Zdolność układu nerwowego do odbierania bodźców świetlnych i przetwarzania ich w mózgu na wrażenia wzrokowe jest określana jako zmysł wzroku. Anatomiczną postacią tego zmysłu jest narząd wzroku, który składa się z gałki ocznej, aparatu ochronnego i aparatu ruchowego oka oraz połączeń nerwowych siatkówki oka ze strukturami mózgu.
BUDOWA OKA
Oko kręgowców, funkcjonujące na zasadzie ciemni optycznej. Składa się z gałki ocznej ( znajdującej się w przedniej części oczodołu ) i narządów pomocniczych – głównie zewnętrznych – mięśni gałki ocznej ( odpowiadających za jej ruch ), aparatu łzowego, spojówki, powiek. Gałka oczna porusza się w zagłębieniu utworzonym przez tkankę tłuszczową oczodołu i liczne powięzie. Wychodzący z niej nerw wzrokowy przechodzi przez otwór kostny do wnętrza czaszki i dalej do mózgu.
Oko ma w przybliżeniu kształt kuli o średnicy 24 mm. Ścianę gałki ocznej tworzą 3 zasadnicze warstwy: zewnętrzna błona włóknista, środkowa błona naczyniowa oraz wewnętrzna błona nerwowa, czyli siatkówka – właściwy element światłoczuły oka. Fotoreceptorami są pręciki i czopki, z których pobudzenie jest przekazywane z oka do ośrodków wzrokowych mózgu za pośrednictwem nerwu wzrokowego. Zewnętrzna błona włóknista jest zróżnicowana na przezroczystą rogówkę – przednia część, i nieprzejrzystą twardówkę – większa część tylna. W środkowej błonie naczyniowej rozróżnia się tęczówkę i ciało rzęskowe oraz położoną w tyle naczyniówkę. Tęczówkę przebija pośrodku otwór zw. źrenicą, o wielkości zmienianej przez mięśnie -zwieracz i rozszerzacz źrenicy. Spełnia ona funkcje przesłony regulującej ilość światła wpadającego do oka. Ciało rzęskowe, zgrubiały pierścień na granicy tęczówki i naczyniówki, zawiera mięsień rzęskowy, który reguluje za pośrednictwem więzadełek zmiany krzywizny soczewki oka (akomodacja). Przed soczewką znajdują się wewnątrz gałki ocznej komory oka wypełnione przezroczystym płynem, zw. cieczą wodnistą. Za soczewką leży przezroczysty, galaretowaty twór – ciało szkliste. Rogówka, ciecz wodnista, soczewka i ciało szkliste tworzą układ optyczny oka, który załamuje promienie świetlne i skierowuje je na siatkówkę, gdzie powstaje rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony obraz oglądanego obiektu. Podobną budowę jak oko kręgowców mają oczy niektórych bezkręgowców, zwł. głowonogów.
Schemat budowy oka
BUDOWA I FUNKCJE POSZCZEGÓLNYCH CZĘŚCI OKA
Twardówka (białkówka) (sclera) jest najbardziej zewnętrzną, nieprzejrzystą częścią oka. Zbudowana jest z białawej błony włóknistej łącznotkankowej. Twardówka jest bardzo mocna, utrzymuje stały, kulisty kształt gałki ocznej. W przedniej części oka przechodzi w rogówkę, z tyłu w pochewkę nerwu ocznego.
Rogówka (cornea) kształtem przypomina wypukłe szkiełko od zegarka. Ogranicza od przodu gałkę oczną. Zbudowana jest z przeźroczystej błony włóknistej. Rogówka ma kilkakrotnie większą zdolność załamywania promieni słonecznych od soczewki. Nie posiada ona własnych naczyń krwionośnych ani limfatycznych. Odżywianie rogówki odbywa się przez przesączanie płynów ze struktur sąsiednich.
