Un viaje por nuestro sistema visual (V)

By | 20 enero, 2013

Nuestro viaje a través del ojo ha avanzado bastante, de hecho ya ha cundido para cuatro artículos:

Y nuestro primer viajero, el fotón, casi ha terminado sus peripecias desde el objeto que queremos ver hasta su destino en el fondo del ojo. Ha ido atravesando diferentes tejidos del ojo que han ido modificando su dirección (principalmente la córnea y el cristalino, pero también la película lagrimal, el humor acuoso y el gel vítreo). También hemos hablado del iris, que modula la entrada de fotones, que sin ser una “lente” natural también toma un papel activo en la óptica del ojo. Y también hemos descrito tejidos auxiliares que protegen, sujetan o alimentan nuestro ojo (la esclera, la coroides, el cuerpo ciliar, etc). Todos ellos, de forma directa o indirecta, contribuyen para que los fotones que entran al ojo mezclados y desorganizados se vayan separando y organizando en una imagen virtual de la realidad proyectada en el fondo del ojo. Aquí, en la parte interior y posterior del ojo se encuentra en final del viaje del fotón. En un tejido clave para nuestra visión, una estructura noble y delicada llamada retina.

La retina

La retina es una delgada capa que tapiza el interior del globo ocular en su parte posterior. En el artículo anterior la situamos en relación al resto de tejidos del ojo. Recordemos que por detrás de ella se encuentra la coroides, capa rica en vasos sanguíneos; y por delante está el gel vítreo (1). La retina constituye en realidad de un tejido nervioso modificado: es decir, se compone de neuronas, células similares a neuronas, células de sostén y vasos sanguíneos. Es muy fina, tiene un grosor inferior al medio milímetro.

¿Qué ocurre cuando entra la luz en la retina?. Posiblemente a algunos les sorprenda la respuesta. Básicamente nada. Los fotones atraviesan la mayor parte del espesor de la retina sin pena ni gloria: ni la retina modifica el trayecto o algún otro aspecto del fotón, ni el fotón suele producir ningún cambio en las células retinianas.

Es sólo al final, cuando el rayo de luz ha atravesado la mayor parte del espesor retiniano, cuando las cosas se ponen interesantes. Y es que las neuronas y células de sostén son básicamente transparentes, por lo que no absorben los fotones. Y como su índice de refracción es casi igual al medio interno del ojo, no se produce refracción (cambio de trayecto) del rayo.

Sin embargo al final existen dos estirpes celulares que sí interaccionan con la luz. Conozcámoslas.

El epitelio pigmentario

El final de la retina, la última capa de células. Las células del epitelio pigmentario no son neuronas ni células sensibles a la luz, ni transmiten ningún tipo de información. Son células de sostén modificadas. Es decir, asisten y ayudan al metabolismo de otras células (que luego presentaremos). Y son modificadas porque, como rasgo diferencial de otras células de sostén y epitelios, tienen pigmento. ¿A qué nos referimos con pigmento?. Un pigmento es una molécula que absorbe la luz. Por lo tanto ya no son células transparentes. Los fotones no atraviesan libremente su interior (como ocurre con las células de la córnea, del cristalino o la mayoría de la retina). En lugar de eso, los rayos luminosos reaccionan con el pigmento y se absorben. Ya hemos encontrado pigmento anteriormente en otro tejido: el iris. El iris tiene como función no dejar pasar la luz más que por su agujero central (la pupila). Por lo tanto está provisto de pigmento para bloquear eficazmente la luz. Tanto el iris como el epitelio pigmentario tienen un pigmento muy eficaz absorbiendo la luz: la melanina. Es el mismo pigmento que usa la piel para “ser opaca” e impedir que los rayos solares dañen los tejidos profundos.

Por lo tanto, el epitelio pigmentario bloquea la luz de forma que no va a avanzar más atrás. Pero no rebota: el rayo luminoso es absorbido y no se refleja a otra zona del interior del ojo. Digamos que el viaje del fotón acaba aquí.

