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Fisiología del cristalino
Sixto García-Castiñeiras
INTRODUCCIÓN
El conocimiento de la fisiología del cristalino constituye el pilar
fundamental para entender posteriormente muchos de los procesos que puede sufrir con la edad. Las fases del desarrollo embrionario y los cambios observados en la organización de las estructuras cristalinianas a lo largo de la vida, los mecanismos que
aseguran su transparencia y los que condicionan la pérdida de la
misma son aspectos fundamentales que es necesario conocer.
FUNCIONES DEL CRISTALINO
La fisiologia del cristalino (Tabla I) está orientada hacia1-3:
1) El mantenimiento de su transparencia a la luz visible por
largo tiempo, de modo ideal durante toda la vida del individuo;
2) Proveer un medio refractivo adecuado de alto índice de refracción, por encontrarse entre líquidos con índice de refracción mayor que el aire, y que disminuya las aberraciones ópticas de un lente grueso; 3) La conservacion de su poder de
enfoque variable mediante el proceso de acomodación; 4)
Permitir la supervivencia metabólica de su región central de
fibras diferenciadas o maduras desposeidas de organelos
subcelulares; y 5) Filtrar la luz ultravioleta que penetra al ojo,
para evitar daño a la retina, sobre todo.
La fisiopatología del cristalino está dominada por los procesos que llevan a la deficiencia o pérdida de la acomodación
y la pérdida de su transparencia (cataratas).
El desarrollo del cristalino está dirigido por una serie de
factores de transcripción que se van expresando consecutiva
y ordenadamente en sus células por influencia de los tejidos
adyacentes1.
Las células que formarán el cristalino proceden del ectodermo que cubre las dos vesículas ópticas que se están formando al mismo tiempo (Fig. 1), una a cada lado de la región
frontal del embrión1,4.
El ectodermo, en esta etapa, forma un engrosamiento, la
placoda lenticular ectodérmica, que se invagina dentro de la
vesícula óptica, y acaba independizándose del ectodermo
para formar la vesícula lenticular. Es ésta una vesícula invertida donde, por tanto, todas las células tienen sus polos apicales mirando hacia el lumen de la estructura. Los polos basales de las células, por el contrario, constituyen la superficie
externa de la vesícula y segregan una membrana basal.
Las células epiteliales de la mitad posterior de la vesícula comienzan entonces a elongarse en dirección anteroposterior hasta que queda obliterada la luz de la vesícula. El proceso termina hacia el final del segundo mes de gestación5.
DESARROLLO Y CRECIMIENTO DEL CRISTALINO
Recordar cómo se forma y cómo crece el cristalino es fundamental para establecer las bases de su fisiología. Tras la
aparente simplicidad de esta estructura tisular, exquisitamente transparente, hay una complejidad celular extraordinaria.
Tabla I. Funciones fisiológicas del cristalino
1.
2.
3.
4.
5.
Mantenimiento de transparencia
Mantenimiento de un medio de alto índice de refracción
Conservación de la acomodación
Permitir la supervivencia metabólica de sus fibras
Filtrar la luz ultravioleta
Fig. 1. Etapas en el desarrollo del cristalino. A: placoda lenticular sobre
la vesícula óptica. B: placoda lenticular invaginada, comienza a formarse la
copa óptica. C: vesícula lenticular invertida ya formada e independizada. D:
células posteriores comienza a elongarse para convertirse en la fibras primarias. E: las fibras primarias llenan la vesícula lenticular. F: las fibras secundarias desplazan hacia el centro el núcleo embrionario de fibras primarias, éstas ya han perdido sus núcleos; comienzan a formarse suturas con
las fibras secundarias, éstas ya comienzan a aparecer diferenciadas a fibras maduras sin organelos celulares. Adaptada de: Jaffe9.
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II. FUNDAMENTOS
En esa etapa, el cristalino queda formado por una cubierta anterior sencilla de células epiteliales cuboidales y una
masa posterior de células elongadas diferenciadas que se
denominan las fibras lenticulares primarias, que constituyen
el núcleo embrionario del cristalino adulto. Estas células perderán eventualmente todos sus organelos intracelulares4,5.
A partir de este momento, el cristalino va a crecer continuamente en tamaño y número de células mediante la aposición de capas concéntricas de fibras lenticulares secundarias, derivadas de la capa germinativa del epitelio anterior,
hasta formar la estructura adulta. Hay autores que describen
al cristalino como formado por columnas de fibras aplastadas
y colocadas una sobre otra radialmente (Fig. 2), y adosadas
por sus lados estrechos unas a otras lateralmente4.
Un corte transverso muestra que las fibras son más estrechas en el centro de la estructura que en la periferia, para
acomodarse a la forma esferoidal del cristalino4. Esto parece
estar relacionado con un tipo de compactación de las fibras
más centrales, tal como se comentará más adelante. Otro
mecanismo que tiende hacia el mismo objetivo es la fusión
lateral de fibras en la región central y la presencia ocasional
de células de sección pentagonal que reducen, a una, dos de
las columnas radiales4.
Las células de la parte anterior de la vesícula lenticular
van a permanecer siempre como una monocapa de células
más o menos cuboidales o aplastadas. Solamente una zona
Fig. 2. Estructura del cristalino. Se presenta información de interés para
la comprensión del texto, adapatado de otros autores. A: corte de la región
ecuatorial del cristalino mostrando las relaciones de la cápsula, el epitelio
anterior y el paquete de fibras secundarias, junto con las dimensiones de
un corte transversal de estas fibras (adaptado de: Jaffe9). B: contraste entre la estructura desordenada a nivel de una sutura y el empacamiento hexagonal quasi cristalino de las fibras (adaptado de: Wanko T, Gavin MA.
Cell surfaces in the crystalline lens. In: Smelser GK. The Structure of the
Eye. New York: Academic Press; 1961: 221-233). C: Representación computerizada de la aposición de columnas radiales de fibras secundarias,
mostrando una de las maneras en que las fibras se adaptan a la forma esferoide del cristalino, siendo más anchas en la periferia que en el centro
(adaptado de: Kuszak JR, Zoltoski RK, Sivertson C. Fibre cell organization
in crystalline lenses. Exp Eye Res 2004; 78: 673-687).
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específica de esta monocapa, cerca del ecuador, retiene la capacidad de multiplicación celular y se llama la zona germinativa del epitelio. Las células de la región central del epitelio no
se dividen normalmente pero pueden hacerlo ante determinados estímulos. En la zona germinativa las células entran en
mitosis y se van desplazando hacia la periferia y transformándose en las llamadas células transicionales; esto crea una
presión tisular que tiende a la expansión del ecuador del cristalino. Las células transicionales, en el ecuador, dan un giro de
180º reorientando su polo basal hacia atrás, al mismo tiempo
que se inicia un proceso de diferenciación terminal/elongacion bidireccional durante el cual se cargan de las proteínas típicas del cristalino, las cristalinas. Al elongarse, el polo anterior de estas fibras secundarias se desliza entre las celulas
del epitelio anterior y el núcleo embrionario. Por detrás, el polo
posterior de la fibra se insinúa entre los polos posteriores del
núcleo embrionario y la cápsula. El núcleo embrionario, por
tanto, va acomodándose centralmente en el cristalino.
Este proceso crea capa sobre capa concéntrica de fibras
secundarias. Las fibras que se producen nunca se pierden, ya
que quedan bajo las nuevas capas celulares que van apareciendo, así que las capas del centro son tan antiguas como
el individuo y las más jóvenes son las capas concéntricas
más superficiales.
Las fibras se elongan hasta que sus polos se encuentran
con el polo correspondiente de otra fibra, a nivel de una sutura. Poco después degradan sus organelos: el núcleo, las mitocondrias, el aparato de Golgi, y el retículo endoplásmico liso
y rugoso. Solamente quedan los polisomas y las membranas
plasmáticas1,5. Esta es una manera de contribuir a que la
transparencia del cristalino perdure, al desaparecer centros
potenciales de dispersión (scattering) y moléculas que absorberían luz visible. Por otro lado, las fibras se han cargado de
las proteínas cristalinas, que van a establecer las bases estructurales de la transparencia del cristalino a largo plazo.
Las fibras conservan su polaridad, no siendo equivalentes los
extremos anteriores y los posteriores.
El cristalino se ha tomado como modelo de envejecimiento y diferenciacion celular, ya que está constituido por un solo
tipo de células en diferentes etapas de envejecimiento y diferenciación. En este sentido tiene una constitución única respecto a la pluralidad celular que existe en cualquier otro tejido. En el centro están las células más viejas y diferenciadas;
por el contrario, en la corteza las más jovenes y en vías de diferenciación. Y en la periferia de la superficie anterior se encuentran las que comienzan el proceso de diferenciacion a diferentes edades. Por eso, la simple interpretación de que lo
más viejo está en la región central del cristalino puede no ser
estrictamente correcta en todas las circunstancias. Dentro de
un mismo cristalino, cualquier capa o lamela de fibras puede
verse desde dos puntos de vista: 1) El material depositado
cuando el cristalino era más jóven (y una lamela más externa
correspondería entonces a material depositado con el envejecimiento); o 2) El material más viejo, depositado allí hace
más tiempo (y una lamela más externa correspondería a ma-
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
terial mas jóven, depositado hace menos tiempo). La primera
alternativa tiene que que ver con desarrollo/diferenciación y
la segunda con envejecimiento. Decidir entre ambas alternativas puede requerir una cuidadosa consideracion y un conocimiento profundo de la situación6.
En el mecanismo de elongación, aunque disparado por
factores de crecimiento procedentes del vítreo, parece que el
estímulo inmediato es la retencion intracelular de K y Cl, que
condiciona un aumento osmótico en el volumen celular y posiblemente modificaciones en el citoesqueleto1.
METABOLISMO DEL CRISTALINO
El metabolismo de las fibras del cristalino, a consecuencia de la desaparición de organelos, queda en situación muy
precaria, ya que se hace completamente dependiente de los
enzimas solubles del citoplasma, y dejan de sintetizarse proteínas nuevas que renueven las que se van modificando con
el tiempo. Los enzimas del citoplasma solamente pueden utilizar glucosa a través de la vía denominada glicolisis anaeróbica, cuyo producto final es ácido láctico7. El rendimiento
energético de esta vía (síntesis de ATP) es relativamente pequeño y puede conducir a la producción de un exceso de ácido láctico en un intento compensatorio. Por otro lado, las fibras centrales quedan dependientes para muchas funciones
de las células de las capas más superficiales que aún conservan toda la maquinaria metabólica normal. Estas fibras en
proceso de diferenciacion, y las células del epitelio anterior,
producen CO2 y H2O y muestran un mayor rendimiento de ATP
gracias a la presencia del ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones en las mitocondrias. Como están limitadas a una estrecha franja cortical y, en gran parte, fuera del
eje visual, estas células no suelen representar un problema
de transparencia, a pesar de contener organelos y grupos cromofóricos mitocondriales.
Transporte transepitelial en el cristalino
El epitelio del cristalino se dispone como una barrera de
una capa de células de espesor en su superficie anterior;
controla muchos intercambios entre el humor acuoso y la
masa de fibras del cristalino y, en última instancia, entre el
humor acuoso y el vítreo. Por otro lado, genera y organiza las
etapas de diferenciación/elongación que convierten a las células del epitelio en fibras maduras.
Por similitud con otros epitelios y endotelios que separan
compartimentos, el epitelio lenticular puede considerarse como
una barrera capaz de transportar solutos y agua unidireccionalmente8. En barreras con estas características es la distribución
asimétrica de la ATPasa Na/K-dependiente de las células la que
permite el establecimiento de flujos unidireccionales y flujos netos a través de la barrera, bien sean de absorción o de secreción. En algunos casos tambien sirven para regular el contenido
de agua de una matriz extracelular o tejido (por ejemplo, hidratación del estroma corneal). El propio cristalino podría utilizar
este mecanismo para regular su volumen, ajustar la tensión de
la cápsula o desencadenar otras respuestas.
