눈의 구조와 생리 및 안경의 역할

(1) 눈의 구조

눈은 안구(Eye Ball)와 부속기관으로 되어있다. 안구는 시신경계와 함께 외계의 물체를 보고 인식하기 위한 기본기관이고, 부속기관은 안구의 보는 기본기능을 원활하게 하기 위한 역할을 한다.
안구의 주된 기능은 보려는 외계 물체로부터 오는 파장 380∼750 mm 의 가시광선을 광심광학계인 각막(Cornea)과 수정체(Lens)로 된 렌즈와, 매질 역할을 하는 방수(Aqueous Humor) 및 초자체(Vitreous Body)를 통해 굴절시켜 망막(Retina)에 선명한 상을 맺게 하는 것으로, 멀리 볼 때는 약 +60 디옵터(D)의 1매의 등가 볼록렌즈와 같다.
즉, 눈의 안검은 카메라의 셔터에, 눈의 수정체 및 각막은 카메라의 렌즈에, 눈의 홍채는 카메라의 조리개에, 눈의 망막은 카메라의 필름에 비교되지만 그 기능은 카메라보다 훨씬 앞선다.
각막과 수정체의 앞 뒤 광학적 굴절면은 정확하게는 구면이 아니며, 눈의 여러 매질의 굴절률도 서로 달라서 매우 복잡다. 따라서 안구의 각 부위의 곡률 및 굴절력과 굴절률을 단순화 시킬 필요가 있다.

눈의 여러 광학적 데이터를 단순화 시킨 도표를 광학적 모형안(Schematic Eye)이라고 한다. 광학적 모형안은 여러 사람이 발표했는데 그 중 스웨덴의 굴스트란드 (Allvar Gullstrand, 1862∼1930)의 것이 많이 사용되어진다.
보려는 물체를 향해 시선(Visual Axis)을 옮기기 위해서는 안구가 그 자리에서 이동하지 않고 회전운동만을 해야 한다. 이를 안구의 회선운동이라고 한다. 어느 방향의 물체를 주시하든지 주시선(Fixation Axis)은 안구 내의 일정한 점을 통한다. 이 점을 안구회선점이라고한다.
정상적 눈이면 이 안구회선점은 각막 정점으로부터 약 13mm 뒷쪽에서 위치한다. 안구는 동공 중심점으로부터 각 방향에 약 50°정도 회선한다.
각막 정점에서 수직으로 그은 선이 안구의 후반부 망막과 만나는 점을 후극이라 하고, 각막 정점으로부터 후극까지의 직선을 안축이라고 한다. 안구는 약 12세까지 성장 발달하게 된다. 안축의 길이는 눈의 굴절상태와 개인에 따라 차이가 있지만 정상적 성인의 길이는 평균 24mm이다.
안구의 무게는 성인을 기준으로, 무게가 약 7g, 부피는 약 6.5 cc, 비중은 1.077이며, 그 모양은 거의 구형이다.
안축, 즉 안광학계의 광축은 각막 정점과 안구 회선점, 중심와(Fovea)를 통과하면 광학적으로는 이상적이다. 우리의 눈은 보려는 주시점(Fixation Point) 물체와 중심와를 연결한 선이 시선이다. 또, 거의 시선과 일치하고 있는 것으로, 주시점과 회선점을 잇는 선을 주시선이라고 한다. 해부학적 이유로 시선과 주시선은 안축, 즉 광축과 극히 작은 각의 크기로 서로 벌어져 있다.
망막은 안구벽의 가장 안쪽에 있는, 내막을 이루는 두께 0.5mm 정도의 얇은 막이며 카메라의 필름에 해당한다. 망막에 맺힌 상정보는 망막 부위 가운데 시신경 유두(Optic Disc)에서 시신경(Optic Nerve)으로 전달 된다.
안구의 후극부의 안쪽 바탕을 안저(Fundus)라고 한다. 이 안저에 있는, 직경 약 5mm의 가로 타원형 부분을 황반부(Macula Lutea)라고 하고, 그 중앙을 중심와(Fovea)라고 한다. 주시하려는 물체의 상은 이 곳에 맺히고, 망막 주변부에는 주시물체 주위에 있는 물체의 상이 맺힌다.
중심와로부터 코 쪽으로 약 4mm, 위로 1mm의 위치에 시신경 유두가 있다.
망막은 신체 기관 가운데 유일하게 검안경(Ophthalmoscope)을 사용하여 동맥과 정맥을 꽤 똑똑히 관찰할 수 있는 곳이다.

