validaciÓn de un sistema para evaluar en estudios
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MÁSTER UNIVERSITARIO EN OPTOMETRIA Y CIENCIAS DE LA VISIÓN
TRABAJO DE FIN DE MÁSTER
VALIDACIÓN DE UN SISTEMA PARA EVALUAR
EN ESTUDIOS EPIDEMIOLÓGICOS LA
ILUMINACIÓN A LA HORA DE DORMIR
Fecha de lectura
25/11/2020
Facultat d’Òptica i Optometria de Terrassa
© Universitat Politècnica de Catalunya, año 2020 Todos los derechos reservados
ALICIA PEREIRA MÁRQUEZ
Directores:
MONTSERRAT TÀPIAS ANTON y JAUME ESCOFET SOTERAS
Departamento de Óptica y Optometría
MÁSTER UNIVERSITARIO EN OPTOMETRIA Y CIENCIAS DE LA VISIÓN
Facultat d’Òptica i Optometria de Terrassa
© Universitat Politècnica de Catalunya, año 2020 Todos los derechos reservados
La Sra. Monserrat Tàpias Anton como directora del trabajo y el Sr. Jaume
Escofet Soteras como codirector del trabajo,
CERTIFICAN
Que la Sra. Alicia Pereira Márquez ha realizado bajo su supervisión el
trabajo
“VALIDACIÓN DE UN SISTEMA PARA EVALUAR EN ESTUDIOS
EPIDEMIOLÓGICOS LA ILUMINACIÓN A LA HORA DE DORMIR”
que se recoge en esta memoria para optar al título de Máster en Optometría
y Ciencias de la Visión.
Y para que conste firmamos este certificado:
Sra. Monserrat Tàpias Anton
Directora del trabajo
Sr. Jaume Escofet Soteras
Codirector del trabajo
MÁSTER UNIVERSITARIO EN OPTOMETRIA Y CIENCIAS DE LA VISION
VALIDACIÓN DE UN SISTEMA PARA EVALUAR EN
ESTUDIOS EPIDEMIOLÓGICOS LA ILUMINACIÓN A LA
HORA DE DORMIR
RESUMEN
A lo largo de los años, se ha ido descubriendo que la luz artificial nocturna
provoca efectos adversos en el medio ambiente, en los animales, en las
plantas y hasta en la salud del ser humano. Actualmente, en estudios
epidemiológicos se investiga si, en iluminaciones muy bajas, también se
produce afectación en la salud. El problema surge cuando las pulseras
multicanal usadas en tales estudios, como Kronowise, no tienen la capacidad
de medir iluminaciones por debajo de 0,01 lux.
En este trabajo se pretende crear un sistema para poder estimar estos
niveles de iluminación por debajo del umbral absoluto del instrumento de
medida, consiste en una carta de sensibilidad al contraste de letras. La carta
presenta 12 letras con modulación decreciente. Se evaluaron 30
participantes bajo 5 niveles de iluminación diferentes, todos inferiores a 0,01
lux. Gracias a ello, se estableció una correlación entre el umbral de contraste
detectado y el nivel de iluminación de la carta.
Los resultados obtenidos evidencian que la carta sobremuestreaba la
modulación y que con tan solo 5 valores de los 12 empleados era suficiente
para estimar el intervalo de valores de iluminación presente.
Palabras clave: visión fotópica, visión escotópica, visión mesópica, contrast
sensivity test, ciclos circadianos, melatonina, cronodisrupción, luz artificial nocturna.
MÁSTER UNIVERSITARIO EN OPTOMETRIA Y CIENCIAS DE LA VISION
VALIDACIÓ D'UN SISTEMA PER AVALUAR EN ESTUDIS
EPIDEMIOLÒGICS LA IL·LUMINACIÓ A L'HORA DE DORMIR
RESUM
Al llarg dels anys, s'ha anat descobrint que la llum artificial nocturna provoca
efectes adversos en el medi ambient, en els animals, a les plantes i fins i tot
a la salut de l'ésser humà. Actualment, en estudis epidemiològics, s'investiga
si, en il·luminacions molt baixes, també es produeix afectació en la salut. El
problema sorgeix quan les polseres multicanal usades en tals estudis, com
la Kronowise, no tenen la capacitat de mesurar il·luminacions per sota de
0,01 lux.
En aquest treball pretenem crear un sistema per poder estimar aquests
nivells d'il·luminació per sota del llindar absolut de l'instrument de mesura,
consistent en una carta de sensibilitat a l'contrast de lletres. La carta presenta
12 lletres amb modulació decreixent. Es van avaluar 30 participants sota 5
nivells d'il·luminació diferents, tots inferiors a 0,01 lux. Gràcies a això, es va
establir una correlació entre el llindar de contrast detectat i el nivell
d'il·luminació de la carta.
Els resultats obtinguts evidencien que la carta sobremostrejava la modulació
i que amb tan sols 5 valors, dels 12 emprats, era suficient per estimar l'interval
de valors d'il·luminació present.
MÁSTER UNIVERSITARIO EN OPTOMETRIA Y CIENCIAS DE LA VISION
VALIDATION OF A SYSTEM FOR EVALUATING SLEEP LIGHTING IN
EPIDEMIOLOGICAL STUDIES
ABSTRACT
Over the years, it has been discovered that artificial light at night causes
adverse effects on the environment, on animals, on plants and even on
human health. Epidemiological studies are currently investigating whether
effects on our health can also occur under very low illumination or not. The
problem arises when the multi-channel wristbands used in studies such as
Kronowise do not have the ability to measure illuminations below 0.01 lux.
In this study, we intend to create a system to estimate these illumination levels
below the absolute threshold of the measuring instrument, which consists of
a letter contrast sensitivity chart. The chart features twelve letters with
decreasing modulation. Thirty participants were evaluated under five different
lighting levels, all less than 0.01 lux. With this method, a correlation was
established between the detected modulation threshold and the illumination
level of the chart.
The results obtained show that the chart oversampled the modulation and
that with only five values of the twelve employed it was enough to estimate
the range of present illumination values.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1
2. OBJETIVOS .............................................................................................. 3
3. MARCO TEÓRICO.................................................................................... 3
3.1. Efecto de la luz sobre el organismo humano ..................................... 3
3.2. Estudios epidemiológicos ................................................................. 11
3.3. Retina neurosensorial ....................................................................... 12
3.4. Adaptación a diferentes condiciones lumínicas ............................... 13
4. MÉTODO EXPERIMENTAL ................................................................... 16
4.1. Diseño del estudio ............................................................................ 16
4.2. Calibrado de la iluminación de un led puntual mediante la ley del
inverso del cuadrado de la distancia ....................................................... 16
4.3. Calibrado en luminancias de los niveles de gris impresos ............... 19
4.4. Diseño del test .................................................................................. 20
4.5. Montaje experimental ....................................................................... 23
4.6. Selección de pacientes ..................................................................... 24
4.7. Proceso de medidas ......................................................................... 25
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................... 26
6. CONCLUSIONES ................................................................................... 31
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................... 32
8. REFERENCIAS DE FIGURAS ............................................................... 35
9. ANEXOS ................................................................................................. 37
1
1. INTRODUCCIÓN
Los efectos de la luz en la salud, concretamente en la enfermedad del cáncer, parecen más
que demostrados. Se sabe que una exposición excesiva a los rayos solares puede producir
melanoma. En los últimos años existen estudios que relacionan la luz nocturna con diferentes
tipos de cánceres tales como el de próstata en hombres y el de mama en mujeres. La luz
artificial que “contamina” la noche, particularmente en los últimos 100 años, produce disfunción
circadiana y se considera un cancerígeno medioambiental.
Estudios epidemiológicos realizados con ratones en condiciones de laboratorio demuestran
que la exposición a la luz nocturna favorece el desarrollo de algunos tipos de tumores así como
que aceleran su ritmo de crecimiento y aumentan también su mortalidad. Por otra parte, siendo
estos estudios concluyentes, no pueden ser extrapolados a los humanos ya que éstos no
reproducen la enfermedad como los ratones de laboratorio. Estudios epidemiológicos
recientes realizados en humanos correlacionan el número de casos de cáncer de mama y
próstata con el nivel de luz azul del espectro de la luz nocturna en la zona donde está situada
la residencia. Por otra parte también se encontró que las personas que dormían en total
oscuridad tenían menos riesgo de contraer estos tipos de cánceres que las personas que
dormían con algún nivel de iluminación.
