Fotorreceptores - cones e hastes

O que são fotorreceptores

Os fotorreceptores são células nervosas que são encontradas na retina . Esses elementos são sensíveis às ondas de luz e realizam uma importante função de transdução, ou seja, são capazes de transformar a luz que chega ao fundo do olho em uma informação (primeiro química, depois elétrica) para ser transmitida ao cérebro através do nervo óptico.

Os fotorreceptores da retina são distintos em cones e bastonetes . Suas diferenças estruturais estão relacionadas a importantes características funcionais. As hastes, por exemplo, transmitem uma imagem menos clara, mas têm mais fotopigmentos que cones e são mais sensíveis em condições de pouca luz. Todas as varetas também contêm o mesmo fotopigmento (rodopsina), enquanto os cones não são todos iguais. Os últimos fotorreceptores apresentam, de fato, três tipos diferentes de pigmentos sensíveis à luz (iodopsinas), que garantem a discriminação das várias cores (cada cone da retina contém apenas um dos três fotopigmentos). Além disso, os cones são responsáveis ​​pela visão diurna e capturam com precisão os detalhes.

Recursos e funções

Os cones e bastonetes são células muito especializadas, que têm a função de receber luz e adaptá-la para transmiti-la ao cérebro.

No processo de visão, os fotorreceptores dividem as tarefas:

• Os cones são delegados à visão clara e central, permitem ver detalhes finos e são usados ​​principalmente na visão diurna (fotópica) ou na presença de fontes de luz artificiais. Existem três tipos de cones, cada um contendo um pigmento que os torna sensíveis a diferentes comprimentos de onda no espectro visível; em particular, eles têm picos de absorção a 420, 530 e 560 nm, que correspondem respectivamente a azul, verde e vermelho. Para isso, os cones são capazes de perceber cores.
• As hastes, por outro lado, apresentam uma grande sensibilidade à luz e permitem que você veja mesmo à noite e na presença de uma baixa intensidade de luz (visão escotópica ou crepuscular). Esses fotorreceptores, no entanto, não são capazes de construir imagens de boa qualidade e são incapazes de distinguir cores. As hastes interferem, na verdade, na visão acromática, caracterizada apenas por branco, preto e tons de cinza.

Cones e bastões são, portanto, complementares e seu trabalho em sincronia garante uma visão perfeita.

Distribuição na retina

Os fotorreceptores não são distribuídos uniformemente por toda a retina. Os cones são cerca de 6 milhões em toda a retina, portanto são menos numerosos que os bastões; eles têm uma densidade muito alta na região macular (área central do plano retiniano) e são os únicos fotorreceptores presentes na fóvea.

Os bastonetes, no entanto, ocupam toda a retina (com exceção da região foveal) e são muito mais numerosos que os cones (em média 120 milhões em cada retina). A percentagem de bastonetes aumenta, em particular, à medida que a distância da fóvea aumenta, até atingir o máximo na periferia extrema da retina. Isso explica a razão pela qual, na presença de luz fraca, podemos observar melhor os objetos se não os observarmos diretamente.

Visão de cores

A capacidade de perceber cores é baseada na presença de três tipos de cones, que respondem a comprimentos de onda específicos no campo da luz visível. Nestes fotorreceptores, na verdade, existem três tipos de proteínas (opsinas), que são respectivamente sensíveis a um estímulo de cerca de 420 nm (sensível ao espectro azul), 530 nm (verde) e 560 nm (vermelho).

Com base na composição espectral da radiação emitida pelo objeto observado, os três tipos de cones são ativados em várias combinações e porcentagens.

Dessa interação e dos resultados finais do processamento cerebral, portanto, a capacidade de distinguir as várias cores. O estímulo contemporâneo e máximo dos cones fornece a percepção do branco.

Pessoas sem um tipo específico de cone obviamente perdem a capacidade de perceber algumas cores, como acontece no daltonismo.

Nota Cada tipo de cone capta melhor em um comprimento de onda específico, mas cada um deles também é capaz de responder dentro de uma certa variação, dentro do mesmo espectro.

Além disso, deve-se notar que os espectros de absorção dos três tipos de cones se sobrepõem parcialmente, portanto muitas cores podem ser percebidas.

Como são os fatos

Características estruturais dos fotorreceptores

Os fotorreceptores apresentam em sucessão um segmento externo e um segmento interno em relação às células do epitélio pigmentado, uma fibra externa, o núcleo, um axônio (ou fibra interna) e uma terminação sináptica.

O segmento externo dos cones tem a forma de uma pirâmide truncada, enquanto o das hastes é cilíndrico e alongado; em ambos os casos, essa parte é caracterizada por uma série estratificada de lamelas, que delimitam bolsões membranosos, achatados e discóides, imersos no citoplasma da célula. Esses "discos" contêm pigmentos que reagem à luz e causam alterações no potencial de membrana do fotorreceptor (rodopsina para bastões e iodopsinas para os cones). O segmento externo de cones e bastonetes está em contato com o epitélio pigmentado, a camada externa da retina, que é importante porque fornece uma molécula fundamental para o processo de fototransdução: a retina.