Las células que constituyen la barrera tienen un polo apical y otro basal, son polarizadas, como hemos mencionado.
Según la ATPasa Na/K-dependiente se localice en el polo basal, predominantemente, o en el polo apical, predominantemente, el movimiento neto de transporte ocurrirá en una u
otra dirección8. En células no polarizadas esto no ocurre porque la ATPasa se localiza con la misma densidad en toda la
membrana plasmática de las células y su función básica es
simplemente mantener Na bajo y K alto dentro de las células.
1. Localizacion de la ATPasa Na/K-dependiente del
cristalino
Este enzima se ha asociado definitivamente con el epitelio anterior del cristalino y las fibras ecuatoriales. En el cristalino, originado a partir de una vesícula invertida, hemos visto que las células de la media esfera posterior crecen hacia
el frente, hasta que el vacío central de la vesícula desaparece y quedan con sus polos apicales enfrentados con los polos apicales de las células epiteliales, y con sus polos basales expuestos al exterior (humor acuoso por delante, cuerpo
vítreo por detrás). La barrera, por tanto, es compleja, compuesta por la aposición de las células epiteliales anteriores y
los polos anteriores de las fibras superficiales. La barrera, denominada EFI (epithelial-fiber cell interface) por algunos autores4,9, tiene la capacidad, en principio, de funcionar en ambas
direcciones, dependiendo de cual sea la concentracióon relativa de ATPasa en los polos apicales del epitelio y de las fibras que interaccionan con el epitelio. Es razonable asumir
que estas últimas tienen una menor densidad de enzimas ya
que han expandido ampliamente su membrana durante el
proceso de elongacion/diferenciacion.
En esta barrera compleja la localizacion de la ATPasa
Na/K-dependiente ha sido objeto de varias investigaciones,
alguna de las cuales arrojan resultados contradictorios10.
Uno de los trabajos que parece más convincente es, sin embargo, el de Unakar y Tsui11 de 1980, en el que se localiza
histoquímicamente el enzima a base de precipitar con estroncio los productos de reacción (fosfato) usando NPP (nitrofenolfosfato) como sustrato para el enzima; es decir, se localiza propiamente la actividad enzimática, no la proteina. Según
estos autores11, la Na/K ATPasa se localiza preferencialmente en las células del epitelio anterior, en sus membranes laterales y apicales, y en las células ecuatoriales.
2. Modelo de transporte transepitelial de Na y K
Para efecto de los movimientos de Na y K creados por la
ATPasa Na/K-dependiente usaremos la distribución apical
99
II. FUNDAMENTOS
como modelo básico, junto con la conservación de la misma
polaridad en las fibras. Esto quiere decir que la Na/K ATPasa
no está limitada a las células del epitelio anterior exclusivamente sino que debe aparecer en los polos apicales y en las
membranas laterales de las fibras subyacentes, es decir en
las suturas anteriores y mitad anterior de estas fibras del
cristalino, aunque en menor concentración. Es precisamente
esta ATPasa la que podría aparecer como perteneciente «aparentemente» a la corteza o incluso al núcleo del cristalino
cuando se estudia la distribucion regional del enzima12.
La localizacion descrita de la ATPasa es compatible con un
movimiento de Na neto hacia la parte posterior del cristalino y
deplección de Na en la región anterior de la lente. El mecanismo inverso ocurriría para el K. Estos hallazgos han sido descritos en estudios de NMR del cristalino aislado de vaca13.
Aceptando la localización apical predominante de las células
del epitelio del cristalino se puede predecir un modelo de transporte en el cual el Na se mueve en dirección neta anteroposterior (Fig. 3). El trabajo de Fishbarg14 le ha dado apoyo experimental a este esquema de transporte transepitelial en el cristalino.
La membrana basal de las células, es decir el polo
opuesto a donde se localiza la ATPasa Na/K-dependiente,
debe poseer transportadores Na-dependientes capaces de introducir sustratos contra gradiente de concentración en las
células epiteliales en tanto se mantenga un gradiente de Na
favorable (Na alto en humor acuoso, Na intracellular bajo).
Este polo basal de las células, por tanto, permite la entrada
por transporte activo secundario de los sustratos necesarios
para el metabolismo del propio epitelio y de la masa de fibras
del cristalino. En esta categoría podemos colocar aminoácidos9 y cualquier otro sustrato cuya transferencia sea Na-dependiente como, por ejemplo, el glutation15. También se pueden situar aquí transportadores independientes de Na para
sustratos que no se mueven por transporte activo sino pasivo, como glucosa9 y dehidroascorbato16,17. Los sustratos que
entraron a las células deben salir por difusión o difusión facilitada por el polo apical, hacia su destino en EFI. Y el Na que
entró a las células es expulsado en el polo apical por medio
de la ATPasa Na/K-dependiente, que así regenera una concentración intracellular baja de sodio necesaria para mantener los transportes activos. El bombeo de sodio inicia un movimiento osmótico de agua (y otros solutos, arrastrados en el
flujo de agua, o flujo convectivo) hacia la parte central del cristalino que distribuye sus componentes por todo el espacio extracelular que rodea la masa de fibras del cristalino.
Este esquema es conveniente para acelerar los procesos
de transporte en el cristalino. Por ser éste un tejido avascular, por lo reducido y tortuoso de su espacio extracelular y por
el espesor del propio cristalino2, cualquier proceso de difusión simple puede ser demasiado lento8. La existencia de flujos convectivos crea una corriente de líquido en la que moléculas importantes como glucosa, aminoácidos, GSH y
dehidroascorbato, por ejemplo, pueden moverse con mucha
mayor rapidez y llegar a las regiones centrales del cristalino
con mayor facilidad.
100
Fig. 3. Representacion esquemática de la interfase entre el epitelio
anterior del lente y las fibras diferenciadas de la corteza (EFI). Los
puntos negros son ATPasa Na/K-dependiente. Los círculos con solo una
flecha representan transporte facilitador de G (glucosa) y DHA (dehidroascorbato). Los circulos con dos flechas en la misma dirección representan transporte activo secundario, Na-dependiente de aminoácidos
(AA) y glutation (GSH). Los cuadrados sólidos son ATPasa Ca-dependiente de la membrana celular. Dada la asimetría en la distribución de
ATPasa Na/K-dependiente el movimiento neto de Na y agua es hacia la
derecha de la figura. En el texto se ofrece información adicional. En la
parte inferior se ve la actividad endocítica de la interfase.
Comunicación entre células del epitelio anterior2,4,9
Estas células están comunicadas entre sí a través de
uniones comunicantes (gap junctions) en las membranas laterales9, y parece que pueden regular su grado de apertura o
acoplamiento. Los polos apicales de células adyacentes no
tienen uniones estrechas (tight junctions, zonula occludens),
por lo que debe existir una elevada permeabilidad paracelular
(o sea, a través del espacio que queda entre las células). Así
que ante las fuerzas osmóticas creadas por la ATPasa Na/Kdependiente apical debe alcanzarse el equilibrio rápidamente
a través de la vía paracelular, creándose una corriente de
agua en dirección anteroposterior. Las membranas laterales
presentan muchos pliegues y también presentan desmoso-
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
mas (macula adherens). En otras palabras, pueden representar una zona de resistencia que dificulta que el flujo osmótico de agua ocurra hacia el humor acuoso, en dirección contraria al descrito.
Comunicación intercelular en el cristalino2,4,10
Las fuerzas osmóticas que actúan sobre cualquier célula
pueden tener consecuencias desastrosas para la transparencia del cristalino ya que tienden a romper su delicada estructura y crear zonas de índice de refracción diferente, si se dilatan los espacios extracelulares. Tradicionalmente, el
cristalino responde a los cambios osmóticos del medio y posee los componentes de una disminucion regulatoria de volumen (RVD, regulatory volume decrease) y un aumento regulatorio de volumen (RVI, regulatory volume increase) que
contribuyen a contrarrestar cambios en la osmolaridad del
medio en que se encuentre el cristalino (ver más adelante).
Pero el cristalino también puede disipar rápidamente diferencias de presión osmótica que pudieran crearse en su interior,
mediante procesos de comunicación intercelular, que facilitan
el movimiento de agua y sales, para evitar tensiones estructurales indebidas sobre sus fibras.
Por otro lado, y sobretodo en la región central del cristalino, son necesarios mecanismos para hacer llegar de manera
rápida sustratos metabólicos desde la periferia o eliminar desechos metabólicos hacia la periferia, dada la precariedad metabólica de esa región tan alejada de vasos sanguíneos. Por
ambas razones, el cristalino es uno de los tejidos más ricos
en uniones comunicantes (gap junctions) entre células y en poros acuosos que conectan el citoplasma de las fibras con el
medio extracelular. Las uniones comunicantes están formadas
por las proteínas denominadas conexinas. Las uniones comunicantes crean vías de comunicacion intercelular para muchas
moléculas pequeñas sin casi gasto de energía.
Los poros acuosos son canales en la membrana plasmática cuyo sustrato proteico son las aquaporinas18 (Fig. 4). Por
mucho tiempo, se confundieron éstas con uniones gap especiales, pero su naturaleza es fundamentalmente diferente.
Estos poros permiten que exista comunicación del citoplasma de las fibras con el medio extracelular, tanto para moléculas de agua como otras de bajo peso molecular1. Por tanto,
permiten fenómenos de equilibración osmótica rápida y abren
caminos para la difusión de colorantes inyectados dentro de
una de las células del cristalino, que así se distribuyen directamente por el espacio extracelular10.
Como consecuencia de esas amplias comunicaciones
existe un grado elevado de acoplamiento entre células del
cristalino10, tanto de tipo eléctrico/iónico como de transferencia de colorantes inyectados (amarillo Lucifer, por ejemplo).
Estos colorantes pasan de una célula a otra, por las uniones
comunicantes, o de una célula al medio extracellular, por los
poros acuosos. El comportamiento de las uniones varía con
su localizacion celular.
Fig. 4. Canales en la membrana plasmática. Diferencias entre uniones
gap y aquoporinas. 4.1. Modelo de union comunicante (gap junction).
Estos canales se forman por la aposición de dos hemicanales, uno en
cada membrana adosada; en la zona de la unión el espacio entre membrana y membrana se reduce a 3,5 nm; cada hemicanal se crea a base
de 6 conexinas, cuya configuracion puede abrir o cerrar el canal (Tomado de: Borgnia18). 4.2. Disposicion en la membrana de una de las subunidades aquaporina para formar un canal central permeable a agua
y otras moléculas pequeñas no cargadas. El esquema representa un
único polipeptídico con seis tramos transmembranales. El canal, que recuerda a un reloj de arena, se forma con las regiones polipeptídicas que
unen los tramos transmembranales 2-3 y 5-6 de la subunidad. En la
membrana aparecen asociadas estas subunidades de cuatro en cuatro.
101
II. FUNDAMENTOS
Las uniones de tipo comunicante son típicamente sensibles al potencial eléctrico en la vecindad, al pH y a la concentración de Ca++. La acidificacion y el aumento de Ca++ son
agentes desacoplantes (cierran las uniones), por lo general,
así como los cambios en el potencial eléctrico de ±40 mV;
por el contrario, cAMP, ATP y la fosforilización son agentes acoplantes (abren las uniones). Todos ellos pudieran actuar en el
cristalino, aunque se desconocen los detalles funcionales específicos. Las uniones comunicantes predominan en la región
central de las fibras, siendo escasas en los extremos. En las
membranas laterales de las fibras hay abundantes poros
acuosos muy densos en las capas superficiales, no en las
profundas. En los extremos de las fibras se ven estructuras
que revelan actividad endocítica4,10.