Siatkówka (retina) jest receptorową częścią oka. Składa się z dziesięciu warstw (od zewnątrz):
– warstwę barwników siatkówki
– warstwę nerwowo – nabłonkową
– błonę graniczną zewnętrzną
– warstwę jądrzastą zewnętrzną
– warstwę splotowatą zewnętrzną
– warstwę jądrzastą wewnętrzną
– warstwę splotowatą wewnętrzną
– warstwę zwojową nerwu wzrokowego
– warstwę włókien nerwowych
– błonę graniczną wewnętrzną
Warstwa nerwowo – nabłonkowa (stratum neuroepitheliae) jest właściwym narządem odbiorczym. Pozostałe warstwy służą tylko do przewodzenia bodźców. Warstwa nerwowo – nabłonkowa składa się z:
– czopków (ok. 7 mln.) – receptory wzroku wrażliwe na barwy
– pręcików (ok. 125 mln.)- receptory wzroku wrażliwe na słabe bodźce świetlne
(odróżniają tylko odcienie szarości)
Na siatkówce znajduje się plamka żółta, będąca miejscem o największym skupieniu czopków i z tego powodu cechuje się największą wrażliwością na barwy i światło. Nieco niżej znajduje się plamka ślepa – miejsce pozbawione komórek światłoczułych i dlatego niewrażliwe na światło. Impulsy powstałe w komórkach czopkowych i pręcikowych zostają najpierw przetworzone w siatkówce, a następnie przekazywane nerwem wzrokowym do mózgowia. Czułość siatkówki jest b. wysoka – reaguje na kilka fotonów.
Naczyniówka (choroidea) jest tylną częścią błony naczyniowej. W jej obrębie znajduje się gęsta sieć naczyń tętniczych i żylnych. Ma znaczenie odżywcze dla siatkówki. Ku przodowi przechodzi w ciało rzęskowe ( odpowiedzialne za uwypuklanie soczewki – zwiększenie kąta załamania promieni słonecznych ) i tęczówkę, określana łącznie z nimi jako błona naczyniowa lub środkowa oka.
Soczewka (lens) jest zawieszona na włóknach (zw. więzadełkami Zinna lub obwódką rzęskową), które ją umocowują do pierścieniowatego ciała rzęskowego. Składa się z:
torebki (capsule) – cienka jednorodna błona
kory (cortex) i jądra (nucleus) – składających się z ułożonych w skomplikowany sposób, wydłużonych komórek – włókien soczewki. Soczewka ma dwie wypukłe powierzchnie – przednią i tylną. Zmianę uwypuklenia soczewki powodują skurcze mięśnia rzęskowego – przez napinanie włókien obwódki rzęskowej. Jej kształt powoduje to, że ma dużą zdolność załamywania promieni świetlnych wpadających do oka. Jeśli wyobrazimy sobie soczewkę jako owoc, to torebka jest jego skórką, kora jego miąższem, a jądro pestką.
Tęczówka (iris) jest umięśnioną częścią błony naczyniowej otaczającej otwór nazywany źrenicą. Tęczówka ma kształt krążka. Stanowi ona wysuniętą najbardziej ku przodowi część środkowej błony gałki ocznej. Dzięki zawartemu w niej pigmentowi jest kolorowa. Kolor tęczówki zależy od ilości pigmentu w jej przedniej warstwie, tzw. zrębie (gdy b. dużo – tęczówka brązowo czarna), oraz w tworzącym jej tylną powierzchnię nabłonku barwnikowym (gdy prześwieca przez zrąb – tęczówka niebieska). Mięśnie tęczówki pozwalają na zwiększanie lub zmniejszanie dopływu światła przez regulację wielkości źrenicy.
Źrenica (pupilla) ustawiona jest w płaszczyźnie czołowej przed soczewką. Jest to okrągły otwór znajdujący się pośrodku tęczówki. Odruchowe zwężanie się i rozszerzanie źrenicy pod wpływem światła, zachodzące wskutek skurczów mięśni gładkich tęczówki, warunkuje regulację dopływu światła do wnętrza oka ( tęczówka pełni tu podobną rolę jak przesłona w aparacie fotograficznym).
