Buku Bahasa Indonesia Guyton And Hall Textbook of Medical Physiology 46-52
54 Indera Kimia—Rasa dan Bau
Sistem Saraf:
B. Indera Khusus
- GARIS BESAR UNIT
- 50 Mata: I. Optika Penglihatan
- 51 Mata: II. Fungsi Reseptor dan Neural Retina
- 52 Mata: III. Neurofisiologi Sentral Penglihatan
- 53 Indera Pendengaran
BAB 50 
Mata: I. Optika Penglihatan
PRINSIP FISIKA OPTIKA
Memahami sistem optik mata memerlukan pemahaman prinsip dasar optika, termasuk faktor-faktor seperti fisika pembiasan cahaya, pemfokusan, dan kedalaman fokus. Tinjauan singkat prinsip fisika ini disajikan dalam bab ini, diikuti pembahasan optika mata.
Pembiasan Cahaya
Indeks Bias Zat Transparan. Sinar cahaya bergerak melalui udara dengan kecepatan sekitar 300.000 km/detik, tetapi bergerak jauh lebih lambat melalui padatan dan cairan transparan. Indeks bias suatu zat transparan adalah perbandingan antara kecepatan cahaya di udara dengan kecepatan di dalam zat tersebut. Indeks bias udara adalah 1,00. Jadi, jika cahaya bergerak melalui jenis kaca tertentu dengan kecepatan 200.000 km/detik, indeks bias kaca tersebut adalah 300.000 dibagi 200.000, atau 1,50.
Pembiasan Sinar Cahaya pada Antarmuka antara Dua Medium dengan Indeks Bias Berbeda. Ketika sinar cahaya yang bergerak maju dalam sebuah berkas (seperti ditunjukkan pada Gambar 50-1A) mengenai antarmuka yang tegak lurus terhadap berkas tersebut, sinar masuk ke medium kedua tanpa mengalami penyimpangan arah. Satu-satunya efek yang terjadi adalah penurunan kecepatan transmisi dan pemendekan panjang gelombang, seperti ditunjukkan pada gambar oleh jarak yang lebih pendek antar muka gelombang.
Jika sinar cahaya melewati antarmuka yang miring, seperti ditunjukkan pada Gambar 50-1B, sinar akan membelok jika indeks bias kedua medium berbeda. Pada gambar ini, sinar cahaya keluar dari udara, yang memiliki indeks bias 1,00, dan masuk ke blok kaca dengan indeks bias 1,50. Ketika berkas pertama kali mengenai antarmuka miring, bagian bawah berkas memasuki kaca lebih dahulu daripada bagian atas. Muka gelombang pada bagian atas berkas terus bergerak dengan kecepatan 300.000 km/detik, sedangkan bagian yang telah masuk ke kaca bergerak dengan kecepatan 200.000 km/detik. Perbedaan kecepatan ini menyebabkan bagian atas muka gelombang bergerak mendahului bagian bawah sehingga muka gelombang tidak lagi vertikal, tetapi miring ke kanan. Karena arah perjalanan cahaya selalu tegak lurus terhadap bidang muka gelombang, arah perjalanan berkas cahaya membelok ke bawah.
Pembelokan sinar cahaya pada antarmuka miring ini disebut pembiasan. Perlu diperhatikan bahwa derajat pembiasan meningkat sebagai fungsi dari: (1) rasio antara dua indeks bias dari dua medium transparan; dan (2) derajat kemiringan antara antarmuka dan muka gelombang yang datang.
Penerapan Prinsip Pembiasan pada Lensa
Lensa Cembung Memfokuskan Sinar Cahaya. Gambar 50-2 menunjukkan sinar cahaya paralel yang memasuki lensa cembung. Sinar cahaya yang melewati pusat lensa mengenai lensa tepat secara tegak lurus terhadap permukaan lensa dan karena itu tidak mengalami pembiasan. Namun, ke arah tepi lensa, sinar cahaya mengenai antarmuka yang semakin miring. Sinar luar membelok semakin kuat ke arah pusat, yang disebut konvergensi sinar. Setengah pembelokan terjadi ketika sinar memasuki lensa dan setengahnya lagi terjadi saat sinar keluar dari sisi berlawanan.