Comunicación entre células epiteliales y fibras
superficiales (EFI)
A nivel de esta interfase, identificada previamente, no hay
evidencia de comunicación intercelular del estilo que acabamos de describir en las fibras del cristalino, basada en abundantes uniones comunicantes y poros acuosos. Son raras
aquí estas estructuras. Por el contrario, los intercambios parecen tener lugar estrictamente a través de transportadores
específicos en ambas superficies de la interfase y con participación del espacio extracelular. Sí parece existir mucha actividad pinocítica y endocítica, lo cual sugiere fenómenos especializados de transporte por transcitosis cuyo significado
aun se nos escapa4,10.
donde el acoplamiento en las fibras maduras depende solo de
Cx46. Los canales que forma ésta son insensibles a pH, permanenciendo abiertos en medio ácido. Esta Cx46, pues, sería
una conexina estable de larga vida, destinada a quedarse muchos años en la región nuclear del cristalino.
Aquaporinas
Las aquoporinas (Fig. 4.2) constituyen canales específicos para agua y pequeñas moléculas en todos los tejidos18.
Se pudo demostrar, en el cristalino, que una de las proteínas
de la membrana de las fibras más abundante, MIP 26, por
tiempo considerada como una union comunicante especial,
no pertenecía a las gap junctions clásicas sino a las recién
descritas aquaporinas formadoras de canales de agua entre
el medio extracelular y el citoplasma. Especificamente se denomina AQP0 a la proteína de las fibras del cristalino. En el
epitelio anterior se expresa AQP1, mucho más permeable. En
el proceso de diferenciación de las fibras, la AQP1 se pierde
y se sustituye por la AQP0. En el centro del cristalino hay variantes de AQP1 modificadas postsintéticamente1.
Se conoce la estructura de AQP1, proteína intrínseca que
cruza seis veces la membrana y tiene dos regiones conservadas que no llegan a cruzar la membrana cada una de ellas
pero se yuxtaponen en el grosor de la membrana para formar
un poro acuoso. La configuracion de la estructura se parece
a la de un reloj de arena (hour glass), en la que el estrangulamiento central es precisamente el poro acuoso18.
Regulación del volumen del cristalino20,21
Conexinas
Las conexinas (Fig. 4.1) son las proteínas que constituyen las clásicas uniones comunicantes (gap junctions)19. En
zonas de aposición de la membrana plasmática de dos células hay estructuras proteicas enfrentadas que pueden constituir un canal que comunica el citoplasma de una célula con
el citoplasma de la otra. Cada estructura proteica es aproximadamente cilíndrica y está compuesta de 6 subunidades
que cruza de lado a lado cada una de las membranas. Ante
el estímulo configuracional adecuado, el canal central puede
abrirse o cerrarse. Cuando se abre, ambas células quedan
comunicadas (acopladas). Si el canal central se cierra las células quedan desacopladas. A través de estos canales hay comunicación de moléculas pequeñas, iones y agua, siendo impermeable para macromoléculas.
En el epitelio cristaliniano se expresan las conexinas Cx43
y Cx501. Las células en diferenciación dejan de expresar Cx43,
que se sustituye por Cx46, pero aún es detectable Cx50. Cx50
parece tener funciones adicionales como regular el crecimiento de las fibras y el grado de acoplamiento entre ellas. Finalmente estas dos Cx’s sufren modificaciones postsintéticas y
Cx50 queda en una forma no funcional en la región nuclear,
102
Un aumento regulatorio de volumen (RVI, regulatory volume increase) ocurre tras exponer células a una solución hipertónica que las encoje de manera aguda. La respuesta celular
incluye la incorporacion de Na y K al interior celular a través de
varios mecanismos de transporte: 1) Intercambiador de Na/K;
2) Canales de Na; 3) Cotransportador de Na/K/2Cl; y 4) Captacion Na-dependiente de móleculas pequeñas (osmolitos orgánicos) como taurina, glutamato, GLICINA, alanina (aminoácidos no esenciales), myo-inositol, sorbitol, creatina, y otros.
La disminución regulatoria de volumen (RVD, regulatory
volume decrease) ocurre tras exponer células a una solución
hipotónica que las hincha agudamente. Incluye pérdida de K
y de Cl a través de varios mecanismos y canales (cotransporte electroneutro de K y Cl, intercambio acoplado de K/H y
Cl/HCO3, canales de conductancia específica para K y/o Cl);
y extrusión de osmolitos orgánicos. RVD conduce a la subida
de concentración intracelular de Ca.
Fenómenos de adaptación más rapidos pueden ocurrir
gracias al acoplamiento de las células del cristlino y a la existencia de uniones comunicantes y poros acuosos, con el objetivo de que no se creen gradientes marcados de molaridad
en el espesor del cristalino.
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
Regulación del pH intracelular
Muchas de las funciones celulares dependen de mantener un pH citoplásmico adecuado, por los efectos dramáticos
que el pH puede tener sobre conformación de proteínas, actividad de enzimas y sobre muchas funciones celulares.
El pH intracellular del cristalino es aproximadamente 7,1.
El mismo se acidifica hacia la región interna, hasta 6,9 a nivel de las fibras de la corteza profunda2,3,22.
Es posible que en el epitelio anterior y fibras corticales del
cristalino el control del pH ocurra como en muchas otras células que producen CO2 y agua como productos finales del metabolismo. CO2 difunde fácilmente hacia la periferia, por ser un
gas. El CO2 que se hidrata en presencia de anhidrasa carbónica, sin embargo, tiende a acidificar el medio y es necesaria la
expulsion de H+ para equilibrar de nuevo el pH. Esto se logra
por tres mecanismos principales23: 1) Intercambio de H por
Na, que aprovecha el gradiente de Na para expulsar H de las
células; el HCO3 que queda detrás alcaliniza el medio intracelular; 2) Otro mecanismo Na-dependiente también logra lo mismo, y es el intercambio de Cl por HCO3 Na-dependiente, que
lleva a la entrada de bicarbonato al citoplasma; y 3) Existe otro
tercer mecanismo que también aprovecha el gradiente de Na
para alcalinización intracelular, el cotransporte de Na y HCO3.
En el centro del cristalino el control del pH implica el manejo de ácido láctico, porque la masa de fibras diferenciadas
sobrevive metabólicamente a base de glicolisis anaeróbica
de glucosa. El producto final de este metabolismo es ácido
láctico, que tiende a acidificar el citoplasma de las fibras y el
medio extracelular. El cristalino, por tanto, mantiene un pH intracelular más ácido hacia las regiones centrales y más alcalino hacia la periferia. La única manera de deshacerse de ácido láctico es mediante difusion o difusion facilitada de las
moléculas hacia la periferia, movimiento que, en efecto, tiende a diluirlo. En este sentido parece muy conveniente que en
la región central del lente se mantengan las uniones comunicantes siempre abiertas, como indicamos previamente. Los
protones producidos por láctico deben manejarse probablemente mediante los tres mecanismos ya mencionados.
Existe una relación cercana entre control del pH y control
del volumen celular. La acidificación indebida del citoplasma
tiende a producir edema celular, quizás debido a un compromiso de la función de la bomba de Na/K, y por un mecanismo osmótico provocado por acumulacion de ácido láctico.
Esto resulta en un aumento en el volumen celular y en un
compromiso para su transparencia.
Un intercambio Cl/HCO3 Na-independiente podria mediar
la normalizacion del pH intracellular en caso de alcalinizacion.
Permeabilidad de la cápsula del cristalino7,9
La cápsula del cristalino es la membrana basal de su epitelio, por lo que por delante deriva de la región basal de las
células del epitelio anterior y por detrás deriva de los polos
basales de las fibras del cristalino. Como las primeras se dividen continuamente, la cápsula anterior es más gruesa que
la posterior, siendo la región capsular más joven la más próxima a la membrana basal de estas células. De hecho, la cápsula es la membrana basal más gruesa del cuerpo.
Constituída por una malla no extensible de fibras de colageno parece dejar pasar no solamente agua, iones y sustancias de
bajo peso molecular, sino proteínas de hasta 50.000 daltons.
Esto excluiría albumina (60.000) y proteínas plasmaticas de PM
mayor que albúmina, como transferrina. Debido a la importancia
funcional de estas proteinas en los líquidos y tejidos oculares,
los estudios de permeabilidad de la cápsula deberían ser replanteados, con técnicas más modernas y sensibles. Con el
tiempo, en la cápsula del cristalino se forman entrecruzamientos moleculares típicos de colágeno24, que incluyen bitirosina, y
que deben contribuir a mantener su inextensibilidad.
ELECTROFISIOLOGÍA2,10,25,26
El comportamiento eléctrico del cristalino dio una apariencia engañosamente simple de este órgano con las técnicas clásicas habituales de registro. Los primeros electrofisiólogos que lo estudiaron encontraron que un electrodo
insertado en cualquier parte del cristalino registra invariablemente el mismo potencial de reposo de unos -70 mV. Esto
sugirió, desde el principio, que el cristalino era un tejido de
naturaleza sincitial, con células que no se comportan individualmente sino con un grado elevado de acoplamiento eléctrico entre las mismas, cuyo comportamiento integrado daba
el mismo potencial de reposo en todas ellas. Esto convertía
al cristalino en una especie de gran céula, sin divisiones internas, y una polaridad anteroposterior en la que el epitelio
permitiría controlar el paso de sustancias desde el humor
acuoso hacia el vítreo. Este epitelio contenía la bomba
(pump) capaz de expulsar Na hacia adelante y K hacia atrás,
explicando que K fuera alto dentro del cristalino y Na bajo.
Los gradientes de concentración así creados tenderían a disiparse a través de canales pasivos de conductancia (leak).
Esta visión describe lo que es un modelo clásico de bombeo
y fuga («pump and leak»)25.
Técnicas electrofisiológicas más finas permitieron detectar la posición del electrodo en el espacio extracelular del
cristalino, que debería acercarse a 0 mV, como caídas ocasionales rápidas del potencial de membrana a -30 mV. Esta dificultad en detectar espacio extracelular deriva del hecho de
que el mismo, en el cristalino, es muy reducido, ya que representa menos del 1% del volumen del mismo, factor que facilita la transparencia al evitar espacios amplios con diferentes
índices de refracción25.
La inyección de colorantes también indicaba que las células están acopladas y se comunican unas con otras y el color podía difundir bien a lo largo de una fibra (movimiento preferencial), o bien de fibra a fibra adyacente (a través de
uniones comunicantes). El colorante que era inyectado en el
103
II. FUNDAMENTOS
espacio extracelular formaba otro patron (esférico), por difusión en el espacio extracelular.
A pesar de la aparente simplicidad del cristalino, su electrofisiología se ha ido reconociendo cada vez como más compleja10. Su indudable naturaleza sincitial deriva, más que de
la ausencia de membranas como se creyó en un principio, de
la existencia de un sinnúmero de canales iónicos, bombas y
transportadores insertados asimétricamente sobre una estructura citológica muy peculiar dotada de amplia comunicación intercelular y poros acuosos. Se han detectado corrientes eléctricas que se dirigen desde los polos anterior y
posterior hacia el centro, desde el centro hacia el ecuador
del cristalino y, finalmente, desde el ecuador a los polos del
cristalino10. Los mecanismos iónicos responsables de las
mismas no se han aclarado en su totalidad. Se cree que hay
una conductancia elevada en la zona ecuatorial que dirige
hacia afuera la corriente que cruza el cristalino, a través de
uniones comunicantes concentradas ahí, junto con el hecho
de ausencia de ATPasa Na/K-dependiente en el centro del
cristalino, y concentración alta de este enzima en la región
ecuatorial26,28. La proposición de los autores es que esas
corrientes y circuitos pudieran tener como base movimientos
de Na, con lo que se favorecería el movimiento de líquido
dentro de la tortuosa estructura del espacio extracelular del
cristalino con una finalidad única: crear un sistema microcirculatorio interno que compense el hecho de que el cristalino
es avascular. En su última formulación, el modelo trabajaría
así25: Na entra en el espacio extracelular desde la superficie
total del cristalino, penetra las fibras a través de canales no
identificados y luego camina de fibra a fibra a través de uniones comunicantes hacia la superficie, movido porque la conductancia (permeabilidad) de las uniones comunicantes aumenta hacia la superficie en el ecuador. El agua sigue el
movimiento de los iones para mantener la presion osmótica.
