background image

EYES: THE PHOTORECEPTOR SYSTEM

 

 

The eye is a highly specialized organ of photoreception. It analyses the form, intensity, and 
colour of light reflected from objects. The eyes are located in protective areas of the skull, 
the orbits. The eye measures approximately 25 mm in diameter. It is suspended in the bony 
orbital socket by six extrinsic muscles that control its movement. A thick adipose tissue 
muscles are coordinated so that the eye moves symmetrically about their own central axis.

 

Each eye is composed of three concentric tunics or layers

 

 

 

A tough external layer consisting of                                      Sclera 

                                                                                                            Cornea 

 

 

 

A more  vascular layer consisting of                                     Choroid 

                                                                                                           Ciliary body 

                                                                                                           Iris 

 

 

The inner sensory layer, the retina, consisting of              Outer pigmented epithelium 

                                                                                                             Inner retina proper 

 

The photosensitive inner layer of the retina communicates with the cerebrum through the 
optic nerve on the posterior side, and the anterior edge is called the ora serrate. Within the 
eyeball, the lens and the vitreous body are the transparent refractive elements in addition to 
the  cornea  anteriorly.  The  cornea  and  lens  concentrate  and  focus  light  on  the  retina, 
photoreceptors in the retina detect the intensity and colour of the light.  

Fibrous Layer

 

SCLERA

 

The sclera is the opaque white posterior five-sixth of the external layer .It is the fibrous 
external layer of the eyeball protecting the delicate internal structures and providing sites 
for muscle insertion. The sclera is relatively avascular with dense connective tissue 
composed of collagen fibers, ground substance, and fibroblasts. The tendons of the 
extraocular muscles that move the eyes are inserted into the anterior areas of the sclera. 


background image

CORNEA

 

The cornea forms the anterior one-sixth of the eyeball. It is colourless, transparent, and 
completely avascular. In histological section, the cornea consists of five layers:

 

 

An 

external stratified squamous epithelium

 

 

An 

anterior limiting membrane 

(

Bowman's membrane 

of the basement 

membrane of the stratified epithelium) 

 

The 

stroma

 

 

posterior limiting membrane 

(

Descemet's membrane

, the basement 

membrane of endothelium), and 

 

An 

inner simple squamous endothelium

 

The stratified surface epithelium is nonkeratinized, with five layers of cells comprising about 
10% of the corneal thickness. The basal layer shows high mitotic activity and the flattened 
surface cells are covered with a protective layer of tear film of lipid, glycoprotein and water. 
The corneal epithelium has the richest nerve supply of any tissue. 

The thick stroma, comprising about 90% of the corneal thickness is composed of collagen 
bundles, arranged in uniform arrays contributing to the transparency of this tissue. Between 
the collagen lamellae, flattened fibroblast-like cells and intercellular substance rich in 
proteoglycans to maintain the organization and spacing of the collagen fibrils.   

The posterior surface of the stroma bounded by a thick structure (Descemet's membrane), 
composed of fine collagen fibers, upon which lies the corneal endothelium. The endothelial 
cells are active in protein synthesis to maintain the basement membrane, and in pumping 
sodium ions into the anterior chamber. 

LIMBUS 

The

 limbus

, or 

corneoscleral junction

, encircles the cornea, and is a transitional zone 

where the transparent cornea joins the opaque sclera. At the corneoscleral junction, 
Descemet's membrane and its simple endothelium are replaced with a system of irregular 

endothelium-lined channels and called 

trabecular meshwork

, which penetrate the stroma 

and allow slow continuous drainage of aqueous humor from the anterior cavity. The fluid is 

pumped from these channels into the adjacent larger space of the 

scleral venous sinus

, or 

canal of Schlemm

, from which it drains into the aqueous and episcleral veins of the sclera. 

Vascular Layer 

The more vascular middle layer or the 

uvea

. It consists of three parts, from the posterior to 

the anterior: the 

choroid

, the 

ciliary body

, and the

 iris

CHOROID 

The choroid is a highly vascular tunic in the posterior two-thirds of the eye. It is composed of 
loose connective tissue, rich in collagen, blood vessels, elastic fibers, fibroblasts, 


background image

melanocytes, macrophages, lymphocytes, mast cells and plasma cells. The abundant 
melanocytes give the layer its characteristic black colour and block the light from entering 
the eye. The inner region of the choroid (

choriocapillary lamina

) is rich in 

microvasculature for the nutrition and maintenance of the retina. A thin amorphous hyaline 
sheet, 

Bruch's membrane

 separates the choriocapillary layer from the retina. 

