Óptica del Ojo y Refracción de la Luz

Óptica del Ojo

• El ojo funciona como una cámara con un sistema de lentes que tiene 4 superficies de refracción.
• Las superficies de refracción están entre el aire y la cara anterior de la córnea, la cara posterior de la córnea y el humor acuoso, el humor acuoso y la superficie anterior del cristalino, y la superficie posterior del cristalino y el humor vítreo.
• La refracción es de 59 dioptrías cuando se acomoda la visión de lejos.
• La parte que más contribuye al poder de refracción del ojo es la cara anterior de la córnea (2/3).
• El tercio restante del poder de refracción del ojo corresponde al cristalino.
• La imagen aparece invertida en la retina, pero el cerebro la interpreta en posición normal.

QRefracción de la luz

• El índice de refracción es la relación entre la velocidad de la luz en el aire y su velocidad en un medio.
• El índice de refracción del aire es 1.
• Si la luz atraviesa un tipo de vidrio a 200,000 km/s, el índice de refracción del vidrio es 1.5
• Cuando un rayo de luz golpea perpendicularmente una superficie, entra sin desviarse.

Mecanismo de Acomodación

• Proceso por el cual el cristalino cambia su curvatura, modificando su poder de refracción y adaptando la visión de lejos o de cerca.
• Dos fibras del músculo ciliar, meridionales y circulares, permiten la acomodación.
• La contracción del músculo ciliar está controlada por señales parasimpáticas del III nervio craneal.
• La presbicia se refiere a la pérdida de la capacidad de acomodación del cristalino.
• Con la edad, el cristalino pierde elasticidad y se enfoca de forma permanente en una distancia fija, disminuyendo su potencia de 14 dioptrías (en niños) a 0 (en adultos de 70 años).

Diámetro Pupilar

• El diámetro pupilar varía entre 1.5 y 8 mm, aumentando de noche y disminuyendo durante el día.
• La profundidad de foco del sistema del cristalino se modifica con el diámetro pupilar.

Errores de Refracción

• Emetropía: Visión normal.
• Hipermetropía: Globo ocular corto o sistema de lentes de baja potencia, dificultando la visión cercana. Se corrige con lentes convexas.
• Miopía: Globo ocular demasiado largo o sistema de lentes de alta potencia, dificultando la visión lejana. Se corrige con lentes cóncavas.
• Astigmatismo: Defecto en la refracción del ojo donde los planos de la imagen visual se enfocan a diferentes distancias. Se corrige con lentes esféricas y cilíndricas.
• Cataratas: Opacidades en el interior del cristalino por desnaturalización proteica. Se corrige quirúrgicamente con una lente convexa potente.

Agudeza Visual

• Habilidad de la retina para obtener una visión nítida y detallada, siendo la fóvea (0.5 mm) el área de mayor agudeza.

Cartilla de Snellen

• Evalúa la visión colocando a la persona a 6 metros, observando letras con cada ojo por separado.
• Una visión 20/20 se considera normal.

Percepción de la Profundidad

• El cerebro estima la distancia basada en el tamaño de la imagen en la retina, el movimiento de paralaje, y la estereopsia (visión binocular).
• La estereopsia es útil para la percepción de profundidad en distancias entre 15 y 60 metros.

Sistema Humoral del Ojo

• El ojo tiene dos componentes líquidos intraoculares: humor vítreo y humor acuoso.
• El humor vítreo es una sustancia gelatinosa entre la retina y la parte posterior del cristalino que no se recambia.
• El humor acuoso circula libremente, se renueva constantemente y regula la presión intraocular.
• El humor acuoso se forma a una velocidad media de 2-3 ml/min por los procesos ciliares, mediante el transporte activo de sodio y otros iones.
• El humor acuoso se evacua hacia el conducto de Schlemm, una vena porosa que drena a las venas extraoculares.

Presión Intraocular

• La presión normal en el ojo es de 12-20 mmHg, con un promedio de 15 mmHg.
• La regulación depende de la resistencia a la salida del humor acuoso hacia el conducto de Schlemm.
• Defectos en las trabéculas pueden impedir la limpieza del líquido.
• Un sistema fagocítico sobre las trabéculas limpia el líquido intraocular.

