¿QUÉ ES LA ELECTROFISIOLOGÍA?

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) CON- SISTE 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 ELECTRO- RRETINOGRÁFICOS MÁS RECIENTEMENTE ESTANDARIZADOS, HACIENDO UN ANÁLISIS DE SU APLICACIÓN ACTUAL PARA EL ESTU- DIO DE FUNCIONES RETINIANAS EN CONDI- CIONES FISIOLÓGICAS Y EN ENFERMEDA- DES QUE CONLLEVAN UNA DEGENERACIÓN DE FOTORRECEPTORES, COMO LA RETINO- SIS PIGMENTOSA.

LA ELECTROFISIOLOGÍA HA DESARROLLADO UNA SERIE DE MÉTODOS MÁS O MENOS SOFISTICA- DOS PARA EL ESTUDIO DE LAS FUNCIONES DES- EMPEÑADAS 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 DES- ARROLLADAS 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 investiga- dores 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 profesio- nales 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 centra- les (corteza visual). Con tal pro- pósito, las técnicas electrofisio- lógicas más ampliamente empleadas en el momento actual para el estudio de la función visual son el electrorretino- grama (ERG) y los potenciales evocados visuales (PEV), en sus distintas formas.

Las técnicas de registro electrofisiológico han permitido cono- cer, en animales de experimentación, cómo responde a estí- mulos lumínicos cada tipo celular del sistema visual y cómo cada célula contribuye al meca- nismo 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 codifica- da, hacia el Núcleo Geniculado Lateral (NGL), mediante un códi- go de frecuencias de descarga de potenciales de acción. Las células de relevo del NGL envia- rán a su vez la información recibida a la corteza visual primaria, donde comienza la percepción visual. En cada estación de rele- vo de la vía visual tienen lugar mecanismos de codificación sensorial mediados fundamen- talmente por interneuronas. Dichos mecanismos son res- ponsables 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, sen- sibles 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 funda- mentalmente central, en la fóvea, mientras que los basto- nes tienen una disposición más periférica. Asimismo, cada uno de estos tipos de fotorrecepto- res establece conexiones sináp- ticas con tipos característicos de células bipolares; las células bipolares de bastón, sufren una despolarización de su membra- na en respuesta a un estímulo luminoso; las células bipolares de cono pueden ser de respues- ta despolarizante o hiperpolarizante ante un estímulo lumino- so. Ambos sistemas de células bipolares, de cono y de bastón, convergen en las mismas célu- las ganglionares, que pueden aumentar o disminuir la frecuen- cia 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 (con- traste espacial) que ante ilumi- naciones difusas.

La posibilidad de registrar la actividad eléctrica de la retina en humanos se remonta a los tra- bajos clásicos de Holmgren, hace más de un siglo. Fueron necesarios muchos años de experimentación y sustanciales mejoras metodológicas para lle- gar a desarrollar una técnica que pudiese utilizarse sobre huma- nos de forma segura y que ofre- ciese unos resultados cuyo aná- lisis posibilitara la evaluación de la función visual. La técnica electrorretinográfica en su ver- sión actual consiste en un regis- tro bipolar de la actividad eléctri- ca 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 eléctri- ca generada por los elementos celulares de la retina. El estudio comparado de la respuesta electrorretinográfica en huma- nos y animales de experimenta- ción ha permitido además saber cuál es la contribución de cada tipo celular de la retina a las deflexiones positivas y negati- vas de un trazado electrorretino- gráfico patrón en condiciones fisiológicas. A pesar de que las bases del registro electrorretino- gráfico fueron establecidas hace años, son diversas las formas de registro electrorretinográfico uti- lizadas por los distintos investigadores o clínicos: ERG de campo completo, ERG focal o macular, ERG multifocal, Potencial temprano de fotorre- ceptor, Respuesta umbral esco- tópica, 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 reali- zación de pruebas de función visual que pudieran ser compa- rables, 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 (http://www.iscev.org). Por tanto, un electrorretinograma estándar, debe incluir cinco tra- zados (Figura 1), con los que se podrán analizar las siguientes funciones:

(a) Sensibilidad de los bastones: Corresponde al trazado electro- rretinográfico obtenido en con- diciones de adaptación a la oscuridad (condiciones escotó- picas) cuando se aplica un estí- mulo luminoso de pocos milise- gundos 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 funda- mentalmente en las células

Figura 1. Registros electrorretinográficos están- dar propuestos por la ISCEV. (Modificado de Marmor et al, 2003). Vease texto.

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 cier- tas formas de retinosis pigmen- taria.

(b) 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 comple- tamente tanto conos como bas- tones, obtenido también en con- diciones escotópicas. El registro consiste en una deflexión nega- tiva (onda a), generada por la activación eléctrica de los foto- rreceptores, seguida de una deflexión positiva (onda b), generada como en el caso ante- rior por la activación eléctrica de las células bipolares despolari- zantes. Estas ondas se ven dis- minuidas en amplitud en enfer- medades de naturaleza degene- rativa que afectan tanto a conos como a bastones, así como a otros elementos celulares de la retina.

