Métodos electrofisiológicos para el estudio de la función retiniana y sus alteraciones

Las técnicas electrofisiológicas más ampliamente empleadas para el estudio de la función visual en el humano son el electrorretinograma y los potenciales evocados visuales. El electrorretinograma (ERG) consiste en una técnica no invasiva de exploración de la función retiniana, que está teniendo un creciente auge en el momento actual. El presente trabajo pretende hacer una revisión de algunos de los métodos electrorretinográficos más recientemente estandarizados, haciendo un análisis de su aplicación actual para el estudio de funciones retinianas en condiciones fisiológicas y en enfermedades que conllevan una degeneración de fotorreceptores, como la retinosis pigmentosa.

La electrofisiología ha desarrollado una serie de métodos más o menos sofisticados para el estudio de las funciones desempeñadas por el sistema nervioso. Los avances tecnológicos han permitido que muchos de dichos métodos puedan ser aplicados de forma no invasiva al estudio de las funciones del sistema nervioso humano. Entre las distintas técnicas de la neurofisiología no invasiva, las más desarrolladas son aquellas utilizadas para el estudio de las funciones sensoriales: sistema visual, sistema auditivo y sistema somatosensorial.

Quizá por la gran accesibilidad funcional del sistema visual, o quizá por la gran dependencia que los humanos tenemos de la vista, son muchos los investigadores que han dedicado sus esfuerzos al estudio funcional del sistema visual. Si a ello sumamos la gran discapacidad que padecen los humanos que presentan cualquier tipo de afectación degenerativa de la retina, se entiende mejor la gran labor desarrollada por profesionales de distintos campos de la ciencia y de la técnica para mejorar los métodos que permitan una completa evaluación de la función visual, tanto en sus elementos periféricos (retina) como los elementos más centrales (corteza visual). Con tal propósito, las técnicas electrofisiológicas más ampliamente empleadas en el momento actual para el estudio de la función visual son el electrorretinograma (ERG) y los potenciales evocados visuales (PEV), en sus distintas formas.

Las técnicas de registro electrofisiológico han permitido conocer, en animales de experimentación, cómo responde a estímulos lumínicos cada tipo celular del sistema visual y cómo cada célula contribuye al mecanismo de visión. La visión comienza con el proceso de fototransducción que tiene lugar en los fotorreceptores, conos y bastones. Los fotorreceptores traducen la energía lumínica recibida en una serie de señales eléctricas (variaciones lentas del potencial de la membrana). Dichas señales son transmitidas en la primera sinapsis de la vía visual a las células bipolares y de éstas, en la segunda sinapsis de dicha vía a las células ganglionares. Las células ganglionares conducirán la información recibida, más o menos codificada, hacia el Núcleo Geniculado Lateral (NGL), mediante un código de frecuencias de descarga de potenciales de acción. Las células de relevo del NGL enviarán a su vez la información recibida a la corteza visual primaria, donde comienza la percepción visual. En cada estación de relevo de la vía visual tienen lugar mecanismos de codificación sensorial mediados fundamentalmente por interneuronas. Dichos mecanismos son responsables de los procesos de amplificación, filtrado y codificación de la información recibida.

En la retina existen dos sistemas de detección lumínica; aquél mediado por los bastones, sensibles a mínimas intensidades de luz; y el mediado por los conos, de menor sensibilidad pero mayor resolución temporal. Por otra parte, es conocido que en la retina humana los conos tienen una localización fundamentalmente central, en la fóvea, mientras que los bastones tienen una disposición más periférica. Asimismo, cada uno de estos tipos de fotorreceptores establece conexiones sinápticas con tipos característicos de células bipolares; las células bipolares de bastón, sufren una despolarización de su membrana en respuesta a un estímulo luminoso; las células bipolares de cono pueden ser de respuesta despolarizante o hiperpolarizante ante un estímulo luminoso. Ambos sistemas de células bipolares, de cono y de bastón, convergen en las mismas células ganglionares, que pueden aumentar o disminuir la frecuencia de descarga de potenciales de acción en respuesta a estímulos lumínicos. Una de las principales propiedades de las células ganglionares de la retina es que responden mejor ante estímulos contrastados (contraste espacial) que ante iluminaciones difusas.

