VLIV OSVĚTLENÍ PŘI VYŠETŘENÍ ZRAKU

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA Lékařská fakulta VLIV OSVĚTLENÍ PŘI VYŠETŘENÍ ZRAKU Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: MUDr. Lenka Forýtková, CSc. Brno, Duben 2011 Autor bakalářské práce: Zuzana Pelcová Optometrie

2 ANOTACE: Autor: Zuzana Pelcová Název bakalářské práce: Vliv osvětlení při vyšetření zraku Vedoucí bakalářské práce: MUDr. Lenka Forýtková, CSc. Klíčová slova: osvětlení, vliv osvětlení, zraková ostrost, barvocit Tato bakalářská práce se zabývá vlivem osvětlením na vyšetření zraku. Nejprve je vysvětlen samotný pojem osvětlení, jeho typy, zdroje a požadavky na osvětlení v různých pracovních a obytných prostorech, očních vyšetřovnách a při činnostech s různou zrakovou náročností. Dále je zde popsána anatomie a biochemie sítnice, schopnost adaptace včetně jejich mechanismů a poruch. Hlavní část bakalářské práce tvoří popis vlivu osvětlení na vyšetření zrakové ostrosti a barvocitu. Vlivy na jednotlivá vyšetření jsou rozděleny do samostatných kapitol, ve kterých je také charakterizována zraková ostrost nebo barvocit a vyjmenovány metody jejich vyšetření.

3 ANNOTATION: Author: Zuzana Pelcová Title of thesis: Effect of illumination on eye examination Thesis supervisor: MUDr. Lenka Forýtková, CSc. Keywords: illumination, effect of illumination, visual acuity, color vision This work deals with illumination and its effects on eye examination. At first is explained the term of lighting, its types, sources, and lighting requirements in various working and residential room, room for eye examination and activities with different visual demands. Futher there is described the anatomy and biochemistry of the retina, the ability to adapt including their mechanisms and disorders. The main part of the bachelor thesis are describing the impact of lighting on visual acuity and color vision. Effect on individual examination are divided into separate sections, which is also characterized by visual acuity or color vision and listed the methods of examination.

4 Prohlašuji, že jsem bakalářkou práci na téma Vliv osvětlení při vyšetření zraku zpracovala samostatně za pomocí vedoucí bakalářské práce, pramenů a literatury, které jsem uvedla v seznamu použité literatury. A dále souhlasím, aby byla tato práce uložena v knihovně Lékařská fakulty Masarykovy univerzity a byla zpřístupněna studijním účelům.... Zuzana Pelcová

5 Děkuji vedoucí mé bakalářské práce MUDr. Lence Forýtkové, CSc. za cenné připomínky a rady, které mi v průběhu psaní bakalářské práce poskytla.

6 OBSAH: 1. ÚVOD OSVĚTLENÍ Fotometrické veličiny Základní skupiny osvětlení Světelné zdroje Přírodní zdroje Zdroje umělého osvětlení Zdroje na principu teplotního záření Zdroje na principu elektrického výboje Chemické zdroje Zdroje přímo emitující světlo Měření osvětlení Postup při návrhu osvětlení Ideální osvětlení Osvětlení vyšetřoven Oční vyšetřovny Osvětlení pracoviště SÍTNICE (RETINA) Struktura sítnice Buňky sítnice Úseky sítnice se zvláštní strukturou Působení světla na sítnici ADAPTACE Zornice Adaptace sítnice Skotopické, fotopické a mezopické vidění Adaptace na barvy Poruchy adaptace na světlo a na tmu Oslnění Adaptometr... 26

7 5. VLIV OSVĚTLENÍ PŘI VYŠETŘENÍ ZRAKU Vliv osvětlení při vyšetření zrakové ostrosti Rozlišovací schopnost Zraková ostrost Vyšetření zrakové ostrosti Vztah mezi zrakovou ostrostí a osvětlením Vliv osvětlení při vyšetření barvocitu Mechanismus barevného vidění Barvocit Vyšetřování barvocitu Poruchy barvocitu Vliv osvětlení ZÁVĚR SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY SEZNAM CITACÍ SEZNAM POUŢITÝCH OBRÁZKŮ SEZNAM POUŢITÝCH TABULEK... 57

8 1. ÚVOD Vliv osvětlení na vyšetření zrakové ostrosti byl zkoumán již od roku I přes všechny známé výsledky těchto studií se v současné době setkáváme s rozdílnými podmínkami okolního osvětlení. Obecně je znám fakt, že pro vyšetření zrakové ostrosti je nejlepší přirozené denní osvětlení. V některých případech však nelze tuto skutečnost dodržet, a to z dispozičních důvodů, vzhledem k zatažené obloze nebo pozdní hodině vyšetření. Tyto nepříznivé podmínky jsou v současné době překonávány novými zdroji osvětlení, které zaručují stálost a přirozenost osvětlení. Při vyšetřování barvocitu jsou podmínky přirozeného osvětlení nebo zdroje světla zaručujícího osvětlení se všemi barvami spektra dodržovány, protože by došlo ke špatné interpretaci získaných výsledků a jejich vyhodnocení. 9

9 2. OSVĚTLENÍ Snaha vytvářet zdravé životní prostředí vede k tomu, že jsou kladeny větší požadavky na využití slunečního záření, denního světla a umělého osvětlení. Technický pokrok přispívá k výrobě efektivních zdrojů umělého osvětlení, jejichž použití v dostatečné míře splňuje požadavky na osvětlení v různých prostorech. Mezi tyto požadavky patří: výše a rozložení hladin osvětlenosti a jasu, volba vhodného spektrálního charakteru světla, možnost regulovat osvětlení, směrovost a svítivost osvětlení, stálost osvětlení, možnost vytváření soustav dynamického osvětlení. Činnost lidí, která vede k vytváření požadovaného světelného prostředí, se označuje jako osvětlování. Výsledkem je získání požadovaného osvětlení, tedy stav předmětů, který je charakterizován množstvím světelné energie dopadající na pozorované objekty, převažujícím směrem dopadu světla, stupněm rozptýlení a podobně. Odborníci označují osvětlení, jako důležitou podmínku existence a činnosti lidstva, i přesto, že světlo je pouze prostředkem získání zrakové informace, což je výsledek interakce mezi zrakovým systémem člověka a pozorovaným předmětem. Podíl zrakového systému na odlišných činnostech je různý, ale v určitých situacích má zásadní úlohu. V těchto případech se určuje vhodnost osvětlení, vychází se z fyziologie zrakového systému a z psychologických aspektů zrakového vjemu. [1] 2.1. Fotometrické veličiny Při procesu vidění není důležitá vyzářená energie světelných zdrojů za určitý čas, ale jejich výkon v daném prostoru a prostorové uspořádání.[2] Při hodnocení kvality osvětlení se posuzuje, do jaké míry osvětlení napomáhá postupu přijetí a zpracování informace přenášené světlem a usnadňuje proces vidění a vznik zrakového vjemu. [A] Proto se zaměřuje spíše na fotometrické veličiny, které respektují různou citlivost oka pro různé vlnové délky světla než na energetické veličiny, jako je zářivý tok a zářivost.[2] Světelný tok [Φ] je světelná energie, kterou zdroj vyzáří za jednotku času, schopná vyvolat zrakový počitek. Jednotkou je lumen [lm].[2,3,8] 10

10 Svítivost [I] udává prostorovou hustotu světelného toku zdroje v různých směrech. Lze ji určit pouze pro bodový zdroj, tj. pro zdroj jehož rozměry jsou zanedbatelně malé oproti vzdálenosti kontrolního bodu od zdroje záření. Jednotkou je kandela [cd].[2,3,8] Osvětlenost (intenzita osvětlení) [E] je definována jako světelný tok dopadající na určitou plochu. Jednotkou je lux [lx]. Hodnota jeden lux odpovídá jednomu lumenu na metr čtvereční.[2,3,8] Jas [L] je měrná veličina svítivosti. Jednotkou je nit [nt], což je kandela na metr čtvereční [cd*m -2 ] a stilb kandela na centimetr čtvereční.[2,3] Světelná energie [Q v ] je zářivá energie vyvolávající světelný vjem ohodnocená velikostí vjemu. Jednotkou je lumen sekunda [lm*s]. [2,3] Světlení [M v ] je světelný tok vyzařovaný plochou zdroje. Jednotkou je lumen na metr čtvereční [lm*m -2 ]. [2,3] Světelná účinnost [K] je poměr světelného toku k příslušnému zářivému toku přes stejnou plochu. Jednotkou je lumen na watt [lm*w -1 ].[2,3] 2.2. Základní skupiny osvětlení Existují tři základní skupiny osvětlení. Denní osvětlení je definováno jako sluneční osvětlení vyskytující se pouze v průběhu dne mezi západem a východem Slunce. Jedná se jak o přímé tak i o atmosférou rozptýlené světlo. Charakterizuje se pomocí svého spektrálního složení a neustálé proměnlivosti intenzity. Spektrální složení závisí na výšce Slunce nad obzorem a stavu oblačnosti. Zrakový výkon je při tomto osvětlení v průměru o čtyři procenta vyšší než při umělém osvětlení. Při využití denního osvětlení ve vnitřních prostorách musíme brát v úvahu dostatečnou zrakovou pohodu člověka při jasné, polojasné a zatažené obloze. V letních slunečních dnech je hladina intenzity osvětlení až sto tisíc luxů.[4,5,6] Umělé osvětlení doplňuje nebo zcela nahrazuje denní osvětlení a tím zajišťuje zrakovou pohodu, není ale přirozenou složkou životního prostředí a nevyhovuje zcela zrakovému analyzátoru. Umělé osvětlení potřebuje zdroj, ve kterém dochází 11