Jika lensa memiliki kelengkungan yang tepat, sinar cahaya paralel yang melewati setiap bagian lensa akan dibelokkan sedemikian rupa sehingga seluruh sinar akan melalui satu titik, yang disebut titik fokus.
Lensa Cekung Mendiferensikan Sinar Cahaya. Gambar 50-3 menunjukkan efek lensa cekung terhadap sinar cahaya paralel. Sinar yang masuk ke pusat lensa mengenai antarmuka yang tegak lurus terhadap berkas sehingga tidak mengalami pembiasan. Sinar di tepi lensa masuk ke lensa lebih dahulu daripada sinar di pusat. Efek ini berlawanan dengan lensa cembung dan menyebabkan sinar cahaya perifer menyebar dari sinar yang melewati pusat lensa. Dengan demikian, lensa cekung mendiferensikan sinar cahaya, sedangkan lensa cembung mengonvergensikan sinar cahaya.
Lensa Silindris Membelokkan Sinar Cahaya Hanya pada Satu Bidang—Perbandingan dengan Lensa Sferis. Gambar 50-4 menunjukkan baik lensa sferis cembung maupun lensa silindris cembung. Perhatikan bahwa lensa silindris membelokkan sinar cahaya dari dua sisi lensa tetapi tidak dari atas atau bawah—yaitu, pembelokan terjadi pada satu bidang tetapi tidak pada bidang lainnya. Dengan demikian, sinar cahaya paralel dibelokkan menjadi garis fokus. Sebaliknya, sinar cahaya yang melewati lensa sferis dibiaskan pada semua tepi lensa (pada kedua bidang) menuju sinar pusat, dan semua sinar bertemu pada satu titik fokus.
Lensa silindris dapat didemonstrasikan dengan menggunakan tabung reaksi berisi air. Jika tabung reaksi ditempatkan dalam berkas sinar matahari dan selembar kertas didekatkan secara bertahap ke sisi berlawanan tabung, akan ditemukan jarak tertentu di mana sinar cahaya membentuk garis fokus. Lensa sferis didemonstrasikan dengan kaca pembesar biasa. Jika lensa tersebut ditempatkan dalam berkas sinar matahari, dan kertas didekatkan secara bertahap ke lensa, sinar cahaya akan jatuh pada satu titik fokus pada jarak yang sesuai.
Lensa silindris cekung menyebarkan sinar cahaya hanya pada satu bidang dengan cara yang sama seperti lensa silindris cembung mengonvergensikan sinar cahaya pada satu bidang. Gambar 50-5A menunjukkan bagaimana cahaya difokuskan dari sumber titik menjadi fokus garis oleh lensa silindris.
Kombinasi Dua Lensa Silindris Tegak Lurus Sama dengan Lensa Sferis. Gambar 50-5B menunjukkan dua lensa silindris cembung yang saling tegak lurus. Lensa silindris vertikal mengonvergensikan sinar cahaya yang melewati kedua sisi lensa, dan lensa horizontal mengonvergensikan sinar atas dan bawah. Dengan demikian, semua sinar cahaya bertemu pada satu titik fokus. Dengan kata lain, dua lensa silindris yang disilangkan tegak lurus melakukan fungsi yang sama seperti satu lensa sferis dengan daya refraksi yang sama.
Jarak Fokus Lensa
Jarak di luar lensa cembung di mana sinar paralel bertemu pada satu titik fokus disebut jarak fokus lensa. Diagram bagian atas Gambar 50-6 menunjukkan pemfokusan sinar cahaya paralel ini.
