Úvodní stránka
Novinky, zajímavosti Tabulky, konstanty, vzorce Texty, informační materiály, zdroje Návody na pokusy Odpovědi na vaše fyzikální dotazy Zajímavá fyzikální místa, instituce, školy
 Knihovna
 - Slovníky (jazykové i výkladové)
 - Fyzika z praxe
 - Brouzdáme po internetu
 - Časopisy (české)
 - Časopisy (zahraniční)
 - Encyklopedie
 - Encyklopedie - cizojazyčně
 - Historie
 - Historie - cizojazyčně
 - Astronomie
 - Astronomie - cizojazyčně
 - Atomová, jaderná a částicová fyzika
 - Atomová, jaderná a částicová fyzika - cizojazyčně
 - Elektronika
 - Elektřina a magnetismus
 - Elektřina a magnetismus - cizojazyčně
 - Meteorologie
 - Mechanika
 - Mechanika - cizojazyčně
 - Moderní fyzika - cizojazyčně
 - Vlnění - cizojazyčně
 - Optika
 - Optika - cizojazyčně

Očné vady…z hľadiska fyziky

Stavba oka   Kratkozrakosť   Ďalekozrakosť   Astigmatismus   Laserová korekcia

V súčasnosti trpí veľa ľudí nejakou očnou vadou – medzi najrozšírenejšie patrí krátkozrakosť, ďalekozrakosť a astigmatizmus. Vo vyspelých krajinách ako napr. v Japonsku, trpí krátkozrakosťou asi 20 % populácie (väčšinu z toho tvoria mladí ľudia), v Amerike je to ešte viac ľudí, zatiaľčo v oblastiach ako Nepál, kde technický pokrok ešte veľmi nezasiahol, je to len 1 %. V Čechách trpí krátkozrakosťou asi 12 % ľudí. Pravdepodobne to nie je až taká náhoda, že práve v priemyselných a vyspelých krajinách sú očné vady omnoho častejšie – v súčasnosti totiž trávia ľudia a špeciálne deti veľa času pri počítači a televízii, čo k vzniku krátkozrakosti napomáha a v neskoršom veku preto treba u mnohých ľudí zrak korigovať – či už okuliarmi alebo kontaktnými šošovkami.
Povedzme si trochu podrobnejšie o tom, aký je vlastne mechanizmus videnia ľudským okom, čo sa deje v oku človeka, ktorý nevidí dobre do diaľky, do blízka alebo ak vidí rozmazane (astigmatizmus) a prečo tieto očné vady vznikajú.

Krátkozrakosť (okom vidíme dobre do blízka, ale nie do diaľky) a ďalekozrakosť (okom dobre vidíme do diaľky, no do blízka nie) sú najrozšírenejšími očnými vadami medzi ľuďmi. Najčastejšou príčinou krátkozrakosti je, že oko je príliš dlhé - obraz sa nezobrazuje na sietnici ale pred ňou. U ďalekozrakého oka je naopak oko príliš krátke a obraz sa utvára až za sietnicou. Inou príčinou krátko- alebo ďalekozrakosti môže byť to, že rohovka alebo šošovka láme svetlo viac, prípadne menej ako by mala – výsledkom je opäť to, že obraz sa neutvorí na sietnici, ale pred alebo za ňou.

Stavba oka

Ľudské oko má približne sférický (guľový) tvar a jeho stavba je znázornená na obr.1: Prednú stenu oka tvorí rohovka - spojná šošovka s indexom lomu blízkym indexu lomu vody. Rohovka sa najviac podieľa na lome lúčov dopadajúcich do nášho oka. Za ňou je očná šošovka, ktorá je pružná a jej tvar a veľkosť možno meniť kontrakciou či natiahnutím svalov, ktoré nazývame ciliárne svaly. Tie menia zakrivenie šošovky prostredníctvom vláken, ktoré sú spojené so šošovkou. Tvar očnej šošovky sa mení preto, aby sa obraz predmetu zobrazil presne na sietnici a videli sme teda predmet ostro.

