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Biofísica da Visão Daniella Pessoa Dualidade da Luz Partícula: Igualdade dos ângulos de incidência e reflexão ; Trajetória retilínea Onda: Difração Interferência Comportamento de onda: Difração da luz Comportamento de onda : Interferência Construtiva Destrutiva Amplitude Comportamento de partícula: Reflexão • Reflexão especular • Reflexão difusa Refração da Luz Índice de refração (n) C- Velocidade da luz no vácuo V – Velocidade da luz no meio Índice de refração Velocidade Absorção Decomposição da luz branca Quanto maior a frequência maior o desvio Decomposição da luz branca Recomposição da luz branca • Disco de Newton Espectro eletromagnético 370nm 340nm Frequência e comprimento de onda Qualquer objeto atingido pela luz é bombardeado por bilhões de fótons. O objeto, por sua vez, é formado de átomos. A reflexão dos fótons depende do tipo de átomos do objeto, sua ordenação no espaço (e de seus elétrons) e do tipo de átomos se combinando. Muitos arranjos absorvem alguns fótons, geralmente transformando-os em calor (é por isso que carros e roupas pretas esquentam tanto), enquanto outros são refletidos, nem sempre no exato sentido em que chegaram. Ondas eletromagnéticas Cores: absorção e reflexão Olho - câmera • Sistema de diafragma • Sistema de lentes • Retina - correspondendo a um filme fotográfico. Anatomia do olho Humor aquoso Disco ótico Fóvea Retina Músculo ciliar Câmara posterior Nervo ótico e vasos retinais Córnea Pupila Cristalino Humor vítreo Íris Zônula Esclerótica Coróide Pupila 30x Miose Midríase Câmara escura 𝑂 𝑖 = 𝑝 𝑝′ Câmara escura Lentes esféricas e cilíndricas Lentes esféricas Tipos de lentes esféricas Converge Diverge Distância focal Espessura da lente Distância focal • Distância do objeto. • Espessura da lente. Foco Imagem: Real, Invertida e Menor A F O F’ A’ Câmera Fotográfica, Olho. A – Ponto antiprincipal A F O F’ Copiadora A F O F’ A’ Projetor de Slides Dioptrias – poder de convergência de uma lente 𝐷 = 1𝑚𝑓 1m 50cm Humor aquoso Disco ótico Fóvea Retina Músculo ciliar Câmara posterior Nervo ótico e vasos retinais Córnea Pupila Cristalino Humor vítreo Íris Zônula Esclerótica Coróide Córnea – Principal superfície de refração 43 dioptrias Cristalino - Focalizar imagens na retina 13- 26 dioptrias 51D e 64D Cristalino – lente do olho Mecanismo de acomodação - Cristalino 13D 26D Cristalino - Ponto próximo e Ponto remoto Distância do ponto próximo - 25 cm Distância do ponto remoto - infinita Acomodação visual 25cm 8 PP PR Zona de acomodação Presbiopia Com a idade o cristalino se torna menos elástico . Humor aquoso Nervo ótico e vasos retinais 1,40 Humor vítreo Córnea Ar-1 1,38 1,34 Ar-1 Córnea-1,38 Humor aquoso 1,33 Cristalino 1,40 Humor vítreo 1,34 Superfícies refrativas do olho Olho reduzido – n= 1,333 Erros de refração Emetropia – Visão normal • Foco nítido para objetos distantes quando o músculo ciliar estiver totalmente relaxado. Miopia Correção da Miopia Miopia Hipermetropia Correção da Hipermetropia Lentes esféricas Astigmatismo Curvatura da córnea Sem foco nítido Astigmatismo Erros de refração Qual o erro refrativo nos três casos? -2,00 -2,25 -2,00 -1,50 1 2 3 Distância do objeto Percepção de profundidade 1-Tamanho de imagens conhecidas na retina; 2-Fenômeno de paralaxe de movimento; Movimentando a cabeça – distância relativa 3-Fenômeno de estereopsia – visão binocular. Retina • Fóvea • Disco óptico - Ponto cego Camadas celulares da retina Camada pigmentar Camada de cones e bastonetes Camada nuclear externa Camada plexiforme externa Camada nuclear interna Camada plexiforme interna Camada de células ganglionares Camada da fibra nervosa Caminho da luz na retina Fotorreceptores Segmento externo Segmento interno Terminal sináptico A) Bastonete B) Cone Discos Espaço Citoplasmático Membrana Plasmática Cílio Mitocôndrias Núcleo Vesículas sinápticas Segmento externo Segmento interno Terminal sináptico Bastonetes e Cones Rodopsina Pode responder a um único fóton Pigmentos coloridos Amplo espectro da luz (380 a 650nm) azuis, verdes e vermelhos visão diurna