Il sistema ottico dell'occhio

L'occhio umano è un sistema ottico complesso costituito dalla cornea, dal fluido della camera anteriore, dal cristallino e dal corpo vitreo. Il potere refrattivo dell'occhio dipende dall'ampiezza dei raggi di curvatura della superficie anteriore della cornea, delle superfici anteriore e posteriore del cristallino, dalla distanza tra di esse e dagli indici di rifrazione della cornea, del cristallino, dell'umor acqueo e del corpo vitreo. Il potere ottico della superficie posteriore della cornea non viene preso in considerazione, poiché gli indici di rifrazione del tessuto corneale e del fluido della camera anteriore sono gli stessi (come è noto, la rifrazione dei raggi è possibile solo al confine di mezzi con indici di rifrazione diversi).

Convenzionalmente, si può ritenere che le superfici refrattive dell'occhio siano sferiche e che i loro assi ottici coincidano, ovvero che l'occhio sia un sistema centrato. In realtà, il sistema ottico dell'occhio presenta molti errori. Pertanto, la cornea è sferica solo nella zona centrale, l'indice di rifrazione degli strati esterni del cristallino è inferiore a quello degli strati interni e il grado di rifrazione dei raggi in due piani reciprocamente perpendicolari non è lo stesso. Inoltre, le caratteristiche ottiche in occhi diversi differiscono significativamente e non è facile determinarle con precisione. Tutto ciò complica il calcolo delle costanti ottiche dell'occhio.

Per valutare il potere rifrattivo di qualsiasi sistema ottico, si utilizza un'unità di misura convenzionale: la diottria (abbreviata in dptr). Per 1 dptr, si considera il potere di una lente con una lunghezza focale principale di 1 m. La diottria (D) è il valore reciproco della lunghezza focale (F):

D=1/F

Pertanto, una lente con una lunghezza focale di 0,5 m ha un potere rifrattivo di 2,0 diottrie, 2 m - 0,5 diottrie, ecc. Il potere rifrattivo delle lenti convesse (convergenti) è indicato dal segno più, quello delle lenti concave (divergenti) dal segno meno, e le lenti stesse sono chiamate rispettivamente positiva e negativa.

Esiste un metodo semplice per distinguere una lente positiva da una negativa. Per farlo, è necessario posizionare la lente a una distanza di diversi centimetri dall'occhio e muoverla, ad esempio, in direzione orizzontale. Quando si guarda un oggetto attraverso una lente positiva, la sua immagine si muoverà nella direzione opposta al movimento della lente, mentre attraverso una lente negativa, al contrario, nella stessa direzione.

Per eseguire calcoli relativi al sistema ottico dell'occhio, vengono proposti schemi semplificati di tale sistema, basati sui valori medi delle costanti ottiche ottenuti misurando un gran numero di occhi.

Il più riuscito è l'occhio ridotto schematico proposto da V.K. Verbitsky nel 1928. Le sue caratteristiche principali sono: il piano principale tocca l'apice della cornea; il raggio di curvatura di quest'ultima è di 6,82 mm; la lunghezza dell'asse antero-posteriore è di 23,4 mm; il raggio di curvatura della retina è di 10,2 mm; l'indice di rifrazione del mezzo intraoculare è di 1,4; il potere refrattivo totale è di 58,82 diottrie.

Come altri sistemi ottici, l'occhio è soggetto a diverse aberrazioni (dal latino aberratio, deviazione): difetti del sistema ottico dell'occhio che portano a una diminuzione della qualità dell'immagine di un oggetto sulla retina. A causa dell'aberrazione sferica, i raggi provenienti da una sorgente luminosa puntiforme vengono raccolti non in un punto, ma in una determinata zona dell'asse ottico dell'occhio. Di conseguenza, si forma un cerchio di diffusione della luce sulla retina. La profondità di questa zona per un occhio umano "normale" varia da 0,5 a 1,0 diottrie.

A causa dell'aberrazione cromatica, i raggi della parte a onde corte dello spettro (blu-verde) si intersecano nell'occhio a una distanza dalla cornea inferiore rispetto ai raggi della parte a onde lunghe dello spettro (rosso). L'intervallo tra i fuochi di questi raggi nell'occhio può raggiungere 1,0 diottrie.

