Dioptrik & Netzhaut Flashcards
Dioptrischer Apparat
Besteht aus Cornea (Brechkraft:+43 dpt, basierd auf die unterschiedlichen Brechungsindices von Luft und flüssigem Medium), Linse (+19,5 dpt), Kammerwasser und Glaskörper (-3,7 dpt). Brechen das Licht und fungieren als Sammellinse, sie erzeugen ein verkleinertes und umgedrehtes Bild auf der Retina.
Gemeinsame Brechkraft: 58,8 dpt.
Funktion: Akkomodation durch die Form und Brechkraftsänderung der Linse, ermöglicht durch das Aufhängen an den Zonulafasern
Nahakkomodation
Kontraktion d. M. ciliaris -> Entspannung der Zonulafasern -> Linse kugelt sich aufgrund ihrer Eigenelastizität -> Brechkraft steigt
Nahpunkt: noch scharf zu sehen, bei etwa 10 cm
Naheinstellungsreaktion:
- Annähern der Blickachse (Konvergenzbewegung)
- Verengung d. Pupillen durch d. M. sphincter pupillae = Miosis
- Steigerung d. Brechkraft
Gesamtbrechkraft d. Auges: 73 dpt
Fernakkomodation
Ruhezustand
Passive Zugkräfte von Bruch-Membran und Sclera -> Zonulafasern sind im Ruhezustand straff -> Linse ist flach -> Geringe Brechkraft
Fernpunkt: beim Normalsichtigen im Unendlichen
Ferneinstellungsreaktion:
- Auseinanderweichen der Blickachsen (Divergenzbewegung(
- Erweiterung der Pupillen durch d. M. dilatator pupillae = Mydriasis
- Verringerung der Brechkraft
Gesamtbrechkraft d. Auges: ca. 59 dpt
Akkomodationsbreite
Der Bereich, in dem das Auge beim Wechsel zwischen Fern- und Nahsehen seine Brechkraft verändern kann
Akkomodationsbreite (dpt) = 1/Nahpunkt (m) - 1/Fernpunkt (m)
- in der Jugend: etwa 14 dpt
- im Alter sinkt sie bis auf 1 dpt (Presbyopie)
Myopie aka Kurzsichtigkeit
Refraktionsanomalie (Brechungsfehler d. Auges)
Zu langer Bulbus bzw. zu starke Brechkraft d. Auges -> Vereinigung der Lichtstrahlen zu einem Punkt vor dem Auge
Symptome: Gutes Nahsehen, schlechtes Weitsehen
Korrektur: Zerstreuungslinsen (Konkavgläser, Minusgläser)
Hyperopie aka Weitsichtigkeit
Refraktionsanomalie
Zu kurzer Blubus bzw. zu schwache Brechkraft -> Lichtstrahlen eines Lichtpunkts vereinigen sich erst hinter der Retina
Symptome: Schlechtes Nahsehen, scharfes Weitsehen nur durch Akkomodation möglich
Korrektur: Sammellinsen (Konvexgläser, Plusgläser)
-> Ständige Akkomodation führt zu einer Überbeanspruchung der Augeninnenmuskeln, kann so zum Innenschielen führen
Astigmatismus aka Hornhautkrümmung
Refraktionsanomalie
Ungleichmäßig gekrümmte Cornea -> unterschiedlich starke brechung des Lichts -> Verzerrtes Bild
Symptome: Verschwommenes Sehen
Korrektur: Zylindrische Gläser
Presyopie aka Altersweitsichtigkeit
Refraktionsanomalie: verminderte Akkomodationsfähigkeit durch progrediente Abnahme der Elastizität der Augenlinse
Symptome: Schlechtes Nahsehen, gutes Weitsehen
- verminderte Akkomodationsfähigkeit kann dazu führen, dass eine hyperope Person im Alter Objekte in der Ferne nicht mehr scharf sehen kann
Korrektur: Lesebrille mit Sammellinse (Konvexgläser)
Aphakie
Fehlende Augenlinse, meist durch eine OP nach Linsentrübung aka Katarakt
Symptome: Gegenstände jeder Entfernung können nicht scharf auf der Retina abgebildet werden, keine Akkomodation möglich -> Verschiebung des Brennpunktes hinter die Retina
Korrektur: Kunstlinse oder Starbrille (Sammellinse mit bis zu 15 dpt)
Zellen der Retina: Photorezeptoren
Lichtempfindlicher Teil der Retina (Pars optica), Zapfen zu Stäbchen etwa 1:20. Ihre Sehpigmente werden durch Lichtenergie (elektromagnetische Wellen der Länge 400 - 750 nm) zu einer chemischen Konformationsänderung angeregt.