Ahora bien: decíamos unas pocas líneas más arriba que el epitelio pigmentario no es sensible a la luz. Es decir, no reacciona ni responde de ninguna manera cuando recibe la luz: no transmite información ninguna. Por lo tanto, la llegada de la luz de forma tan ordenada, todo este complejo trayecto de cambios a través de lentes para dirigir la luz a puntos muy concretos de la retina, ¿de qué sirve?. La respuesta nos la dan otras células.

Los fotorreceptores

En íntima relación con las células del epitelio pigmentario, un poco antes pero casi mezclados con ellas, están los fotorreceptores. Si el epitelio pigmentario es la última capa de la retina, los fotorreceptores constituyen la penúltima. En el esquema de abajo, la lámina gris de abajo representa la separación entre la retina y la coroides. Justo encima hay unas células cúbicas transparentes que representan el epitelio pigmentario. Y por encima están los fotorrepectores (3). El resto de la retina se encontraría por encima, pero no se ha representado.

Los fotorreceptores no están provistos de grandes cantidades del “pigmento definitivo” (la melanina), de forma que una buena parte de los fotones atraviesan los fotorreceptores sin interactuar con ellos, y efectivamente estos fotones acaban en el epitelio pigmentario sin participar en el fenómeno visual. Pero los fotorreceptores sí tienen otro pigmento, los pigmentos visuales u opsinas. Las opsinas sólo están en la parte del fotorreceptor más próxima al epitelio pigmentario, lo que denominamos segmento externo del fotorreceptor. En el dibujo de arriba, los segmentos externos están representados como líneas negras horizontales.

Estos pigmentos funcionan como todos los pigmentos: son capaces de absorber la luz. Pero en el interior del fotorreceptor, al contrario que ocurre en la célula del epitelio pigmentario, si el pigmento absorbe la luz, va a ocurrir un cambio bioquímico relevante. Dicho de otro modo: esta célula sí es sensible a la luz, y va a poder transmitir información.

Pasando el testigo

Recapitulemos. Tenemos una retina que en su mayoría es transparente (2), y la luz la atraviesa sin interactuar con ella hasta casi al final. La penúltima capa celular (la de los fotorreceptores) tiene pigmento que puede bloquear algunos fotones. Y la última capa celular (el epitelio pigmentario) tiene más pigmento, y de un tipo de pigmento (melanina) que bloquea eficazmente la práctica totalidad de los fotones.

Si a un único punto de la retina llega un fotón o unos pocos, probablemente no interactúe con las opsinas, o lo haga de forma tan débil que no produzca una respuesta en el fotorrepector. Si por el contrario llegan una buena cantidad de fotones, aunque algunos pasen de largo y acaben sin más absorbidos en el epitelio pigmentario, otros interaccionarán con el pigmento del fotorreceptor. Si lo hacen en cantidad suficiente, los cambios que se producen en las opsinas al ser estimulados con la luz producen una respuesta celular, que será transmitida.

Y aquí, en el interior del fotorreceptor, se produce la “magia”: una radiación electromagnética, un elemento físico que en nuestro viaje imaginario se originó en el sol y se reflejó en un objeto delante de nuestro ojo, ahora induce un cambio celular, una señal biológica. Así, la información (el testigo) cambia de corredor en esta carrera de relevos que es la visión humana. El primer viajero, el fotón, da lugar a la creación del segundo viajero.

