EL OJO HUMANO

FERNANDO SCHUTZ PARRILLA

Introducción La luz visible es una de los ejes de la vida como la conocemos, es difícil imaginar la vida sin la capacidad de ver.

La sensibilidad a la luz de los seres vivos es casi universal. Por un lado es un recurso energético impresionante, proveído por el sol, como lo demuestran las plantas, y por otro lado es un elemento de transmisión de información rápida y confiable casi imprescindible; es usado por los animales para cazar, para observar, para huir, etc. Si bien es difícil discernir causa de consecuencia en general la buena visión y la vista estereoscópica se relaciona con un alto nivel de evolución de los seres vivos.

A continuación discutiremos sobre el elemento que permite al hombre ver la luz visible, como este pequeño pero complicado órgano cumple cientos de actividades sin darnos cuenta; el ojo humano.

Anatomía Básica El ojo humano es pequeño en tamaño, de aproximadamente 2.5 cm. de diámetro y de forma pseudo esférica, y esta conformado de varias capas:

La capa mas externa es llamada Esclerótica. Esta mantiene la forma del ojo, por otra parte al frente se encuentra una capa transparente llamada Cornea, toda la luz debe pasar por la cornea cuando entra al ojo, sujeto a la esclerótica se encuentran todos los músculos que mueven el ojo llamados músculos extraoculares.

La Coroides es la segunda capa del ojo. Contiene los vasos sanguíneos que abastecen de sangre las estructuras del ojo, la parte frontal de la coroides contiene 2 estructuras:

• El Cuerpo Ciliar- El cuerpo ciliar es el área muscular que sujeta el lente, se contre y relaja para controlar el tamaño del lente afín de enfocar la luz.

• El Iris- El iris es la parte de color del ojo, este color es determinado por el color del tejido conectivo y las células de pigmentación. Menos pigmento crea ojos claros y mas pigmento, ojos obscuros; el iris actúa como un diafragma que se ajusta alrededor de una abertura llamada Pupila.

El iris posee 2 músculos:

• El músculo dilatador, el cual hace pequeño al iris y por tanto agranda la pupila permitiendo mayor entrada de luz al ojo.

• EL músculo esfínter de la pupila hace grande el iris y la pupila pequeña.

El tamaño de la pupila cambia de 2 milímetros a 8 milímetros. Esto significa que cambiando el tamaño de la pupila el ojo puede cambiar la cantidad de luz que entra en 30 veces.

La capa mas interna es la Retina, la parte sensible del ojo. Esta contiene las células bastón que son responsables de la visión en situaciones de baja luminosidad, y células cono, que son responsables de la visión a color y en detalle. En el reverso del ojo, en el centro de la retina, esta la Macula. En el centro de la macula existe un área llamada fovea centralis esta área contiene solo conos y es responsable por ver en detalle fino.

La retina contiene un químico llamado rodopsina, esta sustancia es el que convierte la luz en impulsos eléctricos que el cerebro interpreta como visión. El nervio óptico se conforma de la junta de fibras nerviosas de la retina las cuales conducen las señales eléctricas al cerebro. El espacio donde el nervio óptico y los vasos sanguíneos salen de la retina es llamado el Disco óptico; esta área es un punto ciego de la retina ya que carece de bastones y conos, sin embargo debido a la forma en la que es captada la información por el ojo esto no se nota en la visión.

EL fondo de la retina se observa en la Fig. 2

Dentro de la esfera del ojo se encuentran 2 fluidos separados por el lente, la sección posterior contiene un líquido transparente semejante al gel llamado humor vítreo, la sección anterior o frontal contiene un líquido acuoso llamado humor acuoso. El humor acuoso se halla en 2 secciones llamadas cámara anterior (frente al Iris) y la cámara posterior (detrás del Iris). El humor acuoso se produce en el cuerpo ciliar y es drenado a través del Conducto de Schlemm, si este canal se haya bloqueado puede resultar en Glaucoma.

El lente o Cristalino es una estructura clara, biconvexa de aproximadamente 10 mm de diámetro. El lente cambia de forma ya que se encuentra fijo a los músculos en el cuerpo ciliar. El lente es usado para un ajuste fino de la visión.

Cubriendo la superficie interna de los parpados y de la esclerótica, se encuentra una membrana llamada Conjuntiva la cual mantiene al ojo limpio, la infección en esta área es llamada Conjuntivitis.

