Funcția vizuala
Fizica optica a vederii
Structurile principale ale ochiului
Canalul luiSchlemm
Reteauatrabeculara
Iris
Corneea
Cameraanterioara
Cameraposterioara
Muschiiciliari
Nervul optic
Artera centralaretiniana
Sclera
Retina
Coroida
Macula
Discul optic
Corpulvitros
Proceseleciliare
LensPupila
Noțiuni de fizică optică
∞ f
Distanța focală f = distanța de la lentilă până in pctunde converg razele de lumină
Se numește convergența unei lentile inversul distanței sale focale:Unitatea de măsură pentru convergență unei lentile este dioptria.
211
2 111
1
RRn
nf
Ex: Lentila plan convexa (n1 =1, R2=∞)
Puterea cornee=1/f=n2-1/R1=1,36-1/8*10-4=0,36/0,008=45 dioptrii
111
1
01
1
1
111
1
1
2
1
12
12
1
2
n
R
Rn
Rn
Rn
f
convexaplanlentila
P=1/f=(n2-1)/R1
1/f=1/x +1/y1/f=1/x+1/∞1/f=1/x
Nr de dioptrii =1/f =>
i.e. f = 2m => nr de dpt = 1/2 =0.5
f = 1m => nr de dpt = 1/1 =1f = 0.5 m => nr de dpt = 1/0.5 =2f = 0.25 m => nr de dpt = 1/0.25 =4
Emetropia
Focalizarea pe retina a imagini obiectelor aflate la distanta când mușchiul ciliar este complet relaxat
Ochiul prezinta un raport corect intre puterea de refracție a mediilor si lungimea axului
In mod normal lungimea axului este de aproximativ 21-23 mm Puterea de refracție a corneei este de aproximativ 39-44 dioptrii
si a cristalinului de 19-23 dioptrii
ACOMODATIA
. .
Aceasta poate fi pusa si in formula"Newtoniană"
Unde x1 = S1 − f si x2 = S2 − f.
S1=∞ => 1/S2=1/f => S2=f
Daca f> ax optic GO = S2> ax optic GOSoluție: adiția unei lentile convergente => S1=∞ => 1/S2=1/f +1/f’ => f> S2 = ax optic GO
f1f2
Creșterea puterii sistemului de dioptrii se realizează prin acomodație sau cu lentile convexe
Acomodația 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 20-34 dioptrii, la adultul de 40 ani intre 20-23 dioptrii si la varstnic de 20 – 21 dioptrii
Pentru realizarea acomodatie participa: Cristalinul Ligamentul suspensor (20 de
zonule/ligamente) Mușchiul ciliar (componenta
circulara este cea mai imp.)
VEDERE LA DISTANTA
ACOMODARE- VEDERE DE APROAPE
Acomodația REFLEX CONDITIONAT CARE
APARE DUPA VARSTA DE 6 LUNI –timp necesar dezvoltării funcției maculare
Este realizata prin acțiunea sistemului nervos parasimpatic Nc accesor al nv oculomotor comun –
fibre preganglionare Ggl ciliar – neuron II Nervi ciliari scurți – fibre postganglionare
Sistemul vegetativ simpatic • Primul neuron este situat in hipotalamus• Al doilea neuron se afla in coarnele
intermediolat ale măduvei spinării la nivel C8-T2
• Al treilea neuron se afla in ggl cervical superior
IIIII
RETINA
CORP GENICULAT LAT
CORTEX OCCIPITAL
NC EDINGER WESTFAPHAL
GGL CILIAR
Hipermetropia
Lipsa vederii la distanta si cu atât mai puțin la aproape când mușchiul ciliar este complet relaxat, datorita unei insuficiente de convergenta
Exista un raport anormal intre lungimea axului optic si puterea retractivă a mediilor: fie un ax scurt, fie o puterea mica a mediilor refractive
Corecția se realizează cu lentile convexe sau la persoanele tinere prin acomodație
Ce reprezintă 1 dioptrie?