CILIARY BODY 

The ciliary body, an anterior expansion of the choroid at the level of the lens, is a thickened 
ring of tissue inside the anterior portion of the sclera. The ciliary body has a stroma of loose 
connective tissue, rich in microvasculature, elastic fibers, and melanocytes, and smooth 

muscle. The 

ciliary muscle is

 inserted into the sclera, and when contracts, decreases the 

diameter of the ciliary body, reducing the tension of the fibers (

the

 

zonule

) that connects 

this body to the lens. This allows the lens to be more rounded and focus light from nearby 
objects onto the retina. The ciliary muscle contraction is under parasympathetic stimulation 
and it is important in visual accommodation. 

The ciliary body, with its 

ciliary processes 

is covered by a double layer of low columnar 

epithelium, the inner layer of which is rich in melanin and corresponds with the retinal 
pigment epithelium. The surface layer of cells lacks melanin and is contiguous with the 
sensory layer of the retina. The surface nonpimented cells have the characteristic features of 
ion-transporting cells, they actively transport fluid from the vascular stroma into the 

posterior chamber forming the 

aqueous humor

. This fluid similar to the plasma, with very 

low protein (less than 0.1%).The aqueous humor is secreted into the posterior chamber, 
flows towards the lens, passing between it and the iris to reach the anterior chamber 
through the pupil. The aqueous then flows into the angle formed by the cornea with the 
basal part of the iris and penetrates the channels of the trabecular meshwork at the 
corneoscleral junction (limbus), from which it is pumped into the scleral venous sinus. 

  The surface epithelial cells in the grooves between the ciliary processes secret elastin, 
fibrillin, and proteoglycans, which assemble as thin fibers attached to the surface of the lens 
capsule. The lens is anchored within the lumen of the ciliary body by the zonular fibers 
which are called the 

ciliary zonule 

or the 

suspensory ligament of the lens   

 

IRIS 

The 

iris

 is the most anterior extension of the uvea that partially covers the lens, leaving a 

round opening in the center called the 

pupil

. The anterior surface of the iris, exposed to the 

anterior chamber, is not covered by epithelium, but consists of an irregular layer of 
fibroblasts and melanocytes. The stroma consists of loose connective tissue with 
microvasculature. The posterior surface of the iris is smooth, with a two-layered epithelium 
continuous with that covering the ciliary body. The internal layer is composed of partially 
pigmented myoepithelial cells.  The external layer cells are filled with melanin granules, and 
are in direct contact with the posterior chamber. The pigment epithelium of the iris prevents 
the light from entering the eye except through the pupil. 


background image

The abundant melanocytes in the vascular layer of the eye act to keep stray light rays from 
interfering with image formation. Melanocytes of the iris stroma also provide the colour of 
the eyes. In individuals with very few light pigmented cells in the stroma, light with a blue 
colour is reflected back from the black pigmented epithelium on the posterior iris surface. As 
the number of melanocytes and amount of collagen increases in the stroma, the iris colour 
changes through various shades of green, gray, and brown. Individuals with albinism have 
almost no pigment and the pink colour of their irises is due to the reflection of incident light 
from the blood vessels of the stroma. 

Dilator pupillae muscle 

is a radial extension of myoepithelial cells along the posterior 

surface of the iris, while the 

sphincter pupillae muscle 

bundles are disposed in a circular 

array near the pupillary margin. The dilator pupillae is innervated by the sympathetic 
innervation, while the sphincter pupillae fibers have parasympathetic innervation. 

Lens 

The lens is a transparent biconvex structure immediately behind the iris to focus the light on 
the retina. It is avascular and is highly elastic. The lens has three components: 

LENS CAPSULE

:  is thick and rich in proteoglycans and type IV collagen. The lens capsule 

protects the underlying cells and for the attachment of zonular fibers. 

LENS EPITHELIUM

: A single layer of cuboidal epithelium 

LENS FIBERS

: are highly elongated, thin, flattened structures. The fibers are densely packed 

together forming a transparent tissue for light refraction. 

