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Wie Augen funktionieren

Der Sehsinn spielt in unserem täglichen Leben eine zentrale Rolle. Das Auge ist das Sinnesorgan, das wir am meisten gebrauchen.

Wie ist es aufgebaut? 

Aus welchen Einzelteilen besteht dieses komplexe System? 

Wir funktionieren seine Teile und welche Aufgaben haben sie?

Der Aufbau des Auges

Der "Sehapparat" ist von seinem Aufbau und seiner Funktionsweise her mit einer Fotokamera vergleichbar - wobei die beste Kamera nie die Perfektion des menschlichen Auges erreichen wird.

Vom Augenlied zum Sehnerv

Das Auge wird von einer in von Augenmuskeln beweglichen Knochenhöhle des Schädels und von Muskeln, Fett- und Bindgewebe sicher umschlossen. Vor der Augenhöhle befinden sich die Lider.

Augenlied zum Sehnerv

Die Augenlider übernehmen wichtige Schutzfunktionen. In der gesamten Haut der Lider befinden sich sensible Nervenzellen. Die Lider reagieren auf Berührungen, Schmerzen, Blendung und Temperatur und werden reflexartig geschlossen. So wird die Augenoberfläche geschützt. Zusätzlich dient der Lidschlag der regelmäßigen Befeuchtung des Auges, um es vor dem Austrocknen zu bewahren. Wimpernhaare, die sowohl am Ober- als auch am Unterlid zu finden sind, halten Staub und Schweiß vom Auge fern.

Das Innere der Augenlider wird überzogen von der Bindehaut. Sie ist eine glatte, durchsichtige, glänzende Schleimhaut und mit zahlreichen schleimproduzierenden Zellen (Becherzellen) durchsetzt. Die Zellen liefern einen wichtigen Beitrag zur richtigen Zusammensetzung des Tränenfilms. Außerdem sorgt sie für ein reibungsfreies Gleiten der verschiedenen Schichten und ist in der Lage, Krankheitserreger abzuwehren. Da die Bindehaut Blutgefäße enthält, zeigen sich Augenreizungen und 
-erkrankungen oftmals in einer Rötung der Bindehaut.

In der Augenhöhle ist der Augapfel (Bulbus oculi) weich eingebettet. Es ist ein etwa 7,5 Gramm schweres, kugelförmiges Organ. Sein Gesamt-Durchmesser beträgt bei der Geburt etwa 17 mm und beim Erwachsenen ca. 24 mm. Der Augapfel wird von den Augenmuskeln bewegt. 

Die Außenhülle des Augapfels, bezeichnet der Fachmann als Lederhaut (Sklera). Die Faserstruktur der Lederhaut ist besonders stabil und fest. Sie sichert die äußere Form des Augapfels ähnlich einem Skelett. Sie ist derb, weißlich, lichtundurchlässig und hat nur nach vorn einen durchsichtigen Teil, die Hornhaut. 

Die Hornhaut (Cornea) ist unser "Fenster zur Welt" und ermöglicht den Eintritt von Lichtstrahlen. Sie ist extrem empfindlich. Schon eine leichte Berührung bewirkt einen schützenden automatischen Lidschluss. 

Unter der Lederhaut liegt die Aderhaut (Choroidea), die das Auge mit Nährstoffen versorgt. Der Blutfluss in der Aderhaut ist der stärkste des gesamten Körpers. 

Im vorderen Augenabschnitt geht die Aderhaut in die Regenbogenhaut (Iris) über. Die Regenbogenhaut arbeitet ähnlich wie die Blende eines Fotoapparates. In der Mitte der Regenbogenhaut befindet sich die Pupille, das schwarze "Loch".

Linse, Ziliarzotten und Pars plana, zwischen denen die Zonulafasern zu sehen sind.

Hinter der Pupille sitzt die Linse. Sie besteht aus einer Kapsel, einer Rinde und einem Kern und hat weder Nerven noch Blutgefäße, sondern ist kristallklar. Die Augenlinse ist elastisch und liegt zwischen dem Glaskörper und der Regenbogenhaut, also im vorderen Augenabschnitt. Sie ist wie ein Trampolin mit feinen Fasern (Zonulafasern) am Ziliarkörper befestigt. Von außen ist sie unsichtbar. Die Linsenkrümmung wird vom Ziliarmuskel gesteuert.

Der Raum zwischen Hornhaut und Linse wird als Vorderkammer bezeichnet. Sie ist mit Kammerwasser gefüllt. 

Dem vorderen Teil des Auges folgt die durch den gallertartigen Glaskörper ausgefüllte Hinterkammer. Wie die Vorderkammer ist auch die Hinterkammer mit einer klaren Flüssigkeit, dem Kammerwasser, gefüllt, das u.a. eine Rolle bei der Regulation des Augeninnendrucks spielt.

