biofísica de la visión
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Biofisica de la Visión, documento realizado pra brindar aportes desde el punto de vista Físico, Anatómico, Bioquímico, histológico y fisiológico acerca de la función de la visión humana, con interacciones, esquemas, imagenes que desarrollan el aprendizaje al lector, desde un punto de vista médico, así como las diferentes correlaciones quíTRANSCRIPT
BIOFÍSICA DE LA
ABIUD EMMANUEL KOREA FONSECAIII AÑO- MEDICINA
“VISIÓN SIN TOMAR ACCIÓNES SOLO SUEÑO. ACCIÓN SINTENER VISIÓN ES PERDER ELTIEMPO. VISIÓN CON ACCIÓNPUEDE CAMBIAR EL MUNDO”.
-Joel Barker
OBJETIVOS CONCEPTUALES:
• Dominar conceptos generales de
biofísica, anatomía y fisiología de la
visión.
• Interpretar el papel de cada una de
las estructuras que interviene en la
visión.
• Analizar la importancia del
mecanismo de la visión.
• Correlacionar la información con la
clínica y práctica médica.
OBJETIVOS ACTITUDINALES:
Concretar la importancia de la
biofísica, anatomía y fisiología de la
visión en la práctica diaria médica.
Consultar la bibliografía
recomendada al final y elaborar un
resumen para autoestudio.
SUMARIO1. Principios de óptica aplicada al sistema de visión humana.
2. Anatomía del globo ocular y sus estructuras asociadas:
2.1 Sistema óptico de lentes del ojo humano: córnea, humor acuoso, cristalino, humor vítreo.2.2 Capas anatómicas del globo ocular: esclerótica, coroides, retina.3. Fotorreceptores:3.1 Conos y bastones 3.2 Papel de los fotorreceptores en la visión e interneuronas.
4. Fototransducción.
5. Formación de imágenes y progresión de la información en la retina.
6. Vías ópticas y procesamiento de la imagen en las zonas encefálicas encargadas de la visión.
Una onda electromagnética.
Compuesta por un campo eléctrico
oscilante y uno magnético, también
oscilante, mutuamente
perpendiculares.
Radiación electromagnética con longitudes de onda más cortas
que la luz ultravioleta y más largas que la infrarroja (el rango de
la luz visible suele oscilar entre 400 y 800 nm) que estimula las
células receptoras visuales de la retina, produciendo impulsos
nerviosos que se perciben como visión.
LUZ
Radiación electromagnética con longitudes de onda más cortas
que la luz ultravioleta y más largas que la infrarroja (el rango de
la luz visible suele oscilar entre 400 y 800 nm) que estimula las
células receptoras visuales de la retina, produciendo impulsos
nerviosos que se perciben como visión.
Fotón:
cada una de las partículas
que constituyen la luz.
Luz visible: 400 a 700- 800 nm
fotometría óptica
Lumen
LUZ NO VISIBLE + LUZ VISIBLELUZ VISIBLE + LUZ NO VISIBLE
•Mayor energía que la luz visible
•Transformación de algunas moléculas en vitamina
(vit. D)
•Fototerapia:
–Terapéutica de elección y la más difundida para el
tratamiento de la ictericia neonatal.
•Aumenta el riesgo de cáncer de piel
•UV-A = onda larga (400-315nm)
•UV-B = media (315-280 nm)
•UV-C= corta (280-100 nm; germicida)
LUZ ULTRAVIOLETA
La luz UV con longitudes de onda menores que 280 nm es germicida
•Son producidos por la desaceleración de electrones producidos en el
cátodo (generalmente un filamento de tungsteno) al chocar con un metal
en un tubo con gas que contiene un cátodo de aluminio que acelera
partículas hacia el ánodo donde está la placa o blanco.
•Interactúan con el material biológico: son absorbidos, son transmitidos y
generan iones.
•Atraviesan cuerpos opacos e imprimen películas fotográficas.
•La radiación X es de uso amplio en Medicina
–estudios de huesos y de articulaciones.
–para diagnosticar problemas en tejido blando.
RAYOS
X
PRINCIPIOS DE ÓPTICA
El ángulo de reflexión “r” es igual al
ángulo de incidencia “i” medidos
respecto a la perpendicular a la
Superficie.
