BIOMEDICINSKA FOTONIKA

1

Lekcija 2, 2012/2013

LJUDSKO OKO

1. Uvod (anatomija, histologija i fiziologija oka)

Anatomija vidnog aparata moe da se podeli u tri dela (Slika 1). To su:

- Spoljni omota koji ine ronjaa i beonjaa; - Srednji omota koji ine soivo, duica, cilijarni mii i

horoidea;

- Unutranji omota koji ine mrenjaa, papila i optiki nerv.

Poznavanje normalne anatomije, histologije i fiziologije oka je

potrebno za mogunost detekcije promena izazvanih oboljenjima ili noenjem kontaktnih soiva. Ovo znanje je takodje potrebno za olakanje dijagnoze znakova i simptoma svih ovih promena.

1.1 Ronjaa (Cornea)

Providnost, avaskularitet, prisustvo nediferenciranih mladih

imunih elija i imunoloka privilegovanost ine ronjau veoma posebnim tkivom.

Ronjaa nema krvnih i limfnih sudova zbog ega je transparentna, ve svu neophodnu hranljivu materiju dobija preko suznog filma, a kiseonik direktno iz vazduha.

Slika 1: Anatomija oka

Slika 2: Struktura ronjae

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

2

Slika 4: Refraktivni indeks

soiva

Slika 5: Soivo i starost

Dakle, ona vodica, koja pored vode sadri tragove eera i proteina, odrava snabdevanje ronjae hranljivim materijama i kiseonikom, i uklanjanja metabolike otpade.

Ronjaa se sastoji od 200 slojeva tip I kolagena vlakana (15%), svaki po 1.5 do 2.5 mikrona.

U zavisnosti od doba dana, koliina vode u ronjai varira od 74% do 79%. Na primer, u jutarnjim satima ronjaa je blago oteena zbog smanjenog protoka vode i smanjenog dotoka kiseonika, i zbog toga imamo malo zamagljen vid odmah nakon

budjenja.

1.1.1 Providnost ronjae (Slika 3)

Bragov uslov:

Rasipanje svetlosti nastaje kada je razmak

izmedju fibrila kolagena / 2

Benedek G.B. (1971):

Rasipanje svetosti 2N , N broj rasipajuih partikula po jed.

povrine

Rasipanje svetla individualnih fibrila se potire

destruktivnom interfemencijom rasutog svetla od

drugih individualnih fibrila.

1.2 Ono soivo

Ono soivo je deo dioptrijskog sistema oka. Osnovna osobina soiva je providnost. Providnost soiva uslovljena je biohemijskim sastavom i unutranjom strukturom.

Uloga soiva je u transparentnosti, refrakciji (Slika 4), akomodiciji i u apsorpciji ultraljubiastih zraka.

Soivo se nalazi iza duice, u frontalnoj ravni ispred staklastog tela, a iza duice. Ono je bikonveksnog oblika, prenika 10,0 mm.

Radijus zakrivljenosti prednje povrine soiva je 8 mm (srednja vrednost).

Radijus zakrivljenosti zadnje povrine soiva je 6 mm (srednja vrednost).

Slika 3: Providnost ronjae

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

3

Slika 6: Akomodacija

Slika 7: Akomodacija

Slika 8: Akomodacija i starenje Presbiopija

Udaljenost najblie take jasnog vida se poveava sa starou --- na 250 mm (4 D) sa 40-50 god

- - - na 400 mm (2.5 D) sa 43-53 god

Posle 60 god osobe ne mogu da

akomodiraju blie od 0.5 do 1 m

Soivo ima sposobnost da menja svoju prelomnu mo, pri emu se znatno poveava zakrivljenost prednje povrine soiva, tako da pri maksimalnoj akomodaciji njen radijus iznosi 5,33 mm (od

10,0 mm do 5,33 mm). Zadnja povrina soiva neznatno poveava prelomnu mo, a radijus joj se menja od 6 mm do 5,33 mm. Pri akomodaciji soivo postaje deblje za 0,4 mm.

Soivo raste celog ivota, poveava volumen i teinu (Slika 5). Najvei rast soiva je u prvoj deceniji i iznosi 45-50%. Teina soiva se poveava od 65 mg na rodjenju, do 125 mg na kraju prve godine, tako da do kraja prve decenije teina soiva iznosi 150 mg. Masa soiva u 90. godini iznosi 250 mg. Sa poveanjem soiva poveava se i soivna kapsula od 80 mm2 do 180 mm

2.

1.2.1 Akomodacija

Akomodacija je sposobnost oka da, zahvaljujui prelomnoj moi soiva, vidi jasno razliito udaljene predmete.