La estructura del ojo es única ya que permite ver en muchas direcciones a fin de maximizar el campo de visión, aun así se halla protegida por una cavidad ósea llamada Cavidad Óptica. El ojo se haya inmerso en grasa lo cual proporciona cierta protección. Los parpados protegen al ojo al parpadear, esto mantiene también limpia la superficie del ojo al esparcir lagrimas sobre el. Las cejas y pestañas proporcionan defensas adicionales contra partículas que podrían dañarle.

Las lágrimas se producen en las glándulas lacrimales, que están localizadas en los segmentos circundantes al ojo, las lagrimas son eventualmente drenadas en la parte interna de la cornea en el saco lagrimal y luego al conducto nasal. Por eso al llorar se tapa la nariz.

Existen seis músculos sujetando la esclerótica, los cuales, controlan el movimiento del ojo, estos se muestran en la Fig. 3

Fig 3 Músculos del ojo

Músculo Función primaria Recto Medio Mueve el ojo hacia la nariz Recto Lateral Aleja el ojo de la nariz Recto Superior Levanta el ojo Recto Inferior Baja el ojo

Oblicuo Superior Rota el ojo Oblicuo Inferior Rota el ojo

Percibiendo luz Como ya se menciono al entrar la luz al ojo, esta pasa por la cornea, el humor acuoso, el lente y el humor vítreo, finalmente alcanza la retina, la cual es la estructura fotosensible del ojo; la retina contiene 2 tipos de células llamadas conos y bastones, cuando la luz alcanza estas células una serie de complejas reacciones químicas ocurren. El agente químico creado (rodopsina activa) crea impulsos eléctricos en el nervio óptico. Generalmente, el segmento exterior de los bastones es largo y delgado, el el de los conos es cónico, derivándose de hay su nombre. En la Fig. 4 se muestra un ejemplo de ellos.

Fig 4 cono y bastón

El químico contenido en los bastones es llamado rodopsina, y en los conos, pigmento de color. La retina contiene alrededor de100 millones de bastones y 7 millones de conos. La retina se encuentra recubierta con un pigmento negro llamado melanina este, reduce la cantidad de reflexión dentro del ojo. La retina posee un área central llamada macula, que contiene una alta concentración de células cono, esta es responsable de la visión aguda.

Cuando la luz entra al ojo, esta entra en contacto con un químico fotosensible llamado rodopsina. Este es una mezcla de una proteína llamada scotopsina y de un agente llamado 11-cis-retinol el cual es un derivado de la vitamina A (por esto la falta de vitamina A se asocia a problemas de visión). La rodopsina se descompone cuando es expuesta a la luz puesto que la luz ocasiona un proceso químico en la parte del 11-cis-retinol que posee la rodopsina, convirtiéndose en holo-trans-retinol. Esta reacción toma menos de milésimas de segundo. Por sus estructuras químicas el holo-trans-retinol y el 11-cis-retinol no pueden coexistir en la misma molécula convirtiendo a la molécula de rodopsina en una molécula inestable, esta, se rompe en varios compuestos y en menos de 1 segundo conforma una nueva molécula estable llamada metharodopsina II (rodopsina activa). Este compuesto ocasiona impulsos eléctricos que son trasmitidos al cerebro e interpretados como luz visible; a continuación se muestra un diagrama que ilustra esta reacción. (Diagrama 1)

Diagrama 1 (diagrama de flujo de la rodopsina al ser activada por la luz)

La rodopsina activa, ocasiona impulsos eléctricos en la siguiente forma:

1. La membrana celular en una célula bastón, tiene una corriente eléctrica. Cuando la luz activa la rodopsina, causa una reducción en el ciclo GMP, esto ocasiona que dicha corriente eléctrica se incremente. Cuanta más luz es detectada, mas rodopsina es producida y mas corriente es generada.

2. Este impulso eléctrico alcanza eventualmente una célula gangliotica y el nervio óptico.

3. Los nervios alcanzan el nervio óptico, donde las fibras nerviosas de dentro de la retina cruzan al hemisferio opuesto del cerebro.

4. Estas fibras llegan al lóbulo occipital del cerebro. Aquí la visión es interpretada en lo que se llama corteza visual primaria. Parte de las fibras van a otras partes del cerebro para ayudar a controlar los movimientos del ojo, la apertura y cierre del iris e incluso nuestras reacciones.

