Rúd és kúp a szemben

meghatározás

Az emberi szemnek kétféle fotoreceptora van, amelyek lehetővé teszik számunkra a látást. Egyrészt vannak a rúd-receptorok, másrészt a kúp-receptorok, amelyek ismét fel vannak osztva: kék, zöld és piros receptorok. Ezek a fotoreceptorok a retina egy rétegét képviselik, és jelet küldenek a hozzájuk kapcsolt továbbító sejteknek, ha fényesést észlelnek. A kúpokat fotopikus látáshoz (színlátás és nappali látás), a rudakat viszont szkotóp látáshoz (sötét érzékelés) használják.

Bővebben erről a témáról: Hogyan működik a látás?

Építkezés

Az emberi retina is retina úgynevezett, összesen 200 µm vastag és különböző sejtrétegekből áll. Külső oldalon találhatók a pigment hámsejtek, amelyek nagyon fontosak a retina a vizuális folyamat során felmerülő elhalt fotoreceptorok és szekretált sejtkomponensek elnyelésével és lebontásával.

Beljebb haladva követik a tényleges fotoreceptorokat, amelyeket rudakra és kúpokra osztanak szét. Mindkettőben közös, hogy van egy külső végtagjuk, amely a pigment hám felé mutat, és érintkezik is vele. Ezt egy vékony cilium követi, amelyen keresztül a külső és a belső összekapcsolódik. A rudak esetében a külső összekötő elem egy membránkorong-réteg, hasonló egy halom érméhez. A fogak esetében azonban a külső összekötő elem membránredőkből áll, így a külső kapcsoló hosszanti szakaszban egyfajta hajfésűnek tűnik, a fogak pedig az egyes hajtásokat képviselik.

A külső végtag sejtmembránja tartalmazza a fotoreceptorok vizuális pigmentjét. A kúpok színét rodopszinnak hívják, és egy glikoprotein opszinból és 11-cisz retinából áll, amely az A1-vitamin módosítása. A kúpok vizuális pigmentjei az opszin különböző formáiban különböznek a rodopszintól és egymástól, de rendelkeznek a retinával is. A membránkorongokban és a membránredőkben lévő vizuális pigmentet a vizuális folyamat elfogyasztja, és regenerálni kell. A membránlemezek és -hajtások mindig újak. A belső tagból a külső tagba vándorolnak, és végül a pigment hám szabadítja fel, szívja fel és bontja le. A pigment epithelium meghibásodása a sejtek törmelékének és a vizuális pigmentnek a lerakódását okozza, mint például a Retinitis pigmentosa van.

A belső tag a fotoreceptorok tényleges sejttestje, és tartalmazza a sejtmagot és a sejtorganellumokat. Itt zajlanak le olyan fontos folyamatok, mint a DNS leolvasása, a fehérjék vagy a sejt hírvivő anyagok termelése, a fotoreceptorok esetében a glutamát a hírvivő anyag.

A belső végtag vékony, végén egy úgynevezett receptorláb található, amelyen keresztül a sejt csatlakozik az úgynevezett bipoláris sejtekhez (továbbító sejtek). A transzmitter vezikulákat a hírvivő anyag glutamáttal a receptor bázisban tárolják. Ezt arra használják, hogy jeleket továbbítsanak a bipoláris sejtekhez.

A fotoreceptorok különlegessége, hogy sötétben az adóanyag állandóan felszabadul, ezáltal a kibocsátás csökken, ha a fény esik. Tehát nem olyan, mint más észlelő sejteknél, hogy egy inger az adók fokozott felszabadulásához vezet.

Vannak rúd és kúp bipoláris sejtek, amelyek viszont összekapcsolódnak a ganglion sejtekkel, amelyek alkotják a ganglion sejtréteget, és amelyek sejtfolyamatai együtt alkotják végül a látóideget. Van egy komplex vízszintes összeköttetés a sejtek a retinaamelyet a vízszintes sejtek és az amakrin sejtek valósítanak meg.

