budowa narządu wzroku człowieka i mehanizm jego

Agnieszka Majchrzak M-3
BUDOWA NARZĄDU WZROKU CZŁOWIEKA I MEHANIZM JEGO DZIAŁANIA
Środowisko wewnętrzne i zewnętrzne ulega ciągłym zmianom. Aby organizm mógł
sprawnie funkcjonowad w zmieniającym się otoczeniu, musi odbierad sygnały informujące
o stanie środowiska i samego organizmu. Zdolnośd do odbierania i przetwarzania bodźców
na sygnały zrozumiałe dla komórek nerwowych jest bardzo ważna, gdyż umożliwia
odpowiednie zachowanie się organizmu. Za wykrywanie informacji o zmianach środowiska
odpowiedzialne są receptory sensoryczne, inaczej czuciowe. Obecnośd określonych rodzajów
receptorów sensorycznych decyduje o tym, jakie bodźce będą przez dany organizm
odbierane i tym samym będą umożliwiały mu rejestrowanie zmian środowiska.
Do receptorów czuciowych zalicza się: mechanoreceptory, chemoreceptory, termoreceptory,
elektroreceptory oraz fotoreceptory. Każdy rodzaj przetwarza inny typ energii pochodzącej
ze środowiska, a więc odbiera różne bodźce. W połączeniu z innymi komórkami receptory
czuciowe tworzą narządy zmysłów. Różnorodnośd narządów zmysłów spotykanych
u zwierząt na świecie jest ogromna. Wynika to z różnic trybu i środowiska życia tych
organizmów.
Istnieje 5 zmysłów: wzrok, słuch, węch, smak oraz dotyk, chod
neurobiologowie zaliczają do nich jeszcze zmysł równowagi. U każdego organizmu inny zmysł
może odgrywad kluczową rolę w poznawaniu świata. Człowiek należy do wzrokowców, więc
w wykrywaniu zmian środowiska w szczególności będzie korzystał z narządu wzroku, czyli
oczu. Organizm ludzki posiada zdolnośd do widzenia trójbarwnego oraz stereoskopowego, co
daje mu możliwości dokładnego obserwowania zmian zachodzących w środowisku.
Dwuoczne (binokularne) widzenie stanowi podstawę do precyzyjnego określenia odległości
i głębokości. Oczy zaliczane są do fotoreceptorów, ponieważ są przystosowane do odbierania
bodźców w postaci energii świetlnej.
Odbieranie i przetwarzanie bodźców świetlnych zapewnia m.in. odpowiednia budowa
oczu. Gałka oczna jest przyczepiona do oczodołu kostnego za pomocą sześciu mięśni, dzięki
którym oko może się poruszad. Narząd wzroku człowieka zbudowany jest z trzech warstw:
twardówki, naczyniówki i siatkówki.
1
Pierwsza z nich, zwana inaczej białkówką, stanowi najbardziej zewnętrzną otoczkę. Jest to
gruba, sztywna i nieprzezroczysta warstwa tkanki łącznej, która ochrania wewnętrzne
struktury oka, utrzymuje jego kształt oraz stanowi miejsce przyłączenia mięśni gałki ocznej.
W przedniej części oka twardówka tworzy rogówkę. W porównaniu z białkówką jest ona
cieosza i przezroczysta. Jej zewnętrzną warstwę stanowi warstwa nabłonka, spojówka.
Przechodzące przez rogówkę światło ulega refrakcji, dlatego pełni ona funkcję stałej
soczewki skupiającej światło.
Następna cienka warstwa – naczyniówka - zaopatruje siatkówkę w krew, a jej
komórki zawierają czarny barwnik, który absorbuje światło. Obecnośd pigmentu
uniemożliwia odbicie i rozproszenie światła w gałce ocznej, a więc powstawanie nieostrych
obrazów. Naczyniówka w przedniej częśd oka tworzy ciało rzęskowe i tęczówkę. Ciało
rzęskowe jest zbudowane z mięśnia rzęskowego i wyrostków rzęskowych.