La ATPasa Na/K-dependiente superficial concentrada en el
ecuador se encarga de mantener el flujo de Na hacia afuera,
que queda disponible para un nuevo ciclo circulatorio.
Es crítico para el modelo profundizar en la correlación entre las corrientes detectadas y los movimientos iónicos, y definir la orientación de la ATPasa Na/K-dependiente tanto en
cuanto a localización como en cuanto a polaridad del bombeo. Entre este modelo y el modelo de transporte transepitelial descrito al principio, no basado en electrofisiología, hay
sin duda, similitudes interesantes, particularmente en lo que
se refiere al movimiento activo de Na desde la superficie anterior del cristalino hacia el centro. Es necesario continuar estos estudios desde varios puntos de vista y sobre diferentes
modelos para decidir las mejores alternativas funcionales.
lar la actividad de numerosas proteínas, canales, enzimas, kinasas, etc. La concentración de Ca libre (Ca2+) en el citoplasma de
una célula oscila entre 10 y 100 nM, mientras que en el medio
extracelular es de 1-2mM27. Existe, por tanto, un enorme gradiente de concentración favorable para que pase Ca a través de
la membrana plasmática hacia el interior de las células. Son varios los componentes que intervienen en la creación y el mantenimiento de estos desequilibrios tan marcados respecto a Ca.
Existen dos mecanismos activos de expulsión de Ca de las
células. El primero esta mediado por la ATPasa dependiente de
Ca de la membrana plasmática (PMCA, Ca-ATPasa plasmática),
que maneja Ca con gran afinidad y puede crear gradientes grandes de concentración. Este es un sistema de transporte activo
primario, directamente energizado por ATP. El segundo esta mediado por el intercambiador de Ca por Na (Ca/Na), que permite la salida de 1 Ca en contra de gradiente en intercambio por
una entrada de 3 Na a favor de gradiente, siendo el sistema de
gran capacidad, es decir, que puede mover cantidades grandes
de Ca rápidamente. Este es un sistema de transporte acttvo
secundario, energizado por el gradiente de Na/K.
La entrada de Ca al interior celular se realiza a favor de
gradiente de concentración, a través de varios canales presentes en la membrana plasmática, que se abren en virtud de
interacciones específicas27.
Normalmente el REP constituye un reservorio importante
intracellular de Ca, donde Ca se encuentra a concentraciones
parecidas a las que existen en el líquido extracelular. La ATPasa Ca-dependiente del REP (SERCA, sarcoendoplasmic reticulum Ca-ATPase, Ca-ATPasa reticuloendoplásmica) bombea
Ca citoplásmico hacia dentro del REP, donde existen proteinas
fijadoras de Ca que lo mantienen ligado. La salida de Ca del
REP hacia el citoplasma es controlado por receptores específicos, uno de los cuales es el receptor de IP3 que, en presencia de su ligando IP3, abre un canal para el escape de Ca27.
También intervienen las mitocondrias en la regulación del
Ca citoplásmico27. La concentración intramitocondrial de Ca
se mantiene normalmente alrededor de 100 nM. Cuando
sube el Ca citoplásmico las mitocondrias incorporan Ca por
medio de un transportador uniport de elevada afinidad que
depende del potencial eléctrico de las mitocondrias (interior
negativo). En adición, las mitocondrias contienen un intercambiador de Ca/Na, que hace salir Na hacia el citoplasma al
tiempo que entra Ca. La mitocondria, por tanto, trabaja con el
REP para mantener niveles citoplásmicos bajos de Ca. Se ha
propuesto que también el compartimento nuclear puede efectuar cierto control independiente de la concentración de Ca.
La variedad y eficacia de los mecanismos descritos que
manejan el Ca intracelular permiten cambios muy rápidos de
la concentración de Ca intracitoplásmico.
Homeostasis del calcio27
Efectos patológicos del calcio
Muchas de las células que responden a señales extracelulares utilizan a Ca como un segundo mensajero que puede provocar una variedad grande de respuestas intracelulares, al regu104
El Ca interviene en la regulación de numerosos procesos
de señalizacion intracelular de gran importancia para las célu-
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
las, pero sus efectos patológicos se asocian más bien al efecto lesivo directo de la subida patológica de Ca en el citoplasma y activación de procesos destructivos que pueden conducir hasta muerte celular por necrosis y apoptosis27: formación
de agregados moleculares, cambios en la permeabilidad de
membranas, activacion de fosfolipasas y proteasas, como calpaínas, que degradan elementos del citoesqueleto y algunas
cristalinas, e inducen membrane blebbing (ballooning) y agregación proteica. Las calpaínas también pueden activar proteasas que inducen apoptosis (caspasas), y endonucleasas envueltas en ese mismo proceso. Ca tambien puede actuar por
defecto, en cuyo caso el bloqueo de sus funciones normales
puede ser causa de serios problemas celulares.
Homeostasis del calcio en el cristalino2,28-30
El potencial de reposo de las células del lente es de unos 70 mV, y el potencial de equilibrio de Nernst para Ca es de 125
a 200 mV. La discrepancia entre ambas potenciales nos indica
la necesidad de mecanismos verdaderamente efectivos de transporte activo para la expulsion de Ca de la célula. La concentración intracellular de Ca libre (0,1-1,0% del Ca total) es del orden
nM. El nivel de Ca en el humor acuoso es alrededor de 2 mM2.
El cristalino no es una excepción a los fenómenos asociados con la homeostasis de Ca, pero lo es necesariamente de
manera atípica, ya que solamente el epitelio anterior y las fibras corticales más superficiales poseen los organelos relacionados con la regulación de la concentracion intracelular de Ca,
sobretodo el REP y las mitocondrias. Es en la región del epitelio anterior y fibras corticales donde los mecanismos de señalización en que interviene Ca deben jugar un papel importante.
Las fibras ya diferenciadas de la región central del cristalino no poseen estos compartimentos, por lo que la concentración intracelular de Ca debe ser mucho más homogénea, pero
más elevada28. Los efectos lesivos directos de Ca jugarían en
estas circunstancias un papel dominante. Particularmente en lo
que se refiere a destrucción/agregación de proteínas, destrucción de membranas y aparición de puntos de dispersión/opacificación. Estas fibras diferenciadas no poseen mecanismos de
expulsion de Ca (ATPasa Ca-dependiente, intercambiador de
Ca/Na) por lo que la región central del cristalino estaría en condiciones precarias para deshacerse del Ca y mantener una concentración citoplásmica de Ca muy baja29,30. Se ha propuesto
que estas células dependen, para deshacerse del Ca, de fibras
más externas corticales que poseen tanto ATPasa Ca-dependiente como el intercambiador Ca/Na, con las que están en contacto funcional, acopladas, a través de uniones comunicantes.
La permeabilidad de estas uniones podría estar, como en otros
tejidos, bajo el control de los niveles de Ca, aunque se desconocen los detalles en el cristalino.
El transporte de Ca en el cristalino es un tema fisiológico
de gran interés, ya que se ha documentado ampliamente que
los niveles de Ca aumentan con la edad y en muchos tipos
de cataratas, incluidas las seniles31,32.
Oxígeno y el cristalino
La presión parcial de O2 (pO2) en la cámara anterior del
ojo, de promedio, es alrededor de 45-50 mmHg en varias especies animales incluyendo humanos33. El modo clásico de
medir pO2 es con el método polarográfico utilizando un electrodo o microelectrodo de platino. Aunque con el uso de microelectrodos se pueden hacer algunas mediciones regionales dentro del ojo, el método polarográfico tiene el gran
inconveniente de consumir oxígeno durante la medición y los
microelectrodos son muy frágiles para penetrar tejidos duros
como las cubiertas del ojo34.
Helbig33 midió tal pO2, en humanos y durante cirugía de
cataratas no complicadas en el momento en que se abre el
globo ocular, y observó un promedio de pO2 en cámara anterior que va descendiendo desde el ángulo iridocorneal (44,9
mm Hg) hasta el centro de la pupila (13,5 mm Hg), pasando
por 35 mm Hg en el borde del iris. Los vasoconstrictores reducen esos valores a aproximadamente la mitad en todas las
posiciones. La distribución y respuesta a drogas adrenérgicas
es compatible con la procedencia iridial del O2 del humor
acuoso. Antes de extraer el cristalino, estos autores puncionaron su cápsula para obtener un valor promedio en la corteza superficial anterior de 2,5 mm Hg (entre 0,8 y 4 mmHg).
Pocos estudios se han hecho con el método polarográfico
con la pretensión de conseguir perfiles completos de [O2] dentro del ojo, pero algunos hallazgos se consideraban ya como
bien establecidos antes de incorporar nuevos métodos al repertorio experimental: 1) La concentración promedio, ya mencionada, en humor acuoso de alrededor de unos 50 mm Hg;
2) Una concentración mucho más baja al acercarse a la superficie anterior del cristalino; 3) La procedencia del O2 de la cámara anterior es el humor acuoso, que recoje la aportación de
los capilares del iris anterior y del cuerpo ciliar; no queda claro, sin embargo, si llega O2 atmosférico a través de la córnea.
De hecho, se interpreta que los valores más altos de O2 bajo
la córnea no son debidos a O2 precorneal sino al hecho de que
el cristalino consume O2 y crea un gradiente en cámara anterior, quedando las pO2 más altas cerca de la córnea.
La nueva generación de métodos de estudio se basa en
el hecho de que la fluorescencia de ciertas sustancias (un
complejo de ruthenium) es inhibida por O2 34. Una sonda o
electrodo (optode, sensor de oxígeno de fibra óptica) conteniendo esas moléculas transmite, por medio de fibras ópticas, la fluorescencia a un detector donde se mide su intensidad y se convierte a [O2]. En ausencia de O2 la fluorescencia
es máxima, en presencia de O2 la fluorescencia se reduce
proporcionalmente a la concentracion de O2 en la muestra
analizada. Estos métodos de medir oxígeno en el ojo son mas
versátiles y permiten hacer exploraciones más detalladas y
fiables de la distribución de O2 en los diferentes regiones oculares bajo diferentes condiciones fisiológicas y patológicas.
Barbazetto34 es el primer autor que da valores de O2 dentro del cristalino in vivo en el conejo y encuentra que en el núcleo del mismo existen los valores más bajos del globo ocu105
II. FUNDAMENTOS
lar, entre 9 y 10 mm Hg. En este estudio, los conejos están
anestesiados y respirando aire a ritmo espontaneo. A lo largo del eje anteroposterior la pO2 pasa de un promedio de
unos 29 mm Hg en mitad del acuoso a 22 mm Hg subcapsularmente y cae a 12 mmHg en el 1/3 anterior del cristalino y
se estabiliza en 11 mm Hg en la región posterior del mismo.
De cápsula posterior a vítreo casi no hay gradiente. Dentro
del vítreo, la pO2 comienza a subir muy despacio al principio
y luego mucho más rápido a medida que entramos en vítreo
posterior hasta unos 26 mm Hg prerretinales y 40-60 mm Hg
tocando la retina. El epitelio anterior del cristalino, por tanto,
condiciona una caída marcada en el nivel de O2 dentro del
cristalino, que no es simétrica ya que no se observa el fenómeno equivalente en la cara posterior del mismo.