Obr.1: Stavba ľudského oka

(Zdroj: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/imgvis/eyesection.gif)

Teraz si popíšme, čo sa deje, ak zdravým okom pozeráme na nejaký predmet:
- ak je predmet veľmi vzdialený (pre ľudské oko je to približne vo vzdialenosti väčšej ako 5m), môžeme považovať lúče, ktoré nám dopadajú do oka, za rovnobežné (obr.2a dolu). Ciliárne svaly sú relaxované (uvolnené), vlákna pripojené k šošovke sú následkom toho natiahnuté (obr.2a hore) - šošovka má najmenšie možné zakrivenie.
Pre objasnenie pojmu zakrivenie je nižšie obr.3.

Obr.2: Akomodácia oka
a: oko pozerá na vzdialený predmet - šošovka je natiahnutá
b: oko pozerá na blízky predmet - akomoduje sa zo stavu na obr. 2a, tj. svaly sa skontrahujú (skrátia), vlákna spojené so šošovkou tým trochu povolia a šošovka zväčší svoje zakrivenie - ohnisko sa tým posunie pred sietnicu, obraz sa zobrazí na sietnici a obraz vidíme ostro

(Zdroj: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/imgvis/accom2.gif)

Obr.3:Zakrivenie šošovky
a: šošovka s väčším zakrivením
b: šošovka s menším zakrivením

Rovnobežné lúče dopadajúce do nášho oka sa po prechode rohovkou a očnou šošovkou stretnú v bode, ktorý nazývame ohnisko. U zdravého oka je ohnisko na sietnici (obr.2a dole). Znamená to, že vzdialený predmet vidíme ostro, lebo jeho obraz sa podobne ako ohnisko zobrazí na sietnici, tj. zobrazenie obrazu na sietnici = predmet vidíme ostro. Ak sa zobrazí pred alebo za sietnicou, vidíme obraz rozmazaný, neostrý a hovoríme, že oko je krátkozraké – ak je ohnisko (obr.4c) pred sietnicou alebo ďalekozraké – ak je ohnisko za sietnicou (obr.4b).

Obr.4: Zobrazenie ohniska u oka
a: zdravého
b: krátkozrakého
c: ďalekozrakého

(Zdroj: http://www.okoptik.cz/vady.htm)

Zobrazenie blízkeho predmetu zdravým okom

Ak zameriame pohľad zo vzdialeného na blízky predmet (pre ľudské oko je to približne vo vzdialenosti menšej ako 5m), tvar šošovky a teda aj jej zakrivenie a ohnisková vzdialenosť sa zmenia. Ak by zakrivenie šošovky zostalo rovnaké ako pri pohľade do diaľky (obr.2a), ostrý obraz by vznikol až za sietnicou a obraz na sietnici by bol neostrý - neboli by sme schopní vidieť dobre zdravým okom do blízka. Ale vďaka tomu, že v našom oku prebieha dej, ktorý nazývame akomodácia oka, vidíme ostro i do blízka. Akomodácia oka je proces, pri ktorom sa obraz predmetu posúva na sietnicu zmenou zakrivenia1 šošovky a prebieha nasledovne: Ak pozrieme okom na blízky predmet, oko sa pritom akomoduje - dôjde ku kontrakcii ciliárnych svalov (obr.2b hore), následkom čoho vlákna spojené so šošovkou už nie sú také napäté ako pri pozeraní do diaľky (obr.2a hore) a dovolia tak šošovke, aby sa 'zaguľatila', a teda zväčšila svoje zakrivenie - ohnisko sa posunie pred sietnicu (obr.2b dole). Obraz sa utvorí na sietnici, tj. predmet vidíme ostro. Nižšie je odkaz na animáciu, ktorá zobrazuje akomodáciu.