Medir la iluminación es una tarea sencilla cuando los niveles de luz se encuentran dentro del
rango de medida de los instrumentos utilizados (fotómetros, luminancímetros, radiómetros,
epectrorradiómetros, etc…). Sin embargo, cuando se quiere estudiar los efectos de niveles de
luz muy bajos, niveles que, por otra parte, impiden la completa oscuridad, las herramientas de
medida son de alto coste y muy limitadas. Si a esto añadimos que en estos estudios
epidemiológicos la medida del nivel de luz debe realizarla el propio paciente, la dificultad de
obtener resultados aceptables es muy elevada.
Recientemente se han desarrollado dispositivos multicanal, que se adaptan al paciente, ya sea
como pulseras o medallones, que permiten registrar de forma continua los ritmos de la
temperatura corporal de la piel, de la actividad (intensidad, duración y momento), de la posición
corporal y de la exposición a la luz (intensidad, tipo de luz, duración y momento), en un sujeto
durante un periodo de tiempo que pueden llegar a ser de varios días. En el caso de la medida
del nivel de luz, el límite inferior que pueden registrar estos dispositivos es de 0,01 lux.
Conseguir oscuridad total en un dormitorio es difícil debido que se encuentran instaladas en
él, fuentes de luz muy débiles como, por ejemplo, pantallas de relojes, pilotos de aparatos, etc.
que emiten luz durante la noche mientras el paciente está durmiendo. Esta luz, muy débil,
interacciona con el paciente afectado de lagoftalmia (imposibilidad de cerrar completamente
uno o ambos ojos) o puede traspasar, aunque muy débilmente, los párpados. Los actuales
estudios epidemiológicos requieren una estimación de estos niveles de luz, siendo su
determinación muy costosa al requerir sofisticados instrumentos de medida.
El propósito de este trabajo es estimar los niveles de iluminación que se producen en entornos
casi a oscuras. Para ello se ha creado un gradiente de bajas iluminaciones, discretizado en 5
2
niveles, conseguidos variando la distancia a la fuente de luz. Estos niveles de luz, por debajo
del mínimo medible por el fotómetro, se han extrapolado a partir de la ley de la inversa del
cuadrado de la distancia. Posteriormente y después de un proceso de adaptación a la
oscuridad, se ha medido la sensibilidad al contraste mediante letras a una población de 30
personas para cada uno de los niveles de iluminación anteriores. Finalmente se ha establecido
una correlación entre la sensibilidad al contraste y los niveles de iluminación. De este modo,
midiendo la sensibilidad al contraste, se puede estimar el nivel de iluminación en una
habitación casi a oscuras.
3
2. OBJETIVOS
Crear una carta de sensibilidad al contraste, de bajo coste que valore la
iluminación en condiciones lumínicas inferiores a 0’01 lux.
Analizar la efectividad de la carta para distintas iluminaciones inferiores a 0’01
lux.
3. MARCO TEÓRICO
3.1. Efecto de la luz sobre el organismo humano
La Tierra presenta cada vez una mayor degradación ambiental y una buena parte es debido a
la contaminación lumínica por una alta presencia de luz artificial nocturna (LAN) en ciudades
y poblaciones europeas y norteamericanas [García Saenz, 2018]. La contaminación lumínica
consiste en la alteración de los niveles de luz natural del entorno nocturno producido por la
introducción de LAN [Falchi, 2011].
Con el asentamiento del alumbrado público, la LAN ha incrementado los niveles de luz natural
nocturna dados inicialmente por la Luna y las estrellas. Donde antes había una oscuridad
absoluta y generalizada de unas 12 horas, ahora las zonas urbanas mantienen un alumbrado
externo durante toda la noche. Este hecho causa altos niveles de contaminación lumínica con
consecuencias graves para la salud [Stevens, 2015].
Desde los años 90 se han ido descubriendo los numerosos inconvenientes que comporta la
LAN. En primer lugar, cabe destacar un fenómeno cultural como es la imposibilidad de
observación del cielo estrellado. Esto ocurre de modo más intenso en zonas urbanas y
metropolitanas donde la iluminación durante la noche es constante. Cabe añadir, también, que
este fenómeno conlleva un despilfarro energético de luz eléctrica. En el año 2015, el gasto
eléctrico por el alumbrado público en España era de 5.4 TWh/año con un gasto económico de
unos 950 millones de euros anuales. En los países de la Unión Europea se estima un gasto
económico de 6.300 millones de euros anuales. España se posiciona como el país europeo
con mayor consumo eléctrico en alumbrado público por habitante [Sánchez de Miguel, 2015].
La LAN produce también un fuerte impacto en el desarrollo de la vida de las plantas y los
animales. Las plantas se ven afectadas por la ruptura de su ciclo de luz solar. La luz solar tiene
un papel esencial en la fotosíntesis y en su germinación. La floración y crecimiento vegetativo
se modifica en función de las horas de luz recibidas. La luz eléctrica nocturna puede causar
una desregularización de ese fotoperiodo y disminuir la capacidad de crecimiento y
reproductiva de la planta. [Blanco Castro, 2005].
4
Los animales se ven afectados por la LAN de diferentes maneras. A modo de ejemplo, los
pájaros pueden quedar desorientados en sus migraciones aumentando la posibilidad de
colisionar o de ser atrapados por depredadores; los insectos al ser atraídos por esa luz
artificial, pueden afectar a la salud humana por un incremento de contraer enfermedades
parasitarias como la malaria. Un 30% de los vertebrados y un 60% de los invertebrados son
animales de vida nocturna y dependen de la oscuridad para cazar y reproducirse. La LAN
altera también la relación depredador-presa [Bonmatí, 2015].
Finalmente, la LAN produce un fuerte impacto en la salud humana principalmente debido a
una alteración del ritmo circadiano y una disminución o supresión de la producción de la
melatonina. [Motta, 2012].
Para ello, los gobiernos han tratado de buscar un modo de reducir estos efectos adversos. Se
ha escogido como ejemplo el Boletín Oficial de Castilla y León de diciembre 2010, ratificado
por el Boletín Oficial del Estado [BOE-A-2010-20074] donde se han establecido diferentes
normas con el fin de prevenir la contaminación lumínica, el ahorro y la eficiencia energética
derivada de la iluminación. Frente a eso, inicialmente han dividido el territorio en zonas según
el grado de vulnerabilidad a la contaminación lumínica por el uso del suelo, entorno natural y
valor paisajístico o astronómico. Las instalaciones deben diseñarse e instalarse para prevenir
la contaminación lumínica y favorecer el ahorro. Además, quien no cumpla con estos criterios,
puede llegar a ser sancionado con multas desde los 150-300 euros en infracciones leves hasta
3000 euros junto con una desconexión y precinto del alumbrado exterior en las más graves.
A pesar de las técnicas para limitar la iluminación como los accesorios de blindaje de la luz, la
disminución de los niveles de iluminación y su restricción a las áreas necesarias, sigue
quedando algo de emisión lumínica debido a los reflejos de las superficies iluminadas y la
dispersión atmosférica. La contaminación lumínica “residual” depende de las características
espectrales de las lámparas usadas. Las lámparas con una fuerte componente de emisión azul
(como los halógenos y los LED blancos) resultan ser las más contaminantes afectando
negativamente la vida silvestre, la salud humana y la visibilidad de las estrellas. [Falchi, 2011]
Figura 1. Curva de acción del espectro de la melatonina en comparación con el espectro de un LED azul y la
sensibilidad fotópica. Fuente: http://grupoah.ddns.net:8080/contamina.html
5
Como se comentaba anteriormente, la LAN puede ser perjudicial para el ser humano. La
humanidad ha evolucionado a lo largo de miles de años experimentando unos ciclos biológicos
que son modelados por la luz. Dichos ciclos son el día y la noche y las estaciones anuales. El
organismo humano se comporta diferente durante el día que, durante la noche, con estados
de vigilia durante el día y sueño durante la noche. Los ritmos biológicos son variaciones
regulares de una función orgánica relacionada con el paso de tiempo. La cronobiología es la
ciencia que estudia dichos ritmos. El cuerpo presenta variaciones fisiológicas, bioquímicas y
de conductas dependiendo del día del año y la hora del día. Es decir, en función del momento
preciso en el que se encuentra temporalmente. Los ritmos pueden clasificarse en circadianos,
infradianos y ultradianos en función de la duración de su periodo. Los ritmos circadianos tienen
un periodo cercano a las 24 horas. El ritmo infradiano presenta una frecuencia inferior a la de
un día con un periodo superior a las 28 horas. El ritmo ultradiano contiene frecuencias
superiores a las diarias por lo que su periodo sería inferior a las 20 horas. [Saavedra, 2013]
[Bonmatí, 2015].
