Unos ojos de cine (III)

Quería pedir disculpas a mis queridos lectores por haber estado este mes sin casi escribir. Espero que para febrero vuelva a tener más tiempo para dedicar al blog. Quería felicitaros las navidades con un artículo de los que, a mí por lo menos, me gusta escribir: no sobre enfermedades o fisiología, los temas “habituales” que conocemos los oftalmólogos. En vez de eso, un tema con mucha dosis de pensamiento deductivo y especulación.

Pues vamos a ello. El título de este artículo bien podría ser el de los ojos en el vacío, porque quiero explicar qué pasaría con nuestros queridos órganos visuales si se sometieran a una descompresión completa; es decir, si se enfrentan a un entorno sin aire. Pero este tema realmente viene de mano de una serie de películas antiguas, como Atmósfera cero (Outland, 1981) o Desafío total (Total recall, 1990).

Unas generalidades

Sobre los efectos del vacío en el cuerpo humano ya se ha hablado en otros blogs: sirva como ejemplo estos artículos en curioso pero inútil, física de la ciencia ficción, y maikelnai. No voy a entrar a explicarlo detalladamente, simplemente recordar que en el vacío el cuerpo no explota, no se congela ni los fluidos corporales internos hierven. Como se explica en los artículos de más arriba, en pocos segundos perdemos la consciencia. La muerte puede venir entre entre 1 y 2 minutos tras la descompresión, en algunos sitios dicen que por colapso circulatorio y otros sitios por falta de oxígeno en el cerebro.

Realmente, el motivo del fallo circulatorio no lo veo muy claro. La fuente principal de los post citados es este artículo de Geoffrey A. Landis, un científico de la NASA. Habla de que las presiones arteriales y venosas se igualan (lo que implica que la circulación se detiene), por la producción de vapor de agua en los tejidos y por la distensión del sistema venoso por gas y vapor. Extraigo el texto:

During this time, water vapor will form rapidly in the soft tissues and somewhat less rapidly in the venous blood. This evolution of water vapor will cause marked swelling of the body to perhaps twice its normal volume unless it is restrained by a pressure suit. (It has been demonstrated that a properly fitted elastic garment can entirely prevent ebullism at pressures as low as 15 mm Hg absolute [Webb, 1969, 1970].) Heart rate may rise initially, but will fall rapidly thereafter. Arterial blood pressure will also fall over a period of 30 to 60 seconds, while venous pressure rises due to distention of the venous system by gas and vapor. Venous pressure will meet or exceed arterial pressure within one minute

Haciendo un poco de números, la expansión del volumen corporal (limitada por la piel) no es suficiente para producir un paso masivo del agua de los tejidos a estado de vapor. Probablemente el problema no sea tanto la evaporación del agua dentro del tejido sino la falta de oxígeno. ¿Por qué?. Entendemos que durante medio a un minuto el corazón sigue latiendo. Durante todo este tiempo, la sangre está continuamente pasando por el filtro pulmonar. Expuesto al vacío, la sangre pierde el oxígeno disuelto en sangre (por difusión simple, ya que el gradiente es enorme). La sangre arterial que proviene de los pulmones y se reparte al cuerpo va sin oxígeno. En pocos latidos toda la sangre ha pasado por el pulmón y ha perdido todo el oxígeno. La falta de oxígeno es suficiente para producir pérdida de conciencia en pocos segundos. Y más tarde, la propia falta de oxígeno impedirá el funcionamiento del corazón. Si un infarto de miocardio implica que una parte del corazón se queda si oxígeno, y puede matar en poco tiempo, un “infarto” de todo el corazón implica que forzosamente deja de funcionar.

Vale, ¿y el ojo?