Animácia 1: Akomodácia oka - čím je predmet bližšie k oku, tým viac sa očná šošovka zakriví a naopak, čím ďalej je predmet, tým viac sa šošovka 'sploští'. Odporúčam klikať po krokoch - step, pri spustení play je animácia príliš rýchla na sledovanie zmien zakrivenia šošovky, ale samozrejme je to na vás.
(Zdroj: http://artsci.shu.edu/biology/Student%20Pages/Kyle%20Keenan/eye/index.html)

Krátkozraké oko

Povedali sme si zatiaľ, ako sa zobrazuje blízky či vzdialený predmet okom, ktoré je zdravé. Ako je to u oka, ktoré je postihnuté nejakou vadou - napr. čo ak je oko krátkozraké?
Ohnisko a teda i vzdialený predmet sa u krátkozrakého oka zobrazí pred sietnicou (obr.4c) - obraz vidíme neostro. Nepomôže to napraviť ani akomodácia oka, tj. zmena zakrivenia šošovky, pretože ak pozeráme okom do diaľky (na vzdialený predmet), sú ciliárne svaly maximálne uvolnené, vlákna teda maximálne napäté - zakrivenie šošovky je minimálne (šošovka má čo 'najplochejší' tvar). Nemožno teda ešte viac zmenšiť zakrivenie šošovky, tj. posunúť ohnisko, ktoré je pred sietnicou, na sietnicu.
Pri pozeraní okom do blízka však už k žiadnym komplikáciám nedochádza. Keď totiž oko zaostruje obraz blízkeho predmetu (tj. akomoduje sa), stačí mu zmenšiť zakrivenie šošovky o menšiu hodnotu ako u zdravého oka, aby sa obraz premietol na sietnicu. Do blízka vidí rovnako dobre ako zdravé oko, dokonca vidí dobre i na kratšiu vzdialenosť ako dokáže zdravé oko. Tým, že je ohnisko posunuté o 'kúsok' pred sietnicou, má krátkozraké oko ešte stále určitú rezervu oproti zdravému oku, ktoré šošovku už viac zakriviť nemôže. Blízky bod 2, tj. najmenšia vzdialenosť, na akú ešte dokážeme okom vidieť ostro, je vo vzdialenosti približne 12 cm u dospelého človeka. Zakrivenie šošovky je vtedy najväčšie - viac ho už oko nedokáže zväčšiť. Ak ale pozerá krátkozraké oko na bod v tej istej vzdialenosti (tých 12 cm), zakrivenie šošovky nie je maximálne ako u zdravého oka, má ešte spomínanú rezervu. Ak teda pozrieme krátkozrakým okom na predmet, ktorý je i v trochu menšej vzdialenosti ako je blízky bod u zdravého oka, dokážeme ešte predmet vidieť ostro. Preto si krátkozrakí ľudia dávajú okuliare dolu pri pozeraní na blízke predmety – vidia lepšie bez okuliarov.

Ďalekozraké oko

A ako vidí ďalekozraké oko? U ďalekozrakého oka sa nachádza ohnisko za sietnicou (obr.4b) – oko je príliš krátke. Keď pozerá ďalekozraké oko na vzdialený predmet, tj. do oka dopadajú rovnobežné lúče, obraz sa utvorí za sietnicou. Oko sa musí akomodovať (zmeniť zakrivenie šošovky), aby bol obraz ostrý, tj. aby sa zobrazil na sietnici. Nastáva tu teda opačná situácia ako u krátkozrakého oka, kde bolo zakrivenie šošovky vždy o trochu menšie - u ďalekozrakého oka je zakrivenie o trochu väčšie ako u zdravého oka. V dôsledku toho nemôže oko zaostriť na také krátke vzdialenosti ako zdravé oko - blízky bod je u ďalekozrakého oka posunutý do väčšej vzdialenosti, oko teda nevidí dobre do blízka.

Na obr.5a,5b sú ukážky, ako vidí krátkozraké a ďalekozraké oko.

Obr.5a: Ako vidí krátkozraké oko



Obr.5b: Ako vidí ďalekozraké oko

(Zdroj: http://www.refrakcnicentrum.cz/main.asp?jis=2532004231336&lng=cz&con=sop)

Korekcia krátkozrakosti, ďalekozrakosti

Vieme teda,že u krátkozrakého oka je ohnisko pred sietnicou a u ďalekozrakého za sietnicou (obr.4b,c) - obraz na sietnici je neostrý. Nosením okuliarov, ktorých sklá sú spojky alebo rozptylky, možno tento nedostatok odstrániť - posunieme nimi ohnisko na sietnicu ,čím bude naše videnie ostré. Spojka ohnisko priblíži - používa sa na korekciu ďalekozrakosti(obr.6b), rozptylka ohnisko vzdiali - koriguje sa ňou krátkozrakosť (obr.6a).