11 k přeměně jiného druhu energie na energii světelnou. Předmět nebo povrch, jež vyzařuje světlo v něm vyrobené, se nazývá světelný zdroj. Má za úkol nejen zajistit dostatečné osvětlení, ale i bezpečnost práce a potřebnou zrakovou pohodu.[6,7,8] Sdruţené osvětlení je kombinace denního a umělého osvětlení. Poměr mísení umělého a denního osvětlení by měl být minimálně jedna ku jedné. Intenzita umělé složky osvětlení by se měla pohybovat mezi dvěma sty až třemi sty luxy. Z hlediska doby použití se dělí na trvalé využívající umělé osvětlení celý den a na přechodné, které využívá umělé osvětlení jen po určitou dobu. Podle rozsahu se dělí na celkové a místní. Při celkovém sdruženém osvětlení se umělým osvětlením přisvěcuje celý prostor nebo jeho podstatná část. Při místním osvětlení se přisvěcují vybraná místa s nejmenším přístupem denního osvětlení. [4,9] 2.3. Světelné zdroje Světelné zdroje jsou zdroje elektromagnetického záření v rozsahu vlnových délek nm (tyto hodnoty jsou odlišné pro různé literární zdroje). Toto záření je pozorovatelné lidským okem a označujeme ho jako viditelné světlo. Dále se může jednat o zdroj ultrafialového záření a krátkovlnného záření, tedy elektromagnetického záření v rozsahu nm. Nejčastěji rozlišujeme světelné zdroje přírodní a umělé.[10] Přírodní zdroje K přírodním zdrojům světla patří kosmická tělesa (Slunce, hvězdy), chemické reakce (oheň), biologické zdroje (světlušky, mořští živočichové), elektrické výboje (blesk), nebo tektonické jevy (žhnoucí láva).[10] Slunce je koule žhavých plynů. Hlavními složkami jsou vodík a hélium s výskytem nepatrných stop jiných prvků. Uvnitř žhavého jádra dochází k jaderným reakcím, při kterých vzniká helium a uvolňuje se tepelná a světelná energie.[11] Blesk je přírodní elektrostatický výboj provázený emisí světla. [11] 12

12 Zdroje umělého osvětlení Jedno z hledisek, podle kterého se rozdělují zdroje umělého osvětlení, je podstata vzniku světla. Podle tohoto hlediska rozeznáváme zdroje založené na principu teplotního záření, záření elektrického výboje v plynech nebo parách kovu a luminiscence.[10] Zdroje na principu teplotního záření Zdroje na principu teplotního záření jsou nejstarší a největší skupinou zdrojů. Světlo v nich vzniká jako jedna ze složek elektromagnetického záření vyvolaného vysokou teplotou povrchu nějakého tělesa. Teplotní zdroje mají společné vlastnosti. Mezi tyto vlastnosti patří velmi nízká účinnost přeměny jiného druhu energie na světlo, velký podíl energie vyzářené v podobě tepla, spojité rozložení světla ve spektru, subjektivně příjemné vnímání světla lidským okem, závislost barvy světla na teplotě zářiče, závislost účinnosti zdroje světla na teplotě zářiče.[10] Mezi tyto zdroje osvětlení řadíme žárovku, která přeměňuje elektrickou energii na světlo. Je založena na principu zahřívání tenkého vodiče elektrickým proudem, který jím protéká. Při vysokých teplotách vlákna žárovky jsou nejčastěji vyzařovány fotony z infračervené oblasti, zčásti i z viditelného spektra. Klasické žárovky obsahují wolframové vlákno, baňka je vyrobena z měkkého sodno-vápenatého skla a vnitřní prostor je naplněn dusíkem. Speciálním druhem žárovky jsou halogenové žárovky. Rozdíl se týká atmosféry uvnitř baňky, která je obohacena o sloučeninu halového prvku, například bromu nebo jodu. Hlavní výhodou žárovek je to, že dávají stále spojité spektrum, a proto jsou používány všude tam, kde je potřeba zachovat věrnost barvy.[12] Zdroje na principu elektrického výboje U zdrojů na principu elektrického výboje se nejčastěji jedná o proud fotonů vyzářených při návratu elektronů z nestabilních poloh ve vyšších hladinách do stabilní 13

13 polohy v nižší hladině v elektronovém obalu nějakého atomu. Energie fotonů mají nespojitý průběh, rozdělený do emisních spektrálních čar nebo pásů. Vybuzeného stavu atomů je dosahováno pomocí excitace, ke které dochází různými způsoby, například vysokou teplotou, silným elektrickým polem, nárazem částic nebo elektronů s vysokou energií.[10] Do této skupiny řadíme výbojky a zářivky. Výbojky jsou uzavřené trubice, které jsou naplněny směsí různých par a plynů, podle typu. Dále je tvoří dvě nebo více elektrod, vlastní těleso, které může být vyrobeno ze skla, korundu a dalších podobných materiálů. Těleso osvětlovacích výbojek bývá často umístěno v čiré baňce, nebo je pokryta vrstvou luminoforu. Baňka je naplněna inertní atmosférou, nebo vakuovaná, pro snížení teplotních ztrát. Podle tlaku plynové náplně se dělí na vysokotlaké (sodíkové, rtuťové, halogenidové) a nízkotlaké (rtuťové, sodíkové).[10,13] Zářivka je nízkotlaká výbojka. Zářivkové těleso je dlouhá skleněná trubice se žhavícími elektrodami, naplněná rtuťovými parami a argonem. Samotný výboj září v neviditelné ultrafialové oblasti. Toto záření dopadá na stěny trubice pokryté luminoforem, který absorbuje ultrafialové záření a září ve viditelné oblasti. Různými kombinacemi luminoforu a náplně zářivkové trubice lze vyrobit zářivky bíle s různou barevnou teplotou, germicidní (pro ničení mikroorganismů, bakterií, plísní, kvasinek, virů), speciální pro pěstování rostlin, barevné, s černým světlem (UV záření s vlnovou délkou 395 nm využívané při testování pravosti bankovek).[14] Chemické zdroje světla Tyto světelné zdroje jsou založeny na principu luminiscence. Luminiscence je samovolné záření pevných nebo kapalných látek. Jedná se o vyzařování elektromagnetického záření po předchozím dodání energie. Podstatou je návrat excitovaných elektronů na základní hladinu, při které dochází k vyzařování přebytečné energie ve formě fotonů. [10,15] 14

14 Zdroje přímo emitující světlo Do této skupiny patří světelné zdroje založené na luminiscenci pevných látek, které nazýváme LED diody (Lighting Emited Diode). Luminiscence je vyvolaná elektricky prostřednictvím dějů probíhajících v PN přechodu. Vyzařování bílého světla je možné dosáhnout dvěma způsoby. Prvním z nich je aditivní míšení barev, u kterého může být ovlivněn jas a barevný tón. Dále použitím čipu modré LED, která obsahuje vrstvu aktivní hmoty. Tato hmota převede část modrého záření do oblasti jiných vlnových délek, nejčastěji do žluté oblasti spektra, protože výsledkem míšení modré a žluté je téměř bílý barevný tón vyzařovaného světla.[16] 2.4. Měření osvětlení K měření osvětlení se používají objektivní přístroje, luxmetry. Jsou tvořeny přijímačem s korigovaným fotočlánkem, opatřeným kosinusovým nástavcem a z měřícího a vyhodnocovacího systému s digitálním nebo analogovým indikátorem. Zařazují se do čtyř tříd (1,2,3,4) podle přesnosti, kterým odpovídají největší povolené celkové chyby dvě, pět, deset a dvacet procent. Pro přesná laboratorní měření se používají luxmetry třídy 1 a 2. Tyto přístroje měří v rozsahu 1 lx až 200 klx, s nástavci k měření rovinné, střední kulové, střední válcové a střední poloválcové plochy osvětlenosti. Luxmetry třídy 3 a 4 se využívají pro běžná měření. Pokud se měří umělé osvětlení, musí se vyloučit denní osvětlení a to buď měřením po setmění, nebo při zatemněných oknech. Ve vnitřních prostorách se provádí několik dílčích měření v kontrolních bodech, které tvoří čtvercovou síť. Z naměřených hodnot se určí průměrné osvětlení. Osvětlení venkovních prostor a komunikací se měří za sucha, bez sněhové pokrývky a pokud možno při čistém ovzduší. Na komunikacích se osvětlení měří 20 cm nad povrchem. Po skončení měření se vypracovává protokol a zpráva o měření, ve které se mimo jiné porovnávají naměřené hodnoty s platnými normovanými hodnotami.[17] 15