A retinát úgynevezett Müller-sejtek, a glia sejtjei stabilizálják retinaamelyek átfedik az egész retinát és keretként működnek.

funkció

Az emberi szem fotoreceptorait használják a beeső fény detektálására. A szem érzékeny a 400 - 750 nm közötti hullámhosszú fénysugarakra. Ez megfelel a kéktől a zöldtől a pirosig terjedő színeknek. Az e spektrum alatti fénysugarakat ultraibolya, a fenti infravörös fénynek nevezik. Mindkettő már nem látható az emberi szem számára, sőt károsíthatja a szemet és a lencse átlátszatlanságát okozhatja.

További információ erről a témáról: Szürkehályog

A kúpok felelősek a színlátásért, és több fényre van szükségük a jelek kibocsátásához. A színlátás megvalósítása érdekében három típusú kúp létezik, amelyek mindegyike felelős a látható fény különböző hullámhosszáért, és abszorpciós maximuma ezen a hullámhosszon van. A fotopigmentek, a kúpok vizuális pigmentjének opszinjai ezért különböznek egymástól, és 3 alcsoportot alkotnak: a kék kúpok abszorpciós maximumával (AM) 420 nm, a zöld kúpokkal az AM 535 nm-rel, a piros kúpokkal AM-mel Ha ennek a hullámhosszú spektrumnak a fénye eléri a receptorokat, a jel továbbadódik.

További információ erről a témáról: A színlátás vizsgálata

Eközben a rudak különösen érzékenyek a fény beesésére és ezért még nagyon kevés fény érzékelésére is használják őket, különösen sötétben. Csak világos és sötét között különbözteti meg, de a szín szempontjából nem. A rúdsejtek vizuális pigmentjének, más néven rodopszineknek abszorpciós maximuma 500 nm hullámhosszon van.

feladatok

Mint már leírtuk, a kúpreceptorokat nappali látáshoz használják. A három típusú kúp (kék, piros és zöld) és az additív színkeverés folyamata révén láthatók az általunk látott színek. Ez a folyamat különbözik a fizikai, szubtraktív színkeveréstől, amely például a festők színeinek keverésekor áll fenn.

Ezenkívül a kúpok, különösen a nézőgödörben - a legélesebb látás helyén - szintén nagy felbontású éles látást tesznek lehetővé. Ez különösen idegi összekapcsolódásuknak is köszönhető. Kevesebb kúp vezet egy adott ganglion neuronhoz, mint a rudaknál; a felbontás ezért jobb, mint a pálcika esetében. Ban,-ben Fovea centralis van még 1: 1 továbbítás is.

A rudak maximális elnyelési maximuma 500 nm, ami a látható fénytartomány kellős közepén van. Tehát széles spektrumból reagálnak a fényre. Mivel azonban csak a rodopszin van náluk, nem tudják különválasztani a különböző hullámhosszúságú fényeket. Nagy előnyük azonban, hogy érzékenyebbek, mint a kúpok. A pálcák reakcióküszöbének eléréséhez a fény jelentősen kisebb gyakorisága is elegendő. Ezért szokták látni a sötétben, amikor az emberi szem színvak. A felbontás azonban sokkal rosszabb, mint a kúpoknál. További rudak konvergálnak, azaz konvergálnak, ganglionneuronhoz vezetnek. Ez azt jelenti, hogy függetlenül attól, hogy a kötés melyik rúdja gerjesztett, a ganglion neuron aktiválódik. Ezért nem lehetséges olyan jó térbeli elválasztás, mint a fogaknál.

Érdekes megjegyezni, hogy a rúdszerelvények az úgynevezett magnocelluláris rendszer érzékelői is, amelyek felelősek a mozgásért és a kontúrészlelésért.

