Ústav normální, patologické a klinické fyziologie, 3.LF UK Fyziologie zraku Ústav normální, patologické a klinické fyziologie, 3.LF UK

Úvod Slidy z přednášky pro 2. ročník všeobecného lékařství. Vzhledem k autorským právům nebylo možno v této veřejně šířené verzi zachovat obrazovou dokumentaci, která byla součástí přednášky. Chybějící obrázky lze najít v následujících knihách: Ganong: Přehled lékařské fyziologie Guyton, Hall: Textbook of Medical Physiology Silbernagl, Despopoulos: Atlas fyziologie člověka Uvítám jakékoliv připomínky, nejasnosti se pokusím osvětlit a dotazy zodpovědět, to vše na mailu: franek@lf3.cuni.cz. © 2003, MUDr. Miloslav Franěk, Ph.D.

Kapitoly Optika a optický aparát oka Receptory a fyziologie sítnice Centrální neurofyziologie zraku

1. Optika a optický aparát oka

Fyzikální základy index lomu: poměr c ku rychlosti světla v daném prostředí lom na rozhraní dvou prostředí: od osy nebo k ose b a

Čočky spojky: konvexní, paprsky konvergují, 2 lomné plochy rozptylky: konkávní, paprsky divergují sférické čočky: lupa cylindrické čočky: válec s vodou, ohniskem je čára

Ohnisková vzdálenost vzdálenost ohniska konvexní čočky pro paralelní paprsky

Obraz vytvářený čočkou objekt je mozaikou světelných bodů konvexní čočka: obraz převrácený a zrcadlový

Optická mohutnost čočky převrácená hodnota ohniskové vzdálenosti dioptrie u konkávních čoček se stanovuje jinak

Optický aparát oka analogie s fotoaparátem: čočka, clona, film paprsek prochází 4 rozhraními na nichž se láme

Redukované oko zjednodušení pro výpočty optická mohutnost 60D rozhodující je rozdíl n u obou prostředí proto má nejvíc rohovka (cca 40D) a čočka jen 20D (na vzduchu má ale přes 100D) na sítnici se vytváří převrácený obraz, který se invertuje v mozkové kůře

Akomodace optická mohutnost čočky se může zvýšit až na 34D (u mladých, kteří mají čočku dostatečně elastickou) v „klidu“ je čočka udržována napjatými radiálními ligamenty v plochém tvaru při kontrakci korneálních svalů se zvednou a přiblíží úpony těchto ligament - následuje akomodace čočky

Řízení akomodace parasympatická inervace ciliárního svalu způsobí kontrakci a tedy zvýšení optické mohutnosti sympatikus nemá na akomodaci za fyziologických podmínek praktický žádný vliv

Presbyopie děti 14D, 45 let 2D, 70 let 0D neschopnost akomodace, oko nastaveno na pevnou optickou mohutnost korekce bifokálními skly ztráta elasticity

Zornice regulace množství světla dopadajícího na sítnici úměrné 2.mocnině průměru 1.5 mm až 8 mm, tedy množství světla se může změnit cca 30x hloubka ostrosti významně závisí na průměru pupily (mhouření očí)

Refrakční vady emetropie hyperopie: dalekozrakost, spojky myopie: krátkozrakost, rozptylky astigmatismus kontaktní čočky: výhody (zorné pole, velikost obrazu)

Zraková ostrost paprsek dopadající na sítnici má průměr asi 11 mm (střed 2 mm) vzdálenost čípků ve žluté skvrně 1.5 mm

Rozlišovací schopnost oka paprsky dopadající v úhlu 25 vteřin na 10 m vzdálenost 1.5 až 2 mm průměr žluté skvrny 0.5 mm (2° zorného pole) mimo ní rozlišovací schopnost až 10x menší

Určení vzdálenosti objektu srovnání s vzdálenosti se známou výškou objektu pohyblivá paralaxa binokulární vidění: rozdíl obrazů na pravé a levé sítnici závisí na vzdálenosti objektu