O segmento interno é caracterizado pela presença de organelas intracelulares, como mitocôndrias e membranas do retículo endoplasmático granular, indispensáveis ​​para o metabolismo celular. De fato, eles são responsáveis ​​por produzir novas moléculas de pigmento quando são divididas. Esta porção continua a encolher para uma fibra externa, à qual a parte do corpo celular que contém o núcleo segue. Este último é conectado através do axônio (ou fibra interna) à terminação sináptica, que tem um bulbo (esférico) nas hastes, alagado e ramificado (pedicelo) nos cones.

A terminação sináptica permite a transmissão de sinais do fotorreceptor para as células bipolares via sinapses, ou seja, por transmissão bioquímica entre as células nervosas. Esta parte é, de fato, análoga ao botão sináptico dos terminais axônicos dos neurônios, onde as vesículas que contêm o neurotransmissor estão presentes.

Relações com outras células da retina

A retina é uma membrana disposta na superfície interna do olho, formada por três camadas de tecido nervoso, composto de vários tipos de células:

• Uma camada interna consistindo de células ganglionares;

• Uma camada intermediária contendo células bipolares;

• Uma camada mais externa, em contato com o epitélio pigmentado, no qual os fotorreceptores são encontrados.

Os cones e bastonetes são dispostos perpendicularmente à superfície da retina; quando expostos à luz ou ao escuro, sofrem alterações conformacionais, que modulam a liberação de neurotransmissores. Estas realizam uma ação excitatória ou inibitória sobre as células bipolares da retina.

As células bipolares são conectadas de um lado aos fotorreceptores e, do outro lado, às células ganglionares da camada mais interna, cujos axônios originam o nervo óptico. As células bipolares são capazes de transmitir potenciais graduados.

Os axônios das células ganglionares formam um feixe que converge no disco óptico e sai do globo ocular, seguindo em direção ao diencéfalo como um nervo óptico (par II de nervos cranianos); Em resposta à transdução do receptor da retina, as células ganglionares geram potenciais de ação direcionados ao sistema nervoso central.

Na retina também existem células amácrinas e horizontais que modulam a comunicação no tecido nervoso da retina (por exemplo, através da inibição lateral).

Do outro lado da retina está a coróide.

Nota Os cones e bastonetes não são expostos ao humor vítreo, mas são colocados na camada externa da retina e, em seguida, são excitados pela luz após passarem pela camada retiniana interna e média.

fototransdução

A fototransdução é o processo pelo qual a energia da luz é convertida em sinais elétricos, depois transmitida ao cérebro através do nervo óptico. Esse fenômeno vê os fotorreceptores como protagonistas, cujo funcionamento é baseado em reações fotoquímicas.

O primeiro evento de fototransdução é a absorção do sinal luminoso por fotopigmentos. Cada uma dessas moléculas é caracterizada por um pico de absorção de luz, correspondendo a um determinado comprimento de onda (no caso dos cones, por exemplo, torna-a mais sensível a uma determinada cor). Cada pigmento fotossensível contém um componente chamado retiniano (comum a todos os fotopigmentos) e uma proteína chamada opsina.

Como resultado da radiação da luz, os fotopigmentos mudam sua estrutura molecular, desencadeando reações bioquímicas das quais a estimulação nervosa se origina. Este é então transmitido para as células retinianas contíguas (células bipolares e ganglionares).

A cascata de eventos nas hastes

O fotopigmento da haste (rodopsina) está localizado na membrana dos discos do segmento externo. Aqui estão também uma proteína G (chamada transducina) e uma enzima, a fosfodiesterase, que catalisa a degradação do segundo mensageiro GMP cíclico (cGMP).

No escuro :

• Os níveis de cGMP são elevados dentro do citosol do segmento da haste externa, em seguida, abrem os canais de sódio localizados na membrana fotorreceptora.
• Os íons de sódio entram na célula e determinam uma despolarização que viaja do segmento externo para o terminal fotorreceptor.
• Em resposta à despolarização, os canais de futebol se abrem.
• A entrada de cálcio ativa um processo de exocitose que leva à liberação do neurotransmissor.
• O neurotransmissor atua nas células bipolares, gerando potenciais graduados.

Na luz :

• Rodopsina absorve a luz.
• A retina altera sua conformação e dissocia dell'opsina (o pigmento presente nos paus torna-se "descolorido"), o que ativa a transducina que, por sua vez, ativa a fosfodiesterase.
• A fosfodiesterase catalisa a clivagem do GMP cíclico.
• Os níveis de cGMP no citosol do segmento externo diminuem, então os canais de sódio se fecham.
• A menor ingestão de sódio hiperpolariza a célula (devido à saída de potássio).
• A hiperpolarização faz com que os canais de cálcio se fechem no segmento interno, de modo que menos neurotransmissores são liberados do terminal fotorreceptor.

O processo de fototransdução que ocorre nos três tipos de cones é semelhante ao das hastes, mesmo que três diferentes fotopigmentos estejam envolvidos.