Pero este blog va de ojos, así que vamos a centrarnos. ¿Qué ocurre si sometemos el ojo al vacío?. ¿Qué le sucede al globo ocular con una presión de cero absoluto?. Mientras estaba preparando el artículo, con una aproximación más bien teórica, a través del grupo de colaboradores de Amazings (gracias Francisco) pude acceder al resumen de un artículo sobre experimentación que aporta evidencias prácticas. Se expuso a presión de casi cero absoluto a ojos de perros durante un tiempo relativamente prolongado. Se estudió el fondo de ojo antes y después de la exposición. Los cambios son leves y reversibles, y al parecer la visión volvió a la normalidad sin mayores problemas.

Aquí tenéis el resumen en inglés:

Four mongrel dogs were individually decompressed to 200 torr (200 mm. Hg, absolute) while breathing oxygen, and then rapidly decompressed to a near-vacuum pressure as represented by 2 torr for a 2-minute exposure. Observations of intraocular pressure and retinal appearance were made before exposure and after recompression to ground-level pressure. Increased intraocular pressure, engorgement of the central and peripheral veins, narrowing of the peripheral arterioles, paling of the disc and peripheral retina, and cupping of the disc were observed. Intravascular bubbles were not seen, but a small flame-type hemorrhage was seen in the eye of one animal. Retinal appearance tended to return to the pre-exposure state within about 45 minutes. The observed modifications appear to be of a temporary nature and probably do not account for the blindness or impaired vision that sometimes occurs in humans and lasts for several hours after accidental exposure to markedly reduced pressures

¿El ojo se rompe?

Esa es una de las preguntas que nos podríamos hacer. La piel es resistente y elástica, y sabemos que expuesta a presión cero, se dilata pero no se rompe. Sin embargo, ¿qué pasaría con el ojo?. Dentro de éste la presión es de unos 15 milímetros de mercurio por encima de la presión atmosférica (que son unos 760 mmHg) Si delante del ojo hay casi cero de presión, y dentro de él hay una atmósfera de presión o más, podría romperse el globo?. La córnea tiene un espesor de poco más de medio milímetro, ¿aguantaría la presión?. Hace unos cuatro años me asaltaba esa duda en el foro de CPI (por cierto, un saludo, Remo).
Resulta que sí, que una córnea normal aguantaría la presión. Posiblemente un trasplante de córnea o una cirugía extracapsular de cataratas pasaría más problemas, porque la incisión quirúrgica no resistiría la presión. Todo esto lo sabemos por los estudios de traumatismos oculares. La envoltura externa del ojo (esclera y córnea) tiene capas de colágeno que soportan muy bien los cambios de presión. Para que un globo estalle se necesitan presiones considerablemente superiores a una atmósfera.

¿El ojo se sale de la cuenca?

Hablo de una escena desagradable que vimos en las películas que he mencionado antes. En Atmósfera cero sale el ojo despedido. En Desafío total los ojos comienzas a proyectarse hacia afuera de forma bastante llamativa. ¿Ocurre así de verdad?. Sabemos por el experimento de los perros que el ojo ni estalla ni se sale, pero ¿por qué?. Al fin y al cabo, detrás del ojo hay una presión en torno a una atmósfera, y delante es de casi cero. Efectivamente hay una fuerza activa que tiende a empujar al ojo hacia afuera. ¿Por qué no sale?.
Esto lo sabe en la práctica cualquiera que haya tenido que extraer un globo ocular. Por mucha fuerza que quieras hacer, hasta que no cortas los músculos extraoculares y luego el nervio óptico, no hay manera. Efectivamente, una atmósfera de presión es claramente inferior a la necesaria para romper los músculos que sujetan al ojo (también tienen su importancia los ligamentos).