15 2.5. Postup při návrhu osvětlení Při návrhu umělého osvětlení se vychází z určení použití místnosti, z interiéru budovy a z toho zda je pro trvalý pobyt osob vyhovující osvětlení denní, nebo bude nutné použít sdružené osvětlení., někdy dokonce i umělého osvětlení. [6] Existuje několik zásad, které by měly být dodržovány při návrhu osvětlení. Mezi tyto zásady patří potřeba zajištění hladiny jasu nebo intenzity osvětlení, vytvoření rovnoměrného osvětlení, zabránění vzniku oslnění, volba správného směru osvětlení, volba přiměřené chromatičnosti světla.[6] 2.6. Ideální osvětlení Jedním z hlavních ukazatelů potřebné intenzity osvětlení je zraková náročnost vykonávané činnosti. Norma ČSN rozděluje práce do 6 tříd (tabulka 1).[6] Třída Požadavky na osvětlení Intenzita osvětlení E [lx] 1 mimořádné více než velmi vysoké vysoké průměrné malé velmi malé Tabulka 1: Doporučené hodnoty intenzit osvětlení Prostory, ve kterých pracovníci tráví více než polovinu pracovní doby a jejich práce má průměrnou nebo vysokou zrakovou náročnost, musí mít minimální hladinu intenzity osvětlení 160 luxů. V tabulce 2 je přehled pracovních a obytných prostorů a doporučené hodnoty intenzit osvětlení těchto prostor. [6] 16

16 Prostor E [lx] Prostor E [lx] rtg. ošetřovny 1 sklep, půda, schodiště 30 promítání diapozitivů, filmů 10 předsíň, prádelna, toaleta 60 toalety, kina 60 ložnice, koupelna 120 hlediště divadel, šatny, umývárny 120 dětský pokoj, obývací pokoj 150 tělocvičny 200 kuchyň, jídelna 250 konferenční místnosti, knihovny 250 místo pro zrakově náročné práce 500 posluchárny, studovny, účtárny 500 operační stoly 5000 rýsovny, výzkumné laboratoře 1000 operační pole Tabulka 2: Doporučené hodnoty intenzit osvětlení pracovních a obytných místností Osvětlení vyšetřoven V těchto místnostech jsou vysoké požadavky na osvětlení a barvy. Měly by se používat teplé zdroje světla pro navození celkové pohody pacientů. Celkové osvětlení by mělo být pět set luxů, při vyšetřování a ošetřování jeden tisíc luxů.[18] Oční vyšetřovny Příznivé podmínky pro lidské oko jsou důležité pro správné vyšetření zraku. Musí se zajistit dostatečné osvětlení zorného pole a jeho okolí při vyšetření na optotypech do blízka a do dálky, aby nedocházelo k adaptacím na různé hladiny osvětlení. Musí se zabránit oslnění, jak přímému tak i po odrazu od okolních prostor. Při vyšetření barvocitu se klade důraz na barvy. Následující tabulka 3 ukazuje typ činnosti a požadované osvětlení.[18] Druh prostoru, úkolu nebo činnosti Osvětlení / lux Celkové osvětlení 300 Vyšetření vnějšího oka 1000 Testy čtení a barvocitu na testovacích tabulkách (optotypech) 500 Tabulka 3: Požadované osvětlení při činnostech v očních vyšetřovnách 17

17 Osvětlení pracoviště Osvětlení pracoviště je jeden z nejdůležitějších předpokladů k dosažení dobré zrakové pohody při práci. Požadavky na osvětlení pro vnitřní pracovní prostory jsou normovány a udávány v luxech (viz tabulka 1, kapitola 2.4). Budování nových pracovišť se řídí podle této tabulky. Nároky je však nutné zvýšit při nevýhodných světelných podmínkách, např. jde-li o místnost bez oken a přístupu denního světla a jsou-li pracovní místa obsazena staršími lidmi. [19] Dalším z důležitých faktorů je rozdělení jasu v zorném poli. Čím jsou menší rozdíly jasu mezi viděným předmětem a informačně nedůležitými plochami v okolí, tím jsou podmínky vidění lepší. Maximální rozdíl jasu je 10:1 a minimální 1:10. Na druhou stranu z psycho-fyzikálního hlediska jsou určité kontrasty žádoucí.[19] Posledním faktorem je umístění světelných zdrojů, lesk a reflexy předmětů. Určité nepohodlí způsobují ostré stíny, což jsou velké rozdíly mezi osvětlením pracovního místa a jeho okolím, lesk a odražené světlo. [19] Osvětlení místnosti, pracovního místa a odražené světlo jsou faktory ovlivňující velikost zornice. Adaptaci a akomodaci oka ovlivňují ostré rozdíly mezi osvětlením místnosti a pracovního místa.[19] 18

18 3. SÍTNICE (RETINA) Sítnice (retina) tvoří vnitřní list vnitřní stěny oka (tunica interna). Sestává ze dvou částí, optické (pars optica retinae), která sahá od ora serrata k papile zrakového nervu, a slepé (pars coeca retinae) rozprostírající se od ora serrata k epitelu řasnatého tělíska a duhovky. Je to velmi jemná průhledná růžově zabarvená blána. Její tloušťka se pohybuje v rozmezí 0,1 až 0,3 mm. Pevně je spojena pouze s papilou a s ora serrata.[20] 3.1. Struktura sítnice Sítnice se skládá od Bruchovy membrány směrem do nitra oka z 10 vrstev (obrázek 1): 1. Pigmentový epitel (retina pigment epithelium, RPE) se na průběhu vidění účastní jen nepřímo. Obsahuje cylindrické buňky s pigmentem. [20] 2. Vrstva zevních výběţků tyčinek a čípků[20] 3. Vnější hraniční membrána (membrana limitans externa) je tvořena horizontálně probíhajícími výběžky Müllerových buněk. [20] 4. Vnější vrstva jader světločivných buněk je vytvářena buněčnými těly receptorů. Jádra čípků se nacházejí blíže vnější hraniční membráně. [20] 5. Vnější vrstva vláken (plexiformní) je spojení mezi receptory a bipolárními buňkami. [20] 6. Vnitřní jádrová vrstva je složena z jader horizontálních, bipolárních, Müllerových a amakrinních buněk. [20] 7. Vnitřní vrstvu vláken (plexiformní) tvoří neurity bipolárních buněk, dendrity gangliových buněk a synapse mezi prvním a druhým neuronem. [20] 8. Vrstva gangliových buněk obsahuje buněčná těla gangliových buněk, které svými výběžky tvoří druhý neuron sítnice. [20] 9. Vrstva zrakových nervových vláken je vytvářena neurity gangliových buněk, směřujících k papile, neuroglie a cévní kmeny retinálního cévního systému. Vlákna 19

19 mají na svém průběhu charakteristický obloukovitý průběh, jádra z makuly jdou přímo k papile. [20] 10. Vnitřní hraniční membrána (membrana limitans interna) kryje celou sítnici a odděluje ji od sklivce. [20] Obrázek 1 - Schéma struktury sítnice 3.2. Buňky sítnice Pigmentové buňky tvoří souvislý list, jsou to kubické až nízce cylindrické buňky, jejichž apexy jsou vyplněné zrnky černohnědého pigmentu melaninu. Zrnka pigmentu migrují při nadměrném osvětlení sítnice z apexů do mikroklků a výběžků a naopak. Smyslové buňky jsou děleny podle struktury a funkce. Sítnice obsahuje asi 130 miliónů těchto buněk, které se skládají z periferního a centrálního oddílu, mezi nimiž tvoří hranici zevní hraniční membrána. Do této skupiny buněk jsou řazeny tyčinky a čípky. [20] a) Tyčinky jsou zastoupeny s výjimkou fovei centralis v celé sítnici. Jejich celkový počet je asi 120 miliónů. Vnější úsek, vlastní tyčinka, obsahuje světločivné elementy a rozeznáváme na něm vnější a vnitřní výběžek. Vnější výběžek se skládá z kulovitých disků s dvojitou membránou a s na světlo 20

20 citlivou substancí zrakovým purpurem - rhodopsinem. Jeho působení je omezeno pouze na vidění za šera a za tmy. Vnitřní výběžek tvoří mitochondrie a Golgiho komplex. Zóna mezi vnitřním a vnějším výběžkem je tvořena hustou vláknitou strukturou. Vnitřní úsek tyčinky tvoří nervová vlákna kolem buněčného jádra. [20] b) Čípky mají podobnou základní stavbu jako tyčinky. Vnější úsek - vlastní čípek má podobu břichaté lahve, přičemž hrdlo tvoří vnější a tělo láhve vnitřní výběžek. Struktura vnějšího výběžku je stejná jako u tyčinky, liší se pouze v na světlo citlivé substanci, která se v tomto případě nazývá iodopsin. Vnitřní výběžek obsahuje mitochondrie. Vnitřní úsek je tvořen buněčným jádrem a nervovým vláknem, které vytváří synapsi s bipolárními buňkami.[20] Bipolární buňky tvoří první neuron sítnice a tím i zrakové dráhy. Jsou to nervové buňky sloužící jako zprostředkovatelé mezi smyslovými a gangliovými buňkami. Tato spojení mohou vznikat dvěma způsoby, individuálně, nebo difúzně. Individuální spojení je spojení jednoho receptoru s jednou bipolární buňkou. Takové spojení se nachází pouze v centru fovey a vytváří jej asi 2500 čípků. Difúzní spojení vzniká, je-li několik smyslových buněk napojeno na jednu bipolární buňku, několik bipolárních buněk na jednu gangliovou buňku nebo jedna bipolární buňka je napojena na více gangliových buněk. Bipolární buňky mohou být spojeny jak s tyčinkami, tak s čípky a tyto spoje vytváří ganglion retinae.[20] Gangliové buňky mají různou velikost, nejmenší jsou kolem centrální krajiny, větší v periferii. Spolu se svými výběžky vytvářejí druhý neuron sítnice. [20] Asociační buňky jsou ve vnitřní jádrové vrstvě sítnice. Do této skupiny buněk patří horizontální a amakrinní buňky. [20] a) Horizontální buňky se nacházejí u horní hranice vnitřní jádrové vrstvy a jejich dendrity vytváří synapse s čípky. Vybíhající neurit je znovu spojen se zakončením čípku nebo tyčinky. Vzruchy mezi nimi probíhají horizontálně a jejich přesná úloha není známa. [20] b) Amakrinní buňky, jejichž dendrity se mohou spojovat s větším množstvím gangliových buněk, mají úlohu podpůrnou a brzdící během procesu vidění. [20] 21

