Appunti di Biologia: La Vista, dalla fisica della luce alla retina

La Vista e la Percezione dei Fotoni

Il nostro occhio riesce a recepire i fotoni per vedere, nel caso di buio noi non vediamo a causa di mancanza di fotoni. Abbiamo bisogno di un fascio di luce che emette una componente riflessa la quale viene recepita dal nostro sistema visivo-> noi riusciamo a vedere ciò c'è viene riflesso dalla luce. Tutto è relazionato alla luminanza= quantità di luce che raggiunge l'oggetto che viene colpito Ma noi vediamo solo con gli occhi aperti? Un esperimento dimostra che se ad occhi chiusi ma sotto l'ascolto di alcuni stimoli, come suoni e parole le cortecce visive primaria e secondaria si attivano ugualmente.

Richiami di Fisica

Quando la luce giunge sulla superficie di un corpo possono verificarsi due fenomeni: viene assorbita trasformandosi in energia termica oppure viene assorbita.

Fenomeni dell'Ottica Geometrica

• riflessione= è il fenomeno per il quale un raggio di luce viene deviato dalla superficie perfettamente levigata, come ad esempio uno specchio. In questo fenomeno il raggio riflesso ha rispetto a una retta perpendicolare allo specchio passante per il punto di incidenza lo stesso angolo di quello incidente.

Raggio incidente Raggio riflesso Raggi diffusi Superficie levigata riflessione Superficie ruvida a b Raggio riflesso Aria Raggi rifratti Raggio incidente Vetro

• Diffusione= si verifica quando la superficie non è perfettamente levigata ma può presentarsi come una superficie ruvida ; in questi casi il raggio viene scomposto in altri raggi i quali vanno in ogni direzione.
• Rifrazione= è il fenomeno per cui un raggio passando da un mezzo trasparente in un altro, di differente densità ottica devia il proprio percorso. Abbiamo sempre un raggio riflesso poichè una parte del raggio incidente viene riflessa dalla superficie del mezzo secondo le leggi di riflessione. Quando un raggio colpisce un parallelepipedo regolare, quindi le superfici di ingresso e di uscita sono parallele allora il raggio rifratto sarà parallelo al raggio incidente. Se non abbiamo un parallelepipedo regolare ma abbiamo superfici con angolazione differente avremo un raggio in uscita differente dal raggio incidente in quanto viene deviato. Se aumenta l'angolo di incidenza, l'angolo di rifrazione cresce di conseguenza ma non proporzionalmente Il fenomeno della rifrazione presenta un interessante aspetto: ANGOLO LIMITE. I raggi rossi hanno un indice di rifrazione maggiore di quelli viola Nel caso abbiamo un raggio che attraversa l'acqua avremo un angolo di rifrazione che dipende dall'acqua.

Lenti

• concave fenomeno della divergenza Quando vengono colpite determinano una rifrazione diretta verso l'asse ottico
• Convesse hanno al centro della lente un diametro maggiore rispetto alla periferia, fenomeno della convergenza La distanza tra lente e asse ottico si chiama distanza focale. Nei nostri sistemi ottici abbiamo la cornea, l'umor acqueo, il cristallino e il corpo vitreo, questi contribuiscono a far in modo che il raggio di luce in entrata nel sistema ottico possa essere deviato in modo da portare la distanza focale sulsistema di ricezione dell'informazione visiva ossia la retina.

Componenti del Sistema Ottico

Cornea e cristallino= lenti convesse che convergono i raggi in entrata.