Wyrostki
wydzielają płyn wodnisty, natomiast mięsieo rzęskowy odpowiada za akomodację oka, czyli
zmianę kształtu soczewki. Skurcz tego mięśnia powoduje, że soczewka przyjmuje okrągły
kształt, co umożliwia ostre widzenie przedmiotów znajdujących się blisko. Z kolei w wyniku
rozkurczu mięśnia rzęskowego soczewka staje się płaska i uzyskujemy ostry obraz
oddalonych przedmiotów. Torebkę soczewki i ciało rzęskowe łączy więzadło soczewki
zbudowane z wielu cienkich włókien obwódki rzęskowej. Tęczówka jest błoną, która otacza
2
centralny otwór, przez który światło wpada do wnętrza oka, czyli źrenicy. Przyjmuje różne
barwy (niebieską, zieloną, szarą lub brązową) w zależności od ilości i rodzaju barwnika, który
zawiera. Dzięki obecności w tęczówce dwóch antagonistycznych wewnątrzocznych mięśni
może ona regulowad wielkośd otworu źrenicy. Tuż za siatkówką położona jest soczewka. Ta
przezroczysta elastyczna kula dzieli oko na dwie części. Przednią komorę oka wypełnia
przezroczysty płyn wodnisty, natomiast tylną komorę oka stanowi bardziej lepkie ciało
szkliste. Płyny zapewniają utrzymanie kształtu i odpowiedniego ciśnienia wewnątrz gałki
ocznej. Soczewka w ludzkim oku ma średnicę 9 mm, jest to struktura odpowiedzialna
za załamywanie światła wpadającego przez źrenicę. Dodatkowa refrakcja zachodzi
na rogówce oraz w płynie gałki ocznej.
Ostatnia, najbardziej wewnętrzna warstwa oka to siatkówka, inaczej retina. Składa się
ona z 10 warstw, jest przezroczysta i wrażliwa na światło. Siatkówka zbudowana jest
z fotoreceptorów (warstwa ziarnista zewnętrzna), z interneuronów siatkówkowych, komórek
dwubiegunowych,
poziomych
i
amakrynowych
(warstwa
ziarnista
wewnętrzna)
oraz komórek zwojowych (warstwa zwojowa). Połączenie między poszczególnymi warstwami
komórek siatkówki stanowią dwie warstwy splotowe. Fotoreceptory podzielone zostały
na dwa rodzaje, są to komórki pręcikowe i czopkowe. Człowiek posiada ok. 125 mln pręcików
3
i 6,5 mln czopków. Pręciki zlokalizowane są na całym obszarze siatkówki, ale liczniej
występują na jej obrzeżach. Nie są wrażliwe na kolory, jednak umożliwiają nam widzenie
kształtów i ruchu przy słabym oświetleniu. Jest to tzw. widzenie skotopowe. Gdy światło jest
intensywne (np. dzienne) komórki pręcikowe przestają reagowad, ale za to komórki
czopkowe stają się aktywne i umożliwiają widzenie fotopowe.
Największe zagęszczenie komórek czopkowych występuje w plamce żółtej w centralnej
części siatkówki, stąd widzenie jest tam najostrzejsze. Z kolei miejscem na siatkówce, w
którym nie powstaje obraz, jest plamka ślepa znajdująca się w miejscu, z którego nerw
wzrokowy wychodzi z gałki ocznej, ponieważ nie znajdują się tam żadne fotoreceptory.
Komórki czopkowe umożliwiają widzenie barw, dlatego wyróżnia się trzy rodzaje, z których
każdy najlepiej odbiera fale świetlne o różnej długości, niebieskie, zielone i czerwone.
Oznacza to, że każda komórka czopkowa absorbuje wszystkie długości fali, jednak typ
określa, na które światło dana komórka jest najbardziej wrażliwa.
Aby mózg mógł wytworzyd obraz, energia świetlna odbierana przez fotoreceptory
musi byd zamieniona na impulsy nerwowe. Ważną rolę w tym procesie odgrywają barwniki
4
wzrokowe zawarte w komórkach wzrokowych, które służą do absorpcji energii świetlnej.
U człowieka funkcję fotopigmentu pełni rodopsyna, która pod wpływem światła ulega
przemianom chemicznym i dzięki temu umożliwia powstanie potencjału receptorowego.
