FISIOLOGIA
Generale e Oculare
File # 5
UniSalento – Ottica e Optometria – Fisiologia Generale e Oculare – A.A. 2016-2017 – S. Marsigliante - # 5
Occhio: struttura e proprietà rifrattive
3
1
2
i 3 strati dell’occhio:
1. L’esterno è denso e fibroso SCLERA
2. L’intermedio è fortemente pigmentato COROIDE
3. L’interno è lo strato fotosensibile RETINA
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Cornea:
i costituenti del film lacrimale
anteriormente epitelio non corneificato;
strato stromale spesso è fatto da fibroblasti
e fibre collagene molto idratate (perciò
trasparente).
La parte posteriore guarda la “camera
anteriore”; è fatta da un basso epitelio
cuboidale detto “endotelio”
strato oleoso/lipidico (sebo palpebrale) ghiandole del Meibomio nella palpebra rallentata anche l’evaporazione delle lacrime
Fase acquosa - Lacrime
EPITELIO
CORNEALE
strato di Mucina
dalla congiuntiva e da
cellule sierose del
condotto escretore della
gh. lacrimale
Lacrime:
l’endotelio posteriore
giace sulla
“membrana di
Descemet”
l’epitelio anteriore
non cheratinizzato,
stratificato, poggia
sulla “membrana di
Bowman”
Proteggono le superfici della congiuntiva e
della cornea
Nutrono la cornea non vascolarizzata
Lavano via particelle estranee ai lati dell’occhio
Combattono e bloccano eventuali microorganismi
Lubrificano la superficie ottica della cornea
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APPARATO LACRIMALE
Assicura la protezione dell’occhio secernendo un liquido sulla parte esposta del globo
oculare. Due piccoli condotti (canalicoli lacrimali) sfociano nel sacco lacrimale che
costituisce l’estremità superiore cieca del dotto naso-lacrimale.
GHIANDOLA LACRIMALE: è tubulo-alveolare composta dotata di cellule mioepiteliali
Dotti
lacrimali
Sacco lacrimale: termina verso l’alto a fondo cieco; verso il
basso si apre nel naso, dove drena il liquido lacrimale
dotto nasolacrimale: decorre nella parete laterale delle fosse
nasali, all’interno del canale osseo naso-lacrimale
Per ciascun occhio viene prodotto un litro di
lacrime al giorno
La posizione della ghiandola facilita la dispersione
delle lacrime sull’occhio e verso i punti di raccolta
Composizione delle lacrime:
soluzione acquosa leggermente ipertonica
antimicrobici - lisozima, defensine,
anticorpi
Proteina lipocalina (legante lipidi)
elettroliti – tipo plasma con una
concentrazione più elevata di K+ e meno
elevata di Na+
L’evaporazione delle lacrime viene
rallentata dal film lipidico superficiale
prodotto dalle ghiandole di Meibomio
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La produzione dei differenti componenti delle lacrime:
Ghiandole di Meibomio: strato lipidico di superfice
Ghiandola lacrimale: acqua e tutte le proteine protettive;
cellule goblet della congiuntiva e l’epitelio della cornea: mucine (proteine ad alto peso
molecolare, ricche di carboidrati; la parte glucidica della glicoproteina, essendo altamente
idrofila, attira molta acqua)
Ghiandola lacrimale
Gli strati del film lacrimale
Ghiandole
del
Meibomio
Lacrime
Congiuntiva
•
•
-
1- strato lipidico (0.11 µm spesso), ricopre lo
strato acquoso riducendo l’evaporazione delle
lacrime; impedisce alle lacrime di versarsi
sulle guance
2- strato acquoso (7.0 µm spesso),
promuove la diffusione delle lacrime sulla
superficie corneale; promuove la regolazione
osmotica.
3- strato mucoso (7.0 µm spesso) fatto
soprattutto di mucina, riveste la cornea di uno
strato idrofilico che permette l’uniforme
distribuzione del film lacrimale.
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*Canalicoli lacrimali:
-8 mm lunghi, nel 90% dei soggetti I rami
superiore e inferiore si uniscono e si aprono nella
parete laterale del sacco lacrimale.
-Nel 10% dei soggetti rimangono separati.
-Un restringimento della mucosa (valvola di
Rozenmuller) impedisce rigurgiti dal sacco.
*Sacco Lacrimale:
10 mm lungo e giace nella fossa lacrimale.