 

Vitreous Body 

The vitreous body occupies the vitreous chamber behind the lens. It is composed of 
transparent connective tissue containing 99% water. It is a gel-like connective tissue 
contains typeIV collagen. The only cells in the vitreous body are few macrophages and 
hyalocytes which synthesize the hyaluronate and collagen 

Retina 

The retina is the inner layer of the eye, externally it rests on the choroid, and internally it is 
associated with the vitreous body, and it consists of two layers. The inner one, the neural 
retina, contains the neurons and photoreceptors; the visual region of this layer extends 
anteriorly as far as the ora serrata continues as a cuboidal epithelium lining the surface of 
the ciliary body and posterior iris. The outer pigmented layer is an epithelium resting on 
Bruch's membrane just inside the choroid. This pigmented, cuboidal epithelium also lines 
the ciliary body and posterior iris. The pigmented epithelium consists of low columnar cells 
with basal nuclei. The cells have well-developed junctional complexes, gap junctions and 
numerous invaginations of the basal membrane with mitochondria. The apical ends of the 


background image

cells extend processes and projections that surround the tips of the photoreceptors. Melanin 
granules are numerous in the extensions and apical cytoplasm. These cells contain 
phagocytic vacuoles, secondary lysosomes, smooth ER and peroxisomes, with specialized 
regions for isomerization of all-trans-retinal (derived from vitamin A)      and its transport to 
the photoreceptor. The function of the cells in the pigmented epithelium includes the 
following: 

 

An important part in blood-retina barrier 

 

Absorb light passing through the retina to prevent its reflections 

 

Phagocytose shed components from the adjacent rod and cones, 

 

Remove free radicals 

 

Isomerize and regenerate the retinoids used as chromophores by the rods and cones 

The posterior, photosensitive part of the retina is a complex structure containing more than 
30 subtypes of neurons interconnected via synapses. The neurons and supporting groups are 
divided into four groups 

 

Photoreceptors, the rods and cones 

 

Conducting neurons, bipolar and ganglion cells 

 

Association and other neurons-horizontal, centrifugal, and amacrine  

 

supporting cells- Muller and neuroglial cells 

The arrangement and association of the nuclei and processes of these cells result in the 
retina being organized in ten layers seen in the light microscope. These ten layers from 
outside inward are: 

1. 

Pigment epithelium- the outer layer of the retina, it is not part of the neural retina, 
but intimately related to it 

2. 

Layer of rods and cones- contains the inner and outer segments of photoreceptor 
cells 

3. 

Outer limiting membrane- the apical boundary of Muller cells 

4. 

Outer nuclear layer- contains the cell bodies (nuclei) of retinal rods and cones 

5. 

Outer plexiform layer- contains the processes of the rods and cones and processes of 
the horizontal, amacrine, and bipolar cells that connect to them 

6. 

Inner nuclear layer- contain the cell bodies (nuclei) of horizontal, amacrine, bipolar, 
and ganglion cells that connect to each other 

7. 

Inner plexiform layer

-

contains the processes of horizontal, amacrine, bipolar,   

and ganglion cells that connect to each other

  

8. 

Ganglion cell layer- contain the cell bodies (nuclei) of ganglion cells

 

9. 

Layer of optic nerve fibers- contains processes of ganglion cells that lead from the 
retina to the brain 

10. 

Inner limiting membrane- composed of the basal lamina of Muller's cell 

 

 


background image

ROD CELLS 

The human retina contains approximately 120million 

rod cells

. They are extremely sensitive 

to light, they allow vision at dusk or nighttime. Rod cells are thin, elongated cells 
(50microns+3microns), composed of two distinct segments. The outer segment is 
photosensitive; the inner segment is for the metabolic and energy production.  

When examined with electron microscope, the outer rod-shaped segment consists mainly of 
600-1000 flattened membranous discs, surrounded by plasma membrane. The connecting 
stalk is a constriction between the inner and outer segment. It is a modified cilium with a 
basal body. The inner segment is rich in glycogen, mitochondria, and polyribosomes for the 
synthesis of 

rhodopsin (visual purple) 

 

 

CONE CELLS 

The human retina has 6 or 7 million cone cells, which are less sensitive to low light than the 
rod cells and are specialized for colour vision in bright light. The cone cells contain the visual 
pigment

 iodopsin 

with sensitivity to red, blue, or green regions of the visible spectrum. 

Cone cells are similar to rod ones, but the outer segment of the cones is shorter and more 
conical. 

SPECILIZED AREAS OF THE RETINA 

The posterior area of the retina where the optic nerve leaves the retina is devoid of 

photoreceptors and is known as the 

blind spot 

of the retina, or the 

optic disc

On the temporal side of the optic disc, lies a specialized area of the retina called 

fovea

 

centralis

. The fovea is a shallow depression having only cone cells at its center, with the 

bipolar and ganglion cells located only at the periphery. Blood vessels do not cross over this 
area and the light falls directly on the cones in the central part of the fovea, which helps 
account for the precise visual acuity of this region. 

Macula lutea

 or

 macula 

is 5.5mm in diameter. Here all layers of the retina are present and 

it contains carotenoids, which gives this area its yellowish colour 

 

CONJUNCTIVA, EYELIDS, and LACRIMAL GLANDS: Read them in your textbook 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 129 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل