BUDOWA NARZĄDU WZROKU CZŁOWIEKA I MECHANIZM JEGO DZIAŁANIA

Środowisko wewnętrzne i zewnętrzne ulega ciągłym zmianom. Aby organizm mógł sprawnie funkcjonować w zmieniającym się otoczeniu, musi odbierać sygnały informujące o stanie środowiska i samego organizmu. Zdolność do odbierania i przetwarzania bodźców na sygnały zrozumiałe dla komórek nerwowych jest bardzo ważna, gdyż umożliwia odpowiednie zachowanie się organizmu. Za wykrywanie informacji o zmianach środowiska odpowiedzialne są receptory sensoryczne, inaczej czuciowe. Obecność określonych rodzajów receptorów sensorycznych decyduje o tym, jakie bodźce będą przez dany organizm odbierane i tym samym będą umożliwiały mu rejestrowanie zmian środowiska. Do receptorów czuciowych zalicza się: mechanoreceptory, chemoreceptory, termoreceptory, elektroreceptory oraz fotoreceptory. Każdy rodzaj przetwarza inny typ energii pochodzącej ze środowiska, a więc odbiera różne bodźce. W połączeniu z innymi komórkami receptory czuciowe tworzą narządy zmysłów. Różnorodność narządów zmysłów spotykanych u zwierząt na świecie jest ogromna. Wynika to z różnic trybu i środowiska życia tych organizmów. Istnieje 5 zmysłów: wzrok, słuch, węch, smak oraz dotyk, choć neurobiologowie zaliczają do nich jeszcze zmysł równowagi. U każdego organizmu inny zmysł może odgrywać kluczową rolę w poznawaniu świata. Człowiek należy do wzrokowców, więc w wykrywaniu zmian środowiska w szczególności będzie korzystał z narządu wzroku, czyli oczu. Organizm ludzki posiada zdolność do widzenia trójbarwnego oraz stereoskopowego, co daje mu możliwości dokładnego obserwowania zmian zachodzących w środowisku. Dwuoczne (binokularne) widzenie stanowi podstawę do precyzyjnego określenia odległości i głębokości. Oczy zaliczane są do fotoreceptorów, ponieważ są przystosowane do odbierania bodźców w postaci energii świetlnej. Odbieranie i przetwarzanie bodźców świetlnych zapewnia m.in. odpowiednia budowa oczu. Gałka oczna jest przyczepiona do oczodołu kostnego za pomocą sześciu mięśni, dzięki którym oko może się poruszać. Narząd wzroku człowieka zbudowany jest z trzech warstw: twardówki, naczyniówki i siatkówki.

Pierwsza z nich, zwana inaczej białkówką, stanowi najbardziej zewnętrzną otoczkę. Jest to gruba, sztywna i nieprzezroczysta warstwa tkanki łącznej, która ochrania wewnętrzne struktury oka, utrzymuje jego kształt oraz stanowi miejsce przyłączenia mięśni gałki ocznej. W przedniej części oka twardówka tworzy rogówkę. W porównaniu z białkówką jest ona cieńsza i przezroczysta. Jej zewnętrzną warstwę stanowi warstwa nabłonka, spojówka. Przechodzące przez rogówkę światło ulega refrakcji, dlatego pełni ona funkcję stałej soczewki skupiającej światło.