Ciałem szkliste (corpus vitreum) jest przejrzystą, galaretowatą substancją wypełniającą część gałki ocznej między soczewką, ciałem rzęskowym a siatkówką. Na jego przedniej powierzchni znajduje się wgłębieni, gdzie umieszczona jest soczewka. Ciało szkliste reguluje ciśnienie śródgałkowe.
Mięśnie gałki ocznej są odpowiedzialne za ruch gałki ocznej oraz jej osłanianie przez ruch powiekami. Wyróżniamy siedem mięśni gałki ocznej:
– mięsień prosty górny (m. rectus superior) – przywodzi i zwraca gałkę oczną ku górze i ku stronie przyśrodkowej
– mięsień prosty dolny (m. rectus inferior) – przywodzi i zwraca gałkę oczną ku dołowi i ku stronie bocznej
– mięsień prosty przyśrodkowy (m. rectus medialis) – przywodzi gałkę oczną
– mięsień prosty boczny (m. rectus lateralis) – odwodzi gałkę oczną
– mięsień skośny górny ( m. obliquus superior) – odwodzi, obniża gałkę oczną i zwraca ją ku stronie bocznej
– mięsień skośny dolny (m. obliquus inferior) – odwodzi, unosi gałkę oczną i zwraca ją ku stronie bocznej
– mięsień dźwigacz powieki górnej (m. levator palpebrae superior) – unosi powiekę ku górze
Wszystkie te mięśnie oprócz mięśnia skośnego górnego zaczynają się w jednym miejscu ( pierścieniu ścięgnistym wspólnym. Wszystkie kończą się natomiast w jednym miejscu – twardówce, przyczepione z różnych jej stron.
Spojówka (tunica conjuctiva) jest to błona pokrywająca wewnętrzną powierzchnię powiek i częściowo przednią powierzchnię gałki ocznej, z wyjątkiem rogówki. Składa się ona z błony właściwej (zbudowanej z tkanki łącznej wiotkiej) oraz wielowarstwowego nabłonka. Spojówka zwilżana jest stale cieczą łzową.
Gruczoł łzowy (glandula lacrimalis) znajduje się w górno – bocznej części oczodołu. Wydziela nieprzerwanie płynną wydzielinę – łzy mające za zadanie oczyszczać powierzchnię oka z zabrudzeń i nawilżać ją.
Brwi (supercilia) są to dwie łukowate fałdy skórne pokryte krótkimi włosami. Brwi posiadają dużą ruchomość dzięki połączeniu z mięśniami mimicznymi twarzy.
Powieki górna i dolna (palbera superior et inferior ) są to dwie umięśnione ruchome fałdy skórne, wysłane spojówką, stanowiące ochronę gałki ocznej u kręgowców. Powieki rozprowadzają po jej powierzchni ciecz łzową. Na krawędziach powiek ssaków znajdują się krótkie, sztywne włosy – rzęsy.
DZIAŁANIE OKA
Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by zakończyć swą podróż na siatkówce wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym, stanowią układ skupiający promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawiał się ostry obraz obserwowanego przedmiotu i dawał jak najostrzejsze wrażenie wzrokowe. Dlatego też soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a co za tym idzie mocy optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Ostre widzenie uzyskiwane jest wtedy, gdy ognisko obrazowe pokrywa się z siatkówką. W przypadku, gdy oko nie jest w stanie zogniskować światła dokładnie na siatkówce mówimy o wadach wzroku. Moc optyczna oka nieakomodującego wynosi około +60 dioptrii, przy czym około 2/3 tej mocy przypada na rogówkę.
Na poniższym rysunku widzimy charakterystyczne parametry oka jako układu optycznego. Nad osią symetrii oka znajdują się parametry dotyczące oka nieakomodującego (oznaczone indeksem o), natomiast pod osią – akomodującego (oznaczenie indeksem a). Powierzchnie soczewki zaznaczone są liniami przerywanymi.
