Como a visão funciona

Embora pequeno em tamanho, o olho é um órgão muito complexo. flashfilm / Getty Images

Não é por acaso que a principal função do Sol no centro de nosso sistema solar é fornecer luz. A luz é o que move a vida. É difícil imaginar nosso mundo e vida sem ele.

A percepção da luz pelas coisas vivas é quase universal. As plantas usam luz por meio da fotossíntese para crescer. Os animais usam luz para caçar suas presas ou para sentir e escapar de predadores.

-Alguns dizem que é o desenvolvimento da visão estereoscópica, junto com o desenvolvimento do grande cérebro humano e a liberação das mãos da locomoção, que permitiram que os humanos evoluíssem a um nível tão alto. Neste artigo, discutiremos o incrível funcionamento interno do olho humano!

Conteúdo

1. Anatomia Básica
2. Percebendo a luz
3. Visão colorida
4. Daltonismo
5. Deficiência de vitamina A
6. Refração
7. Visão normal
8. Erros de Refração
9. Astigmatismo
10. Percepção de profundidade
11. Cegueira

Embora de tamanho pequeno, o olho é um órgão muito complexo. O olho tem aproximadamente 1 polegada (2,54 cm) de largura, 1 polegada de profundidade e 0,9 polegadas (2,3 cm) de altura.

A camada mais externa e resistente do olho é chamada de esclera. Ele mantém a forma do olho. A sexta parte frontal desta camada é clara e é chamada de córnea. Toda a luz deve primeiro passar pela córnea ao entrar no olho. Ligados à esclera estão os músculos que movem o olho, chamados de músculos extraoculares.

o coróide (ou trato uveal) é a segunda camada do olho. Ele contém os vasos sanguíneos que fornecem sangue às estruturas do olho. A parte frontal da coróide contém duas estruturas:

• o corpo ciliar - O corpo ciliar é uma área muscular que está ligada ao cristalino. Ele se contrai e relaxa para controlar o tamanho da lente para focar.
• o íris - A íris é a parte colorida do olho. A cor da íris é determinada pela cor do tecido conjuntivo e das células pigmentares. Menos pigmento torna os olhos azuis; mais pigmento torna os olhos castanhos. A íris é um diafragma ajustável em torno de uma abertura chamada aluno.

A íris tem dois músculos: dilatador o músculo torna a íris menor e, portanto, a pupila maior, permitindo que mais luz entre no olho; a esfíncter O músculo torna a íris maior e a pupila menor, permitindo que menos luz entre no olho. O tamanho da pupila pode mudar de 2 a 8 milímetros. Isso significa que, ao alterar o tamanho da pupila, o olho pode alterar a quantidade de luz que entra nele em 30 vezes.

A camada mais interna é a retina -- a porção sensível à luz do olho. Contém células de bastonete, que são responsáveis ​​pela visão com pouca luz, e células cônicas, que são responsáveis ​​pela visão de cores e detalhes. Na parte de trás do olho, no centro da retina, está o mácula. No centro da mácula está uma área chamada de Fovea centralis. Esta área contém apenas cones e é responsável por ver os detalhes finos com clareza.

A retina contém uma substância química chamada rodopsina, ou "roxo visual". Este é o produto químico que converte luz em impulsos elétricos que o cérebro interpreta como visão. As fibras nervosas da retina se agrupam na parte de trás do olho e formam o nervo óptico, que conduz os impulsos elétricos para o cérebro. O local onde o nervo óptico e os vasos sanguíneos saem da retina é chamado de disco ótico. Esta área é um ponto cego na retina porque não há bastonetes ou cones naquele local. No entanto, você não está ciente desse ponto cego porque cada olho cobre o ponto cego do outro olho.