Zapfen (Photorezeptoren)
- photopisches Sehen = Sehen bei Tageslicht und Farbsehen
- Höchste Dichte i. d. Fovea centralis
- ca. 6 Milionen
- Sehpigment: 3x verschiedene Zapfenopsine mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima (420 nm, 535 nm und 565 nm)
- Auflösung: hoch
Stäbchen (Photorezeptoren)
- Lichtempfindlicher als die Zapfen
- Übernehmen das skotopische Sehen = Nachtsehen und Schwarz- Weiß- Sehen
- Höchste Dichte i.d. parafovealen Zone, kein Vorkommen i.d. Fovea centralis
- etwa 120 Milionen
- Sehpigment: Rhodopsin mit einem Absorptionsmaximum von etwa 500 nm
- Auflösung: eher niedrig
Zellen der Retina: Bipolare Zellen
Erhalten Informationen durch Glutamatausschüttung von den Photorezeptoren, leiten diese an die Ganglienzellen weiter
3x Typen:
- On- Zapfenbipolarzellen
- Off- Zapfenbipolarzellen
- Stäbchenbipolarzellen
Zellen der Retina: Ganglienzellen
Erhalten Informationen von den Bipolaren Zellen und leiten diese ans Gehirn weiter, ihre Axone bilden den N. Opticus
- On- und Off- Ganglienzellen
3x morphologische Gruppen:
- Schnell leitende M- Zellen des magnozellulären Systems
- langsam leitenden P- Zellen des parvozellulären Systems
- langsam leitenden K- Zellen des koniozellulären Systems
+ einige photosensitive Ganglienzellen, die das Sehpigment Melanopsin enthalten -> lichtinduzierte Synchronisierung des zirkadianen Rhythmus (Tag- Nacht- Phasen)
On- Zentrum- Ganglienzellen
Belichtung im Zentrum des rezeptiven Felds der Photorezeptoren erregt die On- Zapfenbipolarzellen, die wiederum die On- Zentrum- Ganglienzellen depolarisieren. Hemmung bei Belichtung i.d. Peripherie
Off- Zentrum- Ganglienzellen
Belichtung im Zentrum d. rezeptiven Felds der Photorezeptoren hemmen die Off- Zapfenbipolarzellen, die wiederum die Off- Zentrum- Ganglienzellen hyperpolarisieren. Erregung durch Belichtung i.d. Peripherie des rezeptiven Felds
Stäbchen vor der Belichtung (=Dunkelheit)
A) Sehpigment Rhodopsin im Grundzustand: G-Protein-gekoppelter Rezeptor aus Opsin (Glcoprotein) und 11-cis-Retinal (Vitamin-A-Derivat)
B) Stäbchen im Grundzustand: depolarisiert
- Offene cGMP-abhängige Kanäle -> hohe Na+ und Ca++ Leitfähigkeit -> Konstanter Kationeneinstrom -> Depolarisation -> Glutamat Ausschüttung
- Ruhepotential: etwa -30 mV
Stäbchen während der Belichtung
1) Licht wandelt 11-cis-Retinal in all-Trans-Retinal und Rhodopsin in Meta-Rhodopsin II (aktiv)
2) Meta-Rhodopsin II bindet und aktiviert G-Protein Transducin -> Austausch von GDP durch GTP an der alpha-Einheit des Transducin -> Freisetzung der alpha- Einheit
3) Alpha-Einheit stimuliert die Phosphodiesterase PDE, die cGMP zu GMP hydrolysiert
4) [cGMP] sinkt -> cGMP-abhängige Kanäle schließen -> Abnahme der Kationen Leitfähigkeit -> Abnahme der zytosolischen Ca++ und Na+ Konzentration
5) Hyperpolarisation der Zelle („Lichtsignal“) -> Hemmung der Glutamatausschüttung zur Bipolarzellen
Stäbchen nach der Belichtung
1) Beendigung des Lichteinfalls deaktiviert die Alpha Untereinheit des Transducins und diese bindet wieder an beta und gamma Untereinheit -> Inaktivierung der cGMP abhängigen Phosphodiesterase
2) Niedrige CA++ Konzentration aktiviert eine Guanylatcyclase, die cGMP synthetisiert
3) Gesteigerte cGMP Konzentration öffnet Kationenkanäle -> Phosphorylierung des aktiven Rhodopsins aka Meta- Rhodopsin II
4) Protein Arrestin bindet und versiegelt Meta- Rhodopsin und unterbindet die Signalkaskade
5) Ablösung des all-trans-Retinals vom Opsin -> enzymatische Regeneration zu 11-cis-Retinal
6) Verbindung on 11-cis-Retinal und Opsin zu Rhodopsin
