Oko

Ľudské oko bolo pred vynájdením ďalekohľadu v roku 1608 jediným senzorom na detekciu svetla z vesmíru. Poďme sa teda bližšie pozrieť ako funguje.

Svetlo je elektromagnetické vlnenie, ktorého farbu a intenzitu vnímame receptormi uloženými v sietnici oka.

1-bielko, 2 – vráskovcové teleso, 3 – dúhovka, 4 – zrenicka, 5 – optická os, 6 – os videnia, 7 – rohovka, 8 – šošovka, 9 – cievovka, 10 – zrakový nerv, 11 – slepá škvrna, 12 – žltá škvrna, 13 – sietnica, 14 – sklovec

Zrakový ústroj tvorí očná guľa (bulbus oculi). Tento orgán nám umožňuje vnímať nielen svetlo a farby, ale aj tvár, pohyb a priestorové rozloženie predmetu.

Očná guľa je uložená v očnici (orbite), ktorú ohraničujú kosti lebky. Je veľmi pohyblivá s spočíva na tukovom vankúšiku, ktorý zabraňuje poškodeniu oka pri názoroch na kostený podklad očnice. Vchod do očnice uzatvárajú mihalnice (palpebrae). Stenu oka tvoria ti vrstvy: väzivový obal – bielko (sclera), cievnatý obal gule – cievovka (choroidea) a vnútorný obal gule – sietnica (retina) s receptormi.

Bielko (screla) je väzivová blana, ktorá tvorí pevný obal okolo očnej gule. V prednej časti prechádza táto blana do priehľadnej rohovky. Rohovka (cornea) sa skladá z tenkých väzivových vlákien, ktoré sú poukladané husto pri sebe; tvarom sa podobá hodinovému sklíčku. Cievovka (choroidea) je strednou vrstvou očnej gule. Je bohato zásobená cievami, ktoré slúžia predovšetkým vonkajšej vrstve sietnice. V cievovoke sa nachádzajú bunky obsahujúce hnedý pigment, ktorý zabraňuje rozptyľovanie svetelných lúčov vo vnútri oka. Pokračovaním cievovky v prednej časti oka je vráskovcové teleso (vráskovec; corpus ciliare), voľne visiace medzi bielkom a rohovkou. Jeho podkladom je drobný hladký sval. Od okrajov vráskovca vybiehajú tenké vlákna, na ktoré sa pripája puzdro šošovky. Ak sa sval stiahne, ťah vlákien povolí a šošovka sa vlastnou pružnosťou vyklenie; naopak, pri uvoľnení svalu sa šošovka sploští. Takto sa mení jej svetelná lomivosť. Vpredu odstupuje od vráskovca kruhovitá blanka, ktorá je uložená pred šošovkou. Túto časť oka nazývame dúhovka (iris). V jej strede je kruhový otvor –zrenica(pupilla). Dúhovka sa skladá z hladkej svaloviny, ktorá je usporiadaná tak, že tvorí dva svaly: rozširovač zrenice a zvierač zrenice. Kruhový sval (zvierač sietnice) svojím zmršťovaním zrenicu zužuje, čím obmedzuje vstup svetla do ďalších častí oka. Lúčovito usporiadaný sval (rozširovač zrenice) zrenicu rozširuje. Farbu dúhovky podmieňuje množstvo a typ pigmentu v epiteli, ktorý pokrýva dúhovku. Na vláknach vráskovcového telesa je zavesená ďalšia časť oka, a to šošovka (lens crystallina). Skladá sa z tuhej, rôsolovitej a dokonale priehľadnej hmoty. Na jej povrchu je jemné väzivové puzdro, na ktoré sa upínajú vlákna vráskavca. Šošovka je veľmi pružná; ak sa uvoľní ťah závesných vlákien vráskovcového telesa, šošovka sa vyklenie. Sietnica (retina) tvorí vnútornú vrstvu oka. Je to jediné miesto v oku, kde sú uložené receptory schopné reagovať na svetelné podnety. Stavba sietnice je veľmi zložitá; skladá sa z niekoľkých bunkových vrstiev. Najdôležitejšiu bunkovú vrstvu tvoria tyčinky čapíky. Sú to receptory, ktorá nám umožňujú vnímať svetlo a farby.

