LUZ VISIBLE
La luz visible es una de las formas como se desplaza la energía. Las ondas de luz son el resultado de vibraciones de campos eléctricos y magnéticos, y es por esto que son una forma de radiación electromagnética (EM). La luz visible es tan sólo uno de los muchos tipos de radiación EM, y ocupa un pequeño rango de la totalidad del espectro electromagnético . Sin embargo, podemos percibir la luz directamente con nuestros ojos, y por la gran importancia que tiene para nosotros, elevamos la importancia de esta pequeña ventana en el espectro de rayos EM. El ojo humano evolución en respuesta a la emitida por el Sol. Es por esto que nuestros ojos son sensibles a los colores que abarcan del amarillo al verde.
Las ondas de luz tienen longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetros (4 000 y 7 000 Å). A medida que el arcoiris se llena de matices, nuestros ojos perciben diferentes longitudes de ondas de luz. La luz roja tiene longitudes de onda relativamente largas, aproximadamente 700 nm (10-9 metros) de largo. La luz azul y la luz morada tienen ondas cortas, aproximadamente 400 nm. Las ondas más cortas vibran a mayores frecuencias, y tienen energías más elevadas. Las luz roja tiene una frecuencia aproximada de 430 terahertz, mientras que la frecuencia de la luz azul es de aproximadamente 750 terahertz. Los fotones rojos tienen aproximadamente 1.8 electrón-Volt(eV) de energía, mientras que cada fotón azul transmite aproximadamente 3.1 eV.
Los vecinos de la luz visible en el espectro EM son la radiación infrarroja de un lado, y luz ultravioleta del otro lado. La radiación infrarroja tiene longitudes de ondas más largas que la luz roja, es por esto que oscila a una frecuencia menor y lleva consigo menor energía. La radiación ultravioleta tiene longitudes de ondas más cortas que la luz azul o violeta, por lo que oscila más rápidamente, y porta mayor cantidad de energía por protón que la luz visible.
La luz viaja a la increíble velocidad de 299 792 458 kilometros por segundo (aproximadamente 186 282.4 millas por segundo). A esta increíble velocidad, ¡la luz podría girar más de siete veces alrededor de la Tierra en cada segundo!. La letra "c" minúscula se usa en las ecuaciones para representar la velocidad de la luz, como es el caso de la famosa relación entre energía y materia de Einstein: "E = mc2". Todas las formas de ondas electromagnéticas, incluyendo los rayos X y las ondas de radio , y todas las demás frecuencias a lo largo del espectro EM, también viajan a la velocidad de la luz. La luz viaja más rapidamente en el vacío, y se mueve más lentamente en materiales como agua o vídrio.
EL OJO Y LAS CÉLULAS FOTORRECEPTORAS
Capas de la Retina
Las capas de afuera hacia adentro son:
-Capa Pigmentaria
-Capa de Bastones y Conos
-Membrana Limitante Externa
-Capa Nuclear Externa
-Capa Plexiforme Externa
-Capa Nuclear Interna
-Capa Plexiforme Interna
-Capa de Células Ganglionares
-Capa de las Fibras del Nervio Óptico
-Membrana Limitante Interna
Una vez que la luz ha atravesado el sistema de lentes oculares y, después, el humor vítreo, penetra en la retina desde dentro; es decir, primero atraviesa las células ganglionares; y luego las capas plexiformes y las capas nucleares; por último, llega a las capa de bastones y conos, localizados en toda la cara externa de la retina. Esta distancia mide varios cientos de micras.
El Globo ocular posee una envoltura protectora externa llamada esclerótica, que lo cubre completamente; no obstante, en su parte posterior , la esclerótica forma un espacio transparente que se llama Córnea, A travéz de esta entran los rayos de luz, por debajo de la esclerótica esta un capa pigmentada llamada Coroides, que contiene muchos de los vasos sanguíneos que transportan nutrientes y oxigeno y que retiran dióxido de carbono de los tejidos. Revistiendo por dentro a las partes posteriores de la Coroides, está el tejido nervioso llamado Retina, que contiene las células receptoras o fotorreceptores, los cuales son los Conos y Bastones.
Los bastones son más largos y finos que los conos, salvo algunas excepciones.