El sistema circadiano está organizado jerárquicamente y es el responsable de la generación y
sincronización de los ritmos circadianos. Su sistema central está situado en el núcleo
supraquiasmático (NSQ) del hipotálamo y transmite señales temporales rítmicas a todo el
organismo mediante mediadores hormonales, entre ellos, la melatonina. Debido a dicha
actividad coordinada, variables como la temperatura corporal, la presión arterial, la sensibilidad
a la insulina o la fuerza muscular varían a lo largo del día. [Rol, 2011]. El ciclo de luz/ oscuridad
es el principal encargado de poner en hora al NSQ. Sin él, se generaría un periodo superior al
de 24 horas (de promedio entre las 24,5 y 25 horas) con lo que el ritmo del cuerpo humano iría
desacompasado del ciclo luz oscuridad que rige el ciclo terrestre diario [Bonmatí, 2015].
Figura 2. Variación de las variables tales como concentración de melatonina, sueño y temperatura corporal a lo
largo del día. El sueño está directamente relacionado con los niveles de melatonina mientras que la temperatura
corporal desciende en el periodo de sueño. Fuente: Lack LC, Gradisar M, Van Someren EJ, Wright HR,
Lushington K. The relationship between insomnia and body temperatures. Sleep Med Rev. 2008; 12 (4): 307-17
6
El sistema circadiano podría considerarse como un reloj central o un director de orquesta que
sincroniza las diferentes estructuras del organismo de modo que estén todas coordinadas
temporalmente. Todos los tejidos poseen un ritmo en sus funciones, pero están dirigidos por
el reloj central, el NSQ. Se ha demostrado también la existencia de unos llamados “genes reloj”
que intervienen en el control de la actividad circadiana [Saavedra, 2013].
Figura 3. Estructura general del sistema circadiano en humanos. Fuente: Galadlí D, Rol MA, Bará S, Diaz J,
Baeza D, Ranea A et al. Posibles riesgos de la iluminación LED. Comité Español de Iluminación. Editorial
MIC.2018;(2): 53-80
La fotorrecepción circadiana es debida a la existencia de unas células ganglionares en la retina
que proyectan sus axones hacia el NSQ. Estas células son las denominadas células
ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC). Las ipRGC contienen
melanopsina como fotorreceptor y es sensible a los tonos azules. Cuando la iluminación que
incide en la pupila del ojo tiene un mayor contenido de longitudes de ondas cortas, la
fotorrecepción circadiana y, consecuentemente, el sistema circadiano será más sensible a ella.
Como se ha comentado anteriormente, la melatonina es una de las principales vías de salida
del sistema circadiano. Es una hormona del tipo indolamina (neurotransmmisor con un grupo
indo). En los mamíferos es sintetizada por la glándula pineal durante la noche, aunque existen
otros tejidos u órganos capaces de producirla. Su síntesis es producida mediante una doble
regulación: por un lado, gracias a la estimulación noradrenérgica y por el otro, por el NSQ
durante la noche debido a su inhibición directa por la luz.
La secreción de la melatonina por parte de la glándula pineal tiene una función cronobiótica.
Con otras palabras, actúa como un reloj biológico indicando al cuerpo la llegada de la noche.
Por el día, la producción de dicha hormona se ve inhibida por la luz. También actúa como
calendario indicando el momento exacto del año en el que se sitúa. A mayor periodo de
7
oscuridad nocturna, mayor será la producción de melatonina. Este proceso es independiente
del carácter nocturno o diurno de los organismos [Argüelles, 2015] [Rol, 2011].
Figura 4. Efectos de la luz en el cuerpo humano: Vía óptica y vía retinohipotalámica. Fuente: Benjamin Warfield
and George Brainard. Thomas Jefferson University. Adaptado por Matthew Ray.
Hay estudios que han demostrado que sujetos ciegos, sin una percepción consciente de la luz,
eran capaces de mantener unos ciclos circadianos estables e inhibir la secreción de la
melatonina en función de la exposición a la luz [Hartley, 2018]. Es decir que sus células
ganglionares fotosensibles estaban en buen estado. Dicho esto, se podría intuir la existencia
de diferentes tipos de ceguera según afecte solo a la función visual o afecte también la
fotorrecepción circadiana.
La melatonina fue descubierta en la glándula pineal bovina en 1958 por A. Lerner. La síntesis
de la melatonina a través de la glándula pineal está controlada por el NSQ (marcapasos central
del sistema circadiano) y dirigido con el ciclo luz-oscuridad a través del tracto
retinohipotalámico y las células ganglionares fotosensibles.
La melatonina tiene varias funciones que producen efectos en el organismo:
Efectos cronobióticos: La melatonina actúa como un reloj biológico y marca el ritmo
circadiano del organismo. Su máxima concentración coincide con las horas oscuras de
la noche. Los niveles de dicha hormona están relacionados con el ciclo de sueño-vigilia.
Una exposición a la luz artificial durante las horas de oscuridad ocasiona un retraso
temporal del incremento de los niveles de melatonina y una menor secreción de esta.
8
Del mismo modo, la exposición a la luz por la mañana provoca adelantos del pico de la
melatonina. Un adelanto o retraso a la exposición de la luz, así como la composición
espectral y la intensidad de esta puede provocar cambios en la secreción de la
melatonina y alteraciones en el ciclo de sueño-vigilia. [Rol, 2011]. Por esta razón los
individuos que presentan un desorden de los ciclos circadianos son habitualmente
tratados con melatonina.
Figura 5. Características de la luz solar en función de la hora del día junto con los efectos que provoca. Por la
mañana la luz es fría, lo que significa un alto contenido de luz azul, que provoca la inhibición de la melatonina y
favorece un estado de alerta y vigilia. Por la tarde-noche, predomina una luz cálida o la ausencia de ella, lo que
significa un bajo contenido de luz azul. Se incrementan los niveles de melatonina y se produce un estado de
somnolencia. Fuente: Anda Bereczky. https://www.sunlightinside.com/light-and-health/whats-special-about-
natural-light/
Función antioxidante: La melatonina tiene un alto poder antioxidante. Su estructura
indoamina le permite atravesar la membrana plasmática de las células y neutralizar los
radicales libres y los metabolitos cuaternarios. Una disminución de los niveles de
melatonina por una exposición inadecuada a la luz provocaría un aumento importante
del estrés oxidativo.
Función moduladora del sistema inmunitario: Tiene la capacidad de modular el
sistema inmunitario equilibrando las reacciones inflamatorias excesivas sin inhibir por
ello la actividad antiviral y antibacteriana de los leucocitos. También presenta esta
actividad per se. Por otra parte, produce una regulación de la fisiología inmunológica
adaptándose en función de la estación del año. Esto es posible gracias a los cambios
de concentración y de producción de la hormona en función de la duración de la noche
según la época del año correspondiente. Gracias a ello, el sistema inmune se adapta a
las condiciones ambientales.
Función antitumoral: la acción antitumoral viene relacionada con la función
antioxidante y la modulación inmunitaria. La protección contra el estrés oxidativo y la
supresión inmune protegen contra el desarrollo tumoral. En condiciones in vitro, se ha
9
comprobado que la propia melatonina tiene efectos antitumorales en función de sus
concentraciones. La melatonina también altera el balance celular de proliferación a
diferenciación y promueve la apoptosis de las células tumorosas.
Función reguladora: La melatonina está relacionada con ciertas funciones metabólicas
tales como la regulación de la masa corporal, la digestión adecuada, la tasa metabólica
y la termogénesis en algunos mamíferos. La supresión de melatonina provoca
desórdenes metabólicos como la obesidad, diabetes tipo II o enfermedades coronarias.