 

Vnímanie svetla

O citlivosti zraku rozhodujú takisto tyčinky čapíky. Medzi nimi sú dva základné rozdiely, ktoré vysvetľujú mnoho javov, vrátane vnímania intenzity alebo jasu:

  1. rozdielne spojenie tyčiniek a čapíkov s gangliovými bunkami. Jedna gangliová bunka je spojená s viacerými tyčinkami, preto dostáva viac signálov ako tá, ktorá je spojená vždy iba s jedným čapíkom. Preto videnie sprostredkované tyčinkami je citlivejšie.
  2. rozdielne rozmiestnenie tyčiniek a čapíkov. Miestom najostrejšieho videnia je tzv. žltá škvrna sietnice; je to miesto, kde sú iba čapíky. Leží asi 5 mm od výstupu zrakového nervu. Tam, kde vystupujú z očnej gule vlákna zrakového nervu, je malá vyvýšenina (papila), ktorá vznikla nahromadením vlákien zbiehajúcich sa z rozličných úsekov sietnice, na tomto mieste sa nenachádzajú žiadne tyčinky a čapíky. Papila zrakového nervu sa preto označuje ako tzv. slepá škvrna sietnice. Pri bežnom osvetlení sa predovšetkým uplatňujú čapíky (denné videnie), pri slabom osvetlení zasa tyčinky (videnie za šera). Tým sa vysvetľuje, prečo za šera nerozoznávame farby. Za denného svetla prevláda vnímanie svetla prostredníctvom čapíkov tzv. čapíkové, čiže fotopické videnie. Sietnica je pritom najcitlivejšia na žltozelenú. V šere prevláda vnímanie svetla prostredníctvom tyčiniek tzv. tyčinkové čiže skotopické videnie. Pri tomto videní je sietnica najcitlivejšia na zelenú farbu, to znamená, že v šere je oko citlivejšie na kratšie vlnové dĺžky – Purkyněho jav.

 

Rozdiely medzi čapíkami a tyčinkami

Čapíky – nízka citlivosť (denné svetlo) citlivosť na červenú a žltú farbu kódovanie farby a tvaru smerom k žltej škvrne sa ich počet zvyšuje. Tyčinky nízka citlivosť (nočné svetlo) citlivosť na zelenú a modrú farbu kódovanie svetlosti a pohybu ich počet sa zvyšuje od žltej škvrny k periférii.

 

Fotoptické a skotoptické videnie

Podľa rozšírenej duplicitnej teórie videnia, tyčinky sú zodpovedné za videnie v polotmavých, šerých svetelných podmienkach (skotoptické videnie- tyčinkové) a čapíky fungujú v lepších svetelných podmienkach (fotoptické videnie- čapíkové). Fotoptické videnie dodáva oku schopnosť vidieť farby a rozlišovať jemné detaily (20/20 alebo aj lepšie), ale funguje len pri dobrom osvetlení. Čo sa tohto týka, skotoptické videnie je nižšej kvality, má totiž len obmedzené možnosti rozlišovania (zvyčajne 20/ 200 alebo menej) a umožňuje rozlišovanie len medzi odtieňmi čiernej a bielej. Toto obmedzenie možno ľahko potvrdiť tým, že za súmraku sa rôzne farby kvetín v záhrade stanú prakticky nerozoznateľné. Avšak skotoptický systém preukazuje zvýšenú citlivosť a nízky detekčný prah aj za zjavne redukovaného osvetlenia. Tento receptorický systém umožňuje ľudskému oku udržovať citlivosť aj v obrovskom rozsahu okolitých svetelných úrovní a hladín. Medzi hranicami maximálneho fotoptického videnia a minimálneho skotoptického videnia funguje oko viac- menej efektívne ku zmenám v jasnosti prostredia až 1 000 000 000 krát. Citlivosť oka sa automaticky prispôsobuje zmenám osvetlenia. Najslabšie svetlo v akom sú tyčinky schopné fungovať je okolo 10- 6 mililambertov, napríklad 1 mililambert (mL) v podstate zodpovedá jasnosti svetla sviečky, ktorej svetlo dopadá na stenu vo vzdialenosti 1 až 10 stôp a predstavuje prah pre tyčinkové videnie. Tento stupeň osvetlenia zodpovedá okolitým podmienkam počas zamračenej noci bez mesiaca. Najslabšie svetlo v akom sú čapíky schopné fungovať je okolo 10- 3 mL, čo zároveň predstavuje prah pre čapíkové videnie a zodpovedá podmienkam počas noci s asi 50% mesačným osvetlením. Preto biele svetlo, ktoré je sotva viditeľné tyčinkami musí byť vystupňované, čo sa týka jasnosti asi 1000-krát, aby sa stalo viditeľné pre čapíky. Svetelná intenzita slnka je približne 30 000- krát väčšia, ako intenzita mesiaca, ale aj napriek tomu dokáže oko dobre fungovať aj za jasného slnečného svetla, ako aj za temného mesačného svetla. I keď ľudské oko môže fungovať v obrovskej škále jasností, sietnica je veľmi citlivá na poškodenie svetlom, napríklad lasermi alebo prílišným slnečným svetlom.