Quando um médico olha a parte de trás do seu olho através de um oftalmoscópio, esta é a visão:

Dentro do globo ocular, existem duas seções cheias de fluido separadas pela lente. A seção posterior maior contém um material transparente semelhante a um gel chamado humor VITREO. A seção frontal menor contém um material claro e aquoso chamado humor aquoso. O humor aquoso é dividido em duas seções chamadas de câmara anterior (na frente da íris) e câmara posterior (atrás da íris). O humor aquoso é produzido no corpo ciliar e é drenado através do canal de Schlemm. Quando essa drenagem é bloqueada, uma doença chamada glaucoma pode resultar.

o lente é uma estrutura biconvexa clara com cerca de 10 mm (0,4 polegadas) de diâmetro. A lente muda de forma porque está presa aos músculos do corpo ciliar. A lente é usada para ajustar a visão.

Cobrindo a superfície interna das pálpebras e esclera é uma membrana mucosa chamada de conjuntiva, o que ajuda a manter os olhos úmidos. Uma infecção nesta área é chamada conjuntivite (também chamado de olho rosa).

O olho é o único que é capaz de se mover em várias direções para maximizar o campo de visão, mas é protegido de lesões por uma cavidade óssea chamada cavidade orbital. O olho está incrustado em gordura, o que proporciona algum amortecimento. As pálpebras protegem os olhos piscando. Isso também mantém a superfície do olho úmida, espalhando lágrimas sobre os olhos. Cílios e sobrancelhas protegem o olho de partículas que podem feri-lo.

Lágrimas são produzidas no glândulas lacrimais, que estão localizados acima do segmento externo de cada olho. As lágrimas eventualmente drenam para o canto interno do olho, para o saco lacrimal, depois através do ducto nasal e para o nariz. É por isso que seu nariz escorre quando você chora.

Existem seis músculos ligados à esclera que controlam os movimentos do olho. Eles são mostrados aqui:

Músculos primários e funções:

• Reto medial: move o olho em direção ao nariz
• Reto lateral: afasta o olho do nariz
• Reto superior: levanta o olho
• Reto inferior: baixa o olho
• O oblíquo superior gira o olho
• O oblíquo inferior gira o olho

Na próxima seção, você aprenderá como o olho percebe a luz.

Quando a luz entra no olho, ela passa primeiro pela córnea, depois pelo humor aquoso, cristalino e humor vítreo. Em última análise, atinge o retina, que é a estrutura de detecção de luz do olho. A retina contém dois tipos de células, chamados bastonetes e cones. Varas lidar com a visão com pouca luz, e cones lidar com a visão de cores e detalhes. Quando a luz entra em contato com esses dois tipos de células, ocorre uma série de reações químicas complexas. A substância química formada (rodopsina ativada) cria impulsos elétricos no nervo óptico. Geralmente, o segmento externo dos bastonetes é longo e fino, enquanto o segmento externo dos cones é mais, bem, em forma de cone. Abaixo está um exemplo de uma haste e um cone:

O segmento externo de uma haste ou cone contém os produtos químicos fotossensíveis. Em bastonetes, este produto químico é chamado rodopsina; nos cones, esses produtos químicos são chamados pigmentos de cor. A retina contém 100 milhões de bastonetes e 7 milhões de cones. A retina é revestida com um pigmento preto chamado melanina -- assim como o interior de uma câmera é preto - para diminuir a quantidade de reflexo. A retina tem uma área central, chamada de mácula, que contém uma alta concentração de apenas cones. Esta área é responsável por uma visão nítida e detalhada.

Quando a luz entra no olho, ela entra em contato com a química fotossensível rodopsina (também chamada de roxo visual) A rodopsina é uma mistura de uma proteína chamada escotopsina e 11-cis-retinal -- o último é derivado da vitamina A (razão pela qual a falta de vitamina A causa problemas de visão). A rodopsina se decompõe quando exposta à luz porque a luz causa uma mudança física na porção 11-cis-retinal da rodopsina, mudando-a para trans retinal. Essa primeira reação leva apenas alguns trilionésimos de segundo. O 11-cis-retinal é uma molécula angulada, enquanto o all-trans retinal é uma molécula reta. Isso torna o produto químico instável. A rodopsina se decompõe em vários compostos intermediários, mas eventualmente (em menos de um segundo) formas metarodopsina II (rodopsina ativada). Este produto químico causa impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro e interpretados como luz. Aqui está um diagrama da reação química que acabamos de discutir:

Rodopsina ativada causa impulsos elétricos da seguinte maneira:

1. A membrana celular (camada externa) de uma célula bastonete tem uma carga elétrica. Quando a luz ativa a rodopsina, ela causa uma redução no GMP cíclico, o que faz com que essa carga elétrica aumente. Isso produz uma corrente elétrica ao longo da célula. Quando mais luz é detectada, mais rodopsina é ativada e mais corrente elétrica é produzida.
2. Este impulso elétrico eventualmente atinge uma célula ganglionar e, em seguida, o nervo óptico.
3. Os nervos alcançam o abismo óptico, onde as fibras nervosas da metade interna de cada retina cruzam para o outro lado do cérebro, mas as fibras nervosas da metade externa da retina permanecem no mesmo lado do cérebro.
4. Essas fibras eventualmente alcançam a parte posterior do cérebro (lobo occipital). É aqui que a visão é interpretada e é chamada de córtex visual primário. Algumas das fibras visuais vão para outras partes do cérebro para ajudar a controlar os movimentos dos olhos, a resposta das pupilas e da íris e o comportamento.

Eventualmente, a rodopsina precisa ser reformada para que o processo possa ocorrer novamente. O todo-trans retinal é convertido em 11-cis-retinal, que então se recombina com a escotopsina para formar rodopsina para iniciar o processo novamente quando exposto à luz.

Os produtos químicos responsivos à cor nos cones são chamados pigmentos de cone e são muito semelhantes aos produtos químicos nas hastes. A porção retinal do produto químico é a mesma, porém a escotopsina é substituída por fotopsinas. Portanto, os pigmentos responsivos à cor são feitos de retinal e fotopsinas. Existem três tipos de pigmentos sensíveis à cor:

• Pigmento sensível ao vermelho
• Pigmento sensível ao verde
• Pigmento sensível ao azul

Cada célula cônica possui um desses pigmentos, de modo que é sensível a essa cor. O olho humano pode sentir quase qualquer gradação de cor quando vermelho, verde e azul são misturados.

No diagrama acima, são mostrados os comprimentos de onda dos três tipos de cones (vermelho, verde e azul). o absorção de pico do pigmento sensível ao azul é de 445 nanômetros, para o pigmento sensível ao verde é 535 nanômetros e para o pigmento sensível ao vermelho é 570 nanômetros.

O daltonismo é a incapacidade de diferenciar cores diferentes. O tipo mais comum é o daltonismo vermelho-verde. Isso ocorre em 8% dos homens e 0,4% das mulheres. Ocorre quando os cones vermelhos ou verdes não estão presentes ou não funcionam corretamente. Pessoas com este problema não são completamente incapazes de ver o vermelho ou o verde, mas muitas vezes confundem as duas cores.

Isto é um desordem hereditária e afeta os homens mais comumente, uma vez que a capacidade de visão colorida está localizada no Cromossomo X. (As mulheres têm dois cromossomos X, então a probabilidade de herdar pelo menos um X com visão de cores normal é alta; os homens têm apenas um cromossomo X para trabalhar. Clique aqui para obter mais informações sobre cromossomos.). A incapacidade de ver qualquer cor, ou ver apenas em diferentes tons de cinza, é muito rara.

Para mais informações sobre daltonismo, clique aqui.

Quando a deficiência grave de vitamina A está presente, então cegueira noturna ocorre.

A vitamina A é necessária para formar retinal, que faz parte da molécula de rodopsina. Quando os níveis de moléculas sensíveis à luz estão baixos devido à deficiência de vitamina A, pode não haver luz suficiente à noite para permitir a visão. Durante o dia, há estimulação de luz suficiente para produzir visão, apesar dos baixos níveis de retina.

