Az emberi szem
Az emberi szemet három szövetréteg burkolja be:
Az ínhártya:
Ez az erős szövetréteg alkotja a szemgolyó fehér részét, kivéve elöl, ahol a fehér színt az átlátszó szaruhártya helyettesíti.
A szaruhártya
- átengedi a fényt a szem belsejébe és
- megtöri a fénysugarakat, hogy aztán a szemlencse össze tudja gyűjteni őket.
A szaruhártyát a könnyzacskóban termelődött váladék tartja nedvesen és pormentesen.
Az érhártya
Ez a középső réteg, ami erősen meg van festve melaninnal. Csökkenti a szórt fénysugarak visszatükröződését a szemen belül. Az érhártyából alakult ki a szemlencse előtti szivárványhártya. Ez is erősen pigmentált, vagyis ez felelős a szem „színéért”. A rajta lévő nyílás, a pupilla méretét a tudatalatti /vegetativ/ idegrendszer irányítja. Gyenge fényben vagy veszély esetén a pupillák kitágulnak, hogy több fény jusson a szembe. Éles fényben a pupilla összeszűkül. Ettől nem csak hogy kevesebb fény jut a szembe, de a kép is élesebb lesz, a bejövő fénykúp átmérőjének csökkenése következtében. (Ugyanezen az elven alapul a fényképezőgép blendéje).
A látóhártya
A látóhártya (retina) a szem legbelső rétege. Ez tartalmazza a fényérzékeny receptorokat, az ún. pálcikákat és csapokat (továbbra is a fényképezőgépes hasonlatnál maradva, ez a „film” a szemben). A retina rengeteg közvetítő, vagy kapcsoló idegsejtet is tartalmaz, amelyek nem csak továbbítják de fel is dolgozzák a pálcikákból és csapokból érkező információkat, mielőtt továbbküldenék az agyba. (Vigyázat: a csapok és pálcikák nem a látóhártya felületén, hanem annak belsejében helyezkednek el.)
A vakfolt
Az összes látóhártyán keletkezett idegi impulzust a látóideg idegsejtjeinek nyúlványai /axonok/ szállítják az agyba. A retina azon pontján, ahol ez az egymillió idegsejt összefut a látóidegben, nincsenek se csapok, se pálcikák. Így ez a pont, a vakfolt, nem érzékeli a fényt. A vakfolt létezését Ön is igazolhatja egy egyszerű kísérlettel. Takarja le jobb szemét a kezével, és a bal szemével a piros kört nézve hajoljon közelebb a képernyőhöz (a piros négyzet el fog tűnni). Ha a bal szemét takarja le, és a négyzetet nézi, a kör fog eltűnni.
A szemlencse
A szemlencse rögtön a szivárványhártya mögött van. A lencsefüggesztő rostok tartják, amik a szemlencsét körülvevő lencsemozgató izomból nyúlnak ki. Ha a lencsemozgató izom:
- elernyed, és megnő az átmérője, akkor a rostok megfeszülnek és laposra húzzák a lencsét
- megfeszül, akkor az átmérője csökken, a rostok ellazulnak és a lencse domborodik.
Ezek a mozgások teszik lehetővé, hogy a szem egyszer a közeli, másszor a távol lévő tárgyakra fókuszáljon.
Távollátás
Ha a szemgolyó túl rövid, vagy a szemlencse túl lapos vagy rugalmatlan, akkor a szembe érkező fénysugarak – különösen a közeli tárgyakról visszaverődők – még nincsenek fókuszban mikor a fény eléri a retinát. A domború lencséjű szemüveg megoldja ezt a problémát. A távollátást orvosi nyelven hypermetropiának nevezik.