Eventualmente, el nivel de rodopsina se regenera para que el proceso ocurra de nuevo. El holo-trans-retinol es convertido mediante un proceso químico a 11-cis-retinol, el cual se recombina con scotopsina, para formar rodopsina para recomenzar el proceso cuando este es expuesto a la luz.

Vision a Color Los químicos responsables del color en las células cono son llamados pigmentos del cono u opsina del cono, estos son muy similares a las substancias que se encuentran en los bastones. La porción del retinol sin embargo la porción de scotopsina es substituida por fotopsina. Existen 3 clases de pigmentos sensibles al color:

• Pigmento sensible al rojo • Pigmento sensible al verde • Pigmento sensible al azul

Cada célula cono posee los 3 tipos de pigmentos de modo que es sensible al color. El ojo humano puede ver prácticamente cualquier graduación de colores cuando el rojo, azul y verde se mezclan. En el diagrama siguiente (diagrama 2) se observan las longitudes de onda a las cuales los diferentes pigmentos son sensibles. Los picos de absorbancia son de 445 nanometros para el azul, de 535 nanometros para el verde y de 570 nanometros para el rojo.

Diagrama 2 (percepción del color)

Ceguera al color La incapacidad de diferenciar entre varios colores es conocida como ceguera al color el tipo más común es entre rojo y verde. Esto ocurre en el 8 por ciento de la población masculina y el .4 por ciento de la femenina. Esto ocurre cuando los pigmentos rojos o verdes no se encuentran o no funcionan apropiadamente. Este padecimiento no inhibe completamente la capacidad de de ver rojo o verde pero ocasiona confusión entre ellos.

Este es un desorden hereditario, el cual afecta mas a hombres que a mujeres debido a que la capacidad de ver colores se haya en el cromosoma x (la mujer posee 2 por lo tanto la posibilidad de adquirir un cromosoma con la adecuada visión a color es mayor contra la probabilidad del hombre el cual solo posee 1). El hecho de solo poder ver en escalas de grises es muy poco común.

Deficiencia de vitamina A Cuando existe una severa deficiencia de vitamina A se puede presentar ceguera nocturna.

La Vitamina A es necesaria para formar retinol, el cual es una parte importante de la molécula de la rodopsina. Cuando los niveles de moléculas sensibles a la luz son bajas debido a deficiencias de vitamina A, en la noche no existe suficiente luz para ver. Durante el día existe suficiente estimulación de luz para ver sin importar los bajos niveles de retinol.

Refracción Cuando un haz de rayos alcanza una superficie angulada o un material diferente, esto causa una dispersión en los rayos de luz. Esto es llamado refracción. Cuando la luz alcanza llega a una lente convexa, los rayos que la atraviesan tienden a juntarse detrás de la lente en un punto llamado punto focal:

Cuando la luz llega una lente cóncava, los rayos tienden a alejarse del punto focal.

El ojo posee muchas superficies anguladas que ocasionan refracciones:

• La interfase entre el aire y la parte frontal de la cornea • La interfase entre la parte posterior de la cornea y el humor acuoso • La interfase entre el humor acuoso y la parte frontal del lente • La interfase entre la parte posterior del lente y el humor vítreo

Cuando todo trabaja correctamente, la luz atraviesa estas 4 interfaces y llega a al retina en un enfoque perfecto.

Aspectos ópticos del lente Las funciones del cristalino son refractivas (participar en la formación de imágenes en la retina) y acomodativas (variar esta imagen según sea la distancia a la cual un individuo se encuentra mirando un objeto). Cuando el ojo está relajado y se está mirando un objeto lejano, el sistema óptico del ojo hace converger los rayos paralelos provenientes del objeto en un punto sobre la retina (este es el caso de un ojo emétrope, esto es, sin vicios de refracción). Cuando este mismo ojo mira un objeto cercano, los rayos provenientes desde el objeto entran al ojo divergiendo, debiendo ser convergidos en un grado mayor para que estos sean enfocados sobre la retina. Este poder adicional de convergencia se logra aumentando la convexidad del cristalino (fenómeno conocido como acomodación). El cristalino en reposo, in vitro, tiende a adquirir una forma esférica (más convexa). In vivo esto ocurre cuando el haz de fibras circulares presentes en el cuerpo ciliar se contraen, relajando las fibras que suspenden al cristalino (zónula). Lo opuesto ocurre cuando estas fibras musculares se relajan, generando tracción sobre la zónula, la que a su vez induce una configuración más plana al cristalino. El índice de refracción del cristalino es de 1.390, mientras que el del acuoso y vítreo 1.334. Esto determina que cualquier aumento de la convexidad de su superficie aumente su poder de convergencia, y permita que objetos cercanos sean enfocados sobre la retina.

