Lidské oko

Lidské oko je velmi důmyslná optická soustava, představující přibližně kouli (bulbus oculi) o svislém průměru 23,6 mm, vodorovném průměru 24 mm, předozadním průměru 24,27 mm. Oko je od vnějších vlivů chráněno víčky (palpebrae), jejichž základem je kruhový mimický sval tváře.

Zornice a duhovka.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

V oku světlo prochází nejprve průhlednou rohovkou, která má značnou optickou mohutnost (asi 40 D). Za rohovkou se nachází přední oční komora naplněná komorovou vodou. Duhovka (choroidea) je pigmentová vrstva, vyživující cévy na vnitřní straně bulbu – tvoří 2/3 vnitřní zadní stěny koule. Zabraňuje rozptylu světelných paprsků uvnitř oka. Cévnatka vpředu pokračuje jako tzv. řasnaté těleso, jehož podkladem je drobný hladký sval. Od jeho okrajů vybíhají tenká vlákna připojující pouzdro čočky. Smrštěním svalu povolí tah vláken a čočka se vlastní pružností vyklene. Při uvolnění svalu se čočka zploští. Tím se mění její optická mohutnost a ohnisková vzdálenost. Zmenšení průměru očního otvoru chrání oko před poškozením při nadměrném osvětlení. Její radiální a kruhová svalová vlákna dokážou měnit průměr otvoru – zornice (zřítelnice, pupilla) v intervalu od 2 mm do 6 mm. Nejčastější průměr zornice bývá 4 mm.

Za rohovkou je pružná oční čočka (lens crystalina), kterou se obraz zaostřuje. Oční čočka je spojka, která se skládá z vláken rozložených v šesti směrech. Proto např. hvězdy vidíme jako cípaté, i když jsou ve skutečnosti bodovými zdroji světla. O tom se můžeme přesvědčit podle návodu ci při pozorování hvězd malým otvorem až u samého oka.

Čočka umožňuje ostré vidění blízkých i vzdálených předmětů. Její schopnost přizpůsobovat ohniskovou vzdálenost se nazývá akomodace. Akomodaci poprvé popsal teprve dvacetiletý Thomas Young. Akomodaci můžeme pozorovat pomocí Purkyňových obrázků: ve tmě přiblížíme svíčku na několik desítek centimetrů před oko, které se zaostří na vzdálený předmět. Vidíme celkem tři odrazy plaménku svíčky: první nejjasnější odražený od přední plochy rohovky, druhý slabší od přední plochy čočky a nejslabší od zadní plochy čočky. Při zaostření na hodně blízký předmět se vzájemná poloha obrázků změní, protože se čočka daleko víc zakřiví.

Schéma oka.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Čočka je nehomogenní těleso tvaru dvojvypuklé čočky z tuhé, rosolovité, dokonale průhledné hmoty. Je asi 4 mm silná, její povrchové části mají index lomu 1,38 a vnitřní části 1,41. Během života přibývají na čočce vrstvy, které s přibývajícím stářím tvrdnou a snižují akomodaci oka. Optická mohutnost samotné čočky je 18 D. Po šedém zákalu se vyjmutá čočka může nahradit spojkou o optické mohutnosti minimálně 15 D. Rozsah vzdáleností, na které může oko akomodovat, je určen dvěma body. Největší vzdálenost představuje vzdálený bod oka (punctum remotum) a nejmenší vzdálenost, při níž ještě oko zobrazí předmět ostře, je blízký bod oka (punctum proximum). U normálního oka je vzdálený bod v nekonečně velké vzdálenosti, blízký bod oka může být i 15 cm a mění se s věkem (u dětí asi 10 cm). Vidění na tak malou vzdálenost je spojeno se značnou námahou a oko se brzy unaví. Jako nejvhodnější vzdálenost pro čtení a prohlížení drobných předmětů je konvenční zraková vzdálenost 25 cm. Oko, jehož blízký bod má větší vzdálenost než 25 cm, se nazývá starozraké (presbyoptické). Závislost blízkého bodu oka na věku udává následující tabulka.

Vyzkoušejte si následující test: Ostře ořezanou tužkou nakreslete na papír dva body těsně vedle sebe, ale tak abyste je zblízka ještě odlišili. Potom sledujte body ze stále větší vzdálenosti a pozorujte, jak je vnímáte. V určité vzdálenosti oba body splynou. Rozlišovací schopností oka rozumíme minimální úhlovou vzdálenost, při které je oko ještě schopno od sebe rozlišit dva body.