 

Mezopické videnie – videnie za šera

Existuje rozšírená mylná predstava, že tyčinky fungujú len v noci a čapíky len počas dňa. Vlastne, aj tyčinky aj čapíky fungujú v obrovskej škále úrovní svetelného osvetlenia a v prechodných úrovniach osvetlenia fungujú súčasne. Prechodná zóna medzi fotoptickým a skotoptickým videním, kde úroveň osvetlenia zodpovedá stmievaniu alebo súmraku, sa nazýva mezopické videnie (obrázok 2- 2). Mezopické videnie sa rozprestiera od asi 1 po 10- 3 mL. V tomto rozpätí nefungujú ani tyčinky ani čapíky s vrcholnou účinnosťou, ale oboje aktívne prispievajú pri vizuálnej percepcii. Mezopické videnie je veľmi dôležité pre vojenských letcov v noci, pretože práve počas nočných operácií sa často objavuje trocha svetla ( svetelné signály, rakety, bomby, atď.). Pod intenzitou mesačného svetla (10- 3 mL) čapíky prestávajú fungovať a samotné tyčinky sú zodpovedné za vyložene skotoptické videnie.

 

Adaptácia na tmu

Adaptácia na tmu je nezávislý proces, počas ktorého sa oko upravuje z rámca vysokej luminácie (intenzita svetelného dojmu = oslnivosť) do rámca nižšej luminácie. Presný mechanizmus tohto procesu je nejasný, ale je známe, že zahŕňa biochemické, fyzikálne a nervové aspekty. Aj tyčinky aj čapíky obsahujú svetlocitlivé chemikálie, zvané fotopigmenty. Fotopigment nachádzajúci sa v tyčinkách sa nazýva rhodopsín alebo zrakový purpur, ktorý sa skladá z vitamínu A a z opsínu. Podľa trichromatickej teórie videnia máme tri rozlišné typy čapíkových fotopigmentov (citlivé na červené, modré a zelené odtiene). Pozostávajú z opsínov len trochu odlišných od rhodopsínu. Po vystavení na svetlo sa fotopigmenty podrobujú chemickej reakcii, ktorá zmení svetelnú energiu na elektrickú aktivitu, tým sa dávajú do chodu vizuálne impulzy na sietnici, ktoré sú ďalej vedené nervovými vláknami z očí do mozgových centier. Počiatočná chemická reakcia sa nazýva svetelná adaptácia a v tomto procese sa fotopigmenty rozkladajú. Prudké svetlo rozkladá fotoreceptorické farbivá rýchlo a úplne, čím sa znižuje citlivosť sietnice na pritlmené svetlo. Regenerácia fotopigmentov sa objavuje počas adaptácie na tmu. Na tmu úplne adaptované oko, v ktorom nastala kompletná regenerácia fotopigmentov sa navracia maximálna citlivosť sietnice. Tyčinky a čapíky sa najzreteľnejšie líšia práve v rýchlosti adaptácie na tmu. Čapíky dosahujú maximálnu citlivosť v priebehu 5- 7 minút, zatiaľ čo tyčinky potrebujú 30- 45 minút (alebo viac) absolútnej tmy, aby dospeli k maximálnej citlivosti po vystavení ostrému svetlu. Časový priebeh adaptácie na tmu po vystavení ostrému svetlu je ilustrovaný na obrázku 2- 3. Z počiatku je citlivosť sietnice veľmi nízka, ale jej citlivosť vzrastá v priebehu jednej minúty až