[Una duda que asalta en este punto para el que suele realizar cirugías de estrabismo, es si esta tracción sobre los músculos tiene consecuencias circulatorias. Me explicaré. Cuando operas de estrabismo, estás manipulando estos músculos extraoculares, y a veces hay que traccionar. Dicha tracción se asocia a un reflejo parasimpático (vagal) que disminuye la frecuencia cardiaca. Instantáneamente, el corazón late más lento. En casos extremos, se puede llegar a parar. Eso es algo que sabemos y siempre vamos con cuidado. El anestesista ya lo sabe y si es necesario contrarresta este efecto con atropina. En decir, una tracción brusca sobre un solo músculo puede detener el corazón. Volvamos a los ojos en el vacío. Los ojos no salen de las órbitas porque están sujetos por los músculos. Pero si hay una tracción brusca de 8 músculos (para los que les gustan los detalles, no cuento con los músculos oblicuos, sino los 4 rectos de cada ojo), ¿no podría llegarse a parar el corazón?. Hablaré de ello más abajo]

Aparte de que hay estructuras resistentes que impiden la salida del globo ocular, también tenemos dudas de si el ojo realmente tendería a salirse por su propia situación dentro de la órbita. Supongamos que el ojo es una esfera. Si efectivamente sólo estuviera rodeado de tejidos (con una presión en torno a una atmósfera) en la hemiesfera posterior, quedando la hemiesfera anterior al vacío, entonces la presión tendería a sacar el ojo. Pero los tejidos orbitarios envuelven la mayoría del globo, por lo que recibe esa presión de una atmósfera de más sitios que desde atrás.

¿Sufre el cambio de presión?

Vale, ya sabemos que el ojo en el vacío, no se rompe ni se nos sale. Pero ese cambio de presión, ¿daña de alguna manera sus delicados tejidos internos?. Por el experimento mencionado más arriba con los sufridos perros podemos inferir que no demasiado: la retina sufre ciertos cambios como dilatación de venas, estrechamenteo de arterias, alguna hemorragia, en todo caso reversibles y que no comprometen la función visual a largo plazo.

No se encontraron complicaciones graves que son conocidas por los oftalmólogos cuando hay una “descompresión interna” del ojo. Ya expliqué que el ojo por dentro tiene una presión ocular que está por encima de la atmosférica en unos valores en torno a 10-20 mmHg. Cuando esa presión cae en torno a cero (cero con respecto a la presión atmosférica) se pueden producir consecuencias severas (desprendimiento coroideo, maculopatía por hipotensión, etc). Todo esto no nos encontramos al enfrentar un globo ocular al cero absoluto. Es fácil de razonar que aunque el ojo se ve “succionado” hacia afuera en una zona, sigue siendo un órgano hermético que mantiene relativamente estable su volumen interior. Como las cubiertas externas son lo suficientemente rígidas, no aumenta demasiado el volumen de dentro del ojo, por lo que no hay una disminución tan dramática de la presión. Por otra parte la exposición al cambio de presión es por definición corta (un humano en el vacío sobrevive poco tiempo: para que se preocupe por su salud visual tiene que sobrevivir volviendo a una atmósfera con presión).

Lo que sí es razonable que se produzca es un desprendimiento de vítreo en un ojo que se somete al vacío. Cierto “bamboleo” de las estructuras internas del ojo se deberá producir, y si el gel vítreo (que rellena la mayoría de la cavidad del ojo) está todavía adherido a la retina, probablemente se suelte. Otro efecto que seguro que nos encontramos es una alteración de la superficie del ojo. La película lagrimal está en contacto con el vacío, y se evapora instantáneamente (cualquier líquido de base acuosa pasa a estado de gas a presión próxima al cero absoluto). Eso supone un deterioro importante de la imagen que llega a la retina. También supone que el epitelio de la córnea y la conjuntiva sufrirá un daño (supongo que también por estar sometido directamente a la descompresión), que es reversible. Los cambios de presión que se producen dentro del ojo, que no son suficientes para producir complicaciones severas pero sí lesiones reversibles en la retina, probablemente produzcan un déficit del flujo sanguíneo. Siendo la retina un tejido con tan alta demanda energética, probablemente perdamos la visión en pocos segundos. Si sobrevivimos a la experiencia (y eso supone menos de 1-2 minutos de exposición al vacío) la visión la recuperaremos sin mayores consecuencias.