Visión Normal La visión o agudeza visual se mide al leer una carta de Snellen a una distancia de unos 6 metros de distancia. Tras analizar a muchas personas se ha convenido lo que debe de ser una visión “normal” a 6 metros o 20 pies de distancia, tomando este valor como un parámetro, esto significa que si se posee una visión 20/20 una persona vera lo que una persona “normal” puede ver a 20 pies de distancia. En otras palabras al poseer una visión 20/20 la visión es “normal”; tu vez lo que la mayoría de las personas ve a 20 pies (o 6 metros.)

Si se posee una visión 20/40 significa que estando a una distancia de 20 pies de la carta, uno ve el mismo nivel de detalle de lo que una persona normal ve a 40 pies. Así una visión 20/100 quiere decir que uno estando a 6 metros el nivel de detalle de lo que una persona normal ve a 30 metros. En muchos países una visión 20/200 se considera ceguera desde el punto de vista legal.

Del mismo modo se puede poseer una visión mejor que la normal. Una persona con visión 20/10 ve a 6 metros lo que una persona normal ve a 3 metros de la carta.

Halcones, búhos y otras aves de presa poseen una visión mucho mas precisa. Si bien poseen un ojo más pequeño, la densidad de conos que poseen es muy superior. Esto, le da al halcón una visión muy superior a la humana, poseyendo una vista 20/2.

Errores de enfoque Normalmente, el ojo puede enfocar una imagen nítida en la retina.

Miopía e hipermetropía son enfermedades presentes cuando el enfoque en la retina no es perfecto.

En el caso de la miopía la persona es capaz de enfocar objetos cercanos y tiene problemas al observar objetos lejanos. El foco del ojo se encuentra delante de la retina. Esto ocurre cuando el el globo ocular se encuentra alargado o el cristalino enfoca demasiado cerca. La miopía es corregible con lentes cóncavos. Estos lentes ocasionan que la luz diverja un poco antes de alcanzar la retina como se muestra a continuación.

Cuando se presenta el caso de hipermetropía, una persona puede ver objetos distantes y tiene dificultad observando objetos cercanos. Los rayos de luz están enfocados detrás de la retina. Esto se debe a lo reducido del globo ocular o por un defecto en el cristalino que enfoca muy atrás. Esto se corrige con lentes convexos como se puede ver.

Astigmatismo y Presbiopia El astigmatismo es una curvatura incorrecta en la cornea que causa distorsión en la visión. Para corregir esto es necesario crear lentes adecuadas.

¿Por que la visón empeora conforme a los años?

Conforme envejecemos, los cristalinos se vuelven menos elásticos. Pierden su habilidad para cambiar de forma, esto es llamado presbiopia y es más notable al tratar de enfocar objetos cercanos, debido a que el cuerpo ciliar contrae el lente para hacerlo mas delgado. La perdida de la elasticidad dificulta el adelgazar el lente. Como resultado se pierde la habilidad para enfocar objetos cercanos.

Percepción de la profundidad El ojo utiliza 3 métodos para determinar la distancia:

• El tamaño conocido del objeto- al tener conocimiento previo del tamaño de un objeto, el cerebro mide la distancia basándose en el tamaño del objeto en la retina.

• Movimiento paralelo-al mover la cabeza de lado a lado, los objetos más cercanos se mueven mas rápido en la retina y los mas lejanos se mueven menos. De esta forma el cerebro puede determinar la que tan lejos se encuentra un objeto.

• Vision estereo- cada ojo recibe diferentes imágenes en su retina ya que estos se encuentran a aproximadamente 5 cm uno del otro, esto se nota mas si un objeto esta cerca, mientras que al estar lejos la visión de ambos ojos es casi idéntica.

Ceguera En muchos lugares la ceguera se establece legalmente si la precisión visual es igual o inferior a 20/200 con lentes correctivos. Esto se puede deber a diversas causas entre otras:

• Cataratas - se presenta como un enublecimiento del lente que bloquea la luz evitando que llegue a la retina, se vuelve mas común conforme la edad aumenta, sin embargo los bebes pueden nacer con ellas. Conforme empeora, se puede recurrir a cirugía para remover el lente y reemplazarlo con lentes intraoculares.