INCIDENTE
REFLEJADO
REFRACTADO
ÁNGULO DE LUZ
•Índice de refracción
n: razón de la
velocidad de la luz en
el vacío c a la
velocidad de la luz en
el medio v.
•La ley de snell: n1
sen i = n2 sen r.
•Pipas de luz o fibras
ópticas.
•Endoscopio.
•Citoscopio.
REFRACCIÓN
TRASMISIÓN DE RAYOS DE LUZ EN LA FIBRA ÓPTICA
UTILIDAD EN MEDICINA
•La energía de la luz absorbida se manifiesta
como calor.
•En medicina la luz infrarroja se usa para
calentar tejidos.
Absorción de energía
•Fluorescencia: cuando se absorbe un fotón, es
emitido otro fotón, pero de menor energía.
•Detección de la porfiria (deficiencia en las
enzimas que intervienen en la biosíntesis del
grupo hemo) ésta se presenta como una
fluorescencia roja cuando se irradian los dientes
con luz uv.
DIOPTRÍA:
Medida métrica del poder de refracción de
una lente. Es igual al recíproco de la
distancia focal de la lente, en metros. Por
ejemplo, una lente con una distancia focal
de 0,5 m tiene una medida en dioptrías de
2,0 (1-2,0), y cuando se prescribe como
lente correctora para el ojo, las letras
impresas se enfocarán con más claridad
cuando se encuentren a 0,5 m del ojo.
DIOPTRÍA: D= 1/ F
Es la unidad que expresa
con valores positivos
(convergente) o negativos
(divergente) el poder de
refracción de una lente o
potencia de la lente y
equivale al valor recíproco
o inverso de su longitud
focal (distancia focal)
expresada en metros.
LENTES
A. La lente convergente (+)
concentra los rayos de luz.
B. La lente divergente (-)
separa los rayos de luz.
DESVIACIÓN DE LA LUZ POR LOS LENTES.
Es la unidad que expresa con valores positivos (convergente) o negativos (divergente).
El poder de refracción de una lente o potencia de la lente yequivale al valor recíproco o inverso de su longitud focal (distancia focal).
Expresada en metros. Una lente cuya longitud focal sea de +1 metro, tendrá una potencia de 1 dioptría y una lente de +2 dioptrías es una lente convergente de distancia focal igual a 0,5 metros.
Formación de la imagen
y Anatomía básica
“La verdaderabelleza está enel ojo delespectador”
Uno de los dos
órganos de la visión,
contenido en la órbita
ósea, en la parte
anterior del cráneo,
con un lecho de la
grasa orbitaria, e
inervado por el nervio
óptico, procedente de
la parte anterior del
cerebro.
EL OJO;
GLOBO OCULAR
DEFINICIONES SIMPLES DE LA ANATOMÍA DEL OJO
CÓRNEA
HUMOR VÍTREO
RETINA
ESCLERÓTICA
HUMOR
ACUOSO
Sistema óptico de lentes del ojo humano:
Córnea,
humor acuoso,
cristalino,
humor vítreo.
Sistema óptico de lentes del ojo humano:
Córnea: tiene propiedadesespeculares con un poderconvergente de 41 a 45 dioptrías,tiene un diámetro alrededor de1.1 mm a nivel de la unión con laesclerótica y de 0,5 mm en elcentro.
Humor acuoso: llena las doscámaras del ojo en un liquidofluido como agua, transparente,incoloro, sin elementosmorfológicos o, a lo sumo, conalgún linfocito.
Cristalino: es una estructuraavascular, suspendida por fibra, estransparente, incoloro y elástico, estáformado por una cápsula, por unepitelio sencillo y por una masaprincipal, la sustancia del cristalino.
Humor vítreo: sustanciatransparente y semigelatinosacontenida en una fina membranahioidea que llena la cavidadsituada detrás del cristalino.
Estructura transparente •Tres capas 1.Epitelio corneal 2.Estroma 3.Endotelio •44 dioptrías
El índice de refracción del cristalino depende de las proteínas que lo forman, por eso su poder de refracción es mayor que el de los líquidos que lo limitan.
La proteína MIP26 (“major intrinsic protein”) del cristalino funciona como un canal iónico, que permite que las fibras del cristalino funcionen como un
sincitio (gap junction) iónico y eléctrico.