En conclusión, lo que esperaríamos notar al descomprimir es una borrosidad visual instantánea por la pérdida de la película lagrimal, y probablemente en pocos segundos sufriríamos un oscurecimiento completo de la visión.

Pero quedan dudas

Quedan muchas dudas y detalles, lógicamente por falta de experimentación. A mí me asaltan dos en concreto:

  • Como he explicado más arriba, posiblemente los músculos encargados de mover el ojo sufran una tracción al verse el globo ocular en cierta medida succionado hacia afuera. No tengo ninguna forma de estimar de forma fiable la cuantía de esta tracción. Aquí el experimento de los perros no sirve tanto, porque la anatomía de la órbita (la cuenca) y los músculos es considerablemente diferente a la de los humanos. Si la tracción es suficientemente intensa, puede desencadenarse un reflejo vagal que disminuya drásticamente la frecuencia cardiaca. Incluso puede llegar a detener el corazón. ¿Podríamos pensar que parte de los fenómenos circulatorios en el vacío tienen su origen en el sistema visual?
  • Además del deterioro visual, ¿esta exposición al vacío es dolorosa?. Si efectivamente se produce la tracción de los músculos que mencionaba en el punto anterior, eso duele bastante. Pero además debemos entender que hay una distensión de las cubiertas externas del ojo, entre ellas la córnea. La córnea es el tejido con más terminaciones nerviosas del dolor en todo el organismo. ¿Se activarán estas terminaciones con la distensión?. Si es así, tiene que ser realmente doloroso.
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10 Comments

  1. Remo
    24 Diciembre, 2010

    Un saludo y un abrazo, Ocu. Felices fiestas. Y genial artículo.

    Responder
    1. Ocularis
      24 Diciembre, 2010

      Felices fiestas, dale un abrazo a la familia 🙂
      Tus fans te echamos de menos.

      Responder
      1. Adama
        24 Diciembre, 2010

        Bueno, primero de todo, felices fiestas a los dos. 😉

        Y segundo, gran artículo, aunque hay una cosa que me ha dado miedo… “En decir, una tracción brusca sobre un solo músculo puede detener el corazón”.

        Un abrazo!

        Responder
        1. Ocularis
          25 Diciembre, 2010

          Felices fiestas para tí también, Adama.
          Y sí, no es una exageración ni algo que simplemente se pone en los libros: lo de tracción de músculos extraoculares y paro cardiaco ocurre, hablo por experiencia personal. Por suerte, es algo que se puede resolver bien en un entorno adecuado.

          Abrazos.

          Responder
  2. chemist
    25 Diciembre, 2010

    Muy entretenido. Felices Fiestas a todos

    Responder
  3. JL
    28 Diciembre, 2010

    Buenas, Ocularis!

    Te translado por aquí mi pregunta, porque veo que hay problemas con los comentarios de mi blog (perdón! :-S):

    Aprovecho que tengo a un profesional por aquí para preguntarte algo, si no te importa: ¿hay estadísticas aunque sean aproximadas de a cuanta gente le afecta lo de “no ver bien el azul? He intentado buscarlas pero no he encontrado absolutamente nada (ni en español ni inglés). La verdad es que tengo mucha curiosidad, e incluso me planteaba buscar libros del tema, pero la verdad es que no sabría por donde empezar.

    La pregunta sobre todo la hago por un motivo: ¡¿tan pocos somos los que no podemos leer los carteles azules como para que nadie les diga a los que los fabrican que por favor los hagan de otro color?!

    Un saludo!

    Responder
    1. Ocularis
      28 Diciembre, 2010

      Aquí va la respuesta completa que al final te he puesto fraccionada y desordenada en tu blog. Perdón por el lío.