Ráadásul egyik vagy másik észrevehette már, hogy a csillagok éjszaka nem a látómező fókuszában vannak, hanem inkább a szélén vannak. Ennek oka, hogy a fókusz a látótérbe vetül, de nincs benne pálcika. Ezek körülöttük fekszenek, így láthatja a csillagokat a tekintet középpontjában.

terjesztés

Különböző feladataik miatt a szem kúpjai és rudai sűrűségüket tekintve is eltérően oszlanak meg. A kúpokat éles látáshoz használják, napközben színdifferenciálással. Ezért te vagy a retina leggyakoribb (sárga folt - Macula lutea) és a központi gödörben (Fovea centralis) az egyetlen jelen lévő receptor (nincs rúd). A kilátó a legélesebb látási hely, és a napfényre szakosodott. A rudak maximális sűrűsége parafovealis, vagyis a központi vizuális gödör körül van. A periférián a fotoreceptorok sűrűsége gyorsan csökken, így a távolabbi részeken szinte csak rudak vannak jelen.

méret

A kúpok és az evőpálcikák bizonyos mértékben megosztják a tervrajzot, de ezután változnak. Általánosságban elmondható, hogy a pálcika valamivel hosszabb, mint a kúp.

A rúdfotoreceptorok átlagos hossza kb. 50 um, átmérője pedig kb. 3 um a legsűrűbben bepakolt helyeken, azaz a rudak parafovealis régiójában.

A kúp fotoreceptorok valamivel rövidebbek, mint a rudak, átmérőjük pedig 2 µm a fovea centralis-ban, az úgynevezett látásgödörben, a legnagyobb sűrűségű régióban.

szám

Az emberi szem elsöprő számú fotoreceptort tartalmaz. Csak az egyik szem körülbelül 120 millió rúd-receptorral rendelkezik a szkotóp látáshoz (sötétben), míg a nappali látáshoz körülbelül 6 millió kúp receptor van.

Mindkét receptor körülbelül egymillió ganglionsejtre konvertálja a jeleket, ezáltal ezeknek a ganglionsejteknek az axonjai (sejthosszabbításai) kötegként alkotják a látóideget és behúzzák az agyba, hogy ott a jelek központilag feldolgozhatók legyenek.

További információ itt található: Vizuális központ

Pálcika és kúp összehasonlítása

Mint már leírtuk, a rudak és a kúpok szerkezete kissé eltér, de ezek nem súlyosak. Sokkal fontosabb a különböző funkciójuk.

A rudak sokkal érzékenyebbek a fényre, ezért még a fény alacsony előfordulását is képesek észlelni, de csak a világos és a sötét különbséget teszik. Ezenkívül kissé vastagabbak, mint a kúpok, és konvergáló módon továbbadják őket, így kisebb a feloldó erejük.

A kúpok viszont nagyobb fényáramlást igényelnek, de három alformájuk miatt lehetővé tehetik a színlátást. Kisebb átmérőjük és a kevésbé erőteljesen konvergáló, a fovea centralisban akár 1: 1 arányú átvitelük miatt kiváló a felbontásuk, amelyet csak napközben lehet használni.

Sárga pont

A Macula lutea, más néven sárga pont, az a hely a retinán, amellyel az emberek elsősorban látnak. A nevet a szemfenék ezen pontjának sárgás színe adta. A sárga folt a helye retina a legtöbb fotoreceptorral. Kivéve Macula szinte csak olyan rudak maradtak, amelyek állítólag különbséget tesznek a világos és a sötét között.

A Macula még mindig az úgynevezett vizuális gödröt tartalmazza a közepén, Fovea centralis. Ez a legélesebb látáspont. A nézőgödör csak maximális csomagolási sűrűségű kúpokat tartalmaz, amelyek jeleit 1: 1 arányban továbbítják, így itt a legjobb a felbontás.

Dystrofia

Dystrofiák, a testszövet kóros elváltozásai, amelyek a retina általában genetikailag lehorgonyozódnak, vagyis örökölhetők a szülőktől, vagy új mutáció révén megszerezhetők. Egyes gyógyszerek a retina dystrophiájához hasonló tüneteket okozhatnak. A betegségekben közös, hogy a tünetek csak az élet folyamán jelentkeznek, és krónikus, de progresszív lefolyásúak. A disztrófiák lefolyása betegségenként eltérhet, de a betegségen belül is nagyon ingadozhat. A tanfolyam az érintett családon belül is változhat, így nem lehet általános kijelentéseket tenni. Egyes betegségekben azonban vaksággá válhat.

