PROCES WIDZENIA / biofizyka procesu widzenia
Budowa gałki ocznej
Średnica 24mm
Ściana gałki ocznej składa się z 3 warstw:
-twardówki
-naczyniówki
-siatkówki
Twardówka- nieprzeźroczysta błona zanikająca, przechodząca z przodu w rogówkę, zbudowaną z pięciu warstw, obficie unerwioną, nie zawierającą naczyń krwionośnych i limfatycznych, odżywianą przez łzy i ciecz wodnistą z przedniej komory oka. Rogówka stanowi pierwszą część układu optycznego oka
Oko
Budowa układu optycznego oka zależy od:
-wielkości źrenicy
-ośrodków przeziernych( rogówka, ciecz wodnista, soczewka, ciało szkliste, siatkówka)
[tu zachodzi absorpcja 50% energii oraz zawężenie pasma długości fali (400-750nm)]
Po usunięciu soczewki dolna granica obniża się do 290nm
Główna oś optyczna oka przebiega przez środki rogówki i soczewki do siatkówki.
Oś widzenia to prosta przechodząca przez środek soczewki i dołek środkowy plamki żółtej
Soczewka- bryła z przezroczystego materiału ograniczona dwiema powłokami sferycznymi o promieniach krzywizny
Akomodacja oka
To zmienna zdolność skupiająca oka, przy praktycznie stałej odległości układu optycznego umożliwia tworzenie na siatkówce obrazu przedmiotów bliskich i dalekich
Gałkę oczną na kształt pierścieni opasuje ciało rzęskowe z jego główną częścią- mięśniem rzęskowym
Skurcz mięśnia- napięcie wiązadeł(soczewka bardziej wypukła)
Rozkurcz mięśnia- zmniejszenie napięcia wiązadeł
zdolność skupiająca przedniej i tylnej powierzchni rogówki wynosi -38.3 i + 5.1 D
zdolność skupiająca przedniej i tylnej powierzchni soczewki wynosi 7.4 i 12.3 D
Zdolność skupiająca układu optycznego jest sumą wszystkich zdolności skupiających i wynosi + 63 D (rogówka 43D i soczewka 20D) przy nie napiętych mięśniach rzęskowych
Siatkówka
Warstwa ściśle przyległa do naczyniówki. Jej grubość wynosi 0.2mm. Jest zbudowana z kilku warstw komórek:
-fotoreceptorów (czopków i pręcików)
-dwubiegunowych
-zwojowych
-włókien nerwowych
Centralna część siatkówki- obszar najostrzejszego widzenia (znajduje się w niej plamka żółta w której jest zagłębienie(dołek środkowy-składa się tylko z czopków 160.000mm2 ) pręciki umiejscowione są na obwodowej części dołka środkowego.
Część obwodowa jest mniej wrażliwa
Tarcza nerwu wzrokowego jest całkowicie niewrażliwa
Czułość fotoreceptora
Fotoreceptor elementarny- fotoreceptor z własnym odprowadzeniem nerwowym
Fotoreceptory peryferyjne- na jedno odprowadzenie nerwowe przypada ich kilka
Czopki- są mało wrażliwe na światło, informację za ich pomocą otrzymujemy przy bardzo dużym oświetleniu (widzenie jasne-fotopowe)
Pręciki- są wrażliwe na światło, informację za ich pomocą otrzymujemy przy małym natężeniu światła( widzenie ciemne-skotopowe)
Funkcje siatkówki
zachodzi w niej przemiana energii kwantów promieniowania widzialnego w impuls nerwowy
występuje w niej połączenie wszystkich procesów widzenia
Budowa czopków i pręcików
Pręcik- wysmukły kształt, długość 40μm, średnica 1μm
Segment zewnętrzny- 1000-2000 dysków, około 40mln cząsteczek rodopsyny(białko wyspecjalizowane w odbieraniu fotonów)
Segment wewnętrzny- rybosomy i mitochondria, poniżej jądro, obok elementu presynaptycznego w którym są liczne pęcherzyki synaptyczne. Segment zewnętrzny i wewnętrzny jednoczy połączenie rzęskowe
Czopek- 3x10-6 - trzy typy wrażliwości na barwy (kolory RGB)
Pręcik- 1.2 x 109 - nie rozróżnia barw
Właściwości optyczne rodopsyny
Rodopsyna 280nm i 500nm
11cis-retinal 359nm
Opsyna 280nm
Intermediaty fotolizy rodopsyny(przemiana rodopsyny)
Retinal- pod wpływem absorpcji światła 11cis-retinal przekształca się w całowicie-trans retinal
Zdolność rozdzielcza oka i próg czułości
W celu wywołania wrażenia wzrokowego do oka musi dotrzeć określona porcja energii świetlnej nie mniejsza niż bezwzględny próg czułości
Próg czułości oka jest funkcją czasu, który upłynął od jego oświetlenia
Siatkówka
