Vision biofisica

VISIĂ“N

La visiĂłn es un sentido muy importante para todos los organismos. Para poder ver los estĂ­mulos de movimiento, formas y colores entre otros, es necesaria la luz del sol preferencialmente.

La visión es un sentido muy importante para todos los organismos. Para poder ver los estímulos de movimiento, formas y colores entre otros, es necesaria la luz del sol preferencialmente.

La luz tiene diferentes longitudes de onda dependiendo del color, intensidad, etc. El rango de luz visible va desde 400 a 700 nm, dentro de este rango están todos los diferentes colores, a una menor longitud de onda están los rayos ultravioleta y a una mayor longitud de onda está la luz infrarroja

Los seres vivos pueden distinguir los objetos, gracias a la energía luminosa y a su recepción e interpretación por un sistema especializado, este proceso se llama visión.

La visión es una sensación creada en el cerebro y es consecuencia de la transformación de los fotones de luz en impulsos eléctricos, modulados por el globo ocular y transformados por el nervio óptico

La consciencia visual consiste en recibir estímulos, donde el cerebro organiza e interpreta. A esto se le llame percepción y gracias a ella es que somos conscientes de nuestro entorno.

Existe una corriente llamada psicología Gestalt que consiste en integrar las investigaciones de cómo el cerebro interpreta lo que vemos. Consta de varias leyes: Ley de proximidad, igualdad, pregnancia y de cierre.

MOVIMIENTO VIBRATORIO ARMÒNICO La luz es considerada, por algunos autores, como un movimiento vibratorio armónico; sus moléculas vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio, de tal suerte que por efecto de esos movimientos también lo hace la totalidad de la masa del medio en el que se propaga.

Los movimientos vibratorios tienen las propiedades de:  Reflejarse Refractarse Ser absorbidos y

Dar lugar a los fenómenos de interferencia y difracción.

REFLEXIÒN.- Se produce cuando el movimiento vibratorio al chocar contra una superficie, sufre un cambio en la dirección de su propagación, pero no sale del medio en el que se propaga.

REFRACCIÒN.- Es el paso del movimiento de las partículas desde un medio a otro, teniendo distintas velocidades de propagación en cada uno de esos medios.

ABSORCIÒN.- Es la ausencia del movimiento vibratorio causado por un medio cualquiera; transformándose la energía vibratoria en calórica.

LA INTERFERENCIA.- Es un fenómeno que se produce cada vez que un punto, que se encuentra en un medio elástico, es alcanzado simultáneamente por dos movimientos vibratorios de idéntica amplitud, que llegan al punto, vibrando en una misma fase o vibrando en fases opuestas .

Ejemplo, Si en un estanque lleno de agua se arrojan dos piedras en sitios diferentes; un corcho situado a una distancia prudencial de esos sitios puede estar sujeto a: ďƒ˜ Que las ondas producidas por las piedras lleguen al punto vibrando en una misma fase y el corcho vibra con mayor intensidad.

Hay interferencia con refuerzo

 Si esas ondas vibran en fases opuestas, el corcho permanece en reposo: Hay interferencia con anulación.

DIFRACCIÒN.- Cuando un punto situado en un medio elástico es excitado por un movimiento vibratorio, se convierte, a su vez en un centro de vibración.

NATURALEZA DE LA LUZ Según la Teoría Corpuscular, Propuesta por Newton, la luz está constituída por partículas o corpúsculos cuyo tamaño difieren para cada uno de los colores y es demasiado pequeño como para poderlos medir o ver.

Esto permite explicar la propagación de la luz en línea recta, la absorción, refracción, reflexión pero no explica la interferencia

La Teoría Ondulatoria.- De Huyghens expone que los objetos luminosos emiten vibraciones u ondas que se propagan en todas las direcciones, en presencia de un medio elástico, capaz de entrar en vibración A ese medio elástico que llena todo espacio lo denominó éter cósmico.

De esa manera cuando un punto cualquiera del éter es alcanzado por una onda luminosa se convierte, a su vez, en un centro emisor de ondas secundarias. ( Principio de Huyghens

TEORÌA DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÈTICAS DE MAXWELL Expresa que las variaciones eléctricas y magnéticas se propagan en forma de ondas y en todas las direcciones.

La luz es una de las formas de energía que en su conjunto configuran el espectro electromagnético El espectro electromagnético.- Es el conjunto de radiaciones que tiene diferente longitud de onda y frecuencia.