Quando os raios de luz atingem uma superfície angulada de um material diferente, isso faz com que os raios de luz se curvem. Isso é chamado refração. Quando a luz atinge uma lente convexa, os raios de luz se curvam em direção ao centro:

Quando os raios de luz atingem uma lente côncava, os raios de luz se desviam do centro:

O olho tem várias superfícies anguladas que fazem com que a luz se curve. Esses são:

• A interface entre o ar e a frente da córnea
• A interface entre a parte posterior da córnea e o humor aquoso
• A interface entre o humor aquoso e a frente da lente
• A interface entre a parte de trás da lente e o humor vítreo

Quando tudo está funcionando corretamente, a luz passa por essas quatro interfaces e chega à retina em foco perfeito.

Visão ou acuidade visual é testado lendo um gráfico de olho de Snellen a uma distância de 6 metros. Observando muitas pessoas, os oftalmologistas decidiram o que um ser humano "normal" deve ser capaz de ver quando está a 6 metros de um gráfico ocular. Se você tem visão 20/20, significa que quando você está a 6 metros do gráfico, pode ver o que um ser humano "normal" pode ver. (No sistema métrico, o padrão é 6 metros e é chamado de visão 6/6). Em outras palavras, se você tem visão 20/20, sua visão é "normal" - a maioria das pessoas na população pode ver o que você pode ver a 6 metros.

Se você tem visão 20/40, significa que quando você está a 20 pés de distância do gráfico, você só pode ver o que um humano normal pode ver quando está a 12 metros do gráfico. Ou seja, se houver uma pessoa "normal" parada a 12 metros do gráfico e você a apenas 6 metros do gráfico, você e a pessoa normal podem ver o mesmo detalhe. 20/100 significa que quando você está a 6 metros do gráfico, você só pode ver o que uma pessoa normal a 30 metros de distância pode ver. 20/200 é o limite para cegueira legal nos Estados Unidos.

Você também pode ter uma visão melhor do que o normal. Uma pessoa com visão 20/10 pode ver a 20 pés o que uma pessoa normal pode ver quando está a 10 pés de distância do gráfico.

Gaviões, corujas e outras aves de rapina têm uma visão muito mais apurada do que os humanos. Um falcão tem um olho muito menor do que um ser humano, mas tem muitos sensores (cones) compactados naquele espaço. Isso dá uma visão de falcão oito vezes mais aguda do que a de um humano. Um falcão pode ter visão 20/2!

Normalmente, seu olho pode focar uma imagem exatamente na retina:

A miopia e a hipermetropia ocorrem quando a focagem não é perfeita.

Quando miopia (miopia) está presente, uma pessoa consegue ver bem os objetos próximos e tem dificuldade em ver objetos que estão distantes. Os raios de luz são focalizados na frente da retina. Isso é causado por um globo ocular muito longo ou um sistema de lentes com muito poder de foco. A miopia é corrigida com um lente côncava. Esta lente faz com que a luz divirja ligeiramente antes de atingir o olho, como pode ser visto aqui:

Quando hipermetropia (hipermetropia) está presente, uma pessoa consegue ver bem os objetos distantes e tem dificuldade em ver os objetos que estão próximos. Os raios de luz focalizam atrás da retina. Isso é causado por um globo ocular muito curto ou por um sistema de lentes com muito pouco poder de foco. Isso é corrigido com um lente convexa, como visto aqui:

Veja Como funcionam os problemas de visão refrativa e como funcionam as lentes corretivas para obter detalhes.

Astigmatismo é uma curvatura irregular da córnea e causa uma distorção na visão. Para corrigir isso, uma lente é moldada para corrigir o desnível.

Por que a visão piora com a idade?

À medida que envelhecemos, a lente torna-se menos elástico. Ele perde sua capacidade de mudar de forma. Isso é chamado presbiopia e é mais perceptível quando tentamos ver coisas que estão de perto, porque o corpo ciliar deve se contrair para tornar o cristalino mais espesso. A perda de elasticidade impede que a lente fique mais espessa. Como resultado, perdemos a capacidade de focar em objetos próximos.