Glaucoma

• Es causado por aumento en la presión ocular, afecta la nutrición de las fibras nerviosas o de la arteria central de la retina.
• Una presión de 60 a 70 mmHg se considera patológica
• Esto puede resultar en la pérdida de la vision.
• El tratamiento incluye colirios para reducir la producción de humor acuoso o bien cirugía para facilitar la evacuación del líquido.

Retina

• Porción del ojo sensible a la luz, convierte luz en señales eléctricas enviadas al cerebro.
• La retina se irriga por la arteria central de la retina y la coroides.
• Conos: detectan colores (azul, verde y rojo) y forma cónica.
• Bastones: detectan blanco/negro y forma estrecha y alargada.
• Fóvea: área de visión aguda en la retina, compuesta por conos.

Anatomía de la Retina

• Capa 1: Capa pigmentada, absorbe la luz y contiene melanina. Su ausencia provoca albinismo y requiere vitamina A.
• Capa 2: Fotorreceptores (conos y bastones) con fotopsina y rodopsina.
• Otras capas: Membrana limitante externa (células de sostén), capas nucleares y plexiformes, y capa de fibras del nervio óptico.
• La luz atraviesa primero las células ganglionares, plexiformes y nucleares antes de llegar a los conos y bastones.

Irrigación

• La arteria central de la retina irriga las capas internas, mientras que los vasos coroideos nutren las capas externas por difusión.

Desprendimiento de Retina

• La porción nerviosa de la retina se separa del epitelio pigmentario por lesiones.
• Si se recupera la relación normal a través de tratamiento quirúrgico, la retina puede recuperar su función.

Fotoquímica de la Visión de los Bastones

• El segmento externo de los bastones contiene rodopsina.
• La rodopsina está compuesto de escotopsina (proteína) y retinal (pigmento carotenoide), también denominado 11-cis-Retinal.
• Cuando la rodopsina absorbe energía lumínica, se descompone, cambiando la forma del retinal de cis a trans.

Regeneración de la Rodopsina

• La isomerasa retinal cataliza la reconversión del todo-trans-retinal en 11-cis-retinal.
• La vitamina A es necesaria ya que participa en la transformación del todo-trans-retinal en todo-trans-retinol

Excitación del Bastón

• Ceguera nocturna (hesperanopía) se produce por deficiencia grave de vitamina A.
• El potencial de receptor del bastón es hiperpolarizante.
• La luz activa la rodopsina y provoca un aumento de la negatividad en el potencial de membrana.

Hiperpolarización

• Al descomponerse la rodopsina, disminuye la conductancia de la membrana para los iones de sodio.
• Esto produce una hiperpolarización.
• Los iones de potasio se filtran de la célula a través de canales.
• En la membrana en situación de oscuridad fluyen iones de sodio a través de canales activados y neutralizan la baja electronegatividad.
• El fotón activa un electrón en la porción de 11-cis-retinal de la rodopsina, induce a la generación de metarrodopsina II (Forma activa) que estimula a la transducina, la cual estimula a la fosfodiesterasa.

Visión de los Conos

• Hay pigmentos sensibles al color formados por una porción retinal y la fotopsinas (porción proteica).
• Cada cono posee un pigmento de color:
  • Azul: 445mm de longitud de onda
  • Verde: 535mm de longitud de onda
  • Rojo: 570mm de longitud de onda

Adaptación a la Luz u Oscuridad

• En luz brillante, las sustancias fotosensibles se reducen y el retinal se convierte en vitamina A para disminuir la sensibilidad.
• En la oscuridad, los pigmentos fotosensibles se regeneran, aumentando la sensibilidad.
• Los conos se adaptan más rápido que los bastones en la oscuridad, pero tienen menor cambio de sensibilidad.
• El cambio del diámetro pupilar modifica la cantidad de luz que entra al ojo.
• La neuronas posteriores de la cadena visual participan en la adaptación por luz.

Visión en Color

• La visión en color está basada en la mezcla de luces rojas, verdes y azules monocromáticas.
• El sistema nervioso interpreta las proporciones de estimulación de los conos como diferentes colores.
• La estimulación equivalente de los conos rojo, verde y azul da lugar a la sensación visual del blanco.