Los mencionados autores34 también verifican que la vitrectomía produce un duradero aumento (varias semanas) de
concentración de O2 dentro del cristalino y en el vítreo, que
puede ser más de dos o tres veces los niveles normales en
ambas localizaciones. Esto se considera una buena razó para
explicar la conocida asociació entre vitrectomí y catarata nuclear postoperatoria.
En otro estudio35 detallado, practicado en conejos in vivo,
se estudiaron los perfiles de pO2 intraoculares, pero sin penetrar en el cristalino. Recogemos algunos de los hallazgos.
Los niveles de oxígeno fueron máximos en estructuras periféricas del globo ocular cercanas a las zonas vasculares del
mismo (retina e iris), exhibiendo la córnea los niveles máximos. Todos los valores descienden hacia el cristalino. La superficie anterior del cristalino está expuesta a niveles mayores de O2 que su región ecuatorial y la región posterior. En la
parte posterior del cristalino los niveles son de unos 6 mm
Hg respirando O2 al 20% y unos 3 mm Hg respirando O2 al 1315%, al mismo ritmo respiratorio. No obtuvieron datos de concentración dentro del cristalino pero, presumiblemente, deben ser menores de 6 mm Hg. Los niveles altos de córnea no
bajan al respirar O2 al 13-15% (hipoxia), sugiriendo su origen
atmosférico precorneal.
Los perfiles hallados se explican bien considerando que
O2 entra primariamente al globo ocular desde los vasos retinianos e iridianos, asi como por difusión a través de la córnea
central. Los autores35 parecen sugerir que la córnea central y
la periférica no se comportan de la misma forma respecto a
permeabilidad al O2. La distribución no uniforme de vasos en
la retina da valores variables de concentracion de O2 en su superficie vítrea. Interesantemente, demuestran lo fácil que es
modificar el perfil de pO2 dentro del ojo al variar la pO2 del aire
que el conejo respira, y su frecuencia respiratoria. Para que las
comparaciones sean válidas se debe exigir que estos parámetros respiratorios se tengan en cuenta.
Shui35 también observa que tras vitrectomia los niveles
de O2 suben en el vítreo a niveles de 72,4 y 78,6 mm Hg en
la superficie posterior del cristalino, apoyando las conclusiones del estudio mencionado previamente.
Usando un sistema in vitro (cristalino de vaca de 2 g incubado en una solución salina parecida al humor acuoso con
106
una concentración al 5% de O2, similar a la que rodea al cristalino in vivo), McNulty36 observa valores de 1-2 mm Hg en el
núcleo del cristalino y, por tanto, gradientes corticales muy
marcados respecto al baño. Estos son los niveles más bajos
publicados en relación con el núcleo de todos los citados,
pero las condiciones analíticas no son comparables.
La conclusión general sobre pO2 en el cristalino es que,
aunque los valores absolutos de pO2 dentro y en la superficie
del cristalino varían según autores, son los más bajos del interior del globo ocular.
Solubilidad de O2 durante cirugía ocular y otra
implicaciones
Dada la elevada concentración de O2 en el aire (21%, 155
mmHg) y la dependencia de temperatura de la solubilidad de
los gases (la solubilidad aumenta al bajar la temperatura), se
pueden dar situaciones especiales durante la cirugía oftálmica que conviene tener en cuenta para evitar la exposicion del
cristalino y otros tejidos oculares a condiciones de estrés oxidativo evitable. Barbazetto34 describe que la solución salina
BSS, usada para reemplazar vítreo, justo al abrir la botella
muestra una pO2 de 70 mmHg a temperatura ambiente, lo
cual refleja que fue autoclaveado. Expuesto el contenido al
aire a temperatura ambiente, la concentracion de O2 sube
hasta llegar eventualmente a 160 mm Hg en poco menos de
1 hora. Cuando se calienta a 39° C (temperatura corporal del
conejo) la solubilidad disminuye y el exceso de O2 se libera
hacia los tejidos incluído el cristalino, que es expuesto momentáneamente a concentraciones elevadas de O2. Se presume entonces que el ojo pueda estar expuesto a estos niveles
de O2 durante la vitrectomía, con el consiguiente riesgo oxidativo. McNulty36 describe básicamente el mismo problema: si
una solución salina (AAH) es enfriada temporalmente antes
de ser usada en cirugía, se carga de O2, que luego, al calentarse en contacto con los tejidos, los inunda con O2 creando
un riesgo evitable.
Otra propiedad de O2 de interés fisiológico es que su solubilidad en solventes orgánicos es mayor que en soluciones
acuosas. Las membranes celulares, por tanto, no son barrera para la difusión de O28; por el contrario, pudieran representar un medio preferencial de difusión. Esto explicaría la facilidad con que O2 difunde en el cristalino36, tan rico en
membranes celulares, y que O2 hiperbárico conduzca a la formación de cataratas nucleares37.
Peróxido de hidrógeno
Desde finales de la década de los años 70 se ponían los
niveles promedio de peróxido de hidrógeno en el humor acuoso de varias especies animales en el rango de 25 a 60 µM.
Cuando se describió el hallazgo de niveles significativamente
más altos en el humor acuoso de personas con cataratas se-
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
niles38, se comenzó a considerar seriamente la posibilidad de
que H2O2 del humor acuoso (también detectable en el cristalino a concentraciones parecidas) fuese un agente oxidante
cataratogénico importante en el ojo. De hecho, H2O2 se convirtió en uno de los compuestos más frecuentemente utilizados como fuente de estrés oxidativo experimental al que se
somete el cristalino, al ser el más digamos «fisiológico». Por
extensión lógica de estas ideas se hicieron intentos de diseñar peroxidasas apropiadas que pudiesen servir para prevenir las cataratas seniles39.
Salvo raras excepciones, los niveles de H2O2 en el humor
acuoso se establecieron siempre con el método del diclorofenolindofenol (DCPIP). Lo atractivo de este sencillo e ingenioso método es que permitía determinar, al mismo tiempo, los
niveles de ascorbato en el humor acuoso.
La Fig. 5 recoge el procedimiento cuando se hace con un
espectrofotómetro que permite el registro continuo de la reacción40. Cuando DCPIP está oxidado tiene un color azul que
se revela por su absorbancia a 605 nm. En la Fig. 5 esto corresponde al trazo que comienza a tiempo 0 a un nivel de absorbancia poco mayor de 0,60 unidades. Al añadir ascorbato,
o humor acuoso que contiene ascorbato, DCPIP se reduce, y
Fig. 5. Cuantificación de peróxido de hidrógeno (H2O2) con diclorofenol indofenol (DCPIP). Al principio del registro se observa la absorbancia de DCPIPox (azul) a 605 nm, justo por encima de 0,6 unidades. Al
añadir ascorbato (o humor acuoso) donde indica la punta de flecha,
poco antes de los 2 min de registro, la línea cae indicando que DCPIPox
se ha reducido a DCPIPred (leuco). La adición de peroxidasa (doble punta de flecha) provoca un pequeño aumento en la absorbencia que es debido al H2O2 acumulado por la autoxidación de DCPIPred en los casi 3
min transcurridos desde la adición del ascorbato a la mezcla de reacción.
Si estuviéramos analizando una muestra de humor acuoso, este H2O2 se
añadiría a cualquier cantidad de H2O2 que estuviese realmente presente
en la muestra. La adición posterior de 10 nmoles de H2O2 provoca una
reoxidación cuantitativa de DCPIPred, manifestada como una subida en
absorbencia de la mezcla. El trazo superior en la zona de 3 a 7 min representa a mayor amplificación la respuesta a la adición de 2 nmoles de
H2O2. Obsérvese la tendencia de la línea base a subir poco a poco, reflejo de la mencionada autoxidación de DCPIPred. Gráfica adapatada de:
García-Castiñeiras40.
pierde su color azul. El trazo, en la figura, cae verticalmente.
La concentración de ascorbato añadido, o del presente en el
humor acuoso, puede calcularse sobre el nivel de absorbancia residual a 605 nm, mediante estándares de concentración conocida de ascorbato. Si luego añadimos a la mezcla
de reacción una alicuota de peroxidasa (POX), el trazo de absorbancia sube si hay H2O2 en el medio, ya que DCPIPred se
reoxida segun la reacción:
POX
=
DCPIPox + 2H2O
DCPIPred + H2O2
La subida es proporcional a la concentracion de H2O2 en
la muestra.
Al utilizar el mencionado método, los autores40 observaron algo preocupante: el trazo de absorbancia residual de
DCPIPred siempre mostraba una tendencia a subir espontáneamente sin ninguna adición de peroxidasa, indicando que
DCPIPred está reoxidándose espontáneamente en presencia
de oxígeno. Y se puede demostrar fácilmente que en esa reoxidación se esta produciendo H2O2:
DCPIPred + O2
=
DCPIPox + H2O2
El peróxido producido se añade al peróxido que pudiera
haber existido en la muestra, y ambos reaccionan igual en
presencia de la peroxidasa. Esto conduce a una hiperestimacióon de H2O2 en la muestra, o a hacer que parezca que hay
H2O2 donde no lo hay. Corregir este problema no es fácil por
las razones discutidas ampliamente en el trabajo original.
Pero sí podemos hacer la reacción tras desplazar lo más posible el oxígeno del medio de reacción con argón. En estas
condiciones se reduce al mínimo la autooxidación de DCPIPred, y lo que era antes una concentración aparente de 25
µM H2O2 en el humor acuoso se convierte ahora en alrededor
de 1 µM H2O2. Y si se hubiera podido suprimir del todo la autoxidacion de DCPIPred, hubiera desaparecido el H2O2 del humor acuoso. Todavía pudiera existir, sin embargo, pero a niveles inferiores al límite de detección del método (que es de
aproximadamente 0,25 µM).
Usando el método del DCPIP sin precauciones especiales, siempre existe una correlacion directa entre la concentración de ascorbato y la de H2O2: cuanto más alto sea el nivel
de ascorbato en la muestra analizada más rápida será la autooxidación del DCPIPred y más elevada será la aparente concentración de H2O2 encontrada. Esto llevó a la cuestionable
interpretación, de que el origen del aparente H2O2 en el humor acuoso es la autooxidacion de ascorbato41. Pero bajo
ningún concepto está garantizada esta conclusión, la cual solamente depende de un artefacto metodológico. Curiosamente, sin embargo, la idea de que ascorbato es el origen de peróxido en el humor acuoso persiste en la literatura34.
Entre las consecuencias beneficiosas derivadas de esta
historia, sin embargo, está el hecho de que prácticamente ya
no se hacen experimentos en presencia de 100 ó 200 µM
H2O2 para estudiar los efectos patológicos de H2O2 sobre el
cristalino. Estos niveles pudieran ser fácilmente hasta 1.000
107
II. FUNDAMENTOS
veces mayores de las concentraciones reales en el humor
acuoso; en adición, se ha popularizado como fuente de estrés oxidativo el uso de niveles hiperbáricos de O2, que es de
mucha más transcendencia clinica37.
Tabla III. Estrés mecánico durante la acomodación:
consecuencias
Desplazamiento de unas fibras sobre otras
Tracción sobre fibras ecuatoriales: posibilidad de rotura
Fragilidad progresiva de fibras centrales
ACOMODACIÓN
El reflejo de acomodación
La acomodación es el proceso que permite enfocar sobre
la retina la imagen de los objetos a diferentes distancias42-45.
Estando el ojo emétrope enfocado normalmente a infinito, la
acomodación permite llevar a foco los objetos cercanos. El
cristalino está directamente envuelto en este proceso, ya que
es capaz de cambiar de forma, para que ocurra la acomodación (Tabla II). Los otros elementos refractivos del ojo no son
capaces de modificar su forma para ajustar el foco sobre la
retina. El ojo no acomodado tiene un poder refractivo total de
60 dioptrías (D), de los que corresponden unas 40 D fijas a
la córnea y unas 20 D fijas al cristalino. Cuando el cristalino
se acomoda contribuye hasta 10 D adicionales de poder refractivo, que tienen la relevancia particular de que son variables y representan el ajuste focal fino para los objetos cercanos. En resumen, el cristalino puede contribuir un poder
refractivo de 30 D totales, de las que 1/3 aproximadamente
representan un poder refractivo variable.
Acomodación como fuente de estrés mecánico46,47
El fenómeno de la acomodación representa una fuente de
estrés mecánico continuo al que está sometido todo el cristalino, estrés que puede llevar a la producción de lesiones en sus fibras. La miopia impone un estrés mecánico adicional sobre el
cristalino al estar la zónula en tensión durante más tiempo de lo
normal, lo que, consecuentemente, convierte a la miopía en un
factor de riesgo para desarrollar catarata asociada a la edad46.
Este estrés mecánico (Tabla III) puede derivar en: 1) Desplazamiento obligado de unas fibras sobre otras, particularmente en zonas donde las fibras corticales se desplazan sobre la fibras de la región nuclear del cristalino que ya se están
endureciendo; 2) Tracción de la zónula sobre las fibras de la
región cortical/ecuatorial del cristalino, que tira de la parte
media de las fibras, haciendo posible la rotura de alguna de
ellas; y 3) Fragilidad progresiva de las fibras centrales que se
están esclerosando.
Tabla II. Cambios morfológicos durante la acomodación
Ojo no acomodado
•
•
•
•
•
Músculo ciliar relajado
Foco en infinito
Cristalino aplanado
Zónula tensa
Cápsula tensa
108
El estímulo adecuado para la acomodación es la borrosidad de la imagen retiniana42,43. Pero se desconoce el mecanismo exacto de como la retina se informa de cuál es el movimiento
correctivo
adecuado,
acomodación
o
desacomodación. Se trata de un reflejo rápido y complejo que
puede procesar muy variada información, como aberraciones
esféricas y cromáticas, cambios en el tamaño de la imagen y
juicio sobre distancia aparente de la imagen. También puede
provocarse intencionalmente lo que sugiere que en el reflejo
de acomodación pueden estar envueltos los más elevados niveles cognoscitivos y de procesamiento visual48.
La rama aferente del reflejo es el nervio óptico y la eferente son las neuronas del núcleo de Edinger-Westphal que
envían señales al músculo ciliar vía sinapsis en el ganglio ciliar. La contracción del músculo ciliar hacia adelante y adentro, que actúa en este caso como un esfinter, ejecuta el proceso de acomodación del cristalino, que lleva de nuevo la
imagen sobre la retina.
Asociados con la acomodación se dan varios fenómenos45:
1. Aumento de las curvaturas anterior y posterior del
cristalino, particularmente de la anterior.
2. Desplazamiento anterior del centro del cristalino y de
su polo anterior. La cámara anterior se hace más plana. Se cree que el polo posterior no se mueve, por
efecto de la presencia del vítreo.
3. El núcleo del cristalino aumenta de grosor y se abomba hacia delante, el córtex que recubre el núcleo no
cambia de espesor.
4. El diámetro ecuatorial del cristalino se reduce.
5. El ángulo de la cámara anterior se ensancha periféricamente.
La acomodación se acompaña normalmente de miosis
(que aumenta la profundidad de foco) y de convergencia (para
mantener la fijacion bifoveal).
Estos tres fenómenos, acomodacion, miosis y convergencia, constituyen la triada de visión cercana42,44.
Plasticidad y elasticidad de cápsula y cristalino42-44
Ojo acomodado
•
•
•
•
•
Músculo ciliar contraido
Foco cercano
Cristalino engrosado
Zónula relajada
Cápsula relajada
El cristalino jóven es fácilmente deformable bajo presión
pero su elevada elasticidad permite que recupere la forma original una vez liberada la presión. Bajo la tensión de la zónula,
la cápsula distribuye las fuerzas que recibe sobre todo el cristalino, ya que es una capa de colágeno inextensible que se ha
enriquecido en entrecruzamientos moleculares con la edad.
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
En consecuencia, el cristalino se aplasta. Cuando la zónula
pierde la tensión, las fuerzas elásticas del propio cristalino y
las de la cápsula, hacen que recupere su forma de reposo original para aumentar su poder refractivo. Es posible que ciertos elementos del citoesqueleto (actina, vimentina, microtúbulos, spectrina, actinina, etc.) estén envueltos en el proceso.
También es posible, aunque especulativo, que el cristalino
pueda regular su volumen en función de la acomodacion, para
tensar la cápsula y facilitar el efecto de la zónula.
Para mantener la integridad anatómica de la estructura
celular del cristalino durante estos desplazamientos, las fibras se enriquecen en uniones intercelulares que tienden a
mantener su cohesividad, evitando que se separen a consecuencia de las fuerzas disociativas de acomodación. Las
uniones entre las fibras van aumentando en densidad y complejidad hacia el nucleo4. Los nombres de estas uniones reflejan su capacidad de ensamblaje al formar estructuras complementarias, que las asemejan a un «velcro» biológico44:
balls and sockets, outpocketings and infoldings, flaps and imprints, tongue and groove, microvilli, furrowed membrane, etc.
Estas uniones, sin embargo, pudieran quebrarse si la fuerza
que reciben es suficiente, originando una lesión de la membrana de la fibra o una dehiscencia de fibras. Se cree que, en
muchos casos, estas lesiones microscópicas podrían aislarse y curarse. Además de estas estructuras existen también
las suturas que contribuyen de modo importante a la interdigitación de las fibras y otras formaciones en las membranas
de las fibras que se cree tienen que ver más bien con moléculas de adhesion intercelular.
Se ha afirmado que las fibras no pueden desplazarse
unas sobre otras, por las uniones intercelulares, sino que los
cambios de forma del cristalino deben ser debidas a desplazamientos del citoplasma de las fibras. Es muy posible, sin
embargo, que, con el tiempo, el propio citoplasma de las fibras maduras tenga las mismas dificultades para desplazarse que las membranas de las fibras.
Presbiopía
La acomodación puede aumentar el poder dióptrico del
cristalino hasta en 10 ó 12 D. La amplitud máxima de acomodación se da entre los 10 y 20 años de edad. Luego decrece
constantemente sin que nos demos cuenta. Cuando llega a
3,75 D, la situación es definida como presbicia o presbiopía
y es entonces cuando tenemos la sensación de haber perdido la capacidad de ver de cerca. Esto puede aparecer como
algo relativamente repentino, pero en realidad ha requerido
una evolución de 45 años de edad de promedio. Hacia los 50
años desaparece la capacidad de acomodación.
La presbiopía comienza antes y es de progresión más rápida cerca del ecuador que en latitudes más frías49,50. Lo mismo ocurre a baja altitud respecto al nivel del mar. Este factor
geográfico se ha atribuido a la temperatura49,50. La temperatura, desde luego, puede ser un factor que acelera cualquier
Fig. 6. Las fuerzas que afectan a la forma del cristalino. En el estado
no-acomodado la zónula tira de la capsula, provocando fuerzas que tienden a aplastar el cristalino. En el estado de acomodación, la zónula se relaja debido a la contracción del músculo ciliar y la elasticiad inherente de
la cápsula y del cristalino crean fuerzas dirigidas hacia afuera que permiten que éste se expanda antero-posteriormente; en la región ecuatorial, por el contrario, las fuerzas se dirigen hacia adentro y hacen que el
diámetro ecuatorial del lente disminuya. Adaptado de: Oyster44.
proceso de envejecimiento, por ser precisamente un factor general de aceleración de las reacciones químicas.
Por su posición dentro del ojo, y por ser avascular, el cristalino no tiene la temperatura central del organismo, sino que
es influenciable por la temperatura ambiental51. El proceso
molecular que hace perder elasticidad al cristalino es, pues,
probablemente dependiente de la temperatura ambiental, retrasable al bajar ésta, y acelerable al subirla.
Aunque hay factores extralenticulares de menor influencia que pueden contribuir a la presbiopía (geometría de la inserción zonular, envejecimiento del músculo ciliar, entre
otros), se cree que este fenómeno óptico se origina en la propia sustancia del cristalino (teoría de Finchman)43,44, que se
hace mas rígida con la edad, en un proceso lento que coincide temporalmente con la reducción progresiva de la amplitud
de acomodación. Con el músculo ciliar relajado, el cristalino
cada vez responde menos al efecto de la tensión de la zónula sobre la cápsula, que tiende a aplanar el mismo. Y, tras la
contracción del músculo ciliar, el cristalino recupera con mayor dificultad su forma acomodada y la cápsula pierde la elasticidad que trabajaba en la misma dirección.
Todo sugiere que el aumento de rigidez o dureza de la
sustancia del cristalino no implica pérdida de transparencia
del mismo, pero sí puede implicar cambios moleculares similares que no tienen relación directa en una etapa precoz con
la pérdida de transparencia. Sería necesario un nivel adicional de nuevas modificaciones para provocar la disminución de
la transparencia del cristalino.
109
II. FUNDAMENTOS
Una relación entre estos procesos fue ya propuesto por algunos autores en el pasado52, pero se enfrenta con el desconocimiento que aún tenemos de la química envuelta en el envejecimiento normal y anormal del cristalino y con la sensación
clínica subjetiva de que estas condiciones no tienen nada que
ver entre sí: la presbicia nos afecta la visión cercana a los 45
años y las cataratas nos bloquean la vista a los 70.
TRANSPARENCIA DEL CRISTALINO
El conservar la transparencia del cristalino es clave para
conservar su función a lo largo de la vida. El envejecimiento
y otros factores bien conocidos la comprometen y son la causa del empeoramiento de la calidad visual, hecho que puede
condicionar la necesidad de cirugía.
La luz que penetra en el ojo53,54
El ojo posee tejidos transparentes a la luz visible (longitudes de onda entre 400 nm y 750 nm) para que ésta pueda
llegar, sin impedimento, hasta la retina y se pueda iniciar ahí
el fenómeno de la visión.
Poca radiación nos llega de la atmósfera por debajo de
295 nm. Pero la que llega es absorbida por la córnea, que deja
pasar solamente longitudes de onda por encima de 295 nm.
La radiacion UV entre 295 y 400 nm penetra hasta el cristalino que, parcialmente, la absorbe en función de la edad del
individuo. A ese rango es al que pertenecen la radiación biológicamente activa UV-B (295-315 nm) y UV-A (315-400 nm).
A la retina comienza a llegar radiación sobre 380 nm y todo
el espectro visible.
En la región infrarroja del espectro, el patrón de transmitancia de los medios oculares se parece mucho al mostrado
por el agua. La absorción de estas energías supone riesgo de
daño térmico.
Ascorbato en humor acuoso
El ascorbato muestra un pico de absorción máximo hacia
265 nm, pero exhibe absorción terminal hasta unos 310
nm55. Dada la concentración elevada de ascorbato (mayor de
1 mM) en el humor acuoso humano y de animales con hábitos
de vida diurnos, éste compuesto puede contribuir a absorber
radiacion UV-B menor de unos 310 nm56, que de otro modo llegaría al cristalino. Al mismo tiempo puede suprimir fluorescencia del humor acuoso en la región UV-A. A través de estos mecanismos, y junto a su efecto antioxidante, el ascorbato de
humor acuoso representa un mecanismo adicional de protección ocular que puede beneficiar más que nada al cristalino.