+1 dpt
Miopia
Lipsa vederii la distanta când mușchiul ciliar este complet relaxat, datorita unui exces de convergenta
Exista un raport anormal intre lungimea axului optic si puterea refractivă a mediilor: fie un ax lung, fie o puterea mare a puterii refractive a mediilor
Corecția se realizează cu lentile concave
-1 dpt
Astigmatismul
Viciu de refracție rezultat dintr-o abatere ordonata din punct de vedere geometric, a dioptriilor, de la forma sferica normala corneea devine o calota torică
Ochiul prezinta doua linii focale perpendiculare intre ele Pacientul nu vede bine la aproape si la distanta Necesita corecție cu cilindrii pozitivi/negativi
f1 f2
Acuitate vizuala
Reprezintă capacitatea ochiului de a distinge forma, dimensiunea si conturul obiectelor
Este puterea de discriminare spațiala pe care ochiul o poate exercita pentru a vedea diferite detalii din spațiu
Discriminarea vizualaSpațială
Minimă perceptibilăMinimă separabilă (AV clinica)
Luminoasă (1%)Temporală
Acuitatea vizuală Reprezintă capacitatea
ochiului de a discrimina 2 puncte luminoase distincte
Este maxima la nivelul foveei fiind de 1 minut de arc de cerc si scade de 10 ori la periferie
Se testează cu ajutorul optotipului de departe
10m17mm
2µm 1mm25 sec de arc de cerc
1 minut de arc de cerc-- 1.4 mm ? 25 de secunde de arc de cerc --1mm
Acuitatatea vizuala in fotopic si scotopic
Examen FO
AV = 1/10
periferie
CeluleCu bastonas
Celule cuconuri
10 x 1’
Macula (central)
AV=1
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
Presiunea intraoculară
Valoarea normala = 11-21 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 pana la 2.5 μl × min-1
Umoarea apoasa este eliminata prin:
calea trabeculocanaliculară (trabecul canal Schlemmvene apoase) – 90%
calea uveosclerală (prin traversarea fibrelor longitudinale ciliare) – 10%
Canalul luiSchlemm
Reteauatrabeculara
Iris
Corneea
Cameraanterioara
Cameraposterioara
Muschiiciliari
Nervul optic
Artera centralaretiniana
Sclera
Retina
Coroida
Macula
Discul optic
Corpulvitros
Proceseleciliare
LensPupila
Scurgerea normala a umorii apoase
Glaucomul Distrugerea progresiva de fibre
nervoase datorita creșterii presiunii intraoculare (PIO)
Punctul cel mai vulnerabil al ochiului la creșterea presiunii intraoculare este capul nervului optic unde are loc o distruge a fibrelor nervoase datorita a 2 mecanisme: mecanic si ischemic
Mecanismul creșterii PIO: creșterea producției (foarte rar),
scăderea eliminării de umoare apoasa (frecvent)
Aspect normal al fundului de ochi
Excavatie glaucomatoasa
Glaucomul rezultate prin scăderea eliminării umorii apoase
Scurgerea apoasa prin ambele cai este diminuata
Functia vizualaFuncția retinei si căile optice
Structura retinei De la epiteliul pigmentar către
suprafața avem următoarele straturi:
1. Membrana limitanta interna2. Stratul fibrelor nervoase3. Stratul celulelor ganglionare4. Stratul plexiform intern5. Stratul nuclear intern6. Stratul plexiform extern7. Stratul nuclear extern8. Membrana limitanta externa9. Stratul conurilor si bastonașelor10. Stratul pigmentar
lumina
Semnale vizuale
luminaLumina
treb
uie
sa t
reac
a pr
in t
oate
str
atur
ile
inaint
e de
aju
nge
la f
otor
ecep
tori
Synapses
Intr
egar
e si
napt
ica
Organizarea celulara a retinei
Celulele cu conuri si bastonase..
Epiteliul pigmentar absoarbelumina si reduce reflexia creând o camera obscura
Discurile fotoreceptorilorsunt locul transducției
Procesul de transducție este mediat de pigmenții fotosensibili -rodopsina
Celulele cu conuri si bastonase Raportul dintre celule cu bastonașe si celulele cu conuri este de 20:1 Celulele cu bastonașe
Conțin o singura substanța fotosensibila numita rodopsina Au o sensibilitate crescuta la lumina si sunt responsabile de vederea
scotopică, monocromatică Sunt situate la periferie si absente in fovee; frecventa lor descrește de la
periferie spre macula Exista o convergenta de 100:1 (bastonașe: celule ganglionare) in
periferie si mai mica spre macula Celulele cu conuri
Sunt de trei tipuri fiecare tip având un pigment fotosensibil pentru culorile verde M, roșu L, albastru S
Sunt responsabile de vederea fotopică, cromatica Prezinta o densitate scăzută in periferie numărul lor crescând spre
macula, iar in fovee se găsesc numai conuri L si M Convergența este mai mica decât pentru celulele cu bastonașe iar in
fovee raportul este de 1:1 (conuri: celule ganglionare)
Celulele fotoreceptoare• Fotoreceptor:
– Influx de Na/Ca in segmental extern– Eflux de K in segmentul intern
• Constanta a ionilor intracelular este data de:– Pompa Na/K– Antiportul Na/Ca
• Celula este depolarizata in întuneric -40mV– In întuneric GMPc crescut Influx de Na/Ca in segmental extern prin canale
controlate de GMPc (CNG)– Constituent activ Guanilil ciclaza -> GTP GMPc
• Celula este hiperpolarizata in lumina –– Rodopsina (opsina + 11-cis retinal) = RCPG– Transducina = Proteina GTP (αβγ)– Transducina activate (α-GTP) Fosfodiesteraza– Fosfodieteraza GMPc > 5’GMP– Bastonașe –răspuns variabil 1-1000
Rodopsina
Energie luminoasa
Batorodopsina(n sec)
Lumirodopsinaµ sec
Metarodosina I(m sec)
Metarodosina II(sec)
all-trans-retinal
all-trans-retinolVit A
opsina
II-cis-retinal
II-cis-retinol
(RODOPSINA ACTIVATA)
Cascada intracelulara a bastonaselorcand rodopsina este activata
700 x Transducina
N x fosfodiesteraze
Scade GMPc cu ~1400
Inchiderea canalelor de Na
HIPERPOLARIZAREA CELULELOR CU BASTONASE
Scade eliberarea de glutamat la nivelul sinapsei
Retinal izomerazaRodopsinkinaza
Rodopsinafosforilata
Rodopsinainactiva
Arrestina
Rodopsina raspunde optim la lumina cu lungimea de
unda de 496 nm
Fototransductia
Cascada intracelulara de semnalizare a fotoreceptorilor
• Cascada intracelulara– Transducina = RCPG / α fosfodiesteraza– Fosfodiesteraza GMPc -> 5’GMP– Închiderea canalelor CNG depolarizare– 1 foton 700 molecule transducina (~100ms) fosfodiesteraze
hidroliza 1400 molecule GMPc închidere 230 (8% din 11000) scădere curent cu 2% (0,66pA)
• Canalele CNG a fotoreceptorilor– cationice neselective Na(~90%)/Ca (~10%)– Curent de 3fA/canal, 33 pA/11000 canale – Zgomot/Semnal_1_foton =închiderea/deschiderea aleatorie a unui
canal = 3fA/0,66pA=0,003pA/0,66pA– Celulele cu con au raspunsul mai mic de 1/50 din valoarea celulelor cu
bastonașe
Signal Transmission in the Retina
Adaptarea la intuneric
Sensibilitatea la lumina creste in scotopicMecanisme implicate
Apertura irisului (pupila) 16X Adaptarea conurilor (10 min)Adaptarea bastonașelor (30 min)/15000b/cNivelul intracellular de Ca++
Întuneric/cGMP ↑/conc Ca↑ prin pătrunderea prin canalele neselec ve cGMP → s mulează fosfodiesterazele → inh GC → previne ↑ exagerata a cGMP
Inhibiția laterala – rolul celulelor orizontale
Este importanta in toate sistemele vizuale
Asigura creșterea contrastului vizual
Conexiunea laterala prin intermediul celulelor orizontale susține inhibiția laterala (GABA)
O inhibiție laterala suplimentara este asigurata de celulele amacrine
excitatieinhibitie
lumina intuneric
Hermann Grid
Celulele ganglionare 1.000.000 celule ganglionare 100.000.000 bastonașe si
3.000.000 conuri (fotoreceptori>100.000.000)
Exista trei tipuri de celule ganglionare de releu
Celule W constituie 40% din celulele ganglionare, transmit semnalul vizual de la celulele cu bastonașe si sunt implicate in vederea scotopică
Celulele X reprezintă 55% din total, transmit semnalul vizual de la celulele cu conuri si asigura vederea fotopica, colorata.
Celule Y reprezintă 5% din total dendritele se răspândesc pe câmpuri foarte largi si răspund la mișcări rapide sau schimbări rapide ale intensității luminii având funcție de avertizare si determina mișcarea ochilor spre stimulul luminos.
Excitația celulelor ganglionare Celulele ganglionare descarcă in mod spontan potențiale de acțiune
Axonii celulelor ganglionare transmit semnalele vizuale pe calea potențialelor de acțiune
Chiar daca nu sunt stimulate celulele ganglionare descarcă impulsuri cu o frecventa de 5 – 40 /sec
Modificările de intensitate a luminii determina modificarea ratei impulsurilor la deschidere (on) sau închiderea(off) unui spot luminos:
Deschiderea luminii: răspuns on-off
Închiderea luminii: răspuns off-on
excitatie
on off
Inhibitie laterala
Celula ganglionara intrinsec fotosensibila
• Conține un pigment asemănător rodopsinei numit melanopsina cu maxim de absorbție in spectrul albastru (475nm)
• Se depolarizează la lumina când intensitatea acesteia este sufficient de puternica cu generarea unui PA
• Cascada intracelulara cuprinde: melanopsina RCPG PLC/IP3/DAGTRP influx de cationi depolarizare
• Este capabila sa răspundă la lumina in absenta stimulilor oferiți de fotoreceptori,
• Are un răspuns lent• Este implicata in mai multe funcții nelegate de imagini ale sistemului visual
– Formare de non-imagini– Ritm circadian – Reflex pupilar– Inhiba producția de melatonina
Vederea cromatica
Celulele cu conuri sunt responsabile pentru vederea colorata.