Następna cienka warstwa – naczyniówka - zaopatruje siatkówkę w krew, a jej komórki zawierają czarny barwnik, który absorbuje światło. Obecność pigmentu uniemożliwia odbicie i rozproszenie światła w gałce ocznej, a więc powstawanie nieostrych obrazów. Naczyniówka w przedniej część oka tworzy ciało rzęskowe i tęczówkę. Ciało rzęskowe jest zbudowane z mięśnia rzęskowego i wyrostków rzęskowych. Wyrostki wydzielają płyn wodnisty, natomiast mięsień rzęskowy odpowiada za akomodację oka, czyli zmianę kształtu soczewki. Skurcz tego mięśnia powoduje, że soczewka przyjmuje okrągły kształt, co umożliwia ostre widzenie przedmiotów znajdujących się blisko. Z kolei w wyniku rozkurczu mięśnia rzęskowego soczewka staje się płaska i uzyskujemy ostry obraz oddalonych przedmiotów. Torebkę soczewki i ciało rzęskowe łączy więzadło soczewki zbudowane z wielu cienkich włókien obwódki rzęskowej. Tęczówka jest błoną, która otacza centralny otwór, przez który światło wpada do wnętrza oka, czyli źrenicy. Przyjmuje różne barwy (niebieską, zieloną, szarą lub brązową) w zależności od ilości i rodzaju barwnika, który zawiera. Dzięki obecności w tęczówce dwóch antagonistycznych wewnątrzocznych mięśni może ona regulować wielkość otworu źrenicy. Tuż za siatkówką położona jest soczewka. Ta przezroczysta elastyczna kula dzieli oko na dwie części. Przednią komorę oka wypełnia przezroczysty płyn wodnisty, natomiast tylną komorę oka stanowi bardziej lepkie ciało szkliste. Płyny zapewniają utrzymanie kształtu i odpowiedniego ciśnienia wewnątrz gałki ocznej. Soczewka w ludzkim oku ma średnicę 9 mm, jest to struktura odpowiedzialna za załamywanie światła wpadającego przez źrenicę. Dodatkowa refrakcja zachodzi na rogówce oraz w płynie gałki ocznej.

Ostatnia, najbardziej wewnętrzna warstwa oka to siatkówka, inaczej retina. Składa się ona z 10 warstw, jest przezroczysta i wrażliwa na światło. Siatkówka zbudowana jest z fotoreceptorów (warstwa ziarnista zewnętrzna), z interneuronów siatkówkowych, komórek dwubiegunowych, poziomych i amakrynowych (warstwa ziarnista wewnętrzna) oraz komórek zwojowych (warstwa zwojowa). Połączenie między poszczególnymi warstwami komórek siatkówki stanowią dwie warstwy splotowe. Fotoreceptory podzielone zostały na dwa rodzaje, są to komórki pręcikowe i czopkowe. Człowiek posiada ok. 125 mln pręcików i 6,5 mln czopków. Pręciki zlokalizowane są na całym obszarze siatkówki, ale liczniej występują na jej obrzeżach. Nie są wrażliwe na kolory, jednak umożliwiają nam widzenie kształtów i ruchu przy słabym oświetleniu. Jest to tzw. widzenie skotopowe. Gdy światło jest intensywne (np. dzienne) komórki pręcikowe przestają reagować, ale za to komórki czopkowe stają się aktywne i umożliwiają widzenie fotopowe. Największe zagęszczenie komórek czopkowych występuje w plamce żółtej w centralnej części siatkówki, stąd widzenie jest tam najostrzejsze. Z kolei miejscem na siatkówce, w którym nie powstaje obraz, jest plamka ślepa znajdująca się w miejscu, z którego nerw wzrokowy wychodzi z gałki ocznej, ponieważ nie znajdują się tam żadne fotoreceptory. Komórki czopkowe umożliwiają widzenie barw, dlatego wyróżnia się trzy rodzaje, z których każdy najlepiej odbiera fale świetlne o różnej długości, niebieskie, zielone i czerwone. Oznacza to, że każda komórka czopkowa absorbuje wszystkie długości fali, jednak typ określa, na które światło dana komórka jest najbardziej wrażliwa.