21 Podpůrné buňky mají úlohu vyživovací a obklopují všechny smyslové části sítnice. Řadíme sem Müllerovy podpůrné buňky a neuroglie. a) Podpůrná vlákna Müllerových buněk prostupují všemi vrstvami sítnice. b) Neuroglie je podpůrná tkáň nervového systému vyskytující se také v sítnici. Vytváří bariéru mezi nervovou a cévní tkání. [20] 3.3. Úseky sítnice se zvláštní strukturou Mezi tyto úseky řadíme papilu, foveu centralis, maculu lutea a ora serrata. Papila (papilla nervi optici) je místo, kde vystupují nervová vlákna ze sítnice do zrakového nervu. Z vrstev sítnice obsahuje pouze vnitřní hraniční membránu. Má lehké růžové zabarvení způsobené větvičkami zadních ciliárních artérií. V okraji papily jsou nervová vlákna nakupena, což způsobuje její lehké nadzdvižení. Směrem do středu je papila prohloubena a vykazuje fyziologickou exkavaci. [20] Fovea centralis je 1,5 mm velká oblast na zadním pólu oka, nazývaná také jamka nejostřejšího vidění. V jejím centru leží 0,3 mm velká foveola, která obsahuje pouze čípky. [20] Macula lutea (žlutá skvrna, centrální krajina) je oblast kolem fovey 3-5 mm velká, její žlutavé zabarvení je způsobeno pigmentem xantofylinem. V tomto místě je sítnice ztenčena, obsahuje pouze čípkové buňky s periferními výběžky. [20] Ora serrata je obloukovitá klikatá linie, na které přechází optická část sítnice na slepou část. Sítnice se zde ztenčuje, protože se redukují smyslové, nervové části a podpůrné elementy sítnice. [20] 3.4. Působení světla na sítnici Princip vidění tyčinek a čípků je stejný. Hlavní bílkovina disků tyčinek rhodopsin se skládá z bílkovinné složky opsinu a vlastního fotoreceptoru 11 cis retinalu. Po dopadu světla na sítnici dochází k izomeraci retinalu do all-trans konfigurace. Následují změny v bílkovinné části rhodopsinu a kaskáda enzymatických změn. Tyto změny zahrnují vazbu GTP na 22

22 bílkovinu transducin, její rozdělení na dvě podjednotky, hydrolýzu cgtp, uzavření kanálu pro sodíkové ionty a hyperpolarizaci membrány. Hyperpolarizace se šíří do oblasti synapse, kde snižuje uvolňování synaptického mediátoru. Generuje se signál, který vede ke vzniku akčních potenciálů v gangliových buňkách, které jsou vedeny do mozku. [22] Po přechodu retinalu do trans-formy se uvolňuje z vazby na opsin. Za tmy může znovu přejít na cis-formu a vytvořit komplex s opsinem a část ho přechází do krve a je transportován do jater.[22] 23

23 4. ADAPTACE Adaptace je schopnost zraku přizpůsobit se různým hladinám osvětlení. Jako adaptační mechanismy označujeme změny velikosti zornice, změny citlivosti fotoreceptorů, změny velikosti vjemových polí sítnice, přechod mezi fotopickým a skotopickým viděním a adaptace na barvy. Barevné vidění začíná při osvětlení větším než jeden lux, z čehož vyplývá, že při osvětlení 0,1 luxů, které odpovídá pomezí tmy, není člověk schopen rozeznat barvy. Z klinického hlediska zkoumáme jednak adaptaci na světlo, jednak adaptaci na tmu, která má větší význam. Fotopigment tyčinek a čípků zajišťuje schopnost měnit práh citlivosti na světlo.[21,23] 4.1. Zornice Průměr zornice se mění v rozsahu 1,8 až 7,5 mm, změna průměru trvá 360 až 380 ms. Zvýšení hladiny osvětlení má za následek zúžení zornice a naopak.[23] 4.2. Adaptace sítnice Fotochemický děj, probíhající ve vnějších segmentech fotoreceptorů, je hlavním adaptačním mechanismem. Jedná se o rozklad zrakových pigmentů vlivem světla a syntézu pigmentů vlivem tmy. Adaptace čípků je v prvních minutách rychlá, ale málo vydatná. Zatímco adaptace tyčinek, která je mnohem vydatnější, trvá minut. Maxima dosahuje za 45 minut.[21,23] Při adaptaci na světlo, při přechodu ze tmy na světlo, se zmenšuje citlivost fotoreceptorů vlivem rozkladu pigmentů. Tento děj trvá asi 1 minutu a doznívá 10 minut. Při adaptaci na tmu, při přechodu ze světla do tmy, dochází k tvorbě pigmentů. Trvá několik minut při vysokých hladinách osvětlení, při nízkých i několik hodin. Důsledkem adaptace oka na tmu je Purkyňův jev (posun spektrální citlivosti sítnice ke kratší vlnové délce).[23] Dalším a mnohem dokonalejším adaptačním mechanismem sítnice je zmenšování vjemových polí při vysokých hladinách osvětlení a jejich zvětšování při nízkých 24

24 hladinách. Vjemové pole je část sítnice, která po dopadu světla podráždí jedno vlákno zrakového nervu.[23] 4.3. Skotopické, fotopické a mezopické vidění Čípky, které jsou rozdělovány do třech skupin podle jejich spektrální citlivosti, se uplatňují při vysoké hladině osvětlení. Toto vidění je označováno jako fotopické vidění. Jedná se o vidění okem adaptovaným na světlo, jde o ostré, barevné, denní vidění. Tyčinky jsou asi tisíckrát citlivější než čípky a uplatňují se při skotopickém vidění. Jde o vidění okem adaptovaným na tmu, které je nebarevné neostré s centrálním skotomem a s velkou citlivostí k nízkým hladinám osvětlení. Mezopické vidění je vidění, při které se uplatňují tyčinky i čípky.[21,23] 4.4. Adaptace na barvy Adaptace na barvy zajišťuje stálost vnímání barevných tónů i při velkých změnách spektrálního složení světla.[23] 4.5. Poruchy adaptace na světlo a na tmu Jako poruchu adaptace na světlo označujeme oslnění. Zrak je náhle vystaven vysokému jasu, že se není schopen ihned adaptovat. Při nižších stupních oslnění může vzniknout bolest hlavy a očí. Při vyšších stupních oslnění se vidění zhoršuje a vzniká oslepující oslnění. Poruchou adaptace na tmu je šeroslepost, hemeralopie. Ta může být vzácně vrozená a získaná, způsobená hypovitaminózou A, poruchou resyntézy rhodopsinu, a následek poruchy pigmentového a smyslového epitelu sítnice.[22] 25

25 Oslnění Je to nepříznivý stav zraku, který vzniká jako následek vystavení sítnice výrazně vyššímu jasu než na který je oko adaptováno. Tento jas označujeme jako adaptační. Jedná se o průměrný jas zorného pole ovlivňující všechny funkce oka. Oslnění negativně ovlivňuje činnost zrakového systému, protože zamezuju vstupu informací přinášených světlem do oka. Podle příčiny se oslnění dělí na přímé, odrazem, přechodné, závojové a kontrastem. Přímé oslnění je způsobeno nadměrným jasem hlavních povrchů prostoru a osvětlení. Příčinou oslnění odrazem jsou odrazy na lesklých částech pozorovaných předmětů.[24] Náhlou změnou adaptačního jasu, které se zrakový systém nestačí rychle přizpůsobit je označováno jako oslnění přechodné. Závojové oslnění vzniká, pokud je před pozorovaným pozadím prostředí s vyšším jasem. Oslnění kontrastem je způsobené výskytem příliš vysokých jasů v zorném poli ve srovnání s jasy, na které je oko adaptováno. Tento druh oslnění se dále dělí podle psychofyziologických následků na oslnění psychologické (pozorovatelné, rušivé) a fyziologické (omezující, oslepující).[24] 4.6. Adaptometr Slouží ke zjištění nejnižšího osvětlení, které vyšetřovaný právě odliší od tmy. Vyšetření začíná adaptací na světlo. Pacient se dívá 10 minut na jasně osvětlenou plochu. Poté jsou pacientovi nabízeny v krátkých intervalech hraniční osvětlení, které právě odliší od tmy. Z vyšetření získáme adaptační křivku závislosti narůstající citlivosti sítnice na délce pobytu ve tmě. V prvních minutách adaptace rychle roste. V intervalu mezi třetí až osmou minutou se objeví Kohlrauschův zářez. Tento zářez odděluje rychlejší adaptaci čípků od pomalé adaptace tyčinek. Křivka dále volně stoupá do čtyřicáté minuty.[21] 26