La radiación visible va desde 384x10¹² hasta 769x10¹² Hz. Las frecuencias mas bajas de la luz visible (longitud de onda larga) se perciben como rojas y las de mas alta frecuencia (longitud corta) aparecen violeta La radiación visible va desde 384x10¹² hasta 769x10¹² Hz. Las frecuencias mas bajas de la luz visible (longitud de onda larga) se perciben como rojas y las de mas alta frecuencia (longitud corta) aparecen violeta

La luz en unos casos se comporta como movimiento armónico vibratorio, similar al sonido y en otros, como partículas que tienen masa.

Así en los fenómenos que se presentan en el ojo ( refracción, difracción e interferencia), la luz se comporta como un movimiento ondulatorio.

Cuando desaparece (absorción) y su energía se transforma en química o calórica se considera como si fuera una partícula o quantum.

La luz visible está constituída por radiaciones que son detectadas por el sentido de la vista.

EL OJO COMO SISTEMA ÒPTICO

 El ojo

es una estructura de forma aproximadamente, esférica cuyos diámetros miden, en el adulto, 24.5 mm en el eje anteroposterior y 23 en el transversal.

Está constituído por tres capas:

1. La exterior conocida como esclerótica, en cuya parte anterior se ubica la córnea.

2. La intermedia es la coroides que se une en el frente con el iris, que contiene la pupila.

3. La capa interna es la retina.

 En la región posterior se encuentra el nervio óptico, que transporta los impulsos nerviosos generados en la retina.  El diámetro de la pupila se adapta a la intensidad de luz por contracción de los músculos del iris, que son controlados por el

.

sistema nervioso autónomo

Se diferencian 2 tipos de estructuras:  Las que dejan atravesar los rayos luminosos son : la córnea, el humor acuoso, el cristalino y el humor vítreo.

Las que no dejan atravesar son: la esclerótica; la coroides, ricamente vascularizada; la retina que contiene los conos, los bastoncillos y la 1ra neurona de la vía óptica.

La córnea.- es la parte anterior saliente y transparente del ojo, por delante es convexa y su centro de curvatura se ubica en el polo anterior del ojo. La esclerótica tiene su centro de curvatura en el polo posterior.

La línea que une los dos centros forma el eje óptico .

 El cristalino es una lente biconvexa La retina contiene los receptores ópticos, conos y bastones.  El ojo humano tiene alrededor de 3 millones de conos y 60 millones de bastones, cuyas señales convergen a la aproximadamente 400.000 fibras del nervio óptico.

 En la fóvea centralis o depresión central en donde la retina presenta el mínimo espesor, solo hay conos.  La fóvea tiene alta sensibilidad a los colores; pero baja sensibilidad a la luz.

En ella se encuentran alrededor de 34.000 conos que tienen un diámetro de 1 a 3 micras (u)

Hay muchas fibras ópticas acarreando la información desde la fóvea, de tal manera que la agudeza visual (resolución ) se produce ahí  Toda la periferia de la retina tiene pocos conos, comparados con el número de bastoncillos.

Los bastoncillos tienen alta sensibilidad a la luz, pero baja a los colores, son los responsables para ver en lugares obscuros.

Para la visión del color, los físicos aceptan principalmente la teoría de Young – Helmholtz.

“Que propone que el ojo combina los colores fundamentales”: rojo, verde y azul que excitan a tres tipos de fibras nerviosas provistas de sustancias fotoquímicas; de tal manera que el ojo analizaría el espectro de la imagen.

La sensibilidad de la retina para la adaptaciĂłn a la luz y a la oscuridad se debe a un proceso fotoquĂ­mico que usa un pigmento, la rodopsina.

Este pigmento se degrada en presencia de luz, con lo que se reduce la sensibilidad. ďƒ˜En la oscuridad, el pigmento se restaura lentamente y la sensibilidad se incrementa, en un proceso que tarda aproximadamente 20 minutos.

EL SISTEMA ÒPTICO TIENE CARACTERÌSTICAS ESPECIALES RESPECTO A LAS CÀMARAS

 Si la luz es brillante podemos distinguir los colores. Si la luz es insuficiente podemos ver imágenes más claras y otras más obscuras con una intensidad de luz del 0.1% de la luz requerida para diferenciar los colores.

El ojo puede ver, en forma difusa, en un ángulo visual muy grande.

El parpadeo provee a la córnea de un sistema que la limpia y lubrica.  El ojo tiene un sistema de apertura automática ( por acción del iris) Un sistema de enfoque rápido le permite ver nítidamente objetos situados a 20 cm y otros lejanos.

La acomodación .- es el mecanismo que adapta el enfoque y que está regulado por los músculos que modifican la forma de las lentes.

