Cualquiera que haya leído un poco mi blog o me siga por Twitter, Facebook… sabrá que suelo darle mucha importancia a la salud ocular, especialmente cuando hablamos de aquellas radiaciones electromagnéticas que son dañinas para los ojos. Este es un tema tan importante que en diversas patologías oculares, dichas radiaciones llegan a estar presentes en la lista de factores de riesgo.
Es por este motivo por el que, en esta ocasión, voy a basar el post en una de las líneas de investigación más importantes que se está llevando a cabo, en estos últimos años, en la Universidad Complutense de Madrid. En ella, un equipo de investigadores españoles estudia los efectos (negativos, entiéndase) que la luz azul, es decir aquella de mayor potencia energética dentro del espectro visible, tiene sobre la retina… ¡y ya os adelanto que tener, los tiene!
Si bien no es nada fácil condensar aquí toda la información, por lo vasto de los estudios existentes sobre el tema, y dado que esta vez se trata de un post un poco más complejo, voy a intentar reunir, como viene siendo habitual, los datos más relevantes de forma que se pueda entender y lograr así un post que considero muy necesario. Si os surgen dudas o queréis profundizar más en la bibliografía usada, podéis usar los comentarios y lo vemos.
A modo de repaso y como ya explicamos en esta otra entrada, lo que comúnmente conocemos por luz no deja de ser sólo una ínfima parte de todo el espectro electromagnético, al que llamamos “espectro visible”. A cada lado de éste, se sitúan las otras dos regiones del espectro que nos interesan: radiación ultravioleta e infrarrojo.
Colores del espectro visible
La propia anatomía ocular, al igual que ocurre en otros muchos sistemas del cuerpo humano, tiene la capacidad de defenderse de las radiaciones más perjudiciales, como la ultravioleta (UV), evitando que lleguen a la retina que, no olvidemos, es la parte más sensible del ojo y prolongación del propio sistema nervioso.
Para lograrlo, entre la córnea y el cristalino, principalmente, se reparten el trabajo, absorbiendo cada una de ellas un determinado rango de longitudes de onda. Aun así, como se ve en el gráfico siguiente, una pequeña parte siempre llega, inevitablemente, a la retina, de ahí la necesidad de proteger correctamente nuestros ojos de la luz solar, como venimos diciendo continuamente.
Grado de absorción UV (%) de las distintas estructuras oculares
Pero la gran diferencia de este post con respecto a otros similares de este blog es que NO nos vamos a referir aquí a la luz ultravioleta (imperceptible para el ojo humano), si no a la luz azul (luz de onda corta: entre 400-500 nm) del espectro visible, que sí podemos ver. ¡Importante esta matización!
La fototoxicidad, que es como se conoce al daño de la luz sobre los tejidos humanos, es una realidad bien conocida desde hace décadas y por ello muy investigada, ya que está estrechamente ligada a la salud (en este caso a la salud ocular). Por supuesto, aún queda mucho por hacer, pero no es mal comienzo, por mi parte, aprovechar los trabajos de mi Universidad sobre este tema y aprender de ellos.
Y bien… ¿qué efectos provoca la luz sobre la retina?
La luz tiene una serie de efectos nocivos sobre la retina, lo que provoca ciertos cambios que ocasionan daños en su estructura y comprometen su función. De hecho, se sabe que tanto el efecto de la luz intensa en un corto espacio de tiempo como la exposición continua a una intensidad de luz moderada, pueden causar la muerte celular, por apoptosis, de los fotorreceptores y también de las células del epitelio pigmentario de la retina.16, 17
Pero primero, es interesante conocer, brevemente, los procesos por los cuales la luz causa daño en la retina:
- Daño fotomecánico: causado por altas irradiaciones, en cortos periodos de exposición, debido a la imposibilidad de disipar el calor generado. Causan un daño irreparable a los fotorreceptores y al epitelio pigmentario de la retina.