Es una lente que permite enfocar los objetos y concentrar la luz.
MIP26 extrae agua del cristalino y mantiene la transparencia.
–Con la técnica de patch clamp se han identificado cerca de 9-11 canales de potasio, hay varios canales no selectivos de cationes.
La tendencia a desarrollar
cataratas es hereditaria. Al
principio la visión es borrosa; las
luces brillantes producen
deslumbramiento difuso y puede
aparecer distorsión y visión doble.
Las cataratas no complicadas de
los ancianos (cataratas seniles)
habitualmente se tratan mediante
la extirpación del cristalino y la
utilización de lentes o gafas
especiales.
CORRELACIÓN CLÍNICA
CORRELACIÓN
CLÍNICA
Trastorno progresivo del cristalino caracterizado por la
pérdida de transparencia. Se observa una opacidad
gris blanquecina en el cristalino, por detrás de la
pupila. La mayoría de las cataratas está provocada por
cambios degenerativos que se producen sobre todo
después de los 50 años.
CATARATAS
El cristalino lo
divide en dos
cavidades internas.
La anterior al
cristalino está
dividida por el iris
en dos cámaras,
ambas llenas de
humor acuoso.
EL GLOBO
OCULAR
La cámara posterior es mayor que la anterior, y
contiene el humor vítreo, gelatinoso
La túnica externa del bulbo constituye por
delante la córnea, transparente, y por detrás laesclerótica, opaca.
Capas anatómicas del globo ocular: esclerótica, coroides, retina.
ESCLERÓTICA O ESCLERA:Membrana dura,inelástica y opaca quecubre las cinco sextaspartes posteriores delglobo ocular, mantiene eltamaño y la forma deéste y sirve de fijación alos músculos que lomueven. En su parteposterior es atravesadapor el nervio óptico y,con la córneatransparente, forma lamás externa de las trestúnicas que cubren elglobo ocular.
COROIDES: Membranadelgada muyvascularizada quereviste las cincosextas partesposteriores del ojo,entre la retina y laesclerótica.
RETINA: Membrana delicadade tejido nervioso presenteen el ojo, formada por 10capas, que se continúa conel nervio óptico que recibeimágenes de objetosexternos y transmite losimpulsos visuales alcerebro a través del nervioóptico. La retina es blanda,semitransparente ycontiene rodopsina, que leconfiere un tinte violáceo.
La túnica interna de tejido
nervioso constituye la retina.
Las ondas de luz que pasan a
través del cristalino chocan
contra la capa de conos y
bastones de la retina,
generando impulsos que se
transmiten al cerebro a
través del nervio óptico.
Las ondas de luz que pasan a través
del cristalino chocan contra la capa
de conos y bastones de la retina,
generando impulsos que se
transmiten al cerebro a través del
nervio óptico.
Formación de la imagen y
distancia focal
AIRE=
1.00CÓRNEA:
1.38 (44 D)
CRISTALINO:
1.40
HUMOR
ACUOSO:
1.33
HUMOR
VÍTREO:
1.34
SISTEMA ÓPTICO DEL OJO HUMANO•Distancia focal: es la distancia entre el centro óptico de
la lente y el foco cuando se enfoca hacia el infinito.
Úvea: capa fibrosa situada debajo de
la esclerótica constituida por el iris,
el cuerpo ciliar y la coroides del ojo.
MANTENER UNA JUVENTUD QUE NO SE MARCHITA ES ALCANZAR
AL FINAL DE LA VIDA LA VISIÓN CON LA QUE EMPEZÓ. (AYN RAND)
Mecanismo de acomodación:
variación del diámetro
anteroposterior de la lente por
medio de acción del músculo ciliar
sobre el ligamento suspensorio que
está unido a la lente
MECANISMO DE
ENFOQUE
Retina: capa más interna del globo ocular y donde se localizan los receptores.
PAPEL DE LOS
FOTORRECEPTORES
EN LA VISIÓN E
INTERNEURONAS.
Además se ha descubierto que algunas
células bipolares también son
detectoras de luz, aunque su función
primordial sería la de establecer el
ritmo circadiano pero no participarían
de la formación de la imagen. Estarían
conectados al cerebro a través del
hipotálamo. Su pigmento sería la
melatopsina y su función sería
determinar el ritmo del sueño y regular
la apertura del iris del ojo.