막에는 시세포(Visual Sell)가 분포되어 있다. 시세포층은 시야 내의 물체로부터 오는 빛 에너지의 수용층이다. 시세포에 빛이 닿으면 광화학적 반응으로 감광색소가 분해되어 빛에너지는 전기적 충격 에너지로 변환되고, 이 전기충격이 시신경을 자극하여 상의 정보가 뇌신경계에 전달되는 경로를 밟는다.
세포에는 주로 밝은 곳에서 작용을 하면서 물체의 색깔과 형태를 선명하게 감지할 수 있는 추세세포(Cone Cell)와, 어두운 곳에서 작용을 하여 형태만을 어렴풋하게 감지하는 간체세포(Rod Cell) 두 종류가 있다. 중심와를 중심으로 직경 약 0.5mm에는 추체세포만이 분포되어 있고 주변부로 갈수록 추체세포보다 간체세포의 분포가 많아진다.
추체세포의 수는 약 600만개, 간체세포의 수는 약 1억 2천만개가 있다.
시세포가 빛에너지의 자극을 대뇌 후두엽의 시중추까지 전달하는 경로를 시로(Visual Pathway)라고 하는데, 그 전달 메카니즘은 매우 복잡하여 아직 확실한 이론이 정립되어 있지 않다고 한다. 그 경로만 간단히 살펴보면 다음과 같다.
여러 시세포로부터 시신경에 전달된 상정보 자극은 시신경교차(Optic Chiasm)라고 부르는 부분에서 반교차가 일어나 중심와를 기준으로 망막의 왼쪽에 투영된 외계시야 내의 물체는 좌우안의 상이 하나로 합쳐져 왼쪽의 대뇌부로, 망막 오른쪽의
시야 내의 물체는 오른쪽 대뇌부로 전달된다. 시로를 순서대로 나열하면 아래와 같다.



시신경 유두(Optic Disc)→시신경(Optic Nerve)→시신경 교차(Optic Chiasm)→시삭(Optic Track)→대뇌후두엽의 시중추

(2) 시력 및 시야

외계의 먼 곳에 있는 물체의 모양을 확실하게 인식하기 위해서는 그 물체의 상이 되도록 선명하게 눈의 망막에 맺혀져야 한다. 이를 위하여 눈은 외계의 먼 곳에 있는 물체로부터 오는 광선속을 24mm 길이의 작은 안구 안으로 굴절시켜 망막에 선명한 상을 맺도록 하는 기능을 가지고 있다. 이를 우리 눈의 굴절기능이라고 한다.
굴절기능과 조절기능만 생각하면, 눈은 카메라와 흡사하다.
눈의 굴절기능에 기여하는 핵심적 요소는 렌즈계인 각막과 수정체이고, 방수와 초자체가 매질로 역할한다. 일반렌즈의 결상과 다른 점은 보이는 물체가 어디에 있든 선명 상의 위치는 이동하지 않고 한 곳, 즉 망막에 있어야 한다는 점이다. 특히 먼 곳 물체의 선명한 상이 망막에 있지 않고, 망막 앞 뒤 에 위치하게 되면 망막에는 착란원상(Circle of Confusion)이 형성되어 물체가 흐려 보이게 되는데 이러한 상태에 있는 눈을 굴절이상안 또는 비정시(Ametropla)라고 한다.
먼 곳을 보고 있을 때, 안광학계의 상측 초점이 망막과 일치되면 이 눈을 표준적 굴절 기능을 가진 정시(Emmetropla)라고 한다. 이 표준치로부터 벗어난 굴절상태와 망막의 위치를 지닌 눈을 비정시 또는 굴절이상안이라고 한다.
눈앞 5m 전방에 있는 물체에서 오는 평행광선 속의 선명상이 망막의 중심와 앞에 맺히는 비정시를 근시(Myopla)라고 한다. 즉, 먼 곳을 볼 때 안광학계의 상측 초점이 망막 전방에 위치하는 눈이다. 이와같이 되는 경우는 첫째, 굴절력의 크기는 정시의 눈과 같지만 안축의 길이가 길어 망막이 눈의 상측 초점보다 후방에 위치하게 되거나, 둘째는 안축의 길이는 정상이지만 각막 혹은 수정체의 굴절면의 만곡(곡률)이 크거나, 투명체의 굴절률이 크거나 해서 정시보다 굴절력이 큰 때다. 근시의 망막에는 선명치 못한 흐린 착란원상(Blur image)이 생기므로 먼 곳의 물체가 흐려 보인다.
근시와는 반대로 5m 전방에 있는 물체를 보려고 할 때 눈으로 들어오는 평행선속의 상점, 즉 안광학계의 상측초점이 망막의 후방에 맺히는 눈을 원시(Hyperopla)라고 한다. 원시는 안축의 길이가 정시 보다 짧거나, 눈의 전체 굴절력이 정시보다 약하면 선명상의 망막 중심와 뒤에 맺히고,망막의 중심와에는 흐린 착란상이 생긴다. 근시와 마찬가지로 중심와에 착란원상이 맺혀 먼 곳 원시 눈의 굴절력을 강하게 하여 선명상을 망막의 중심와에 오도록 한다. 이러한 순서를 거치면 무한대 먼 곳에 있는 물체도 선명하게 볼 수가 있다.
따라서 원시는 자칫 본인 스스로도 자각하지 못할 뿐 아니라, 안경사도 주의깊게 검사하지 않으면 놓치기 쉬운 눈이다.

눈의 안광학계의 굴절면이 토릭면을 이루면 눈앞 물체의 한 점에서 나온 광선속이 안광학계의 굴절작용을 받은후 눈 안 상공간에서 점으로의 선명상을 맺지 못할 뿐 아니라 망막의 중심와에 맺히는 상의 형태는 물체와 다르게 원형의 물체가 타원으로, 그리고 방향에 따라 선명도가 다르게 보인다. 이러한 비정시를 난시(Astigmatism)라고 한다.
안광학계에서 난시를 이루는 부분은 렌즈계를 이루는 요소인 각막과 수정체이다. 난시는 정난시(Regular Astigmatism)와 부정난시(Irregular Astigmatism)로 나눈다.