Aby mózg mógł wytworzyć obraz, energia świetlna odbierana przez fotoreceptory musi być zamieniona na impulsy nerwowe. Ważną rolę w tym procesie odgrywają barwniki wzrokowe zawarte w komórkach wzrokowych, które służą do absorpcji energii świetlnej. U człowieka funkcję fotopigmentu pełni rodopsyna, która pod wpływem światła ulega przemianom chemicznym i dzięki temu umożliwia powstanie potencjału receptorowego. Rodopsyna (czerwień wzrokowa) składa się z białka opsyny połączonego z grupą prostetyczną retinalem - aldehydem witaminy A. Retinal występuje w dwóch odmianach: w ciemności w postaci izomeru cis, a w świetle w postaci trans. W ciemności obecność cyklicznego monofosforanu guanozyny sprawia, że kanały sodowe w komórkach pręcikowych otwierają się, co wywołuje depolaryzację fotoreceptorów. Jednocześnie zostaje uwalniany neuroprzekaźnik, glutaminian, który powoduje hiperpolaryzację błony komórki dwubiegunowej. Informacja nie zostaje więc przekazana dalej. Pod wpływem światła zachodzi transdukcja energii na impulsy nerwowe. Następuje aktywacja rodopsyny. Zmiana w trans retinol powoduje rozpad cząsteczki rodopsyny i zmianę jej kształtu. Umożliwia to związanie się jej z białkiem G, transducyną i w konsekwencji wywołuje redukcję stężenia cyklicznego monofosforanu guanozyny, gdyż ten jest hydrolizowany przez esterazę aktywowaną przez transducynę. Kanały jonowe zamykają się, komórka pręcikowa ulega hiperpolaryzacji i uwalnia mniejszą ilość neuroprzekaźnika. Komórki dwubiegunowe ulegają wtedy depolaryzacji, a uwolnione neuroprzekaźniki stymulują dalsze komórki do przekazywania informacji.

W komórkach siatkówki rozpoczyna się wstępna integracja sygnałów informujących o powstającym obrazie, ale jego interpretacja odbywa się dopiero w mózgu. Informacja biegnie z pręcików i czopków przez komórki dwubiegunowe prosto do komórek zwojowych, których aksony tworzą nerw wzrokowy. Nerwem tym impulsy elektryczne zostają przekazane wprost do odpowiedniego ośrodka w mózgu. W siatkówce występują również komórki horyzontalne (boczne) i amakrynowe, które odgrywają ważną rolę w procesie konstruowania obrazu w siatkówce. Sygnały mogą trafić do komórek bocznych z fotoreceptorów, a do amakrynowych z komórek dwubiegunowych. Oba rodzaje komórek mogą hamować sygnały docierające do komórek zwojowych, co umożliwia integrację boczną informacji. Pobudzenie lub zahamowanie komórek zwojowych zależy od tego, czy zostanie ona pobudzona czy też nie. Światło musi zadziałać na pole recepcyjne (grupę fotoreceptorów) komórki zwojowej, aby mogły one wygenerować potencjał czynnościowy i przetransmitować sygnały do mózgu.

Nerwy wzrokowe z obydwu oczu tworzą w u podstawy podwzgórza skrzyżowanie wzrokowe, w którym pewne aksony krzyżując się, trafiają do przeciwległych obszarów w mózgu. Sygnały są przetwarzane w pierwotnej korze wzrokowej i dalszych obszarach korowych, jednak aby mogły tam trafić, muszą przejść przez ciała kolankowate boczne wzgórza. Są to miejsca, w których znajdują się zakończenia aksonów nerwów wzrokowych i tam właśnie odbywa się kontrola impulsów, które mają trafić do kory wzrokowej w płacie potylicznym mózgowia. Mechanizm interpretacji obrazów w mózgu jest niezwykle skomplikowany i neurobiolodzy nie poznali go jeszcze dokładnie. Wiadomo, że impulsy trafiają do kory wzrokowej z jednego punktu siatkówki przez kilka typów komórek zwojowych oraz że neurony w korze są ułożone w kolumnach. Każdy typ komórek zwojowych transmituje inne właściwości bodźców świetlnych, a poszczególne kolumny reagują na sygnały światła pochodzące z określonego kierunku, jednak transmitowane są z różnych obszarów siatkówki. Ważne jest, aby narząd wzroku działał prawidłowo, gdyż jest on głównym narządem zmysłu u człowieka. Zdarza się jednak, że mechanizm powstawania obrazu zostaje zaburzony w wyniku różnych wad.