Każdy z czopków łączy się poprzez komórki dwubiegunowe (HCB i DCB) z oddzielnymi komórkami zwojowymi, przy czym DCB łączą się z komórkami amakryowymi
Pręciki łączą się z komórkami dwubiegunowymi (RB) które po pobudzeniu ulegają depolaryzacji. Komórka dwubiegunowa pręcika łączy się z komórką amakrynową. Depolaryzacja komórki amakrynowej wywołuje aktywację komórek zwojowych
Odpowiedź komórek zwojowych na pobudzenie światłem
Każdej komórce zwojowej odpowiada obszar
siatkówki zwany polem recepcyjnym danej komórki zwojowej. Jest on podzielony na 2 strefy: centrum i otoczenie
komórki zwojowe ON-G ( on centrum) są pobudzane gdy światło pada na obszar centrum, a sa hamowane, gdy pada na obszar otoczenia
komórki zwojowe OFF-G ( off centrum) ulegają hamowaniu przy oświetleniu centrum
Gdy światło pobudza centrum, sygnał przekazywany jest kom. dwubiegunowym i zwojowym
Gdy światło pobudza otoczenie, sygnał przekazywany jest kom. horyzontalnym i amakrynowym
Mechanizm widzenia. Transport jonów w pręciku
Systemy transportu:
- kanał zależny od cGMP
- wymiennik Na+/Ca2+, K+
- pompa Na+/K+
Transport jonów
• Kanały aktywowane przez cGMP (w ciemności) Na+ i Ca2+ do środka (podwyższony poziom Ca2+ - hamuje cyklazę cGMP, a obniżenie stężenia Ca2+ aktywuje cyklazę)
• Wymiennik - transportuje K+ i Ca2+ na zewnatrz, a Na+ do srodka
• W ciemności - stężenie cGMP jest duże i kanały kationowe są otwarte
• Pod wpływem światła - stężenie cGMP obniża się, kanały kationowe są
zamknięte i zmniejsza się dopływ Na+ i Ca2+ , podwyższa się ładunek ujemny
w pręciku i błona zewnętrznego segmentu ulega hiperpolaryzacji
Mechanizm widzenia Transport jonów w pręciku
W ciemności
* Na+ są transportowane do wnętrza pręcika przez otwarte kanały zależne od cGMP, a wraz z nimi Ca2+, które po przekroczeniu odpowiedniego stężenia, hamują cyklazę guanylową
* K+ są wyrzucane przez wymiennik na zewnątrz
Światło
* Kanały zależne od cGMP zamknięte, wpływanie Na+ zmniejsza się, a błona ulega hiperpolaryzacji.
* Sygnał ten zostaje przekazany do presynaptycznego elementu komórki i przez synapsę przeniesiony do neuronów siatkówki.
ZWOJOWYM, GDY
OTOCZENIE - K. Białka G
* Heterodimeryczne- α, β, γ
* Homologiczne białka G - Gs, Gi, Go, Gt
* Transducyna, która sprzęga rodopsynę z fosfodiesterazą GMP i fosfolipazą A jest białkiem Gt
Sygnały z rodopsyny przekazywane są przez:
- efektory pośrednie - fosfodiesteraza GMP, fosfolipaza A
- efektory docelowe - kanały jonowe i translokazy
Absorpcja fotonu powoduje przejscie R w R*
R* oddziałuje z transducyną, która ulega dysocjacji
Podjednostka a transducyny aktywuje fofodiesteraze GMP i stężenie cGMP maleje
R* ulega fosforylacji i wiąże się z arestyną, która ją inaktywuje
Kanały kationowe zostają zablokowane
Maleje przepuszczalność dla Na+ i Ca2+ i spada stężenie Ca2+ , a to aktywuje cyklazę guanylową
Podwyższone stężenie cGMP - otwiera kanały
Widzenie barw
Molekularne procesy fotorecepcji zachodzące w oku pozwalają na złożenie dowolnej barwy z trzech podstawowych barw
Teoria Younga-Helmholtza: trzy barwy podstawowe
R- czerwona
G- zielona
B- niebieska
Trzy podstawowe typy czopków(RGB) reagują na impuls światła o szerokim zakresie widma ale ich wrażliwość jest największa w wąskim zakresie λ
Widzenie barw wynika z działania trzech bodźców świetlnych: podstawowe 3 barwy pochodzą odpowiednio z krótkofalowego, długofalowego i środkowego obszaru widma.
Widzenie przestrzenne (stereoskopowe)
Trójwymiarowość jest możliwa dzięki temu, że ten sam przedmiot obserwuje para oczu
Obraz widziany przez każde oko jest inny
Pozorna ocena przestrzeni patrząc jednym okiem jest możliwa gdy:
przedmioty bliższe przesłaniają dalsze
powstają cienie
odległe przedmioty są zamglone
podczas ruchu bliższe przedmioty przesuwają się szybciej
Miarą widzenia stereoskopowego jest bezwzględna różnica kątów widzenia pod jakimi dane oko widzi dany przedmiot.