Optik 3.1 Patologie

•  Zapfen sind für das Sehen bei Tageslicht zuständig. 
•  Es existieren drei Zapfensorten für die Farbunterscheidung (rot, grün, blau). 
•  Hohe zentrale Sehschärfe in der Fovea. 
•  Zapfen reagieren bei einer Wellenlänge von 555 nm am empfindlichsten. 
•  Anzahl der Zapfen: etwa 6,5 Mio. 

Die spektrale Empfindlichkeit der Netzhaut liegt, je nach Alter, zwischen 380 - 780 nm. 

Purkinje-Effekt

• Da die Stäbchen blauempfindlicher als die Zapfen sind, kommt es zu einer geänderten Farbwahrnehmung, die vor allem in der Dämmerung merkbar ist, sobald die Dunkeladaptation einsetzt. D.h. rot-orange-gelbfarbtöne werden weniger intensiv wahrgenommen und manche Blautöne erscheinen wesentlich leuchtender.  
• Im Gegensatz zu den Stäbchen lässt sich bei den Zapfen durch gelbe Brillengläser ein gesteigertes Kontrastempfinden erreichen, da die Gläser die kurzwellige, blaue, kontrastvermindernde Strahlung herausfiltern.. 

•  Photopisches Sehen  =   Tagessehen        =   Zapfen 
•  Mesopisches Sehen   =   Dämmerungssehen   =   Stäbchen und Zapfen 
•  Skotopisches Sehen  =   Nachtsehen        =   Stäbchen 

Beim photopischen Sehen ist die Sehschärfe am grössten. Beim skotopischen Sehen ist die Sehschärfe gerin-ger, vor allem können Details mit geringem Kontrast nicht mehr wahrgenommen werden. Da im Bereich der Fovea keine Stäbchen vorhanden sind, muss das Objekt beim skotopischen Sehen ausserhalb der Fovea sein (man muss also „daneben“ schauen), um die beste Empfindlichkeit des Auges zu erreichen. 

Im Erwachsenenalter absorbiert die Augenlinse das langwellige UV-Licht. Das Kleinkind hat aber ein sogenanntes UV-Fenster. Während der Entwicklung der Linse bildet sich ein Eiweiss, das die Absorption von UV-Licht bewirkt. Die Bildung dieses Eiweisses wird durch die UV-Strahlung selbst hervorgerufen. Eine zu hohe Belastung des kindlichen Auges hat aber eine Schädigung der Netzhaut zur Folge. Daher darf das Kleinkind keiner intensiven UV-Strahlung (Gebirge, Meer) ausgesetzt werden, sondern muss in dieser Situation mit einer Sonnenbrille geschützt werden. 

Mit zunehmendem Alter (ab ca. 50 Jahre) verliert der Mensch (bedingt durch den Alterungsprozess der Augenlinse) die Fähigkeit kurze Wellenlängen im Spektrum zu erkennen. Dadurch erscheinen Blautöne nur noch schwarz. Blaues Licht wird durch die Augenlinse absorbiert und erreicht die Netzhaut nicht mehr. Nach entfernen der Augenlinse, z.B. nach einer grauen Star Operation, trifft nun ungewohnt viel Blaulicht auf die Netzhaut und ein typisches Blau-Sehen wird empfunden. 

1.  Zersetzten der Sehstoffe in den Rezeptoren der Netzhaut 

2.  Fliessen von Aktionsströmen in den Rezeptoren 

3.  Umschalten und verstärken der Ströme in den Ganglien- und Bipolarzellen 

4.  Weiterfliessen der Ströme zu den lateralen Kniehöckern und Umschalten der Ströme 

5.  Weiterfliessen durch die gratioletsche Sehstrahlung 

6.  Verarbeitung in der Sehrinde 

7.  Projektion des Seheindruckes

•  Latenzzeit des Auges (20/1000 sek) Vom Auftreten des Lichtreizes bis zum Einsetzen der Nervenerregung. Zeit, in der die Pigmente zerfallen. 
•  Leitungszeit (2/1000 sek) Weiterleitungsdauer innerhalb der Nervenfasern vom Auge zum Sehzentrum. 
•  Latenzzeit des Sehzentrums (13/1000 sek) Verarbeitungsdauer innerhalb des Sehzentrums des Gehirns. 
 
Dies ergibt eine totale Empfindungszeit von 35/1000 sek, also etwa 3/100 sek. Allgemein wird die Empfindungszeit des Auges mit zunehmender Intensität des Lichtes kürzer. 
 