desaťnásobne. Po dvadsiatich minútach narastá je citlivosť 6000- násobne a po ubehnutí štyridsiatich minút dokonca 25 000- násobne. Diagram tejto zvyšujúcej sa citlivosti nazývame krivkou adaptácie na tmu (je dvojfázová a asymptotická). Počiatočná časť tejto krivky je spôsobená rýchlou adaptáciou čapíkov, ktoré majú rýchlejší druh fotochemickej regenerácie. Avšak čapíky nedosahujú rovnaký stupeň citlivosti, ako tyčinky. Neskoršia časť krivky ukazuje, že síce sa tyčinky adaptujú pomaly, ale napokon preukazujú oveľa väčšiu citlivosť ako čapíky. Prihliadajúc na preadaptáciu na svetlo (t. j. stav sietnice), je adaptácia na tmu kompletná v priebehu asi tridsiatich minút, ale môže trvať hodiny, dokonca dni, kým sa nedosiahne úplná adaptácia na tmu. Okrem adaptácie spôsobenej zmenami v koncentrácii fotopigmentov má oko aj iné mechanizmy adaptácie na meniace sa svetelné podmienky. Sietnicová adaptácia môže byť ovplyvnená fyzikálnymi zmenami vo veľkosti zreničky. Množstvo svetla vnikajúceho do oka je úmerné ploche zreničky. Ďalší mechanizmus svetelnej adaptácie je nervová adaptácia, ktorá je sprostredkovaná sietnicovými neurónmi v za sebou idúcich stupňoch vizuálneho pásma sietnice. Keď z počiatku klesá intenzita svetla, intenzita signálov, ktoré sú prenášané sietnicovými neurónmi je veľmi nízka. Ale po čase intenzita týchto signálov rýchlo narastá. Táto zmena v “nervovom zosilnení” nastáva v priebehu sekúnd a môže značne zlepšiť nočné videnie. Okrem toho značný podiel na podstatne väčšej citlivosti tyčiniek pri adaptácii na tmu má aj samotný počet tyčiniek na sietnici. Sto tyčiniek alebo viac sa zbieha k jedinému nervovému vláknu na sietnici, čo ohromne zvyšuje citlivosť. Teda, ak sú tyčinky aj slabo stimulované, súčet viacerých nízko úrovňových podráždení postačuje k spusteniu jemného signálu k mozgu. Na rozdiel od chemických zmien v oku, tento mechanizmus nastáva okamžite.

 

Vnímanie farieb

Farebné videnie zabezpečujú výhradne čapíky. Vnem ktorejkoľvek farby môžeme vyvolať zmiešaním červeného, modrého a zeleného svetla. V sietnici existujú tri druhu čapíkov, pričom je každý druh maximálne citlivý na jednu z troch základných farieb. V sietnici oka sa najprv farebný vnem ”rozkladá” na tri základné farby a výsledný obraz sa opäť ”zloží” z jednotlivých farieb pravdepodobne až v mozgovej kôre. Vnímanie je potrebné rozlíšiť ešte z fenomenologického hľadiska pri čom je farebný tón (color), ktorý je určený názvom farby, ďalej sýtosť (saturation), ktorú určuje obsah farby alebo čistotou svetla to znamená, čím menšia prímes iných farieb, tým je farba sýtejšia a na koniec svetlosť (brightness), ktorá súvisí so stupňom zmiešania danej farby s bielou či čiernou a teda s ubúdaním a pribúdaním svetla.

