Fotorreceptores - Conos y Varillas

¿Qué son los fotorreceptores?

Los fotorreceptores son células nerviosas que se encuentran en la retina . Estos elementos son sensibles a las ondas de luz y realizan una importante función de transducción, es decir, son capaces de transformar la luz que llega al fondo del ojo en una información (primero química, luego eléctrica) que se transmite al cerebro a través del nervio óptico.

Los fotorreceptores de la retina son distintos en conos y bastones . Sus diferencias estructurales están relacionadas con importantes características funcionales. Las varillas, por ejemplo, transmiten una imagen menos clara, pero tienen más fotopigmentos que conos y son más sensibles en condiciones de poca luz. Todas las varillas también contienen el mismo fotopigmento (rodopsina), mientras que los conos no son todos iguales. Los últimos fotorreceptores presentan, de hecho, tres tipos diferentes de pigmentos sensibles a la luz (yodopsinas), que garantizan la discriminación de los distintos colores (cada cono de la retina contiene solo uno de los tres fotopigmentos). Además, los conos son responsables de la visión diurna y capturan con precisión los detalles.

Características y funciones

Los conos y bastones son células muy especializadas, que tienen la función de recibir luz y adaptarla para transmitirla al cerebro.

En el proceso de visión, los fotorreceptores dividen las tareas:

• Los conos están delegados a la visión clara y central, le permiten ver detalles finos y se utilizan principalmente en la visión diurna (fotópica) o en presencia de fuentes de luz artificial. Hay tres tipos de conos, cada uno de los cuales contiene un pigmento que los hace sensibles a diferentes longitudes de onda en el espectro visible; en particular, tienen picos de absorción a 420, 530 y 560 nm, que corresponden respectivamente a azul, verde y rojo. Para esto, los conos son capaces de percibir colores.
• Las barras, por otro lado, presentan una gran sensibilidad a la luz y le permiten ver incluso por la noche y en presencia de una intensidad de luz baja (visión escotópica o crepuscular). Sin embargo, estos fotorreceptores no pueden construir imágenes de buena calidad y no pueden distinguir los colores. Las varillas intervienen, de hecho, en la visión acromática, caracterizada únicamente por el blanco, el negro y los tonos de gris.

Los conos y bastones son, por lo tanto, complementarios y su trabajo en sincronización garantiza una visión perfecta.

Distribución en la retina.

Los fotorreceptores no están distribuidos uniformemente en toda la retina. Los conos tienen alrededor de 6 millones en toda la retina, por lo que son menos numerosos que las varillas; Tienen una densidad muy alta en la región macular (área central del plano retiniano) y son los únicos fotorreceptores presentes en la fóvea.

Sin embargo, las varillas ocupan toda la retina (con la excepción de la región foveal) y son mucho más numerosas que los conos (en promedio 120 millones en cada retina). El porcentaje de varillas aumenta, en particular, a medida que aumenta la distancia de la fóvea, hasta que alcanza el máximo en la periferia extrema de la retina. Esto explica la razón por la que, en presencia de luz tenue, podemos observar mejor los objetos si no los miramos directamente.

Vision de colores

La capacidad de percibir colores se basa en la presencia de tres tipos de conos, que responden a determinadas longitudes de onda en el campo de la luz visible. En estos fotorreceptores, de hecho, hay tres tipos de proteínas (opsinas), que son respectivamente sensibles a un estímulo de aproximadamente 420 nm (sensible al espectro azul), 530 nm (verde) y 560 nm (rojo).

Sobre la base de la composición espectral de la radiación emitida por el objeto observado, los tres tipos de conos se activan en varias combinaciones y porcentajes.

De esta interacción y los resultados finales del procesamiento cerebral, por lo tanto, la capacidad de distinguir los distintos colores. El estímulo contemporáneo y máximo de los conos proporciona la percepción del blanco.

Las personas sin un tipo específico de cono obviamente pierden la capacidad de percibir algunos colores, como sucede con la ceguera al color.

Nota Cada tipo de cono se captura mejor en una longitud de onda específica, pero cada uno de estos también puede responder dentro de una cierta variación, dentro del mismo espectro.

Además, debe observarse que los espectros de absorción de los tres tipos de conos se superponen parcialmente, por lo que se pueden percibir muchos colores.

Como son los hechos

Características estructurales de los fotorreceptores.

Los fotorreceptores presentan en sucesión un segmento externo y un segmento interno en relación con las células epiteliales pigmentadas, una fibra externa, el núcleo, un axón (o fibra interna) y una terminación sináptica.

El segmento exterior de los conos tiene la forma de una pirámide truncada, mientras que la de las varillas es cilíndrica y alargada; en ambos casos, esta parte se caracteriza por una serie estratificada de laminillas, que delimitan las bolsas membranosas, aplanadas y discoideas sumergidas en el citoplasma de la célula. Estos "discos" contienen pigmentos que reaccionan a la luz y causan cambios en el potencial de membrana del fotorreceptor (rodopsina para bastones y yodopsinas para los conos). El segmento externo de conos y bastones está en contacto con el epitelio pigmentado, la capa externa de la retina, que es importante porque proporciona una molécula fundamental para el proceso de fototransducción: la retina.