Schéma sítnice a rozlišení dvou bodů.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Na obrázku vidíme 2 body na sítnici. Na sítnici se bod zobrazí vždy jako rozptylový kroužek. Dva body od sebe rozlišíme pouze tehdy, pokud jejich obrazy dopadnou na sítnici a je mezi nimi alespoň jeden čípek. Protože průměr jednoho čípku je zhruba 0,005 mm a ohnisková vzdálenost oka přibližně 17 mm, pak úhlová rozlišovací schopnost oka je 1´, tzn. že abychom rozlišili dva body, tak jejich úhlová vzdálenost musí být minimálně 1´.

Za oční čočkou je sklivec (corpus vitreum), o kterém občas víme, když nám v zorném poli plují všelijaké tečkovité mušky. Jsou to odumřelé buňky a cévky, založené ještě před narozením a plovoucí ve sklivci. Tvar oční koule je udržován tuhou bělimou (sclera) a nitroočním tlakem 2 až 3 kPa. S věkem tento tlak mírně stoupá. Stálost nitroočního tlaku udržuje vyrovnaná produkce komorové vody. Pohyb oční koule zabezpečují 3 páry okohybných svalů. Bělima je tuhá, vazivová blána tloušťky 0,3 až 1 mm, tvořící 4/5 povrchu oční koule. V přední části přechází v průhlednou rohovku.

Oko vytváří obraz předmětů na citlivé sítnici. Sítnici můžeme spatřit jednoduchým oftalmoskopem, který v roce 1823 objevil Jan Evangelista Purkyně. Potřebovat budeme silně vydutou rozptylku. Při správné poloze čočky, která slouží jako duté zrcadlo a odráží paprsky světla za hlavou, se nám podaří spatřit oranžový kotouček sítnice.

Obraz se na sítnici vytváří zmenšený, převrácený a skutečný. Sítnici tvoří přibližně 130 milionů buněk. Jsou uspořádány do 3 vrstev. Buňky citlivé na světlo jsou uloženy až v nejhlubší vrstvě – jsou to tyčinky a čípky. Thomas Young a Hermann Helmholtz zjistili, že lidské oko skládá barevný obraz ze tří dílčích podnětů. Roku 1967 dostali Ragnar Granit, Haldan Keffer Hartline a Georgie Wald Nobelovu cenu za elektrofyziologické a biochemické výzkumy, při nichž dokázali existenci tří druhů fotoreceptorů citlivých na tři základní barvy. Jejich vysvětlení odpovídá Young–Helmholtzově teorii. Toto složení je umožněno tím, že lidské oko obsahuje tři druhy barevných receptorů, které jsou citlivé zhruba v oblastech 400 nm – 500 nm, 500 nm – 600 nm a 600 nm – 700 nm. Tyto receptory se nazývají čípky a obsahují iodopsin – fotoaktivní pigment reagující na různé vlnové délky. V šeru vidíme černobíle pomocí tyčinek, které jsou značně citlivější než čípky. Čípků je v oku 6,5 miliónu, tyčinek 125 miliónů. V sítnici jsou rozloženy nerovnoměrně. Nejvíce čípků je v oblasti tzv. žluté skvrny a to především v ústřední jamce. V těchto místech se nevyskytují žádné tyčinky. Čípků směrem k okraji sítnice ubývá, tyčinek přibývá. Čípky mohou být v plné činnosti při jasech větších než 10 cd m^–2, tj. při fotopickém vidění (čípkovém). Při jasech menších než 10^–3 cd m^–2 zůstávají v činnosti jen tyčinky – vidění skotopické (tyčinkové). Při skotopickém vidění jsme barvoslepí. Přechodným stavem je vidění mesopické, při kterém se v závislosti na intenzitě osvětlení uplatní tyčinky i čípky; je však namáhavé. Při setmění (šeru) dojde k rozšíření zornice, aby se do oka dostalo co nejvíc světla. Citlivost oka na světlo se zvyšuje. Podle vědeckých pokusů stačí ke vzniku světelného vjemu absorpce jen asi 5-14 fotonů.