26 5. VLIV OSVĚTLENÍ PŘI VYŠETŘENÍ ZRAKU 5.1. Vliv osvětlení při vyšetření zrakové ostrosti Rozlišovací schopnost Rozlišovací schopnost je důležitý parametr každé optické soustavy. U emetropického oka se bod zobrazí na sítnici jako rozptylový kroužek. Z pohledu geometrické optiky dokáže oko rozlišit dva body, leží-li mezi jejich obrazy jeden neosvětlený čípek. Tato úhlová vzdálenost se nazývá minimum separabile, její velikost je 1. Hodnota byla vypočítaná jako podíl rozměru čípku 0,005 mm v centrální oblasti a vzdálenost sítnice od obrazového uzlového bodu podle Gullstrandova modelu 17 mm a bývá používaná jako referenční hodnota při posuzování kvality vidění.[25] Zraková ostrost Zraková ostrost je maximální schopnost oka rozlišit nejjemnější detaily. Je nejvyšší v centru žluté skvrny a tato zraková ostrost se označuje jako centrální. Je ovlivňována fyzikálními, fyziologickými a psychologickými faktory.[26] Vyšetření zrakové ostrosti Při vyšetřování zrakové ostrosti vycházíme z rozlišitelnosti dvou bodů jako dva body. Světelné body se zobrazí na dvou čípcích, vždy ob jeden čípek. Zrakovou ostrost můžeme měřit objektivními a subjektivními metodami.[26] Objektivní metody nesplňují podmínky dostatečné přesnosti, na druhé straně umožňují měřit zrakovou ostrost i u malých dětí. Mezi objektivní metody patří skiaskopie, výsledký získané z Hartingerova koincidenčního refraktometru a autorefraktometru. [22,26] K subjektivnímu vyšetřování používáme ke zjišťování zrakové ostrosti optotypy, nejčastěji Snellenovy. Jedná se o tabuli, na které jsou jednotlivé znaky vepsány do čtverce o straně pět minut a jejichž velikost se zmenšuje. Vyšetřovací vzdálenost je 27

27 rovna vzdálenosti, ve které je tloušťka čáry tvořící znak a detail znaku viditelný pod úhlem jedna minuta. Výsledná zraková ostrost může být zapisována ve formě zlomku, v jehož čitateli je uvedena vyšetřovací vzdálenost a ve jmenovateli číslo příslušného řádku, který vyšetřovaná osoba ještě přečetla, nebo ve formě desetinného čísla.[22,26] Vztah mezi zrakovou ostrostí a osvětlením Již v roce 1754 astronom Tobias Mayer zkoumal vztah mezi zrakovou ostrostí a osvětlením. Tvrdil, že ostrost zraku se zvyšuje jako šestá odmocnina intenzity osvětlení. V roce 1876 Posch došel k závěru, že se zraková ostrost mění téměř logaritmicky s intenzitou osvětlení, i přes to, že použil malý rozsah osvětlení. Tento vztah byl potvrzen v roce 1873 Kleinem a 1883 Cohnem. Uhthoff v letech 1886 a 1890 zkoumal tento vztah pomocí bílého a barevného světla s velkým rozsahem osvětlení. Z jeho údajů je zřejmé, že průběh křivky závislosti zrakové ostrosti na osvětlení není lineární, ale esovitý. Již tato data mohla být považována za základní, ale v roce 1897 Koenig stanovil tento vztah s bílým světlem velmi podrobně a komplexně. Grafické znázornění vztahu osvětlení bílým světlem a zrakovou ostrostí je na obrázku 2. Hodnota osvětlení byla vynásobená koeficientem 0,18 a převedena na mililamberty. Základní křivka je tvořena třemi čárami, čárou s malým sklonem, se strmým sklonem a vodorovnou čarou. Pro každou čáru platí, že se zraková ostrost mění jako logaritmus osvětlení. [27] Obrázek 2 Graf závislosti zrakové ostrosti na osvětlení podle Koeniga 28

28 V dalších letech nebyl vztah mezi osvětlením a zrakovou ostrostí téměř zkoumán, tudíž se tento stav příliš neměnil, až do doby vydání několika recenzí. V těchto recenzích bylo uvedeno, že rozsah použitého osvětlení není dostačující a že zraková ostrost nezávisí pouze na osvětlení, ale také na vzdálenosti testového objektu od pozorovatele, velikosti pupily, jasu a rozsahu zorného pole obklopující testovou značku.[27] Protože bylo navrhnuto, aby se Koenigova data použila jako základní pro studii vztahu mezi zrakovou ostrostí a osvětlení, bylo potřeba získat nové údaje pokrývající větší rozsah osvětlení. Toto měření prováděli Roelofs a Zeeman sami na sobě. Používali čtyři různé druhy zkušebních objektů. Vzdálenost těchto testových předmětů byla různá a musela být přepočítána na vzdálenost použitou Koenigem, která odpovídala běžné vyšetřovací vzdálenosti v oftalmologické praxi. Data získaná ze čtyř samostatných měření byla přepočítána a jejich graf je uveden na obrázku 3. [27]. Obrázek 3 Graf závislosti zrakové ostrosti na osvětlení podle Roelofse a Zeemana 29

29 Srovnáním obou grafů se dospělo k závěru, že Koenigova data jsou nejkomplexnějším vyjádřením změny zrakové ostrosti v závislosti na změně osvětlení. [27] Pro další studie vlivu osvětlení na zrakovou ostrost byl navržen přístroj, který obsahuje testové značky různé velikosti, vyšetřovací vzdálenost je jeden metr a osvětlení můžeme měnit pomocí filtrů o 0,3 logaritmické jednotky. Měření bylo prováděno na dvou různých typech testových značek, přerušovaném kruhu a mřížce. Bylo prokázáno, že při zvolení určité testové značky, jako je mřížka, má na zrakovou ostrost vliv i velikost pupily.[27,28] V roce 1896 přišel Helmholtz s tvrzením, že nízká zraková ostrost při slabém osvětlení má souvislost s rozlišovací schopností. Broca v roce 1901 předpokládal, že při vysokém osvětlení putuje pigment sítnice mezi jednotlivými čípky, stahuje je a tak snižuje jejich průměr. Dále tvrdil, že spojení mezi světločivnými elementy a nervovými vlákny není přesně stanoveno a se snížením osvětlení vzroste počet tyčinek a čípků spojených s jedním nervovým vláknem. [27,28] Všechny tyto teorie nijak nepřispěly k pochopení vztahu mezi zrakovou ostrostí a osvětlením. Jediným přínosem bylo Koenigovo rozšíření jeho teorie. Podle které, první část křivky s nízkým sklonem znázorňuje funkci tyčinek, zbylá část funkci čípků.[27,28] V roce 1927 se Selig Hecht pokusil vysvětlit vztah mezi zrakovou ostrostí a osvětlením na základě změny počtu aktivních světločivných elementů. Tvrdí, že tyčinky a čípky fungují jako samostatné jednotky nebo skupiny jednotek. S poklesem zrakové ostrosti klesá i rozlišovací schopnost oka. Ale jelikož je počet tyčinek a čípků na sítnici anatomicky přesně dán, je tato změna doprovázená změnou počtu aktivních světločivných buněk na jednotku plochy sítnice, která se může změnit až stokrát. Tato teorie vychází z tvrzení, že citlivost tyčinek a čípků není stejná. Při nízké zrakové ostrosti je vzdálenost mezi dvěma aktivními světločivnými buňkami velká a s rostoucí zrakovou ostrostí se tato vzdálenost zmenšuje. [27,28] Z grafu na obrázku 4 je také patrné, že křivky závislosti mají stejný průběh. Liší se pouze polohou a výškou souřadnic a můžeme z něj odečítat počet aktivních světločivných elementů při určité hladině osvětlení. Intenzita osvětlení je zde dána 30

30 počtem fotonů. Tato jednotka byla zavedena Trolandem a odpovídá osvětlení sítnice při jasu 1 mililammbert a velikosti pupily 1 čtvereční milimetr. [27,28] Obrázek 4 - Graf závislosti počtu aktivních světločivných elementů na hladině osvětlení Modifikací tohoto obrázku je obrázek 5, který znázorňuje závislost množství jednotlivých světločivných elementů vyjádřených zrakovou ostrostí na různých hladinách osvětlení ve fotonech. Toto vyjádření počtu tyčinek a čípků bylo zvoleno proto, že skutečné množství světločivných elementů na jednotku plochy sítnice závisí na volbě okrsku sítnice.[27] Obrázek 5 Graf závislosti množství jednotlivých světločivných elementů vyjádřených zrakovou ostrostí na hladině osvětlení 31