 

Farebné spektrum

Svetlo je forma elektromagnetického žiarenia. Zaberá však len malú časť širokého spektra elektromagnetického vlnenia, ktoré zahŕňa aj veľa ďalších foriem žiarenia – od rádiových vĺn až po žiarenie gama. Dĺžka rádiových vĺn môže byť až niekoľko kilometrov, kým žiarenie gama má vlny v dĺžke 0,000000000000004 cm. Svetlo, viditeľné ľudským okom, zaberá v tomto spektre dokonca len oblasť v rozmedzí 400 – 700 nm. V rámci viditeľného spektra majú najdlhšiu vlnovú dĺžku (550 – 770 nm) žltá, oranžová a červená farba. Stredná oblasť je vyhradená zelenej farbe. A napokon najkratšie vlnové dĺžky majú modrá a fialová farba. Zvyčajne sú tieto farby veľmi tesne a dôkladne prepojené a premiešané, takže dovedna vytvárajú biele svetlo. Oddeľujú sa len za mimoriadnych okolností, ako napríklad v podobe dúhy alebo pri lome svetla pri prechode skleným hranolom. Sietnica však prekvapivo reaguje aj na farby mimo okruhu tohto normálne viditeľného spektra, v oblasti ultrafialového žiarenia. Za normálnych okolností to nie je zrejmé, pretože očná šošovka toto žiarenie pred dopadom svetla na sietnicu odfiltruje. Avšak pacienti, ktorým musela byť v dôsledku choroby šošovka odstránená a nahradená šošovkou zo skla či syntetického materiálu, skutočne vidia aj predmety osvetlené len ultrafialovými lúčmi. Vidia teda niečo, čo je očami s biologickými šošovkami neviditeľné. Farebné predmety sa javia ako farebné vďaka tomu, že obsahujú rôzne pigmenty. Tie selektívne absorbujú len určité vlnové dĺžky svetla, kým ostatné buď odrážajú, alebo prepúšťajú ďalej. Vďaka tomu vzniká rôznorodá zmes rozdielnych vlnových dĺžok, ktorú oko rozlišuje ako jednotlivé farby. V čapíkoch sietnice sa to odráža v podobe troch odlišných typov nervových impulzov, ktoré vytvárajú čapíky vo vzťahu k trom základným farbám. Impulzy, ktoré sú generované pre jednu farbu, zároveň inhibujú vnemy farby protikladnej. Napríklad červená farba stimuluje čapíky citlivé práve na červenú, aby vydávali príslušné impulzy do mozgu, ale súčasne tiež znižujú citlivosť na zelenú farbu. Podobne signály modrej farby inhibujú impulzy pre červenú a zelenú, pretože tie spolu dávajú žltú – protiklad modrej farby.

 

Vlnové dĺžky

Tá časť elektromagnetického spektra, ktorá stimuluje fotoreceptory na sietnici je známa ako viditeľné svetlo. Viditeľné svetlo zahŕňa fialovú, modrú, azúrovú, zelenú, žltú, oranžovú, červenú, tmavočervenú, purpurovú, t. j. rozpätie vlnových dĺžok od 380 nm do 760 nm (obrázok). Hraničiace časti spektra, i keď ich svetlo pre nás nie je viditeľné môžu pôsobiť na oko. Ultrafialové žiarenie predstavujú vlnové dĺžky od 180 do 360 nm. Vystavenie oka ultrafialovej radiácii môže spôsobiť poškodenie očného tkaniva. Prudký osvit môže spôsobiť tzv. snežnú slepotu, zatiaľ čo dlhotrvajúce vystavenie oka ultrafialovému žiareniu sa považuje za možnú príčinu šedého zákalu. Infračervené žiarenie sa objavuje od 760 nm až po tú časť spektra, ktorú už predstavujú mikrovlny. Infračervené alebo tepelné žiarenie môže tiež poškodzovať očné tkanivo (napr. infračervené lasery môžu spôsobiť poškodenie sietnice, odlupovanie šošovky). Infračervené žiarenie neobsahuje tak veľa svetelnej energie, ako ultrafialové žiarenie. Hlavne prístroje na nočné videnie sú citlivé na infračervené žiarenie.