Pada diagram tengah, sinar cahaya yang memasuki lensa cembung tidak paralel tetapi divergen karena sumber cahaya adalah sumber titik yang tidak jauh dari lensa. Karena sinar ini menyebar keluar dari sumber titik, sinar tidak terfokus pada jarak yang sama seperti sinar paralel. Dengan kata lain, ketika sinar cahaya yang sudah divergen memasuki lensa cembung, jarak fokus di sisi lain lensa lebih jauh daripada jarak fokus lensa untuk sinar paralel.
Diagram bagian bawah Gambar 50-6 menunjukkan sinar cahaya yang divergen menuju lensa cembung yang memiliki kelengkungan jauh lebih besar dibandingkan dua lensa lainnya. Pada diagram ini, jarak dari lensa tempat sinar bertemu fokus sama dengan jarak pada diagram pertama, di mana lensa kurang cembung tetapi sinar yang masuk adalah paralel. Ini menunjukkan bahwa baik sinar paralel maupun sinar divergen dapat difokuskan pada jarak yang sama di belakang lensa, asalkan lensa mengubah kelengkungannya.
Pembentukan Citra oleh Lensa Cembung
Gambar 50-7A menunjukkan lensa cembung dengan dua sumber titik cahaya di sebelah kiri. Karena sinar cahaya melewati pusat lensa cembung tanpa dibiaskan ke arah mana pun, sinar dari setiap sumber titik cahaya ditunjukkan bertemu pada fokus titik di sisi berlawanan lensa secara langsung segaris dengan sumber titik dan pusat lensa.
Setiap objek di depan lensa pada kenyataannya adalah mosaik dari sumber titik cahaya. Beberapa titik sangat terang dan beberapa sangat lemah, serta bervariasi dalam warna. Setiap sumber titik cahaya pada objek bertemu pada fokus titik terpisah di sisi berlawanan lensa segaris dengan pusat lensa.
Jika selembar kertas putih ditempatkan pada jarak fokus dari lensa, akan terlihat citra objek, seperti ditunjukkan pada Gambar 50-7B. Namun, citra ini terbalik terhadap objek asli, dan sisi lateralnya juga tertukar. Lensa kamera memfokuskan citra pada film dengan metode ini.
Pengukuran Daya Refraksi Lensa—Dioptri
Semakin besar suatu lensa membelokkan sinar cahaya, semakin besar “daya refraksinya”. Daya refraksi ini diukur dalam satuan dioptri. Daya refraksi dalam dioptri dari lensa cembung sama dengan 1 meter dibagi jarak fokusnya. Dengan demikian, lensa sferis yang mengonvergensikan sinar cahaya paralel ke titik fokus 1 meter di belakang lensa memiliki daya refraksi +1 dioptri, seperti ditunjukkan pada Gambar 50-8. Jika lensa mampu membelokkan sinar cahaya paralel dua kali lebih besar daripada lensa dengan kekuatan +1 dioptri, maka lensa tersebut memiliki kekuatan +2 dioptri, dan sinar cahaya akan berfokus pada jarak 0,5 meter di belakang lensa. Lensa yang mampu mengonvergensikan sinar cahaya paralel ke titik fokus hanya 10 sentimeter (0,10 meter) di belakang lensa memiliki daya refraksi +10 dioptri.
Daya refraksi lensa cekung tidak dapat dinyatakan dalam jarak fokus di belakang lensa karena sinar cahaya menyebar, bukan berfokus pada satu titik. Namun, jika lensa cekung menyebarkan sinar cahaya dengan laju yang sama seperti lensa cembung +1 dioptri mengonvergensikannya, maka lensa cekung tersebut dikatakan memiliki kekuatan −1 dioptri. Demikian pula, jika lensa cekung menyebarkan sinar cahaya sebesar lensa +10 dioptri mengonvergensikannya, maka lensa tersebut memiliki kekuatan −10 dioptri.
Lensa cekung “menetralkan” daya refraksi lensa cembung. Dengan demikian, menempatkan lensa cekung 1 dioptri tepat di depan lensa cembung 1 dioptri menghasilkan sistem lensa dengan daya refraksi nol.
