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)

1. Trójwymiarowość jest możliwa dzięki temu, że ten sam przedmiot obserwuje para oczu

2. 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.

---