Kapitel 1
Die Bio-Kamera Auge
Rechts und links von unserer Nase ist jeweils eine Bio-Kamera installiert, in der ein hoch entwickelter Endlosfilm abläuft: Die Rede ist von unseren Augen. Ob die Bilder, die sie uns liefern, scharf und richtig belichtet sind, hängt auch davon ab, ob sie ausreichend mit Vitaminen versorgt werden – doch dazu später mehr.
Die Augen sind die komplexesten auf Licht ansprechenden Sinnesorgane des Menschen und zu wahren Höchstleistungen fähig. Wir öffnen unsere Augen und sehen, wir erkennen Gegenstände, können Entfernungen und Farben unterscheiden und erleben unsere Umwelt. Die Informationsflut, die wir mithilfe unserer Augen aufnehmen, ist gewaltig. Bis zu 60 Prozent aller das Gehirn erreichenden Informationen stammen von den Augen. Zu diesem Zweck hat die Natur ein äußerst intelligentes und effektives Verarbeitungssystem entwickelt. Doch Sehen ist mehr als nur ein Bild aufzunehmen. Schließlich kommunizieren die Menschen nicht nur durch ihre Sprache und Gesten, sondern auch über ihre Augen: sehen und gesehen werden.
High Tech in unserem Kopf
Um die optischen Mittel des Auges und deren geniale Arbeitsweise zu verstehen, wird häufig der Vergleich mit einer Filmkamera herangezogen. Wer sich ein wenig mit dem Fotografieren auskennt, versteht das Prinzip sofort. Fototechniker und Optiker haben ganz einfach bei unserem Schöpfer abgeguckt: Das Verständnis von der Funktionsweise der Augen war Vorbild und Modell für die Entwicklung der Kamera. Schon der erste Fotoapparat-Prototyp besaß ein Linsensystem und eine Blende.
Um das Sehen und die komplexe Leistung der Augen zu begreifen, müssen wir uns zunächst ein Bild von den wichtigsten Bauteilen unseres Sehorgans, d.h. von seiner Anatomie, machen. Das Auge stellt sich als fast kugelförmiger Augapfel dar, der in der Augenhöhle eingebettet liegt. Wie bei einem Kameraobjektiv fällt Licht durch die einzelnen Bauteile des Auges: durch Hornhaut, vordere Augenkammer, Pupille, Linse und Glaskörper. Hornhaut, Linse und Glaskörper sind vollkommen transparent, d.h. klar und lichtdurchlässig, damit die eintretenden Lichtstrahlen nicht abgelenkt oder absorbiert werden.
Die Pupille steuert die Lichtmenge, die zur Netzhaut gelangt. Die Hornhaut bündelt das einfallende Licht. Die entstehenden Bilder werden über den Sehnerv zum Gehirn weitergeleitet. Dort werden die optischen Eindrücke verarbeitet und interpretiert.
Zur Versorgung und Funktionserhaltung sowie zum Schutz der Augen dienen Tränendrüsen, Augenbrauen, Augenlider sowie Bindehaut, Augenmuskeln, Blutgefäße und sensible Nerven.
Die folgende anatomische Darstellung zeigt alle am Sehvorgang beteiligten Bauteile im Querschnitt.
Abb. 1: Das Auge und seine funktionellen Bestandteile
Bauplan des Auges
Sehen wir uns die Funktionen der für den Sehvorgang zuständigen Bestandteile genauer an. Der Augapfel hat einen Durchmesser von etwa 24 Millimeter und liegt eingebettet in einem schützenden Mix aus Fett- und Bindegewebe in der knöchernen Augenhöhle. Die Augenmuskeln ermöglichen ihm Bewegungen nach oben, unten, rechts und links – ebenso wie das Rollen der Augen. Der Sehnerv und die Nerven der Augenmuskeln sind die Verbindungen zum Gehirn.
Den größten Anteil am Augapfel hat der Glaskörper, der das Augeninnere zwischen Linse und Netzhaut ausfüllt. Es handelt sich dabei um eine gallertartige, durchsichtige Masse, die zu 98 Prozent aus Wasser und einem geringen Anteil an Zucker- und Eiweißverbindungen besteht.
Die beiden Augenkammern sind weitaus kleiner als der Glaskörperraum und von Kammerwasser ausgefüllt, das der Ernährung der Linse und Hornhaut dient und zur Stabilisierung der Augenform beiträgt.
Das eigentliche »Fenster« des Auges ist die Hornhaut – durch sie fällt das Licht ein und wird es gebündelt. Die Hornhaut ist ganz wesentlich für die Sehkraft und wirkt wie eine Vorsatzlinse. Sie steuert immerhin zwei Drittel der Lichtbrechkraft des Auges bei.
Die Hornhaut besteht aus fein verwobenen Kollagenfasern, die eine glasklare, etwas über einen halben Millimeter dicke Kuppel bilden. Auf ihrer Außenseite wird diese Kuppel von der Tränenflüssigkeit benetzt. Diese Flüssigkeit schützt das Auge vor dem Austrocknen und stellt zudem ein Gleitmittel dar.
Tränen – mehr als Wasser
Jeder Mensch produziert etwa ab seiner dritten Lebenswoche täglich durchschnittlich ein Gramm Tränenflüssigkeit.
Das hört sich zunächst nach nicht sehr viel an. Die Tränenflüssigkeit ist aber eine besonders ausgeklügelte Mixtur und so einzigartig, dass es bisher noch nicht gelungen ist, sie durch so genannte »künstliche Tränen« oder Tränenersatzmittel exakt nachzubilden.
Abb. 2: Der Tränenfilm setzt sich aus drei Schichten zusammen.