• Glaucoma – si el humor acuoso no es drenado correctamente, la presión en el ojo aumenta. Esto ocasiona la muerte de células y nervios. Este padecimiento se puede tratar con medicamento o cirugía

• Retinopatía diabética- personas con diabetes pueden presentar bloqueos en los vasos sanguíneos del ojo que conlleven a la ceguera. Esto es tratable con cirugía.

• Degeneración macular – en algunas personas la macula se puede degenerar por razones aun desconocidas lo que ocasiona un deterioro de la visión

• Traumas – impactos directos o accidentes químicos pueden causar suficiente daño al ojo para ocasionar ceguera.

• Retinitis pigmentosa – esta es una enfermedad hereditaria que ocasiona la degeneración de la retina y un exceso de pigmento ocasionando primero ceguera nocturna y visión en túnel que conlleva gradualmente a la ceguera total, sin que exista un tratamiento contra ello.

• Tracoma - es ocasionada por la infección provocada por un organismo llamado clamidia tracomatis. Es tratada con antibióticos.

Cambios de luz Una de las cosas mas sorprendentes del ojo humano es la versatilidad de rangos que posee. Puede ver bajo luz muy brillante del sol y en casi total oscuridad. Sin embargo este cambio de visión no es automático nuestro ojo tarda en poder cambiar el tipo de visión de muy luminosa a muy obscura. La clave proviene de 3 partes diferentes del ojo:

• Pupila e iris– La pupila se dilata y contrae dependiendo de la cantidad de luz den el medio, bloqueando físicamente la luz que entra bajo diferentes situaciones.

• Células cono y bastón – Estas células responden diferentes ante diferentes cantidades de luz, los conos actúan mejor en situaciones muy luminosas y los bastones en situaciones de oscuridad.

• Rodopsina – La rodopsina es el químico que se encuentra en los bastones. Es común pensar la adaptación a diferentes tipos de luz proviene solo del Iris y la pupila puesto que físicamente se abre y cierra en diferentes medios, sin embargo, la verdadera clave proviene de la rodopsina la cual es fundamental para la visión nocturna. La rodopsina es el químico que se encuentra en los bastones, es usada ya que reacciona a los fotones y percibe la luz. Como se mencionó cuando una molécula de rodopsina absorbe un foton esta se divide y después de un proceso químico llega a ser cis-retinol y scotopsina Estas moléculas se recombinan después de nuevo en rodopsina sin embargo este proceso toma algún tiempo.

Así, al estar los ojos expuestos a luz brillante, toda la rodopsina se encuentra disociada. Si en ese momento se apaga la luz y se trata de ver en la oscuridad, no se podrá. Los conos requieren mucha luz y los bastones no poseerán suficiente rodopsina de modo que también serán inútiles, al menos por un periodo de tiempo hasta que la rodopsina sea recombinada de nuevo.

Ojos rojos en fotografías Es común observar fotos donde la gente posee ojos rojos, ¿de dónde proviene esto?

El color rojo proviene de la luz que refleja la retina misma. En muchos animales como perros, gatos y venados, el ojo posee una capa especial de material reflectivo llamada tepetum lucidum el cual actúa como un espejo semitransparente devolviendo la luz que refleja en la retina a la retina misma aumentando la cantidad de luz que el ojo percibe; esto produce el brillo característico de los ojos de ciertos animales nocturnos.

El ser humano no posee esta membrana en sus ojos sin embargo en una foto la luz del flash posee suficiente intensidad para penetrar en el ojo, reflejar la luz en los vasos sanguíneos y regresar a la cámara molestando al ojo mismo.

Muchas cámaras poseen un modo de “reducción de ojo rojo” en el cual la primera luz que envía contrae la pupila y disminuye la posibilidad de que esto suceda. Otra forma de reducir este efecto es separando el flash del lente de la cámara a fin de que el flash no incida directamente en el ojo ni refleje directamente en el.

Bibliografía www.mediweb.com.mxwww.biopsicologia.netescuela.med.puc.cl/paginas/Cursos reitz milford, electromagnetismo tomo II Anatomía Humana, Carlos Chernov Atlas de Anatomía Humana, Frank Netter Pediatría Y Estrabismo (Los Requisitos En Oftalmología), Kenneth W., M.D. Wright