El ojo opera efectivamente en un rango de intensidad de luz muy alto: Desde un día muy brillante hasta una noche muy obscura.

ďƒź Tiene un sistema de autorregulaciĂłn de presiĂłn que mantiene en alrededor de los 20 mmHg, que ayuda a mantener su forma. Si sufre alguna abolladura recupera su forma original.

 Los ojos están rodeados casi completamente por huesos y descansan en láminas de grasa para protección de posibles impactos.  La imagen aparece al revés en la retina, que es sensible, pero el cerebro corrige la imagen automáticamente, para verlo al derecho.

 El cerebro combina las imágenes procedentes de los 2 ojos para dar la sensación de profundidad y 3ra dimensión. Si la visión de un ojo se pierde, la que queda es adecuada para la mayoría de las necesidades.  Los músculos del ojo le permiten una amplia gama de movimientos, arriba, abajo, lateral, diagonal y circularmente.

El proceso de la visión incluye dos mecanismos diferentes:  Visión fotópica.- Esta asociada con las intensidades de la luz que entran en el ojo y que le permite discernir los detalles de las imágenes y efectuar la diferenciación de los colores. Los conos son los activos durante este proceso fotoquímico.

La visión escotópica es mucho más sensible y da lugar a las sensaciones de luz y oscuridad. Los bastones son los activos en este tipo de visión.

La sustancia contenida en los bastones y que está involucrada en la reacción fotoquímica primaria de la visión escotópica es la rodopsina

Para que se produzca la visión escotòpica es necesario que:  Un quantum de luz sea absorbido por la rodopsina.  Por efecto de la absorción de la energía cuántica, la rodopsina se desdobla en sus componentes (vitamina A y en una proteína denominada retineno).

 La energía liberada “ dispara “ el impulso nervioso.

 La rodopsina puede resintetizarse, a partir de sus componentes.

Aún con cantidades de luz muy pequeñas, la rodopsina se desdobla muy rápidamente y su resíntesis, en presencia de luz, es insuficiente.

El desdoblamiento de la rodopsina produce materiales amarillos o incoloros, por lo que a este proceso se le denomina blanqueo de la rodopsina.

En forma habitual la rodopsina es de color pĂşrpura, por lo que tambiĂŠn se le denomina pĂşrpura visual .

Como la rodopsina se blanquea o desdobla casi completamente con luz, la visiòn escotòpica virtualmente no funciona con esa luz por lo que se utiliza casi exclusivamente la fotòpica.

Para que se produzca la sensaciòn de visiòn es necesario que llegue una cierta cantidad de luz que se denomina umbral visual absoluto.

La resíntesis de la rodopsina se produce en la oscuridad por lo que prosiguen los procesos escotòpicos al igual que en la penumbra.

El ojo sigue la ley de Weber y Fechner: “ La respuesta del ojo es una función logarítmica de la intensidad luminosa que incide en el mismo”

La relación entre el estímulo y la percepción corresponde a una escala logarítmica. Esta relación logarítmica nos hace comprender que si un estímulo crece como una progresión geométrica, la percepción evolucionará como una progresión aritmética

Además, los umbrales visuales absolutos, tanto de los conos como de los bastones, decrecen en forma logarítmica con el tiempo que sigue a la reducción de la intensidad de la luz.

Esto se debe a que el proceso de regeneración de los pigmentos fotosintéticos asociados con la visión siguen las leyes de la cinética de las reacciones químicas, es decir que la producción de rodopsina es proporcional a la concentración de los componentes Debido a la distribución de los bastones, la región de su máxima sensibilidad se encuentra en una banda circular en la retina que hace un ángulo entre 20 a 30 grados con el eje óptico.

Se ha demostrado que la máxima sensibilidad de los bastones se presenta con longitudes de onda de 5100 A° y que valor de energía umbral para la visión varía entre 2.1 y 5.7 x 10-10 ergios.

La energía de un quantum de luz está dada por la ecuación: E = h x c/‫גּ‬

E = Energía del cuanto luminoso (ergios). h = Constante de Planck = 6.62 x ergios/ seg

10-27

C = Velocidad de la luz = 3 x 1010 cm/seg ‫ = גּ‬Longitud de onda cm.

Entonces la energía de un cuanto de longitud de onda 5100 A° es de: E = (6.62 x 10-27 ergios/s) (3x1010cm/s) / (5100 A° x 10-8 cm / A°).

E = 3.89 x 10-12 ergios.