Rövidlátás
Ha a szemgolyó túl hosszú, vagy a szemlencse nagyon görbe, akkor a távoli dolgokról visszaverődő fény még a látóhártya előtt fókuszálódik, majd mire elérné azt, újra szétszóródik. A közelebbi tárgyak élesebben látszanak. A homorú lencse úgy segít ezen a problémán, hogy széttartóvá teszi a fénysugarakat, mielőtt a szembe érnének. A rövidlátás orvosi neve a myopia.
Szürkehályog
Az egyik vagy mindkét lencse elhomályosul az öregedés során. Ha a szürkehályog már nagyon akadályozza a látást, akkor könnyedén eltávolítják, és egy műanyag lencsét tesznek a helyére. Az egész műtét néhány perc alatt, helyi érzéstelenítéssel elvégezhető, még csak be sem kell feküdni hozzá a kórházba.
A szivárványhártya és a szemlencse két kamrára osztja a szemet:
- az első kamra, amiben vízszerű folyadék van, a csarnokvíz
- a hátsó, amiben pedig egy kocsonyaszerű anyag, az üvegtest
A látóhártya
A látóhártyán négyféle fényérzékeny receptor van:
- a pálcikák
- háromféle csap, amelyikből mindegyik a látható fény egy-egy spektrumát nyeli el:
- az egyik a nagy hullámhosszú fénysugarakat (vörös)
- a másik a közepes hullámhosszúakat (zöld)
- a harmadik a rövid hullámhosszúakat (kék)
Ez az elektromikroszkóppal készült kép (köszönet érte Scott Mittmannak és David R. Copenhagennek) a tigrisszalamandra szemének csapjait és pálcikáit mutatja.
Minden receptornak megvan a maga speciális pigmentje, ami elnyeli a fényt. De mindegyikben van:
- egy opszin nevű fehérje, ami
- a retinal nevű fehérjecsoporthoz kapcsolódik. A retinal egy A-vitamin származék (ez magyarázza, hogy miért okoz az A-vitamin hiánya farkasvakságot), és mind a négy receptorfajtában megtalálható.
Az aminósavak sorrendje mind a négy fajta opszinban ugyanaz, a különbség abból adódik, hogy más és más tartományban nyelik el a fényt. A látóhártyában ráadásul a kapcsoló /interneuron/ idegsejteknek egy igen bonyolult hálózata található:
- bipoláris és dúcsejtek, amik együtt szállítják az információt a receptorokból az agyba
- az interneuronoknak egy bonyolult hálózata, ami a bipoláris és dúcsejtek közt alkot szinapszisokat, és szabályozza a működésüket.
A dúcsejtek mindig aktívak. Még a sötétben is ingerületeket bocsátanak ki, amik a látóidegen keresztül jutnak el az agyba. A látás ezeknek az ingerületeknek a váltakozásán alapul. A látást kiváltó ingerületeknek nincs konkrét kapcsolata a hallás, a szaglás vagy az ízlelés által kiváltott ingerületekkel. Tulajdonképp ezek az ingerületek nem is a pálcikákban vagy a csapokban keletkeznek.
A pálcikák működése
A rodopszin a pálcikákban található fényelnyelő pigment. A pálcika külső részében lévő gondosan elhelyezett lemezkék (kb. 2000 darab) membránjában helyezkedik el. (Ez az elrendezés hasonlít a thilakoid, egy másik fényelnyelő anyag elhelyezkedéséhez).
Az elekromikroszkópos kép (Keith Porter ajándéka) egy kengurupatkány pálcikasejtjeit mutatja. A pálcika külső része tartalmazza a szépen fölhalmozott membránlemezkéket, amiben a rodopszin található. A belső része rengeteg mitokondriumot tartalmaz. A pálcikasejt két részét kocsonya köti össze (a képen a piros nyíl mutatja), az egyszerű csillósejtekéhez hasonló elrendezésben.
Annak ellenére, hogy a lemezkék elsősorban a plazmamembránból keletkeznek, hamar leválnak róla. Így a lemezkékben keletkező jeleket egy kémiai közvetítőanyagnak (a „másodlagos üzenethordozónak”, egy bizonyos ciklikus GMP (cGMP) nevű anyagnak) kell a plazmamembránon keresztül a pálcikasejtbe juttatnia.