Obr.6a: Korekcia krátkozrakosti


Obr.6b:Korekcia ďalekozrakosti


(Zdroj: http://www.srobarka.sk/rozne/fyzika/svetlo/10.htm)

Astigmatismus

Veľmi bežnou očnou vadou je astigmatizmus. Predpona a- je po grécky ne- a stigma znamená bod, tj. astigmatizmus je očná vada, kedy sa bod nezobrazí ako bod, ale ako čiara, prípadne krúžok. Prejavuje sa tak,ž e oko vidí 'rozmazane' do blízka i na diaľku, nevidí kontrasty medzi horizontálnymi, vertikálnymi alebo šikmými riadkami .Príčinou astigmatizmu je nerovnomerné zakrivenie rohovky. V malej miere postihuje astigmatizmus takmer každého - tvar rohovky sa deformuje tlakom očného viečka. V tomto prípade ale nie je astigmatizmus taký výrazný, aby ho bolo treba korigovať okuliarmi. Príčinou výraznejšieho astigmatizmu je zväčša dedičnosť a je dobré napraviť takto zhoršené videnie okuliarmi. Popíšme si teda, ako vidí astigmatické oko:
Rohovka má v zdravom oku tvar guľovej plochy, tj. vo všetkých rovinách má rovnaké zakrivenie (obr.7a) a lúče dopadajúce na rohovku sa lámu rovnako. Po dopade na sietnicu sa lúče spoja a splynú v jeden obraz. U oka trpiaceho astigmatizmom má rohovka tvar zdeformovanej guľovej plochy (takýto útvar sa nazýva rotačný elipsoid) - podobný rugbyovej lopte. Zakrivenie rohovky v rôznych rovinách teda nie je rovnaké (obr.7b) - rovnobežné lúče dopadajúce cez jednu rovinu rohovky majú ohnisko vzdialenejšie ako lúče dopadajúce cez druhú rovinu. V dôsledku toho sa na sietnici utvorí neostrý obraz, oko vidí rozmazane (viď obr. 8a až 8c). Astigmatizmus sa často vyskytuje v kombinácii s krátkozrakosťou alebo ďalekozrakosťou.
Animácia 2 nižšie je dobrou ukážkou toho, ako vidí oko postihnuté astigmatizmom, ale tiež krátkozraké a ďalekozraké oko.

Obr.7: Zakrivenie rohovky
a: Rezy guľou vedúce cez jej stred sú kružnice s rovnakým polomerom R1, tj. rohovka má vo všetkých rovinách rovnaké zakrivenie.
b: Rezy zdeformovanou rohovkou, rotačným elipsoidom, sú elipsy, ktoré sú navzájom rôzne - v horizontálnom smere je rezom kružnica s polomerom R1 zatiaľčo napr. vo vertikálnom smere je rezom elipsa.


Obr.8a - 8c: Astigmatizmus
a: pohľad zdravým okom na predmet (mriežku)


b: napr. takto môže vidieť astigmatické oko - obraz v horizontálnej rovine je rozmazaný


c: situácia analogická obr. b - obraz je v tomto prípade rozmazaný vo vertikálnej rovine


(Zdroj: http://mas450.syntheticholography.org/reading/other_handouts/astigmatism/underst anding-astigmatism.html#Spherical)

Animácia 2: Krátkozrakosť, ďalekozrakosť, astigmatizmus
Po otvorení tejto stránky kliknite na "click here to see the animation", po chvíli sa Vám zobrazí menu, kde vyberte Vision tour: Young eye and myopia (krátkozrakosť), Young eye and hyperopia (ďalekozrakosť), Young eye and astigmatism (astigmatizmus)
(Zdroj: http://www.vision1to1.com/en/Homepage.asp?BGcolor=1&Category=53#)

Test na astigmatizmus

Ak chcete zistiť,či náhodou netrpíte astigmatizmom - skúste si otestovať svoj zrak: Vytlačte si obrázok na obr.9. Postavte sa do vzdialenosti asi 6 metrov od obrázku a pozerajte sa naň raz jedným a potom druhým okom. Ak sa Vám zdajú jedny čiary menej výrazné - šedé v porovnaní s ostatnými, pravdepodobne máte astigmatizmus.
Táto očná vada sa koriguje cylindrickými (válcovými sklami) - obr.10 .