- Daño fototérmico: se produce por la transferencia de la energía de un fotón de luz a la retina. Cuando la irradiancia es suficientemente alta como para aumentar la temperatura en al menos 10ºC por encima del nivel ambiental de la retina, se empiezan a producir daños en la retina.
- Daño fotoquímico: este es importante, se produce cuando la energía de un fotón de luz induce cambios en las moléculas, generando radicales libres, los cuales no son nada deseables porque son muy oxidantes y tóxicos para las células, en este caso las del epitelio pigmentario de la retina y las de los fotorreceptores (conos y bastones).7
Detalle de los fotorreceptores
de la retina
¡Malditos radicales libres! y es que aunque nuestra retina posee mecanismos para protegerse de ellos… ¡todo tiene un límite! Lo “bueno” es que esta es una de las formas que permiten valorar el daño retiniano causado por la exposición a la luz.
Luego está también la lipofuscina. Perdón, ¿puede repetir? diría más de uno… Se trata de otro elemento importante cuando hablamos de daño retiniano. Es un conglomerado de lípidos modificados y retinoides, signo de vejez celular originado por la acción de los radicales libres y que se acumula con la edad, siendo muy susceptible de cambios fotoquímicos, que hemos visto que no son nada buenos. Un apunte: algunas patologías oculares presentan un aumento significativo de lipofuscina en el epitelio pigmentario.
¿El motivo? Se debe a un componente de la lipofuscina, el A2E. Este ha sido implicado en el daño fotooxidativo8,9, ya que al ser irradiado con luz de longitudes de onda 390‐550 nm (luz azul) puede generar radicales libres/especies reactivas de oxígeno (ROS)10,11, los cuales, como ya sabemos pero repetimos, están implicados en el inicio y desarrollo del daño retiniano.
También está ampliamente documentado el papel de las metaloproteasas en el daño celular. Son una familia de proteínas que degradan de forma bastante selectiva los componentes de la membrana basal y de la matriz extracelular de los tejidos. Dado que es un tema más complejo, solo decir que en algunas enfermedades asociadas a la exposición a la luz, las metaloproteasas participan activamente en los procesos fototóxicos mediados por la luz. Por lo tanto, es otra posible forma de valorar el daño retiniano provocado por la luz.
Y aún hay más formas de valorar estos cambios debidos a la luz: estudiando la microglía12 y cuantificando el pigmento macular de la retina.15 No os voy a aburrir con el primero, pero sí me gustaría hablaros del segundo, del cual ya hablamos en otro artículo de mi blog sobre alimentos apropiados para la retina.
El pigmento macular se encuentra en la mácula, zona central de la retina y área de máxima agudeza visual
El pigmento macular es el que le da el color amarillo a la mácula lútea, la zona central de la retina. Está compuesto por carotenoides que se incluyen con la dieta, de ahí la importancia de la nutrición. Os diré que tiene una importante característica: absorbe la luz de longitud de onda corta, es decir la luz azul. Tiene un máximo de absorción de 460 nm y filtra aproximadamente un 40 % de la luz azul.2,3 Interesante ¿no? ¡Y tremendamente efectivo!
Antes de finalizar esta primera parte del post, hay que tener en cuenta que cuando hablamos de daño retiniano por luz influyen, como siempre, múltiples factores como la edad, genética, adaptación al medio de cada uno, medicamentos, patologías, intensidad y duración de la exposición a la luz, longitud de onda, etc.
Con la edad, el cristalino se amarillea, aumentando la capacidad de filtración de ultravioleta A (UVA) y de luz violeta y azul
Si he decidido incluir todo lo anterior es porque creo que es necesario para que se entienda mejor la segunda parte del post, en la que hablaré sobre algunos de los experimentos realizados hasta la fecha. En ellos, se utiliza lo explicado arriba para demostrar que se ha producido daño retiniano debido a la luz. ¡Nada de hablar por hablar!
Fuentes de iluminación LED con diferentes espectros de emisión para experimentación con luz.