Nitrooční tekutina komorová voda sklivec rovnováha mezi reabsorpcí a tvorbou

Komorová voda tvorba: řasnaté tělísko, 2-3 ml/min, aktivní sekrece dostává se do přední komory oční a v úhlu mezi rohovkou a duhovkou proteče mezi trabekuly do Schlemmova kanálu to je vlastně žíla, ale teče v ní mnohem více vody než krve

Nitrooční tlak 15 mm Hg (12-20 mm Hg), kolísá velmi málo, regulace tvorby a odtoku ucpání trabekul - fagocyty glaukom (až 70 mm Hg) ztrátu zraku způsobí dlouhodobý tlak přes 20, extrémní tlaky za několik hodin porucha axonálního transportu a krevního zásobení ucpání trabekul (leukocyty při zánětu) konzervativní x chirurgická léčba

2. Receptory a fyziologie sítnice

Princip sítnice obsahuje světločivné buňky čípky pro barevné vidění tyčinky pro černobílé vidění ty jsou světlem excitovány, signál se přenese dalšími neurony sítnice do vláken optického nervu optický nerv vede signál do kůry

Strukturální elementy sítnice 10 vrstev čípky a tyčinky, bipolární, horizontální, amakrinní, gangliové neurony, glie světlo tím vším prochází v oblasti žluté skvrny jsou vrstvy sítnice jakoby odtažené do stran

Fovea centralis úplný střed žluté skvrny (r = 0.3 mm) obsahuje pouze čípky, netypický tvar cévy a gangliové buňky nepřekážejí paprskům světla v průchodu retinou

Stavba tyčinky (čípku) vnější segment: obrovská koncentrace fotosenzitivního pigmentu (40%) v membránách disků vnitřní segment jádro synaptická část

Pigmentová vrstva retiny neplést s fotosenzitivním pigmentem! vnější okraj retiny melanin, skladování vitamínu A zabraňuje zpětnému odrazu albinismus odloučení sítnice

Fotosenzitivní pigmenty vnější segment tyčinek obsahuje zrakový pigment rodopsin (proteinová složka skotopsin + karotenový pigment retinal) retinal je ve formě 11-cis v principu stejná situace je i u čípků, pouze zrakové pigmenty zde mají trochu jinou stavbu (jiné absorpční maximum), nazývají se čípkové pigmenty

Cyklus rodopsin-retinal rodopsin absorbuje foton, což způsobí jeho přeměnu na bathorodopsin, lumirodopsin, metarodopsin I a metarodopsin II ten se rozpadá na skotopsin a all-trans retinal, současně je zodpovědný za vznik elektrických změn v tyčince all-trans se retinal izomerázou mění na 11-cis retinal ten se váže se skotopsinem za vzniku rodopsinu

Význam vitamínu A all-trans retinal se na 11-cis může měnit i přes all-trans retinol (forma vitamínu A) vitamín A je přítomný v cytoplazmě čípků a pigmentové vrstvě sítnice, může být přeměněn na retinal a použit k syntéze rodopsinu naopak při nadbytku retinalu se tento přemění v retinol

Šeroslepost vážný nedostatek vitamínu A nedostatek rodopsinu, projevující se hlavně za šera zhoršeným viděním normální zásoba vitamínu A vydrží měsíce někdy zmizí již do hodiny od i.v. podání vitamínu A

Elektrické změny v tyčinkách dva zásadní rozdíly oproti klasickému neuronu: membrána vnějšího segmentu je v klidu propustná pro Na+ aktivace receptoru vyvolá hyperpolarizaci

Hyperpolarizace tyčinek I. ve tmě Na+-K+-ATPáza na vnitřním segmentu pumpuje ven Na+, který na vnějším segmentu prosakuje zpět; výsledný potenciál je asi -40 mV aktivace fotonem způsobí uzavření Na+ kanálů, ATPáza pracuje dál, a proto vzniká hyperpolarizace (-70 až -80 mV)

