz mięśnia rzęskowego→zmniejszenie napięcia

więzadeł → soczewka bardziej sferyczna →większa zdolność
skupiająca = akomodacja

• Kierują tym włókna przywspółczulne (III n. czaszkowy) z

jądra z pnia

Mechanism of accommodation (focusing).

Akomodacja

• Przedmiot zbliża się do oka – chcemy widzieć go

cały czas „ostro”

• 1/f = 1/x +1/y
x- odległość obrazu od soczewki (stała)
f- ogniskowa ukł. optycznego oka
y- odległość obrazu od oka
Gdy przedmiot zbliża się to suma po stronie prawej

rośnie, dlatego, by zachować równanie ogniskowa
soczewki (układu skupiającego oka) musi zmaleć ,
musi się skurczyć miesień rzęskowy i zwiększa się
krzywizna soczewki

Akomodacja

• Z wiekiem soczewka (torebka) jest mniej elastyczna

(postępująca denaturacja białek, sama soczewka
staje się większa i grubsza) – siła akomodacji maleje

• Dziecko 14 D
• 45-50 lat 2 D
• 70 lat 0 D
w wieku 70 lat soczewka nie ma zdolności akomodacji „

presbyopia” (starczowzroczność)

By dobrze widzieć z bliska i z daleka trzeba nosić

okulary dwuogniskowe – górna część na odległe,
dolna na bliskie przedmioty (czytanie)

Średnica źrenicy

• Regulacja ilości wchodzącego do oka

światła (ciemność, duża jasność)

• Φ – może zmienić się 0d 1.mm do 8 mm,

30-krotne zmiany natężenia wchodzącego
światła

• Im węższa źrenica tym oko ma większą

głębię ostrości – ważne dla ostrego
widzenia (ograniczenie aberracji
sferycznej) , kompensacja słabej
akomodacji

Effect of small (top) and large (bottom) pupillary

apertures on“depth of focus.”

Wady refrakcji

• Emmetropia (normal vision) –równoległe promienie z

odległego źródła są ostro skupiane na siatkówce gdy
mięsień rzęskowy jest całkowicie rozluźniony, wszystkie
odległe obiekty są dobrze widoczne przy rozluźnionym m.rz.

• Hyperopia (Farsightedness, dalekowzroczność), oko za

krótkie, lub rzadziej układ skupiający oka za słaby. W
młodości można to kompensować akomodacją

• Myopia (Nearsightedness) za długa gałka oczna, rzadziej za

bardzo skupia układ optyczny oka. Nie ma mechanizmu
kompensacyjnego (osłabiającego zdolność skupiającą).
Widzi lepiej (ostro) z bliska.

• Korekcja wad za pomocą soczewek.

Parallel light rays focus on the retina in emmetropia, behind

the

retina in hyperopia, and in front of the retina in myopia

Correction of myopia with a concave lens, and correction of

hyperopia

with a convex lens.

Astygmatyzm

• Różnice w krzywiźnie rogówki w

rożnych płaszczyznach- obrazy
zależnie od płaszczyzny powstają w
rożnej odległości

• Nie można skompensować

akomodacją (bo działa tak samo we
wszystkich płaszczyznach)

• Korekta –soczewki cylindryczne

Astigmatism, demonstrating that light rays focus at one focal

distance

in one focal plane (plane AC) and at another focal distance

in the plane at a right angle (plane BD).