Quasi tutti gli occhi presentano un'altra aberrazione causata dalla mancanza di sfericità ideale delle superfici refrattive della cornea e del cristallino. L'asfericità della cornea, ad esempio, può essere eliminata con l'aiuto di una piastra ipotetica che, posizionata sulla cornea, trasforma l'occhio in un sistema sferico ideale. L'assenza di sfericità porta a una distribuzione non uniforme della luce sulla retina: un punto luminoso forma un'immagine complessa sulla retina, sulla quale si possono distinguere le aree di massima illuminazione. Negli ultimi anni, l'influenza di questa aberrazione sulla massima acuità visiva è stata attivamente studiata anche in occhi "normali", con l'obiettivo di correggerla e ottenere la cosiddetta supervisione (ad esempio, con l'aiuto di un laser).

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Formazione del sistema ottico dell'occhio

Un esame dell'organo visivo di vari animali dal punto di vista ecologico testimonia la natura adattiva della rifrazione, ovvero una tale conformazione dell'occhio come sistema ottico che fornisce a ciascuna specie animale un orientamento visivo ottimale in base alle caratteristiche della sua attività vitale e del suo habitat. A quanto pare, non è casuale, ma storicamente ed ecologicamente condizionato, che gli esseri umani abbiano prevalentemente una rifrazione prossima all'emmetropia, che garantisce al meglio una visione nitida sia degli oggetti lontani che di quelli vicini, in base alla varietà delle loro attività.

L'avvicinarsi regolare della rifrazione all'emmetropia osservato nella maggior parte degli adulti si esprime in un'elevata correlazione inversa tra le componenti anatomiche e ottiche dell'occhio: nel processo di crescita, si manifesta una tendenza a combinare un maggiore potere refrattivo dell'apparato ottico con un asse antero-posteriore più corto e, viceversa, un potere refrattivo inferiore con un asse più lungo. Di conseguenza, la crescita dell'occhio è un processo regolato. La crescita dell'occhio non deve essere intesa come un semplice aumento delle sue dimensioni, ma come una formazione mirata del bulbo oculare come sistema ottico complesso sotto l'influenza delle condizioni ambientali e del fattore ereditario, con le sue caratteristiche specifiche e individuali.

Delle due componenti - anatomica e ottica - la cui combinazione determina la rifrazione dell'occhio, quella anatomica è significativamente più "mobile" (in particolare, le dimensioni dell'asse antero-posteriore). È principalmente attraverso di essa che si realizzano le influenze regolatrici dell'organismo sulla formazione della rifrazione dell'occhio.

È stato accertato che gli occhi dei neonati, di norma, presentano una rifrazione debole. Con lo sviluppo dei bambini, la rifrazione aumenta: il grado di ipermetropia diminuisce, l'ipermetropia debole si trasforma in emmetropia e persino in miopia; gli occhi emmetropi in alcuni casi diventano miopi.

Durante i primi 3 anni di vita di un bambino, si verifica una crescita intensa dell'occhio, con un aumento della rifrazione della cornea e della lunghezza dell'asse anteroposteriore, che all'età di 5-7 anni raggiunge i 22 mm, ovvero circa il 95% delle dimensioni di un occhio adulto. La crescita del bulbo oculare continua fino ai 14-15 anni. A questa età, la lunghezza dell'asse oculare si avvicina ai 23 mm e il potere refrattivo della cornea raggiunge le 43 diottrie.

Man mano che l'occhio cresce, la variabilità della sua rifrazione clinica diminuisce: aumenta lentamente, cioè si sposta verso l'emmetropia.

Nei primi anni di vita di un bambino, il tipo di rifrazione predominante è l'ipermetropia. Con l'aumentare dell'età, la prevalenza dell'ipermetropia diminuisce, mentre la rifrazione emmetropica e la miopia aumentano. La frequenza della miopia aumenta in modo particolarmente evidente a partire dagli 11 ai 14 anni, raggiungendo circa il 30% tra i 19 e i 25 anni. La quota di ipermetropia ed emmetropia a questa età è rispettivamente di circa il 30 e il 40%.

Sebbene gli indicatori quantitativi della prevalenza dei singoli tipi di rifrazione oculare nei bambini, forniti da diversi autori, varino in modo significativo, il modello generale di cambiamento della rifrazione oculare con l'avanzare dell'età sopra menzionato rimane.

Attualmente, si sta cercando di stabilire valori medi di riferimento per la rifrazione oculare nei bambini e di utilizzare questo indicatore per risolvere problemi pratici. Tuttavia, come dimostra l'analisi dei dati statistici, le differenze nell'ampiezza della rifrazione nei bambini della stessa età sono così significative che tali valori possono essere solo condizionati.

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