Univ. Complutense de Madrid
Empezaré hablando del que quizá sea uno de los temas más discutidos dentro de lo relativo a fototoxicidad: la relación entre las patologías oculares degenerativas, como la degeneración macular asociada a la edad (DMAE) y la exposición a luz más dañina (onda corta), y si el evitar parte de esta luz puede ayudar a prevenir estas enfermedades.
Muchas son las investigaciones que tienen entre sus objetivos principales tratar de establecer esta posible relación. A día de hoy no se tiene claro, habiendo resultados contradictorios. Unos estudios encuentran relación y otros no.
Podría citar multitud de experimentos al respecto (os los facilito si alguien estuviera interesado), realizados en varios trabajos, pero los resultados son dispares y relativos. Hay de todo, pero la posibilidad sigue abierta, por supuesto, y hay que seguir investigando.
Para seguir desgranando los trabajos realizados sobre fototoxicidad, a continuación destacaré los experimentos más relevantes:
1) Fuentes de iluminación LED y sus efectos sobre la retina (Chamorro et al 2013): el más reciente y, desde mi punto de vista como estudiante, uno de los más interesantes. En este estudio se propuso estudiar los efectos que tiene en la retina la luz azul que emiten los, cada día más utilizados, dispositivos que incluyen LED’s en sus sistemas de iluminación, como los smartphones, tablets, entre otros.
Espectros de emisión de las pantallas de diferentes dispositivos. Nótese como la emisión de luz azul (en torno a 430 nm) es mayor en los dispositivos que usan LED a diferencia de las pantallas de rayos catódicos o LCD
Para ello, primero se realizó un estudio, in vitro, irradiando luz procedente de fuentes LED de diferente composición espectral sobre las células del epitelio pigmentario de una retina humana.
Como vemos en el dibujo de abajo, las células del epitelio pigmentario fueron irradiadas con luz de diferentes colores (luz azul, luz verde, luz roja y luz blanca). La intensidad fue de 5 mW/cm2. Se irradiaron en ciclos de 12 horas, permaneciendo otras 12 en total oscuridad.
Los resultados son interesantes: se vio, claramente, que la radiación LED reduce en 75-99% la viabilidad celular* y aumenta en 66-89% la apoptosis celular.18
*Por viabilidad celular (%) entendemos la proporción de células vivas que quedan tras realizar un determinado experimento.19 En nuestro caso, la radiación LED reduce, de forma importante, la población de células estudiadas.
Y hay más. ¿Recordáis las ROS que vimos más arriba? Pues estas aumentaron tras los ciclos de irradiación, lo que se traduce en daño retiniano. Además hubo también daños en el ADN.18
Existen otros trabajos similares con resultados similares, como los de Godley et al, del 2005, en el cual irradiaron, con luz azul, cultivos de células del epitelio pigmentario de la retina humana. La intensidad fue de 2,8 mW/cm2. Tras 6 horas de exposición, se produjo una disminución en la respiración mitocondrial y un aumento de ROS.5
Espectro de LED azul. Nótese el pico máximo en torno a 440 nm
Interesante también los trabajos de Roehlecke et al (2009), con luz azul a menor intensidad (entre 0,3mW/cm2 y 1mW/cm2). Dada la baja intensidad de las fuentes de luz, no se produjo apoptosis celular, pero sí una disminución significativa de la actividad metabólica y un aumento significativo en la producción de ROS, entre otros.6
2) Este experimento, de los mismos autores (Chamorro et al 2013), es una continuación del anterior, con la diferencia de que en, este caso, se añadieron filtros ópticos para neutralizar la parte de la luz correspondiente al azul en el espectro visible, con la intención de comparar los nuevos resultados con las muestras anteriores (no protegidas) y ver si había diferencias.