A betegségtől függően a látásélesség nagyon gyorsan csökkenhet, vagy fokozatosan romolhat több év alatt. A tünetek, függetlenül attól, hogy a központi látómező megváltozik-e először, vagy a látómező elvesztése kívülről befelé halad, a betegségtől függően szintén változatosak.

A retina dystrophiájának diagnosztizálása eleinte nehéz lehet. Számos diagnosztikai eljárás létezik azonban, amely lehetővé teheti a diagnózist; itt egy kis választék:

• Oftalmoszkópia: gyakran megjelennek olyan látható változások, mint a szemfenékben lévő lerakódások
• elektroretinográfia, amely méri a retina elektromos ingerre adott elektromos válaszát
• elektrookulográfia, amely a retina elektromos potenciáljának változását méri, amikor a szem mozog.

Sajnos jelenleg az a helyzet, hogy a legtöbb genetikailag okozott dystrophiás betegség esetében nem ismert ok-okozati vagy megelőző terápia. Jelenleg azonban nagyon sok kutatás folyik a géntechnológia területén, bár ezek a terápiák jelenleg csak a tanulmányi szakaszban vannak.

Vizuális pigment

Az emberi vizuális pigment egy opszin nevű glikoproteinből és az úgynevezett 11-cisz-retinából áll, amely az A1-vitamin kémiai módosítása. Ez megmagyarázza az A-vitamin fontosságát a látásélesség szempontjából is. A súlyos hiánytünetek éjszakai vaksághoz, szélsőséges esetben vaksághoz vezethetnek.

A 11-cisz retinával együtt a test saját opszinja, amely különféle formában létezik a rudak és a három kúptípus ("kúp opszin") számára, beépül a sejtmembránba. Fény hatására a komplex megváltozik: a 11-cisz retina átalakul all-transz retinává, és az opsin is megváltozik. A rudak esetében például metarhodopsin II keletkezik, amely mozgatja a jelkaszkádot és beszámol a fény előfordulásáról.

Vörös Zöld gyengeség

A vörös-zöld gyengeség vagy vakság a színlátás hibás működése, amely veleszületett és öröklődő X-hez kapcsolódik, hiányos behatolással. Az is lehet azonban, hogy új mutációról van szó, és ezért egyik szülőnél sincs ilyen genetikai hiba. Mivel a férfiaknak csak egy X kromoszómája van, sokkal nagyobb valószínűséggel kapják meg a betegséget, és a férfi populáció akár 10% -át is érintik. Ugyanakkor a nőknek csak 0,5% -a érintett, mivel a hibás X-kromoszómát egy egészséges másodikkal képes kompenzálni.

A vörös-zöld gyengeség azon a tényen alapul, hogy az opszin vizuális fehérje genetikai mutációja zajlott le zöld vagy vörös izoformájában. Ez megváltoztatja azt a hullámhosszat, amelyre az opszin érzékeny, ezért a vörös és a zöld tónus nem különíthető el kellően. A mutáció gyakrabban fordul elő a zöld látás opszinjában.

Az a lehetőség is fennáll, hogy az egyik szín színlátása teljesen hiányzik, ha például a kódoló gén már nincs jelen. Piros gyengeséget vagy vakságot hívunk Protanomália vagy. Protanopia (zöldre: Deuteranomália vagy. Deuteranopia).

Különleges forma a kék kúp monokróm, vagyis csak a kék kúpok és a kék látás működik; A vörös és a zöld akkor sem választható szét.

További információ a témáról:

• Vörös Zöld gyengeség
• Színvak
• Vörös-zöld gyengeség tesztje
• A színlátás vizsgálata