Jedną z najczęściej spotykanych wśród ludzi jest krótkowzroczność i dalekowzroczność. Są to wady, które powodują, że światło docierające do oka nie ulega prawidłowej refrakcji, czyli załamaniu. Krótkowzroczność występuje u osób, których gałka oczna jest wydłużona. W związku z tym obraz znajdujący się w dużej odległości zamiast na siatkówce powstaje przed siatkówką. Dzieje się tak, dlatego że soczewka nie jest spłaszczona na tyle, aby umożliwić powstanie ogniskowej o odpowiedniej długości. Obraz nie może powstać na siatkówce, ponieważ ogniskowa jest za krótka. Aby skorygować wadę krótkowzroczności, należy używać okularów z soczewkami rozpraszającymi. W ten sposób promienie będą się załamywały prawidłowo i powstanie obraz. Odwrotną sytuację można zaobserwować u dalekowidza. Spłaszczona gałka oczna u osób, u których występuje ta wada, powoduje, że nie powstaje wystarczająco krótka ogniskowa soczewki. W konsekwencji dla bliskich przedmiotów nie uzyskujemy obrazu, ponieważ powstaje on za siatkówką. Okulary z soczewkami skupiającymi, stosowane przez dalekowidzów, umożliwiają uzyskanie ostrego obrazu. Kolejną wadą narządu wzroku jest astygmatyzm. Jest to schorzenie związane z występowaniem niesymetrycznej rogówki w oku, co powoduje zniekształcenie obrazu. Uzyskiwany obraz jest nieostry, ponieważ rogówka ma w różnych miejscach inne promienie krzywizny i w związku z tym światło jest załamywane w innym stopniu. Astygmatyzm może być regularny lub nieregularny. Różnica polega przede wszystkim na ilości ogniskowych, które powstają przez niesymetryczną rogówkę. W pierwszym przypadku są to dwie ogniskowe, a w drugim więcej. Do korekty astygmatyzmu regularnego używane są okulary z soczewkami cylindrycznymi, dzięki którym powstaje ostry obraz. Astygmatyzm nieregularny powstaje często w wyniku urazów, podczas których doszło do uszkodzenia rogówki i zniekształcenia jej powierzchni. Powstających w oku ogniskowych jest więcej, więc w tym wypadku korekcja wady wymaga zastosowania soczewek kontaktowych lub żeli okulistycznych, które wyrównają powierzchnię rogówki. Zez jest wadą wynikająca z nieprawidłowego działania zewnętrznych mięśni oka. Są one odpowiedzialne za poprawne ułożenie obydwu oczu. Gałki oczne powinny byd ułożone równolegle. Zez powstaje, gdy ułożenie obydwu gałek ocznych jest inne. Powoduje to zaburzenie w widzeniu obuocznym. Przyczyną zeza może być nieprawidłowy mechanizm łączenia się obrazów pochodzących z dwóch siatkówek, konsekwencją jest powstawanie obrazu podwójnego. Często u osób chorych w takiej sytuacji obraz odbierany jest raz z jednego raz z drugiego oka i występuje zez naprzemienny. Jest kilka odmian zeza, zez zbieżny, rozbieżny, towarzyszący, porażenny i utajony. W diagnostyce ważne jest, żeby zez został wykryty jak najwcześniej, ponieważ schorzenie to nieleczone może prowadzić do nieostrego widzenia a w dalszym efekcie do niedowidzenia. Leczenie przebiega odmiennie do różnych typów zeza. Wykorzystuje się odpowiednio dobrane szkła korekcyjne, leczenie ortoptyczne, a czasem nawet zabieg chirurgiczny. Zez może powodować dyskomfort, ale również uniemożliwić podęcie pracy w pewnych zawodach, ponieważ proces widzenia przestrzennego jest zaburzony.

