Anatomie a funkce oční čočky a paprsků
Zrak je významný smysl sloužící k zachycení a zpracování vizuálních podnětů. Zrakové receptory jsou citlivé na elektromagnetické vlnění a jsou uloženy v orgánu, který se nazývá oko (oculus).
Lidské oko je schopno vnímat pouze malou část elektromagnetického záření. Při běžné intenzitě osvětlení je sítnice citlivá v oblasti záření o vlnové délce od 380 nm do 760 nm (oblast viditelného světla elektromagnetického spektra). Tato oblast se také kryje s jedním z pásem propustnosti zemské atmosféry. Dalším z důvodů, proč lidské oko nejvíc vnímá právě v této oblasti je fakt, že odpovídá maximu spektrálního vyzařování Slunce.
Anatomie očního ústrojí
Oko se skládá z oční koule a přídatných orgánů oka.
Oční koule (Bulbus oculi)
Oční koule je uložena v části lebky, která se nazývá orbita. Orbitu vystýlají tukové polštáře, které chrání oční kouli před poškozením. Oční kouli tvoří tři základní vrstvy - fibrózní, cévnatá a nervová. Uvnitř oční koule se nacházejí dutiny vyplněné tekutinami - komorová voda a sklivec.
Vrstvy oční koule:
- Vnější fibrózní vrstva: tvoří ji bělima (sclera) a průhledná rohovka (cornea). Tato vrstva je tvořena uspořádanými kolagenními vlákny a má význam pro udržení tvaru oka; cornea umožňuje prostup světla do vnitřních částí oka.
- Střední cévnatá vrstva (uvea): skládá se ze tří částí - cévnatka (choroidea), duhovka (iris) a řasnaté těleso (corpus ciliare). Cévnatka se nachází mezi bělimou a sítnicí, je tvořena zejména pigmentem a krevními cévami, které slouží k výživě sítnice. Na přední straně oční koule je cévnatka modifikována v duhovku a řasnaté těleso. Duhovka je pigmentovaná hladkosvalová membrána, která umožňuje regulovat množství světla dopadajícího na sítnici. Uvnitř duhovky je otvor, který se nazývá zornice (pupila), která se rozšiřuje a zužuje v závislosti na množství dopadajícího světla. Za duhovkou se nachází řasnaté těleso, jehož podkladem jsou jemná vlákna z hladké svaloviny. Na řasnatém tělese je pomocí závěsných (zonulárních) vláken zavěšena čočka. Čočka je bikonvexní průhledný disk, který má na povrchu pouzdro z elastických vláken. Kontrakcí hladké svaloviny řasnatého tělesa dochází ke změně tvaru (akomodaci) čočky, což umožňuje vidění na dálku a na blízkou vzdálenost.
- Vnitřní nervová vrstva: se nazývá sítnice (retina). Na sítnici se nacházejí dva typy fotoreceptorů - tyčinky a čípky. Tyčinky jsou citlivé na nižší světelnou intenzitu a umožňují černobílé vidění, zatímco čípky jsou stimulovány silným světelným zářením a umožňují barevné vidění. Nervová vlákna tyčinek a čípků se spojují ve zrakový nerv.
Dutiny oční koule:
Na přední straně oční koule se nacházejí dva prostory vyplněné tekutinou, které se nazývají oční komory. Přední oční komora se nachází mezi rohovkou a duhovkou, zadní oční komora mezi duhovkou a čočkou. Obě oční komory jsou vyplněny komorovou vodou (humor aquosus), která je tvořena řasnatým tělesem. Prostor mezi čočkou a sítnicí je vyplněn želatinózní tekutinou, která se nazývá sklivec (corpus vitreum).
Přídatné orgány oka (Organa oculi accessoria)
Mezi přídatné orgány oka řadíme oční víčka, spojivku, slznou žlázu, okohybné svaly a zrakový nerv.
- Spojivka (Tunica conjunctiva): je tenká slizniční blána obalující oční kouli (tunica conjunctiva bulbi) a vystýlající vnitřní stranu víček (tunica conjunctiva palpebrarum). Prostor mezi spojivkou bulbu a víček se nazývá spojivkový vak. Spojivka je neustále zvlhčována slzami, je lesklá a růžová.
- Oční víčka (Palpebrae): jsou výběžky kůže, z jejichž vnitřní strany se nachází spojivka. Na každém oku se nachází horní a dolní víčko, které se spojují v laterálním a mediálním očním koutku. Z okrajů očních víček vyrůstají modifikované chlupy (řasy - cilie). Na vnitřní ploše víčka pod spojivkou se nachází Meibomovy žlázy, které produkují hustý sekret chránící povrch oční koule a zabraňující vytékání slz.
- Slzná žláza (Glandula lacrimalis): je modifikovaná kožní žláza, která se nachází na dorsolaterální ploše oční koule pod horním víčkem. Slzy zvlhčují a chrání rohovku před vysycháním. Slzy odtékají otvorem v mediálním očním koutku slzným kanálkem (ductus nasolacrimalis) do nosní dutiny.