A rodopszin egy olyan opszinból van, ami 348 aminósavcsoporttal kapcsolódik a retinalhoz.
Az opszin hét alfa hélixet tartalmaz, amik a sejtmembrán lipidrétegén keresztül oda-vissza mozognak.
A retinal változó egyes és kettős kötések rendszeréből áll. Sötétben a 11. és a 12. szénatomhoz kapcsolódó hidrogének (a képen piros nyíl jelöli) ugyanabba az irányba állnak, ezzel elhajlást idézve elő a molekulában. Ezt az állását a molekulának cisznek nevezik. Ha a retinalt fény éri, a molekula kiegyenesedik, vagyis a transz izomer formáját veszi fel. Ez a fizikai változás a következő változások láncolatát idézi elő a látóidegben haladó ingerületekben:
1. A transz izomer kialakulása aktiválja az opszint
2. A rodopszin viszont aktiválja egy transducin nevű fehérjecsoport molekuláit (a transducin a G fehérje tartalmú receptoroknak, a GPCReknek az egyik fajtája)
3. A transducin egy olyan enzimet aktivál, ami leállítja a ciklikus GMP működését (a GMP az AMP guanin tartalmú rokona)
4. A GMP kiesése lezárja a Na+ és a K+ csatornákat a pálcikasejt plazmamembránján. Minthogy így a pozitív ionok nem tudnak belépni, de a Ca2+ továbbra is képes távozni, a sejt belsejében negatív ionkoncentráció (hiperpolarizáció) alakul ki, ami a membrán potenciálját a szokásos -40-ről -80 mV-ra emeli.
5. Ez lelassítja az idegi átvivő anyag (neurotransmitter) kibocsátását a pálcikasejt szinapszisán. Azonban minthogy ez az átvivő anyag valójában gátló, a lassítás hatása „kétszeresen negatív”, vagyis pozitív.
6. Az interneuronokat gátló hatás így megszűnik. Ettől pedig a dúcsejtek kezdik meg eddig gátolt természetes működésüket.
Mint láttuk tehát, a retina nem csak fényérzékeny sejtek halmaza, hanem egy aprócska agyi központ, ami bonyolult információfeldolgozást végez, mielőtt jeleket küldene a látóidegen keresztül az agyba. Tulajdonképp a látóhártya valóban az agy része – abból alakul ki az embrionális fejlődés során.
A pálcikasejtek gyors, de elnagyolt képalkotásra képesek
A pálcikasejtek többféle okból nem biztosítják az éleslátást:
- Az egymás melletti sejteket réskapcsolat köti össze, így membránpotenciáljuk is együttesen változik.
- Több, egymás melletti pálcika egyazon dúcsejthez kapcsolódik.
- De egy sejt több dúcsejtnek is küldhet információkat.
Tehát ha csak egy sejt aktiválódik, az agy nem tudja eldönteni, hogy a látóhártyának pontosan melyik részéről jött az üzenet.
Viszont a pálcikasejtek hihetetlenül fényérzékenyek. Akár egyetlen, a sejtek egy kis csoportja által elnyelt foton (a fény legkisebb egysége) elég, hogy az agy jelet kapjon. Tehát annak ellenére, hogy a pálcikák egy viszonylag szemcsés, színtelen képet adnak, lehetővé teszik, hogy akárcsak a milliomod részét is érzékeljük annak a fénynek, amit egy derült napon látunk.
A csapok működése
Bár a csapok csak erős fényben működnek, mégis ezek a sejtek biztosítják a szín- és az éleslátást. A 3 millió csap jellemzően az úgynevezett sárgafolt területén helyezkedik el. Vagyis igazán élesen és élénk színekben csak egy nagyon kicsi pontban látunk. Minthogy bármire könnyedén rá tudjuk irányítani a tekintetünket, nem igazán vagyunk tudatában annak, hogy milyen szegényes is a perifériális látásunk.