Rodopsyna (czerwieo wzrokowa) składa się z białka opsyny połączonego z grupą
prostetyczną retinalem - aldehydem witaminy A. Retinal występuje w dwóch odmianach:
w ciemności w postaci izomeru cis, a w świetle w postaci trans. W ciemności obecnośd
cyklicznego monofosforanu guanozyny sprawia, że kanały sodowe w komórkach
pręcikowych otwierają się, co wywołuje depolaryzację fotoreceptorów. Jednocześnie zostaje
uwalniany neuroprzekaźnik, glutaminian, który powoduje hiperpolaryzację błony komórki
dwubiegunowej. Informacja nie zostaje więc przekazana dalej. Pod wpływem światła
zachodzi transdukcja energii na impulsy nerwowe. Następuje aktywacja rodopsyny. Zmiana
w trans retinol powoduje rozpad cząsteczki rodopsyny i zmianę jej kształtu. Umożliwia to
związanie się jej z białkiem G, transducyną i w konsekwencji wywołuje redukcję stężenia
cyklicznego monofosforanu guanozyny, gdyż ten jest hydrolizowany przez esterazę
aktywowaną przez transducynę. Kanały jonowe zamykają się, komórka pręcikowa ulega
hiperpolaryzacji i uwalnia mniejszą ilośd neuroprzekaźnika. Komórki dwubiegunowe ulegają
wtedy
depolaryzacji,
a
uwolnione
neuroprzekaźniki
do przekazywania informacji.
5
stymulują
dalsze
komórki
W komórkach siatkówki rozpoczyna się wstępna integracja sygnałów informujących
o powstającym obrazie, ale jego interpretacja odbywa się dopiero w mózgu. Informacja
biegnie z pręcików i czopków przez komórki dwubiegunowe prosto do komórek zwojowych,
których aksony tworzą nerw wzrokowy. Nerwem tym impulsy elektryczne zostają przekazane
wprost do odpowiedniego ośrodka w mózgu. W siatkówce występują również komórki
horyzontalne
(boczne)
i
amakrynowe, które odgrywają
ważną
rolę
w
konstruowania
siatkówce.
procesie
obrazu
Sygnały
w
mogą
trafid do komórek bocznych z
fotoreceptorów,
a do amakrynowych
komórek
z
dwubiegunowych.
Oba rodzaje komórek mogą
hamowad sygnały docierające
Rys. Szlak nerwowy sygnałów wzrokowych.
do komórek zwojowych, co
umożliwia integrację boczną informacji. Pobudzenie lub zahamowanie komórek zwojowych
zależy od tego, czy zostanie ona pobudzona czy też nie. Światło musi zadziaład na pole
recepcyjne (grupę fotoreceptorów) komórki zwojowej, aby mogły one wygenerowad
potencjał czynnościowy i przetransmitowad sygnały do mózgu.
Nerwy wzrokowe z obydwu oczu tworzą w u podstawy podwzgórza skrzyżowanie
wzrokowe, w którym pewne aksony krzyżując się, trafiają do przeciwległych obszarów
w mózgu. Sygnały są przetwarzane w pierwotnej korze wzrokowej i dalszych obszarach
korowych, jednak aby mogły tam trafid, muszą przejśd przez ciała kolankowate boczne
wzgórza. Są to miejsca, w których znajdują się zakooczenia aksonów nerwów wzrokowych
i tam właśnie odbywa się kontrola impulsów, które mają trafid do kory wzrokowej w płacie
potylicznym mózgowia. Mechanizm interpretacji obrazów w mózgu jest niezwykle
skomplikowany i neurobiolodzy nie poznali go jeszcze dokładnie. Wiadomo, że impulsy
trafiają do kory wzrokowej z jednego punktu siatkówki przez kilka typów komórek
zwojowych oraz że neurony w korze są ułożone w kolumnach. Każdy typ komórek
6
zwojowych transmituje inne właściwości bodźców świetlnych, a poszczególne kolumny
reagują na sygnały światła pochodzące z określonego kierunku, jednak transmitowane są
z różnych obszarów siatkówki.
Ważne jest, aby narząd wzroku działał prawidłowo, gdyż jest on głównym narządem
zmysłu u człowieka. Zdarza się jednak, że mechanizm powstawania obrazu zostaje zaburzony
w wyniku różnych wad.