*Dotto Nasolacrimale:
-l’uscita nasolacrimale possiede una valvola (di
Hasner)
Le lacrime vengono drenate mediante due meccanismi:
1. Gravità (gioca un ruolo marginale)
2. Pompaggio (aspirazione).
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Aspirazione:
-70% delle lacrime viene drenato attraverso il punto lacrimale inferiore e il 30% attraverso il
superiore mediante capillarità e aspirazione
-Durante la chiusura dell’occhio:
L’ampolla è dilatata e i canalicoli orizzontali si accorciano; si forma una pressione negativa nel
sacco per cui le lacrime vengoni risucchiate nel sacco lacrimale
Quando l’occhio si apre il sacco ritorna nel suo volume originario forzando le lacrime dentro il
dotto nasolacrimale
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CORPO CILIARE
il corpo
CRISTALLINO
ciliare è muscolo
liscio su 3 differenti piani. La
contrazione del corpo ciliare varia la
foma della lente. La superficie del
corpo ciliare che guarda la camera
posteriore è coperta dalla retina
modificata (pars ciliaris retinae) e con
essa forma i processi ciliari.
Il corpo ciliare si continua
anteriormente con l’iride, struttura
muscolare liscia circolare che forma la
pupilla
La lente –cristallino- è sospesa ai processi ciliari
del corpo ciliare da un legamento formato da fibre
della zonula che si attaccano esternamente alla
capsula della lente stessa.
Un legamento capsulare costituito da microfibrille
circonda il corpo vitreo (non visibile in figura)
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ZONULA Ciliare (legamento sospensorio della lente)
ZONULA è un sistema di filamenti (fibre
zonulari anelastiche) tese radialmente
dalla lente al corpo ciliare
Muscolo ciliare si contrae:
la tensione nella zonula diminuisce e l’elasticità della lente
fa assumere al cristallino una forma più tondeggiante
rilassato
cristallino
contratto
Esempio della fibra circolare
Fibre longitudinali
Fibre circolari
Visione Antero-Posteriore
Le fibre zonulari sono trasparenti e
flessibili con spessore vario da 9 a 40
µm. Nell’insieme formano un alone
attorno alla lente.
Tra le fibre zonulari rimangono
minutissimi spazi comunicanti tra loro e
con la camera posteriore e riempiti di
umor acqueo; contatta l’umor vitreo
LENTE
LENTE
MUSCOLO CILIARE
Rilassato
Contratto
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La lente è il corpo cristallino
trasparente e biconvesso,
circondato da una capsula
ricca di carboidrati che
copre un epitelio cuboidale
semplice (epitelio anteriore
della lente)
All’equatore della lente l’epitelio si trasforma in fibre
allungate che si aggiungono progressivamente alla
periferia. Le fibre della lente perdono i loro organuli e
nuclei man mano che si pressano al centro della lente
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(a) Diagramma delle zone del cristallino basato su un diametro equatoriale di 9.6 mm
en = nucleo embrionale
fn = nucleo fetale
Jn = nucleo giovanile
an = nucleo adulto
Phil. Trans. R. Soc. B 2011;
366:1278-1292
Luce
(c) Le zone del
cristallino di un
soggetto di 20
anni (sopra) e
di uno di 65
anni (sotto).
Con l’età
aumenta lo
spessore della
zona C2.
Le fibre cristalline sono caratterizzate
dalla notevole lunghezza (fino a 10 mm,
quelle più superficiali), sono chiare,
trasparenti, molto flessibili e unite da gap
junctions; il citoplasma è ricchissimo di
acqua e di proteine chiamate cristalline
(alfa, beta e gamma)
La perdita degli organuli assicura la
trasparenza, però le cellule non possono
più sintetizzare nè degradare le proteine.
Quindi, le proteine delle cellule centrali,
sintetizzate nel periodo fetale, non possono
essere rimpiazzate e devono durare per
tutta la vita
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(a,d) Cataratta nucleare da moderata a
marcata densità
Cristallini con (a) piccole opacità puntiformi e (b)
ombre radiali e circolari
Michael R , and Bron A J Phil. Trans. R. Soc. B 2011;366:1278-1292
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Cornea, camera anteriore, cristallino e camera
posteriore nel loro complesso formano una lente
convergente (provvista di una distanza focale
variabile fra 24 e 17 mm) che proietta le immagini
sulla retina
Messa a
fuoco in
assenza di
cristallino
Per ottenere che l’immagine sia a fuoco sulla
fovea, è necessario il potere rifrangente
addizionale del cristallino.
