Dioptrischer Apparat

Schematischer Aufbau eines Wirbeltierauges mit seinen optisch wirksamen Bestandteilen

Unter dem dioptrischen Apparat (griech.: dioptron „Mittel zum Durchsehen“) versteht man in der physiologischen Optik den lichtbrechenden Teil des visuellen Systems von Lebewesen, unter dem man die optisch wirksamen (refraktiven) Bestandteile eines Auges zusammenfasst. Sie werden auch als brechende Medien bezeichnet. Dieses nicht exakt zentrierte Linsensystem findet sich mit unterschiedlichem Aufbau bei den Linsenauge der Wirbeltiere und Kopffüßer, sowie in den Komplexaugen der Gliederfüßer. Zum dioptrischen Apparat zählen die Hornhaut, die Linse, der Glaskörper, sowie das Kammerwasser der vorderen und hinteren Augenkammer. Art und Ausmaß ihrer Lichtbrechung sorgen für eine bestmögliche Abbildung auf der Netzhaut und somit Sehschärfe. Unterschiedliche Ursachen können zu Abbildungsfehlern und damit zu einer verminderten visuellen Wahrnehmungsqualität führen.

In Abhängigkeit von der Spezies gibt es zudem unterschiedliche Mechanismen, das Auge auf verschiedene Objektentfernungen einzustellen (Akkommodation). Des Weiteren sind ihre Brechungsverhältnisse der optischen Dichte der jeweils vorherrschenden Umgebungsmedien (Luft, Wasser) angepasst.

Grundlagen

Grafische Darstellung der brechenden Medien bei einem emmetropen Auge

Einfallende Lichtstrahlen von betrachteten Objekten werden beim Eintreten in das Auge mehrfach gebrochen, zuerst durch die Hornhaut, dann durch das Kammerwasser, in der Folge durch Linse und Glaskörper. Als Blende zur Regulation des Lichteinfalls fungiert die Pupille. Bei einem "rechtsichtigen" (emmetropen) Auge wird so ein betrachtetes Objekt verkleinert und umgekehrt exakt auf die Netzhautebene projiziert. Die Brechungsindizes der einzelnen Medien sind dabei jeweils unterschiedlich, ebenso wie die Krümmungsradien deren Grenzflächen und ihrer Abstände voneinander. Zur Verdeutlichung dieses optischen Systems entwickelte der schwedische Mediziner Allvar Gullstrand das Modell eines sogenannten Normalauges oder auch reduzierten Auges, das auf der Auswertung vieler normalsichtiger Augen beruhte und anatomische Eigenheiten in ein optisches System umzusetzen half.

Das Auge hat im entspannten, akkommodationslosen Zustand (Ferneinstellung) eine Brechkraft von etwa 59 Dioptrien (Abkürzung: dpt), was einer Brennweite von 17 mm entspricht. Davon entfallen auf die Hornhaut rund 43 dpt, auf die Linse zwischen 14 und 30 dpt. Die maximal mögliche Brechkraftänderung wird als Akkommodationsbreite bezeichnet. Diese gibt den Bereich zwischen individuellem Nah- und Fernpunkt an, zwischen denen das Auge Objekte scharf sehen kann.

Optische Fehler, Veränderungen der Brechungsverhältnisse

Schema der Lichtbrechung eines kurzsichtigen (oben) und eines weitsichtigen Auges (unten)

Abweichungen von der Idealform der Emmetropie führen zu optischen Fehlsichtigkeiten (auch: Brechungsfehler oder Ametropie). Sie sind in der Regel nicht krankhaft, sondern stellen eine funktionelle Beeinträchtigung dar. Es gibt gleichwohl auch pathologische Ursachen. Die verbreitetsten Formen sind Kurzsichtigkeit und Weitsichtigkeit. Sie sind meist auf ein Missverhältnis zwischen der Baulänge des Auges und seiner Brechkraft zurückzuführen, weshalb sie auch axiale Brechungsfehler oder Achsenametropien genannt werden. Bei einem zu langen Augapfel befindet sich der Brennpunkt des einfallenden Lichts vor der Netzhaut, bei einem zu kurzen Auge dahinter. Das Ergebnis ist in beiden Fällen eine unscharfe Abbildung.

Ein weiterer Brechungsfehler ist als Hornhautverkrümmung, Stabsichtigkeit oder Astigmatismus bekannt. Bedingt durch strukturelle oder topografische Veränderungen der Hornhaut oder Linse kommt es hierbei zu einer verzerrten Abbildung, da die ins Auge einfallenden Lichtstrahlen nicht in einem Brennpunkt gebündelt, sondern in einer Brennlinie abgebildet werden.

Die Akkommodationsbreite nimmt im Laufe des Lebens durch zunehmenden Elastizitätsverlust der Linse langsam ab und führt schließlich zur Alterssichtigkeit (Presbyopie). Die Folge ist eine Verschiebung des Nahpunktes vom Auge weg in die Ferne.

Einen massiven Eingriff in die Wirkungsweise des dioptrischen Apparates stellt die operative Entfernung der Linse, beispielsweise bei einem Grauen Star, dar. Sie wird deshalb in den meisten Fällen durch ein künstliches Implantat ersetzt, um die fehlende Brechkraft der natürlichen Linse auszugleichen. Gleiches gilt für eine Entfernung der Hornhaut und deren Ersatz durch ein Transplantat.

Das menschliche Auge ist an den Brechungsindex von Luft angepasst. Ändert sich der Brechungsindex des das Auge umgebenden Mediums, bspw. beim Tauchen im Wasser, so hat dies ebenfalls eine Verschlechterung der Abbildungsqualität und somit der Sehschärfe zur Folge.

Literatur

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• Rainer Klinke, Stefan Silbernagl: Lehrbuch der Physiologie. 4., korr. Auflage. Stuttgart 2003, ISBN 3-13-796004-5.

Einzelnachweise

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