Biofísica de la Visión

Biofísica de la Visión

El ser humano se relaciona con el mundo exterior a través de los sentidos, es decir, a través de la visión, audición, olfato, gusto y tacto, todos ellos de suma importancia para nuestra vida de relación. Por ello hoy nos referiremos específicamente al sentido de la visión. La visión, obtenida a través del II par craneano, nervio óptico, III, IV y VI par, nervios oculomotores y es uno de los sistemas de transducción sensible a cierta parte del espectro de ondas electromagnéticas. Como fenómeno biológico comprende los siguientes pasos: -refracción de la luz por los medios dióptricos del ojo para formar la imagen en la retina. -procesos fotoquímicos retinianos: que transforman la energía lumínica en energía química; la que a su vez es transformada en impulsos nerviosos que llevan las imágenes a las áreas corticales correspondientes. -integración a la interpretación de la información a nivel cortical: la que las transforma en sensaciones de color, forma, dimensión, movimiento y ubicación. Ahora para que haya visión es necesario contar con: • Un ojo anatómica y funcionalmente normal

• Una vía óptica indemne. • Luz. Con respecto a la luz podemos decir que son radiaciones electromagnéticas detectables por el ojo humano con longitudes de onda que oscilan entre 400 y 780 nm, que están la retina produciendo sensaciones luminosas. Estas radiaciones electromagnéticas son de diferentes colores, lo que está determinado por sus diferentes longitudes de onda que se extienden desde los 10nm (luz ultravioleta) hasta los más de 10.000 nm (ondas herzianas). Por su parte la luz blanca es una mezcla de las diferentes longitudes de onda del espectro visible. Para decir que contamos con un ojo anatómica y funcionalmente normal éste debe estar constituido por una membrana resistente, blanca, no transparente llamada esclerótica, que forma una esfera de aproximadamente 24mm de diámetro. Se continúa en la parte anterior con la córnea que es un tejido transparente y con diferente curvatura, tiene un diámetro aproximado de 12 mm y un índice de refracción de 1,38. La esclerótica envuelve a un tejido muy vascularizado llamado coroides y cuya función es nutrir a la retina, que se encuentra por dentro de ella. En la parte anterior del ojo, la coroides forma unos pliegues, los procesos ciliares, de donde parten los ligamentos suspensorios del cristalino. El cristalino, formado por láminas concéntricas, está envuelto por una cápsula membranosa muy delgada al cual se fijan los ligamentos suspensorios procedentes de los procesos ciliares. Es biconvexo por lo actúa como una lente biconvexa y su índice de refracción es de 1,41. Por delante del cristalino la coroides se continúa con una membrana opaca, de distinto color según la persona, el iris, que posee un orificio en su parte central denominado niña o pupila. El diámetro de ésta varía de acuerdo a la a la intensidad de la luz incidente ( la dilatación normal de la pupila oscila entre 2 a 5 mm.), debido a la acción de las fibras musculares contenidas en el iris, de ésta manera el iris cumple una función de diafragma regulando la cantidad de luz que penetra en el ojo. Entre el iris y el cristalino existe un pequeño espacio denominada cámara posterior y entre el iris y la cara posterior de la córnea se encuentra la cámara anterior; ambas cámaras están llenas de un líquido el humor acuoso, que es formado continuamente por los procesos ciliares hacia la cámara posterior pasando luego a través de la pupila hacia la cámara anterior, y de ahí es drenado continuamente a nivel del ángulo formado por el iris y la córnea hacia un sistema de venas. El volumen de humor acuoso es responsable de la

presión intraocular existente que hace que el ojo conserve su forma esférica, normalmente su valor oscila entre los 15 a 20 mmHg. Mantenidos por el equilibrio dinámico entre la formación y drenaje del humor acuoso. Y su índice de refracción es de 1,33. La retina se encuentra por dentro de l a coroides y se halla aplicada por encima de ésta, es una fina membrana constituída por tejido nervioso por excelencia y en elle se encuentran los conos y bastones, células fotorreceptoras. Estas células nerviosas sensibles a la luz, hacen sinapsis con otras células nerviosas llamadas células bipolares y que están contenidas en el espesor de la retina y hacen sinapsis a su vez con las células ganglionares que dan inicio a la vía óptica, que también están situadas en el espesor de la retina y cuyos axones se reúnen en un solo haz para formar en nervio óptico, el cuál abandona el ojo por el polo posterior del mismo. Existe por último una cavidad por dentro de la retina, limitada por ésta en toda su extensión menos en la parte anterior donde está limitada por la cara posterior del cristalino. Esta cavidad está llena de humor vítreo que es una masa gelatinosa transparente cuyo índice de refracción es de 1,34.