Akomodacija je proces menjanja dioptrijske moi oka tako da objekat u blizini moe da bude fukusiran u foveji.

Ono soivo je indirektno povezano sa cilijarnim miiem preko zonula.

Zonule su suspenzorni aparat soiva. One su vezane za soivo 2 mm ispred i 1 mm iza ekvatora. Sastoji se od niza finih vlakana,

debljine 8 m. Postoje dve vrste zonula: stalne (osnovne) i tenzione.

U procesu akomodacije zonule se oputaju, to poveava prelomnu mo soiva (Slike 6 i 7). Posle 40-50. godine elastinost zonula se smanjuje skoro istovremeno sa smanjenjem tonusa cilijarnog miia (Slika 8).

Refleksni put akomodacije sainjavaju: vidni korteks, akomodacioni centar, parasimpatika vlakna okulomotornog nerva, zadnji dugi cilijarni nervi i cilijarni mii.

Ovaj refleks dovodi do kontrakcije cirkularnih vlakana

cilijarnog miia, suenje prstena koji gradi cilijarno telo oko ekvatora soiva, oputanja zonula i poveanja zakrivljenosti soiva, a time i njegove debljine i prelomne moi.

1.3 Staklasto telo (Vitreus)

Staklasto telo je providna, bezbojna, elastinasta masa koja ispunjava zadnji deo oka, i zauzima oko 80% one jabuice, i

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

4

Slika 9: uta mrlja tapii i epii

Slika 11: Rodopsin u epiima

Slika 10: Raspored i broj tapia i epia (Broj epia 6 miliona; Broj tapia 120 miliona; Broj nervnih vlakana 1 milion)

njegova zapremina je 4 ml. Staklasto telo takodje odrava sferini oblik one jabuice.

Refraktivni indeks staklastog tela je 1.336.

Staklasto telo ima sastav slian ronjai. Sastoji se iz veoma malo elija (fagociti, hijalociti), u njemu nema krvnih sudova, 98-99% njegove zapremine ini voda sa soli, eerom, vitrozinom (vrsta kolagena), mreama kolagena, kao i irokim spektrom proteina i mikro koliinama. Takodje ima viskoznost 2-4 x veu od iste vode. Neverovatno, sa tako malo vrste materije totalno dri oko.

1.4 uta mrlja, slepa mrlja, tapii i epii

uta mrlja predstavlja deo oka koji se nalazi u zadnjem delu, blizu zavretka onog nerva. To je polje najotrijeg vida (Slika 9).

Mehanizam vida se moe najprostije objasniti na sledei nain: Svetlost sa predmeta koji posmatramo pada na ronjau, prolazi kroz prednju upljinu oka, i pada na soivo. Soivo prelama svetlost, usmerava je prema mrenjai i ona pada na utu mrlju. Tu se stvara obrnuta slika.

Pod uticajem svetlosti dolazi do razlaganja belanevine rodopsin. Produkti raspadanja rodopsina nadrauju zavretke nervnih elija, koji te nadraaje prenose na neurone, odakle se nervnim vlaknima dalje prenose do mozga. U mozgu nastaje

ispravljena slika onoga to posmatramo.

Rodopsin je izraen u fotoreceptoru elija (Slika 11). To je pigment mrenjae koji je odgovoran za i za formiranje fotoreceptornih elija i prvog dogadjaja u percepciji svetlosti. Rodopsin pripada klasi G-proteina. Rodopsin je izuzetno osetljiv

na svetlost, i omoguava noni vid. Kada se izloi beloj svetlosti, pigment fotobeli, i potrebno je oko 30 minuta da se u

potpunosti regenerie kod ljudi.

Slepa mrlja je taka u ljudskom oku u kojoj ne postoje receptori svetlosti (ulne elije) i u njoj oko ne prima vizuelne informacije (Slike 12 i 13). Nalazi se ispred ute mrlje, na mestu gde oni nerv izlazi iz one jabuice i nalazi se u oba oka. Mozak ovaj nedostatak kompenzuje obino tako to sliku dopunjuje informacijama iz drugog oka ili mislima. Slepu mrlju ima svako.

Skotom je deo vidnog polja u kome postoji delimina ili potpuna "crna mrlja".

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

5

Slika 13: a) Papila poetak optikog nerva (slepa mrlja) b) Fovea uta mrlja (u centru retine) (taka najjasnijeg vida)

Na oseaj za svetlost se javlja obino iz stimulacije epia i tapia na retini (Slika 10), i iz signala koji se iz njih prenose u vizualne centre mozga preko mnogobrojnih nervnih elija i puteva. Ako su bilo koji od ovih centara ili elija stimulisani neim drugim, oseaj vida i dalje postoji. Na primer, ove elije mogu biti aktivirane hemikalijama, X zracima i pritiskom od

udarca u glavu.

Svetlost se moe jednostavno definisati kao traka elektromagnetnog spektra koja proizvodi vizualni odgovor, i ta

traka ide od 380-780 nm. Oko ne reaguje podjednako na sve

talasne duine iz ove trake. Kriva spektralnog vizualnog odgovora je priblino oblika zvona, to zavisi od nivoa svetlosti. Identifikovane su dve ekstremne forme krive spektralnog

odgovora; jedna za srednje do visokih nivoa svetlosti, a druga za

niske nivoe svetlosti. Za srednje i visoke nivoe svetlosti,

dominantni su epii, pa vidimo da se odgovor u boji i spektralni odgovor nazivaju fotopini odgovor. Za niske nivoe svetlosti, tapii su dominantni, ne moemo razaznati boju, a spektralni odgovor se naziva skotopini odgovor. Opseg nivoa svetlosti izmedju ova dva ekstrema, gde su aktivni i tapii i epii, naziva se mezopni opseg (Slika 14).

Slika 12: Slepa mrlja

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

6

1.4.1 Optiki put oka

Slika 16: Neuroni optikog puta

Slika 15: Optiki put oka

Slika 14: Raspored tapia i epia

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

7

Slika 19: Odziv ljudskog oka

na dnevnu svetlost

1.4.2 Spektralna osetljivost

Vidljiva svetlost je elektromagnetni talas u opsegu talasnih

duina od 380-780 nm. To je samo mali deo svih postojeih talasnih duina. Svetlost koju mi vidimo nije jedna talasna duina ve kombinacija mnogo talasnih duina. Na slici 19 dat je odziv ljudskog oka na dnevnu svetlost.

Spektralna raspodela snage (spectral power distribution SPD) pokazuje precizno odziv boje od izvora svetlosti u vidu

dijagrama energije prisutne na svakoj talasnoj duini unutar vidljivog spektra.

Ljudsko oko radi u osnovi kao kamera. Svaki neuron je ili tapi ili konus. Samo konusni neuroni su osetljivi na boje. ovek poseduje u oku specijalne elije za detektovanje boje. Te elije se jo nazivaju i konusi zbog njihove slinosti sa pomenutim geometrijskim oblikom. Postoje tri vrste konusa i to konusi za tri

osnovne boje: crvenu, zelenu i plavu. Svaka od ovih elija razliito reaguje na frekvenciju spoljanje svetlosti.

Slika 18: Optika raskrsnica

Slika 17: Optiki put i prenos svetlosti

BIOMEDICINSKA FOTONIKA

8

Slika 20: Odsustvo crvenih i

zelenih retinalnih fotoreceptora

Slika 21: Odsustvo plavih

retinalnih fotoreceptora

Slika 22: Dimenzije oka

1.5 Deficiti prepoznavanja boja (smanjeno prepoznavanje boja)

1.5.1 Monohromatija (totalno neprepoznavanje)

Nedostatak uzrokovan defektom ili nedostatkom

epia. Dva ili sva tri pigmenta u epiima nedostaju, te su boje i svetlost redukovani na jednu dimenziju.

1.5.2 Dihromatija (umereno neprepoznavanje)

Nedostatak je to to jedan od tri bazina kolorna mehanizma nedostaje ili je nefunkcionalan. Jedan od

tri pigmenta u epiima nedostaje i boja je redukovana na dve dimenzije.

1.5.3 Protanopia

Protanopia je ozbiljan deficit kolornog vida

uzrokovan kompletnih odsustvom crvenih retinalnih

fotoreceptora. U ovom obliku dihromatije, crvena

boja izgleda tamno (Slika 20).

1.5.4 Deuteranopia

Deuteranopia je deficit prepoznavanja boja u kome

se zeleni retinalni fotoreceptori odsutni, te na taj

nain umereno remete razaznavanje crveno-zelenog opsega boja (Slika 20).

1.5.5 Tritanopia

Tritanopia je izuzetno redak poremeaj prepoznavanja boja gde postoji potpuni nedostatak

plavih retinalnih receptora (Slika 21).

1.6 Oblik oka i njegove dimenzije

Oko nije pravilno sferinog oblika. Dimenzije oka kod odraslih se mogu razlikovati samo jedan do dva milimetra. Vertikalna

mera, generalno manja od horizontalnog rastojanja, je oko 24

mm kod odraslih, dok je pri rodjenju oko 16-17 mm. Ona jabuica brzo raste, tako da do tree godine iznosi 22.5-23 mm. Od tree do trineste godine ivota, oko dostie svoju punu veliinu. Zapremina oka je 6.5 ml, a teina 7.5 gr (Slika 22).