Kekuatan lensa silindris dihitung dengan cara yang sama seperti lensa sferis, kecuali bahwa sumbu lensa silindris harus dinyatakan bersama kekuatannya. Jika lensa silindris memfokuskan sinar cahaya paralel menjadi garis fokus 1 meter di belakang lensa, maka kekuatannya +1 dioptri. Sebaliknya, jika lensa silindris cekung menyebarkan sinar cahaya sebesar lensa silindris +1 dioptri mengonvergensikannya, maka kekuatannya −1 dioptri. Jika garis fokus horizontal, sumbunya disebut 0 derajat. Jika vertikal, sumbunya 90 derajat.
OPTIK MATA
Sistem lensa mata (Gambar 50-9) terdiri dari empat antarmuka refraktif: (1) antarmuka antara udara dan permukaan anterior kornea; (2) antarmuka antara permukaan posterior kornea dan aqueous humor; (3) antarmuka antara aqueous humor dan permukaan anterior lensa mata; dan (4) antarmuka antara permukaan posterior lensa dan vitreous humor. Indeks internal udara adalah 1, kornea 1,38, aqueous humor 1,33, lensa kristalin (rata-rata) 1,40, dan vitreous humor 1,34.
Pertimbangan Semua Permukaan Refraktif Mata sebagai Satu Lensa—“Mata Tereduksi”. Jika semua permukaan refraktif mata dijumlahkan secara aljabar dan kemudian dianggap sebagai satu lensa tunggal, maka optik mata normal dapat disederhanakan dan direpresentasikan secara skematis sebagai “mata tereduksi”. Representasi ini berguna dalam perhitungan sederhana. Pada mata tereduksi, satu permukaan refraktif dianggap ada, dengan titik pusatnya 17 milimeter di depan retina dan daya refraksi total 59 dioptri ketika lensa berakomodasi untuk penglihatan jauh.
Sekitar dua pertiga dari 59 dioptri daya refraktif mata disediakan oleh permukaan anterior kornea (bukan oleh lensa mata). Alasan utama fenomena ini adalah karena indeks refraksi kornea sangat berbeda dari udara, sedangkan indeks refraksi lensa mata tidak jauh berbeda dari indeks aqueous humor dan vitreous humor.
Daya refraktif total lensa internal mata, sebagaimana biasanya berada di dalam mata yang dikelilingi cairan di kedua sisinya, hanya 20 dioptri, sekitar sepertiga dari total daya refraktif mata. Namun, pentingnya lensa internal adalah bahwa sebagai respons terhadap sinyal saraf dari otak, kelengkungannya dapat ditingkatkan secara bermakna untuk memberikan “akomodasi”, yang akan dibahas kemudian dalam bab ini.
Pembentukan Citra pada Retina. Dengan cara yang sama seperti lensa kaca dapat memfokuskan gambar pada selembar kertas, sistem lensa mata dapat memfokuskan gambar pada retina. Gambar tersebut terbalik dan terbalik arah relatif terhadap objek. Namun, pikiran mempersepsikan objek dalam posisi tegak meskipun orientasi pada retina terbalik karena otak telah terlatih untuk menganggap gambar terbalik sebagai normal.
MEKANISME “AKOMODASI”
Pada anak-anak, daya refraktif lensa mata dapat ditingkatkan secara volunter dari 20 dioptri menjadi sekitar 34 dioptri, yang merupakan “akomodasi” sebesar 14 dioptri. Untuk melakukan akomodasi ini, bentuk lensa diubah dari lensa yang cukup cembung menjadi lensa yang sangat cembung.