Los bastones miden entre 2 y 5 micras de diámetro, mientras que los conos miden entre 5 y 8 micras; teniendo como principales segmentos:
- Segmento Externo
Donde se encuentra el fotopigmento sensible a la luz.
En el caso de los bastones es la rodopsina, mientras q en el caso de los conos se hallan los pigmentos de color.
- Segmento Interno
Contiene el citoplasma con sus organelas.
- Núcleo
Cuerpo Sináptico
Se encuentra conectado a las células neuronales que le siguen, las células horizontales y bipolares, que constituyen el siguiente eslabón de la cadena visual.
FOTOQUÍMICA DE LA VISIÓN
La visión, o sentido de la vista, es una función sumamente compleja, en la que intervienen numerosas estructuras. Para las personas en general, ojos y visión son sinónimos. Este concepto es erróneo, ya que los ojos son sólo parte de un amplio sistema que se extiende a la porción más posterior del cerebro.
VISIÓN A COLOR
El universo por doquier se encuentra rodeado por Ondas Electromagnéticas de diversas longitudes. La luz es la porción de este espectro que estimula la retina del ojo humano permitiendo la percepción de los colores. Esta región de las ondas electromagnéticas se llama Espectro Visible y ocupa una banda muy estrecha de este espectro.
Mecanismo Tricolor de la Detección del Color
Sentido de la vista o de la visión: es la capacidad de detectar la energía electromagnética dentro de la luz visible por el ojo e interpretar por el cerebro la imagen como vista. Existe desacuerdo de si constituye uno, dos o tres sentidos distintos, dado que diversos receptores son responsables de la percepción del color (frecuencia de la luz) y el brillo (energía de la luz). Algunos discuten que la percepción de la profundidad también constituye un sentido, pero se conoce que esto es realmente una función post-sensorial cognitiva derivada de tener visión.
Existen tres tipos de conos que depende del tipo de opsinas que contengan:
Unos que presentan una sensibilidad máxima para las longitudes onda más largas (conos rojos).
Otros con mayor sensibilidad a las longitudes de onda medias (conos verdes).
Otros con mayor sensibilidad a las longitudes de onda más cortas (conos azules).
Estos tres tipos de conos dan lugar a la visión tricromática que poseen la mayoría de los humanos.
Estudios fotométricos y psicofisiológicos han demostrado que en la retina humana los conos rojos tienen un pico de sensibilidad a los 558 nm, los conos verdes a los 531 nm. y los conos azules a los 420 nm.
A diferencia de los seres humanos, algunas especies de mamíferos poseen una visión dicromática debido a la presencia de bastones y de sólo dos tipos de conos: los sensibles a las longitudes de onda medias y cortas. Por el contrario otros animales como las aves, reptiles y peces poseen mecanismos de visión tricomátrica e incluso pentacromática. Aunque en retina de aves, peces y reptiles existen algunas diferencias morfológicas entre los diversos tipos de conos, no esta claro que ocurra lo mismo en la retina de los primates. Sin embargo parece ser que si existen evidencias que muestran que es posible distinguir al menos a los conos azules del resto de los conos utilizando métodos exclusivamente morfológicos.
El segmento externo del bastón que se extiende hasta la capa pigmentaria de la retina, tiene 40% de concentración de la rodopsina o púrpura visual. Esta sustancia se compone de una combinación de la proteína escotopsina y del pigmento carotenoide retinal.
Además esta forma de retinal, es de un tipo determinado, denominado 11-cis retinal. Esta forma cis del retinal es importante porque se trata de la única que o puede unirse a la escotopsina para sintetizar la rodopsina.
Cuando la rodopsina absorbe la energía lumínica, este pigmento se descompone en billonésimas de segundo. La causa reside en la fotoactivación de los electrones de la fracción retinal de la rodopsina, que determina un cambio instantáneo de la forma cis a la forma toda-trans que conserva la misma estructura química que la forma cis, pero con una estructura física distinta: se trata de una molécula recta en lugar de una molécula doblada. Como la orientación tridimensional del los sitios de reacción de todo-trans retinal ya no se ajusta a los sitios de reacción de la proteína escotopsina, aquél comienza a separarse de la escotopsina. El producto inmediato es la batorrodopsina, una combinación parcialmente disociada del todo-trans retinal y la escotopsina. La batorrodopsina es sumamente inestable y se descompone en nanosegundo en lumirrodopsina. Ésta, a su vez, se decompone en microsegundo en metarrodopsina I; a continuación, en un milisegundo aproximadamente forma metarrodopsina II y, por último, mucho más lentamente (en segundos), se descomponen los productos completamente disociados: Escotopsina.