Todos estos medios transparentes con distintos índices de refracción: • Córnea: 1,38 • Humor acuoso: 1,33 • Cristalino: 1,40 • Humor vítreo: 1,34

Actúan como un sistema de lentes cuyo fin es formar la imagen sobre la retina; la cuál es perfectamente nítida, real e invertida y por supuesto menor respecto al objeto. Si sumamos algebraicamente el poder de todas las superficies refringentes del ojo, vemos que el poder refringente total corresponde a unas 59 dioptrías. Así llamamos Ojo reducido a la simplificación de la óptica de un ojo normal mediante el uso de una única lente de 59 dioptrías situada a 17mm. Por delante de la retina; es de 59 dioptrías porque ese es el valor al que arribamos si sumamos algebraicamente el poder de todas las superficies refringentes del ojo. Esto simplifica los cálculos con respecto a la óptica ocular. Recordar que: Potencia O o poder dióptrico de una lente: es la inversa de la distancia focal. Y la distancia focal es la distancia que queda entre el centro óptico y el foco principal. Dioptría: es una unidad de potencia y es la que corresponde a una lente con una distancia focal de un metro.

Con respecto a la vía óptica decimos que tiene su origen aparente en la porción anteroexterna del quiasma óptico, desde donde se dirige hacia el agujero óptico que atraviesa para penetrar en la cavidad orbitaria y alcanzar el globo ocular, en el que se introduce por un punto ubicado 3mm por dentro y 1mm por debajo de su polo posterior, yendo a terminar en la retina a nivel de las gruesas células ganglionares de la misma. La vía óptica se compone de una neurona receptora periférica, constituida por las células bipolares que ocupa la parte media de la retina, una de cuyas prolongaciones recoge las impresiones luminosas de los conos y de los bastoncitos, y la otra termina por arborizaciones libres alrededor de las gruesas células ganglionares, cuyas fibras constituyen el nervio óptico propiamente dicho que, después de atravesar el quiasma, se continúa por medio de las cintillas ópticas que van a terminar en el cuerpo geniculado externo, en el pulvinar del tálamo óptico y en el tubérculo cuadrigémino anterior y desde donde se dirigen finalmente hacia la corteza del lóbulo occipital, condensándose en un haz que ocupa la parte posterior de la cápsula interna, denominado radiaciones ópticas de Gratiolet, que finaliza en los labios de la cisura calcarían que constituye el centro cortical de la visión. Es de hacer notar que al llegar al quiasma las fibras de cada nervio óptico se entrecruzan parcialmente en dicha formación, de modo tal que cada una de las

mitades correspondientes a la porción nasal de cada retina pasa a la cintilla óptica del lado opuesto, mientras que las que corresponden a la mitad temporal siguen directamente su trayecto por la cinta óptica del mismo lado. También el contingente de fibras del nervio óptico que provienen de la mácula lútea, denominado fibras maculares, se entrecruza parcialmente en el quiasma, de manera que para cada retina hay fibras maculares directas y cruzadas. Así cada cintilla reúne las fibras correspondientes a mitades homónimas de la retina, es decir, derechas o izquierdas. Esa exploración de la visión en el paciente comprende 4 pasos a saber: • Examen de la agudeza visual. • Examen de la visión de los colores. • Examen del campo visual. • Examen del fondo de ojo: pues aquí está situada la cabeza del nervio óptico, que viene a ser la única parte del sistema nervioso que puede verse directamente en su estructura anatómica en el vivo. Examen de la agudeza visual: La agudeza visual es el poder de resolución del ojo, es decir, es la capacidad que tiene el ojo de percibir los objetos más pequeños. Pero según la intensidad de la luz con que contemos los detalles que podremos ver, y esto no se debe a que la agudeza visual se modifique con la luz, al contrario la agudeza visual es una sola lo que sucede es que contamos con dos tipos de células fotosensibles o fotorreceptoras: los conos y los bastones; las cuales son responsables de nuestra visión diurna y nocturna respectivamente. Estas células poseen un compuesto químico que se descompone por acción de la luz. Este compuesto a sido aislado en los bastones y se denomina rodopsina o púrpura visual, el elemento que se encuentra en los conos aún no ha sido aislado en el hombre. Cuando se forma una imagen en la retina, la luz que constituye esa imagen choca contra las células fotosensibles, la rodopsina absorbe la energía de la luz y se transforma en lumirrodopsina, ésta contiene energía libre (proporcionada por la absorción de la energía de la luz), por lo que es muy inestable y en fracción de segundo se desintegra, descomponiéndose en metarrodopsina, que a su vez se descompone en dos compuestos: el retineno y una proteína, la