 

Purkyněho fenomén – jav

Purkyněho fenomén (jav) znamená relatívne väčšiu jasnosť modrého a zeleného svetla, v porovnaní s žltým alebo červeným svetlom. Tento jav funguje na základe prechodu z fotoptického na skotoptické videnie. Jednoduchý príklad: v šere sa nám zdajú byť svetlejšie listy jablone, kým zrelé červené jablká vidíme ako čierne. Za denného svetla naopak červené jablká priam “svietia” medzi zelenými listami. Demonštrácia: v zatemnenej miestnosti sa pozeráme na dva objekty (tričká, kocky), z ktorých jeden je červenej a druhý zelenej farby. Umiestnime ich blízko seba. Pokiaľ bude osvetlenie v miestnosti silnejšie, tak budeme vidieť červenú farbu ako o niečo jasnejšiu. Keď však budeme pomaly redukovať intenzitu osvetlenia, v určitom momente budeme zelenú vidieť ako jasnejšiu. Tento obrat v jasnosti sa možno objaví len krátko pred tým, ako už nebudeme schopní ďalej vidieť červenú. Za silnejšieho svetla a pri centrálnej fixácii pohľadu (rovno pred seba) sa aktivujú čapíky a fotoptické videnie, pokým v šere a pri fixácii pohľadu mimo centra (stačí aj zmena uhľa pohľadu o 15- 20 stupňov od centra) sa aktivujú tyčinky a skotoptické videnie. Tento jav dokazuje, že čapíky sú citlivejšie na žltú a červenú farbu (dlhšie vlnové dĺžky) a tyčinky sú citlivejšie na modrú a zelenú farbu (kratšie vlnové dĺžky). Čapíky sú najcitlivejšie na vlnovú dĺžku 555 nm (žlto- zelená). To je aj dôvod prečo vidíme tenisovú loptičku lepšie za fotoptických podmienok. Tyčinky sú najcitlivejšie na vlnovú dĺžku 505 nm (modro- zelená). Teda modro- zelené predmety vidíme za šera alebo pri slabom svetle (večer) ako jasnejšie, než červené predmety.

 

Fotochromatický interval

Vhodné predvedenie rozdielu medzi fotoptickou a skotoptickou citlivosťou je pomaly zmenšovať intenzitu farebného svetla, až kým nedosiahneme prah čapíkového videnia. Toto je moment, v ktorom zmizne farba, ale nie vnímanie svetla. Keď sa tento postup uskutoční s hociktorou farbou okrem červenej, napr. s modrým svetlom, farba zmizne pri prahu čapíkového videnia, ale svetlo bude stále vnímané tyčinkami ako matne šedé. Keď by sme intenzitu osvetlenia ďalej znižovali, až by sme dosiahli prah tyčinkového videnia, svetlo by celkom zmizlo. Pri červenom svetle by farba a vnímanie svetla zmizli v tom istom čase. Rozdiel medzi stupňom osvetlenia, pri ktorom zmizne farba svetla (čapíkový prah) a medzi stupňom, keď zmizne už aj svetlo (tyčinkový prah) sa nazýva fotochromatický interval.

 

Nočná slepota

Skutočná nočná slepota je zriedkavá. Môže byť spôsobená dlhodobým nedostatkom vitamínu A ako aj chronickým hladovaním, alkoholizmom, nedostatočným vstrebávaním tuku, narastajúcou poruchou vo výžive tyčiniek a čapíkov, vplyvom drog. Napr. aj krátkozrakosť znižuje kvalitu nočného videnia. V citlivosti sietnice existuje značná individuálna variabilita. Určitá vzťažnosť existuje aj medzi vekom a nočným videním.

Autor: Martin Golembiovsky

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *