¿Qué son los fotorreceptores? Características, propósito y tipos
¿Qué son los fotorreceptores?
Los humanos ven objetos y colores a través de los ojos. El proceso de “ver” comienza cuando paquetes discretos de energía electromagnética llamados fotones se convierten en señales eléctricas y se envían al cerebro a través del nervio óptico. Los fotorreceptores son células especializadas en la retina responsables de detectar y traducir la luz en señales neuronales que el cerebro puede procesar. Según la definición de los fotorreceptores, juegan un papel importante en la visión del color y con poca luz.
¿Dónde se encuentran los fotorreceptores?
Los fotorreceptores se encuentran en un mosaico en la superficie posterior de la retina, adyacente al epitelio pigmentario de la retina (EPR). La retina, en su conjunto, contiene aproximadamente 150 millones de células sensibles a la luz esenciales para la visión. La córnea y el cristalino enfocan la luz sobre la retina, donde se forman las imágenes.
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La retina es una capa de neuronas de 0,5 mm de espesor dentro del globo ocular. En su centro hay un área blanca ovalada a circular llamada nervio óptico, donde los principales vasos sanguíneos irrigan la retina y los axones de las células ganglionares conectados al cerebro. La retina interna también contiene la fóvea, una pequeña depresión repleta de fotorreceptores responsables de la alta resolución visual. Las células ganglionares (neuronas de salida) se encuentran en la capa más interna de la retina, cerca del cristalino, mientras que los fotorreceptores se encuentran en la capa más externa de la retina. Esta disposición requiere que la luz viaje a través de la capa de la retina antes de llegar a los fotorreceptores.
Estructura de las células fotorreceptoras
Las células fotorreceptoras se componen de cinco regiones principales:
- Segmento externo: captura la luz y la traduce en señales eléctricas. Generalmente consiste en una pila de discos que contienen las proteínas sensibles a la luz del fotorreceptor.
- Cilio de conexión: conecta el segmento externo con el interno y permite el movimiento de proteínas específicas al segmento externo.
- Segmento interno: aloja los mecanismos celulares, como las mitocondrias, el retículo endoplásmico, el complejo de Golgi, los lisosomas y otros orgánulos.
- Región nuclear: es una extensión del segmento interno y contiene el núcleo de la célula.
- Región sináptica: consta de vesículas sinápticas (almacenamiento de diferentes neurotransmisores) y una sinapsis de cinta, que sirve como sitio de contacto entre las neuronas. Es esencial en la transmisión del neurotransmisor de los fotorreceptores a las células bipolares y otras neuronas secundarias en la retina.
Los segmentos externos de los fotorreceptores difieren entre los dos tipos de fotorreceptores: bastones y conos. Las varillas funcionan mejor en condiciones de poca luz. Su segmento exterior cilíndrico contiene discos discretos saturados con un pigmento rojo llamado rodopsina. Por el contrario, los conos tienen segmentos exteriores caracterizados por una gran hoja plegada que contiene el pigmento llamado fotopsina. Se llaman conos debido a sus segmentos exteriores cortos y ahusados con relativamente menos discos que varillas.
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Como se mencionó en la sección anterior, la luz que ingresa al ojo a través de la córnea y el cristalino forma una imagen en la retina, que los fotorreceptores detectan y traducen en señales neuronales.
Bastones y conos en el ojo
El ojo humano tiene dos tipos de fotorreceptores: bastones y conos. La diferencia entre los dos se resume en la Tabla 1. Los bastones son responsables de la visión con poca luz y contienen solo un tipo de pigmento. Solo funciona después de que el ojo se ha ajustado a niveles de luz muy bajos con el tiempo. Sin embargo, tiene una agudeza espacial baja y no aumenta la capacidad del ojo para ver detalles finos. Los bastones constituyen aproximadamente el 95% de los fotorreceptores de la retina, lo que ayuda a detectar fotones escasos típicos de condiciones de luz extremadamente bajas.
Los conos, por otro lado, son fotorreceptores que funcionan mejor con niveles de luz más altos. Son responsables de la visión del color y una mayor agudeza espacial. La fóvea central del ojo, una pequeña depresión en la retina, está repleta de conos, lo que permite tener la mayor agudeza visual en esta región. A diferencia de los bastones, los conos solo constituyen el 5% de los fotorreceptores presentes en el ojo. Además, los conos responden a variaciones rápidas en la iluminación, de modo que responden más rápido a medida que aumenta la intensidad del fondo.