La metarrodopsina II, también llamada rodopsina activa, es la que introduce los cambios eléctricos de los bastones que transmite después la imagen visual al sistema nervioso central. Regeneración de la Rodopsina
La primera etapa de la regeneración de la rodopsina consiste en la reconversión del todo-trans retinal en 11-cis retinal.
Este proceso requiere energía metabólica y está catalizada por la enzima retinal isomerasa. Una vez formado el 11-cis retinal, se recombina automáticamente con la escotopsina para volver a formar rodopsina, la cual permanece estable hasta que la absorción de energía lumínica vuelve a desencadenar su descomposición.
Función de la Vitamina A en la Formación de Ropsina
Existe una segunda vía química mediante la cual el todo-trans retinal se convierte en 11-cis retinal. Consiste en la conversión de todo-trans retinal primero en todo-trans retinol que es una forma de la vitamina A. Después, de todo- trans retinol se transforma en 11-cis retinol por la influencia de la enzima isomerasa; y, por último, el 11-cis retinol se convierte en 11- cis retinal que se combina con la escotopsina para formar nueva rodopsina. La vitamina A está presente tanto en el citoplasma de las bastones como en el epitelio pigmentario de la retina; en consecuencia, en condiciones normales siempre se encuentra disponible para formar nuevo retinal cuando se necesita por el contrario, cuando la cantidad de retinalen la retina resulta excesiva, el sobrante se convierte de nuevo en vitamina A, con lo que disminuye la cantidad de pigmento fotosensible de la retina.
Esta interconversión entre el retinal y la vitamina A contribuye de modo especial a la adaptación a largo plazo de la retina a las diferentes intensidades de luz.
Fototransducción
Cuando la retina esta en condiciones de oscuridad, se encuentran abiertos una serie de canales iónicos a nivel de los segmentos externos de los fotorreceptores que permiten la entrada fundamentalmente de iones Sodio. Esta entrada de Sodio, despolariza parcialmente a los fotorreceptores, permitiendo la liberación de neurotransmisor a nivel de sus terminales sinápticos.
El transmisor liberado se supone que es Glutamato. Cuando la luz estimula a la molécula de rodopsina, se producen una sería de cambios que se presentan esquemáticamente en la imagen siguiente, que van a producir el cierre de los canales iónicos permeables al sodio.
Por tanto cesa la entrada de sodio y el fotorreceptor se hiperpolariza, con lo que deja de liberar el neurotransmisor.
La corriente que se produce durante las condiciones de oscuridad es debida en un 80% a la entrada de iones sodio, sin embargo el canal es también permeable a los iones calcio y magnesio. Además en oscuridad debe existir un mecanismo para eliminar tanto el calcio como el exceso de sodio. Este mecanismo parece ser que consiste en un intercambiador sodio/calcio a nivel de la membrana de los segmentos externo. El calcio, además tiene un importante papel en todo el proceso de la fototransducción, ya que aunque no participa directamente en la cascada de la fototransducción, mejora la capacidad de los bastones para recuperarse después de la iluminación, teniendo un importante papel regulador en los fenómenos de adaptación a las condiciones de luz/oscuridad.
Fotoquímica de la Visión en Color por los Conos
La composición química de los fotopigmentos de los conos coincide casi por completo con la de la rodopsina de los bastones. La única diferencia reside en que las porciones proteicas, las opsinas, llamados fotopsinas en los conos, son ligeramente distintas de la ecotopsina de los bastones. La porción retinal de todos lo pigmentos visuales es exactamente la misma en los conos que en los bastones. Los pigmentos sensibles al color de los conos son, por tanto, combinaciones de retinal y fotopsinas.
Cada uno de los difeentes conos sólo posee uno de los tres tipos de pigmentos de color lo que determina la sensibilidad selectiva de los conos a coloresdistintos: azul, verde y rojo. Estos pigmentos de color se denominan respectivamente, pigmento sensible al azul, pigmento sensible al verde y pigmento sensible al rojo.