Obr.9: K testu na astigmatizmus


(Zdroj: http://www.perret-optic.ch/optometrie/test_vision_astigmatisme/opto_test_astigmatisme_gb.htm)

Obr.10: Cylindrické sklá


Moderná cesta k náprave zraku - laserová operácia

Očné vady ako krátkozrakosť, astigmatizmus a najnovšie i ďalekozrakosť možno v súčasnosti odstrániť i natrvalo - laserovou operáciou. Najpoužívanejšími metódami sú PRK a LASIK. PRK (fotorefraktívna keratoktómia:keras=rohovka,-tómia=operácia) je staršia metóda,vo svete sa už takmer nepoužíva- v súčasnosti ju nahradila modernejšia metóda LASIK. V Čechách sa z nedostatku financií na modernejšie vybavenie vo väčšine prípadov ešte stále používa PRK,len 20% operácií predstavuje metóda LASIK (situácia sa bude časom iste vyvíjať). PRK spočíva v tom, že sa odstráni časť povrchovej vrstvy (epitelu) rohovky pomocou lasera - dôjde k odpareniu časti epitelu, ktorá má hrúbku rádovo v mikrometroch. Potom sa rohovka upraví podľa typu očnej vady a výšky dioptrií. Po operácii sa na oko nasadí kontaktná šošovka, pretože oko je bez epitelu veľmi citlivé - prvé tri dni po zákroku sú preto mierne bolestivé. Videnie je v prvé dni neostré, keďže oko sa pomaly hojí a pacient bude dobre vidieť najskôr za mesiac.
Metóda LASIK (Laser in situ Keratomileusis: in situ = na pôvodné miesto) prebieha trochu odlišne: chirurg zreže povrchovú vrstvu rohovky, odklopí túto vrstvu a modeluje pomocou lasera zakrivenie na povrchu už orezanej rohovky. Potom priklopí odrezanú vrstvu späť na takto upravenú rohovku a oko sa zahojí do 2-3 hodín. Na rozdiel od PRK nie je metóda LASIK bolestivá - bolesť je len minimálna, a to počas prvých 12 hodín. Zrak sa naplno obnoví už za niekoľko dní a zatiaľčo PRK sa používa na odstránenie nízkej a strednej krátkozrakosti (t.j. s výškou dioptrií max. do -7 dioptrií) a astigmatizmu, LASIKom možno odstrániť i vysokú krátkozrakosť (t.j. do -15 dioptrií). Dnešní cena za operáciu oboch očí vrátane vyšetrenia je orientačne
PRK: 28-32 tisíc korún
LASIK: 34-38 tisíc korún
Najmodernejšou metódou je však LASEK - je bezbolestná a možno ňou odstrániť i vysokú krátkozrakosť a tiež ďalekozrakosť do +4 dioptrií. Pri tejto technike sa pôsobením alkoholu uvoľní epitel rohovky, ktorý sa odklopí a laserom sa odstráni potrebná časť rohovky. Epitel sa priloží späť a na oko sa nasadí na 2-4 dni kontaktná šošovka.

Obr.10: Princip operace Lasik



(Zdroj: http://www.cnn.com/interactive/health/9908/eye.lasik/content3.html)



O moderních metódách korekcie zraku nájdete veľa informácií na internete. Stačí zadat heslo "LASIK", "laser operation" do vyhľadávača.

Poznámky:
1 - čím väčšie zakrivenie šošovka má, tým bližšie je jej ohnisko. Zväčšovaním zakrivenia očnej šošovky sa ohnisko približuje smerom k prednej strane oka, zmenšovaním zakrivenia sa vzďaľuje.
2 - blízky bod sa s vekom líši - s rastúcim vekom sa zväčšuje.U ľudí do 20 rokov je to približne 7cm, od 20 do 40 rokov možno vidieť ostro do vzdialenosti 12cm,od 40 do 60 rokov je to 28cm a nad 60 je to 100cm. (Hodnoty sú len približné.)

(A. Drietomská, 31.8.2004)

Verze pro tisk