¿Las hubo? ¡Y tanto! Ojo al dato, al añadir filtros ópticos que absorben la luz azul (filtros de corte selectivo para longitudes de onda corta), la apoptosis celular se redujo en un 89% en el caso de la luz azul y de un 56% en el caso de luz blanca. Por otro lado, los daños en el ADN fueron menores y disminuyó la producción de ROS, a la vez que aumentó la viabilidad celular (30 % en el caso de la luz azul y 11 % en el caso de la luz blanca).13
Gráfico de la muerte celular por apoptosis, con y sin filtro
3) Otro trabajo, in vivo, relacionado con fototoxicidad (Chamorro 2012) se propuso estudiar la influencia de las lentes intraoculares (LIO) amarillas sobre el espesor macular, en tres fases separadas por intervalos de tiempo de 2 y 5 años.
Tras los resultados, se llegó a la conclusión de que los filtros ópticos que absorben las longitudes de onda corta incorporados en lentes intraoculares no provocaron cambios significativos en la evolución del espesor macular durante los años de seguimiento.14
4) En otros estudios realizados, in vivo, en conejos (Sánchez-Ramos 2010), se llega a la conclusión de que la luz da lugar a una disminución en la densidad celular de las capas nucleares externa e interna y ganglionares (capas de la retina), siendo mayor la pérdida (por apoptosis) con luz azul. Por otro lado, se exponen, detalladamente, los beneficios que el filtrado de las longitudes de onda corta tiene sobre la retina.1 Por lo extenso de este estudio, no profundizaré mucho en él en este post.
*Nota: podéis consultar el anterior estudio de forma íntegra (en PDF y en español) en el apartado 1 de la bibliografía.
También se han llevado a cabo estudios sobre fototoxicidad en ratas.
En este caso se estudiaban los efectos de la luz azul y amarilla sobre la retina
5) Ahora le toca el turno a las, ya conocidas, metaloproteasas. En otro experimento (Sánchez-Ramos 2010) realizado a conejos con lente intraocular (LIO) transparente en un ojo y amarilla en el otro, a los que se expuso a luz blanca, luz azul y luz blanca exenta de azul, se vio como algunos tipos de metaloproteasas aumentaron tras largo periodos de exposición a la luz, sobre todo a la luz azul.4 Esto es sinónimo de daño retiniano ya que un aumento en la producción de metaloproteasas va asociado a la degradación de la matriz extracelular.
6) Otros estudios se han centrado en cuantificar los cambios en el pigmento macular en el caso de aquellos pacientes que en un ojo tenían implantada una LIO transparente y en el otro una LIO con filtro para la luz azul (LIO amarilla) (Obana et al. Japón – 2011).
Los resultados revelaron que, si bien en los seis primeros meses no hubo variación en la densidad del pigmento macular, sí que hubo una menor pérdida de pigmento macular pasado un año en aquellos operados con lente intraocular amarilla.15 Y es que, una pérdida del pigmento macular no es, desde luego, una buena noticia. Ya vimos el importante papel que tenía frente a las radiaciones de onda corta (460 nm).
Lo dejo aquí para evitar alargar mucho el post y salirme así del estilo habitual del blog. Evidentemente, hay muchos más trabajos y líneas de investigación al respecto, y aún queda mucho por investigar, así que… ¡Seguiremos informando!
Bibliografía:
2. Youssef PN, Sheibani N, Albert DM, Retinal light toxicity. Eye, 2011. 25: p. 1-14.
3. Loane E, Kelliher C, Beatty S, Nolan JM, The rationale and evidence base for a protective role of macular pigment in age-related maculopathy. Br J Ophthalmol, 2008. 92(9): p. 1163–1168.
4. Sánchez-Ramos C, Vega JA, Valle ME, Fernandez-Balbuena A, Bonnin-Arias C, Benitez-del Castillo JM, Role of Metalloproteases in Retinal Degeneration Induced by Violet and Blue Light. Adv Exp Med Biol, 2010. 664: p. 159-164
5. Godley, B. F., F. A. Shamsi, F. Q. Liang, S. G. Jarrett, S. Davies and M. Boulton (2005) Blue light induces mitochondrial DNA damage and free radical production in epithelial cells. J. Biol. Chem. 280, 21061–21066.