Zajímavost z biologie:
Nejostřejší zrak mají orli, jestřábi a káňata díky hustšímu pokrytí sítnice čípky. Vidí až čtyřikrát lépe než člověk.
Někteří živočichové (šelmy, zvířata s noční aktivitou, žralok, ale i kráva nebo kůň) mají za sítnicí vrstvu buněk (nebo vláken) schopných odrážet světlo. Světelné paprsky jsou touto vrstvou odraženy zpět na sítnici, kterou procházejí ještě jednou. Zvířatům tak umožňuje maximálně využít i malé množství světla. Odražené světlo je příčinou „svítících očí“ těchto zvířat. Zvířata aktivní v noci pravděpodobně barvy nerozlišují vůbec a vidí jen černobíle. Je tomu tak proto, že za noční vidění jsou v oku zodpovědné tyčinky, které barvy nerozlišují.
Pro noční vidění jsou perfektně vybaveny sovy. V jejich případě se duhovka zúží a panenka roztáhne, takže do oka proudí maximální množství světla. Oči jsou stejně velké jako ty lidské, ale umístěné v lebce o velikosti golfového míčku. Soví oko nemá tvar koule, ale spíš dozadu se rozšiřující sklenice. To proto, aby bylo co nejvíce místa pro sítnici. Sova má oči asi stokrát citlivější na světlo než člověk, protože její sítnice obsahuje mnohem více tyčinek než čípků. Nevýhodou tak velkých očí je, že jimi sova nemůže pohybovat, a aby viděla do stran, otáčí celou hlavou.

Sova pálená.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Steven Ward. Under Creative Commons.Většina ptáků a obojživelníků vidí všechny barvy spektra, zatímco barevné vidění většiny savců je omezené. Sítnice mnohých savců má jenom dva druhy čípků a zvířata, která jsou aktivní v noci, pravděpodobně barvy skoro nerozlišují. Například ježek vnímá především žluté světlo a ostatní barvy jsou pro něj téměř nerozeznatelné. Sítnice v oku netopýrů neobsahuje vůbec žádné čípky pro barevné vidění.

Funkci čípků vyzkoušíme následovně. Sledujme chvíli dobře osvětlenou bílou plochu přes barevnou fólii. Když potom fólii odděláme, vidíme stěnu chvíli v barvě doplňkové k barvě fólie (např. k zelené načervenalou, k modré žlutou apod.). Ještě lépe je jev pozorovatelný, díváme–li se nejdříve například na obarvenou žárovku a potom na stěnu, kde uvidíme její obraz v doplňkové barvě. Pozorujeme–li chvíli předmět jedné barvy, čípky se unaví a nejsou tolik citlivé na tuto barvu. Proto pak při pozorování bílé stěny tuto barvu chvíli nevnímají a v daném místě vidíme obraz v doplňkových barvách.

Zorné pole jednoho oka. Červeně je znázorněna slepá skvrna. Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

V místě, kde z oka vystupuje oční nerv je tzv. slepá skvrna (na obrázku vyznačena červeně). V tomto místě nejsou žádné tyčinky ani čípky, nevytváří se tu obraz. I když je slepá skvrna veliká jen několik mm², přesto způsobuje, že ze vzdálenosti jednoho metru nevidíme plochu o velikosti dlaně a na obloze místo odpovídající sto dvaceti úplňkům. O existenci slepé skvrny se přesvědčíme následujícím Mariottovým testem z roku 1668: Na papír nakreslete tužkou dva malé tmavé kroužky vzdálené 10 cm od sebe. Zakryjte si levé oko dlaní a pravým okem sledujte pouze levý kroužek. Papír přitom posunujte do různé vzdálenosti od oka. Ve vzdálenosti kolem 30 cm náhle pravý kroužek zmizí. Při pozorování jednoho ze dvou bodů z určité vzdálenosti dopadne světlo z druhého bodu na slepou skvrnu. Mariottův pokus byl trošku vtipnější. Postavil proti sobě dva velmože a požádal je, aby se dívali jedním okem na přesně určený bod – a v tu chvíli se jim zdálo, že jejich protějšek přišel o hlavu. Zorné pole obou očí se částečně překrývá, a proto slepá skvrna nijak neovlivňuje vidění v určitých směrech. Její existence se dá dokázat jen pro samostatné oko.

Ze sítnice je informace o obrazu přenášena slabými elektrickými proudy do mozku. Na zpracování zrakových informací se podílí asi 60 % celé mozkové kůry. Zrakové vnímání je prvořadě zaměřeno na rozlišování kontrastu, tedy rozdílu jasu nebo barevného odstínu nazíraných ploch.