Lunghezza focale del sistema corneale = 31 mm
Il cristallino funge da lente biconvessa fatta da diversi strati lamellari che differiscono sia nel raggio di
curvatura che nell’indice di rifrazione; quest’ultimo aumenta progressivamente andando dalla periferia al
centro del cristallino. Il cristallino in condizioni di minima curvatura ha un potere di rifrazione medio di circa
20 diottrie
Lunghezza focale posteriore
dell’intero apparato diottrico =
22.8 mm
ARIA
n=1
retina
20 dpt (rilassato) à +8 dpt
Indici di
rifrazione:
Aria: 1.000
Vetro: 1.520
Acqua: 1.333
Cornea: 1.376
43 dpt
Distanza Polo Cornea à Fovea Centrale = 24.4 mm
Lunghezza focale del sistema corneale = 31 mm
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ACCOMODAZIONE del Cristallino
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Accomodazione (o Rifrazione dinamica)
è un processo fisiologico che modifica il potere di rifrazione del sistema diottrico oculare
Se un oggetto si trova al punto remoto (oltre
6 metri dall’occhio) l’immagine si forma sulla
retina senza alcun intervento in quanto i raggi
paralleli convergono sul fuoco principale
posteriore che si trova sulla retina:
Rifrazione Statica
Un oggetto che si avvicina all’occhio sposta sempre
più indietro l’immagine rispetto al fuoco principale.
L’accomodazione aumenta il potere di rifrazione in
modo che il fuoco coniugato si formi sempre sulla
retina. Uno spostamento dell’oggetto richiede una
nuova accomodazione
Ampiezza dell’accomodazione:
A 10 anni: 12 diottrie; punto prossimo 8 cm
A 20 anni: 10 diottrie; punto prossimo 10 cm
A 50 anni: 2 diottrie; punto prossimo 50 cm
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• Fuoco Normale
•
•
Muscolo Ciliare rilassato: si vede la luce proveniente dall’infinito
(oltre 6 metri). Questo è il punto remoto della visione
EMMETROPIA
I muscoli si contraggono: si accorcia la lunghezza focale, si
vede un oggetto nitidamente (a fuoco) da circa 12 cm. Questo è
il punto prossimo della visione
Con il passare dell’età, l’occhio non accomoda più bene (non ha più
l’intervallo di diottrie completo dell’adulto). Per esempio, un occhio che
può mettere a fuoco in un ambito ristretto è affetto da presbiopia, e si
rende necessaria una correzione bifocale.
Il grafico mostra come, con l’età,
cambi anche il punto prossimo (il
punto più vicino che l’occhio può
mettere a fuoco). L’accomodazione,
che è una misura ottica del potere
di rifrazione del cristallino, è
espressa in diottrie
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IRIDE E PUPILLA
La regolazione della quantità di luce che entra nell’occhio
L’iride è un diaframma che porta al centro un’apertura di ampiezza variabile, la pupilla.
La funzione del diaframma è duplice: riduce la quantità di luce che raggiunge la retina e
arresta i raggi che passerebbero per le parti periferiche della cornea e del cristallino
Se si proietta un raggio di luce su un
occhio lasciando all’oscuro l’altro, la
pupilla dell’occhio stimolato si
stringe per un’azione riflessa che si
chiama
riflesso fotico diretto.
Anche l’occhio non illuminato
presenta costrizione pupillare
(riflesso fotico consensuale)
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Il riflesso fotico può portare la pupilla da un diametro massimo di 8 mm ad
un diametro minimo di 1 mm.
Costrizione pupillare provocata dalla
stimolazione parasimpatica dello strato
muscolare circolare dell’iride
Dilatazione pupillare provocata dalla
stimolazione ortosimpatica dello
strato muscolare radiale dell’iride
Questo rapporto di diametri 8:1 diventa di 16:1 se si considera l’area della pupilla. La
miosi permette dunque una riduzione marcata dell’illuminazione della retina; l’effetto
è comunque inadeguato a compensare i forti aumenti dell’intensità di stimolazione
che possono essere anche dell’ordine di 1011
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i liquidi endo-oculari
L’umore acqueo è formato dalle cellule epiteliali dei processi ciliari nella camera
posteriore; da qui fluisce poi attraverso la pupilla nella camera anteriore. Uno strato
trabecolare spugnoso (spazi del Fontana) raccoglie l’umor acqueo che viene drenato
dal canale di Schlemm nel circolo venoso
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Flusso dell’Umor Acqueo
Strato Trabecolare
Microscopia a trasmissione delle trabecole
umane (fluorescenza di proteine specifiche
– “caldesmoni”)
CORNEA
Canale di
Schlemm
Camera
ANTERIORE
Strato trabecolare
Spazi del Fontana
Glaucoma –
SCLERA
IRIDE
Drenaggio venoso
dell’umor acqueo
bloccato: aumento
della pressione intraoculare: danni a vasi
e retina
pupilla
Camera POSTERIORE
MUSCOLO
CILIARE
Processi
ciliari
Umor acqueo
Flusso Uveosclerale - è un altro sistema di drenaggio
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il liquido endo-oculare è
costituito da due parti,
1. umor acqueo
2. umor vitreo.