La posibilidad de registrar la actividad eléctrica de la retina en humanos se remonta a los trabajos clásicos de Holmgren, hace más de un siglo. Fueron necesarios muchos años de experimentación y sustanciales mejoras metodológicas para llegar a desarrollar una técnica que pudiese utilizarse sobre humanos de forma segura y que ofreciese unos resultados cuyo análisis posibilitara la evaluación de la función visual. La técnica electrorretinográfica en su versión actual consiste en un registro bipolar de la actividad eléctrica de la retina en su conjunto. Para la obtención de dicho registro, se dispone un electrodo en la superficie corneal (o bien en la conjuntiva ocular) y otro en la proximidad de la órbita. Ambos electrodos, conectados a un sistema de amplificación y filtrado permiten el registro “integral” de la actividad eléctrica generada por los elementos celulares de la retina. El estudio comparado de la respuesta electrorretinográfica en humanos y animales de experimentación ha permitido además saber cuál es la contribución de cada tipo celular de la retina a las deflexiones positivas y negativas de un trazado electrorretinográfico patrón en condiciones fisiológicas. A pesar de que las bases del registro electrorretinográfico fueron establecidas hace años, son diversas las formas de registro electrorretinográfico utilizadas por los distintos investigadores o clínicos: ERG de campo completo, ERG focal o macular, ERG multifocal, Potencial temprano de fotorreceptor, Respuesta umbral escotópica, ERG de doble flash, ERG de estímulo cromático,…. Tal diversidad en la técnica de registro llevó a los miembros de la International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV) a buscar unas normas internacionales de realización de pruebas de función visual que pudieran ser comparables, independientemente de donde se realizase las mismas (Marmor and Zrenner, 1994; Marmor et al, 2003). De esta forma, la ISCEV establece una serie de protocolos de registro electrorretinográfico, ajustados a unos criterios concretos de difusión e intensidad de luz, estado de adaptación, posición de los electrodos de registro, equipo electrónico empleado, secuencia de realización del registro y representación final de trazados electrorretinográficos (www.iscev.org).

Por tanto, un electrorretinograma estándar, debe incluir cinco trazados (Figura 1), con los que se podrán analizar las siguientes funciones:

1. Sensibilidad de los bastones: Corresponde al trazado electrorretinográfico obtenido en condiciones de adaptación a la oscuridad (condiciones escotópicas) cuando se aplica un estímulo luminoso de pocos milisegundos de duración, campo completo y de tal intensidad tal que no llega a inducir respuesta alguna en los conos. El trazado electrorretinográfico muestra tan solo una deflexión positiva (denominada onda b) de cientos de ?V, que es generada fundamentalmente en las células bipolares de bastón. Dicha onda, de curso temporal lento se ve seriamente disminuida en aquellos pacientes que sufren una degeneración específica de bastones, como ocurre en ciertas formas de retinosis pigmentaria.
2. Respuesta mixta máxima de conos y bastones: Consiste en el trazado electrorretinográfico que se registra ante un flash de luz blanca, de gran intensidad, que es capaz de activar completamente tanto conos como bastones, obtenido también en condiciones escotópicas. El registro consiste en una deflexión negativa (onda a), generada por la activación eléctrica de los fotorreceptores, seguida de una deflexión positiva (onda b), generada como en el caso anterior por la activación eléctrica de las células bipolares despolarizantes. Estas ondas se ven disminuidas en amplitud en enfermedades de naturaleza degenerativa que afectan tanto a conos como a bastones, así como a otros elementos celulares de la retina.
3. Potenciales oscilatorios: consisten en una serie de deflexiones positivas y negativas, de curso temporal rápido y que se obtienen de filtrar eléctricamente el registro de la respuesta mixta máxima de conos y bastones. Una vez filtrados los componentes lentos de la respuesta electrorretinográfica (generados en fotorreceptores y células bipolares), las deflexiones del trazado corresponden a la actividad eléctrica generada en neuronas retinianas con capacidad de producir potenciales de acción, células amacrinas y ganglionares. Aunque no existe consenso respecto a su significación definitiva, los potenciales oscilatorios pueden verse afectados en degeneraciones retinianas que afecten específicamente a las células ganglionares, como ocurre en el glaucoma.
4. Respuesta de conos a un flash de luz: Consiste en el trazado electrorretinográfico que se registra ante un flash de luz blanca de gran intensidad, que es capaz de activar los conos, obtenido tras haber adaptado la retina a la luz (condiciones fotópicas). El registro consiste en una deflexión negativa (onda a), generada por la activación eléctrica de los conos, seguida de una serie de deflexiones positivas y negativas generadas por activación de células bipolares despolarizantes e hiperpolarizantes. Estas ondas se ven disminuidas en amplitud en enfermedades de naturaleza degenerativa que afectan exclusivamente a conos, como ocurre en ciertas formas específicas de retinosis pigmentaria o en la degeneración macular asociada a la edad.
5. Respuesta estímulos repetidos (“flicker”) de 30 Hz. Consiste en el trazado electrorretinográfico que se registra ante una serie de flashes de luz blanca, de gran intensidad, capaces de activar los conos, aplicados con una frecuencia de 30 Hz, en condiciones fotópicas. El registro consiste en una serie de deflexiones positivas y negativas, generadas por la activación de los conos y sus células postsinápticas. La alteración de este trazado es frecuente en enfermedades retinianas que conllevan un déficit funcional de los conos en su capacidad de respuesta temporal.