Vitamin A Mangel
Vitam A Mangel führt zu einem gestörtem Aufbau von Rhodopsin -> Nachtblindheit, da die Stäbchen stärker reagieren als die Zapfen
- mangelhafte Zufuhr
- Infekte (Masern)
Adaption
Fähigkeit der Retina, sich an unterschiedliche Lichtverhältnisse anzupassen
Skotopisches Sehen aka Nachtsehen
Adaption
A) Übergang vom Zapfen- zum Stäbchensehen: die lichtempfindlichen Stäbchen übernehmen das Sehen bei Dunkelheit, wenn die minimale Wahrnehmungsschwelle der Zapfen erreichbar ist (etwa nach 10 Minuten am sog. Kohlrausch-Knick)
B) Weitstellung der Pupille für stärkeren Lichteinfall
C) Erhöhte Rhodopsinkonzentration -> erhöhte Lichempfindlichkeit
D) Ausdehnung der rezeptiven Felder durch Abnahme der lateralen Hemmung -> erhöhte Lichtempfindlichkeit
E) Zeitliche Summation: unterschwellige Reize werden über Zeit überschwellig und können so ein AP auslösen
Photopisches Sehen aka Tageslichtsehen
Adaption der Retina
Wahrnehmung ausschließlich über die Zapfenzellen, Stäbchensystem inaktiv
Purkinje-Effekt
Adaption der Retina
Ein blauer Punkt scheint im Dunkeln heller als ein roter Punkt, da bei Dunkelheit v.a. die Stäbchen aktiv sind, die ein Absorptionsmaximum im kurzwelligen (ca. 500nm) blau-grünen Bereich haben -> Stäbchen haben eine geringere Rotempfindlichkeit
Adaptions Fehler
Da der Punkt des schärfsten Sehens in der Fovea centralis liegt und dort nur Zapfen vorkommen, kann ab dem Punkt des reinen Stäbchensehens (Dunkelheit) nicht mehr richtig fixiert werden
Farbsehen
Prinzip: Drei verschiedene Zapfen mit unterschiedlichen Opsinen, durch deren Erregung die drei unterschiedlichen Farbeindrücke entstehen -> rot, blau, grün
Dispersion: Brechung vom Licht ist abhängig von der Wellenlänge
- Je kleiner die Wellenlänge, desto stärker die Brechung
- Bsp rotes Licht: langwellig, schwache Brechung, stärkere Akkomodation notwendig -> „Vergrößerung“ des roten Punkt lässt ihn näher erscheinen als einen blauen
Zapfentypen:
- Blau-(K)-Zapfen: Absorbieren blauviolett, Absorptionsmaximum bei etwa 420 nm
- Grün-(M)-Zapfen: Absorbieren blaugrünes bis gelbes Licht, Absorptionsmaximum bei etwa 535 nm
- Rot-(L)-Zapfen: Absorbieren gelbes bis rotes Licht, Absorptionsmaximum bei eta 565 nm
-> Wellenlängen des gesamten Spektrums zsm = weiß
Sehbahn
- Neuron: Photorezeptoren
- Übertragung vom Photorezeptor über G-Protein-gekoppelte Glutamatrezeptoren auf Bipolarzellen - Neuron: Bipolarzellen
- On: Metabotrope Glutamatrezeptoren
- Off: Ionotrope Glutamatrezeptoren - Neuron: Retinale Ganglienzellen
- Axone bilden d. N. Opticus
- temporale Netzthautbereiche (mediales Gesichtsfeld) laufen lateral
- Nasale Netzhautbereiche (temporales Gesichtsfeld) laufen medial
- Unterer Netzhaubereich verläuft im unteren Teil, oberer oben
Papilla nervi optici: Nerv verlässt Bulbus, keine Photorezeptoren = Blinder Fleck
Chiasma opticum: Sehnerven Vereinigung über d. Hypophyse -> nasale Netzhautfasern kreuzen auf die Gegenseite
Tractus Opticus: enthält Fasern der ipsilateralen temporalen und kontralateralen nasalen Retinahälfte
- Neuron: Corpus geniculatum laterale im Thalamus
- führt den Reiz bis zum visuellen Kortex = Area striata
Primäre Sehrinde aka Area striata (Mitte der Lamina IV enthält viele myelinisierte Fasern -> makroskopisch sichtbaren Gennari-Streifen)
Visueller Kortex:
- Okzipitallappen, Areal 17 nach Brodmann
- Retinotope Gliederung: auf der Retina benachbarte Punkte sind auch hier benachbart
- Bewusstwerden der visuellen Eindrücke
- Fasern der Radiatio optica enden vorwiegend in der Lamina IV der Area Striata