Háromféle csapsejt van, ezek biztosítják az alapvető színlátást.
- a piros fényt elnyelő csapok: ezek leginkább a közepes hullámhosszon (azon belül is leginkább 565 nm-nél) nyelik el a fényt
- a zöld fényt elnyelő csapok, a középérték itt 535 nm
- a kék fényt elnyelő csapok, ezek 440 nm-nél működnek a legjobban.
A retina minden pigmentsejthez más fehérjecsoporttal kapcsolódik. A fényelnyelő tulajdonság különbségei opszinjaik különböző aminósavtartalmával magyarázható.
A csapok nem csak egy bizonyos fajta hullámhosszra reagálnak. Egy adott hullámhossz (szín), például az 500 nm (zöld), mind a háromféle csapsejtet aktiválja, de legerősebben a zöld fényt elnyelőket. Mint a pálcikasejteknél, a fényelnyelés itt sem az akciós potenciált változtatja meg, hanem a csapok membránpotenciálját szabályozza.
Színvakság
A „színvakság” fogalma valójában pontatlan elnevezés.
Nagyon kevés olyan ember van (1 a százezerből), aki egyáltalán nem tudja megkülönböztetni a színeket. A „színvakok” többségénél tulajdonképp rendellenes színlátás figyelhető meg, vagyis például keveri a zöldet és a pirosat. Bizonyos népcsoportoknál a férfiaknak viszonylag magas százaléka (8%) örökletes betegségben szenved, ami miatt nem képes különbséget tenni piros és zöld között. Ezek a rendellenességek azért főleg férfiaknál fordulnak elő, mivel zöld és piros színt látó sejtek az X kromoszómán vannak kódolva, ebből a férfiaknak csak egy van.
Az X kromoszómán általában 2-9 opszint kódoló gén van. A normális piros-zöld színlátáshoz szükség van egy olyan génre, ami rendesen képes elnyelni a zöld fény hullámhosszán (a képen az egyessel jelölt kromoszóma), és egyre, ami a piros fényén tud. Ha több van belőlük, az is megfelelő. Azok a férfiak, akiknél ezen két gén valamelyike hiányzik, súlyos színvakságban szenvednek (4-es és 5-ös az ábrán). Ha az összes piros sejt mutálódik (úgy tűnik, bár senki sem tudja miért, hogy ez a zöld géneknél ritkán fordul elő), akkor enyhe vagy komoly rendellenesség állhat elő, ez a mutálódás mértékétől függ (6).
Úgy tűnik, hogy a mutáció annál súlyosabb, minél inkább a zöld látás felé tolódnak el a pigmentek. Azonban hozzá kell tennünk, hogy a mutációk nagy része nem okoz semmiféle elváltozást. Az egy génben történő mutációk ellensúlyozhatják egymást úgy, hogy végül csak enyhe elváltozást idéznek elő. Addig, amíg csak egy egészséges gén is van, a mutálódott gének nem igazán okoznak problémát.
Miért van az, hogy egyes férfiaknak 9 ilyen génjük is van, ha valójában kettő is elég?
A pirosat és a zöldet kódoló génekben a nukleotidák sorrendje 98%-ban megegyezik. Így a sejtosztódás során könnyen hiba történhet (nem megfelelő DNS láncok kapcsolódnak össze).
Kéklátás
A kék látás rendellenes működése előfordul ugyan az embereknél, de sokkal ritkább, mint a piros-zöldé. A kék látás génje a 7. kromoszómán helyezkedik el. Vagyis öröklődése nem nemhez kötött, így a nőknél ugyanúgy kialakulhat rendellenesség, mint a férfiaknál.
Vissza a(z) Tudástár oldalra