Die Dauer des Reizes und die Dauer der Empfindung stimmen zeitlich nicht überein. Die Empfindung setzt nicht nur später ein als der Reiz, sie dauert auch nach dem Abschalten des Reizes noch eine gewisse Zeit an. Die Empfindung wiederholt sich auch noch innerhalb mehrerer Sekunden nach Abschalten des Reizes. Diese Vorgänge werden als Nachbilder bezeichnet. 

Das Auge kann nur eine begrenzte Anzahl Bildeindrücke pro Sekunde wahrnehmen. Wird die Reizfolge sehr schnell, empfindet das Auge die einzelnen Reize als einheitliche Lichtempfindung und kann sie nicht mehr getrennt wahrnehmen. Man spricht von der Flimmerfusionsfrequenz. Im peripheren Gesichtsfeld ist diese Frequenz höher, d.h. der zeitliche Abstand zweier Lichtimpulse, die noch getrennt wahrgenommen werden, ist kürzer.  

•  beim Film, damit die einzelnen Bilder zu einem Ganzen verschmolzen werden können. 
•  bei Leuchtstoffröhren, damit das Licht "ruhig" erscheint. 
•  bei Spielzeugen, damit der Kreisel als kontinuierliche Bewegung gesehen wird. 

Die elektromagnetischen Strahlen mit einer Wellenlänge von 380 – 780 nm nennt man sichtbares Licht. Diese Wellenlängen lösen im Sehapparat des Auges eine Sehempfindung aus. Strahlen ausserhalb des sichtbaren Lichtes werden absorbiert und reflektiert und lösen keinen Sehprozess aus. Diese Strahlungen ausserhalb des Bereiches des sichtbaren Lichtes können sogar schädlich sein für das Auge. 

Die Infrarotstrahlung (780 nm bis 1‘000‘000 nm = 1 mm) zeichnet sich dadurch aus, dass sie im Wasser stark absorbiert wird. Es kommt zu einer Erwärmung des betreffenden Gewebes. Beim Auge erfolgt die Ab-sorption von Infrarot vor allem im Bereich der Horn- und Bindehaut durch die dort vorhandene Tränenflüssigkeit und durch das Kammerwasser.  

Glasbläserstar: Durch jahrelange Arbeit mit glühenden Materialien kann eine Linsentrübung hervorgerufen werden. 
Verbrennungen der Netzhaut: Durch den direkten Blick in die Sonne kommt es zu einer Schädigung der zentralen Netzhautpartien durch sichtbares Licht und teilweise IR-A Strahlung (780 nm bis 1400 nm). 

• Das langwellige UV (UV-A) reicht von ca. 380-315 nm. Die Absorption erfolgt beim Auge hauptsächlich durch die Augenlinse. Es besteht die Gefahr von Katarakt (grauem Star).  
• Das mittlere UV (UV-B) reicht von ca. 315-280 nm. Es wird durch die Hornhaut und Augenlinse absorbiert und kann zu Bindehaut- und Hornhautentzündungen bis hin zu Schneeblindheit mit Lidschlusskrampf führen. Ebenso werdenBindehautwucherungen wie das Pterygium durch UV-Strahlung assoziert.  
• Das kurzwellige UV (UV-C) reicht von ca. 280-100 nm. Es ist in der Sonnenstrahlung vorhanden, wird aber beim Durchdringen der Atmosphäre vollständig verschluckt. Dieses kurzwellige UV erreicht die Erdoberflä-che praktisch nicht. Hingegen gibt es künstliche Lichtquellen, welche sehr kurzwellige UV-Anteile ausstrahlen und für unser Auge schädlich sind. 

Grundsätzlich löst diese Strahlung im Wellenlängenbereich von 380 – 780 nm keine Schäden am Auge hervor. In Situationen sehr intensiver Strahlung, z.B. direkter Blick in die Sonne, kann die Netzhaut doch irreversibel geschädigt werden.  Unter Umständen kann Laserlicht im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts das Auge schädigen.  

Adaption ist das Anpassungsvermögen unseres Auges an verschiedene Leuchtdichten (Lichtverhältnisse)

Die Dunkeladaptation ist die Anpassung des Auges von hellen zu dunklen Beleuchtungsverhältnissen. Sie bedeutet den Übergang vom Zapfensehen, (photopisches Sehen) über gemischtes (mesopisches Sehen), zum reinen Stäbchensehen (skotopisches Sehen). 