An tränenreichen Tagen kann die durchschnittlich produzierte Tränenmenge um das Hundertfache erhöht sein, wobei diese Flüssigkeit dann aber eine andere, einfachere Zusammensetzung aufweist.
Mit jedem Lidschlag wird ein hauchdünner Tränenfilm über das Auge verteilt, der die Oberfläche glatt, sauber und geschmeidig hält und sie vor Bakterien schützt. Um all diese Aufgaben zu erfüllen, bedarf es einer ganz besonderen Zusammensetzung.
Der Tränenfilm wird von unterschiedlichen Drüsen gebildet und setzt sich aus drei Schichten zusammen: einer schleimhaltigen, einer wässrigen und einer fetthaltigen.
Die fetthaltige Phase hat die Aufgabe, den Tränenfilm zu stabilisieren. Hierdurch wird ein zu rasches Verdunsten der Flüssigkeit verhindert.
Die wässrige Phase versorgt die Hornhaut mit Nährstoffen und enthält darüber hinaus Abwehrzellen. Mit ihnen werden eindringende Keime bekämpft.
Die schleimhaltige Phase umhüllt Fremdkörper und hilft mit, diese unschädlich zu machen.
Außer aus Wasser bestehen Tränen auch aus Mineralien, Eiweiß, Enzymen, Schleimstoffen, Fettanteilen und bakterienzersetzenden Stoffen. Vitamine spielen ebenfalls eine Rolle. Das in der Tränenflüssigkeit enthaltene Vitamin C erfüllt zwei Aufgaben: Es dient als Oxidationsschutz und ist Teil des Stoffwechsels der Hornhaut.
Zum mechanischen Schutz der empfindlichen Augen dienen Brauen, Wimpern sowie Ober- und Unterlider: Sie verhindern das Eindringen von Staub und Schweiß in die Augen. Der Lidreflex schützt gegen kleine Fremdkörper ebenso wie vor Blendung.
Eine Schutzfunktion hat auch die Bindehaut, die die Innenseite der Augenlider auskleidet. Ihre Immunzellen machen die Hauptabwehrkraft des Auges aus.
Das so genannte »Weiße im Auge« ist die kräftige Lederhaut, die das Auge ebenfalls vor Verletzungen schützen soll. Mit Ausnahme von zwei Lücken – vorne für die Hornhaut und hinten für den Sehnerv – umschließt sie den Augapfel komplett. Die Hornhaut ist wie ein Uhrenglas in der Lederhaut des Auges eingelassen.
Die Regenbogenhaut (Iris) liegt wie eine farbige Blende vor der Linse. Ihre Öffnung, die größenveränderliche Pupille (auch als »Sehloch« bezeichnet), kann wie eine Kamerablende in Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen durch Muskeln vergrößert oder verkleinert werden. Je nachdem, ob der Blick in die Ferne schweift oder aber Dinge in der Nähe fixiert werden, ziehen die anliegenden Augenmuskeln die Linse in eine flache oder eine gewölbte Form. Farbpigmente dichten die Regenbogenhaut gegen eindringendes Licht ab, so dass es nur durch die Pupille ins Auge fällt. Der Pigmentgehalt der Regenbogenhaut bestimmt übrigens unsere Augenfarbe.
In der Augenlinse wird das durch die Pupille eintretende Licht gebündelt, so dass ein scharfes Bild auf der Netzhaut entstehen kann. Elastizität, Lichtbrechkraft und Schärfenanpassung sind wichtige Voraussetzungen und Eigenschaften für die Sehleistung. Durch Versteifung und Eintrübung der Augenlinse kann es im Laufe des Lebens zu Altersweitsichtigkeit, d.h. einem altersbedingten Verlust der Nahanpassungsfähigkeit des Auges, sowie zum so genannten Grauen Star, dem Katarakt, kommen.
Hochspezialisierte Sehzone
Für die Informationsverarbeitung ist die äußerst lichtempfindliche Innenauskleidung des Auges zuständig. Der Ort der Lichtwahrnehmung ist die so genannte Sehzone auf der Retina, der etwa vier Quadratzentimeter großen Netzhaut im Augenhintergrund. Wie in einem hochspezialisierten Computer wird in der Netzhaut das projizierte Bild analysiert, und es werden erste zeitliche, räumliche und farbliche Informationen gewonnen. Das Sehen projiziert die Außenwelt aber nicht nur ins Auge, sondern das Gehirn verarbeitet anschließend die von den Augen kommenden Informationen zu einer kompletten Wahrnehmung. Erst im Gehirn wird aus Sehen ein der Realität entsprechendes, in unser Bewusstsein gelangendes Bild.
Entwicklungsgeschichtlich betrachtet ist die Netzhaut ein vorgeschobener Teil des Gehirns und bildet mit dem Sehnerv ein einheitliches Organ. In der Retina finden sich zwei Arten von Sinneszellen, die Lichtreize in Nervenimpulse umwandeln: Stäbchen und Zapfen. Etwa 120 Millionen Stäbchenzellen registrieren Licht in der Dämmerung, wenn wir fast nur Konturen ausmachen können. Die Stäbchen sind rund 500-mal lichtempfindlicher als die Zapfen und vor allem für das Dämmerungs- und Schwarz-Weiß-Sehen zuständig.
Weil Stäbchenzellen lediglich Hell-Dunkel-Unterschiede registrieren, erscheinen von ihnen erfasste Gegenstände als farblos. Die im Randbereich der Netzhaut befindlichen Stäbchen leiten die eingehenden Eindrücke als Grautöne über den Augennerv an das Sehzentrum im Gehirn weiter.
Die zirka sechs Millionen Zapfen bewerkstelligen das Sehen bei Tageslicht und ermöglichen ein gestochen scharfes Bild sowie eine hervorragende Kontrast- und...