Jedną
z
najczęściej
spotykanych
wśród
ludzi
jest
krótkowzrocznośd
i dalekowzrocznośd. Są to wady, które powodują, że światło docierające do oka nie ulega
prawidłowej refrakcji, czyli załamaniu. Krótkowzrocznośd występuje u osób, których gałka
oczna jest wydłużona. W związku z tym obraz znajdujący się w dużej odległości zamiast na
siatkówce powstaje przed siatkówką. Dzieje się tak, dlatego że soczewka nie jest spłaszczona
na tyle, aby umożliwid powstanie ogniskowej o odpowiedniej długości. Obraz nie może
powstad na siatkówce, ponieważ ogniskowa jest za krótka. Aby skorygowad wadę
krótkowzroczności, należy używad okularów z soczewkami rozpraszającymi. W ten sposób
promienie będą się załamywały prawidłowo i powstanie obraz. Odwrotną sytuację można
zaobserwowad u dalekowidza. Spłaszczona gałka oczna u osób, u których występuje ta wada,
powoduje, że nie powstaje wystarczająco krótka ogniskowa soczewki. W konsekwencji dla
7
bliskich przedmiotów nie uzyskujemy obrazu, ponieważ powstaje on za siatkówką. Okulary z
soczewkami skupiającymi, stosowane przez dalekowidzów, umożliwiają uzyskanie ostrego
obrazu.
Kolejną wadą narządu wzroku jest astygmatyzm. Jest to schorzenie związane z
występowaniem niesymetrycznej rogówki w oku, co powoduje zniekształcenie obrazu.
Uzyskiwany obraz jest nieostry, ponieważ rogówka ma w różnych miejscach inne promienie
krzywizny i w związku z tym światło jest załamywane w innym stopniu. Astygmatyzm może
byd regularny lub nieregularny. Różnica polega przede wszystkim na ilości ogniskowych,
które powstają przez niesymetryczną rogówkę. W pierwszym przypadku są to dwie
ogniskowe, a w drugim więcej. Do korekty astygmatyzmu regularnego używane są okulary z
soczewkami cylindrycznymi, dzięki którym powstaje ostry obraz. Astygmatyzm nieregularny
powstaje często w wyniku urazów, podczas których doszło do uszkodzenia rogówki i
zniekształcenia jej powierzchni. Powstających w oku ogniskowych jest więcej, więc w tym
wypadku korekcja wady wymaga zastosowania soczewek kontaktowych lub żeli
okulistycznych, które wyrównają powierzchnię rogówki.
Zez jest wadą wynikająca z nieprawidłowego działania zewnętrznych mięśni oka. Są
one odpowiedzialne za poprawne ułożenie obydwu oczu. Gałki oczne powinny byd ułożone
równolegle. Zez powstaje, gdy ułożenie obydwu gałek ocznych jest inne. Powoduje to
zaburzenie w widzeniu obuocznym. Przyczyną zeza może byd nieprawidłowy mechanizm
łączenia się obrazów pochodzących z dwóch siatkówek, konsekwencją jest powstawanie
obrazu podwójnego. Często u osób chorych w takiej sytuacji obraz odbierany jest raz z
jednego raz z drugiego oka i występuje zez naprzemienny. Jest kilka odmian zeza, zez
zbieżny, rozbieżny, towarzyszący, porażenny i utajony. W diagnostyce ważne jest, żeby zez
został wykryty jak najwcześniej, ponieważ schorzenie to nieleczone może prowadzid do
nieostrego widzenia a w dalszym efekcie do niedowidzenia. Leczenie przebiega odmiennie
do różnych typów zeza. Wykorzystuje się odpowiednio dobrane szkła korekcyjne, leczenie
ortoptyczne, a czasem nawet zabieg chirurgiczny. Zez może powodowad dyskomfort, ale
również uniemożliwid podęcie pracy w pewnych zawodach, ponieważ proces widzenia
przestrzennego jest zaburzony.
Jaskra jest wadą związaną z zaburzeniem krążenia płynu śródocznego. Ciecz, która
wypełnia przednią i tylną komorę oka, odżywia tkanki oka i odpowiada za zachowanie
8
odpowiedniego ciśnienia w oku. Ciecz jest stale produkowana, ale też odprowadzana, co
pozwala utrzymad stan równowagi między tymi procesami oraz stałe ciśnienie śródoczne.