Es importante que cada laboratorio de electrofisiología pueda elaborar su propia base de datos de registros normales según el equipamiento, condiciones específicas de registro, electrodos etc… que habitualmente utilicen. Sabemos también que existe una variabilidad intrínseca de la técnica, que suele ser e entre un 25-40 % en la amplitud y latencia de la respuesta en personas normales en tests sucesivos, por lo que conviene tenerlo en cuenta para determinar el rango de normalidad de cada protocolo. Esta variabilidad en las respuestas (amplitud y latencia) también existe en las distrofias retinianas, como la retinosis pigmentosa, por lo que puede ser necesario realizar varios tests antes de poder determinar si existe un cambio significativo en la evolución de la enfermedad.

Los patrones de registro electrorretinográfico propuestos por la ISCEV descritos más arriba se siguen en la mayoría de los centros clínicos que practican técnicas de neurofisiología no invasiva y sirven para el diagnóstico del grado de afectación funcional en enfermedades degenerativas de la retina. No obstante, recientemente, se ha puesto de manifiesto casos de pacientes que sufren un grado importante de déficit visual, sin que los registros electrorretinográficos recomendados por la ISCEV muestren alteraciones significativas. Esto ocurre generalmente cuando las lesiones retinianas no afectan a toda la retina en su conjunto, sino que existe una distribución regional de la degeneración retiniana.

Tal es el caso de enfermedades como la degeneración macular asociada a la edad o como el glaucoma incipiente. En la primera, la degeneración afecta solamente a los conos, por lo que la lesión será puramente central, conservando el resto del parénquima retiniano un funcionamiento perfecto. En el glaucoma, la degeneración retiniana afecta a regiones paracentrales, sin que exista una gran afectación foveolar ni periférica.

Con el fin de poder llevar a cabo una evaluación funcional en estos pacientes, se diseño el electrorretinograma multifocal (mf-ERG) (Sutter & Tran, 1992). En esta prueba, utilizamos un estimulo compuesto por múltiples hexágonos dispuestos en una malla concéntrica, que es capaz de estimular específicamente áreas retinianas centrales (maculares) o periféricas (campos retinianos nasales y temporales, superiores e inferiores), al tiempo que se realiza un registro de la actividad eléctrica retiniana (similar al ERG convencional). Mediante el uso de recursos informáticos y herramientas de computación se pueden estimular distintas áreas retinianas, registrar y promediar las respuestas locales, obteniéndose con ello trazados electorretinográficos de áreas precisas, que informan del estado funcional de cada área de la retina. La disposición espacial de los conos en la retina, con una mayor densidad en la macula y menor en retina periférica, determina que los trazados electrorretinográficos registrados en cada área sean de distinta magnitud. Esto permite una representación tridimensional de las respuestas electrorretinográficas (Figura 2), lo que permite realizar una evaluación funcional de la retina, no solo en relación a sus elementos celulares, sino a su afectación espacial. Este tipo de registros está permitiendo en el momento actual llegar a diagnosticar lesiones retinianas de tan solo unos pocos milímetros cuadrados de superficie, en fases precoces de enfermedades degenerativas que hasta hace pocos años tan solo era posible evidenciar cuando el grado de lesión había producido una discapacidad severa (figura 3). Como en el caso de la electrorretinografía convencional, el mf-ERG también ha sido sometido a unos criterios de estandarización, resumidos recientemente por la ISCEV (Marmor et al, 2003).