La clave para transmitir la información desde una radiación electromagnética a una señal biológica está en estas opsinas. Pero el tener un pigmento que reaccione frente a la luz no es gratuito: estos pigmentos son moléculas muy “caras” a nivel energético, además de inestables. Y requieren un recambio casi constante. Dicho de otro modo: la maquinaria celular para tener estas opsinas es compleja, por lo que los fotorreceptores son células muy adaptadas y especializadas para ello. Además, el requerimiento energético es alto. Para mantener operativa una buena cantidad de opsinas el fotorreceptor consume mucho oxígeno y nutrientes. Y debido a que tiene un metabolismo muy activo, genera productos de deshecho. Necesita la asistencia de otra célula que le aporte los nutrientes y le ayude a eliminar los productos de deshecho. Estos asistentes son, como ya podéis suponer, las células del epitelio pigmentario. Como decíamos más arriba, son células de sostén, y la función de bloquear la luz no es más importante que la de garantizar la supervivencia del fotorreceptor.

Las opsinas

Estoy todo el rato mencionándolas en plural: opsinas o pigmentos visuales. Eso es porque no es una sola molécula, hay cuatro opsinas distintas. Se diferencian en que cada una responde preferentemente unos fotones más que a otros. Es decir: cada opsina es más sensible a unas longitudes de onda que otras. Según la longitud de onda del fotón, será más probable que estimule a unas opsinas que a otras. La longitud de onda con la que llega el fotón tiene relación con el objeto en el que se ha reflejado, y es la traducción física de lo que nosotros entendemos por color.

Pongamos nombre a las cuatro clases de opsinas:

  • Eritropsina: Tiene mayor sensibilidad en un espectro de 564-580 nanómetros (luz roja)
  • Cloropsina: Mayor sensibilidad en el espectro de 534-545 nanómetros (luz verde)
  • Rodopsina: Mayor sensibilidad  en torno a los 498 nanómetros (luz verde azulada)
  • Cianopsina: Mayor sensibilidad en el espectro de 420-440 nanómetros (luz azul)
Estos pigmentos nunca están mezclados. Cada tipo de fotorrepectos sólo contiene una opsina. Por lo tanto, existen cuatro tipos de fotorreceptores, definidos por la opsina que llevan. Estos son:
  • Cono-L: contiene eritropsina
  • Cono-M: contiene cloropsina
  • Bastón: contiene rodopsina
  • Cono-S: contiene cianopsina

Continuará …

¿Quién es exactamente el segundo viajero?. ¿Cuál es la respuesta biológica que desencadena el fotón gracias a las opsinas?. ¿Quién será el protagonista de los siguientes artículos?. Y por otra parte, ¿qué papel juegan cada uno de los cuatro receptores?. ¿Cómo se relacionan con el resto de la retina?
Todos estos interrogantes serán revelados en los próximos artículos. ¿Te lo vas a perder?

(1) Es muy habitual que el vítreo se desprenda (se suelta y aleja de la retina). En ese caso la retina está en contacto con un fluido que es básicamente agua con iones disueltos. La retina no necesita estar en contacto con el vítreo para funcionar correctamente. Sin embargo, la retina sí necesita estar junto a la coroides.

(2) Estamos simplificando el modelo, porque por ejemplo la sangre de los vasos sanguíneos contiene hemoglobina que es un pigmento. Es decir, es una barrera visual, por lo que la zona por la que pasa un vaso la luz entra con mucha dificultad.

(3) Realmente el epitelio pigmentario no es transparente, sino marrón, por la melanina. Y los fotorreceptores no son amarillos, sino casi transparentes.

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4 thoughts on “Un viaje por nuestro sistema visual (V)

  1. Felipe Sánchez

    Enhorabuena por el artículo, la verdad que te sigo bastante desde hace tiempo, y soy óptico-optometrista y en todos los artículos aprendo cosas nuevas !! Muchas gracias y un saludo!!

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  2. Pingback: Cuando las cosas no están claras » Ocularis

  3. Benito Celis

    Entre de casualidad a leer tu artículo, y realmente más que explicar la despolarizaciñon repolarizaciñon celular retiniana y hablar de los canales de calcio, etc. tiene una forma muy coloquial de explicar algo que para nada es facil, y hacerlo entretenido
    Felicidades

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  4. ROBERTJ CORREA A

    muy buenos artículos , felicitaciones y agradecido por ese esfuerzo.

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