escotopsina. La cantidad de retineno existente en la retina es proporcional a la cantidad de vitamina A existente en la misma, por deshidrogenización la vitamina a se transforma en retinenno, y éste último interviene en la resíntesis de la rodopsina uniéndose a la escotopsina. La degradación de la rodopsina genera un potencial de acción en la célula nerviosa y se desencadenan así impulsos nerviosos que siguiendo el nervio óptico se dirigen al cerebro. El eje óptico del ojo corta la retina en un punto llamado fóvea central donde existen solamente conos en gran número y en forma apretada, esa es la causa de la mayor agudeza visual en ese punto que en el resto de la retina. La fóvea central se halla rodeada por una zona llamada mácula lútea, rica en conos pero donde ya existen bastoncillos, y a medida que nos alejamos de la mácula aumenta la proporción de bastoncillos y en la retina periférica solo están éstos últimos. La púrpura visual de los bastoncillos se decolora rápidamente por acción de cantidades muy pequeñas de luz, vale decir que los bastones presentan alta sensibilidad a la luz, o lo que es lo mismo presentan un umbral de excitación muy bajo. A ésta visión dada por los bastones se denomina visión escotópica y es utilizada en condiciones de poca iluminación, es la responsable de la visión en la penumbra. La púrpura de los conos en cambio, presenta un umbral más alto, es necesaria una intensidad luminosa mayor para que se lleve a cabo la estimulación; es la denominada visión fotópica y permite discernir los detalles de las imágenes y la discriminación de los colores. Por lo tanto, si nos encontramos en un ambiente con alta luminosidad, la púrpura visual de los bastones, muy sensible, se desdoblará rápidamente, en menor tiempo que el necesario para la resíntesis de la rodopsina y ésta queda casi totalmente decolorada no pudiéndose usar en consecuencia la visión escotópica en éstas condiciones y sí solamente la fotópica. A la inversa, con poca iluminación la intensidad de la luz es capaz de decolorar la púrpura de los bastones, pero es muy débil para impresionar a los conos. La visión fotópica no es utilizada en éstas circunstancias y sí, solamente la escotópica. Visión fotópica Visión escotópica Células

Conos

Umbral

Alto

Bajo

Sensibilidad

Baja

Alta

Sí

No

Visión del color Iluminación

Relativamente alta

Bastones

Penumbra

Ahora repasados éstos conceptos continuamos con agudeza visual. Si deseamos obtener una imagen clara de un objeto, lo miramos directamente de tal manera que su imagen se forme sobre la mácula, donde como ya se dijo se encuentran solamente conos y es la porción de la retina adaptada para la mayor capacidad de agudeza visual. Esto constituye la visión directa, en oposición con el campo visual que mide la sensibilidad de la parte periférica de la retina.