No início, as pessoas começam a segurar as coisas mais longe, a fim de vê-las em foco. Isso geralmente se torna perceptível quando chegamos aos 40 anos. Eventualmente, a lente é incapaz de se mover e torna-se mais ou menos permanentemente focada a uma distância fixa (que é diferente para cada pessoa).

Para corrigir isso, bifocais é requerido. Bifocais são uma combinação de uma lente inferior para visão de perto (leitura) e uma lente superior para visão à distância.

O olho usa três métodos para determinar a distância:

• O tamanho que um objeto conhecido tem na sua retina - Se você tem conhecimento do tamanho de um objeto por experiência anterior, seu cérebro pode medir a distância com base no tamanho do objeto na retina.
• Paralaxe em movimento - Quando você move a cabeça de um lado para o outro, os objetos que estão próximos a você se movem rapidamente pela retina. No entanto, objetos distantes se movem muito pouco. Desta forma, seu cérebro pode dizer aproximadamente a que distância algo está de você.
• Visão estéreo - Cada olho recebe uma imagem diferente de um objeto em sua retina porque cada olho está a cerca de 5 centímetros de distância. Isso é especialmente verdadeiro quando um objeto está perto de seus olhos. Isso é menos útil quando os objetos estão distantes porque as imagens na retina se tornam mais idênticas quanto mais distantes estão de seus olhos.

A cegueira legal geralmente é definida como acuidade visual menos de 20/200 com lentes corretivas. Agora que você aprendeu um pouco da anatomia do olho e como ele funciona, fica mais fácil entender como as seguintes condições podem levar à cegueira:

• Catarata - é uma turvação no cristalino que bloqueia a luz de atingir a retina. Isso se torna mais comum à medida que envelhecemos, mas os bebês podem nascer com catarata. À medida que piora, pode exigir cirurgia para remover a lente e colocar uma lente intraocular.
• Glaucoma - se o humor aquoso não for drenado corretamente, a pressão aumenta no olho. Isso faz com que as células e fibras nervosas na parte de trás do olho morram. Isso pode ser tratado com medicamentos e cirurgia.
• Retinopatia diabética - Pessoas com diabetes podem ter obstrução dos vasos sanguíneos, vazamento dos vasos sanguíneos e cicatrizes que podem levar à cegueira. Isso pode ser tratado com cirurgia a laser.
• Degeneração macular - Em algumas pessoas, a mácula (que é responsável por pequenos detalhes no centro da visão) pode se deteriorar com a idade por razões desconhecidas. Isso causa perda de visão central. Isso às vezes pode ser ajudado com cirurgia a laser.
• Trauma - Traumas diretos ou lesões químicas podem causar danos suficientes aos olhos para impedir uma visão adequada.
• Retinite pigmentosa - Esta é uma doença hereditária que causa degeneração da retina e excesso de pigmento. Primeiro, causa cegueira noturna e, em seguida, visão em túnel, que freqüentemente progride gradualmente para cegueira total. Não há tratamento conhecido.
• Tracoma - Esta é uma infecção causada por um organismo denominado Chlamydia trachomatis. É uma causa comum de cegueira em todo o mundo, mas é rara nos Estados Unidos. Pode ser tratada com antibióticos.

Existem muitas outras causas para a cegueira, como deficiência de vitamina A, tumores, derrames, doenças neurológicas, outras infecções, doenças hereditárias e toxinas. Para mais informações, confira os links na próxima página.

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Mais ótimos links!

• Recursos para os olhos na Internet
• National Institutes of Health: National Eye Institute
• Galeria de Ilusões
• UC Davis: Simulador Neurológico de Olhos

Sobre o autor

Carl Bianco, M.D., é um médico emergencial atuando no Dorchester General Hospital em Cambridge, Maryland. O Dr. Bianco freqüentou a escola de medicina na Georgetown University School of Medicine e recebeu seu diploma de graduação na Georgetown University com especialização em enfermagem e pré-medicina. Ele completou um estágio e residência em medicina de emergência no Akron City Hospital em Akron, Ohio.

Dr. Bianco mora perto de Baltimore com sua esposa e dois filhos.