Celulele cu conuri conțin fotopigmențiasemănători rodopsinei care răspund optim la o anumita valoare a lungimii de unda a luminii:
a) albastru (absorbție maxima 420nm)
b) verde (absorbție maxima 530nm)
c) roșu (absorbție maxima 560nm)
96% aminoacizi opsinei R/V si 44% A/R-V
Vederea cromatica
Exista doua teorii care încearcă sa explice vederea colorata:
a) Teoria tricromatica;
b) Teoria Hering sau teoria culorilor oponente galben-albastru.
Absorția luminii de catrepigmentii vizuali
Toți cei trei pigmenți sunt necesari pentru vederea cromatica corecta. Este necesar minim doi pigmenți pentru vederea cromatica
Vederea tricromată se întâlnește la 90% din populație prin utilizarea în proporții apropiate de roșu, verde, albastru.
Vederea monocromată implica prezenta unui singur tip de pigment al conurilor si este foarte rara.
Discromatopsia este data de absenta unui dintre pigmenți, totuși individul vede aproape toate culorile utilizând doar doi pigmenți. Absenta pigmentului roșu protanopieAbsenta pigmentului verde deuteranopieAbsenta pigmentului albastru → tritanopie.
daltonism
Teoria tricromatică Se bazează pe posibilitatea percepție tuturor nuanțelor culorilor
prin amestecarea in diferite combinații ale celor trei culori fundamentale
Excitația diferita a celor trei tipuri de conuri Intensitate excitație fiecărui pigment este comparata de către
creier Exemple:
Portocaliu = 99 : 42 : 00 Verde = 31 : 67 : 36 Albastru = 0 : 0 : 97 Galben = 83 : 83 : 0
rosugalbenalbastru verde
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 roșie este opusa culorii verzi
Culoarea alba este opusa culorii negre
Cele doua teorii constituie baza vederii colorate
Căile vizuale
Fibre corticofuge
Fibre pentru RFMSi pentru reflexul de fixarepe un obiect
Reflexul fotomotor pupilar• Când cantitatea de lumina
care pătrunde in ochi este prea mare, pupila se micșorează ajustând astfel cantitatea de lumina care pătrunde in ochi obținând-se o vedere clara atât in mediu luminat cat si întunecat.
• Este un reflex rapid care modifica diametrul pupilar de la 1,5 mm in lumina puternica pana la 8 mm in întuneric
• Determina creșterea profunzimii câmpului vizual in lumina puternica prin îngustarea fasciculului de lumina care ajunge la retina
• RFM direct/consensual
Cortexul vizual Cortexul vizual primar
Ocupa aria fisurii calcarine si se extinde către polul occipital
Semnalele din macula au proiecție in apropierea polului occipital
Semnalele din retina periferica se proiectează in cercuri concentrice anterior de pol
Structura: coloane neuronale cu diametru de 30-50 nm conținând fiecare peste 1000 de neuroni, semnalele vizuale ajungând in stratul 4 si de aici urca spre straturile 1, 2, 3 cu răspândire laterala pe distante scurte, fie coboară in straturile 5, 6 cu răspândire laterala pe distante mari
Picăturile de culoare = zone aflate intre coloanele primare, primesc semnale laterale si răspund specific la semnalele de culoare
Arii corticale secundare
Situate anterior superior si inferior de cortexul primar vizual
Analiza si interpretarea imaginilor:
Mișcările oculare
Inervația musculaturii extrinseci a globului ocular este asigurata de nv 3, 4, 6,
Nv IV
Nv VI
Interconexiunile dintre cei trei nuclei ai nv 3, 4, 6 se realizează prin intermediul fasciculului longitudinal medial
Mișcările voluntare sunt asigurate de arii din lobul frontal prin tracturile fronto-tectale
Mișcările involuntare de fixație sunt controlate de arii secundare din lobul occipital prin tracturile occipitotectal si occipitocolicular
De la nucleii pretectali si coliculari suppornesc semnale prin fasciculul longitudinal median spre nucleii nervilor 3, 4, 6.