Oko jako narząd optyczny

Oko - narząd receptorowy przetwarzający energię świetlną w impulsy nerwowe, które następnie przekazywane są do mózgu i odbierane przez nas jako obrazy.

Najprostsze oczy składają się z kilku komórek światłoczułych. Owadzie oczy składają się z oczek prostych zgrupowanych w oczy złożone. Każde oko proste zawiera soczewkę, komórki siatkówkowe oraz komórki pigmentu.
Najbardziej rozwinięte ewolucyjnie oczy posiadają kręgowce.
Główną częścią narządu wzroku kręgowców jest gałka oczna osadzona w zagłębieniu czaszki zwanym oczodołem.
Zwierzęta mają oczy proste lub złożone. Niektóre organizmy mają światłoczułe plamki na swoich zewnętrznych powierzchniach, umożliwiające odróżnianie światła od ciemności. Dzięki temu mogą płynąc w kierunku światła tj. ku powierzchni zbiorników wodnych, w których żyją.
Owady mają oczy złożone. Oczy owadów i innych stawonogów składają się z wielu jednostek, z których każda ma własną soczewkę. Każda część oka owada jest w rzeczywistości oddzielnym "mini-okiem" posiadającym własną soczewkę skupiającą światło na pojedynczym receptorze. Owad zatem widzi świat jako mozaikę położonych obok siebie plamek. Nie dostrzega tak wielu szczegółów jak ludzie, lecz może o wiele lepiej rejestrować ruch.

Oczy złożone u muchy

Oczy stereoskopowe

Człowiek posiada oczy stereoskopowe, czyli ułożone blisko siebie z przodu głowy. Każde z oczu odbiera inny obraz, który scala się w ośrodku wzrokowym i dzięki temu widzimy trójwymiarowo, jednak tylko w pewnych odległościach (do ok. 50 m).

?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.

Budowa Oka

Oko ma w przybliżeniu kształt kuli o średnicy 24 mm, wypełnionej w większości bezpostaciową substancją (ciałkiem szklistym), znajdującej się pod ciśnieniem pozwalającym na utrzymanie jego kształtu.

Twardówka- najbardziej zewnętrzna część oka. Zbudowana jest z nieprzeźroczystej, włóknistej błony łącznotkankowej. W przedniej części oka przechodzi w rogówkę.

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

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

Tęczówka - umięśniona część 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

Ciało rzęskowe utrzymuje soczewkę w odpowiednim położeniu.

Naczyniówka - leży między twardówką i siatkówką która wraz z tęczówką i ciałem rzęskowym tworząc błonę naczyniową, w której znajdują się naczynia krwionośne.

Soczewka - 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.

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

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 nie akomodującego wynosi około 60 dioptrii, przy czym około 2/3 tej mocy przypada na rogówkę.

Rysunek - charakterystyczne parametry oka jako układu optycznego. Nad osią symetrii oka znajdują się parametry dotyczące oka nie akomodującego (oznaczone indeksem o), natomiast pod osią - akomodującego (oznaczenie indeksem a). Powierzchnie soczewki zaznaczone są liniami przerywanymi

Do soczewki ocznej przylega tęczówka spełniająca rolę przysłony kurczącej się pod wpływem bodźców świetlnych co powoduje zmianę średnicy źrenicy oka.
Środki krzywizn rogówki i soczewki leżą na prostej zwanej osią optyczną oka. Występuje rozbieżność osi optycznej i osi widzenia, która jest wynikiem przesunięcia dołka środkowego poza oś optyczną oka.
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 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. 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.

RÓŻNE KOLORY ŚWIATA...
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 rysunek.

Wady Wzroku
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. Bieg promieni świetlnych w oku prawidłowym przedstawia poniższy rysunek

Astygmatyzm (niezborność rogówkowa) jest wadą polegającą na zniekształceniu widzenia wskutek niesymetryczności rogówki 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 0,5D, która nie wymaga korekcji. Poniższy rysunek przedstawia bieg promieni w oku z astygmatyzmem regularnym.

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. Poniżej widzimy bieg promieni w oku z astygmatyzmem nieregularnym, wynik korekcji tej wady przez zastosowanie soczewki kontaktowej i wygląd oka z astygmatyzmem nieregularnym z soczewką kontaktową.
Daltonizm
Jedną z wad wzroku jest daltonizm polegający na złym rozpoznawaniu barw. Nazwa wady pochodzi od nazwiska angielskiego fizyka i chemika J.Daltona, który jako pierwszy opisał ślepotę na barwy zieloną i czerwoną. 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.
Wada ta jest często definiowana jako ślepota na barwę czerwono - zieloną. 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 tablic barwnych pseudoizochromatycznych. W razie konieczności wykonania dokładniejszych badań wykorzystuje się przyrząd nazywany anomaloskopem. Pacjent badany anomaloskopem ma za zadanie porównanie dwóch barw. Przykładowe tablice barwne służące do diagnozowania daltonizmu umieszczone są poniżej. Osoby posiadające wadę daltonizmu powinny zobaczyć na pierwszej tablicy liczbę 21 zamiast prawidłowej 74. Na drugiej tablicy przedstawiona jest liczba 89.

Nadwzroczność
Nadwzroczność (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. Poniższe rysunki przedstawiają bieg promieni świetlnych w oku zdrowym i nadwzrocznym.

Jak widać promienie równoległe, które w nie akomodującym oku zdrowym ogniskowane są na siatkówce, w nie akomodującym 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 skupiające. Ich moc optyczną podaje się w dioptriach dodając znak plus (np. plus 3 dioptrie). Poniższy rysunek przedstawia bieg promieni świetlnych w oku dalekowzrocznym skorygowanym soczewką skupiającą.

Krótkowzroczność

Krótkowzroczność (myopia) 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. Poniższe rysunki przedstawiają bieg promieni świetlnych w oku zdrowym i krótkowzrocznym.

Jak widać promienie równoległe, które w nie akomodującym oku zdrowym ogniskowane są na siatkówce, w nie akomodującym oku krótkowzrocznym ogniskowane są przed siatkówką. Wskutek tego wrażenie wzrokowe krótkowidza jest nieostre. Żeby dobrze zobaczyć przedmiot krótkowidz przysuwa przedmiot bliżej oczu

Łukasz Denisiuk aka SinLord Gdańsk 2007