31 Z grafu na obrázku 5 vyplynulo, že při velmi nízkých hladinách osvětlení je zrak funkcí tyčinek. Množství aktivních tyčinek je malé a jejich vzájemná vzdálenost je velká a zraková ostrost je nízká. Se zvyšujícím se osvětlením se zvyšuje počet aktivních tyčinek, snižuje se vzdálenost mezi aktivními elementy a zraková ostrost stoupá. V tomto okamžiku je dosaženo potřebného osvětlení k aktivaci čípků. Množství aktivních čípků nadále roste, a jak vyplývá z obrázku 5, mění se desetkrát rychleji než v případě tyčinek. Proto se počet aktivních tyčinek v periferii a čípku ve fovee při určité hladině osvětlení vyrovná. Hladina aktivních čípků se bude dále zvyšovat nad počet aktivních tyčinek a zraková ostrost již bude funkcí čípků. Bude se nadále zvyšovat až do té doby, než budou všechny čípky aktivní a zraková ostrost se nebude moci dále zvyšovat. Tato teorie byla potvrzena studiem dat, získaných testováním dvou barvoslepých jedinců, jejichž graf závislosti zrakové ostrosti na osvětlení (obrázek 6) odpovídala části křivky grafu na obrázku 3, která představuje závislost množství tyčinek udaných zrakovou ostrostí na hladině osvětlení. [27,28] Z obou grafů (obrázek 4,5) stanovil Koenig, že pro zachování barevného vidění a potřebné zrakové ostrosti musí být podrážděna minimální oblast sítnice, která obsahuje 542 čípků. [27,28] Křivka četnosti grafů na obrázcích 4 a 5 je odvozena z fotochemických vlastností sítnice. Studie prokázaly, že tyčinky a čípky podléhají vratným fotochemickým reakcim. Fotosenzitivní substance se při osvit mění na dva prekurzory, odlišné pro tyčinky a čípky, a za tmy se z prekurzorů stává opět fotosenzitivní látka. [27] Obrázek 6 Graf závislosti zrakové ostrosti na osvětlení dvou barvoslepých jedinců 32

32 Dále doplnil vztah mezi zrakovou ostrostí a osvětlením v souvislosti s velikostí pupily a jasem. Toho dosáhl úpravou a sloučením Reevesových a Koenigových dat. Reeves v roce 1918 popsal vztah mezi velikostí pupily a jasem, obrázek 7. [27,28] Obrázek 7 Graf závislosti velikosti pupily na jasu Tato data jsou uvedeny v tabulce na obrázku 8. Z původních 121 Koenigových dat vytvořil po sobě jdoucí skupiny dat po pěti, které zprůměroval. Tato data jsou uvedena v prvním a čtvrtém sloupci tabulky. V prvním sloupci jsou hodnoty osvětlení v mililambertech a ve čtvrtém průměrná zraková ostrost při dané hladině osvětlení. Osvětlení dopadající na sítnici je uvedeno ve sloupci 3. Právě tyto hodnoty by měly popsat různou aktivitu světločivných elementů. Ve sloupcích 5 a 6 jsou uvedeny hodnoty zrakové ostrosti pro osvětlení sítnice ve sloupci 3 odečtené z grafu na obrázku 5.[27,28] 33

33 Obrázek 8 Data vztahu mezi zrakovou ostrostí a osvětlením V roce 1932 Warren W. Wilcox publikoval svůj článek s názvem The basis of the dependence of visual acuity on illumination. V tomto článku shrnuje teorii Hechta a Houstona, která vychází z Hechtovy teorie povahy fotochemického systému tyčinek a čípků. Tato teorie je považovaná za kvantitativní popis vztahu mezi zrakovou ostrostí a intenzitou osvětlení. [29] Jelikož měla tato teorie velký význam, bylo nutné provést pečlivou studii změn zrakové ostrosti s osvětlením, která by přinesla základní poznatky o příčinách této změny. Předchozí výzkumy věnované tomuto vztahu přinesly pouze empirické výsledky. Tyto výsledky nemohly být přímo srovnávány, protože použité metody obsahovaly několik zdrojů rozdílů. Pouze intenzita osvětlení byla přesně určena a definována. Jedním z těchto zdrojů je testování zrakové ostrosti změnou velikosti obrazu na sítnici, spíše než změnou velikosti kritického detailu. Dále v žádném 34

34 předchozím experimentu nebylo přesně stanoveno osvětlení testové značky a jejího pozadí. [29] Podmínky měření pro tuto studii byly značně zjednodušené. Jako testové značky byly použity dva úzké paralelní proužky, které měly konstantní velikost a proměnlivou vzdálenost. Zraková ostrost byla ověřována na základě nejmenšího rozlišitelného intervalu mezi proužky, kdy byly vnímány jako dva. Vyšetření zrakové ostrosti bylo prováděno monokulárně, za přísné kontroly fixace a celková plocha stimulu byla omezena pouze na foveu prostřednictvím obdélníkové štěrbiny o obsahu čtyři milimetry čtvereční. Velikost štěrbiny byla zvolena tak, aby eliminovala změnu velikosti zornice v závislosti na osvětlení a zajistila stálost velikosti obrazu na sítnici. Dále byla před každým souborem měření dodržována dostatečná adaptace na tmu. [29] Testové objekty byly tvořeny dvěma úzkými proužky z leštěného kovu, umístěné pod úhlem 45 k pohledové ose, osvětlené ze strany, díky čemuž fungovaly jako zrcadla. Za těmito proužky bylo větší zrcadlo, umístěné pod stejným úhlem a osvětlené ze strany. Zdroj tohoto osvětlení sloužil jako zdroj osvětlení pozadí. Skutečným testovým objektem byl virtuální obraz dvou proužků umístěný 33 centimetrů od oka. Obraz pruhů a obdélníková štěrbina měly přesné úhlové rozměry na sítnici. Pozorovatel tedy viděl malé obdélníkové pole, v jehož centru byly dva úzké svislé pruhy. Vedoucí pokusu otáčením jemného šroubu měnil vzdálenost mezi kovovými pruhy, čímž testoval zrakovou ostrost pozorovatele. [29] Intenzita osvětlení odražená těmito pruhy byla regulována změnou vzdálenosti jejich zdroje světla a pomocí broušeného skla. Intenzita osvětlení pozadí byla nezávisle řízena stejnou metodou. Napětí zdrojů světla bylo udržováno na stejné úrovni, aby nebyl žádný barevný rozdíl mezi osvětlení testových objektů a pozadí.[29] Při testování zrakové ostrosti byl zaveden určitý postup. Kovové pruhy byly umístěny tak blízko sebe, že byly vnímány jako jeden. Postupně se jejich vzdálenost zvětšovala, až do okamžiku kdy je vyšetřovaná osoba vnímala jako dva. I přesto, že byly teoreticky testové značky velmi jednoduché, pro pozorovatele bylo velmi obtížné přesně určit práh vnímatelnosti dvou pruhů jako dva. Na rozdíl od Snellenových testových značek a Landoltových kruhů, kde jsou detaily řešeny komplexně, bylo v tomto případě určení správného okamžiku postupné. Při prvním testování byly prahy 35

35 rozlišitelnosti vysoké, po několika opakováních se postupně snižovaly, zároveň s proměnlivostí výsledků, až bylo dosaženo určité stability i při nízkých hladinách osvětlení. Z měření dvou pozorovatelů byl získán velký počet dat, získaných za určitých souborných podmínek, která byla zprůměrována. Tato data byla označena jako rozlišovací práh. V první sérii měření byl získán rozlišovací práh za podmínek proměnlivé intenzity osvětlení kovových pruhů při tmavém pozadí. Při druhé sérii byla proměnlivá intenzita osvětlení pozadí a kovové pruhy byly tmavé.[29] Výsledky první série měření jsou na obrázku 9. Tyto výsledky jsou pro jednoho pozorovatele. Rozlišovací práh je uveden v úhlových vteřinách jako funkce logaritmu osvětlení ve fotonech testového objektu. Bílé kruhy představují prahové hodnoty údajů. Každý bod byl získán jako průměr velkého počtu pozorování (až sto ve většině případů).[29] Při nízkých hladinách intenzity osvětlení je prahová hodnota velmi vysoká, s dalším zvyšováním intenzity osvětlení rozlišovací práh klesá do určitého minima a pak znovu roste. Z toho vyplývá, že předpoklad zvyšující se zrakové ostrosti s osvětlením je nesprávný. Za určitých podmínek se může zraková ostrost i snížit.[29] Obrázek 9 Graf závislosti zrakové ostrosti na intenzitě osvětlení při použití tmavých pruhů na různě osvětleném pozadí, jako testových značek 36

36 Při druhé sérii měření byla získána jiná křivka obrázek 10. V tomto případě rozlišovací práh s rostoucí intenzitou osvětlení klesá, rychlost poklesu je postupně menší.[29] Obrázek 10 Graf závislosti zrakové ostrosti na intenzitě osvětlení při použití různě osvětlených pruhů na tmavém pozadí, jako testových značek Při těchto měření bylo prokázáno, že vliv změny intenzity osvětlení testového předmětu a pozadí na zrakovou ostrost není shodný. Byl získán pouze jediný zákon vztahu mezi osvětlením a zrakovou ostrostí a to ten, že zraková ostrost závisí nejen na síle světla, ale také na způsobu šíření světla mezi testovým objektem a jeho pozadím a jejich osvětlení. [29] Kromě tohoto zjištění byla provedena i série pozorování příčiny kolísání zrakové ostrosti s osvětlením. Toto pozorování prokázalo, že při změně intenzity osvětlení se zdá, že se konstantní vzdálenost paralelních svislých pruhů mění. Tento jev byl znám již dříve (velmi jasný objekt na tmavém pozadí se zdá subjektivně širší) a bývá označován jako ozáření, dále byla prokázaná existence negativního ozáření. Pokud bereme v úvahu změnu šířky kovových pruhů je jasné, že pokud měly být v tomto případě vnímány, jako dva musela být jejich vzájemná vzdálenost větší než by bylo potřeba při absenci tohoto efektu. Série měření byla doplněná o postup, kdy 37