L’umor acqueo è un
liquido che fluisce
liberamente, mentre il
vitreo è una massa
gelatinosa tenuta
assieme da un fine
reticolo fibrillare
costituito principalmente
da molecole allungate di
proteoglicani.
L’umor acqueo viene
continuamente prodotto e
riassorbito.
L’equilibrio tra
produzione e
riassorbimento dell’umor
acqueo regola il volume
totale e la pressione del
liquido endo-oculare
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Composizione dell’umor acqueo
Rispetto al plasma, l’umor acqueo:
- È leggermente ipertonico e acido (pH 7.2)
- Ha una concentrazione di ascorbato circa 15 volte maggiore
- Ha un marcato deficit di proteine (0.02% contro il 7%)
- Leggero eccesso di cloruro e acido lattico
- Leggero deficit di sodio, bicarbonato, CO2 e glucosio
- -Rapporto albumina/globulina simile al plasma, sebbene vi sono meno gamma-globuline
- Nell’umor acqueo sono state ritrovate oltre 650 proteine diverse
Funzioni dell’umor acqueo:
Mantiene la pressione intraoculare
Fornisce i substrati (glucosio, ossigeno, elettroliti) alla cornea e al cristallino
Rimuove i prodotti metabolici (lattato, piruvato, CO2)
Probabile ruolo nel metabolismo dell’umor vitreo e della retina
L’umor vitreo (o corpo vitreo), una sostanza gelatinosa trasparente, riempie
la cavità tra la parte posteriore del cristallino e la superficie frontale della retina
composizione
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
acqua (99%)
un network di fibrille di collagene
grandi molecole di acido ialuronico
cellule periferiche (ialociti)
Sali inorganici
glucosio
acido ascorbico
Funzioni
Fornisce il nutrimento al cristallino e alla cornea
sostituisce i vasi sanguigni che, se presenti,
bloccherebbero la luce
Mantiene la forma sferica dell’occhio
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La produzione dell’umor acqueo è un processo attivo di secrezione da parte
dell’epitelio che riveste i processi ciliari. L’acqua segue la secrezione ionica per osmosi.
Velocità di formazione dell’umor acqueo: 2.0 - 3.0 µL/min
Volume della camera anteriore 250 µL
Volume della camera posteriore 60 µL
umor acqueo
acqua
Cl-
acqua
Na+
Na+, Cl-, HCO3-
acqua
Cellula
epiteliale
ciliare non
pigmentata
AQP1
AQP4
K+
regione apicale della
cellula epiteliale
ciliare non pigment.
gap junctions
regione apicale della
cellula epiteliale
ciliare pigmentata
Cellula
epiteliale
ciliare
pigmentata
H2CO3
HCO3- H+
Na+K+2Cl- Cl-
Na+
sangue
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Distribuzione delle Aquaporine (AQP - canali per l’acqua) nell’occhio
AQP4 èanche presente nelle cellule retiniche di Müller. AQP5 è anche presente nelle
cellule secretorie delle ghiandole lacrimali
AQP
AQP
H 2O
AQP e regolazione del
volume
• I movimenti di acqua
associati alla regolazione
del volume in molti casi
richiedono la presenza di
aquaporine le quali
aumentano enormemente
la permeabilità osmotica
delle cellule permettendo
un veloce riequilibrio
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La pressione endo-oculare è in media di circa 15.8 mmHg. Questo valore è da
attribuire alla resistenza al deflusso dell’umore acqueo dalla camera anteriore al
canale di Schlemm, dovuta alla trama di trabecole attraverso cui il liquido deve
passare nel suo percorso dalla camera anteriore alla parete del canale.
Nell’occhio normale alla pressione di 15.8 mm Hg, la quantità di liquido che lascia
l’occhio attraverso il canale di Schlemm è in media di 2,5 µL/min ed è esattamente
uguale all’afflusso di liquido dai processi ciliari
Pe-o = 12 – 20 mmHg
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