- Okohybné svaly (Musculi bulbi): odstupují na kostech orbity a upínají se na bělimu. Jsou odpovědné za pohyb oční koule a inervovány třetím, čtvrtým a šestým hlavovým nervem.
🔮 Jak fungují naše oči 👀 | Lidský zrak 👁️
Fyziologie vzniku obrazu
Funkcí oka je přivést světelné paprsky na sítnici a vytvořit obraz pozorovaného objektu. Paprsek světla nejprve prostupuje rohovkou, která jej do jisté míry směruje na sítnici. Světlo dále prostupuje zornicí. Množství světla prostupujícího zornicí ovlivňují svaly duhovky, které jsou inervovány autonomním nervovým systémem. Tato regulace množství světla se nazývá pupilární reflex. Světlo poté prostupuje čočkou, jejíž funkcí je zaostřit obraz na sítnici pomocí akomodace.
V případě pozorování blízkých objektů se dopadající světlo rozptyluje, svaly řasnatého tělesa se kontrahují a dochází k uvolnění vláken závěsného aparátu čočky. Tím čočka získává svůj přirozenější kulatější tvar, který umožní zaostření blízkého objektu na sítnici. Světlo ze vzdálených objektů přichází k oku v podstatě paralelně. Svaly řasnatého tělesa jsou uvolněny, čímž dochází k natažení závěsných vláken čočky, která se protahuje a oplošťuje, což umožní zaostření vzdáleného objektu na sítnici.
Zdravá a chutná polévka z červené čočky
Fakt, že pozorování blízkých objektů vyžaduje kontrakci svalů řasnatého tělesa, zatímco pozorování vzdálených objektů ne, vysvětluje, že při dlouhém pozorování blízkých objektů dochází k „únavě očí“.
Světlo dále prostupuje několika vrstvami buněk sítnice, kde dochází k podráždění fotoreceptorů - tyčinek a čípků. Světlocitlivé buňky sítnice jsou buňky vytvářející nervovou stimulaci na základě absorpce fotonu přicházejícího na sítnici. Tyto buňky jsou dvojího typu: tyčinky a čípky.
- Čípky jsou citlivé na světlo různé barvy, čili různé vlnové délky, různé intenzity a různé sytosti barev. Jsou prvními neurony sítnice. Zajišťují fotopické vidění, jsou zodpovědné za zrakovou ostrost. Nacházejí se v nejhojnějším počtu v centrální jamce (fovea centralis), což je malá jamka ve žluté skvrně. Směrem k periferii sítnice jejich hustota postupně klesá. Celkově nacházíme na sítnici 6 milionů čípků. Rozlišujeme 3 typy čípků, které je možné rozlišit pouze podle pigmentu v cytoplasmě, nikoliv podle tvaru buňky.
- Tyčinky jsou světlocitlivé buňky reagující na nižší intenzitu osvětlení než čípky, ale nejsou schopny rozeznávat barvy.
Nervová vlákna se spojují ve zrakový nerv, který přivádí informace do zrakové oblasti mozkové kůry. Obraz na sítnici vzniká obráceně, v mozku pak dochází k jeho zpracování tak, že jej vnímáme správně.
Refrakce světla a refrakční vady oka
Refrakce světla (lom světla) - Světelné paprsky se lámou na rozhraní různých optických médií oka: rohovka (n = 1,376), komorová voda (n = 1,336), čočka (n = 1,406-1,411) a sklivec (n = 1,336).
Refrakční vady oka jsou způsobeny špatnými vlastnostmi jeho lomivých ploch. Rovnoběžné paprsky vstupující do oka nejsou koncentrovány na sítnici. Neleží na ní tedy obrazové ohnisko optické soustavy oka. Tento jev nemusí být způsoben pouze nesprávným lomem světelných paprsků. Častěji jsou problémy způsobené osovými vadami oka - lomivá prostředí jsou v pořádku, ale oko má různou délku.
Jak udělat dokonalou holandskou omáčku
Obecně platí, že větší refrakční vady způsobují menší vedlejší obtíže. Obraz je zamlžený, nebo rozmazaný a oko nedokáže tuto vadu korigovat. Jinak je tomu u menších refrakčních vad. Ty je oko schopno do určité míry vykompenzovat, toto úsilí vede k svalovému a nervovému vyčerpání. To má za následek únavu a slzení očí, bolesti hlavy a další projevy.
U oka bez refrakční vady se paprsky procházející optickou soustavou protínají v ohnisku na ploše sítnice, takové oko se nazývá emetropické. Velice často se setkáváme s okem ametropickým, kdy se paprsky na sítnici neprotínají. Rozlišujeme vady sférické a asférické. Sférické vady se korigují sférickými čočkami, asférické potom asférickými, tzv. torickými, čočkami.
- Mezi sférické vady patří myopie (krátkozrakost) a hypermetropie (dalekozrakost).