Do soczewki ocznej przylega tęczówka spełniająca rolę przysłony aperturowej kurczącej się pod wpływem bodźców świetlnych co powoduje zmianę średnicy źrenicy wejściowej oka. Tęczówka ma zdolność do zmiany apertury wejściowej oka w zakresie od 8 mm w ciemności do 2 mm przy intensywnym oświetleniu.
Układ optyczny z pewnym przybliżeniem uważać można za centryczny. Środki krzywizn rogówki i soczewki leżą na prostej zwanej osią optyczną oka. Występuje jednak rozbieżność osi optycznej i osi widzenia, która jest wynikiem przesunięcia dołka środkowego poza oś optyczną oka. W efekcie występuje obrót osi widzenia względem osi optycznej średnio o około 5 stopni.
Siatkówka jako odbiornik promieniowania elektromagnetycznego zbudowane jest z dwóch rodzajów komórek światłoczułych: czopków i pręcików połączonych za pomocą nerwów z mózgiem. Czopki o względnie niskiej czułości przeznaczone są do obserwacji przy świetle dziennym. Ich maksymalne zagęszczenie występuje w dołku środkowym. Jeśli zatem obraz obserwowanego przedmiotu znajdzie się dokładnie w tym obszarze uzyskujemy wtedy najlepsza zdolność rozdzielczą. Wraz ze spadkiem natężenia światła wpadającego do oka rośnie średnica źrenicy. W momencie, gdy czułość czopków jest niewystarczająca do prowadzenia obserwacji, mimo dużych wymiarów źrenicy, funkcję receptorów przejmują pręciki. Pręciki znajdują się poza dołkiem środkowym, a największe ich zagęszczenie znajduje się w odległości kątowej 15 stopni od jego środka (dlatego widzenie nocne nazywamy widzeniem peryferyjnym). Przy dużym natężeniu światła pręciki chronione są przed nadmiarem światła przy użyciu specjalnego barwnika. Jego działanie możemy zaobserwować przechodząc z ciemnego pomieszczenia do jasnego lub odwrotnie (efekt olśnienia). Proces przystosowania wzroku do warunków oświetlenia nazywamy adaptacją.
W miejscu gdzie połączenia nerwowe elementów światłoczułych z mózgiem tworzą wspólny nerw wzrokowy powstaje plamka ślepa pozbawiona zupełnie czopków i pręcików. Jeśli obraz przedmiotu obserwowanego znajdzie się w tym miejscu wrażenie wzrokowe nie zostanie odebrane i obserwator nie zauważy tego przedmiotu.
JAK ROZRÓŻNIAMY KOLORY
Oko odbiera tylko część promieniowania nań padającego. Związane jest to z własnościami fizyko-chemicznymi rogówki, czopków i pręcików. Odbieramy zatem tylko światło, które mieści się w zakresie tzw. okna optycznego. Okno optyczne to przedział długości fali elektromagnetycznej (światła) od ok. 400nm (co odpowiada światłu o barwie fioletowej) do ok. 700nm (co odpowiada światłu o barwie czerwonej). Powyżej długości 700nm znajduje się niewidoczna dla człowieka podczerwień, a poniżej 400nm, również niewidoczny, ultrafiolet. Do fal elektromagnetycznych zaliczamy także niewidoczne dla człowieka promienie gamma, promienie X i inne – całość przedstawia poniższy rysunek.
Promieniowanie o długości fali spoza okna optycznego nie jest przepuszczane przez rogówkę oka. Promieniowanie, które wniknie do oka w różnym stopniu wywołuje reakcje elektrochemiczne w czopkach i pręcikach stając się źródłem bodźców. Ze względu na różną budowę czopków i pręcików występują różne właściwości widzenia ciemnego (przy małym oświetleniu, np. w nocy) i jasnego (przy dużym oświetleniu, np. w dzień) . Przyjmuje się maksimum czułości czopków na 550 nm, a pręcików na 510 nm. Poniższy rysunek przedstawia wykres krzywej czułości widmowej oka ludzkiego dla widzenia jasnego (przy świetle dziennym – tzw. widzenie fotopowe) i ciemnego (nocą – tzw. widzenie skotopowe). Łatwo zauważyć najwyższą czułość oka w punktach 550nm i 510nm, malejącą wraz z oddalaniem się od tych maksimów, aż do osiągnięcia wartości zero na krańcach okna optycznego – jest to jednoznaczne ze ślepotą oka na światło o danej długości fali.