BASTÓN: célula fotorreceptora de la retina que permite la
percepción del color. Existen tres tipos de conos retinianos,
uno para cada uno de los colores básicos: azul, verde y rojo;
los demás colores se perciben por la estimulación de más de
un tipo de cono.
Los conos son los
responsables de la
visión en colores.
Existen tres tipos de
conos: los que son
sensibles a la luz
roja, los sensibles a
la luz azul y los
sensibles a la luz
verde
En el ojo humano existen cerca de 140 millones de
detectores. De estos, aproximadamente, 6 millones son
conos. El resto son bastones o bastoncillos. En la figura
de la izquierda puede verse el esquema de un cono y un
bastón. En el dibujo, la parte superior de ambos
identificada con la letra e indica el segmento externo , de
los detectores, donde se hallan los pigmentos visuales
fotosensibles en capas transversales; i es el segmento
interno, donde se produciría la conversión de los
pigmentos en carga eléctrica; n sería el núcleo donde las
cargas eléctricas se acumularían. Y p, el pie en los conos,
y s, la esférula en los bastones, son los terminales de
contacto sináptico.
CONOS 5-8mm
•Visión fotópica
•A colores
•Mayor umbral •Pigmentos fotosensibles
•Rodopsina
BASTONES 2-5mm
•Visión escotópica •Menor umbral: sensible a 5 fotones
•Vm= -30mV (canal de Na+
BASTONES CONOS
VISTA ES UNO MÁS DE LOS CINCO SENTIDOS Y LA
VISIÓN ES LA CAPACIDAD QUE TENEMOS PARA
INTERPRETAR TODO LO QUE VEMOS.
“LA PERSONA MÁS PATÉTICA DEL MUNDO ES ALGUIENQUE TIENE VISTA, PERO QUE NO TIENE VISIÓN”.
-HELLEN KELLER
INTERNEURONAS
Son tres tipos de interneuronas: las células
bipolares: célula, como una neurona de la retina,
con dos prolongaciones principales que se
originan en el cuerpo celular, las celulas
horizontales y las células amacrinas. Esta células
suman también las señales provenientes de
diversos fotorreceptores. Además existen células
ganglionares especializadas en la elaboración de
otras características de las imágenes visuales. Las
diferentes respuestas de las células son
expresiones de los distintos tipos de contactos
sinápticos presentes en la retina.
CELULA HORIZONTAL
CÉLULA BIPOLAR
CÉLULA GANGLIONAR NERVIO ÓPTICO
La fototransducción conlleva al cierre de los
canales de Na+, que de manera habitual en la
oscuridad se mantienen abiertos, gracias a los
elevados niveles intracelulares de guanosina de
monofosfato cíclico (GMPc). De esta manera la luz
es absorbida por las moléculas de fotopigmento
(rodopsina en los bastones) que una vez activadas
estimulan una proteína G (transducina en los
bastones) que a su ve activa a una fosfodiesterasa
de GMPc.
FOTOTRASDUCCIÓN
Esta enzima cataliza
la degradación del
GMPc a –GMP, lo que
provoca la reducción
de la concentración
intracelular de los
canales de Na+ y la
hiperpolarización de
los fotorreceptores,
que así representa la
respuesta de éstos a
la estimulación
lumínica.
Ca2+ oscuridad
Mecanismo de transducción de la luz
Pimento
carotenoide
Vit A VITAMINA A
PIGMENTO
CAROTENOIDE
HISTOLÓGICAMENTE
CAMPOS VISUALES
A NIVEL CEREBRAL
“EN NUESTRO TIEMPO, NOS HALLAMOS MUY LEJOS DE LA VISIÓNMONOLÍTICA DE LA FÍSICA CLÁSICA. ANTE NOSOTROS SE ABRE UNUNIVERSO DEL QUE APENAS COMENZAMOS A ENTREVER LASESTRUCTURAS. DESCUBRIMOS UN MUNDO FASCINANTE, TANSORPRENDENTE Y NUEVO COMO EL DE LA EXPLORACIÓN DE LAINFANCIA”.
(ILYA PRIGOGINE)
Área de la visión:
Esta área ocupa la totalidad del
lóbulo occipital. El área primaria
detecta puntos específicos de luz y
oscuridad lo mismo que
orientaciones de líneas y límites.