(c) Potenciales oscilatorios: con- sisten en una serie de deflexio- nes positivas y negativas, de curso temporal rápido y que se obtienen de filtrar eléctricamen- te el registro de la respuesta mixta máxima de conos y basto- nes. Una vez filtrados los com- ponentes lentos de la respuesta electrorretinográfica (generados en fotorreceptores y células bipolares), las deflexiones del trazado corresponden a la acti- vidad eléctrica generada en neu- ronas retinianas con capacidad de producir potenciales de acción, células amacrinas y gan- glionares. Aunque no existe consenso respecto a su signifi- cación definitiva, los potenciales

Figura 2. Registro electrorretinográfico multifocal (mf-ERG). A. Patrón de estímulo luminoso utiliza- do 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 reti- nianas que reciben los estímulos luminosos mos- trados en A. Debajo podemos ver la representa- ción tridimensional de las respuestas electrorreti- nográficas. 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 retinia- na. 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 normaoscilatorios pueden verse afectados en degeneraciones reti- nianas que afecten específicamente a las células gangliona- res, como ocurre en el glauco- ma.

(d) Respuesta de conos a un flash de luz: Consiste en el tra- zado 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 fotó- picas). El registro consiste en una deflexión negativa (onda a), generada por la activación eléc- trica de los conos, seguida de una serie de deflexiones positi- vas y negativas generadas por activación de células bipolares despolarizantes e hiperpolari- zantes. Estas ondas se ven dis- minuidas en amplitud en enfer- medades de naturaleza degene- rativa que afectan exclusiva- mente a conos, como ocurre en ciertas formas específicas de retinosis pigmentaria o en la degeneración macular asociada a la edad.

(e) Respuesta estímulos repeti- dos (“flicker”) de 30 Hz. Consiste en el trazado electro- rretinográfico 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 nega- tivas, generadas por la activa- ción 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 labora- torio de electrofisiología pueda elaborar su propia base de datos de registros normales según el equipamiento, condi- ciones específicas de registro, electrodos etc… que habitual- mente utilicen. Sabemos tam- bién que existe una variabilidad intrínseca de la técnica, que suele ser e entre un 25-40 % en la amplitud y latencia de la res- puesta en personas normales en tests sucesivos, por lo que con- viene tenerlo en cuenta para determinar el rango de normali- dad de cada protocolo. Esta variabilidad en las respuestas (amplitud y latencia) también existe en las distrofias retinia- nas, como la retinosis pigmento- sa, por lo que puede ser nece- sario realizar varios tests antes de poder determinar si existe un cambio significativo en la evolu- ción de la enfermedad.

Los patrones de registro electro- rretinográfico propuestos por la ISCEV descritos más arriba se siguen en la mayoría de los cen- tros clínicos que practican técni- cas de neurofisiología no invasi- va y sirven para el diagnóstico del grado de afectación funcio- nal en enfermedades degenera- tivas 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 significa- tivas. Esto ocurre generalmente cuando las lesiones retinianas no afectan a toda la retina en su conjunto, sino que existe una distribución regional de la dege- neración retiniana. Tal es el caso de enfermedades como la dege- neración macular asociada a la edad o como el glaucoma inci- piente. En la primera, la degene-

ración 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 para- centrales, sin que exista una gran afectación foveolar ni peri- férica.

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 múlti- ples hexágonos dispuestos en una malla concéntrica, que es capaz de estimular específica- mente áreas retinianas centrales (maculares) o periféricas (cam- pos retinianos nasales y tempo- rales, 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 estimu- lar distintas áreas retinianas, registrar y promediar las res- puestas locales, obteniéndose con ello trazados electorretino- gráficos de áreas precisas, que informan del estado funcional de cada área de la retina. La dispo- sición espacial de los conos en la retina, con una mayor densi- dad en la macula y menor en retina periférica, determina que los trazados electrorretinográfi- cos registrados en cada área sean de distinta magnitud. Esto permite una representación tridi- mensional de las respuestas electrorretinográficas (Figura 2), lo que permite realizar una eva- luación funcional de la retina, no solo en relación a sus elementos celulares, sino a su afectación

nueve visión

espacial. Este tipo de registros está permitiendo en el momento actual llegar a diagnosticar lesiones retinianas de tan solo unos pocos milímetros cuadra- dos de superficie, en fases pre- coces de enfermedades dege- nerativas que hasta hace pocos años tan solo era posible evi- denciar cuando el grado de lesión había producido una dis- capacidad severa (figura 3). Como en el caso de la electro- rretinografía convencional, el mf-ERG también ha sido some- tido a unos criterios de estanda- rización, resumidos reciente-

mente por la ISCEV (Marmor et al, 2003).

Por ultimo, hemos de señalar que las técnicas de registro neu- rofisiológico no invasivas están en constante evolución, y que cada año se disponen de nue- vas técnicas de exploración fun- cional aplicables a humanos. Esperamos que en un futuro no muy lejano, la mayor disposición de recursos metodológicos, per- mitan llevar a cabo una explora- ción 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 evolu- cionando hacia los PEV multifo- cales (mf-VEP) (Hood & Greenstein, 2003) lo que posi- blemente nos permita explorar funcionalmente el sistema visual central de los humanos con la misma resolución que ahora se consigue en la retina.

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 electroretino- graphy (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 glau- coma. Progress in Retinal and Eye Research. 22, 201-251


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