Si un ojo observa un objeto AB las líneas que parten de los puntos AB representan los rayos luminosos que pasan por el centro óptico del ojo K, rayos que llegan a la retina en los puntos ab, donde se forma la imagen del objeto AB. El ángulo AKB se denomina ángulo visual. Si el objeto, sin cambiar de tamaño, se aleja hasta a1 b1 se ha doblado la distancia desde el centro óptico K, el tamaño de la imagen se reduce a la mitad. Lo mismo puede lograrse sin cambiar la distancia, reduciendo a la mitad las dimensiones del objeto AB. El tamaño de la imagen es directamente proporcional al del objeto e inversamente proporcional a su distancia. Ahora bien para determinar clínicamente la agudeza visual, expresión de la función de la mácula, se investiga separadamente para cada ojo por medio de escalas como la de Wecker o la de Jaeger, mediante las cuales, indicando al paciente que lea distintas letras, se establece su agudeza visual por medio de las cifras indicadoras del grado de visión situadas a un lado de la escala. Si el enfermo ve toda la escala, tiene agudeza visual normal; sino alcanza a ver ninguna línea de la escala, se le muestran los dedos de la mano a poca distancia para ver si es capaz de contarlos, y si esto es posible se dice que el paciente tiene visión cuentadedos; sino cuenta los dedos, pero los ve borrosamente, se dice que tiene visión bulto; si no ve los bultos se lo lleva a la cámara oscura, donde se le proyecta sobre lla pupila un haz de luz; si el enfermo no revela su percepción, tiene ceguera o amaurosis. La imagen más pequeña que en las circunstancias dadas puede distinguir el ojo explorado y el correspondiente ángulo visual es también el menor con que

el objeto puede ser reconocido. Dos puntos son reconocidos como tales, o sea como dos puntos distintos, si la distancia entre ellos corresponde a un ángulo visual de un minuto. Si el ángulo visual es inferior, la sensación percibida es de un solo punto. Esto se debe a que a nivel de la mácula los cono se encuentran apretadamente uno al lado de otro y el diámetro de cada uno es de 2 a 3 micras aproximadamente, para que dos puntos del mundo exterior sean percibidos como distintos, los dos conos estimulados deben dejar entre ellos otro sin estimular, es por esto que se requiere un ángulo mínimo de un minuto, y cuyo vértice corresponde al punto nodal o centro óptico del ojo. estereoscópica: es la visión efectuada con los dos ojos; es la que le brinda a una persona con los dos ojos mucho mayor capacidad de juzgar las distancias relativas, que a una persona que solo tiene visión en un solo ojo. Y esto es posible porque cuando fijamos la mirada sobre un objeto, la imagen se forma en la mácula de cada ojo y como ambos ojos están separados por más de 5cm. Uno del otro, las imágenes en las dos retinas son diferentes. Esto ocurre así para los objetos que se hallan alejados, por ejemplo a 6mts de distancia. Para los objetos cercanos, por ejemplo situados a 0,50 mts la imagen se forma en la porción temporal de la retina de cada ojo. Esto proporciona un tipo de paralelaje que existe constantemente cuando se emplea la visión binocular. Es útil para distancias cortas, careciendo de valor para la percepción de a distancias mayores de 0,50mts. Examen de la visión de los colores: todos los matices representados en el espectro pueden observarse mezclando en la proporción adecuad dos de sus colores. Pero para obtener el sistema cromático total, se deben mezclar por lo menos tres colores del espectro. A partir de éstos se trató de explicar cómo el ojo humano podía discriminar dichos colores, surgiendo numerosas hipótesis, de las cuales la hipótesis de Young-Helmholtz es la más aceptada. Y postula que existen tres tipos de conos, cada uno de ellos sensible a uno de los colores básicos: rojo, azul y verde. Cada cono sensible a su correspondiente color también lo es a otras longitudes de onda pero en mucho menor grado. Así si llega al ojo luz amarilla, que es una mezcla de verde y rojo, serán estimulados principalmente los conos sensibles al verde y al rojo en su correspondiente proporción, el cerebro interpretará como color amarillo. Examen del campo visual: mide la sensibilidad de la parte periférica de la retina.

Ya que todo punto de la retina afectado por un estímulo productor de una sensación luminosa, caracteriza la situación de la impresión óptica en el mundo exterior. Y el conjunto de puntos del espacio representados en la retina constituye el campo visual monocular. Desde el punto de vista de enfoque en el ojo, o sea el correspondiente a la fóvea, el área visual, o sea, los límites que el ojo inmóvil alcanza a percibir son: 60-65º hacia arriba

55-60º hacia adentro

85-90º hacia afuera

70º hacia abajo