Fizica optica a vederii. Functia vizuala

Transcript

1 Fizica optica a vederii Functia vizuala

2 Anatomia ochiului

3 Structurile principale ale ochiului Canalul lui Schlemm Sclera Reteaua trabeculara Iris Corneea Camera anterioara Camera posterioara Pupila Lens Procesele ciliare Corpul vitros Retina Discul optic Coroida Macula Artera centrala retiniana Nervul optic Muschii ciliari

4 Notiuni de fizica optica f distanta focala f = distanta de la lentila pana in pct unde converg razele de lumina Se numeşte convergenţa unei lentile inversul distanţei sale focale: Unitatea de măsură pentru convergenţa unei lentile este dioptria R R n n f Ex:Lentila plan convexa (n1 =1, R2= ) Putere cornee=1/f=n2-1/r1=1,36-1/8*10-4 =0,36/0,008=45 dioptrii n R R n R n R n f convexa plan lentila

5 Nr de dioptrii =1/f => i.e. f = 2m => nr de dpt = 1/2 =0.5 1/f=1/x +1/y 1/f=1/x+1/ 1/f=1/x f = 1m => nr de dpt = 1/1 =1 f = 0.5 m => nr de dpt = 1/0.5 =2 f = 0.25 m => nr de dpt = 1/0.25 =4

6 . S1= => 1/S2=1/f => S2=f Daca f> ax optic = S2> ax optic Solutie aditia unei lentile convergente => S1= => 1/S2=1/f +1/f => f> S2 = ax optic Aceasta poate fi pusa si in formula"newtonian" Unde x 1 = S 1 f si x 2 = S 2 f.

7 Valoarea totala a sistemului de dioptri este de 60 D +/- 3D. Punctul nodal al ochiului este la 17mm de retina. Ex: marimea imagini retiniene a unei lumanari de 20 cm situate la 5 m de ochi este: 0,02x 0,017/5=0,000068m=68 microni

8 Emetropia Focalizarea pe retina a imagini obiectelor aflate la distanta cand muschiul ciliar este complet relaxat Ochiul prezinta un raport corect intre puterea de refractie a mediilor si lungimea axului In mod normal lungimea axului este de aproximativ mm Puterea de refractie a corneei este de aproximativ dioptrii si a cristalinului de dioptrii

9 Acomodatia Capacitatea cristalinului de a-si modifica puterea de refractie pentru a asigura o imagine clara atat la distanta cat si aproape Cristalinul are o putere de refractie la tanar intre dioptrii, la adultul de 40 ani intre dioptrii si la varstnic de dioptrii Pentru realizarea acomodatie participa: Cristalinul Ligamentul suspensor (20 de zonule/ligamente) Muschiul ciliar (componenta circulara este cea mai imp.) VEDERE LA DISTANTA ACOMODARE- VEDERE DE APROAPE

10 Acomodatia 1/f =1/ +1/s2 = 1/s2 f S1=0,25 m 1/f1= 1/S1 +1/T2 T2 = => 1/T2 =0 1/f1=1/s1 = 1/0,25 =4D f1 (s1) 1/f2 = 1/s2+1/s1 1/f2=1/f+1/s1= 1/f + 1/0,25=1/f + 4D 1/f2=1/f + 4D=>Puterea L2= puterea L1+4D f (s2) s1 f2 s2

11 Acomodatia REFLEX CONDITIONAT CARE APARE DUPA VARSTA DE 6 LUNI timp necesar dezvoltarii functiei maculare Este realizata prin actiunea sistemului nervos parasimpatic Nc accesor al nv oculomotor comun fibre preganglionare Ggl ciliar neuron II Nervi ciliari scurti fibre postganglionare Sistemul vegetativ simpatic Primul neuron este situat in hipotalamus Al dolea neuron se afla in coarnele intermediolat ale maduvei spinarii la nivel C8-T2 Al treilea neuron se afla in ggl cervical superior GGL CILIAR III NC EDINGER WESTFAPHAL RETINA II CORP GENICULAT LAT CORTEX OCCIPITAL

12

13

14 Hipermetropia Lipsa vederii la distanta si cu atat mai putin la aproape cand muschiul ciliar este complet relaxat, datorita unei insuficiente de convergenta Exista un raport anormal intre lungimea axului optic si puterea refractiva a mediilor: fie un ax scurt, fie o puterea mica a mediilor refractive Corectia se realizeaza cu lentile convexe sau la persoanele tinere prin acomodatie Ce reprezinta 1 dioptrie? +1 dpt

15 Miopia Lipsa vederii la distanta cand muschiul ciliar este complet relaxat, datorita unui exces de convergenta Exista un raport anormal intre lungimea axului optic si puterea refractiva a mediilor: fie un ax lung, fie o puterea mare a puterii refractive a mediilor Corectia se realizeaza cu lentile concave -1 dpt

16 Astigmatismul Viciu de refractie rezultat dintr-o abatere ordonata din punct de vedere geometric, a dioptriilor, de la forma sferica normala corneea devine o calota torica Ochiul prezinta doua linii focale perpendiculare intre ele Pacientul nu vede bine la aproape si la distanta Necesita corectie cu cilindrii pozitivi/negativi f1 f2

17 Acuitate vizuala Reprezinta capacitatea ochiului de a distinge forma, dimensiunea si conturul obiectelor Este puterea de discriminare spatiala pe care ochiul o poate exercita pentru a vedea diferite detalii din spatiu Discriminarea vizuala Spatiala Minima perceptibila Minima separabila (AV clinica) Luminoasa (1%) Temporala

18 Acuitatea vizuala Reprezinta capacitatea ochiului de a discrimina 2 puncte lumininoase distincte Este maxima la nivelul foveei fiind de 1 minut de arc de cerc si scade de 10 ori la periferie Se testeaza cu ajutorul optotipului de departe 2µm 25 sec de arc de 1mm cerc 17mm 10m 1 minut de arc de cerc mm? 25 de secunde de arc de cerc --1mm

19 Acuitatatea vizuala in fotopic si scotopic Examen FO

20 periferie AV = 1/10 10 x 1 Celule cu conuri Macula (central) Celule Cu bastonas AV este Macula Periferie AV 1/1 1/10 Tip de fotoreceptori Predominant conuri Predominant bastonase Grosime retina mica O parte din straturi sunt impinse lateral Mare Sunt prezente toate straturile Convergenta stimulilor absenta raport con:cel ggl 1:1 Prezenta raport bastonas:cel gg de 10:1 pana la 100:1

21 Cataracta Reprezinta opacifierea cristalinului datorita unor procese degenerative a fibrelor cristaliniene Are loc o crestere a radicalilor liberi cu degradarea consecutiva a proteinelor Apare in general la persoane varstnice Necesita inlocuirea cristalinului cu un implant care asigura o vedere clara la distanta si in unele cazuri si la aproape

22 Presiunea intraoculara Valoarea normala = mmhg Valoarea normala este data de echilibrul dintre cantitatea de umoare apoasa produsa de corpul ciliar si cantitatea eliminata producerea umorii apoase: La nivelul corpului ciliar procese ciliare epiteliul non-pigmentar 2.0 to 2.5 μl min -1 Umoarea apoasa este eliminata prin: calea trabeculocanaliculara (trabecul canal Schlemm vene apoase) 90% calea uveosclerala (prin traversarea fibrelor longitudinale ciliare) 10%

23 Canalul lui Schlemm Sclera Corneea Reteaua trabeculara Iris Pupila Lens Procesele ciliare Corpul vitros Retina Coroida Macula Camera anterioara Camera posterioara Discul optic Artera centrala retiniana Muschii ciliari Nervul optic

24 Scurgerea normala a umorii apoase

25 Glaucomul Distrugerea progresiva de fibre nervoase datorita cresterii presiunii intraoculare (PIO) Punctul cel mai vulnerabil al ochiului la cresterea presiunii intraoculare este capul nervului optic unde are loc o distruge a fibrelor nervoase datorita a 2 mecanisme: mecanic si ischemic Excavatie glaucomatoasa Mecanismul cresterii PIO: cresterea productiei (foarte rar), scaderea eliminarii de umoare apoasa (frecvent) Aspect normal al fundului de ochi

26 Glaucomul prin scaderea eliminarii umorii apoase Scurgerea apoasa prin ambele cai este diminuata

27 Functia vizuala Functia retinei si caile optice

28 Structura retinei De la epiteliul pigmantar catre suprafata avem urmatoarele straturi: 1. Membrana limitanta interna 2. Stratul fibrelor nervoase 3. Stratul celulelor ganglionare 4. Stratul plexiform intern 5. Stratul nuclear intern 6. Stratul plexiform extern 7. Stratul nuclear extern 8. Membrana limitanta externa 9. Stratul conurilor si bastonaselor 10. Stratul pigmentar lumina Semnale vizuale

29

30 Lumina trebuie sa treaca prin toate straturile inainte de ajunge la fotoreceptori Intregare sinaptica Organizarea celulara a retinei Synapses lumina

31 Celulele cu conuri si bastonase.. Epiteliul pigmetar absoarbe lumina si reduce reflexia creand o camera obscura Discurile fotoreceptorilor sunt locul transductiei Procesul de transductie este mediat de pigmentii fotosensibili - rodopsina

32 Celulele cu conuri si bastonase Raportul dintre celule cu bastonase si celulele cu conuri este de 20:1 Celulele cu bastonase Contin o singura substanta fotosensibila numita rodopsina Au o sensibilitate crescuta la lumina si sunt responsabile de vederea scotopica, monocromatica Sunt situate la periferie si absente in fovee; frecventa lor descreste de la la periferie spre macula Exista o convergenta de 100:1 (bastonase: celule ganglionare) in periferie si mai mica spre macula Celulele cu conuri Sunt de trei tipuri fiecare tip avand un pigment fotosensibil pentru culorile verde, rosu, albastru Sunt responsabile de vederea fotopica, cromatica Prezinta o densitate scazuta in periferie numarul lor crescand spre macula, iar in fovee se gaseasc numai acestea Convegenta este mai mica decat pentru celulele cu bastonase iar in fovee raportul este de 1:1 (conuri: celule ganglionare)

33 Excitarea bastonaselor Energie luminoasa cand rodopsina Rodopsina N x Transducina este activata Batorodopsina (n sec) Lumirodopsina µ sec N x fosfodiesteraze Metarodosina I (m sec) Scade GMPc II-cis-retinal opsina Inchiderea canalelor de Na Retinal izomeraza Metarodosina II (sec) (RODOPSINA ACTIVATA) all-trans-retinal HIPERPOLARIZAREA CELULELOR CU BASTONASE II-cis-retinol all-trans-retinol Vit A Scade eliberarea de glutamat la nivelul sinapsei

34 Fototransductia Rodopsina raspunde optim la lumina cu lungimea de unda de 496 nm Dupa stimulare> Procesul de activare 1. rodopsin kinaza 2. arestina 3. refacerea rodopsinei

35 Signal Transmission in the Retina

36 Adaptarea la intuneric Sensibilitatea la lumina creste in scotopic Mecanisme implicate Apertura irisului (pupila) 16X Adaptarea conurilor (10 min) Adaptarea bastonaselor (30 min)/15000b/c Nivelul conc Ca++ Intuneric/cGMP /conc Ca prin patrunderea prin canalele neselective cgmp stimuleaza fosfodiesterazele inh GC prev exagerata a cgmp

37 Adaptarea la intuneric Care este explicatia pentru durata mare a adaptarii la intuneric. Recompunerea lenta a retinalului in intuneric retinalul este redus la forma II-cis retinal se recompune rodopsina la nivelul discurilor nivelul de GMPc este refacut canalele Na2+ se redeschid celulele se depolarizeaza transmisia este reluata

38 Circuitele neuronale ale retinei Exista doua tipuri mari de circuite: 1. unul nou la nivelul maculei (conuri celule bipolare- celule ganglionare), si 2. unul vechi la nivelul periferiei (bastonase celule bipolare - amacrine celule ganglionare) Circuitul care porneste de la celulele cu conuri conduce de 2-5 ori mai rapid semnalele vizuale Fotoreceptorii la nivelul sinapsei cu celulele bipolare si celulelor orizontale descarca glutamat un neurotransmitator excitator Fotoreceptor Celule orizontale Celule bipolare Celule amacrine Celule ganglionare Fibre nervoase Conducere electronica/graduata Potential de actiune

39 Inhibitia laterala rolul celulelor orizontale Este importanta in toate sistemele vizuale Asigura cresterea contrastului vizual Conexiunea laterala prin intermediul celulelor orizontale sustine inhibitia laterala (GABA) O inhibitie laterala suplimentara este asigurata de celulele amacrine excitatie lumina inhibitie intuneric

40 Hermann Grid

41 Celulele ganglionare bastonase si conuri Exista trei tipuri de celule ganglionare Celule W constitue 40% din celulele ganlionare, transmit semnalul vizual de la celulele cu bastonase si sunt implicate in vederea scotopica Celulele X reprezinta 55% din total, transmit semnalul vizual de la celulele cu conuri si asigura vederea fotopica, colorata. Celule Y reprezinta 5% din total dendritele se raspandesc pe campuri foarte largi si raspund la miscari rapide sau schimbari rapide ale intensitatii luminii avand functie de avertizare si determina miscarea ochilor spre stimulul luminos.