Hay tres tipos de conos según la longitud de onda de la luz a la que responden: longitud de onda corta (conos S), longitud de onda media (conos M) y conos sensibles de longitud de onda larga (conos L). La proporción de conos L y M a conos S es de aproximadamente 100:1. Como estos conos trabajan juntos, el ojo puede observar y diferenciar varios colores.
Tabla 1. Diferencias en bastones y conos
Conos | Varillas |
---|---|
la visión del color | monocromo |
sin sensibilidad en la oscuridad | alta sensibilidad en la oscuridad |
responder a la luz brillante | blanqueado a la luz brillante |
respuesta temporal lenta | respuesta temporal rápida |
principalmente en fóvea | principalmente en la periferia |
algunos en retina periférica | ninguno en fóvea |
alta agudeza visual | baja agudeza visual |
en fóvea, una neurona por cono | varios bastones por neurona |
Cómo funcionan los fotorreceptores
La función principal de los fotorreceptores es convertir la luz en señales eléctricas, que finalmente se envían al nervio óptico para su procesamiento cerebral. La conversión de luz en impulsos nerviosos en los conos y bastones del ojo ocurre a través de la fototransducción. Comienza con la luz que ingresa al ojo y golpea la retina, lo que permite que los bastones y los conos reaccionen.
Cuando la luz incide en los segmentos exteriores de los conos y bastones, los pigmentos que contienen cambian de forma y producen una serie de reacciones químicas en los fotorreceptores. Estos pigmentos activan una proteína G llamada transducina. En consecuencia, la transducina activa una enzima llamada fosfodiesterasa, que se descompone y reduce el nivel de cGMP (monofosfato de guanosina cíclico) en el fotorreceptor. La disminución de la cantidad de cGMP minimiza la conductancia del sodio en el segmento externo, lo que hace que se hiperpolarice, un proceso en el que el potencial de membrana se vuelve más negativo.
La conductancia de sodio más baja en el segmento externo ocurre cuando la serie de reacciones químicas mencionadas anteriormente hace que la membrana del fotorreceptor sea menos permeable a iones específicos, como el sodio. Este cambio en la permeabilidad modifica el potencial de cada membrana fotorreceptora y le permite enviar señales nerviosas a la siguiente capa de la retina. Una vez que estas señales llegan al cerebro, el cerebro mezcla y procesa las señales para percibir el color y las imágenes.
Sin embargo, en condiciones de poca luz, el número de cGMP aumenta. Abren la membrana de la superficie de los fotorreceptores y permiten el paso de los iones de sodio. En la oscuridad, la permeabilidad aumenta y la membrana se despolariza y se vuelve menos negativa que una neurona típica.
Resumen de la lección
Los fotorreceptores son células especializadas y sensibles a la luz que se encuentran en la capa más externa de la retina del ojo. Son responsables de detectar y convertir la luz en impulsos nerviosos que el cerebro humano puede procesar. Los fotorreceptores contienen cinco regiones principales: segmento externo, cilio de conexión, segmento interno, región nuclear y región sináptica. Además, el ojo humano tiene dos tipos de fotorreceptores, a saber, bastones y conos. Las varillas tienen segmentos exteriores cilíndricos que consisten en una pila de discos discretos. Son responsables de la visión con poca luz, pero están asociados con una baja agudeza visual. Los conos, por otro lado, se caracterizan por segmentos exteriores ahusados que parecen una hoja plegada. Funcionan mejor en niveles de luz más altos y son responsables de la visión del color.
El proceso de conversión de luz en señales neuronales en los fotorreceptores se denomina fototransducción. Cuando la luz incide en los fotorreceptores, los pigmentos que contienen cambian de forma y sufren una cascada de reacciones químicas. Estas reacciones permiten que la membrana de los fotorreceptores se hiperpolarice o despolarice, dependiendo de las condiciones de iluminación del entorno. El cambio en la permeabilidad altera el potencial de la membrana fotorreceptora y se convierte en las señales nerviosas que llegan al cerebro. Finalmente, el cerebro interpreta estas señales neuronales como colores e imágenes.
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