Tomando en cuenta los valores de energía umbral para la visión (2.1 a 5.7 x 10-10 ergios), el número de cuantos que debe incidir en la córnea para que se produzca la sensación de visión varía entre 54 y 148.

Antes de la absorción de la luz por los pigmentos fotosensibles, existen varias etapas de atenuación de la luz que incide en la córnea y por lo mismo no todos estos cuantos están involucrados en el proceso.

Conclusión: El número de cuantos necesarios para producir la sensación de visión es pequeño.  Se considera que la degradación de una molécula de rodopsina requiere únicamente de un cuanto luminoso y, por lo mismo, varias moléculas deben ser afectadas casi simultáneamente.

Alrededor del 4% de la luz incidente es reflejada por la cĂłrnea y un 50% de la luz que la atraviesa es absorbida por los medios oculares antes de que llegue a la retina.

Al llegar a la retina, una buena parte de la luz pasa a travĂŠs de ella sin ser absorbida por los pigmentos visuales sino por la capa negra insensible que se encuentra debajo de la retina

ELEMENTOS DEL OJO PARA EL ENFOQUE Para la acomodaciรณn, el ojo tiene dos componentes principales: 1. La cรณrnea es responsable de los dos tercios del enfoque y tiene forma fija y definida.

2.El cristalino o lente, se encarga del enfoque fino. Su forma variable le permite enfocar a varias distancias.

La córnea puede enfocar porque refracta la luz.  La refracción depende de la superficie de los medios y de la velocidad de propagación de la luz. La relación entre esas velocidades se denomina índice de refracción.

índices de refracción promedios de las partes ópticas del ojo

Córnea Humor acuoso Superficie del cristalino Centro del cristalino Humor vítreo

1.34 1.34 1.38 1.43 1.34

El índice de refracción es relativamente constante para todas las córneas, pero su curvatura varía considerablemente de una persona a otra y es la responsable de los defectos de visión.  Si la curvatura es pronunciada, falla la visión cercana  Si la curvatura es insuficiente, falla la visión lejana.

 Mientras que una curvatura desigual produce el astigmatismo.

El enfoque se produce principalmente en la superficie externa de la córnea ya que el humor acuoso en contacto con la superficie posterior tiene prácticamente el mismo índice de refracción que la córnea.

Las células de la córnea no obtiene el oxígeno a través de la sangre, la consiguen directamente desde el aire atmosférico.

La nutrición de las células de la córnea es provista por el humor acuoso, que contiene todos los componentes sanguíneos

Si por algún motivo la còrnea sufre un rasguño, se cicatriza por sí sola, pero otro tipo de daño puede ser permanente, asì por ejemplo las radiaciones ultravioletas, de neutrones, rayos x, pueden causar opacidades que pueden bloquear el paso de la luz.

Actualmente es posible el transplante de córneas sin que el problema de rechazo sea mayor, debido a que el metabolismo de las células de la córnea es bajo, lo que no ocurre en el transplante de la mayoría de otros órganos.

El cristalino tiene propiedades de enfoque en sus dos superficies, la frontal y la posterior. La frontal tiene menor curvatura que la posterior y puede cambiar el enfoque modificando esas curvaturas.

El poder de enfoque del cristalino es considerablemente menor que el de la córnea porque está rodeado de sustancias que tienen valores de índice de refracción muy cercanos.

 La habilidad para cambiar el poder focal se denomina acomodación. La acomodación se pierde con la edad  La presbicia es la pérdida de la acomodación.

El cristalino y la córnea son afectados por la radiaciones, como la ultravioleta y pueden presentar cataratas que destruyen su claridad, impidiendo la visiòn.

La pupila .- Es la apertura ubicada en el centro del iris, a través de la cual la luz ingresa hacia el cristalino.  Su color es oscuro debido a que la luz es absorbida en el interior del ojo.  Con intensidad normal de luz, el diámetro promedio es de 4mm.

 Puede disminuir a 3mm con luz brillante .  Y aumentar hasta 8mm con luz débil.

Por lo que cumple un rango muy amplio de intensidades de luz.

Mientras que el iris no responde instantáneamente a los cambios de los niveles de intensidad de luz.

Requiere alrededor de 300 segundos para alcanzar máxima apertura mayor y de 5 segundos para la menor.

Con aperturas pequeñas de la pupila se mejora el enfoque, es decir que el ojo puede ver distancias pequeñas.

El humor acuoso ocupa el espacio entre el cristalino y la cรณrnea y estรก formado principalmente por agua y muchos de los componentes de la sangre.

Provee de nutrientes a las partes no vascularizadas de la cรณrnea y del cristalino.