Función reproductiva: La reproducción estacional es una respuesta adaptativa de los
animales con el fin de concentrar la actividad reproductiva en la época del año donde
las condiciones son óptimas para la supervivencia de las crías. El nivel de melatonina
en días con menos horas de luz puede ser interpretada como una señal inductora o
supresora en función de si la gestación del animal sea corta o larga [Correa, 2017].
En la actualidad, la mayoría de la población tiene su ciclo de luz-oscuridad alterado debido al
exceso de LAN y/o falta de exposición a la luz diurna. La exposición a la luz nocturna hace
que el NSQ interprete que es de día y envíe a los órganos periféricos información equivocada
de modo que estos se ajustan para realizar sus actividades diurnas como, por ejemplo, la
inhibición de la síntesis de la melatonina [Madrid, 2015].
El grado de supresión de la melatonina vendrá dado por el momento de la exposición, la
duración, la luminosidad y la longitud de onda de la luz. En caso de producirse una breve
exposición a la luz, es posible el restablecimiento de la síntesis de melatonina, aunque
dependerá del momento de la noche en el que se produzca. Tal y como muestra la curva de
acción de la figura 1 existe una mayor inhibición de la melatonina cuando la luz presenta una
longitud de onda azul, entre los 460 y 480nm, pues estas longitudes de ondas coinciden con
la máxima sensibilidad de la melanopsina, fotopigmento de las células ganglionares
fotosensibles. En cuanto al nivel de iluminación es de destacar que para que los ritmos
circadianos sean regulares, es necesaria una exposición a la luz diurna de 200-300 lux, como
mínimo, de nivel de iluminación.
La cronodisrupción se produce cuando hay una alteración crónica de los ciclos biológicos y se
desincroniza del ciclo ambiental natural. Una exposición inadecuada a la luz durante el día y
la noche provoca esa pérdida del orden temporal interno. La alteración de esos ritmos
circadianos puede aumentar el riesgo de patologías.
Alrededor de un 20% de la población trabajadora de los países industrializados trabaja en
turnos. Dichas personas tienen tendencia a dormir menos, a estar expuestos a luz artificial
durante una media de 9 horas y estar despiertos cuando normalmente se debería estar
descansando. Sus inusuales horarios provocan que sus relojes biológicos estén alterados con
respecto a los ciclos de luz/oscuridad. Esto es, la mayoría de los trabajadores por turnos
presentan cronodisrupción. Diversos estudios epidemiológicos muestran relación entre la
cronodisrupción con un incremento del síndrome metabólico, aumento de la incidencia de
10
cáncer, alteraciones del sueño, enfermedades cardiovasculares y problemas
neuropsicológicos. [Rol, 2011].
En otro estudio, se demostró que los individuos que leían en dispositivos con luz emisora
tardaban más tiempo en dormirse en comparación a los que leían en libros de papel. Esto
causaría un retraso del reloj circadiano, una disminución de la secreción de melatonina y un
menor estado de alerta a la mañana siguiente [Chang, 2015].
Cada vez hay más evidencias donde se vincula la exposición a LAN con un incremento del
riesgo a padecer ciertos cánceres como el de pecho, próstata o colorectal. Se encontró que, a
mayor nivel de iluminación por la noche, mayor es el riesgo de padecer cáncer de pecho en
mujeres y de próstata en hombres. [Cho, 2015]. Los trabajos de [García-Saenz, 2018] y
[Salamanca-Fernández, 2018] demostraron también que la prevalencia al cáncer, tanto de
mama como de próstata, se verá incrementada al aumentar el nivel de luz presente durante la
noche.
Por ello, la Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer (AIIC) ha indicado que el
trabajo a turnos que provoque cronodisrupción es un factor de riesgo del cáncer en humanos,
aunque se insiste en la necesidad de más estudios [Touitou, 2017].
Por otro lado, la prevalencia de afectación de cáncer se verá incrementada en función del nivel
de luz presente mientras se duerme. Tanto en el de mama como en el de próstata.
Otra enfermedad que está relacionada con la LAN, es la obesidad. La obesidad es uno de los
cinco principales factores de mortalidad y está principalmente relacionada con el status
socioeconómico, la dieta, el estilo de vida sedentario y el entorno. Su etiología viene dada por
un desequilibrio entre el comportamiento sedentario y el consumo energético. Diferentes
estudios han encontrado una relación entre el incremento de LAN con la prevalencia de la
obesidad a nivel mundial. La alteración de los ciclos de sueño//vigilia alteran el reloj biológico
intracelular de los adipocitos provocando una acumulación de éstos. Por otra parte, la
supresión de la melatonina pineal (endógena) por la exposición de LAN está asociado a un
incremento de peso. Por lo tanto, una alta exposición a LAN está asociada en un 13% al
sobrepeso (IMC≥25kg/m2) y en 22% a la obesidad (IMC≥30kg/m2) [Lai, 2020].
En relación a la diabetes, estudios han demostrado que una elevada exposición a la LAN, en
ratones produce una mutación en sus genes provocando un incremento de la masa corporal y
favoreciendo una pre-diabetes. Por otra parte, se ha comprobado que en humanos la
exposición a la luz nocturna si puede afectar a determinados factores de la obesidad. Diversos
hallazgos sugieren que la exposición a la LAN incrementa la incidencia de diabetes en una
población general envejecida, pero se necesitarían estudios de mayor magnitud para poder
asociar esa exposición a la luz con la incidencia de diabetes de tipo 2 en humanos. En cambio,
se apoyaría en la evidencia epidemiológica que los turnos nocturnos con una exposición a la
LAN alta que alteran el ciclo circadiano pudiese aumentar el riesgo a padecer
diabetes [Obayashi, 2020].
11
3.2. Estudios epidemiológicos
Los estudios de medición de la LAN pueden proporcionar información de la iluminación exterior
(luz de la calle) o de la iluminación interior (luz que hay dentro de propio dormitorio a la hora
de dormir). Para obtener el nivel de LAN externo, generalmente, se obtienen los datos a partir
de fotografías del cielo de la zona realizadas por satélites. La calibración fotométrica de estas
imágenes permite la medición del nivel de iluminación exterior [Falchi 2016].
Para la medición de la iluminación nocturna interna se realizan cuestionarios donde se
pregunta por los hábitos de sueño y el posible uso e intensidad de iluminación nocturna. La
intensidad de iluminación está medida directamente con dispositivos que contienen fotómetros
incorporados [Cho, 2015].
Un dispositivo utilizado en este tipo de mediciones es la pulsera Kronowise que permite la
monitorización ambulatoria circadiana. Es decir, realiza mediciones simultáneas de varios
indicadores que aportan información complementaria sobre el sistema circadiano. Estos
indicadores son la temperatura cutánea, la actividad motora junto con la posición corporal
(variables endógenas) y la luz ambiental (variable exógena). Esto permite evaluar la
cronobiología en diferentes enfermedades. Las mediciones son registradas de forma periódica
durante un periodo de una o dos semanas. [Madrid, 2015].
Posteriormente los datos son recopilados para generar un informe completo de los hábitos de
sueño y el funcionamiento del reloj biológico y valorar cuantitativamente las características del
paciente [Kronohealth, 2020].
El dispositivo está provisto de tres sensores de luz: un sensor de amplio espectro (380-
1100nm), un sensor de infrarrojos (700-1100nm) y otro equipado con un filtro azul con el fin
de imitar la curva de sensibilidad del melanopsina (fotopigmento de las células ganglionares
fotosensibles) y la curva de inhibición de la melatonina. Tienen un rango de entre 0,01 y 43.000
lux con 16 bits de resolución y se autoajusta automáticamente en función de la luminancia.
[Argüelles, 2019]
La pulsera Kronowise a pesar de sus diferentes atributos para monotorizar los ciclos de sueños
y vigilia, no logra cubrir un completo análisis de la iluminación en condiciones mesópicas y
escotópicas. En iluminaciones < 0.01 lux el dispositivo interpreta la iluminación ambiente como
nula. Es decir, como oscuridad absoluta. Por lo tanto, con la pulsera Kronowise es imposible
relacionar la variación del sistema circadiano en situaciones con muy bajos niveles de
iluminación. En este estudio se trata de buscar una alternativa más sencilla y barata para medir
la intensidad lumínica en condiciones de luz < 0.01 lux para facilitar las mediciones y disminuir
el coste de los estudios epidemiológicos. Para ello, es necesario conocer la fisiología ocular
en condiciones de baja iluminación.