DLACZEGO CZŁOWIEK MA PARĘ OCZU?
Gdy patrzymy na przedmiot ustawiony bardzo daleko od nas osie patrzenia obu oczu ustawione są prawie równolegle. Jeżeli przedmiot ten będziemy zbliżali w naszym kierunku, to mięśnie gałek ocznych będą zmieniać położenie gałek tak by osie widzenia podążały za tym przedmiotem, a tym samym przecięły się. Zjawisko to nosi nazwę konwergencji. Im bliżej oczu znajdzie się nasz przedmiot, tym osie patrzenia przetną się pod większym kątem. Analizując ten kąt mózg człowieka wnioskuje o odległości obserwowanego przedmiotu od oczu. Gdyby zatem człowiek wyposażony był w tylko jedno oko bardzo trudno byłoby mu określać odległość obserwowanego przedmiotu od siebie.
ŚWIAT DO GÓRY NOGAMI…
Obraz przedmiotu na siatkówce jest odwrócony „do góry nogami”, co wynika z fizycznej budowy oka (soczewka odwraca obraz). W pierwszych dniach życia mózg człowieka uczy się widzieć prawidłowy obraz obracając go by w późniejszym życiu robić to automatycznie. Oznacza to, że niemowlę widzi świat „postawiony na głowie” i dopiero po pewnym czasie zaczyna widzieć normalnie ( jest to przyczyną niezbyt dobrej koordynacji ruchowej u niemowląt).
CZĘSTE WADY WZROKU
DALTONIZM
Oko ludzkie przystosowane jest do widzenia barw światła o długości fali w zakresie od około 400 nm (barwa fioletowa) do około 700 nm (barwa czerwona).
Jedną z wad wzroku jest daltonizm (ślepota barw) polegający na złym rozpoznawaniu barw. Nazwa wady pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka i chemika J. Daltona, który jako pierwszy rozpoznał to schorzenie u siebie i pierwszy opisał ślepotę na barwy zieloną i czerwoną (1794). Może być to wada wrodzona lub nabyta. Daltonizm wrodzony jest wadą dziedziczną, na którą cierpi w różnym stopniu 8% mężczyzn i 0,5% kobiet. Daltonizm nabyty może być wynikiem przejścia choroby siatkówki lub drogi wzrokowej. Daltonizm nieuleczalny występuje u ok. 5% mężczyzn i 0,5% kobiet.
Wada ta jest często definiowana jako ślepota na barwę czerwono – zieloną (ta odmiana daltonizmu występuje najczęściej). Występuje także ślepota na barwę czerwoną, rzadziej zieloną i bardzo rzadko na fioletową. W większości przypadków osoby źle rozróżniające barwy od urodzenia nie zdają sobie sprawy z istnienia tej wady, gdyż ostrość wzroku jest zwykle u nich prawidłowa. Całkowita ślepota na barwy jest wynikiem niedorozwoju czopków siatkówki i łączy się ze znacznym obniżeniem ostrości wzroku i trudnością przystosowania się do światła.
Wadę tę wykrywa się na podstawie specjalistycznych badań przy użyciu tzw. tablic barwnych pseudoizochromatycznych. W razie konieczności wykonania dokładniejszych badań wykorzystuje się przyrząd nazywany anomaloskop.
Osoby źle rozróżniające barwy nie mogą wykonywać wielu zawodów wymagających bezbłędnego rozpoznawania barw, np. kierowca, maszynista kolejowy, pilot, itp.