Estimulaciones eléctricas en el área
visual primaria hace que las
personas vean destellos de luz,
líneas brillantes, colores u otras
imágenes simples. Las áreas
secundarias interpretan la
información visual, por ejemplo
interpretan el significado del
lenguaje escrito.
En el lóbulo occipital, es a donde va la
mayoría de la información procesada de
las células de la retina, sin embargo, no es
la única área del cerebro que está
involucrada en los procesos de la visión.
El lóbulo occipital, es el lóbulo ubicado en
la zona posterior del cerebro, encargado de
procesar las imágenes provenientes de la
retina. La principal tarea de este lóbulo es
descifrar los impulsos eléctricos que le
manda el nervio óptico, interpretarlos y
mostrar la imagen.
“CORRELACIÓN SEMIOLÓGICA DE LAS
ESTRUCTURAS OBSERVADAS EN FONDO DE OJO”
EVALUACIÓN DEL SISTEMA VISUAL
Campímetro: (en oftalmología)
instrumento para determinar
la integridad del campo central
de visión.
AGUDEZA VISUAL
Es la capacidad de discriminar detalles finos de un objeto –Objetivos de determinar la agudeza visual » Determinar la integridad neurológica de los componentes del sistema visual » Determinar la precisión del enfoque retiniano » Evalúa la función de la mácula » Al comparar la AV sin corrección con la AV con corrección se determina la necesidad de prescribir la corrección »También se puede utilizar para medir el éxito de un tratamiento correctivo
Cartilla o tabla de Snellen
–Cada línea de letras (optotipos) tiene una fracción que señala el valor de la agudeza visual que tiene el sujeto que puede leer la línea de letras.
•Normal: 20/20 •20/200 o sea que ve menos = 10% de visión, es miope.
Medición de la agudeza visual en la clínica
TEST PARA
ASTIGMATISMO
Verifique si alguna o algunas de las líneas se ve borrosa o
más clara
TEST DE ISHIHARA
Diagnostica y clasifica discromatopsias (alteraciones en la visión de colores, como el
daltonismo) aunque además es muy útil para otros procesos como conocer el estado
del nervio. Permite distinguir defectos del eje rojo verde: la protanopia (dalton) en
la que, a grosso modo, el espectro azul-verde se ve gris y tienen el espectro rojo
muy acortado (carecen del cono rojo); y la deuteranopia (Nagel) donde el verde se
visualiza gris (carecen del cono verde). Si visualizas 17 o más números normales, es
una exploración normal. Si son menos de 13, es patológica.
El ojo humano es capaz de percibir colores.
Esta propiedad se debe a la presencia de pigmentos
fotosensibles en los conos.
•Las opsinas se encuentran tanto en conos como en
bastones y sufren una serie de cambios químicos cuando
son excitadas por la luz.
•Los conos son sensibles a los colores azul, verde y rojo.
–Eritropsina - luz roja de 560 nm
–Cloropsina – luz verde de 530 nm
– Cianopsina – luz azul de 430 nm
(Los bastones tienen rodopsina)
Estos tres tipos de
conos dan lugar a la
visión tricromática
que poseen la
mayoría de los
humanos
“LOS OJOS NO LE
DICEN A LA PERSONA
QUÉ VER… LA PERSONA
LE DICE A LOS OJOS
QUE BUSCAR”.LAWRENCE MACDONALD, O. D.
“DE NO HABERTE VISTO COMO TE VÍ, TE HUBIESE IMAGINADO,
Y SI NO HUBIESES EXISTIDO, TE HUBIESE INVENTADO…”
Hubel DH, Wiesel TN. Brain and visual perception: the story of a25-year collaboration. Oxford: Oxford University Press, 2004.
• Kaufman PL, Alm A. Adler’s physiology of the eye. USA: Saunders, 2002
Purves D, Augustine GL, Fitzpatrick DF, et al. Neuroscience. 3th ed. Sunderland(MA): Sinauer Associates Inc. 2004
• Tomsak R, Levine M. Handbookof neuro-ophtalmology. Oxford: Butterworth- Heinemann 2003.
• Zeki S. A vision of the brain. Oxford: Blackwell Science, 1993.
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BIOFÍSICA DE LA