Budowa oka i ucha

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.

Gałka oczna znajduje się w przedniej części oczodołu i porusza się dzięki ruchom mięśni ocznych 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, wypełnionej w większości bezpostaciową substancją (ciało szkliste), znajdującej się pod ciśnieniem pozwalającym na utrzymanie jego kształtu.

Twardówka jest najbardziej zewnętrzną częścią oka. Zbudowana jest z nieprzeźroczystej błony włóknistej łącznotkankowej. W przedniej części oka przechodzi w rogówkę.

Rogówka kształtem przypomina wypukłe szkiełko od zegarka. Zbudowana jest z przeźroczystej błony włóknistej.

Między twardówką a siatkówką leży naczyniówka, która wraz z tęczówką i ciałem rzęskowym tworzy błonę naczyniową, w której znajdują się naczynia krwionośne. Ciało rzęskowe utrzymuje soczewek w odpowiednim położeniu.

Siatkówka jest receptorową częścią oka. Składa się z trzech warstw, przy czym najbliższa środka oka warstwa składa się z czopków i pręcików - komórek światłoczułych, a dwie pozostałe z neuronów przewodzących bodźce wzrokowe. 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. Jest miejscem zbiegu nerwów łączących komórki światłoczułe z nerwem wzrokowym.

Soczewek jest zawieszona między tęczówką a ciałem szklistym na obwódce rzęskowej. Składa się z torebki, kory i jądra i ma dwie wypukłe powierzchnie - przednią i tylną. Jeśli wyobrazimy sobie soczewkę jako owoc, to torebka jest jego skórką, kora jego miąższem, a jądro pestką.

Tęczówka jest umięśnioną częścią błony naczyniowej otaczającej otwór nazywany źrenicą. Dzięki zawartemu w niej pigmentowi jest kolorowa. Mięśnie tęczówki pozwalają na zwiększanie lub zmniejszanie dopływu światła przez regulację wielkości źrenicy.

Wnętrze oka wypełnia przeźroczysta, galaretowata substancja, nazywana ciałem szklistym. Przednia część gałki ocznej i wewnętrzna część powiek pokryte są spojówką. W górno-bocznej części oczodołu znajduje się gruczoł łzowy wydzielający łzy mające za zadanie oczyszczać powierzchnię oka z zabrudzeń i nawilżać ją.

Układ optyczny oka można przyrównać do aparatu fotograficznego, przy czym rolę soczewek obiektywu spełniają rogówka i soczewek oka, rolę przysłony - tęczówka, a warstwy światłoczułej kliszy - siatkówka.

Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewek i ciało szkliste, by zakończyć swoją podróż na siatkówce, wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą, soczewek 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 soczewek 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.

Do soczewek 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 soczewek 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 zbudowana 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 najlepszą 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.

Oko odbiera tylko część promieniowania nań padającego. Związane jest to z właściwościami 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. 400 nm (co odpowiada światłu o barwie fioletowej) do ok. 700 nm (co odpowiada światłu o barwie czerwonej). Powyżej długości 700 nm znajduje się niewidoczna dla człowieka podczerwień, a poniżej 400 nm, również niewidoczny, ultrafiolet. Do fal elektromagnetycznych zaliczamy także niewidoczne dla człowieka promienie gamma, promienie X i inne. 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 widzenia jasnego (przy dużym oświetleniu, np. w dzień). Przyjmuje się maksimum czułości czopków na 550 nm, a pręcików na 510 nm.

Gdy patrzymy na przedmiot ustawiony bardzo daleko od nas, osie patrzenia obu oczu ustawione są prawie równolegle. Jeżeli przedmiot ten będziemy zbliżać 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.

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.

System słuchowy człowieka określany jest jako drugi pod względem złożoności po systemie analizatora wzrokowego. Narząd słuchu składa się z trzech głównych części: ucha zewnętrznego, ucha środkowego i ucha wewnętrznego. Należy jednak zauważyć, że w tym klasycznym już dziś ujęciu nie uwzględniono połączenia pomiędzy sensoryczną częścią narządu słuchu a mózgiem. Tak więc integralną częścią analizatora słuchu jest również nerw słuchowy i ośrodek korowy słuchu w mózgu.

Ucho zewnętrzne. W strukturze ucha zewnętrznego wyróżnia się małżowinę uszną i przewód słuchowy zewnętrzny. Ucho zewnętrzne stanowi ochronę ucha środkowego i ucha wewnętrznego. Małżowina uszna ma za zadanie zbieranie fal akustycznych, które następnie kierowane są do przewodu słuchowego. U wielu gatunków zwierząt małżowina uszna ma na celu polepszenie lokalizacji źródeł dźwięku. W przypadku człowieka funkcja ta ma stosunkowo niewielkie znaczenie, choć dzięki wpływowi cienia akustycznego małżowiny dźwięki dobiegające z przodu ludzie słyszą lepiej niż dochodzące z boku czy z tyłu głowy. Zmiany poziomu sygnału spowodowane kierunkiem jego docierania do małżowiny usznej nie przekraczają jednak kilku decybeli. Przewód słuchowy doprowadza falę dźwiękową do błony bębenkowej, chroni ją przed uszkodzeniami mechanicznymi z zewnątrz oraz zapewnia odpowiednią (stałą) temperaturę i wilgotność. W przewodzie słuchowym występuje fala stojąca, która powstaje w wyniku odbicia się fali dźwiękowej prostopadle od powierzchni błony bębenkowej. Drgania słupa powietrza zawartego w przewodzie słuchowym powodują wystąpienie rezonansu dla częstotliwości ok. 3000 Hz i w konsekwencji wzmocnienie dźwięku dla tej częstotliwości o ok. 10 dB.