12
3.3. Retina neurosensorial
La retina es una membrana sensorial compleja formada por células sensibles a la luz. La capa
de fotorreceptores se localiza en la retina interna donde se proyectan las imágenes que han
pasado a través del sistema óptico. Las células retinianas absorben la luz y la transforman en
señales nerviosas para ser llevadas y procesadas en el cerebro. Los fotorreceptores se
subdividen en conos, bastones y células ganglionares intrínsecamente fotosensibles
(ipRGCs). Dichos fotorreceptores adquieren importancia en este estudio.
Figura 6. Localización de las células ganglionares fotosensibles en las capas de la retina. Fuente. Bonmatí MA,
Argüelles R. La luz en el sistema circadiano. Revista Eubacteria.2015; 33: 9-15.
Los conos y bastones son elementos esenciales en la visión de los objetos. Los conos se
localizan en la zona central de la retina, denominada fóvea. Son los encargados de la visión
en detalle (agudeza visual) y de la visión cromática. Trabajan en condiciones de iluminación
alta y media, es decir, en condiciones de luz diurna. Los bastones se ubican más hacia la
periferia, a unos 20º de la fóvea y operan en condiciones de baja iluminación, denominadas
escotópicas permitiendo una visión nocturna. Por otra parte, dichos fotorreceptores también
se diferencian por su concentración porque hay alrededor de 120 millones de bastones frente
a 6 millones de conos. [Martínez, 2006]
Las células ganglionares intrínsecamente fotosensibles fueron descubiertas más
recientemente. Son proyectadas hacia el núcleo supraquiasmatico (NSQ) del hipotálamo y
permite la regulación y coordinación del sistema circadiano. Estas células presentan una
13
mayor sensibilidad en longitudes de onda cortas. Esto explica porque el sistema circadiano
presenta mayor sensibilidad en las tonalidades azuladas. [Argüelles, 2015]
Figura 7. Fisiología de los ritmos circadianos. La luz con tonalidades azuladas provocan la activación de las
células ganglionares intrínsecamente fotosensibles que lleva la información hacia el NSQ. Fuente:
https://www.solemma.com/Alfa.html
3.4. Adaptación a diferentes condiciones lumínicas
El sistema visual tiene la capacidad para adaptarse a diferentes condiciones de iluminación.
Tras un tiempo de adaptación en un entorno oscuro, el ojo percibe estímulos que, unos minutos
antes, no era capaz de discernir. Esta adaptación a la luz es posible gracias a diferentes
cambios que ocurren a nivel retiniano y en las células neuronales superiores ligadas a la retina.
Figura 8. Curva de adaptación a la oscuridad de los conos y bastones. Fuente:
http://psicologiapercepcion.blogspot.com/p/vision_15.html?m=1
14
La visión se produce por la interacción de la luz con los fotopigmentos de los fotorreceptores
visuales. La interacción más estudiada es la que se produce en la rodopsina que se encuentra
en los bastones. Cuando un fotón es absorbido por la rodopsina se produce una alteración de
la configuración molecular provocando una señal eléctrica transmitida a las células bipolares
y demás neuronas hasta llegar al cerebro.
En condiciones de baja iluminación, los ojos necesitan un periodo de adaptación. Ambos tipos
de fotorreceptores visuales participan en esa adaptación a la oscuridad. Los bastones
necesitan más tiempo de adaptación en comparación con los conos, pero alcanzan una mayor
sensibilidad. Pasados unos 8 minutos, presentan una mejor adaptación a la oscuridad que los
conos. La sensibilidad de los bastones viene influenciada por factores como el aumento del
diámetro pupilar que permite una mayor entrada de luz, un alto nivel de rodopsina, la
coordinación de los campos receptores y la amplificación de la actividad de las células
bipolares unidas a los bastones. De este modo, se logra una sensibilidad nocturna 107 veces
mayor que la diurna. La máxima sensibilidad se alcanzada tras 30 minutos de adaptación con
un estímulo en retina periférica. [Martínez, 2006]
Figura 9. Rango de niveles de luminancia del ojo humano y tipos de visión (cd/m2). Fuente: Chloe
Langton/shutterstock.com
Figura 10. Curvas de sensibilidad espectral. (a) Visión fotópica. (b) Visión escotópica. Fuente: Lighting Industry
Association. SP Ratios and Mesopic Vision. Technicalstatement. 2013 (TS24):1-3.
15
En condiciones fotópicas, el ojo presenta una curva de sensibilidad entre los 380-760nm con
el pico de sensibilidad alrededor de los tonos verdes y amarillos. En condiciones de luz más
bajas, escotópicas, el pico se desplaza hacia los azules. Ese proceso ocurre lentamente
pasando por diferentes curvas intermediarias que representan las condiciones mesópicas de
iluminación. Si hubiese que cuantificar todas esas condiciones lumínicas diríamos que, la
visión fotópica ocurre cuando la luminancia es mayor de 10cd/m2 y la visión escotópica cuando
dicha luminancia es menor de 10-2cd/m2 mientras que la región mesópica se produce entre
esos dos valores [Lighting Industry Asociation, 2013].
16
4. MÉTODO EXPERIMENTAL
4.1. Diseño del estudio
Se trata de un estudio analítico transversal donde se valoró el mínimo contraste
percibido en diferentes condiciones de baja de iluminación.
En este estudio se trata de crear una carta de optotipo de letras con un nivel de gris
decreciente con modulaciones cada vez menores para ser presentadas en diferentes
condiciones de baja iluminaciones conocidas. El objetivo de dicha carta es el de
establecer una relación entre la letra de contraste mínimo percibido con el nivel de
iluminación presente.
4.2. Calibrado de la iluminación de un led puntual mediante la ley del inverso
del cuadrado de la distancia
Para este estudio, se ha utilizado para iluminar las cartas un LED puntual de color verde, de
baja intensidad y que proviene de un cargador de móvil. Tal y como se ha mencionado
anteriormente, el dispositivo Kronowise, utilizado habitualmente en los estudios
epidemiológicos, tiene un umbral absoluto de medida de 0.01 lux por lo que no tiene capacidad
de tomar medidas en condiciones de luz inferiores. A partir de ese umbral, existe una
incertidumbre en la estimación de la iluminación puesto que el ojo humano todavía es capaz
de ver y distinguir formas. Tradicionalmente, los métodos utilizados para estimar el nivel de
iluminación en los estudios epidemiológicos nocturnos variaban desde preguntar el número de
dedos de la mano a distinguir el movimiento de la mano.
Los fotómetros disponibles en la FOOT también presentan un umbral absoluto de medida de
0.01 lux por lo que no ha sido posible medir de forma objetiva niveles de iluminación inferiores
a este umbral. Para poder estimar esos niveles de iluminación, se ha partido de la ley
fotométrica del cuadrado de la distancia. Esta ley permite relacionar la iluminancia (E) en una
superficie con la intensidad luminosa (I) de una fuente puntual luminosa:
𝐸 =𝐼 cos 𝜃
𝑑2 (1)
Donde θ es el ángulo entre la normal a la superficie y la dirección de iluminación y d es la
distancia entre la fuente y la superficie (Fig.14).
Si la superficie es perpendicular a la dirección de iluminación, la relación se convierte en:
17
𝐸 =𝐼
𝑑2 (2)
conocido más habitualmente como la ley fotométrica del cuadrado inverso.
Esta ley solo es aplicable con una fuente puntual. Sin embargo, también se puede aplicar a
fuentes no puntuales a distancias suficientemente grandes donde el grado de aproximación a
la distancia utilizada debe confirmarse mediante medición [CIE 17-912].