Das Innere des Auges (Augenhintergrund) mit Netzhaut und Gefäßen

Das Innere des Augapfels wird im hinteren Teil durch die Netzhaut (Retina) ausgekleidet. Sie ist ein Film aus feinen lichtempfindlichen Seh- und Nervenzellen. Bei den Sehzellen (Rezeptoren) unterscheidet man Stäbchen und Zapfen. Letztere sind für die Farbwahrnehmung zuständig, den Stäbchen verdanken wir die Hell-Dunkelwahrnehmung. Der gefäßlose Teil der Netzhaut liegt der Pupille fast direkt gegenüber ("gelber Fleck" oder auch Makula). Dieser Bereich enthält die Netzhautgrube (Fovea Centralis), die Stelle des schärfsten Sehens. Dort, wo die Netzhaut in den Sehnerv übergeht, gibt es keine Sehzellen. Diesen lichtunempfindlichen Teil bezeichnet man als "blinden Fleck". Über den Sehnerv werden Impulse an die Sehrinde im Gehirn weitergegeben, wo schließlich die Verarbeitung der Sinneseindrücke zu fertigen Bildern erfolgt.

Wie funktioniert was?

Was passiert, wenn wir mit den Augen einen Punkt fixieren? Dieser Frage wollen wir nun auf den Grund gehen. Hierzu werden wir die im Abschnitt "Der Aufbau des Auges" aufgeführten Teile des Auges in Bezug auf ihre Funktion betrachten. 

Lichtimpulse gelangen durch die transparente Hornhaut in unser Auge. Ist die Transparenz der Hornhaut durch Verletzungen oder Trübheit beeinträchtigt, wird die Sicht erheblich eingeschränkt. 
Die Lichtintensität, die für den Sehvorgang notwendig ist, 
wird durch die Regenbogenhaut -auch Iris genannt- gesteuert.

Beim starken Lichteinfall (z.B. grelles Licht) verengt sich die Pupille, um die Netzhaut vor zu viel Licht zu schützen). Die Gefahr der Blendung wird so gebannt. Durch ihre Muskulatur kann die Regenbogenhaut den Durchmesser der Pupille bis auf 1,5 mm verengen (Miosis) oder bis auf 8 mm erweitern (Mydriasis). 

Um ihre Aufgabe als Blende erfüllen zu können, muss die Regenbogenhaut genügend Farbstoffe (Pigmente) enthalten. Neben der Aufgabe als Blende, verleiht die Regenbogenhaut uns ein eindeutiges Merkmal: die Augenfarbe. Der für die individuelle Augenfarbe verantwortliche Farbstoff ist das Melanin. Bei hohem Melaningehalt sind die Augen dunkelbraun. Grau-blau sind sie dagegen bei niedrigem Melaningehalt. Streng genommen ist dies eine optische Täuschung, denn die Regenbogenhaut ist eigentlich nicht blau, sondern fast durchsichtig. Sie wirkt für uns nur blau, weil sie den blauen Anteil des einfallenden Lichtes reflektiert - ähnlich wie beim Blau des Himmels. 

Die Augenfarbe wird von den Eltern auf die Kinder vererbt. Bei etwa 90 Prozent aller blauäugig auf die Welt kommenden Menschen verändert sich die Augenfarbe mit der Zeit und wechselt in einen grünen, grau-grünen, grau-blauen oder grauen Farbton. Sie wechselt jedoch nie in einen Braunton. Von Geburt an braune Augen bleiben unverändert braun. 

Es gibt Menschen, deren Regenbogenhaut wenig oder sogar keine Pigmente enthält. "Albinos" können in der Dunkelheit relativ normal sehen, kommen bei Helligkeit aber nicht ohne dunkle Brille aus. 

Hinter der Pupille liegt die Linse. Je nach Muskelzug wird die Linse in ihrer Lage und Krümmung leicht verändert und damit auf Nah- oder Fernsicht eingestellt. Der Vorgang wird als Akkommodation bezeichnet.

Schemazeichnung der Akkomodation

Schemazeichnung der Akkomodation

Mit der Krümmung der Linse verändert sich deren Brechkraft. Schweift der Blick in die Ferne, bewirkt das Zusammenziehen der Zonulafasern, dass die Linse flach wird und dass das Auge auf die Ferne eingestellt ist. Zur Naheinstellung zieht sich der Ziliarmuskel zusammen. Dadurch krümmt sich die Linse stärker und stellt mittels der Krümmung ein Objekt in der Nähe scharf. 

Die Brechkraft der Linse ist nicht gleichmäßig. In der Mitte der Linse, in der Nähe der Linsenachse, werden alle Lichtstrahlen so gebrochen, dass ein farb- und formgetreues, scharfes Bild auf der Netzhaut entsteht. Werden die Strahlen am Rand gebrochen, kommt es zu einer ungenauen Abbildung. 