Jaskra jest wadą związaną z zaburzeniem krążenia płynu śródocznego. Ciecz, która wypełnia przednią i tylną komorę oka, odżywia tkanki oka i odpowiada za zachowanie odpowiedniego ciśnienia w oku. Ciecz jest stale produkowana, ale też odprowadzana, co pozwala utrzymać stan równowagi między tymi procesami oraz stałe ciśnienie śródoczne. Zmiana chorobowa wywołująca zwiększenie tego ciśnienia jest nazywana jaskrą. Istnieją różne postaci jaskry, do jednych z najpoważniejszych należy jaskra ostra, która jest chorobą niebezpieczną, ponieważ często prowadzi do uszkodzenia nerwu wzrokowego i nieodwracalnej utraty wzroku. W zależności od typu jaskry możliwe są różne rodzaje leczenia, polegające na podawaniu odpowiednich leków lub przeprowadzeniu zabiegu operacyjnego. Przyczyną katarakty, inaczej zaćmy, jest zmętnienie soczewki. Prowadzi to do utraty ostrości widzenia, a nawet do utraty wzroku. Istnieją dwa rodzaje zaćmy: wrodzona i nabyta. Wrodzona (dziecięca) może być spowodowana m.in. uszkodzeniem płodu, jednak odpowiednio wczesne wykrycie i operacja daje szansę na prawidłowy rozwój dziecka. Katarakta nabyta (starcza) występuje najczęściej po 50 roku życia, a zmętnienie soczewki jest często wywołane przez zbyt małe uwodnienie. Zaćma może być leczona poprzez zabieg chirurgiczny, podczas którego na miejsce chorej soczewki wstawiana jest sztuczna, zabiegi mikrochirurgiczne polegające na implantacji zwijalnych soczewek oraz różne leki. Aby zapobiec wielu chorobom należy odpowiednio dbać o oczy. Higiena narządu wzroku jest bardzo ważna. Aby chronić oczy przed bakteriami i wirusami należy przemywać oczy czystą wodą oraz zapewnić im odpowiednie nawilżenie. Unikanie intensywnego światła, czytanie i pisanie przy odpowiednim oświetleniu oraz w prawidłowej pozycji jak również zachowanie odpowiedniej odległości od ekranu komputera czy telewizora jest również ważnym elementem higieny oczu. Należy też pamiętać o ochronie oczu m.in. poprzez stosowanie odpowiednich okularów podczas wykonywania różnych czynności, np. podczas aktywności fizycznej. Cały mechanizm powstawania obrazu i budowa narządu wzroku człowieka jest skomplikowany, ale jednocześnie niezwykle ciekawy. Zagadkę stanowi przede wszystkim proces nadawania sensu sygnałom, które trafiają do mózgu. Narząd wzroku u człowieka jest głównym źródłem dostarczania mu informacji o środowisku, dlatego jest niezwykle ważny i stanowi przedmiot badań wielu neurobiologów, ale również wymaga przez to odpowiedniej ochrony i higieny, aby zapobiec wielu chorobom.

Bibliografia

1. E. P. Solomon, L.R. Berg, D.W. Martin: Biologia. MULTICO Oficyna Wydawnicza. Warszawa 2007.

2. A. Longstaff: Neurobiologia. Krótkie wykłady. Pod red. Andrzeja Wróbla. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2006.

3. R. D. Jurd: Biologia zwierząt. Krótkie wykłady. Pod red. Kazimierza Ziemnickiego i Jana Michejdy. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2003.

4. A. Rajski: Zoologia. Tom 1. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa 1986.

5. Biologia. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego i technikum. Pod red. Rafała Skoczylasa. Tom 2. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne. Warszawa 2003.

6. Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych. Część 2. Pod red. Jadwigi Salach. ZamKor. Kraków 2006.

7. http://www.mikdab.user.icpnet.pl/biologia/witaminy/wit%20a.htm

8. http://www.oko.info.pl/astygmatyzm_niezbornosc_rogowkowa,a1201.html

9. http://www.oko.info.pl/krotkowzrocznosc,a1204.html

10. http://www.oko.info.pl/nadwzrocznosc,a1203.html

11. http://www.oko.info.pl/index.php?body=1309

12. http://www.mojeoko.pl/choroby-oczu/zez.html

13. http://www.mojeoko.pl/choroby-oczu/zacma.html

14. http://chronoczy.boiron.pl/higiena-oczu/zasady-higieny/wszystko-o-higienie-oczu/