• cornea= riflette gli oggetti del mondo esterno, ha funzione diottrica con un potere di convergenza di 41-45 diottrie. Non è vascolarizzata quindi scambia ossigeno e anidride carbonica per diffusione dall'aria attraverso il film lacrimale e dall'umor acqueo. E innervata da fibre sensitive del nervo trigemino. La sua trasparenza dipende dal mantenimento di una pressione intra oculare normale cosi come molti altri fattori come l'equilibrio osmotico, le variazioni di temperatura o la presenza di lenti corneali che se posizionate scorrettamente comportano la comparsa di aloni intorno agli oggetti luminosi con successiva diminuzione di acuità visiva.
• Cristallino= è una struttura avascolare sospesa da fibre che costituiscono la zonula di zinn (=struttura ad anello fibroso che accoglie tutte le afferenze ed efferenze del nervo ottico). Come per la cornea anche questo ha scambi metabolici con i liquido i circostanti come l'umor acqueo. In vita il cristallino è trasparente, incolore ed elastico; nel feto è molto molle e nell'anziano tende ad indurirsi a causa della perdita di acqua
• Corpo vitreo= è costituito da sostanza incolore, trasparente, gelatinosa e vischiosa. Contiene il 98% di acqua.
• Umor acqueo= è un liquido scorrevole come acqua, trasparente, incolore, senza elementi morfologici o con rari linfociti. La zona di produzione di questo è costituita dai processi ciliari. Importante è anche lo spessore della lente: nella situazione B e C la distanza focale è diversa-> maggiore è lo spessore della lente minore è la distanza focale. Queste due situazioni le troviamo quando il cristallino va incontro all'accomodazione= interviene quando noi osserviamo un oggetto posto ad una distanza inferiore a tre metri. Quando un raggio di luce incide una lente va incontro a rifrazione, quando lo stesso raggio va sull'altra superficie della lente subisce un ulteriore rifrazione.

Distanza focale Convessa Fuoco (F) - F F F b Concava - · F F F F C @ edi.ermes Concessa in licenza a Prof.ssa Maria Cristina D'Adamo r1 A Oggetto luminoso Oggetto luminoso Immagine r2 F 2F F c F F 2F Asse ottico a d Immaginiamo che questo A' Immagine sia il nostro sistema di lenti nei nostri occhi: stiamo a b osservano un oggetto ad una determinata distanza che viene illuminato. Questo emette dei raggi che incidono sui nostri sistemi ottici perpendicolarmente. Abbiamo un raggio che arriva alla nostra lente e uno che passa direttamente al centro della lente.Pupilla Iride Cornea Umore acqueo nella camera anteriore Fibre zonulari Camera posteriore Muscolo ciliare Cristallino Coroide - Sclera Umore vitreo Retina Fovea Disco ottico Nervo ottico e vasi retinici

Anatomia dell'Occhio

Fisiologicamente il disco ottico rappresenta una zona di uscita delle fibre nervose provenienti dalla retina che formano poi il nervo ottico. Funzionalmente noi non abbiamo tutte le strutture deputate alla visione di un immagine, cioè nel disco ottico non sono presenti fotorecettori rappresentando quindi una zona cieca del nostro occhio. A livello del disco ottico noi non abbiamo la trasmissione della corteccia visiva= SCOTOMA FISIOLOGICO.

Muscoli e Funzioni Oculari

Muscolo ciliare= determina il grado di stiramento o meno del cristallino Pupilla= zona vuota che si trova tra l'umor acqueo e il cristallino. È formata da cellule muscolari che sono disposte o in posizione circolare o radiale rispetto alla pupilla. Muscolo dilatatore della pupilla e muscolo costrittore della pupilla. -Quando questi muscoli costrittori , sotto il controllo del sistema parasimpatico, si contraggono possiamo avere una diminuzione del diametro pupillare= miosi, -se invece c'è un controllo simpatico e abbiamo la contrazione dei muscoli dilatatori della pupilla avremo un aumento del diametro pupillare= mitriasi. Quando andiamo dall'oculista mettiamo la tropina= produce la mitriasi fa dilatare la pupilla. La tropina è un parasimpaticolitico= inibisce la contrazione del muscolo sfintere della pupilla perchè prevede una lisi dell'attività parasimaptica quindi la pupilla va incontro al fenomeno di dilatazione. Perchè la pupilla cambia diametro? Perché regola l'entrata della luce, quando recepiamo un immagine il raggio di luce deve avere l'adeguata intensità luminosa, se questa sorgente è troppo intensa questo non permetterebbe la visione-> il passaggio da un livello di luminanza minore ad uno maggiore permette il consumo di fotopigmenti che va incontro poi a recupero.

