Elemente de Biofizica Analizorului Vizual

7/24/2019 Elemente de Biofizica Analizorului Vizual

1/10

ELEMENTE DE BIOFIZICA ANALIZORULUI VIZUAL

1. Structura ochiului

2. Studiul ochiului din punct de vedere al opticii geometrice

3. Defectele geometrice ale vederii (ametropiile)

4. Biozica recepiei vizuale

Structura retinei

Structura i funciile celulelor fotoreceptoare

!iclul "iochimic al rodop#inei

Di#cromatop#iile

$. Biopotenialele retinei

%nalizorul vizual e#te un #i#tem de comunicare a organi#mului cu lumea

&ncon'urtoare care permite recepionarea analiza i traducerea &n impul#

nervo# a informaiilor privind forma dimen#iunile poziia micarea culoarea

o"iectelor ace#teia. Semnalul zic ce poate recepionat de ctre analizorul

vizual e#te radiaia electromagnetic cu lungimea de und cuprin# &ntre 4**

+ ,$* nm (gura gura).

-lementele principale ale analizorului vizual ochi traiectele nervoa#e

aferente i eferente #taii de prelucrare intermediare i proiecia cortical. /n

cele ce urmeaz va a"ordat numai #egmentul periferic 0 ochiul.

Structura ochiului

chiul are o form glo"ular i are un diametru de cca. 2$ cm. /n

ordine antero+po#terior elementele ochiului #unt (gura gura)

+ corneea (tran#parent)
http://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/undeem.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/spectru.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/analizviz.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/strochi1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/globe.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/undeem.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/spectru.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/analizviz.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/strochi1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/globe.jpg


2/10

+ #clerotica (e#ut opac "ro# i ela#tic)

+ camera anterioar cu umoarea apoa#

+ iri#ul (diafragm inelar pigmentat)

+ cri#talinul (lentil tran#parent)

+ camera po#terioar cu umoarea vitroa#+ retina (cu foveea pata gal"en i papila)

+ coroida (e#ut puternic pigmentat care a"#oar"e lumina parazit

&mpiedicnd difuzia ace#teia)

uchii ciliari ("re radiare i circulare) i zonula lui inn (ligament

inelar legat de #clerotic alctuit din "re ela#tice) permit modicrile

convergenei cri#talinului. onula menine cri#talinul &n poziia #a &n #tare de

ten#iune mecanic. uchii ciliari pot eli"era prin contracie cri#talinul de

#u" ten#iunea zonulei.

Studiul ochiului din punct de edere al opticii !eo"etrice

a) Modele ale ochiului redus

b) Studiul mersului razelor n cei patru dioptri ai globului

ocular

a. /n a#emenea modeleochiul e#te redu# la un dioptru prin care razele

#e propag la fel ca &n ochiul real.

- Modelul Listing ochiul e#te un dioptru #feric cu raza de 5 mm care

#epar aerul de un mediu tran#parent cu indice de refracie n 6 1.33,

- Modelul Gullstrandcon#t dintr+un un #i#tem optic centrat &n care un

dioptru #feric unic cu raza $, mm (care reprezint practic corneea ! 6 4* D)

#epar aerul de un mediu tran#parent de indice de refracie 1335. !entrul

optic e#te centrul de cur"ur al dioptrului. Di#tana dintre centrul optic i

retin e#te de cca. 1$ mm. 7etina #e a8 &n planul focal.
http://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/modele.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/modele.jpg


3/10

". chiul e#te con#iderat un sistem optic centrat alctuit din

urmtoarele elemente

+ corneea n 6 13,2 #eparat de aer printr+un dioptru anterior conve9

i de

+ umoarea apoa# n 6 1335 printr+un dioptru po#terior concav+ cri#talinul n 6 1413 (13,$+14,3) e#te #eparat de umoarea apoa#

printr+un dioptru anterior conve9 i de

+ umoarea vitroa# (n 6 1335) printr+un dioptru po#terior tot conve9.

!orneea e#te mediul cel mai refringent avnd o convergen de cca

4* D. De aceea are cea mai mare contri"uie la convergena total de cca

5* D a ochiului. !ri#talinul contri"uie la convergena total cu re#tul de 2*

D. !onvergena cri#talinului e#te mai mic deoarece ace#ta e#te mrginit de

medii cu indici de refracie apropiai &n timp ce corneea #e a8 &n contact cu

aerul care are indicele de refracie mult mai mic dect cel al corneei.

!ri#talinul e#te o lentil "iconve9 cu 716 1* mm i 726 5 mm (&n

#tare neacomodat). -#te alctuit din #traturi celulare concentrice al cror

indice de refracie crete din#pre periferie #pre centru. !onvergena

cri#talinului e#te varia"il datorit modicrii cur"urii. :moarea vitroa#

confer ten#iune glo"ului ocular.

Adaptarea la lu"in#

;ri#ulreprezint o diafragm care limiteaz 8u9ul lumino# ce cade pe

retin i care micoreaz a"eraiile cromatice i de #fericitate produ#e de

lentilele ochiului. !nd luminozitatea e#te #la" "rele radiale ale iri#ului #e

contract (midriaz) diametrul pupilei crete.


4/10

de ochi imaginea lor #+ar forma &n #patele retinei dac cri#talinul nu #+ar

"om"a mrindu+i convergena. =entru ca imaginea # e clar ea tre"uie #

#e formeze pe retin. %cea#ta #e realizeaz a#tfel cri#talinul e#te &ncon'urat

de un ligament circular zonula lui inn pe care #e a8 &n#erai muchii ciliari

circulari i radiari. ederea clar #e realizeaz &ntre dou punctepunctum proximum pp

+ i punctum remotum pr. =p e#te punctul cel mai apropiat care poate

vzut clar cu acomodare ma9im. =r e#te punctul cel mai deprtat vzut clar

fr acomodare.


5/10

Hipermetropia

/n ochiul hipermetrop imaginea #e formeaz &n #pateleretinei pp #e

a8 mai departe dect la ochiul emetrop. ?ipermetropia a9ial apare cnd

a9ul anteropo#terior al glo"ului ocular e#te mai #curt dect &n mod normal.

?ipermetropia de cur"ur e#te caracterizat printr+un cri#talin mai alungit.!ri#talinul tre"uie # #e "om"eze &n permanen pentru a aduce imaginea pe

retin. !orectarea hipermetropiei #e face cu lentile coner!ente.

Presbiopia

-#te o ametropie de ela#ticitate care apare &n general dup vr#ta de

4* de ani. Bom"area #e face mai dicil. Se folo#e#c lentile coner!ente

pentru a vedea o"iectele apropiate.

A'ti!"ati'"ul

%#tigmati#mul e#te o ametropie de cur"ur. 7azele de cur"ur ale

dioptrilor nu #unt egale de la un meridian la altul al dioptrilor (mai ale# pentru

cornee). @orma dioptrilor nu mai e#te #feric. !orectarea #e face cu a'utorul

lentilelor cilindrice.

Bio()ica recep*iei i)uale

Structura retinei

Dup ce #tr"at mediile tran#parente ale ochiului razele luminoa#e

care provin de la diferitele o"iecte ale mediului &ncon'urtor cad pe retin

(gura) #tructur comple9 avnd o #uprafa de cca 2 cm2i gro#imea de

3$* m. !ele $ tipuri de celule prezente &n retin i di#pu#e &n #traturi

#ucce#ive #unt

Celulele epiteliului pigmentar+ alctuie#c #tratul di#tal format dintr+un

#ingur ir de celule epiteliale. !onin un pigment 0 melanina+ care a"#oar"e

lumina (pentru a evita difuzia).

Stratul urmtor e#te cel al celulelor fotoreceptoare celulele cu conuri

i "a#tonae care conin pigmenii foto#en#i"ili. !elulele fotoreceptoare
http://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/hipermetr.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/retina2.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/retina3.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/hipermetr.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/retina2.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/retina3.jpg


6/10

(gura gura + imagine micrograc) #unt orientate cu e9tremitatea

foto#en#i"il &n#pre coroid ind parial &ngropate &n epiteliul pigmentar.

7epartiia lor &n retin nu e#te uniform. /n fovee#e a8 numai celule cu

conuri &n timp ce den#itatea celulelor cu "a#tonae crete &n#pre periferie. /n

fovee celulele #unt mai e9pu#e luminii prin #cderea den#itii #traturiloranterioare. /n pata oarb pe unde ie# "rele nervului optic celulele

fotoreceptoare lip#e#c complet.

:rmeaz #tratul de celule orizontale care fac #inap# cu celulele

fotoreceptoare (5+$* celule fotoreceptoare).

Celulele bipolare alctuind primul #trat al neuronilor vizuali (de aceea

retina poate con#iderat o poriune de creier periferic)(#e mai nume#c i

neuroni bipolari) realizeaz legturi &ntre celulele receptoare i cele

ganglionare. /n zona foveal core#pondena e#te "iunivoc ecare con

realizeaz legturi #inaptice cu o "ipolar i ecare "ipolar cu o ganglionar.