Figura 11. Representación de la ley fotométrica del cuadrado de la distancia. Los campos centrales disminuyen
de intensidad en función de la inversa del cuadrado debido a que el espacio es tridimensional. La zona iluminada
en función de la distancia incrementa, pero también disminuye la intensidad de luz en cada área. Fuente:
https://www.aprenderailuminar.com/2017/05/ley-inversa-del-cuadrado-de-la.html
Con el luxómetro GOSSEN MAVOLUX 5032C USB se han realizado medidas de iluminación
superiores a 0.01 lux, a diferentes distancias conocidas de la fuente de luz, obteniendo la
ecuación de la recta que relaciona la iluminación a cualquier distancia con la ley de la inversa
del cuadrado de la misma. Las distancias analizadas, así como los valores de iluminación
medidos, se muestran en la gráfica 1 donde se ha representado a la iluminación, E, frente al
inverso del cuadrado de la distancia, 1/d2:
18
Figura 12. Representación gráfica de la iluminación de la fuente puntual LED frente al inverso del cuadrado de
la distancia y regresión lineal.
La figura 12 presenta la mayoría de sus valores están concentrados en una misma zona. Por
ello, se ha decidido hacer el logaritmo de esa gráfica en la figura 13 con el fin de uniformizar
la escala de valores y facilitar el ajuste de la recta permitiendo una mayor precisión.
Figura 13. Representación logarítmica de la figura 12.
E = 4709,5/d2R² = 0,998
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,0E+00 5,0E-05 1,0E-04 1,5E-04 2,0E-04 2,5E-04
E (l
ux)
1/d2 (mm-2)
y = 1,156x + 4,3025R² = 0,9911
-1,8
-1,6
-1,4
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
-5,1 -5 -4,9 -4,8 -4,7 -4,6 -4,5 -4,4 -4,3 -4,2 -4,1 -4 -3,9 -3,8 -3,7 -3,6
log
(E)
log (1/d2)
19
La ecuación ha sido sacada de la figura 13 y sobre ella, se ha extrapolado los valores de la
gráfica para niveles de iluminación inferiores al umbral mínimo del fotómetro. Con la recta de
regresión, se han determinado cinco distancias diferentes a la fuente de luz donde la
iluminación es <0.01 lux. Estas distancias fueron escogidas empíricamente y proporcionaban
de cierto modo un valor mitad de iluminación respecto a su precedente. Estas distancias son
usadas como posiciones de medida de las cartas y están representadas en la tabla 1:
d (mm) log (1/d2) log E Ecartas (lux)
400 -5,2041 -1,7135 0,0193
560 -5,4964 -2,0513 0,0089
767 -5,7696 -2,3671 0,0043
1085 -6,0709 -2,7154 0,0019
1534 -6,3717 -3,0631 0,0009
Tabla 1. Logaritmo del inverso del cuadrado de la distancia, logaritmo de la iluminación e iluminación de las cartas
para las diferentes distancias al LED.
4.3. Calibrado en luminancias de los niveles de gris impresos
Inicialmente, es necesario realizar una calibración de niveles de gris (NG) a luminancias a fin
de conocer la luminancia de cada tonalidad de gris. Se ha impreso una carta con parches de
gris cuadrados de tamaño 20 x 20 mm en pasos de 5 niveles de gris de una imagen de 8 bits,
esto es, de 255 NG (Fig. 14).
Figura 14. Carta con parches de gris de tamaño 20x20 en pasos de 5 niveles de gris. El NG más bajo, NG=0,
corresponde al negro mientras que el valor de N más elevado, NG=255, corresponde al blanco. Fuente: propia
20
Se ha medido la luminancia de cada parche con el luminancímetro Minolta LS-100 en una
mesa de reproducciones fotográficas Kaiser. Se han valorado los parches con niveles de
luminancia y no con los de iluminación porque tanto la modulación como el contraste están
definidos en términos de luminancia del objeto y no de la iluminación que le llega.
Con los resultados obtenidos, se ha ajustado la relación NG/L en un polinomio de grado 3
(figura 15). Es el polinomio de menor grado que representa más fielmente los resultados
experimentales.
Figura 15. Polinomio de tercer grado que representa la relación el NG y la luminancia de los parches de grises.
En la figura 15 se observa que ni los puntos experimentales ni el ajuste polinómico pasan por
el origen (0,0). Esto se debe a que el parche de la carta impreso con un NG=0 refleja algo de
luz y no representa realmente el negro absoluto.
4.4. Diseño del test
Para la elaboración de la carta, se ha optado por un sistema de evaluación de fácil manejo y
resistente para que el paciente pueda usar sin dificultad. Por ello, se ha escogido una única
hoja de cartulina tamaño Dina A4 con un total de 12 letras impresas. Las letras presentan una
tipología de letra Sloan [Ferris FL, 1982] y un tamaño de 120pts (42mm de altura). Se escogió
el tamaño de letras de manera experimental para asegurar su visibilidad en niveles bajos de
iluminación y de contraste.
y = 7E-06x3 - 0,0057x2 + 1,9859x - 14,978R² = 0,9953
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300 350
NG
L (cd/m2)
21
Conocido el tamaño se la letra, la distancia de trabajo y características del folio, se puede
conocer la agudeza visual que proporciona la carta. Se parte de la luminancia del papel
producida por el LED y no de la iluminación recibida porque, como se ha explicado
anteriormente, las fórmulas se realizan a partir de la luminancia. Se ha supuesto que el papel
actúa como un difusor por lo que se usa la relación entre la iluminancia recibida y la luminancia
con la expresión:
𝐿 =𝜌𝐸
𝜋 (3)
Se ha estimado que el papel presenta una reflectancia elevada de ρ=0.9.
Se parte de la luminancia que recibe el test en base al nivel más bajo de iluminación usada (a
una distancia de 1534 mm del LED, E=0.0009 lux) dando como resultado con la Eq.3: 0,25 ·
10−3 𝑐𝑑/𝑚2.
La figura 16 indica la variación de agudeza visual en función de la luminancia existente. Para
poder ser el valor interpretado en dicha figura, el resultado debe darse en logL (-3,60).
Figura 16. Variación de la agudeza visual en función de la luminancia. Fuente: Tunnacliffe AH. Introduction to
visual optics. ABDO College of education. 1984; 3.
22
Estas condiciones de luz se encuentran en el límite entre el rango mesópico/escotópico donde
los bastones adquieren mayor importancia. La agudeza visual máxima alcanzada en esas
condiciones sería <0.05.
Teniendo en cuenta el tamaño de letra y la distancia del sujeto al test (400 mm) se obtiene una
agudeza visual decimal equivalente de 0.014. Por lo tanto, el tamaño de letra escogido es
equivalente al valor de agudeza visual, presenta el mismo orden de magnitud proporcionado
por la gráfica de la figura 16.
Cada posición de letra tiene un nivel de gris. Se parte de la primera letra de referencia (negro,
NG=0) y con una modulación máxima (blanco, NG=255 frente al negro, NG=0). A partir de ese
contraste máximo, se ha establecido el resto de modulaciones del test de la siguiente forma:
𝑀𝑛 =𝑀𝑛−1
√2 (4)
La variación de modulación escogida fue de √2 entre las letras consecutivas pues permitía un
amplio rango dinámico muestreado entre los 12 pasos existentes. Este valor de decrecimiento
escogido coincide con el usada en el test Pelli-Robson [Pelli, 1987]. La modulación de las 12
letras está indicada en la tabla 2:
M
1 0,913
2 0,646
3 0,456
4 0,323
5 0,228
6 0,161
7 0,114
8 0,081
9 0,057
10 0,040
11 0,029
12 0,020
Tabla 2. Modulación para cada posición de letra del test.
La carta presenta un total de 12 letras que están repartidas en cuatro filas con tres letras cada
una. (Fig.17 (b)). La elección de las letras está basada en las sugeridas por la British Standard
Institution [British Standards Institution, 1965]. Se han elaborado un total de 7 cartas con las
mismas letras, pero en orden alterado con el fin de evitar el factor aprendizaje. A pesar de ser
solo necesario por individuo un total de 5 cartas, disponer de 7 ejemplares permitía usarlas de
23
forma aleatoria para cada paciente. Dicho de otro modo, a cada paciente se le presentaban
las cartas en un orden aleatorio.
Figura 17. (a) Carta y (b) posición de las letras en la carta. Fuente: propia
4.5. Montaje experimental
Se han colocado dos bancos ópticos milimetrados (1000 mm) uno a continuación del otro, con
la fuente de iluminación (LED verde) en uno de los extremos. Se colocan las bases a las
distancias descritas en la tabla 2 de la fuente de iluminación.
En la posición de medida, se coloca una pantalla con el fin de facilitar el apoyo de la carta al
observador. Al cambiar de distancia, se mueve dicha pantalla y se encaja en el soporte de la
distancia siguiente (Fig.18).