6. Roehlecke, C., A. Schaller, L. Knels and R. H. Funk (2009) The influence of sublethal blue light exposure on human RPE cells. Mol.Vis. 15, 1929–1938.
7. Margrain TH, Boulton M, Marshall J, Sliney DH, Do blue light filters confer protection against age-related macular degeneration. Prog Retin Eye Res, 2004. 23: p. 523-531.
8. Sparrow JR, et al., Involvement of oxidative mechanisms in blue-lightinduced damage to A2E-laden RPE. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2002. 43(4): p. 1222-1227.
9. Sparrow JR, Zhou J, Cai B, DNA is a target of the photodynamic effects elicited in A2E-laden RPE by blue-light illumination. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2003. 44(5): p. 2245-2251.
10. Rozanowska M, et al., Blue light-induced reactivity of retinal age pigment. In vitro generation of oxygen-reactive species. J Biol Chem, 1995. 270(32): p. 18825-18830.
11. Rozanowska M, Wessels J, Boulton M, et al., Blue lightinduced singlet oxygen generation by retinal lipofuscin in non-polar media. Free Radic Biol Med, 1998. 24: p. 1107-1112.
12. Santos AM, Martín-Oliva D, Ferrer-Martín RM, Tassi M, Calvente R, Sierra A, Carrasco MC, Marín-Teva JL, Navascués J, Cuadros MA. Microglial response to light-induced photoreceptor degeneration in the mouse retina. J Comp Neurol. 2010 Feb 15;518(4):477-92. doi: 10.1002/cne.22227.
13. Chamorro E, Carralero, Bonnin-Arias C, Pérez-Carrasco MJ, Muñoz de Luna J, Vázquez D, Sánchez-Ramos C. Photoprotective Effects of Blue Light Absorbing Filter against LED Light Exposure on Human Retinal Pigment Epithelial Cells In Vitro. Carcinogenesis & Mutagenesis 2013
14. Chamorro E., Influencia de las lentes intraoculares amarillas en el daño fototóxico retiniano. Valoración del espesor macular mediante Tomografía de Coherencia Óptica. 2012, Universidad Europea de Madrid: Madrid.
15. Obana A, Tanito M, Gohto Y, Gellermann W, Okazaki S, Ohira A. Macular pigment changes in pseudophakic eyes quantified with resonance Raman spectroscopy. Ophthalmology. 2011 Sep;118(9):1852-8. doi: 10.1016/j.ophtha.2011.02.017.
16. Kunchithapautham K, Rohrer B, Apoptosis and autophagy in photoreceptors exposed to oxidative stress. Autophagy, 2007. 3: p. 433-441.
17. Sancho-Pelluz J, Arango-Gonzalez B, Kustermann S, Romero FJ, van Veen T, Zrenner E, Ekström P, Paquet-Durand F, Photoreceptor cell death mechanisms in inherited retinal degeneration. Mol Neurobiol, 2008. 38: p. 253-269.
18. Chamorro E, Bonnin-Arias C, Pérez-Carrasco MJ, Muñoz de Luna J, Vázquez D, Sánchez-Ramos C, Effects of Light-emitting Diode Radiations on Human Retinal Pigment Epithelial Cells In Vitro. Photochem Photobiol, 2013. 89: p. 468–473.
19. Viabilidad celular: http://www.london-research-institute.org.uk/sites/default/files/viabilitydyes-1.pdf
- S. Lerman. Radiant energy and the Eye. 1980 (gráfico de la evolución de los cambios fisiológicos del cristalino frente a la luz tóxica)
- Agradecimiento a las compañeras Ana María Benito Pascual y Melisa Subero por su excelente Trabajo de Fin de Grado: Cambios estructurales y funcionales en la retina humana producidos por fototoxicidad. Grado en Óptica y Optometría – Universidad Complutense de Madrid. 2013
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