Cuenta con sistema de drenaje, el canal de Schlemn.

El bloqueo de ese canal da lugar a un incremento de la presión ocular; esta condición se denomina glaucoma.

Esto da lugar a un estrechamiento del campo visual y puede dar lugar a la ceguera.

La producción y salida del humor acuoso (5ml/día) determina la presión hidrostática del ojo.

Los fluidos en el ojo dan lugar a una presión que varía entre 20 y 25 mmhg. En el glaucoma se eleva a valores tan altos como 85mmHg. Como los líquidos no se comprimen, al presionar el ojo se vuelve ligeramente rígido porque se incrementa la presión interna.

El humor vítreo.- Es una sustancia con comportamiento gelatinoso que ocupa el espacio entre el cristalino y la retina. Ayuda a mantener la forma del ojo.

La escleròtica cubre todo el ojo excepto la córnea y está protejida por una capa denominada cunjuntiva.

DEFECTOS DE LA VISIÒN El eje principal de una lente.- Es la recta que une los centros de curvatura de dos superficies esfèricas (es el eje òptico).

Foco principal.- Es el punto situado sobre el eje principal por el que pasan todos los rayos luminosos que inciden paralelamente al eje principal y que se refractan.

La distancia focal .- Es la que hay entre el centro de la lente y el foco principal.

Distancia al Objeto.- Es del centro de la lente al objeto.

Distancia a la retina.- Es del centro de la lente a la retina.

Entonces F = P + Q Ec. 1 Si F se mide en metros, la relaciĂłn 1/F es la potencia de la lente en dioptrĂ­as.

1/F = 1/P + 1/Q Ec. 2

 Si la lente es positiva (convergente) con una distancia focal (F) de 0.4 m, su potencia es:  Potencia = 1/F; P = 1/0.4 = 2.5 dioptrìas

 La distancia focal F de una lente negativa (divergente) se considera negativa.

 Si la lente es negativa con una distancia focal (F) de 0.6 m tiene una potencia de:  Potencia = 1/F; P = 1/(- 0.6) = - 1.6 dioptrìas

Una lente tiene una potencia de - 2,5 dioptrías. ¿Cuál es su distancia focal?

Despejando la distancia focal en la ecuación 1, se obtiene: P = 1/f F = 1/P = 1/- 2,5 dioptrías= -0,40 m

Para una combinaciòn de lentes la potencia es la suma de sus dioptrìas.

1/F = 1/FΑ + 1/FB +……..+ 1/Fn 1/F = 3 + 5 +8 = 16 dioptrías La potencia de la combinación es igual a la suma de las potencias parciales en dioptrías.

Ejemplo.- Si consideramos que la distancia entre la cĂłrnea y el cristalino (C) es 15mm y si el ojo observa un objeto a una distancia de 30cm cual es la potencia de esa combinaciĂłn?

1/F=

1/O + 1/C

Potencia = 1/F = 1/0.3 + 1/0.015 = 3.3 + 66.6 = 69.9 dioptrĂ­as

Ejemplo.- Cual es la distancia focal de esa combinaciรณn?

P = 1/F 1/F= 1/O + 1/C F = 1/P + 1/P1 F = 1/3.3 + 1/66.6 F = 0.30 + 0.02 = 0.32 m

Un ojo normal, sin defectos de visión se denomina EMÈTROPE El conjunto de defectos visuales debido al enfoque o sea a la refracción se denomina AMETROPÌA, y se puede corregirse con el empleo de lentes; y son:

MIOPĂŹA.- Ve mal de lejos es un ojo demasiado largo, el Foco se forma delante de la retina,

Se corrige con un lente negativo o còncavo y transporta el foco a la retina.

HIPERMETROPÌA.- Ve mal de cerca, el ojo es demasiado pequeño. El foco de la imagen se forma detrás de la retina.

Un lente positivo, aumenta su potencia y lleva el foco de la imagen a la retina

ASTIGMATISMO.- es el resultado de una curvatura desigual de la córnea, en donde los rayos de luz no son enfocados igualmente en todas las direcciones y no se fija en un solo punto en la retina.

El astigmatismo puede ser de índole miópico o hipermetrópico, debería ser tratado con lentes blandos especiales denominados tóricos o cilíndricos

LA PRESBICIA.- No es defecto de refracciòn, sino un envejecimiento inevitable del cristalino.

Al cabo del tiempo el cristalino pierde su elasticidad y no puede asegurar la acomodaciòn para objetos cercanos.  Un lente positivo, compensa la falta de acomodaciòn del cristalino.