La capacità dell’occhio di rifrangere e focalizzare la luce dipende da due strutture: la cornea ed il cristallino. Quando la luce passa da un corpo, a un altro di diversa densità, la direzione della luce ne risulta deviata; viene cioè rifranta. Questo succede quando i raggi luminosi passano dall’aria alla cornea e dall’umor acqueo al cristallino. La differenza di densità dei due insiemi di strutture fa sì che il 70% della focalizzazione sia operata dalla cornea. Questo tipo di messa a fuoco, però, non è suscettibile di aggiustamento, a differenza di quella effettuata dal cristallino. La lente del cristallino è situata immediatamente dietro l’iride, e la sua forma può essere modificata dai muscoli ciliari. In genere essa è relativamente piatta, a causa della tensione esercitata dalle fibre elastiche che sospendono il cristallino all’interno dell’occhio. In questo caso la lente mette a fuoco oggetti distanti. La contrazione dei muscoli ciliari libera le fibre elastiche dalla tensione, perciò il cristallino assume una forma più sferica: ciò permette una focalizzazione di oggetti più vicini. I muscoli ciliari sono pertanto responsabili della focalizzazione di oggetti vicini e lontani, in processo detto di accomodazione. Essa è integrata anche con la convergenza degli occhi. Quando fissiamo un oggetto vicino, gli occhi sono rivolti verso l’interno, in modo tale che le due immagini cadano su corrispondenti porzioni di retina.
Il potere di rifrazione, o focalizzazione dell’occhio è misurato in diottrie definite come il reciproco della distanza in metri tra l’occhio e l’oggetto. Per es. un occhio con 10 diottrie riesce a piegare la luce sufficientemente da mettere a fuoco un oggetto a 10 cm di distanza. Negli esseri umani il potere di rifrazione diminuisce da 14 diottrie (7cm) a 10 anni, a 9 diottrie all’età di 20 anni, a 4 diottrie verso i 35 anni (25cm) e quasi 0 all’età di 70 anni condizione chiamata presbiopia.
Queste variazioni sono legate ad alterazioni della dimensione, forma e flessibilità del cristallino.
Il cristallino consiste in tre parti separate: una copertura elastica (capsula) uno strato epiteliale (all’interno della capsula) ed infine la lente vera e propria. Questa è composta di cellule fibrose prodotte dallo strato epiteliale, e le sue proteine appartengono alla classe delle cristalline. La loro distribuzione non è uniforme bensì concentrata al centro della lente, ne consegue che l’indice di rifrazione, in questo punto, aumenta, compensando la diversa curvatura del cristallino. Le cellule fibrose sono prodotte costantemente ma non eliminate, il che comporta l’ispessimento della lente nel tempo, così il suo diametro aumenta. Le cellule fibrose più vecchie nel centro del cristallino si raggruppano in modo compatto producendo l’indurimento (la sclerosi) della lente, riducendo la capacità del cristallino di focalizzare correttamente la luce sulla retina. In più la cristallina è soggetta a un processo di lieve denaturazione (cambiamento di struttura) che comporta l’ingiallimento della lente, che agisce da filtro alterando lievemente la percezione dei colori.
I problemi legati alla messa a fuoco da parte del cristallino sono due:
La miopia (visone da vicino) è l’incapacità di vedere chiaramente oggetti distanti, ed è causata da due condizioni (a) miopia da rifrazione, in cui la cornea ed il cristallino piega eccessivamente i raggi luminosi; (b) miopia assiale in cui il globo oculare è troppo lungo: Ne consegue che il punto di messa a fuoco cade davanti alla retina.
L’ipermetropia (o vista da lontano) consiste nell’incapacità di vedere oggetti vicini. Il fuoco è localizzata dietro la retina perché il globo oculare è troppo corto, oppure perché il cristallino non è in grado di focalizzare l’immagine. Le alterazioni cui va incontro la lente cristallina fanno s’ che l’ipermetropia diventi sempre più comune in età avanzata. La miopia invece si sviluppa con maggiore probabilità in soggetto giovani.
L’emmetropia è invece lo stato in cui la lunghezza del globo oculare coincide esattamente con la distanza focale della sua ottica. L’occhio giovane è in grado di usare le informazioni visive al fine di determinare se crescere ulteriormente (verso la miopia) o se ridurre la sua crescita e causare un accorciamento dell’occhio (verso l’ipermetropia) Questo processo va sotto il nome di emmetropizzazione.
Gli esperimenti di Wiesel e Raviola hanno mostrato che un immagine retinica degradata può comportare l’allungamento assiale del globo oculare, una condizione denominata miopia da deprivazione o miopia da deprivazione di forme; la forma dell’occhio muta al fine di compensare la variazione della distanza focale provocata dall’uso degli occhiali. Uno dei fattori che controllano la crescita dell’occhio dipende dall’analisi locale dell’immagine retinica, senza alcuna necessità di comunicare con il cervello, infatti la lesione del nervo ottico non modifica la variazione nella crescita del globo oculare. Un altro fattore consiste nel grado di accomodazione che il cristallino deve effettuare al fine di localizzare l’immagine: verso la miopia (minore accomodazione) o verso l’ipermetropia (maggiore accomodazione). Una delle ragioni per cui associare il processo di accomodazione alla miopia è che l’atropina che blocca l’accomodazione, arresta la progressione della miopia nei bambini e nelle scimmie: E’ stato riportato che la somministrazione di atropina può produrre una diminuzione della miopia pari a 1 diottria. L’atropina potrebbe, però, non agire mediante blocco dell’accomodazione, perché anche nei polli, che non possiedono recettori muscarinici nei muscoli ciliari, essa riduce le variazioni conseguenti all’applicazione di occhiali che alterano il punto di fuoco.
Secondo alcune ipotesi, lo sviluppo della miopia ha una componente genetica, dato che bambini con entrambi i genitori miopi, hanno maggiori probabilità di esprimere tale difetto. Ad ogni modo, l’ambiente pare avere un ruolo forte. Per es, la miopia può essere fortemente correlata con l’istruzione: il 70% degli studenti di Taiwan e degli studenti di medicina di Honk Kong sono miopi, rispetto a solo il 20-30% dei coetanei abitanti aree rurali. La diffusione di questo difetto ottico tra i giovani suggerisce che i fattori ambientali, piuttosto che quelli ereditari, siano importanti nello sviluppo della miopia. Concludendo, sembra che i segnali visivi guidino attivamente la crescita oculare negli uccelli e nei mammiferi verso la condizione di emmetropia. Persone che vivono in spazi aperti, l’occhi si svilupperebbe a vantaggio di una focalizzazione all’infinito.
L’opacizzazione del cristallino detta cataratta, è avvolte, presente alla nascita (cataratta congenita), può essere causata da malattie dell’occhio (cataratta secondaria) o da incidenti (cataratta traumatica), ma la causa più comune è l’età avanzata (cataratta senile). Le cataratte congenite possono essere causate da una funzione anormale delle cellule fibrose e può essere imputata al cattivo funzionamento di vie metaboliche responsabile dell’accumulo e deposito di materiali insolubili nella lente.
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