37 pozorovatel měl označit vzdálenost mezi pruhy, která se jeví jako dvojnásobek jejich šířky. Z naměřených hodnot byla určena změna šířky pruhů v závislosti na ozáření a výsledky ze série měření jedna a dvě byly upraveny.[29] Dále byla umožněna konstrukce křivky na základě hodnot intenzit, kde byla změna šířky pruhů nulová (přesná část křivky) a vypočtených hodnot při změně šířky (teoretická část křivky). Na základě této teorie byly potvrzeny prahové hodnoty experimentálně zjištěných dat. Plné překřížené kruhy na obrázcích 9 a 10 představují vypočítané prahové hodnoty, získané průměrně z dvaceti měření. S ohledem na tyto problémy byla shoda mezi teoretickými a empirickými výsledky dobrá. Tato teorie byla dále potvrzena třetí sérií měření, kdy byla proměnlivá intenzita osvětlení testových značek i pozadí. [29] Bylo zjištěno, že při dodržení výše uvedených podmínek měření zrakové ostrosti neexistuje přímá závislost zrakové ostrosti na osvětlení. Změny jsou dány pouze posunem vnitřních kontur pruhů při ozáření. Faktor ovlivňující tento vztah v teorii Hechta, tedy různý počet aktivních elementů při různých hladinách osvětlení, nebyl vyloučen, ale také nebyl empiricky prokázán. [29] Dalšími pokusy bylo prokázáno, že změna zrakové ostrosti s osvětlením závisí také na vyšetřovací vzdálenosti. V jednom z nich byl jako testový objekt využit Snellenův optotyp koncipovaný tak, že ze vzdálenosti osm metrů v dobře osvětlené místnosti by ametropický pozorovatel četl všechny řádky bez velkých potíží a váhání. Proměnlivost osvětlení byla zaručena pomocí clony, které byla přiložena na kruhové střešní okno o průměru 25 centimetrů, s volitelným průměrem otevření od 5 milimetrů do 25 centimetrů. Optotyp byl umístěn tak, aby byla zaručena rovnoměrnost jeho osvětlení a variabilita vyšetřovací vzdálenosti.[30] Pokud byla místnost dobře osvětlena a byla zvolena správná vyšetřovací vzdálenost, pozorovatel přečetl všechny řádky optotypu. S postupným snižováním osvětlení klesal postupně i počet přečtených řádků a to od nejmenšího po největší, vyšetřovací vzdálenost byla konstantní. V okamžiku kdy byl špatně čitelný i nejvyšší řádek začala se vyšetřovací vzdálenost měnit. Spolu se snižováním vyšetřovací vzdálenosti byly řádky postupně lépe čitelné a v určité vzdálenosti pozorovatel znovu přečetl všechny. 38

38 Tento jev souvisí se zvětšováním obrazu na sítnici, což umožní jeho zachycení větším počtem světločivných elementů.[30] Při pozornějším pozorování výše uvedeného jevu bylo zjištěno, že jednotlivá písmena tvoří čáry nebo křivky, které při snižování osvětlení nemizí všechny současně, některé zůstávají viditelné. Tento špatně rozeznatelný jev nastává v pravidelných intervalech, kdy při snižování osvětlení postupně části znaků mizí a pak následně při snižování vyšetřovací vzdálenosti se znovu objeví. Při snižování osvětlení se neviditelné oblasti zvětšují, díky čemuž můžeme vysvětlit, proč jako první mizí nejmenší řádky. Se snižující se vyšetřovací vzdáleností se tyto oblasti znovu zmenšují, do té doby než jsou dostatečně malé a jsou rozeznatelné i nejmenší řádky.[30] V roce 1999 Helena P. Wozniak, Megan Kelly, Samantha Glover, Nathan D. Moss publikovali v časopise Australian Orthoptic Journal svou studii s názvem The effect of room illumination on visual acuity measurment. Vycházeli z toho, že při testování zrakové ostrosti bylo standardizováno několik parametrů, mezi něž byla řazena vyšetřovací vzdálenost, a jas optotypu. Jediný parametr, který zůstává proměnlivý, je osvětlení testovací místnosti. V této době nebyl prováděn žádný jiný výzkum, který by navrhl standardní osvětlení, nebo popsal rozdíl v ostrosti zraku za různých hladin osvětlení. Cílem této studie bylo zjistit, do jaké míry ovlivní osvětlení zrakovou ostrost. Testování zrakové ostrosti bylo prováděno na Snellenových optotypech na 50 subjektech ve dvou různých hladinách osvětlení místnosti, s normálním osvětlením (1300 luxů, což bylo osvětlení pokoje s rozsvícenými světly) a za sníženého osvětlení (90 luxů, ve zhasnutém pokoji). Před každým vyšetřením byla měřena velikost zornice.[31] Bylo zjištěno, že se zvyšující se intenzitou osvětlení se zlepšovala zraková ostrost. V osvětlené místnosti bylo dosaženo visu 6/9+4 a v neosvětlené 6/9+2. Větší rozdíl byl sledován u skupiny ametropických subjektů. V osvětlené místnosti dosáhli průměrného vizu 6/12+3 a v neosvětlené 6/12. Také byla objevena malá skupiny lidí, u kterých zraková ostrost klesla o více než jeden řádek. Důvodem této změny mohli být některé optické vlivy na zrakovou ostrost, jako je noční myopie a akomodace.[31] 39

39 V roce 2010 byla publikována studie Comparison of subjektive refraction findings in two different levels of room illumination using three different type of letter charts. Cílem této studie bylo zkoumání vlivu dvou různých úrovní osvětlení (zapnutém a vypnutém osvětlení místnosti) na subjektivní refrakci měřenou pomocí tří typů testových značek. Do studie se zapojilo třicet malajských studentů vysokých škol ve věku od 19 do 23 let, jejichž sférická refrakce se pohybovala mezi 0 a -7,75 dioptrií, astigmatismus od 0 do -1,75D, anizometropie menší než 1D. Zraková ostrost byla zjišťována na Snellenově písmenném optotypu, projekčním optotypu a nástěnném optotypu. Subjektivní refrakce byla vypočtena jako sférický ekvivalent v dioptriích. V této studii bylo zjištěno, že subjektivní refrakce není ovlivněna intenzitou osvětlení, ani použitými testovými značkami.[32] 5.2. Vliv osvětlení na vyšetření barvocitu Mechanismus barevného vidění V současné době existují dvě teorie barevného vidění, které se vzájemně doplňují. Trichromatická teorie vysvětluje funkci fotoreceptorů, teorie protibarev funkci bipolárních buněk. [33,34] Jednodušší z nich je teorie, která byla navrhnuta Youngem a Helmholtzem. Předpokládá, že v oku jsou tři různé pigmenty citlivé na světlo a že každou barvu spektra lze rozložit na určitý poměr tří základních barev. Tyto pigmenty mají různá absorpční spektra. Podle úrovně absorpce v jednotlivých spektrech se pak vyhodnocuje barevný vjem. Fotopigmenty mají maxima absorpcí v oblasti modré 419 nm, zelené 531 nm a červené 560 nm.[33] Druhou teorií je Heringova teorie protibarev. Podle této teorie vnímání barev závisí na třech procesech. Tyto procesy mají dva vzájemně výlučné módy, reakce červený nebo zelený, modrý nebo žlutý a černý nebo bílý. Bipolární buňky sítnice systému protibarev modrá-žlutá reagují pozitivně na podnět od čípku s krátkovlnnými a negativně na podnět od čípků s dlouhovlnnými receptory. Bipolární buňky sítnice systému zelená-červená reagují pozitivně na podnět od čípků s receptory pro oblast 40

40 středních vlnových délek a opět negativně na podnět od čípků s dlouhovlnnými receptory. Třetí proces nenese informace o barvě, ale o intenzitě světla. [B] [34] Barvocit Schopnost oka rozeznávat barvy označujeme jako barvocit. Nejlépe vnímáme barvy žlutou skvrnou, směrem do periferie sítnice klesá schopnost rozlišit barvy postupně pro zelenou, červenou a modrou barvu. Barvu můžeme charakterizovat pomocí tří základních znaků a to barevným tónem, jasem a sytostí. Barevný tón je subjektivní vjem odpovídající určité vlnové délce. Jas barvy lze charakterizovat přiřazením dané barvy ke stejně světlé šedé ploše bez barevného tónu. Jas barvy změníme přidáním černé nebo bílé barvy. Sytost barvy se udává v procentech. Je charakterizována množstvím bílého světla smíšeného s barvou. Barva s klesající sytostní má stále stejnou vlnovou délku, pouze bledne do té doby, než se v přebytku bílého světla ztratí.[21,33] Vyšetřování barvocitu K vyšetřování barvocitu slouží pseudoisochromatické tabulky, Farnsworth-Munselll 100-Heu test, Lathonovy desaturovaný panel D15 a anomaloskop. Pseudoisochromatické tabulky jsou tabulky obsahující symboly složené ze skvrn, které mají různý barevný odstín, ale stejný jas. Hue test je tvořen barevnými terči, které se od sebe liší odstíny a mají stejnou sytost a jas. Anomaloskop je optický přístroj založený na principu mísení spektrální světel. Zorné pole je rozděleno na dvě poloviny a pacient má za úkol smísením dvou spektrálních barev v jedné polovině získat stejný barevný odstín jako v referenční polovině.[21] Poruchy barvocitu Poruchy barvocitu mohou být získané nebo vrozené. Získané poruchy mohou být způsobeny například kataraktou, při které se stává čočka více žlutou a brání krátkovlnnému světlu dopadat na sítnici. Dále pak hemoftalmem, který působí jako 41