Por ultimo, hemos de señalar que las técnicas de registro neurofisiológico no invasivas están en constante evolución, y que cada año se disponen de nuevas técnicas de exploración funcional aplicables a humanos. Esperamos que en un futuro o muy lejano, la mayor disposición de recursos metodológicos, permitan llevar a cabo una exploración de la actividad funcional de todo el sistema visual, y que la exploración de centros y vías visuales que nació con el uso de los VEP (Harding et al, 1996), pueda evolucionar y permitir una evaluación más precisa de la función de regiones concretas de las áreas visuales; igual que el ERG evoluciono al mf-ERG, los PEV también están ya evolucionando hacia los PEV multifocales (mf-VEP) (Hood & Greenstein, 2003) lo que posiblemente nos permita explorar funcionalmente el sistema visual central de los humanos con la misma resolución que ahora se consigue en la retina.

Dr. Román Blanco,
Smith Kettelwell Eye Research Institute, San Francisco. USA
Dr. Pedro de la Villa,
Universidad de Alcalá, España

Referencias

• Harding GFA, Odom JV, Spileers W, Spekreijse: Standard for visual evoked potentials. Vision Res 1996; 23:3567-3572
• Marmor MF, Zrenner E (1994) Standard for Clinical Electroretinography. Doc Ophthalmol 1995; 89:199-210
• Marmor MF, Holder, GE. Sellinger MW, Yamamoto S (2003) Standard for Clinical Electroretinography. <www.iscev.org>
• Marmor MF, Hood DC, Keating D, Kondo M, Sellinger MW, Miyake Y (2003) Guidelines for basic multifocal electroretinography (mfERG). Doc Ophthalmol 106:105-115
• Sutter,E.E. Tran, D (1992). The field topography of ERG components in man-I.The photopic luminance response. Vision Research.32,433-466
• Hood DC, Greenstein, VC (2003). Multifocal VEP and ganglion cell damage: applications and limitations for the study of glaucoma. Progress in Retinal and Eye Research. 22, 201-251

Leyendas de las figuras

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• Figura 1. Registros electrorretinográficos estándar propuestos por la ISCEV. (Modificado de Marmor et al, 2003). Vease texto.
• Figura 2. Registro electrorretinográfico multifocal (mf-ERG). A. Patrón de estí­mulo luminoso utilizado para inducir respuestas eléctricas en múltiples regiones retinianas. El estimulo, formado por múltiples hexágonos, se proyecta sobre la retina, fijando el punto central con la fóvea B. Trazados electrorretinográficos caracterí­sticos (ambos ojos) obtenidos mediante el promediado de señales eléctricas de las distintas regiones retinianas que reciben los estí­mulos luminosos mostrados en A. Debajo podemos ver la representación tridimensional de las respuestas electrorretinográficas. El área central corresponde a las zonas retinianas centrales, donde la amplitud de las respuestas eléctricas es mayor (en las representaciones originales se utiliza un código de colores).
• Figura 3. A. Campo Visual (Humphrey) en una persona en estudio por probable distrofia retiniana. B. Trazados del registro electrorretinográfico multifocal (mf-ERG). Se puede observar una importante disminución de la amplitud de las señales eléctricas en las zonas periféricas de la retina. La amplitud de las respuestas del área central está conservada. Debajo podemos ver la representación tridimensional de las respuestas electrorretinogáficos. Aquí­ podemos observar más claramente como existe una depresión (zonas azules) en el área periférica retiniana mientras que el área central es norma