Hyperpolarizace tyčinek II. hyperpolarizace dosahuje maxima za 0.3 s a trvá déle než 1s obraz objevivší se na 1ms je vidět 1s hodnota hyperpolarizace závisí na intenzitě osvětlení oko registruje a odliší obrovské rozdíly intenzit (1 foton - čisté slunce 1014 fotonů/s)

Zesílení signálu I. 1 foton dokáže změnit potenciál o 1mV, existuje několik mechanismů zesílení interakce fotonu s elektronem v rodopsinu vede ke vzniku metarodopsinu II metarodopsin II aktivuje mnoho molekul G-proteinu transducinu transducin aktivuje mnoho molekul fosfodiesterázy

Zesílení signálu II. PDE hydrolyzuje obrovské množství cGMP, který původně udržoval Na+ kanály v otevřeném stavu 1 foton uzavře několik tisíc rychlých Na+ kanálů, jimiž by za dobu jejich uzavření proteklo několik milionů Na+

Fotochemie čípků princip zcela shodný s tyčinkami, nižší senzitivita retinal zcela shodný, rozdíl v proteinové složce pigmentu 3 typy s různými absorpčními maximy: modrý (445 nm), zelený (535 nm) a červený (570 nm) - rodopsin 505 nm

Adaptace na světlo a na tmu adaptace na světlo: velká část rodopsinu rozpadlá na retinal a opsin, část retinalu konvertována na vitamín A adaptace na tmu: opak přechod ze tmy na světlo: adaptační křivka (různé rychlosti, inflexní bod) pupila (30x), neurální adaptace

Barevné vidění 3 typy čípků, poměry absorpce, bílé světlo

Barvoslepost červeno-zelená: protanopie, deuteranopie zelená, žlutá, oranžová, červená dědičné, na X chromozómu modrá: tritanopie, vzácná

Typy neuronů v sítnici čípky a tyčinky horizontální buňky: vnější plexiformní vrstva bipolární: z čípků, tyčinek a horizontálních bb. do vnitřní plexiformní vrstvy amakrinní buňky: z bipolárních do gangliových nebo horizontálně gangliové buňky interplexiformní: retrográdně, nastavení kontrastu

Neurotransmitery čípky a tyčinky: glutamát amakrinní buňky: GABA, glycin, dopamin, acetylcholin, indolamin elektrické synapse

Přenos signálu v sítnici AP až v gangliových buňkách u ostatních přímé elektrické vedení neplatí pravidlo „všechno nebo nic“

Amakrinní buňky interneurony podílející se na prvních krocích analýzy obrazu inhibiční známo 30 typů, různé funkce (přímá dráha z tyčinek)

Gangliové buňky (GB) 100 mil. tyčinek, 3 mil. čípků a 1.6 mil. GB 3 typy GB: W buňky: 40%, 8m/s, čípky X buňky: 55%, 14 m/s, veškeré barevné vidění Y buňky: 5%, 50m/s, největší, rychlé změny obrazu (pohyb, intenzita)

On-Off buňky GB často excitovány změnou potenciálu sousedící frakce „on-off“ a „off-on“ buněk

3. Centrální neurofyziologie zraku

Zraková dráha zrakový nerv, chiasma opticum, tractus opticus, corpus geniculatum lat., radiatio optica, primární zraková kůra

Odbočky zrakové dráhy do suprachiasmatického jádra hypotalamu: cirkadiální rytmicita do area praetectalis: reflexní pohyby očí, pupilární reflex do colliculus superior: synchronitace rychlých pohybů obou očí do ventrální části CGL: chování

Zraková kůra - dělení primární (V1, Brodmann 17): přímo přijímá signály z očí sekundární(V2, Brodmann 18): ze všech stran obklopuje kůru primární analýza smyslu zrakového vjemu

Oční pohyby sakadické: trhané, při přesunu pohledu na jiný objekt sledovací: hladké vestibulární: kompenzace pohybů hlavy konvergenční:sblížení očních os při pohledu do blízka