- Myopie (krátkozrakost) je refrakční vada oka, při které je oko fyziologicky příliš dlouhé. To znamená, že paprsky světla se sbíhají před sítnicí. Tato vada se projevuje špatným viděním na dálku, ale na blízko člověk vidí dobře. Častěji postihuje děti a mladé dospělé. Na korekci myopie se používají rozptylky. Ideální optická mohutnost rozptylky je taková, aby pacient viděl ostře do nekonečna (v praxi 5-6 metrů).
- Hypermetropie (dalekozrakost) je refrakční vada oka, při které je oko fyziologicky příliš krátké. To znamená, že paprsky světla se sbíhají za sítnicí. Tato vada se projevuje špatným viděním na blízko, ale na dálku člověk vidí dobře. Na korekci hypermetropie se používají spojky, volí se taková optická mohutnost, aby pacient přečetl text ve vzdálenosti 25 cm.
- Astigmatismus je vada vznikající v důsledku nepravidelného zakřivení rohovky nebo čočky. To znamená, že světelné paprsky se na sítnici zaostřují nerovnoměrně. Rohovka má ve dvou na sebe kolmých osách rozdílné zakřivení. Projevuje se neostrým viděním na blízko i dálku, zkreslením obrazu, únavou očí a bolestmi. Astigmatismus se koriguje cylindrickými nebo torickými skly, v případě nepravidelného astigmatismu je korekce obtížná.
- Mezi oční defekty se řadí i presbyopie (vetchozrakost). V tomto případě se jedná o přirozený proces, při kterém s věkem dochází ke ztrátě pružnosti čočky oka. Tím se snižují akomodační schopnosti oka, což vede k obtížím při činnostech vyžadujících ostré vidění na krátkou vzdálenost, např. čtení. Jelikož se jedná o přirozený proces, nelze mu zcela zabránit.
Adaptace oka
Adaptací rozumíme schopnost zraku přizpůsobit se různým hladinám osvětlení.
Je známo, že při přechodu ze světla do tmy lze rozeznávat jednotlivé předměty s dostatečnou citlivostí až po určité době (asi 10-20 min, max za 45 min). Za tuto dobu se oko adaptuje na tmu. Dříve jsou rozeznávány předměty, jejichž obraz vzniká v periferních oblastech sítnice. Při přechodu ze tmy do světla potřebuje oko rovněž určitou dobu na adaptaci, tato doba je však podstatně kratší.
Čípky a tyčinky mají relativně nezávislé vlastnosti. Při velkých intenzitách zajišťují vidění čípky, při nízkých intenzitách se tyčinky stanou citlivějšími než čípky. Rozdíly v rychlosti adaptace oka na tmu po předchozím osvětlení vysvětluje funkce tyčinek.
Tyčinky obsahují rodopsin-tzv. zrakový purpur, složený z proteinu opsinu a z retinalu, což je aldehyd vitamínu A. Působením světla se rodopsin rozkládá na tyto složky a mění svoji barvu na žlutou. Reakce je reverzibilní a velmi rychlá. Při příliš silném osvětlení se však retinal mění na retinol a jeho barva na bílou, tato reakce je reverzibilní pomalým procesem. Regenerace rodopsinu tedy může probíhat pomalou nebo rychlou cestou.
Hemeralopie (šeroslepost) je snížená adaptační schopnost. Může být dědičná nebo vzniknout např. při avitaminóze A.
Světelný tok a osvětlenost
Jestliže z určitého zdroje vychází elektromagnetické záření, pak E(t)/S se nazývá zářivý tok Φe, jednotka − Watt (W). Výkon zářivé energie, zhodnocený podle velikosti světelného vjemu, který vyvolá se nazývá světelný tok Φ, jednotka − lumen (lm). Φ/Φe nazýváme světelnou účinností záření. Normalizovaná funkce světelné účinnosti pro různé vlnové délky se nazývá relativní světelnou účinností záření její 3 exempláře vidíme v grafu výše. Maximum světelné účinnosti je 680 lm/W.
Dopadá-li světelný tok na těleso, je jeho povrch osvětlen. Tuto vlastnost tělesa charakterizuje veličina osvětlenost. Hlavní jednotou osvětlenosti je lux (lx). Plocha o obsahu 1 m² má osvětlenost 1 lx, dopadá-li na ni rovnoměrně světelný tok 1 lumen. Zdravé lidské oko je schopno registrovat předmět, jehož osvětlenost je aspoň 2 nlx. Na tuto osvětlenost reagují pouze tyčinky, čípky až na větší. Osvětlenost předmětu za jasného slunného dne je asi 0,1 Mlx. Doporučená hodnota pro čtení je 100 lx, pro jemné mechanické operace a rýsování 200 lx, pro osvětlení chodeb 20 lx.
Citlivost sítnice je velmi vysoká, asi 10⁴ krát větší než citlivost fotografické emulze, není však všude stejná. Největší je v okolí průsečíku optické osy oka, kde leží tzv. žlutá skvrna.