•  Sofortadaptation (3-6 Minuten): Es kommt zu einer Pupillenerweiterung, die Zapfen erhöhen ihre Empfindlichkeit. 
•  Daueradaptation (nach 45 Minuten): Die Stäbchen übernehmen das Sehen, die Lichtempfindlichkeit der Netzhaut ist gesteigert. Nach 20 Minuten ist bereits eine gute Empfindlichkeit der Stäbchen erreicht, aber die Adaptation ist noch nicht abgeschlossen. Das Sehen findet in Grautönen statt, die Sehschärfe ist reduziert. 

Die Helladaptation, also der schnelle Übergang von dunklen zu hellen Lichtverhältnissen, läuft wesentlich schneller. Durch das sofortige Einschalten der Zapfen dauert die Sofort-Helladaptation nur rund 50 Sekunden, in einigen Minuten ist das Auge vollständig an die Helligkeit angepasst. Dabei werden die Rezeptoren stark gereizt und geblendet.

•  α-Phase (1/20 sek) / Sofortadaption: Die Impulsaufnahme der Zapfen wird sofort reduziert. Es kommt zur Pupillenverengung. 
•  β-Phase (1-6min) / Daueradaptation: Eigentliche Anpassung der Zapfen, wichtig sind die ersten 6 Minuten. Es sind vorübergehend Blendeffekte möglich, die Farbenwahrnehmung ist gewährleistet. Es kommt zu einer Bleichung des Rho-dopsins der Stäbchen, das Stäbchensehen fällt praktisch aus. 

Hier ist die gesamte Netzhautfläche betroffen. Es entsteht sonst eine Absolutblendung 1 , das heisst, es herrscht eine zu grosse Leuchtdichte eines Bildes (z.B. Gletscher). 

Sind jedoch Leuchtdichtenunterschiede im Gesichtsfeld vorhanden, müssen in der Netzhaut einzelne Ab-schnitte ihre Empfindlichkeit anpassen, eben lokal adaptieren. Ein Beispiel ist, wenn eine Person am Fenster steht und die Sonne direkt in das Zimmer scheint. Die Lokaladaptation bewirkt eine Visusverschlechterung, welche bestehen bleibt, solange die Leuchtdichtenunterschiede vorhanden sind, und wirkt sehr störend. Ursache davon ist die Relativblendung 1 , welche durch zu grosse Leuchtdichtenunterschiede des Bildes zu Stande kommt  

Sie findet bei Übergängen dunkel zu hell statt. Wird das Auge nur eine relativ kurze Zeit, das heisst wenige Sekunden, durch eine Änderung in der Leuchtdichte gestört, so findet nur eine Momentadaptation statt. Es bleiben dieselben Adaptationszustände bestehen wie vor der Blendung. Ohne diese Momentadaptation wäre ein normales Sehen im Strassenverkehr nachts nicht möglich, d.h. eine kurze Blendung eines entgegenkommenden Autos würde die Dunkeladaptation wie „zerstören“ und dies wäre hinderlich bis gefährlich auf der dunklen Strasse. 

Blendung ist jede grössere Störung des Adaptationszustandes. Eine Blendung beeinträchtigt viele der Seheigenschaften, wie zum Beispiel die Kontrastwahrnehmung. Eine Blendquelle ist umso störender, je näher sie der Blicklinie liegt. Also der direkte Blick in eine Lampe bewirkt eine viel stärkere Blendung als der Blick an der Lampe vorbei. Eine Blendung kann auf verschiedene Arten zustande kommen. 

Wenn der Adaptationszustand des Auges nicht mit dem veränderten Lichtverhältnis übereinstimmt, d. h. wenn sich das Auge nicht genügend schnell an wechselnde Lichtverhältnisse anpassen kann. Zum Beispiel kommt dies nachts beim Autofahren durch entgegenkommende Autoscheinwerfer zustande. Es kommt zu einer plötzlichen Änderung der durchschnittlichen Helligkeit im Gesichtsfeld. 

Innerhalb des Gesichtsfeldes herrschen zu grosse, gleichzeitig bestehende Leuchtdichtenunterschiede. Dies kommt beispielsweise vor bei unvorteilhaft angebrachten Lichtquellen in einem Raum. 

Im Gesichtsfeld sind Leuchtdichtenunterschiede vorhanden, welche die Adaptationsfähgigkeit des Auges übersteigen.