42 Excitatia celulelor ganglionare Celulele ganglionare descarca in mod spontan potentiale de actiune Axonii celulelor ganglionare transmit semnalele vizuale pe calea potentialelor de actiune Chiar daca nu sunt stimulate celulele ganglinare descarca impulsuri cu o frecventa de 5 40 /sec Modificarile de intensitate a luminii determina modificarea ratei impulsurilor la deschidere (on) sau inchiderea(off) unui spot luminos: Deschiderea luminii: raspuns on-off Inchiderea luminii: raspuns off-on on off excitatie Inhibitie laterala

43 Vederea cromatica Celulele cu conuri sunt responsabile pentru vederea colorata. Celulele cu conuri contin fotopigmenti asemanatori rodopsinei care raspund optim la o anumita valoare a lungimii de unda a luminii: a) albastru (absortie maxima 419nm) b) verde (absortie maxima 530nm) c) rosu (absortie maxima 560nm) 96% aminoacizi opsinei R/V si 44% A/R-V

44 Vederea cromatica Exista doua teorii care incearca sa explice vederea colorata: a) Teoria tricromatica; b) Teoria Hering sau teoria culorilor oponente galbenalbastru.

45 Absortia luminii de catre pigmentii vizuali Toti cei trei pigmenti sunt necesari pentru vederea cromatica corecta. Este necesar minim doi pigmanti pentru vederea cromatica Vederea tricromata se intalneste la 90% din populatie prin utilizarea n proportii apropiate de rosu, verde, albastru. Discromatopsia este data de absenta unui dintre pigmenti, totusi individul vede aproape toate culorile utilizand doar doi pigmenti. Absenta pigmentului rosu protanopie Absenta pigmentului verde deuteranopie Absenta pigmentului albastru tritanopie. Vederea monocromata implica prezenta unui singur tip de pigment al conurilor si este foarte rara. daltonism

46 Teoria tricromatica Se bazeaza pe posibilitatea perceptie tuturor nuantelor culorilor prin amestecarea in diferite combinatii ale celor trei culori fundamentale Excitatia diferita a celor trei tipuri de conuri Intensitate excitatie fiecarui pigment este comparata de catre creier Exemple: Portocaliu = 99 : 42 : 00 Verde = 31 : 67 : 36 Albastru = 0 : 0 : 97 Galben = 83 : 83 : 0 albastru verde galben rosu

47 Teoria culorilor complementare galben-albastru Propune existenta unui proces neurologic care considera culorile a fi opuse Culoarea albastra este opusa culorii galbene (R-V) Culoarea rosie este opusa culorii verzi Culoarea alba este opusa culorii negre Cele doua teorii constitue baza vederii colorate

48

49 Campul vizual fovea superior nazal temporal PATA OARBA inferior

50 Campul vizual

51 Sensibilitate vizuala

52 Insula vederii nazal temporal nazal temporal Pata oarba Punct de fixatie nazal temporal

53 Caile vizuale Fibre pentru RFM Si pentru reflexul de fixare pe un obiect Fibre corticofuge

54

55 Cortexul vizual Cortexul vizual primar Ocupa aria fisurii calcarine si se extinde catre polul occipital Semnalele din macula au proiectie in apropierea polului occipital Semnalele din retina periferica se proiecteaza in cercuri concentrice anterior de pol Structura: coloane neuronale cu diametru de nm continand fiecare peste 1000 de neuroni, semnalele vizuale ajungand in stratul 4 si de aici urca spre straturile 1, 2, 3 curaspandire laterala pe distante scurte, fie coboara in straturile 5, 6 cu raspandire laterala pe distante mari Picaturile de culoare = zone aflate intre coloanele primare, primesc semnale laterale si raspund specific la semnalele de culoare Arii corticale secundare Situate anterior superior si inferior de cortexul primar vizual Analiza si interpretarea imaginilor:

56 Nv IV Miscarile oculare Nv VI Inervatia musculaturii extrinseci a globului ocular este asigurata de nv 3, 4, 6, Interconexiuniile dintre cei trei nuclei ai nv 3, 4, 6 se realizeaza prin intermediul fasciculului longitudinal medial Miscarile voluntare sunt asigurate de arii din lobul frontal prin tracturile frontotectale Miscarile involuntare de fixatie sunt controlate de arii secundare din lobul occipital prin tracturile occipitotectal si occipitocolicular De la nucleii pretectali si coliculari sup pornesc semnale prin fasciculul longitudinal median spre nucleii nervilor 3, 4, 6.

57 Reflexul fotomotor pupilar Cand cantitatea de lumina care patrunde in ochi este prea mare, pupila se micsoreaza ajustand astfel cantitatea de lumina care patrunde in ochi obtinandu-se o vedere clara atat in mediu luminat cat si intunecat. Este un reflex rapid care modifica diametrul pupilar de la 1,5 mm in lumina puternica pana la 8 mm in intuneric Determina creterea profunzimii campului vizual in lumina puternica prin ingustarea fasciculului de lumina care ajunge la retina Diametrul pupilar este controlat de sistemul nervos vegetativ.