Función Nerviosa de la Retina

• Conos conectan a células bipolares y luego a células ganglionares.
• Bastones conectan a células bipolares y luego a células amacrinas y luego a células ganglionares.
• Neurotransmisores:
  • Conos y bastones: glutamato
  • Células amacrinas: GABA, glicina, dopamina, acetilcolina
  • Células horizontales: inhibidoras

Células Ganglionares

• Poseen potenciales de acción continuos y espontáneos.
• Transmiten cambios en la intensidad lumínica (encendido-apagado).
  • Células W: envían señales lentas, sensibles al movimiento.
  • Células X: campos pequeños, responsables de la visión de colores.
  • Células Y: grandes, impulsos rápidos, sensibles a movimientos rápidos y visión de colores.
  • Células P (porvocelulares): pequeñas y conectadas al núcleo geniculado lateral.
  • Células M (magnocelulares): grandes y conectadas al núcleo geniculado lateral.

Vías Visuales

• Sistema antiguo: del mesencéfalo y la base del prosencéfalo.
• Sistema nuevo: señales a la corteza visual.
• Las fibras procedentes del nervio óptico cruzan en el quiasma óptico y terminan en el núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo desde donde se dirigen fibras a la corteza visual primaria.
• Desde los tractos ópticos surgen conexiones que se dirigen al núcleo supraquiasmático del hipotálamo, a los núcleos pretectales y al colículo superior y geniculado lateral ventral.
• El núcleo geniculado lateral dorsal del tálamo tiene 2 funciones: Transfiere la información visual desde el tracto óptico hacia la corteza visual.
• Capas II, III, V reciben señales desde la mitad lateral de la retina, y las capas I, IV y VI desde la mitad medial del ojo contralateral. Filtra la transmisión hacia la corteza visual. Capas magnocelulares y parvocelulares.

Organización y Función de la Corteza Visual

• La corteza visual primaria (área 17 de Brodmann/V-1) está localizada en la cara medial del hemisferio y reviste las dos paredes del surco calcarino.
  • Capas celulares organizadas en columnas verticales.
  • Los glóbulos de color son zonas primarias para descifrar el color
• Posee áreas visuales secundarias laterales, anteriores e inferiores que interpretan significados visuales.
• La corteza visual primaria recibe e interpreta información sobre el color así como de su posición y movimiento.

Análisis Visual

• Vía para evaluar la posición y el movimiento y estudiar la forma física de la expresión visual.
• Una vía estudia con exactitud la imagen y analiza con exactitud el color, hasta alcanzar áreas visuales secundarias.
• La corteza visual depende sobre todo de contrastes en las imágenes.
• Detecta bordes y líneas, mientras células sencillas de la retina estimulan distintos grupos de células.
• Algunas capas detectan la orientación visual de los objetos y movimientos horizontales y verticales.

Movimientos y Contraste

• Determinado por constancia del color y contrastes, así como haz de iluminación.
• Existen movimientos horizontales y verticales determinados por las rotaciones de los músculos del ojo.

Movimientos Oculares y de Fijación

• Controlados por los rectos medial y lateral (movimiento horizontal) y los rectos superior e inferior y los oblicuos superior e inferior (movimiento horizontal y circulares).
• Los movimientos de los ojos son voluntarios.
• Son controlados en parte por las fibras de la corteza occipital, responsables de los movimientos y la fijación de los objetos, así como las imágenes visuales de ambos ojos.
• Se perciben por la detección de cambios en el entorno del ojo, y el cerebelo contribuye al control muscular.

Estereopsia

• La fusión de las imágenes visuales de ambos ojos.

Control de la Acomodación

• La acomodación del cristalino se regula por la contracción o relajación.
• Está regulada por un mecanismo de retroalimentación negativo que ajusta automáticamente su poder dióptrico.

Diámetro Pupilar

• La estimulación de los nervios parasimpáticos excita el músculo esfínter de la pupila haciendo que disminuya por esta vía la apertura pupilar (miosis).
• La estimulación de los nervios simpáticos excita las fibras radiales del iris y provoca la dilatación pupilar (midriasis).

Este texto explica cómo el ojo funciona como un sistema de lentes con superficies de refracción. Describe la refracción de la luz y cómo el cerebro interpreta las imágenes invertidas que se forman en la retina. Se discute el índice de refracción y su cálculo.