@iecare ganglionar primete a#tfel informaii de la un #ingur con. Spre

periferia foveei i &n afara ace#teia mai multe celule receptoare realizeaz

cone9iuni #inaptice cu o "ipolar i mai multe "ipolare trimit informaii unei

#ingure ganglionare.

Celulele amacrine realizeaz cone9iuni &ntre neuronii "ipolari la fel

cum celulele orizontale interconecteaz celulele fotoreceptoare. Sunt lip#ite

de a9on i trimit informaii din#pre centru #pre periferie.

:ltimul #trat 0 celulele ganglionare0 fac #inap# cu cele "ipolare iar

a9onii lor alctuie#c nervul optic. =ata oar" (papila cieca) lip#it de celule

fotoreceptoare e#te locul &n care nervul optic #e &ndreapt #pre corpii

geniculai laterali dup ce #tra"ate &nveliul glo"ului ocular.

Structura +i $unc*ia celulelor $otoreceptoare

!elulele fotoreceptoare realizeaz funcia de de traducere a

semnalului vizual radiaia electromagnetic din domeniul vizibil- n semnal

electric.

!elula cu "a#tona e#te alctuit din dou pri segmentul extern

(!"# #u" form alungit cilindric de "a#tona i segmentul intern($"#.
http://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/celfotorec.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/conmicrogr.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/fovea.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/celfotorecep.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/celfotorec.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/conmicrogr.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/fovea.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/celfotorecep.jpg


7/10

Segmentul e9tern e#te fotoreceptorul propriu+zi# cel intern are rol meta"olic.

Ba#tonaele a#igur vederea scotopic (la lumin crepu#cular) avnd o

mare #en#i"ilitate. S-B are o #tructur #pecial coninnd un mare numr de

di#curi mem"ranare (pn la 2***) #uprapu#e. em"rana di#curilor e#te

format din #u"uniti mem"ranare (cca $ nm diametru) &n centrul crora #eg#ete pigmentul foto#en#i"il 0 rodop#ina (1*,+1*A molecule"a#tona)

(gura). 7odop#ina0 protein tran#mem"ranar care traver#eaz mem"rana

de , ori ( + heli9uri) 0 e#te alctuit din opsin (partea proteic) i

cromoforul retinal (aldehida vitaminei % partea pro#tetic). em"rana

"a#tonaului conine numeroa#e canalede Ca i !a a#tfel &nct la &ntuneric

e9i#t un in8u9 pa#iv de Ca i !a (curent de ntuneric) (1*+1$ !a). /n

&ntuneric mem"rana e#te polarizat negativ (+2* + +4* m>). ;onii de Ca intr &n

celulele fotoreceptoare prin canale dar nu #e acumuleaz deoarece #unt

evacuai pe m#ur ce intr de ctre pompele ionice din S;B. !a e#te evacuat

printr+un mecani#m antiport 3Ca1!a &n S-B. !urentul de Ca (!a) reprezint

curentul de &ntuneric.

/n urma fotoe9citrii i activrii rodop#inei #e &nchidcanalele de Ca

(!a) curentul de &ntuneric di#pare i mem"rana se %iperpolarizeaz.

=otenialul celular poate a'unge la 0A* m> depinznd de inten#itatea luminii.

>ariaia de potenial declaneaz e9citaia neuronilor "ipolari a#tfel &nct

potenialele de aciune aprute &n acetia a'ung &n nal la #inap#a cu

neuronul ganglionar pe care+l e9cit. De la neuronul ganglionar vor porni

trenuri de poteniale de aciune tot #au nimic care pe calea nervului optic

a'ung &n corpii geniculai i apoi &n #coara cere"ral (#cizura calcarin) unde

produc #enzaia vizual. Ba#tonaele au o #en#i"ilitate foarte mare un #ingur

foton poate duce la "locarea intrrii &n celul a 1*5 #arcini pozitive 0

amplicare de putere. @otonul e#te doar trigger (declanator) re#tul #e

datoreaz energiei proce#elor meta"olice.

Ciclul ,iochi"ic al rodop'inei

!romoforul rodop#inei retinalul #e a8 la &ntuneric &n conguraia 11+

ci#. =rin fotoactivare retinalul trece &n 11+tran# (all+tran#) i #e de#prindede
http://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/sensibsp.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/bastonasf.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/rodopsina3.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/rodopsina1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/retinal.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/curentbast1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/curentbast.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/excitviz.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/izomeri_retinal1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/sensibsp.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/bastonasf.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/rodopsina3.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/rodopsina1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/retinal.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/curentbast1.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/curentbast.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/excitviz.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/izomeri_retinal1.jpg


8/10

op#in. Eran#formarea direct i cu tran#formarea inver# reprezint ciclul

&ald. ;n #tarea &n care retinalul #+a de#prin# rodop#ina devine rodop#in

activat 7F (gura) i interacioneaz cu traductina ' (macromolecul

proteic mem"ranar din cla#a proteinelor G) care la rndul ei e#te activat.