Figura 18. Esquema de montaje experimental. Fuente: propia
1 2 3
4 5 6
7 8 9
10 11 12
24
4.6. Selección de pacientes
Se ha evaluado un total de 30 individuos (9 hombres y 21 mujeres) con edades comprendidas
entre los 18 y los 63 años. Se realizaron las pruebas en el Laboratorio de Óptica Geométrica
en la Facultad de Óptica y Optometría de Terrassa (FOOT). Inicialmente, se ha realizado a los
participantes una serie de pruebas previas para valorar los criterios de inclusión y exclusión.
Test CSF-UPC para visión próxima: Se les ha valorado la sensibilidad al contraste en
visión próxima y en condiciones binoculares. Este test está basado en las redes
sinosoidales y valora el contraste mínimo del sujeto para distintas frecuencias. Es un
test desarrollado por la Universitat Politècnica de Catalunya y todavía se encuentra en
fase de experimentación. Los intervalos de valores de normalidad de este test
presentan una alta especificidad porque el test fue valorado para una población joven.
Nuestro estudio presenta una mayor variabilidad de edades que en la población usada
en el test. Por ello, se aceptan en este estudio valores fuera del rango de normalidad
del test CSF-UPC. Por otra parte, uno de los individuos presenta una sensibilidad al
contraste disminuida generalizada en todas las frecuencias debido a un queratocono
corneal. Se ha aceptado igualmente en el estudio y vigilado en el resto de las pruebas.
Test de estereopsis Titmus: Se ha evaluado la estereopsis con el test Titmus pues se
considera la máxima capacidad de la visión binocular. La media de agudeza visual
estereoscópica normal con dicho test es de 57.89 ± 20.97 segundos de arco y aseguran
que el sujeto presenta una buena fusión binocular [Céspedes, 2016].
Por lo tanto, los criterios de inclusión de este estudio son una buena visión binocular que
permita ver correctamente las cartas, un nivel de sensibilidad al contraste aceptable para que
puedan discernir los distintos niveles de gris y la aceptación con firma del consentimiento
informado.
En los criterios de exclusión se incluirían los menores de edad, individuos que no hayan
firmado el consentimiento informado, ojos únicos, amblíopes o cualquier patología que no
permitiese una buena visión binocular. Tampoco se incluyen sujetos que presenten una
sensibilidad al contraste inferior a la mitad de las condiciones normales en todas las
frecuencias.
25
4.7. Proceso de medida
Tras asegurarse de que el participante supere los criterios de inclusión, ya se le puede evaluar
para el estudio. Se empieza con la distancia más próxima a la fuente de iluminación. Es decir,
a 400 mm del LED. Se coloca la pantalla movible al soporte de dicha distancia y se apoyan las
cartas giradas para que el participante no pueda ver las letras. El sujeto debe colocarse a unos
40cm del test, mirando en sentido contrario al foco de luz pero permitiendo que el foco ilumine
la carta.
Colocado el individuo, se apaga la luz ambiente quedando como única fuente de iluminación
el LED del montaje. La persona debe estar viendo el dorso de la carta durante ese periodo de
adaptación a la oscuridad. Pasados 1’30”, se le pide voltear el test y que empiece a indicar las
letras que pueda diferenciar de mayor a menor contraste. Se vuelve a encender la luz ambiente
a los 2’10”. Se anota el número de carta evaluado, la posición de la carta y la letra con menor
contraste o mayor nivel de gris que el sujeto fue capaz de discernir. Se cambia el soporte de
la pantalla a la distancia siguiente y se cambia la carta al individuo.
Cuando se repita el proceso, es importante que el sujeto esté de nuevo adaptado a las
condiciones fotópicas. Es decir, antes de tomar las medidas en oscuridad, hay que cerciorarse
que el individuo vuelva a estar en las mismas condiciones lumínicas del principio. Se repite el
mismo procedimiento para las demás distancias marcadas en el banco óptico y manteniendo
siempre la misma distancia de lectura entre el individuo y la carta.
El LED es un semiconductor que emite en 4π estereorradianes. Está encapsulado por un
capuchón de plástico que permite que la luz sea emitida direccionalmente. Dicho de otro modo,
el capuchón actúa como de lente convergente [Moreno, 2008]. Por ello, el haz emisor de luz
presenta un pequeño ángulo de divergencia provocando un pequeño diámetro de la zona
iluminada. Puesto que la iluminación de la carta no es uniforme, será importante decirle al
individuo que busque, moviendo la carta en el plano de la pantalla, esa zona de máxima
iluminación. Además, al encontrarse en condiciones de baja iluminación (mesópico-
escotópicas), se puede recomendar al individuo que realice una fijación excéntrica, utilizando
los bastones porque son los que presentan una mayor sensibilidad en dichas condiciones
lumínicas.
26
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se ha tomado la posición de la letra como parámetro representativo del contraste pues
proporcionaba una mayor facilidad de descripción. Por consiguiente, los resultados obtenidos
para cada posición de letra son los de la figura 19:
Figura 19. Posición de la letra de contraste mínimo detectada para cada iluminación y paciente. Se produce una
coincidencia de los puntos experimentales que no pueden apreciarse en el gráfico.
Se observa que, a menor iluminación, los resultados tienden a valores de contraste elevado
(primeras posiciones de las letras). Dicho de otro modo, con baja iluminación el ojo tiene mayor
dificultad en percibir las letras con contraste bajo.
Mediante la prueba de Chi-cuadrado se ha analizado el número de pacientes que han
respondido a un mismo contraste para cada nivel de iluminación (Tabla 3). De modo que se
ha cogido la gráfica 4 y se ha observado en horizontal. Esto es, se analiza el número de
individuos que han detectado el mismo contraste para cada nivel de iluminación del
experimento.
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
E (l
ux)
Posición letra
27
Posición letra
E (lux) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Todo
0,001 2 1 3 13 4 2 4 1 0 0 0 0 30
0,002 0 1 1 3 8 4 4 4 4 1 0 0 30
0,004 0 0 0 0 3 3 2 9 8 0 3 2 30
0,009 0 0 0 0 0 2 0 5 9 2 5 7 30
0,020 0 0 0 0 0 3 0 5 9 2 4 7 30
Tabla 3. Número de pacientes que han respondido a una misma modulación para cada nivel de iluminación.
A la vista de los resultados de la Tabla 3, para las iluminaciones de 0.02 y 0.009 lux, se
observan resultados prácticamente equivalentes. Se decreta que los observadores no
discriminan entre los dos niveles superiores de iluminación (p-valor = 0.997), la segunda
iluminación no proporciona ningún cambio en comparación a la primera por lo que se considera
que los resultados con 0.02 lux de iluminación son redundantes y se ha prescindido de ellos
para la discusión de los resultados.
En la figura 20 se ha representado el resto de los puntos mostrando los valores medios de
iluminación para cada posición de la letra con sus intervalos del 95% de confianza. Dada la
elevada variabilidad de los resultados y a fin de poder llegar a alguna conclusión, se han
realizado ajustes exponenciales de la media y de los límites extremos de los intervalos de
confianza.
Figura 20. Valores medios de iluminación obtenidos para cada contraste con sus intervalos del 95% de confianza
y con los ajustes exponenciales realizados para la media y los límites superior e inferior.
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,01
0,011
0,012
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
E (l
ux)
Posición letra
Media
Ajuste límite superior
Ajuste límite inferior
Ajuste media
y = 0.00104·exp(0,2036x)
y = 0.0004842·exp(0,2001x)
y = 0.0006813·exp(0,2051x)
28
Los valores de iluminación correspondientes a las posiciones 4 y 7 son algo anómalos puesto
que son excesivamente bajos respecto a la tendencia que muestran los ajustes exponenciales
(tanto de la media como de los límites superior e inferior del intervalo de confianza). En este
caso, la referencia considerada para estos dos puntos es el valor dado por el ajuste
exponencial de la media.
Figura 21. Representación de la figura 20 en la que se ha marcado las cinco zonas de similitud numeradas de
derecha a izquierda de la 1 a la 5. Fuente: propia
En base a los resultados ajustados y de la media de la iluminación, se pueden destacar cinco
zonas de similitud remarcable, ya sea por el valor medio real o ajustado, que hemos
recuadrado en verde en la fig. 21 está indicado también en la Tabla 4.