El cristalino se tiñe de amarillo con el tiempo
El cristalino debe ser transparente durante toda la vida
del individuo a la radiación visible, para que le sea verdaderamente útil. Esto puede implicar muchos años en el caso de
ciertas especies animales de larga vida.
A medida que el cristalino envejece se vuelve cada vez
más amarillo y llega a adquirir hasta una tonalidad marrón en
el centro (ver, en el apartado correspondiente, «Modificaciones postsintéticas de las cristalinas»). Este hecho es debido
a la acumulación de pigmentos en sus proteínas que van absorbiendo una proporción cada vez mayor de la radiación UVA y azul que pasa por el cristalino, de manera terminal. Se trata de un proceso normal de envejecimiento que no interfiere
en realidad con la visión a no ser que progrese hasta un grado en que la absorción terminal invada regiones amplias del
espectro visible y reduzca hasta un punto crítico la cantidad
de luz que pasa hacia la retina.
Que el cristalino se torne amarillo tiene ciertas consecuencias favorables: 1) Disminuir la aberración cromática del cristalino; 2) Proteger a la retina de los efectos nocivos de la luz UV
que haya rebasado la córnea; y 3) Ser reflejo de un proceso controlado de estabilización estructural del cristalino que aumenta
su capacidad de permanecer transparente con el tiempo.
Absorción y dispersión
La luz visible que penetra en el ojo puede no llegar a su
destino, la retina, por dos razones fundamentales: 1) Por ser
absorbida; o 2) Por ser dispersada53. Tanto absorción como
dispersión hacen que la luz que sale del medio absorbente o
dispersante sea de menor intensidad que la luz incidente.
1. Absorción
Fig. 7. Transmitancias espectrales cumulativas en las superficies posteriores de los componentes oculares indicados. Los datos son the transmitancia directa y corresponden a un adulto jóven o niño, según Boettner
y Wolter (Invest Ophthal 1962; 1: 776-783). Adaptado de: Atchinson53.
110
La luz absorbida se utiliza para hacer pasar las moléculas que la absorbieron a un estado excitado que se disipa de
varias maneras. Si la luz se reemite (fluorescencia) lo hace
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
con energía menor (mayor longitud de onda). Ninguno de los
aminoácidos normales que forman parte de una proteína absorben luz visible, por lo que incluso grandes concentraciones
de proteína no causan pérdida de transparencia por absorción en la región visible del espectro.
Por otro lado, como los tejidos transparentes del ojo
son avasculares, carecen de los grupos cromofóricos de la
proteína hemoglobina que puedan interferir con la visión.
Desde el punto de vista metabólico estos tejidos sobreviven a base, sobretodo, del metabolismo anaeróbico de glucosa, que no necesita del concurso de los citocromos y
otros pigmentos respiratorios mitocondriales que también
poseen grupos cromofóricos. En el cristalino, las mitocondrias están limitadas al epitelio anterior y capas superficiales de fibras en vías de diferenciación36. Ello representa un
espesor pequeño de la estructura, que no interfiere con la
transmisión de luz visible. Solamente los pigmentos de envejecimiento del propio cristalino van aumentando con la
edad y pueden influir sobre la percepción de color, pero son
en realidad compatibles con un elevado grado de transparencia por muchos años.
Así que quedan los fenómenos de dispersión como mecanismo fundamental de pérdida de transparencia en el cristalino.
Considerando a la luz como fotones (partículas) en movimiento, también podemos describir el fenómeno de dispersión
como producido por la existencia de heterogeneidades en el
medio, debidas a cambios o fluctuaciones en su índice de refracción (densidad). Se admite también que simples cambios
en la orientación de materiales birrefringentes (ópticamente
activos), como los relacionados con el citoesqueleto, presentes en el medio también pueden ocasionar dispersión60.
Transparencia de los medios oculares
Los medios oculares pueden ser transparentes por razones varias. Es fácil explicar porqué el humor acuoso, e incluso el vítreo, por ejemplo, son transparentes; al tratarse de líquidos homogéneos acuosos con una concentración muy
baja de proteínas apenas se producen fenómenos de dispersión. Al aumentar la concentracion proteica, sin embargo, el
humor acuoso se torna inmediatamente turbio u opalescente.
Esto ocurre, por ejemplo, cuando se produce el llamado humor acuoso secundario por ruptura de la barrera hematoacuosa, que lleva a la inundación del humor acuoso con proteínas
plasmáticas.
Transparencia en el cristalino
2. Dispersión (scattering)
El tratamiento de los fenómenos de dispersión es complejo y depende de numerosos factores53,57-60: 1) Tamaño de
las partículas en relación a la longitud de onda que los atraviesa; 2) Forma de las partículas; 3) Fluctuaciones en el índice de refracción del medio; 4) Grado de independencia de los
centros de dispersión; y 5) Grado de regularidad estructural
del medio.
Los fenómenos de dispersión resultan en turbidez u opalescencia del medio, no así los de absorción.
La luz, por ser radiación electromagnética, es capaz de inducir dipolos oscilantes en las moléculas o átomos con los
que tropieza, con lo cual cada centro de dispersión se convierte en un centro de reemision de luz. En el caso sencillo de
scattering de Rayleigh o elástico cada centro de dispersión se
comporta como independiente de los demás, la luz dispersada es de la misma longitud de onda que la incidente y su intensidad es proporcional al inverso de la cuarta potencia de
la longitud de onda que se dispersa. En otras palabras, la intensidad de la luz dispersada cae rápidamente al aumentar la
longitud de onda de la luz. Es por esto que la luz azul se dispersa más intensamente que la luz roja53,59,60.
En el caso de que las partículas sean mayores que la longitud de onda de la luz, cada partícula contiene varios dipolos
que pueden interaccionar entre ellos, por lo que el tratamiento se hace mucho más complejo que en el caso anterior. Sin
embargo, se cumple que cuanto mayor sea el área seccional
de la partícula mayor será el grado de dispersión53,59.
Más complejo es el fenómeno de la transparencia de la
córnea o del cristalino, por contener estructuras celulares y representar soluciones muy concentradas de proteínas. En principio, la dispersión mostrada por el cristalino es mayor que la
de la córnea, ya que se trata de un tejido celular de bastante
mayor grosor que la córnea (4 mm vs 0,53 mm, en el centro).
Aun así, es muy poca la luz dispersada por el cristalino (5%).
La transparencia de un objeto se asocia en principio con
poseer una estructura molecular típica de los cristales, en la
que los átomos ocupan posiciones invariantes dentro de una
matriz geométrica ordenada y rígida (cristalina). En estas circunstancias se produce el fenómeno de interferencia destructiva que hace desaparecer el fenómeno de dispersión, al anularse entre sí las emisiones que están fuera de fase,
procedentes de los distintos centros de dispersión. Al tener
la luz una longitud de onda mucho mayor que el tamaño de
los átomos individuales de la matriz cristalina también disminuye la probabilidad de que ocurra la interacción, sobreviviendo gran parte de la luz que camina hacia el frente.
Al cristalino se le consideró en algún momento como una
estructura paracristalina57, por mostrar un elevado grado de
orden, estructuralmente hablando y a varios niveles. Sin embargo, pudo definirse posteriormente que la condición de
transparencia solamente exige que exista un elevado grado
de orden localmente y no una estructura cristalina tridimensional extendida. Se compara la situación con la que se da
en el vidrio, que es transparente, pero no consiste en una estructura estrictamente cristalina58,59.
111
II. FUNDAMENTOS
En la medida que disminuye el orden (cristal > líquido)
disminuye el grado de interferencia destructiva que se produce, y por tanto, aumenta la dispersión.
El citoplasma de las células del cristalino carece de organelos y tiene una textura granular fina (tamaño menor 20 µm)
compatible con gran calidad óptica, compuesta de las cristalinas y del citoesqueleto, de elevado índice de refracción (la
concentración proteica es del 35%).
Las membranas de las fibras son las que contribuyen
más a la dispersión mencionada del 5%, porque tienen un índice de refracción mayor que el del citoplasma. De hecho las
membranes dan débiles patrones de difracción, que son suficientemente débiles como para no degradar apreciablemenne la imagen, aunque pueden producir halos alrededor de objetos brillantes53,59,61.
La elevada concentración de proteína en el cristalino, además de aumentar su índice de refracción, facilita su transparencia61. Este hecho podría parecer contradictorio en principio,
pero tiene su explicacion en la teoría física de la dispersión.
Explicado de la manera más sencilla posible, una concentración alta de proteína facilita el orden estructural, respecto a la
situación en que la concentración es baja y cada centro de dispersión se mueve con libertad respecto a los otros. Cuando
los centros de dispersión son independientes y se mueven al
azar, la dispersión es máxima. Cuando los centros de dispersión dejan de moverse al azar, porque interaccionan unos con
otros, hay más orden y se facilita la transparencia. Por eso, la
mera dilución del material del cristalino por agua osmótica imbibida da directamente un aumento de turbidez, aunque la
concentracion local de proteína haya bajado.
Sin tener en cuenta la regularidad estructural y para centros independientes de dispersión, la intensidad de la luz dispersada aumenta con la concentración y el peso molecular de
la partícula.
Gradientes proteicos en el cristalino
Una funcion importante del cristalino es enfocar las imágenes sobre la retina. El poder refractivo del cristalino depende de su índice de refracción respecto a los líquidos que lo rodean y de la curvatura de sus superficies anterior y posterior.
El índice de refracción promedio del cristalino es 1,420 y
el de los líquidos que lo rodean, el humor vítreo y el humor
acuoso, es de 1,33661. El índice de refracción de la cápsula
no es diferente del de estos últimos. El índice de refracción
es máximo en la región central del cristalino y mínimo en la
región periférica del mismo. Este elevado índice de refracción
se debe a las proteínas de las fibras del cristalino, cuya concentración tiende a ser máxima, por lo general, en la región
nuclear del mismo y disminuye en dirección ecuatorial y axial
hacia la corteza.
La microrradiografía cuantitativa permite establecer la
distribución de concentración de proteína (peso seco/ml) de
polo anterior a polo posterior a lo largo del eje visual en zo112
nas pequeñas del cristalino. En la rata, por ejemplo, Philipson62 encontró un gradiente continuo de concentración de
proteína en todas las edades, a partir de unos días de vida.
La concentración de proteína aumenta continuamente hacia
el centro del cristalino, tanto a lo largo del eje visual como del
eje ecuatorial.
En el cristalino humano el gradiente es solamente semicontinuo63: hay una región central de índice de refracción
máximo pero constante y una zona periférica en que va subiendo el índice de refracción progresivamente hacia la región central, en una distancia de unos 0,5 mm. La concentración máxima de proteína aumenta algo con la edad. La
región de concentración constante representa un promedio
del diámetro a lo largo del eje visual de 75%, con tendencia
a los valores más altos (80%) en cristalinos de mayor edad
(70-80 años). El cambio más significativo de concentración
proteica ocurre en las regiones subcapsulares anterior y posterior.
Un gradiente de índice de refracción tiene la ventaja óptica de que disminuye la aberración esférica del cristalino, fenómeno que tiende al desenfoque de la imagen; en ausencia
de un índice de refracción cambiante los rayos de luz son refractados por la parte periférica del cristalino más intensamente que los que pasan cercanos al centro convirtiendo al
foco en una línea focal y no un punto focal53,61.
Estos gradientes continuos o semicontinuos de concentración proteica pueden generarse mediante dos mecanismos de compactacion de las fibras del cristalino.