Zmiana chorobowa wywołująca zwiększenie tego ciśnienia jest nazywana jaskrą. Istnieją
różne postaci jaskry, do jednych z najpoważniejszych należy jaskra ostra, która jest chorobą
niebezpieczną, ponieważ często prowadzi do uszkodzenia nerwu wzrokowego i
nieodwracalnej
utraty wzroku. W zależności od typu jaskry możliwe są różne rodzaje
leczenia, polegające na podawaniu odpowiednich leków lub przeprowadzeniu zabiegu
operacyjnego.
Przyczyną katarakty, inaczej zadmy, jest zmętnienie soczewki. Prowadzi to do utraty
ostrości widzenia, a nawet do utraty wzroku. Istnieją dwa rodzaje zadmy: wrodzona i nabyta.
Wrodzona (dziecięca) może byd spowodowana m.in. uszkodzeniem płodu, jednak
odpowiednio wczesne wykrycie i operacja daje szansę na prawidłowy rozwój dziecka.
Katarakta nabyta (starcza) występuje najczęściej po 50 roku życia, a zmętnienie soczewki jest
często wywołane przez zbyt małe uwodnienie. Zadma może byd leczona poprzez zabieg
chirurgiczny, podczas którego na miejsce chorej soczewki wstawiana jest sztuczna, zabiegi
mikrochirurgiczne polegające na implantacji zwijalnych soczewek oraz różne leki.
Aby zapobiec wielu chorobom należy odpowiednio dbad o oczy. Higiena narządu
wzroku jest bardzo ważna. Aby chronid oczy przed bakteriami i wirusami należy przemywad
oczy czystą wodą oraz zapewnid im odpowiednie nawilżenie. Unikanie intensywnego światła,
czytanie i pisanie przy odpowiednim oświetleniu oraz w prawidłowej pozycji jak również
zachowanie odpowiedniej odległości od ekranu komputera czy telewizora jest również
ważnym elementem higieny oczu. Należy też pamiętad o ochronie oczu m.in. poprzez
stosowanie odpowiednich okularów podczas wykonywania różnych czynności, np. podczas
aktywności fizycznej.
Cały mechanizm powstawania obrazu i budowa narządu wzroku człowieka jest
skomplikowany, ale jednocześnie niezwykle ciekawy. Zagadkę stanowi przede wszystkim
proces nadawania sensu sygnałom, które trafiają do mózgu. Narząd wzroku u człowieka jest
głównym źródłem dostarczania mu informacji o środowisku, dlatego jest niezwykle ważny
i stanowi przedmiot badao wielu neurobiologów, ale również wymaga przez to odpowiedniej
ochrony i higieny, aby zapobiec wielu chorobom.
9
Bibliografia
1. E. P. Solomon, L.R. Berg, D.W. Martin: Biologia. MULTICO Oficyna Wydawnicza.
Warszawa 2007.
2. A. Longstaff: Neurobiologia. Krótkie wykłady. Pod red. Andrzeja Wróbla.
Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2006.
3. R. D. Jurd: Biologia zwierząt. Krótkie wykłady. Pod red. Kazimierza Ziemnickiego i Jana
Michejdy. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2003.
4. A. Rajski: Zoologia. Tom 1. Paostwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa 1986.
5. Biologia. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego
i technikum. Pod red. Rafała Skoczylasa. Tom 2. Wydawnictwa Szkolne
i Pedagogiczne. Warszawa 2003.
6. Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych. Częśd 2. Pod red. Jadwigi Salach. ZamKor.
Kraków 2006.
7. http://www.mikdab.user.icpnet.pl/biologia/witaminy/wit%20a.htm
8. http://www.oko.info.pl/astygmatyzm_niezbornosc_rogowkowa,a1201.html
9. http://www.oko.info.pl/krotkowzrocznosc,a1204.html
10. http://www.oko.info.pl/nadwzrocznosc,a1203.html
11. http://www.oko.info.pl/index.php?body=1309
12. http://www.mojeoko.pl/choroby-oczu/zez.html
13. http://www.mojeoko.pl/choroby-oczu/zacma.html
14. http://chronoczy.boiron.pl/higiena-oczu/zasady-higieny/wszystko-o-higienie-oczu/
10