Wady refrakcji

• Soczewki kontaktowe – znoszą

całkowicie załamanie promieni na
przedniej powierzchni rogówki - bo
n

łez

i n

rogówki

jest prawie taki sam

• Można korygować wady związane z

wybrzuszeniami rogówki -
keratocontus

Katarakta

• W wieku podeszłym
• Zmętnienie soczewki – białka

denaturują i koagulują – tworzą się
obszary słabo- lub nieprzezierne dla
promieni

• Usunąć chirurgicznie soczewkę

(korekta odpowiednie okulary lub
wszczepić sztuczną soczewkę)

Ostrość wzroku- zdolność rozdzielcza

• Plamka żółta
• Φ – czopka – 1.5 µM , najbardziej skupiony obraz

punktu świecącego na siatkówce ma Φ =11µM

jest to plamka w środku jaśniejsza a na brzegach

zacieniona, dlatego też rozróżniamy 2 punkty jeśli

ich centra na siatkówce są oddalone o ~ 2 µM

• Odpowiada to odległości kątowej oglądanych 2

punktów ~ 25 sek.

• Poza plamką ż. (Φ= 0.5 mm) zwłaszcza na

peryferiach zdolność rozdzielcza jest ok.. 10X

mniejsza, bo coraz więcej czopków i pręcików jest

z jednym włóknem nerwu wzrokowego

Maximum visual acuity for two point sources of light

Zdolność określania odległości obiektu od oka –

„percepcja głębi”

• Trzy mechanizmy:
• 1. Rozmiary obrazów znanych obiektów na siatkówce –

odbywa się automatycznie w sposób nie uświadomiony
(mózg na podstawie poprzednich doświadczeń jest
wyuczony

• 2. zjawisko ruchomej paralaksy (wystarczy jedno oko) – oko

(oczy) nieruchome, ruszamy głową, bardziej przesuwa się
ten przedmiot co jest bliżej

• 3. zjawisko stereoskopii (obuocznej paralaksy) – w rożnych

miejscach obrazy na siatkówce, nie działa gdy patrzymy
jednym okiem i gdy przedmioty są w odległości > niż 50-
200 stóp

Perception of distance (1) by the size of the image

on the retina and (2) as a result of stereopsis.

Płyn wewnątrzgałkowy

• Oko wypełnione płynem – zapewnia ciśnienie i

prawidłowe wymiary/kształt

• Aqueous humor (ciecz wodnista) – przed

soczewką – (konsystencja płynu) , równowaga
dynamiczna miedzy tworzeniem a reabsorbcją →
utrzymanie prawidłowego ciśnienia i objętości w
gałce ocz.

• Vitreous humor (body) ciecz (ciało) szkliste –

między siatkówka a tyłem soczewki – żelowata
masa (cząsteczki proteoglikanów)

Formation and flow of fluid in the eye.

Ciecz wodnista

• Sekrecja 2 do 3 µL/ min – do przestrzeni za

tęczówką

• Wydzielany z wyrostków rzęskowych (z ciała

rzęskowego) – pofałdowane – duża relatywnie
powierzchnia sekrecji (~ 6 cm

2

)

• Aktywny proces – wydzielanie Na

+

, Cl

-

, HCO

3-

, to

ciągnie wodę a przy tym wydzielane są
substancje odżywcze : aminokwasy, glukoza i
witamina C

• Przeciętne ciśnienie śródgałkowe ~ 15 mmHg, 12-

20 mmHg

Anatomy of the ciliary processes. Aqueous humor is

formed on surfaces.

Anatomy of the iridocorneal angle, showing the system for

outflow

of aqueous humor from the eyeball into the conjunctival veins.

Ciśnienie śródgałkowe

• Stałe w prawidłowym oku 15±2 mmHg
• Zależy głownie od odpływu płynu do kanału

Schlemm’a

• Gdy jest krwotok śródgałkowy lub infekcja → rożne

szczątki (np. komórkowe) zatykają odpływ (miedzy

przestrzeniami beleczkowatymi) rośnie ciśnienie →

jaskra (glaukoma). Inna przyczyna zwłóknienie

• Zabezpieczenie – tam jest dużo fagocytów które

oczyszczają odpływ

• Jaskra – najczęstsza przyczyna ślepoty (leczenie

farmakologiczne lub operacyjne)

• Wzrost ciśnienia – ucisk nerwu wzrokowego , naczyń

siatkówki