Eraductina care &n #tare neactivat are legat o molecul de guanozindifo#fat (GD=) va forma un comple9 7FE+GD= care pierde GD= i leag GE=

(guanozin trifo#fatul) devenind 7FE+GE=. %ce#t comple9 e#te in#ta"il i #e

de#compune &n 7F i E+GE=. 7F #e com"in din nou cu traductina neactivat

etc. 7F #e poate com"ina cu pn la $** molecule de E !omple9ul E+GE= #e

numete traductin activat. %cea#ta activeaz o molecul de

fosfodiesteraz (=D-)H #e formeaz comple9ul =D-+E+GE= (fo#fodie#teraz

activat) care acioneaz a#upra c-GM(acid guanozin+monofo#foric ciclic). c+

G= e#te tran#format &n acid guanozin+monofo#foric $I+G=. Scderea

concentraiei de c+G= provoac &nchiderea canalelor de Ca i !a (c+G= le

meninea de#chi#e). @o#fodie#teraza activat pierde un re#t fo#foric i devine

=D-+E+GD= care la rndul #u #e de#compune &n E+GD= i =D-. %ce#tea din

urm reintr &n ciclurile "iochimice re#pective (gura). %#tfel #e pot di#tinge

urmtoarele cicluri ciclul Jald (7+7F) ciclul traductinei ciclul =D- i ciclul c+

G= (c+G= e#te refcut #u" aciunea guanilat ciclazei). =rin ace#te cicluri #e

produce o amplicare con#idera"il a #emnalului. %#tfel o molecul de

rodop#in activeaz $* E# i o traductin tran#form 2*** 0 4*** c+G=. !a

rezultat nal #e pot tran#forma cca 1***** c+G=#. %cea#ta duce la

&nchiderea unui mare numr de canale de Ca i !a (mai ale# Ca)H ionii de Ca

(!a) #e acumuleaz &n e9teriorul S-B i determin hiperpolarizarea

mem"ranei proporional cu inten#itatea #timulului lumino# (gura0 ca#cada

reaciilor vizuale). ?iperpolarizarea #e tran#mite i S;B. De la ace#ta #emnalul

va tran#mi# celorlalte #traturi de celule ale retinei ("ipolare ganglionare) i

a'unge &n nal la "rele nervului optic. =rintr+o #erie de alte proce#e

"iochimice e#te limitat mecani#mul de amplicare i la &ntuneric 7F devine

din nou inactiv 7 (rodop#in Kinaza catalizeaz #cderea anitii 7F pentru E

prin fo#forilare). !elulele receptoare cu "a#tona #unt re#pon#a"ile de

vederea scotopic la luminozitate #czut fr vederea culorilor (al"+negru).
http://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/ciclu_b.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/trasduc.qthttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/cascada.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/ciclu_b.jpghttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/trasduc.qthttp://www.biofizica-umfcd.ro/lectures/curs_mg/vizual04/cascada.jpg


9/10

Celulele cu conuri0 permit perceperea culorilor (vedere fotopic0 diurn).

-le #unt activate &n condiii de luminozitate accentuat 0 au un prag cre#cut

de activare. %u forma de con iar &n loc de di#curi au o mem"ran faldurat.

=igmentul foto#en#i"il al conurilor e#te iodopsina. S+au identicat trei tipuri

de conuri cu #en#i"ilitate cromatic diferit i care conin trei tipuri de

pigmeni iodop#inici eritrolab(+$,* nm) clorolab (+$3$ nm) i cianolab(

+ 44$ nm). %ce#tea #unt valorile &n cazul retinei umane. -le difer de la o

#pecie la alta.

Di'cro"atop'iile

Sunt alterri congenitale ale #enzaiei cromatice.


10/10

!lectroretinograma re8ect potenialul &ntregii retine. 7#pun#ul C a)

celulele fotoreceptoare ") celule "ipolare i Pller c) epiteliu pigmentar i

celule fotoreceptoare. 7#pun#ul @@ d) depinde de den#itatea conurilor i

"a#tonaelor.

Elemente de Biofizica Analizorului Vizual

Documents

Transcript of Elemente de Biofizica Analizorului Vizual