Patologie Oculari

Glucoma= patologia in cui la pressione endooculare diventa più alta di quella fisiologica. Il drenaggio dell'umor acqueo non è sufficiente, la pressione endoculare aumenta riducendo il rifornimento di sangue all'occhio e provocando un danneggiamento dei neuroni retinici. Cataratta= è una condizione associata all'invecchiamento, è dovuta all'opacizzazione del cristallino.

Accomodazione Visiva

ACCOMODAZIONE= è il processo di regolazione della forma del cristallino per focalizzare gli oggetti a diverse distanze sulla retina. È un meccanismo dinamico e automatico. Non accomodazione= una visione dell'oggetto a più di tre metri di distanza è una situazione in cui il muscolo ciliare è in condizioni rilassate-> le fibre zonulare che collegano questo muscolo al cristallino sono tese-> il cristallino è piatto= lo spessore interno del cristallino è minore

Stato di non accomodazione Stato di accomodazione Iride Umore acqueo Muscolo ciliare Cristallino Fibre zonulari Umore vitreo Durvoc Nouracrionze-Zanichelli Cornearispetto alla situazione di accomodazione, Accomodazione=Quando l'oggetto è più vicino avremo un inspessimento del cristallino, diventa più sferico-> il rilassamento delle fibre zonulari che diventano lasse-> contrazioni del muscolo ciliare

RETINA LENS Quindi l'accomodazione che prevede un intervallo dipende dalla distanza dell'oggetto che stiamo osservando. Un soggetto giovane ha un intervallo di accomodazione in termini di ampiezza, di diottrie maggiore rispetto ad un soggetto in età adulta o in età geriatrica-> con il passare del tempo il cristallino si indurisce, perde la sua componete acquosa, quindi la capacità elastica viene persa, quindi anche la capacità di accomodare viene ridotta fino a quasi essere persa vero gli 80 anni. Questo viene definita condizione di presbiopia. In un occhio normale quando abbiamo accomodazione il punto focale viene ad essere portato nella retina e nella foveola in maniera ottimale, in un soggetto affetto da presbiopia questa capacità viene persa quindi il punto focale viene portato oltre l'occhio, stessa condizione della ametropia.

DISTANT OBJECT UNACCOMMODATED PATH OF LIGHT RAYS ACCOMMODATED NEAR OBJECT Muscolo cliare rilasciato Punto focale Cristallino appiattito Zonula in trazione

Emmotropia e Diottrie

EMMETROPIA= visione del tutto fisiologica, è la visione Distanza focale normale dell'occhio, dove l'occhio è perfettamente configurato per percepire oggetti lontani in modo nitido. Qui il soggetto ha una diottria adeguata e fisiologica. Questa condizione soddisfa solo i prerequisiti per una visione retinica distinta. Diottria= reciproco della distanza focale espressa in metri, è la capacità della lente di produrre una convergenza dell'immagine dipendete dalla diottria stessa della lente. Maggiore è la diottria di una lente maggiore è la sua capacità convergente. La diottra è un unità di misura usata per esprimere il potere di rifrazione di una lente o di un sistema ottico. Indica la capacità di una lente di piegare/ rifrangere la luce e focalizzarla. Come detto i mezzi ottici del nostro occhio sono la cornea e il cristallino. Cornea= diottria maggiore del sistema ottico= +48,2 diottrie quindi quando l'immagine colpisce la cornea avremo una convergenza di 48,2, assieme al cristallino con 8,2 diottrie FOVEA= maggior acuità visiva= capacità di discriminare un oggetto. Come arriva l'immagine alla fovea? Attraverso il movimento dei bulbi oculari che permettono la rifrazione sulla fovea stessa.

Ametropie

Le AMETROPIE possono essere di diverso tipo

• miopia= il punto focale cade all'interno del bulbo oculare. Si può operare in due modi o con le lenti che devono essere concave, divergenti dove il centro è

Miopia meno spesso rispetto alla periferia e il raggio di entrata viene ad essere veicolato verso l'esterno per cui quando esce dalla lente entra nel sistema ottico con un