ou fotópica visão noturna ou escotópica Fotoquímica Rodopsina - opsina + retinal Pigmentos coloridos- fotopsinas + retinal 445nm 535nm 570nm 380 a 650nm Rodopsina Opsina + cis-retinal Rodopsina Metarrodopsina Opsina Trans-retinal Trans-retinol Vitamina A Cis-retinal Cegueira noturna A carência de vitamina A prejudica a formação da rodopsina. Canais de Na abertos Despolarizada Corrente de escuro Canais de Na fechados Hiperpolarizada -40mV -70mV Fotorreceptores – potencial eletrotônico Decomposição da rodopsina Escuro GMPc GMPc Na+ PDE Rodopsina Canal de Na+ Transducina 1. Inicialmente a célula está no escuro, liberando neurotransmissor (glutamato) para a célula pós-sináptica. O potencial de membrana é da ordem de – 40 mV. GDP GTP In α ϒ β Escuro GMPc GMPc Na+ PDE Rodopsina Canal de Na+ Transducina GTP GDP In α ϒ β LUZ 2. A rodopsina ativa aproximadamente 500 moléculas de transducina, um tipo de proteína G, que converte GDP em GTP. Escuro GMPc GMPc Na+ PDE Rodopsina Canal de Na+ Transducina GTP GDP In α ϒ β 4. A transducina, na forma ativa, atua ativando várias moléculas de fosfodiesterase (PDE). Escuro GMPc GMPc Na+ PDE Rodopsina Canal de Na+ Transducina GTP GDP In α ϒ β GMPc GMPc Na+ PDE Rodopsina Canal de Na+ Transducina 5. A PDE ativada catalisa a hidrólise de GMPc, formando 5’-GMP (outro nucleotídeo), podendo catalisar a hidrólise de até 4000 moléculas de GMPc. A diminuição da concentração de GMPc leva ao fechamento dos canais de Na+. O GMPc, antes de ser hidrolisado, estava ligado aos canais de Na+ e Ca++, o que deixava esses canais abertos, em condições de escuridão. A hidrólise de GMPc provoca o fechamento dos canais de Na+ e Ca++. Absorção da luz pela rodopsina 5’-GMP GMPc GMPc Na+ Rodopsina Canal de Na+ Transducina 6. A absorção de um fóton é capaz de fechar milhares de canais de Na+. Com o fechamento desses canais iônicos a membrana hiperpolariza, pois cessa a entrada de carga positiva. A diminuição do potencial de membrana inibe a liberação de glutamato, passando a informação da excitação luminosa para as células pós-sinápticas. Absorção da luz pela rodopsina 5’-GMP PDE Adaptação a luz • Em luz intensa – As substâncias fotoquímicas a opsina e retinal se separam. • Aumento da vitamina A.• Diminuição da sensibilidade. • No escuro- O retinal e as opsinas se ligam e se convertem em pigmentos sensíveis. • Diminui da vitamina A. • Aumento da sensibilidade. Adaptação ao escuro Gráfico de estimulação dos cones Verde, amarelo, laranja e vermelho Visão de cores Todos devem ver o número 12 Teste para daltonismo Visão normal – Número 8 Deficiência Verde Vermelho – Número 3 Daltonismo total – Não consegue enxergar nenhum número. Visão normal – Número 29 Deficiência Verde Vermelho – Número 70 Daltonismo total – Não consegue enxergar nenhum número Visão normal – Número 5 Deficiência Verde Vermelho – Número 2 Daltonismo total – Não consegue enxergar nenhum número Visão normal – Número 3 Deficiência Verde Vermelho – Número 5 Daltonismo total – Não consegue enxergar nenhum número. Função neural da retina Canais de Na abertos Despolarizada Corrente de escuro ON – Inibidas Polarizada Canais de Na fechados Hiperpolarizada Despolariza ON – Ativadas -40mV -70mV Fotorreceptores – potencial eletrotônico Decomposição da rodopsina OFF – Ativadas OFF – Inibidas Potencial eletrotônico Os fotorreceptores e as a células bipolares não geram potenciais de ação, só as células ganglionares. Campo receptivo na retina central e periférica Células Cérebro Fotorreceptores Bipolares Horizontais Ganglionares Amácrinas Células ganglionares • W- 40%, pequenas, lentas, amplos campos receptivos, detectar movimento direcional, visão grosseira dos bastonetes. • X- 55%, diâmetro médio, velocidade intermediária, campos receptivos pequenos, detalhes finos da imagem. • Y- 5% Mais rápidas. Amplo campo receptivo, movimentos rápidos, alterações rápidas de luminosidade. Transmissão de contraste Sensação de movimento Cone hiperpolarizado – diminuição do glutamato Cone despolarizado – aumento do glutamato
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