Ucho środkowe stanowi zespół kosteczek (młoteczek, kowadełko, strzemiączko) znajdujących się w jamie bębenkowej. Objętość ucha środkowego szacuje się na ok. 2 cm³. Jama bębenkowa stanowi wąską przestrzeń wysłaną błoną śluzową i wypełnioną powietrzem. W jamie bębenkowej występują dwa mięśnie, których rola jest szczególnie istotna z punktu widzenia ochrony przed hałasem. Są to: mięsień bębenkowy (napinacz błony bębenkowej) oraz mięsień strzemiączkowy. Mięsień bębenkowy reguluje napięcie błony. Jest to szczególnie istotne w przypadku wystąpienia dźwięku o dużym natężeniu, który mógłby spowodować uszkodzenie narządu słuchu. Zmniejszenie napięcia błony bębenkowej nosi nazwę refleksu akustycznego. Skuteczność tego zjawiska dotyczy jednak niskich częstotliwości. Zadaniem mięśnia strzemiączkowego jest z kolei regulacja ruchu i amplitudy wychylenia układu kosteczek. Zmniejszenie energii dźwięku występuje jednak tylko dla częstotliwości niższych niż 1 kHz i jest wynikiem zmian w impedancji ucha środkowego. Częścią ucha środkowego jest także trąbka Eustachiusza - przewód łączący ucho środkowe z jamą gardłową (dł. ok. 3-4 cm), który pozwala na wyrównanie ciśnienia panującego w uchu środkowym do poziomu ciśnienia otoczenia w określonych sytuacjach (tj. przełykanie śliny, ziewanie, itd).

Ucho wewnętrzne składa się z szeregu połączonych ze sobą przestrzeni, w których wyróżnia się błędnik błoniasty i błędnik kostny. Błędnik kostny zawiera przedsionek, ślimak i trzy kanały półkoliste. Jest on wypełniony płynem, zwanym przychłonką (perylimfa). Wewnątrz błędnika kostnego mieści się błędnik błoniasty zawieszony na licznych pasemkach łącznotkankowych, umocowanych na ścianach kostnych.

Błędnik błoniasty wypełniony jest śródchłonką (endolimfa).

Błędnik łączy się z jamą bębenkową dwoma otworami: okienkiem przedsionka (owalnym), o które opiera się płytka strzemiączka, oraz okienkiem ślimaka (okrągłym), zamkniętym błoną bębenkową wtórną.

Ze względu na funkcje, błędnik dzieli się na część statyczną (narząd równowagi), do której należą przedsionek i kanały półkoliste, oraz część słuchową, czyli ślimak. Zadaniem części statycznej jest sygnalizacja zmian położenia głowy i utrzymywanie równowagi. Ślimak ma postać podobną kształtem do muszli ślimaka o 2 i 3/4 zwojach. Jest on zwężającym się kanałem.

Przewód ślimakowy jest wypełniony endolimfą. Od schodów przedsionka jest oddzielony błoną Reissnera, zaś od schodów bębenka błoną podstawną. Błona podstawna nie jest na całej długości jednakowo szeroka i naprężona. Tuż przy przedsionku jest najwęższa i najsilniej naprężona. Od strony dziurki osklepki ślimaka naprężenie maleje, zaś jej szerokość wzrasta. Na błonie podstawnej, od strony światła przewodu, umiejscowiony jest narząd spiralny, zwany narządem Cortiego, w którym znajduje się nabłonek zmysłowy narządu słuchu i w nim zaczynają się włókna części ślimakowej nerwu przedsionkowo-ślimakowego.

Narząd spiralny (narząd Cortiego) pokrywa elastyczną błonę nakrywkową. Ucho wewnętrzne jest unerwione przez nerw słuchowy.

Najważniejsze elementy do zapamiętania:
- Zmysł wzroku i narząd wzroku
- Gałka oczna, twardówka, rogówka
- Siatkówka, plamka żółta, plamka ślepa
- Soczewka, tęczówka, ciało szkliste
- Akomodacja i wad wzroku
- Układ optyczny oka i jego analogia do aparatu fotograficznego
- System słuchowy: ucho zewnętrzne, ucho środkowe, ucho wewnętrzne
- Mięsień bębenkowy, mięsień strzemiączkowy, trąbka Eustachiusza
- Błędnik kostny i błędnik błoniasty
- Ślimak i narząd Cortiego
- Akwizycja dźwięku i refleks akustyczny
- Okno optyczne i zakres widzialnych długości fal