      Por una parte está la discromatopsia para el azul, que es una alteración de la capacidad de ver dicho color. Están las formas adquiridas (enfermedades de la retina o el nervio óptico, cataratas, etc). Y las formas congénitas, que son las tritanopias y las tritanomalías. Estas últimas serían como el daltonismo, pero en vez de afectar al eje rojo-verde, afectan al azul.

      Pero creo que no te refieres a eso. Te refieres al problema de ver específicamente los carteles con leds azules, teniendo la percepción cromática normal en otras circunstancias. Bien, pues aunque eso nos pasa en mayor o menor medida a todos tal como has explicado en el post; el que podamos subsanarlo y que pase
      desapercibido, o se manifieste y lo veamos desenfocado, depende habitualmente de cuestiones refractivas del ojo.

      Me explicaré: el ojo suele dar prioridad al enfoque del rojo-verde porque tenemos más conos de este tipo, por lo que éstos son los principales responsables de establecer las siluetas de los objetos (visión fina de la fóvea). Pero esto no es una decisión cerebral, es algo dinámico que varía en cada instante. Lo que pasa es que casi siempre los componentes rojo-verde predominan(normalmente como luz compuesta). Pero si miramos específicamente un cartel azul, el ojo intentará enfocar el color azul. Es ciertamente más difícil porque hay menos densidad de conos en la mácula, por lo que la información que le llega al cerebro para realizar el enfoque es menor. Así, una persona sin defectos refractivos, que se acerque suficiente al cartel (para quitar los otros estímulos cromáticos que viran el enfoque lejos del azul), o bien que sepa abstraerse (existe una inhibición lateral por la que podemos frenar los estímulos fuera de la fóvea, es largo de explicar), enfocará bien. Un mal enfoque puede hablarnos de problemas refractivos leves, posiblemente no diagnosticados y que habitualmente no alteran la visión en entornos cromáticos más compensados. En buena lógica tenemos que pensar en miopía, aunque también tenemos que considerar pequeños astigmatismos, espasmos de acomodación, etc.

      Por lo tanto, debido a que este problema de ver borroso carteles azules puede ser síntoma de distintas condiciones, no te puedo dar estadísticas precisas (como las que hay de las tritanopias, que es una anomalía más concreta)

      Realmente el tema da para mucho más. La información visual es contradictoria porque los bastones, mucho más numerosos, se estimulan fuertemente con el azul. El ojo responde al exceso de luz cerrando la pupila. Pero la información cromática y de visión fina depende de los escasos conos-S. Si cerramos la pupila, dificultamos más la percepción del contorno azulado.

      Pero hay más: la creación de contornos y perfiles no es un proceso cerebral a partir de puntos sueltos que informa el ojo: la organización compleja de la retina responde no a estímulos sueltos, sino a estímulos coordinados de conos adyacentes. Se trata de los complejos on y off, googleando se puede sacar más información. En el caso de los conos azules, están tan dispersos que crear siluetas eficaces es difícil sin la participación de los demás conos, porque estos complejos on y complejos off pierden eficacia.

      Responder
  4. Gloria
    6 Octubre, 2012

    Muchas felicidades por tus artículos, son excelentes!!! Acabo de conocer tu blog y me ha encantado.

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  5. manu
    27 Julio, 2015

    aun tengo varias preguntas:
    ¿el cuerpo humano se hincha por la descompresión o se enrojece?
    ¿los ojos de esos perros estuvieron expuestos a un cambio de presión brusco o un lento descenso de presión?
    ¿si una persona muere en el espacio con un traje espacial puesto por x motivos el cuerpo humano se descompone y lo mas importante, el cuerpo descompuesto e hinchado de esa persona explotaría si es expuesta al vació debido a los tejidos debilitados?
    agradecería mucho tus respuestas.

    Responder
    1. Ocularis
      19 Agosto, 2015
      Responder

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