El segmento interno se caracteriza por la presencia de orgánulos intracelulares, como las mitocondrias y las membranas del retículo endoplásmico granular, indispensables para el metabolismo celular. De hecho, son responsables de producir nuevas moléculas de pigmento a medida que se dividen. Esta parte continúa encogiéndose en una fibra externa, a la que sigue la parte del cuerpo celular que contiene el núcleo. Este último está conectado a través del axón (o fibra interna) a la terminación sináptica, que tiene una bombilla (esferula) en las varillas, inundada y ramificada (pedicelo) en los conos.

La terminación sináptica permite la transmisión de señales desde el fotorreceptor a las células bipolares a través de las sinapsis, es decir, por la transmisión bioquímica entre las células nerviosas. Esta parte es, de hecho, análoga al botón sináptico de los terminales de los axones de las neuronas, donde están presentes las vesículas que contienen el neurotransmisor.

Relaciones con otras células de la retina.

La retina es una membrana dispuesta en la superficie interna del ojo, formada por tres capas de tejido nervioso, compuesta por varios tipos de células:

• Una capa interna que consiste en células ganglionares;

• Una capa intermedia que contiene células bipolares;

• Una capa más externa, en contacto con el epitelio pigmentado, en el que se encuentran fotorreceptores.

Los conos y las varillas están dispuestos perpendicularmente a la superficie retiniana; cuando se exponen a la luz u oscuridad, se someten a cambios conformacionales, que modulan la liberación de neurotransmisores. Estos llevan a cabo una acción excitatoria o inhibitoria sobre las células bipolares de la retina.

Las células bipolares están conectadas en un lado a los fotorreceptores y en el otro lado a las células ganglionares de la capa más interna, cuyos axones dan lugar al nervio óptico. Las células bipolares son capaces de transmitir potenciales graduados.

Los axones de las células ganglionares forman un haz que converge en el disco óptico y sale del globo ocular, avanzando hacia el diencéfalo como un nervio óptico (II par de nervios craneales); En respuesta a la transducción del receptor retiniano, las células ganglionares generan potenciales de acción dirigidos al sistema nervioso central.

En la retina también hay células amacrinas y horizontales que modulan la comunicación en el tejido nervioso de la retina (por ejemplo, a través de la inhibición lateral).

En el otro lado de la retina se encuentra la coroides.

Nota Los conos y las varillas no están expuestos al humor vítreo, sino que se colocan en la capa externa de la retina, luego se excitan con la luz una vez que ha pasado a través de la capa interna y media de la retina.

fototransducción

La fototransducción es el proceso mediante el cual la energía luminosa se convierte en señales eléctricas y luego se transmite al cerebro a través del nervio óptico. Este fenómeno ve a los fotorreceptores como protagonistas, cuyo funcionamiento se basa en reacciones fotoquímicas.

El primer evento de fototransducción es la absorción de la señal de luz por fotopigmentos. Cada una de estas moléculas se caracteriza por un pico de absorción de luz, correspondiente a una longitud de onda particular (en el caso de los conos, por ejemplo, lo hace más sensible a un determinado color). Cada pigmento fotosensible contiene un componente llamado retinal (común a todos los fotopigmentos) y una proteína llamada opsina.

Como resultado de la radiación de luz, por lo tanto, los fotopigmentos cambian su estructura molecular, provocando reacciones bioquímicas a partir de las cuales se origina la estimulación nerviosa. Luego se transmite a las células retinianas contiguas (células bipolares y ganglionares).

La cascada de eventos en las varillas.

El fotopigmento de la varilla (rodopsina) se encuentra en la membrana de los discos del segmento exterior. Aquí también hay una proteína G (llamada transducina) y una enzima, la fosfodiesterasa, que cataliza la degradación del segundo mensajero GMP cíclico (GMPc).

En la oscuridad

• Los niveles de GMPc se elevan dentro del citosol del segmento externo de la varilla, luego se abren los canales de sodio ubicados en la membrana del fotorreceptor.
• Los iones de sodio entran en la célula y determinan una despolarización que viaja desde el segmento exterior hasta el terminal del fotorreceptor.
• En respuesta a la despolarización, los canales de fútbol se abren.
• La entrada de calcio activa un proceso de exocitosis que conduce a la liberación del neurotransmisor.
• El neurotransmisor actúa sobre las células bipolares, generando posibles graduados.

A la luz

• La rodopsina absorbe la luz.
• La retina cambia su conformación y disoca la dell'opsina (el pigmento presente en las varillas se "descolora"), que activa la transducina que, a su vez, activa la fosfodiesterasa.
• La fosfodiesterasa cataliza la escisión de GMP cíclico.
• Los niveles de cGMP en el citosol del segmento externo disminuyen, por lo que los canales de sodio se cierran.
• La menor ingesta de sodio hiperpolariza la célula (debido a la salida de potasio).
• La hiperpolarización hace que los canales de calcio se cierren en el segmento interno, por lo que se libera menos neurotransmisor desde el terminal del fotorreceptor.

El proceso de fototransducción que se produce en los tres tipos de conos es similar al de las varillas, incluso si se trata de tres fotopigmentos diferentes.