Pada orang muda, lensa terdiri dari kapsul elastis yang kuat yang terisi cairan kental, kaya protein, namun transparan. Ketika lensa berada dalam keadaan relaks, tanpa tegangan pada kapsulnya, lensa akan berbentuk hampir sferis, terutama karena retraksi elastis kapsul lensa. Namun, seperti ditunjukkan pada Gambar 50-10, sekitar 70 ligamen suspensori melekat secara radial di sekitar lensa, menarik tepi lensa menuju lingkar luar bola mata. Ligamen-ligamen ini selalu berada dalam keadaan tegang oleh perlekatannya di batas anterior koroid dan retina. Tegangan pada ligamen menyebabkan lensa tetap relatif datar dalam kondisi mata normal.
Juga terdapat pada perlekatan lateral ligamen lensa ke bola mata adalah otot siliaris, yang memiliki dua set serabut otot polos—serabut meridional dan serabut sirkular. Serabut meridional membentang dari ujung perifer ligamen suspensori ke pertemuan korneoskleral. Ketika serabut ini berkontraksi, insersi perifer ligamen lensa ditarik secara medial menuju tepi kornea, sehingga mengurangi tegangan ligamen terhadap lensa. Serabut sirkular tersusun melingkar di seluruh perlekatan ligamen sehingga ketika berkontraksi, terjadi aksi seperti sfingter yang mengurangi diameter lingkar perlekatan ligamen; aksi ini juga memungkinkan ligamen menarik lebih sedikit pada kapsul lensa.
Baca Juga: Lighten PDF Converter OCR 6.1.1 Full Version
Dengan demikian, kontraksi salah satu set serabut otot polos pada otot siliaris merelaksasi ligamen ke kapsul lensa, dan lensa mengambil bentuk lebih sferis, seperti balon, karena elastisitas alami kapsul lensa.
Akomodasi Dikendalikan oleh Saraf Parasimpatis. Otot siliaris dikendalikan hampir seluruhnya oleh sinyal saraf parasimpatis yang ditransmisikan ke mata melalui nervus kranialis ketiga dari nukleus saraf ketiga di batang otak, sebagaimana dijelaskan dalam Bab 52. Stimulasi saraf parasimpatis mengontraksikan kedua set serabut otot siliaris, yang merelaksasikan ligamen lensa, sehingga memungkinkan lensa menjadi lebih tebal dan meningkatkan daya refraksinya. Dengan peningkatan daya refraktif ini, mata memfokuskan objek yang lebih dekat dibandingkan ketika daya refraksi lebih rendah. Oleh karena itu, ketika objek jauh bergerak mendekati mata, jumlah impuls parasimpatis yang mengenai otot siliaris harus meningkat secara progresif agar mata tetap dapat mempertahankan fokus pada objek. Stimulasi simpatis memiliki efek tambahan dalam merelaksasi otot siliaris, tetapi efek ini sangat lemah sehingga hampir tidak berperan dalam mekanisme akomodasi normal; neurofisiologi mekanisme ini dibahas dalam Bab 52.
Presbiopia—Hilangnya Akomodasi oleh Lensa. Seiring bertambahnya usia, lensa tumbuh lebih besar dan lebih tebal serta menjadi jauh kurang elastis, sebagian karena denaturasi progresif protein lensa. Kemampuan lensa untuk mengubah bentuk menurun dengan usia. Daya akomodasi menurun dari sekitar 14 dioptri pada anak menjadi kurang dari 2 dioptri pada usia 45 hingga 50 tahun dan menjadi hampir 0 dioptri pada usia 70 tahun. Setelah itu, lensa menjadi hampir sepenuhnya tidak dapat berakomodasi, suatu kondisi yang disebut presbiopia.
Setelah seseorang mencapai keadaan presbiopia, setiap mata tetap fokus secara permanen pada jarak yang hampir konstan; jarak ini bergantung pada karakteristik fisik masing-masing mata. Mata tidak lagi dapat berakomodasi untuk penglihatan jauh maupun dekat. Untuk melihat dengan jelas baik jauh maupun dekat, orang yang lebih tua harus menggunakan kacamata bifokal, dengan segmen atas untuk melihat jauh dan segmen bawah untuk melihat dekat (misalnya untuk membaca).
Comments (0)