La tabla 4 proporciona los valores exactos de iluminación de la media y de los límites
superiores e inferiores en función de la posición de la letra y se juntado las posiciones con
valores parecidos.
29
Media Límite sup. Límite inf.
posición
letra E (lux) E (lux) E (lux) zona similitud
1 8E-04 1E-03 6E-04
1 2 1E-03 2E-03 7E-04
3 1E-03 2E-03 9E-04
4 2E-03 2E-03 1E-03
5 2E-03 3E-03 1E-03 2
6 2E-03 4E-03 2E-03
7 3E-03 4E-03 2E-03 3
8 4E-03 5E-03 2E-03
9 4E-03 6E-03 3E-03 4
10 5E-03 8E-03 4E-03
11 7E-03 1E-02 4E-03 5
12 8E-03 1E-02 5E-03
Tabla 4. Valores ajustados para cada posición de la letra de la media de la iluminación y de los límites de
confianza.
Por lo tanto, se concluye que el optotipo creado presenta un exceso de letras. Con solo cinco
letras en la carta, sería suficiente para medir los niveles de iluminación. Se ha decidido tomar
modulaciones nuevas, representativas de cada zona de similitud, como se ha descrito en la
figura 22.
Figura 22. Representación de la figura 21 con los puntos representativos de cada rectángulo. Fuente: propia
30
En el primer rectángulo, se mantendría la posición de la letra 1 por la necesidad de tener una
letra con contraste máximo de referencia y ayudar a situarse en bajas iluminaciones. La
modulación representativa de los demás rectángulos sería los correspondientes a un punto
intermedio entre las dos posiciones. En términos de posición de letra, no tendría sentido la
existencia de una posición y media pero sí que adquiere significado cuando se traduce en
modulaciones. Las nuevas modulaciones se corresponden a las de la tabla 5.
M
1 0,913
2 (5.5) 0,195
3 (7.5) 0,097
4 (9.5) 0,049
5 (11.5) 0,025
Tabla 5. Nuevos valores de modulación con respecto a las nuevas posiciones de letra.
Por otra parte, el objetivo de este estudio consiste en determinar la iluminación presente en
función de la letra distinguida en el test. No ha sido posible precisar la iluminación exacta que
representaría cada carta por la existencia de una gran variabilidad en los resultados.
Por ello, se ha decidido dar los resultados en intervalos que comprenden desde el mínimo de
la función de ajuste límite inferior de la posición más pequeña de cada rectángulo hasta el
máximo de la línea de ajuste límite superior de la posición de letra más elevada del rectángulo.
Esto permite cubrir el dominio de existencia de cada rectángulo. Siendo lo descrito en la tabla
6:
Posición letra M Iluminación (lux)
1 0,913 [0,84 · 10-3 ; 2,34 · 10-3]
2 0,195 [1,90 · 10-3 ; 3,53 · 10-3]
3 0,097 [2,86 · 10-3 ; 5,30 · 10-3]
4 0,049 [4,31 · 10-3 ; 7,97 · 10-3]
5 0,025 [6,50 · 10-3 ; 11,97 · 10-3]
Tabla 6. Intervalos de iluminación en función de la última posición de letra distinguida en la nueva propuesta de
carta.
31
6. CONCLUSIONES
1. Los resultados ponen en evidencia que hay un sobremuestreo de la modulación en el
test propuesto. Esto es, para valores distintos de la posición de la letra (valores distintos
de modulación) se obtienen medias ajustadas e intervalos de confianza ajustados muy
similares. Por lo tanto, en vez de una carta de 12 letras (12 niveles distintos de
modulación), con una carta de tan solo 5 letras (5 niveles de modulación), representativa
de cada zona de similitud, sería suficiente para estimar la iluminación presente en la
realización de estudios epidemiológicos.
2. La carta no permite dar valores de iluminación exactos por la variabilidad existente entre
los resultados de los individuos. Se proporciona la información en forma de intervalos
de iluminación.
3. El test propuesto proporciona una información que los aparatos actuales existentes en
el mercado, tales como Kronowise, no logran adquirir. También es muy superior en
exactitud en relación a los métodos cualitativos tradicionales como reconocer los dedos
levantados (cuenta dedos) o percibir el movimiento de la mano.
4. Por todo ello, el test puede ser de gran utilidad en las medidas de baja iluminación para
determinar el impacto de la luz en la salud humana.
32
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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8. REFERENCIAS DE FIGURAS
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inversa-del-cuadrado-de-la.html
Figura 12. Fuente propia
Figura 13. Fuente propia
Figura 14. Fuente propia
Figura 15. Fuente propia
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Figura 16. Tunnacliffe AH. Introduction to visual optics. ABDO College of education.
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Figura 17. Fuente propia
Figura 18. Fuente propia
Figura 19. Fuente propia
Figura 20. Fuente propia
Figura 21. Fuente propia
Figura 22. Fuente propia
37
9. ANEXOS
ANEXO I
INFORMACIÓN SOBRE EL ESTUDIO
“VALIDACIÓN DE UN SISTEMA PARA EVALUAR EN ESTUDIOS EPIDEMIOLÓGICOS LA
ILUMINACIÓN A LA HORA DE DORMIR”. Cartas de sensibilidad al contraste para niveles de
iluminación escotópica desarrolladas por la FOOT.
Objetivo del estudio:
Su participación en el estudio es con el fin de poder valorar la iluminación que llega a percibir
el ojo en condiciones de iluminación mínima. Para ello, el estudio consta dela evaluación en
observadores adultos con una visión normal y sin patología ocular del test de sensibilidad al
contrate (FSC-UPC en VP), test de estereopsis (visión 3D) y de las cartas de evaluación de la
iluminación. Esta última prueba se realizará en condiciones de iluminación mínimas y a
diferentes distancias del foco de luz.
Condiciones del estudio:
La prueba se realizará mediante una única sesión en el laboratorio. Las pruebas consisten en
evaluar la función de sensibilidad al contraste, la estereopsis y el contraste percibido en
condiciones mesópicas/ escotópicas. Estas pruebas son no invasivas y no suponen ningún
riesgo para la visión.
Su participación en el estudio es absolutamente voluntaria. En cualquier momento puede
cambiar de opinión y dejar el estudio.
Su participación no le supondrá ningún riesgo, ni tampoco recibirá ningún beneficio y/ o
compensación por ello.
Sus datos serán utilizados exclusivamente para el estudio descrito y siempre de forma
anónima y absolutamente confidencial, de modo que únicamente miembros autorizados
dispondrán de acceso a la información obtenida. El tratamiento de los resultados formará parte
del Trabajo Final de Máster del estudiante investigador de la FOOT (Facultad de Óptica y
Optometría de Terrassa).
Con el objeto de contestar a cualquier duda o comentario que tengan con respeto al estudio
pueden ponerse en contacto con:
Alicia Pereira Márquez, graduada en Óptica y Optometría. Email: [email protected]
38
ANEXO II
CONSENTIMIENTO INFORMADO PARA LA PARTICIPACIÓN EN EL ESTUDIO
“VALIDACIÓN DE UN SISTEMA PARA EVALUAR EN ESTUDIOS EPIDEMIOLÓGICOS LA
ILUMINACIÓN A LA HORA DE DORMIR”.
Yo, ......................................................................................................, mayor de edad y con
DNI ......................................................
Doy mi consentimiento, de manera libre para participar en el estudio. He leído la hoja de
información que se me ha entregado.
He recibido suficiente información sobre el estudio, y todas mis dudas y preguntas han sido
aclaradas y respondidas.
Estoy de acuerdo con que mis datos relativos a este estudio sean guardados, procesados
electrónicamente y transmitidos. Doy mi consentimiento para que la información recogida
durante el estudio pueda ser procesada y difundida a la comunidad científica, siempre de forma
anónima y absolutamente confidencial según la Ley de protección de datos.
.........................................., ............. de........................... de..................
Firma del paciente:
Confirmo que se ha explicado al participante del estudio los motivos y las características del
proyecto de investigación.
Firma del investigador: Alicia Pereira Márquez, DOO
39
ANEXO III
TABLAS DE INCLUSIÓN DE LOS PARTICIPANTES
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68