Nach dem 45. Lebensjahr wird die Linse allmählich härter und verliert an Elastizität. Eine Abnahme des Wassergehaltes bei gleichzeitiger Zunahme fester Bestandteile ist die Ursache. Durch die Abnahme der Elastizität nimmt auch die Linsenbrechkraft langsam ab. Auf diese Weise kommt es zur so genannten Alterssichtigkeit. 

Hinter den "optischen Medien" liegt der Glaskörper. Er besteht aus einer gallertartigen, durchsichtigen Masse, einer gelartigen Substanz mit 99 Prozent Wassergehalt. Der Glaskörper ist elastisch und durchsichtig und dient der Formerhaltung des Auges. Er fungiert als Puffer zwischen dem vorderen und hinteren Teil des Auges und gleicht plötzlichen Druck oder Stöße aus. Ebenso wie die Elastizität der Linse mit den Jahren abnimmt, verändert sich die Konsistenz des Glaskörpers im Laufe des Lebens vom festen Gel-Zustand in einen verflüssigten Zustand. Seine Pufferfunktion nimmt ab. 

Beim Sehvorgang trifft das Licht als Impuls auf die Netzhaut. Sie ist nicht größer als eine Briefmarke, verfügt aber über ungewöhnlich viele licht- und farbempfindliche Sinneszellen: Es gibt rund 6-7 Millionen Zapfen (farbempfindliche Empfänger), und 110-125 Millionen Stäbchen. Letztere registrieren, ob etwas hell oder dunkel ist. Die farbempfindlichen Zapfen reagieren nur, wenn Licht einer bestimmten Farbe sie erreicht. Die Millionen Informationen über hell, dunkel, farbig oder nicht farbig werden in der Netzhaut gesammelt, so dass am Ende rund eine Million Nervenfasern das Auge über den Sehnerv Richtung Gehirn verlassen. 

In der Mitte der Netzhaut befindet sich die Makula (gelber Fleck). In ihrer Mitte befindet sich die Netzhautgrube (Fovea centralis), die Stelle des schärfsten Sehens. Die Netzhautgrube enthält ausschließlich Zapfen und keine Stäbchen. Die Netzhautmitte ist also für das scharfe Sehen verantwortlich, die äußeren Ränder des Gesichtsfeldes sind dagegen vor allem für das Bewegungssehen zuständig, d.h. für das Erkennen von Gefahren "aus dem Augenwinkel" heraus. 

An der Rückseite des Augapfels liegt eine siebartige Öffnung, durch die rund eine Millionen Nervenfasern aus der Netzhaut austreten, um sich zu einem ca. 5 mm dicken Sehnerven-Strang zu vereinigen. Über diesen werden die auf der Netzhaut gesammelten Informationen ins Gehirn weitergeleitet. In der Sehrinde werden die vom Sehnerv transportierten Informationen "entwickelt", d.h. als Seheindrücke ins Bewusstsein gebracht. Wir sehen.

Wenn die Tränen fließen

Wenn die Tränen fließen

Die Tränenflüssigkeit 
Nur ein optimal funktionierendes Tränenflüssigkeitsbildungs- und -ableitungssystem kann die vielfältigen Aufgaben für das Auge bestmöglich erfüllen:

  • Befeuchtung der Horn- und Bindehaut
  • Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen
  • Ausgleich kleinerer Unebenheiten auf der Hornhaut
  • Abwehr von Bakterien und Viren durch Enzyme und Antikörper
  • Ausspulung von Fremdkörpern

Die Tränenflüssigkeit wird in der großen Tränendrüse unterhalb des äußeren Augenbrauenbogens und in zahlreichen kleinen Drüsen der Bindehaut und des Lidrandes gebildet. Die Produktion wird durch Nervenimpulse und Gefühlsstimmungen geregelt. Der natürliche Tränenfilm besteht aus einer optimalen Zusammensetzung von drei Komponenten: einer schleimhaltigen, einer wässrigen und einer fetthaltigen Schicht.

Der natürliche Tränenfilm besteht aus drei Schichten:

Die Schleimschicht befindet sich direkt auf der Augenoberfläche und gleicht feine Unebenheiten der Horn- und Bindehaut aus. Sie sorgt außerdem dafür, dass die Wasser abstoßende Hornhautoberfläche Wasser anziehend wird. So kann die wässrige Schicht besser auf der Hornhaut haften. Die wässrige Schicht macht den größten Anteil der Tränenflüssigkeit aus. In ihr sind Eiweiße, Enzyme und Antikörper enthalten, die der Abwehr von Bakterien und anderen Organismen dienen. Die äußere fetthaltige Schicht verhindert, dass die Tränenflüssigkeit über die Lidkante abläuft oder verdunstet. Normalerweise wird die Tränenflüssigkeit durch den Lidschlag, der etwa alle 5 bis 10 Sekunden erfolgt, gleichmäßig auf der Hornhaut verteilt. Im Falle eines Trockenen Auges wird zu wenig Tränenflüssigkeit gebildet oder die drei Bestandteile (Schleim, Wasser, Fett) stehen nicht in einem optimalen Verhältnis zueinander.