Compactación del cristalino
Este fenómeno puede implicar dos tipos de proceso diferentes:
1. En el primer caso, compactación tipo 1, las fibras pierden parte de su material interno, que no se sustituye,
así que la concentración de lo que se pierde es de la
misma concentración de lo que queda. Las fibras deben encojerse para compensar por la pérdida, y por lo
tanto se compactan, pero lo que tienen dentro en realidad no aumenta en concentración, es decir, no hay
cambio en el índice de refracción. Existe evidencia inmunológica clara de que el cristalino está continuamente soltando a circulación fragmentos de sus proteínas cristalinas, lo cual apoya la plausibilidad de este
mecanismo de compactación en el cristalino humano
(ver «Modificaciones post-sintéticas del cristalino»).
2. En la compactacion tipo 2, las fibras pierden agua por
deshidratación, lo cual hace que la concentración de
proteína que queda en las fibras aumente, con aumento del índice de refracción. Este es típicamente un
fenómeno sinerético (ver más adelante), que puede
pasar desapercibido desde el punto de vista inmunológico si no se transfieren a la circulación péptidos derivados.
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
SUTURAS
Las fibras secundarias maduras pueden tener hasta 8-10
mm de longitud, lo cual representa una considerable elongación, pero no les permite cubrir toda la circunferencia del cristalino. Se dice, por tanto, que las fibras no representan meridianos verdaderos en ninguna de las capas concéntricas, ni
su polo anterior se encuentra nunca con su polo posterior. El
proceso ha sido particularmente bien estudiado por Kuszak4,64. La fibra que se origina en un polo no llega a alcanzar
al otro polo, sino que se queda corta. El espacio que falta, sin
embargo, lo van a ocupar los extremos correspondientes de
otras fibras adyacentes que se han originado más ecuatorialmente, desplazadas unas sobre otras. Cuando las fibras alcanzan su sutura dejan de elongarse. La línea en que se funden los extremos de las fibras se denominan suturas.
Cuando consideramos no solamente una capa sino todo el
espesor del cristalino, las suturas forman planos de sutura
(Fig. 8). Las suturas son regiones de gran desorden de las
membranas que las forman, por la abundancia de interdigitaciones que comprometen la calidad óptica.
Sin embargo, cuanto más complejo es el patrón de suturas (como en primates) menos es el efecto disruptor, porque
los planos son de menor superficie y muchos están alejados
del eje visual64. El mismo autor ha adelantado otra posibilidad sobre la función de las suturas en el cristalino, que es
considerarlas lugares de intercambios intensos de tipo endocítico, fundamentales para la supervivencia metabólica del
cristalino a largo plazo, siendo su efecto óptico negativo simplemente un mal menor65.
El patrón de suturas es variado, dependiendo de la especie animal: suturas de una línea, una posterior y otra anterior,
suturas en forma de Y (tres líneas), etc. También, dentro de una
misma especie, hay variaciones morfológicas según la fase de
desarrollo (Fig. 8; Tabla IV). En el núcleo embrionario del cristalino humano no hay suturas; en el núcleo fetal las suturas son
tipo Y (tres líneas), una anterior y otra posterior invertida; en el
núcleo infantil son tipo estrella sencilla, de 6 líneas; en el núcleo adulto son de 9-10 líneas (estrella) que convergen en cada
polo, y con zonas de convergencia de líneas alejadas de los polos; finalmente, en la corteza de un cristalino adulto (20 años
o más) se pueden distinguir 10-14 líneas (estrella compleja).
Garland66 describe un método para disecar cristalinos humanos (obtenidos del National Disease Research Interchange
en Philadelphia, PA) que utiliza el patrón de suturas como guía.
Tiene gran interés porque es precisamente el patrón de suturas lo que establece las líneas de discontinuidad en la imagen
de un cristalino en la lámpara de hendidura67. En este método existe un plano de fácil disección en todos los cristalinos
adultos que aparece cuando el cristalino se reduce en diámetro a 7 mm. Esta zona de discontinuidad establece el límite entre corteza y núcleo. Dependiendo del diámetro total del cristalino, el núcleo representa entre el 64 y el 87% del diámetro
total. El núcleo así definido contiene el núcleo embrionario (a
los tres meses de gestación, contiene fibras primarias), el fe-
Fig. 8. Tipos de núcleos reconocidos en el cristalino y organización
de suturas y cápsula. Los diferentes núcleos que se reconocen en el
cristalino (A), las suturas en Y del núcleo fetal (en morado la anterior, en
rojo la posterior) (B), y el complejo patrón sutural estrellado de la cápsula de un lente adulto humano (C). Adaptados de: A) Procede de Kuszak4; B) Procede de Brown5; C) Procede de: Kuszak (Kuszak JR, Bertram
BA, Macsai MS, Rae JL. Sutures of the crystalline lens: a review. Scanning Electron Microsc 1984; III: 1369-1378).
tal, el infantil y el adulto. Alcanzada la superficie del núcleo
adulto, su patrón de suturas es más difícil de ver. Continuando la disección del núcleo se perciben por lo menos dos planos adicionales de fácil disección, uno que define la interfase
entre el núcleo adulto y el infantil (5,5 mm de diámetro) y el
otro la superficie del núcleo fetal (4 mm de diámetro).
El núcleo definido según Garland66 es mayor que el que
otros autores definen. Por ejemplo, unos consideran núcleo el
núcleo embrionario más el fetal, es decir, el cristalino que
existe al nacer67. El resto que se deposita tras el nacimiento
lo consideran corteza. Kusak4 define un núcleo parecido al de
Garland66, que contiene fibras depositadas hasta la madurez
sexual (unos 15 años de edad).
La imagen del cristalino vista con la lámpara de hendidura presenta un patrón relativamente fijo de líneas o zonas oscuras (transparentes) y blancas (opacas), que se sabía relacionado con la edad del cristalino. Hoy día se sabe que este
patrón en el humano se debe de manera importante al patrón
de suturas que el tiempo establece en el cristalino y no a
cambios en la velocidad de crecimiento de las fibras, que era
una de las alternativas previamente consideradas.
Tabla IV. Morfología de suturas en función de la edad
Estructura
Morfología
Líneas de sutura
Núcleo embrionario
Núcleo fetal
Núcleo infantil
Núcleo adulto
Córtex adulto
Tipo Y
Estrella
Estrella
Estrella compleja
No hay suturas
Una anterior y otra posterior
Seis líneas
Nueve o diez líneas
Diez a catorce líneas
113
II. FUNDAMENTOS
PÉRDIDA DE TRANSPARENCIA EN CATARATAS
En el cristalino cataratoso los fenómenos de dispersión
de la luz son mucho más marcados que en el cristalino normal senil de la misma edad. Esto, por un lado, produce primero deslumbramiento (glare) y luego lleva a la desaparición parcial o completa de la imagen. El glare lo produce, sobretodo,
la catarata subcapsular posterior, ya que en la posición de
este tipo de catarata se dispersa la luz ya enfocada previamente por córnea y cristalino.
Bettelheim60 resume los varios mecanismos de pérdida
de transparencia en el cristalino (Tabla V): 1) Agregación; 2)
Sinéresis; 3) Separaciones de fase; 4) Degeneración de
membranas; y 5) Cambios de orientación de componentes
del citoesqueleto.
Agregación
Las partículas cuyo diámetro es λ/20 o mayor inducen dispersión. Se suele considerar un peso molecular de 1x106 dalton o mayor como el de un agregado que se convierte en centro
de dispersión. Los fenómenos de agregación se manifiestan ya
durante el proceso de envejecimiento. Estos procesos, covalentes o no-covalentes, se describen en la sección de «Modificaciones postsinteticas de las cristalinas». El proceso hacia la insolubilización proteica parece ser distinto en cataratas corticales
y nucleares, debido sobretodo a diferencias en la etapa biológica de las fibras que reciben el daño, como se detalla en la sección de «Etiopatogenia de la catarata relacionada con la edad».
Sinéresis
Se define así el proceso que aumenta la diferencia de índice de refracción entre la unidad o centro de dispersión y el
medio. Su mecanismo primario es el colapso de la proteína
al perder agua de hidratación (bound, nonfreezable water) que
pasa a agua libre (bulk, freezable water). Esto automáticamente produce turbidez por aumento de la amplitud de fluctuación
del índice de refracción, y no por el aumento en el tamaño de
los centros de dispersión. Estos centros, en realidad, hasta
pudieran disminuir de tamaño al colapsarse la proteína.
En un proceso cataratoso, tanto como 1/3 del agua total
intracelular se convierte a libre. Otros experimentos sugieren
una redistribución del agua en el cristalino: aunque el agua de
hidratación del cristalino pudiera ser la misma en cristalinos
normales y cataratosos, la fracción de agua libre es mayor en
los cristalinos con cataratas. A este fenómeno, Bettelheim60
lo ha denominado «exudación sinerética» creyendo que es parte del proceso de envejecimiento normal del cristalino y que
se produce aún antes de que se den fenómenos de agregación. Este autor argumenta que el proceso que más contribuye a la opacificacion en las cataratas nucleares es la sinéresis (42%), contribuyendo mucho menos la agregacion (14%).
114
Tabla V. Pérdida de transparencia en cataratas: mecanismos
1.
2.
3.
4.
5.
Agregación
Sinéresis
Separaciones de fase
Degeneración de membranas
Cambios de orientación de componentes del citoesqueleto
Separaciones de fase
En la denominada catarata por frío se produce la opacificación del núcleo del cristalino al bajar la temperatura. El fenómeno es fácilmente reversible al recalentar el sistema. Se
supone se debe a que al enfriar un cristalino se producen microfases de solubilidad (densidad) diferente entre las cristalinas, que se convierten en opacidad al hacerse su tamaño del
orden de la longitud de onda de la luz visible. El fenómeno
ocurre a una temperatura de transición específica en cada
caso y suele afectar al núcleo. Algunas se comportan como
crioproteínas que precipitan con el frío, creando la separación
de fases y la opacificación. Por lo general, este mecanismo
no requiere la separación macroscópica de fases.
Degeneración de las membranas
Las membranas de las fibras del cristalino, prácticamente la única estructura subcelular que queda en las fibras, se
disponen en una malla o trama hexagonal muy regular que
permite interferencia destructiva y promueve, por tanto, transparencia de manera dominante. La desintegración de las
membranas de las fibras del cristalino, por tanto, promueve
opacificación al favorecer el desorden. Por otro lado, una lesión bioquímica de la membrana puede actuar como principio
de un fenómeno de agregación e insolubilización a través de
varios mecanismos, que pueden implicar alteraciones iónicas, interferencia con sistemas de transporte, entrecruzamientos moleculares permanentes con cristalinas y citoesqueleto, así como fenómenos osmóticos que terminen en
alteraciones estructurales y cambios en el índice de refracción de los componentes del cristalino: vacuolización, edema,
agrandamiento de espacio intercelular, acúmulos de residuos
celulares, ruptura de membrana adicional, etc.
Este mecanismo sería particularmente prevalente en cataratas osmóticas corticales y en cataratas secundarias a
daño oxidativo de las membranas en cualquier región.
El caso de las suturas en relación con la transparencia
del cristalino se ha comentado previamente.
Cambios de orientación de components del citoesqueleto
Con frecuencia se ignora que cambios en la anisotropía
óptica de las macromoléculas que forman el citoesqueleto y
de algunas cristalinas (detectables con luz polarizada) son ra-
8. FISIOLOGÍA DEL CRISTALINO
zón suficiente para la pérdida de transparencia del cristalino,
en cuanto que implican randomización del orden estructural
preexistente.
CONCLUSIONES
El cristalino constituye un órgano único en cuanto a su
anatomía y fisiología.
Su fisiología debe mantener su transparencia a lo largo
de la vida, conservar la acomodación y filtrar la luz ultravioleta. Conocer los mecanismos que explican estas importantes
funciones serán la base para desarrollar estrategias que eviten la pérdida tanto de la transparencia como de la acomodación o para intentar recuperalas, en el futuro.
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