Sekundäre Sehrinde
Visueller Kortex:
- Brodmann Areal 18 und 19
- Umrandet die primäre Sehrinde hufeisenförmig
- Interpretation und Verarbeitung der visuellen Eindrücke
Licht und seine Eigenschaften
Elektromagnetische Strahlung mit wellenförmiger Ausbreitung und kleinsten Teilchen, Photonen aka Lichtquanten. Eine Eigenschaft überwiegt je nach Situation
Energie e. Photons = Produkt einer Konstanten h (Plank‘sche Wirkungsquantum) und der Frequenz f der Strahlung
Lichtgeschwindigkeit c
Innerhalb eines Mediums immer konstant -> Verhältnis Wellenlänge zu Frequenz konstant
Lichtgleichung: c = Lambda x v [m/s = m x 1/s]
Lamda: Wellenlänge, v: Frequenz (1/s = Hz)
Lichtgeschwindigkeit (Vakuum): 3,0 x 10^8 m/s
Elektromagnetisches Spektrum
Ein Kontinuum von Strahlung mit variierender Wellenlänge und Frequenz:
- Mikrowellenstrahlung: 0,1 - 30 cm
- Infrarotstrahlung: 0,1 cm - 750 nm = 10^12 - 10^14 Hz
- Sichtbarer Bereich: 400 - 750 nm
- Ultraviolettes Licht: 400 nm - 10 nm
Farbigkeit
Farbe des Lichts abhängig von seiner Wellenlänge (monochromatisches Licht):
- lila: 400nm
- blau: 460nm
- grün: 500nm
- gelb: 550nm
Additive Farbmischung:
- Licht, das das gesamte Spektrum enthält wird vom Menschen als weiß wahrgenommen
- blau + rot = pink
- grün + blau = türkis
- grün + rot = gelb
Refraktion aka Lichtbrechung
Die Ausbreitung von Licht in anderen Medien als das Vakuum hängt davon ab, wie stark das Licht mit den Molekülen, aus denen die Materie besteht, in Wechselwirkung tritt. Zur Einordnung gibt es den Brechungsindex eines Mediums.
Brechung = Richtungsänderung eines Lichtstrahls wenn es von einem Medium in ein anderes übergeht
Brechungsindex
Materialeigenschaft, die angibt, wie stark sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts gegenüber der maximalen Geschwindigkeit im Vakuum (‚Lichtgeschwindigkeit‘) verändert.
Luft: n = 1,0003
Wasser: n = 1,33
Quarzglas: n = 1,46
- Brechzahl für blaues Licht in jedem Medium größer als für rotes
n = c0 / c
Lichtbrechung
Die Veränderung der Strahlrichtung durch Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom umgebenden Medium, tritt an Grenzflächen zwischen 2 Medien mit versch. Brechindices n auf.
Dispersion von Licht
Aufhebung der additiven Farbischung durch Trennung der unterschiedlichen Wellenlängen.
„Zertstreuung“
Bsp.: Regenbogen, Pink Floyd Cover
Absorption von Licht
Wechselwirkung von Licht mit Materie, Abschwächung der Lichtintensität im Laufe der Wechselwirkung.
Halbwertsdicke: Absorptionsstrecke, bei der die Restintensität I nur noch halb so groß ist wie ursprünglich
- lg (I/I0) = -epsilon x d -> lg(1/2) = -espilon x d
Brechkraft D
D = 1/f = 1/g + 1/b [Dioptrien dpt = 1/m]
f: Brennweite, g: Gegenstandsweite, b: Bildweite
Auflösung
Kleinster Abstand zwischen 2 Punkten, die noch getrennt voneinander wahrgenommen werden (Je kleiner der minimale Abstand, desto höher das Auflösungsvermögen)
d = Lambda / (n x sinalpha) [nm]
n x sinalpha: numerische Apertur, n: Brechungsindex, alpha: halber Öffnungswinkel des Mikroskops, Lamda: Wellenlänge des Lichts
Transmission
Intensität d. Lichtes, die nach der Absorption übrig bleibt
- T = I / I0, T: Transmissionsgrad, I: Intensität n. Wechselwirkung, I0: Intensität davor
- Tges = T1 x T2
Extinktion
Optische Dichte aka Auslöschung
- E = lg(I0/I)
Lambert-Beer’sches Gesetz
Verkleinerung der Lichtintensität durch Absorptionsverluste
- I = I0 x e^epsilonxcxd -> lg (I/I0) = epsilonxcxd [W/m^2]
- c: Konzentration der absorbierenden Substanz in mol/L
- epsilon: Extinktionskoeffizient
- d: durchstrahlte Wegstrecke