KRÓTKOWZROCZNOŚĆ
Krótkowzroczność (miopia) jest jedną z najczęściej spotykanych wad refrakcyjnych oka ludzkiego. Jest wynikiem zbyt dużych rozmiarów przednio – tylnych oka lub zbyt dużą siłą łamiącą układu optycznego oka. Promienie równoległe, które w nieakomodującym oku zdrowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku krótkowzrocznym ogniskowane są przed siatkówką. Wskutek tego wrażenie wzrokowe krótkowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot krótkowidz przysuwa przedmiot bliżej oczu.
W celu poprawy ostrości widzenia krótkowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki wklęsłe (rozpraszające). Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak minus (np. minus 3 dioptrie).
Wyróżnia się trzy stopnie krótkowzroczności:
– małą – w zakresie do -3dpt.
– średnią – poniżej -6dpt.
– wysoką – powyżej -6dpt.
Przy wysokiej krótkowzroczności w późniejszym okresie życia mogą wystąpić zmiany chorobowe w twardówce, ciele szklistym, naczyniówce i siatkówce oka (wylewy krwi, odwarstwienie siatkówki i in.).
Krótkowzroczność rozwija się najczęściej w okresie dojrzewania płciowego.
NADWZROCZNOŚĆ
Nadwzroczność (dalekowzroczność, hipermetropia, hyperopia,) jest drugą obok krótkowzroczności najczęściej spotykaną wadą refrakcyjną oka ludzkiego. Jest wynikiem zbyt małych rozmiarów przednio – tylnych oka lub niewystarczającą siłą łamiącą układu optycznego oka. Nadwzroczność wzrasta z wiekiem (starczowzroczność, prezbiopia) wskutek postępującego osłabienia aparatu nastawczego oka, w wyniku zmniejszenia sprawności mięśnia rzęskowego i elastyczności soczewki.
Promienie równoległe, które w nieakomodującym oku zdrowym ogniskowane są na siatkówce, w nieakomodującym oku nadwzrocznym ogniskowane są za siatkówką. Wskutek tego wrażenie wzrokowe dalekowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot dalekowidz odsuwa przedmiot od oczu.
W celu poprawy ostrości widzenia dalekowidza stosuje się okulary korekcyjne lub soczewki kontaktowe. Są to soczewki wypukłe (skupiające). Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak plus (np. plus 3 dioptrie). Brak korekcji u młodych osób może prowadzić do powstania tzw. zeza akomodacyjnego.
ASTYGMATYZM (NIEZBORNOŚĆ ROGÓWKOWA)
Prawidłowe oko człowieka zbudowane jest w ten sposób, że na siatkówce otrzymywany jest ostry obraz obserwowanego przedmiotu. Jest to możliwe dzięki takiej budowie oka, która zapewnia skupianie wszystkich promieni świetlnych wpadających do oka w jego ognisku.
Astygmatyzm (niezborność rogówkowa) jest wadą polegającą na zniekształceniu widzenia wskutek niedokładnie kulistej powierzchni rogówki lub soczewki oka. Jeżeli promień krzywizny rogówki oka w płaszczyźnie pionowej jest inny niż w płaszczyźnie poziomej, to promienie świetlne padające na różne części rogówki załamywane są w różnym stopniu. Powoduje to, że obraz widziany przez pacjenta jest nieostry.
Często zdarza się, że gdy pokazuje się pacjentowi znak krzyżyka, on widzi ostro tylko jedno jego ramię – pionowe lub poziome. Taki astygmatyzm nazywa się regularnym, a oko takie posiada dwie ogniskowe. Aby skorygować taką wadę stosuje się okulary z soczewkami cylindrycznymi. Oko ludzkie posiada zwykle tzw. niezborność fizjologiczną o wartości do 0,5 dioptrii, która nie wymaga korekcji.
Urazy oka są często przyczyną nierównej powierzchni rogówki, co powoduje astygmatyzm nieregularny, cechujący się większą ilością ogniskowych. Aby skorygować taką wadę konieczne jest zastosowanie soczewek kontaktowych na powierzchni oka, lub specjalnych żeli okulistycznych wyrównujących powierzchnię rogówki.