41 červený filtr a neuritidou optiku, kdy je porušeno vnímání červené a zelené barvy.[21,35] Vrozené poruchy barvocitu jsou recesivně dědičné. V populaci jimi trpí asi osm procent mužů a půl procenta žen. Podle stupně barevné poruchy jsou rozdělovány na anomální trichromázii, achromázii a monochromásii.[21,35] Sítnice anomálního trichromata obsahuje všechny tři typy čípků, ale jeden druh funguje nedokonale. Podle chybně vnímané barvy se rozlišují jednotlivé podskupiny animální trichromazie. Jedná se o protanomalii, což je porucha vnímání červené barvy, deuteranomalii, porucha vnímání zelené barvy. Tritanomalie je porucha vnímání modré barvy, která je velmi vzácná a téměř se nevyskytuje. [21,35] Dichromazie je nejčastější typ vrozené poruchy barvocitu. Postižení vnímají pouze dva typy barev. Mají pouze dva funkční typy čípků, ze kterých se snaží vytvořit všechny barvy. Některé odstíny dokážou rozlišit bez problémů správně, některé vidí pouze jako hnědé odstíny. Dichromaty rozdělujeme stejně jako anomální trichromaty podle toho jaká barva ze tří základních je postižena. Slepota pro červenou barvu je označována jako protanopie, pro zelenou deuteranopie a pro modrou tritanopie. [21,35] Monochromazie je velmi vzácná porucha, při které člověk nerozlišuje žádnou barvu. V tomto případě hovoříme o úplné barvosleposti. Monochromati rozlišují barevné předměty pouze podle jasu. Při této poruše bývá často přítomna i řada dalších poruch zraku (snížená centrální zraková ostrost, nystagmus, vysoký astigmatismus). [21,35] Vliv osvětlení Barevné vidění začíná při hodnotách osvětlení větší než 1 lux. Při hodnotách nad 10 luxů většina lidí dostatečně rozliší základní barevnost povrchů. Při hodnotě 50 luxů lze již rozlišit základní barevné odstíny. (obrázek 11)[36] 42

42 Obrázek 11 Schéma rozsahů vnímaných intenzit osvětlení pro černobílé, smíšené a barevné vidění Stejně jako vliv osvětlení na zrakovou ostrost je dán vliv na vnímání barev různou aktivitou světločivných elementů při měnících se hladinách osvětlení. Poklesem osvětlení na nižší intenzitu, kdy jsou aktivní pouze tyčinky, se vytrácí barva a různě zbarvené předměty mají relativní jas. Schopnost rozlišovat barvy zaniká také při příliš intenzivním osvětlení.[37,38] Dalším omezení vnímání barev při různých hladinách osvětlení vyplývá z toho, že tyčinky vidí lépe než čípky směrem k modré barvě a čípky vidí červené světlo, které je tyčinkami neviditelné a vnímáno jako černé. Pokud se podíváme na dva barevné papíry, červený a modrý, na dobrém světle bude se zdát červená barva jasnější než modrá a ve tmě tomu bude naopak. Tento jev se označuje jako Purkyňův fenomén. J. E. Purkyně prováděl pozorování při ranním rozbřesku. S rozedníváním se postupně objevovaly barvy z neutrální šedi. Nejprve vystoupila modrá barva a za chvíli červená. Z počátku se modrá barva jevila světlejší než červená. S přibývajícím světlem se upravila světlost barev a červená se začala jevit světlejší než modrá.[33,39] Na obrázku 12 vidíme graf spektrální citlivosti oka. Přerušovaná čára odpovídá nízkým hladinám osvětlení, tedy aktivitě tyčinek. Plná čára pak aktivitě čípků, vyšším hladinám osvětlení. Dále z něj můžeme odvodit, že tyčinky jsou nejcitlivější pro zelenou oblast a čípky pro žlutou oblast spektra. [33] 43

43 Obrázek 12 Graf spektrální citlivosti oka Dalším důležitým faktorem je spektrální složení zdroje osvětlení. Tento vliv na vnímání barvy osvětlených předmětů charakterizuje podání barev. Vjem barvy vědomě i nevědomě srovnáváme s jejich vzhledem ve světle obvyklého zdroje světla. Při tomto hodnocení barev se neberou v úvahu estetické a psychologické vlivy. Jakost podání barev se udává jako index podání barev. Tento index vyjadřuje stupeň shodnosti vjemu barvy předmětu osvětleného určitým zdrojem a vjemu barvy stejného předmětu osvětleného smluvním zdrojem. Hodnota indexu může nabývat hodnot od 0 do 100. Při hodnotě 100 jsou barvy vnímány nejvěrněji, což odpovídá osvětlení teplotními a přírodními zdroji. Hodnota 0 vyjadřuje stav, kdy nejsou barvy rozlišitelné vůbec. K tomu dochází při osvětlení monochromatickým žlutým světlem nízkotlakých sodíkových výbojek. Zrak se sice po čase přizpůsobí barevnému osvětlení, takže je schopen vnímat předměty ve zhruba odpovídajícím barevném odstínu, ale při vyšetření barvocitu je nutné rozlišovat barevné odstíny přesně, aby bylo možno správně postupně seřadit barevné terče lišící se odstínem.[39,40,41] V ideálním případě by se při vyšetřování mělo použít přirozeného denního světla, ale ne vždy to okolní podmínky dovolí a je třeba použít umělého zdroje osvětlení. Vnímání barev jednotlivých předmětů je totiž založeno na odrazu a pohlcení 44

44 dopadajícího přirozeného bílého světla, které obsahuje celé barevné spektrum. Dopadne-li na bílý předmět je beze změny odraženo. V případě černého předmětu je světlo pohlceno a mění se na tepelnou energii. Pokud dopadne světlo na barevný předmět, je část spektra odpovídající této barvě odražena a zbylá část je pohlcena. Z toho plyne, že světlo umělého zdroje osvětlení musí obsahovat všechny vlnové délky, které mají být odraženy, aby nedocházelo k špatné interpretaci barev. Pokud je barva světla nevyvážená ve prospěch jednoho odstínu, zhorší se možnost správného určení odstínů pozorovaných předmětů odrážejících toto světlo. Při použití osvětlení monochromatickým světlem nelze barevné odstíny rozlišovat vůbec, rozlišitelné jsou pouze jasy a vnímané detaily jsou jemnější. Proto je tedy při vyšetření barvocitu nutné používat zdroje umělého osvětlení se spojitým spektrem světla. Toto světlo obsahuje všechny vlnové délky ve viditelném spektru a barvy jsou zastoupeny tak, že světlo vnímáme jako bílé. Toho je dosaženo vyrovnáním světelného vjemu ve třech částech spektra, aby docházelo k rovnoměrnému podráždění všech typů čípků a tím ke vzniku dojmu nebarevného nebo jen málo zabarveného světla, nebo použitím tepelných zdrojů, které mají při dostatečně vysoké teplotě světlo blížící se neutrálnímu.[42] Teplota chromatičnosti, udávaná v Kelvinech, charakterizuje spektrum bílého světla. Tato teplota je rovna teplotě černého zářiče, jehož záření má stejnou chromatičnost jako uvažované záření. Teplota povrchu Slunce je přibližně 6000 K a jeho spojité spektrum odpovídá křivce na obrázku 13. Z tohoto grafu plyne, že atom ohřátý na 6000 K s největší pravděpodobností vyzáří foton o vlnové délce 530 nm. Existují však i výjimky, které zajišťují již dříve zmiňovanou spojitost spektra. Na obrázku 14 vidíme graf závislosti teploty chtomatičnosti na intezitě osvětlení - Kruithoffův diagram. Kruithoff zkoumal možnou závislost zbarvení bílého světla a intenzitou osvětlení. Používal světlo s plynulým spektrem s proměnou vnímaného odstínu podle již dříve zmíněné teplotní křivky. Z tohoto zkoumání došel k jednoznačnému závěru, že lidem při nízkých hladinách osvětlení více vyhovuje teplé zbarvení světla a s narůstající hladinou osvětlení jsou nejvíce vyhovující zdroje světla s proměnlivým spektrem odpovídající teplotní křivce bílého světla. [41,42,43,44] Při hladině 20 luxů bylo nejlépe hodnoceno světlo s teplotou okolo K, při hodnotě 45

45 100 luxů světlo s teplotou K, při hodnotách nad 300 luxů světlo neutrálně bílé, K. [C] Obrázek 13 Spojité spektrum Slunce Obrázek 14 Graf závislosti osvětlení na teplotě chromatičnosti 46