Estudio de la óptica ocular del bovino de Lidia : Un modelo animal de ojo con tolerancia al desenfoque

Abstract

El ojo del bovino es un modelo usado de forma habitual en entornos académicos, fundamentalmente en clases de anatomía ocular de niveles medios de enseñanza, pues el tamaño de sus componentes fisiológicos hace que éstos se puedan identificar y manipular fácilmente. Sin embargo, a diferencia de otros modelos animales de mamíferos o incluso de aves, hay escasez de análisis detallados no sólo sobre su morfología, sino sobre la propia óptica y los aspectos que relacionan a ésta con la función visual. El bovino es un animal con un globo ocular que presenta características similares a las que en los humanos se corresponden con la presbicia. Su acomodación es prácticamente nula y en general es hipermétrope, por lo que aparentemente no tendría capacidad de ver de cerca. Sin embargo, es un hecho palpable que el animal es capaz de realizar tareas a distancias cortas, así como responder a estímulos lejanos. Es por ello que en esta Tesis Doctoral se ha llevado a cabo un análisis detallado desde el punto de vista óptico de la córnea y el cristalino del ojo del bovino (así como de la combinación de éstos para formar un sistema completo). El estudio de la geometría y propiedades ópticas de los elementos oculares ayudará a entender cómo la configuración natural de ojo del bovino podría compensar la falta de acomodación y contribuir a que el animal “pueda ver” a distintas distancias. Como modelo se ha utilizado el ojo del toro de lidia, por ser éste un animal criado en condiciones de ganaderı́a extensiva (espacios abiertos), sin apenas contacto humano, con un control estricto de la edad, y cuya visión es esencial para que su comportamiento durante el desarrollo de la lidia sea óptimo. Para el estudio del cristalino se ha construido un sistema experimental que registra imágenes de sombra y a partir de las cuales se ha calculado la geometría de las superficies. El análisis de la superficie anterior de la córnea se ha realizado con un topógrafo comercial. Se ha implementado un método de trazado de rayos que a partir de los datos geométricos se calculen las aberraciones de dichos elementos por separado y en conjunto (sistema acoplado córnea-cristalino). Los resultados muestran que los radios de curvatura de las superficies de ambos elementos oculares tienden a aplanarse con la edad. El espesor de cristalino también aumenta debido al crecimiento del globo ocular. La córnea tiene un meridiano horizontal más plano que el vertical. Además, la asfericidad del cristalino es fundamentalmente positiva (oblata), mientras que la de la córnea es negativa (prolata). Las aberraciones dominantes son el astigmatismo y la aberración esférica. La refracción ocular es mayor en el meridiano horizontal que en el vertical, siendo ambos hipermétropes en la mayoría de casos estudiados. Además, la presencia de una pupila elíptica (en lugar de una circular) hace que la aberración esférica ocular total sea notablemente mayor, hecho que va estrechamente ligado a un aumento de la profundidad de foco. Finalmente se ha comprobado que con el desenfoque, la imagen retiniana se degrada en mayor medida con una pupila circular que con una elíptica equivalente. Este incremento de la tolerancia al desenfoque en el ojo del bovino se podría interpretar como una herramienta natural que tendería a compensar, al menos parcialmente, su marcada presbicia.

The bovine is an animal model often use for academic purposes, in particular during ocular anatomy teaching classes of intermediate levels. Due to the size of the eye, the different physiological elements can be easily manipulated and identified. However, unlike other mammal or bird eye models, existing literature hardly provider accurate details on the bovine’s ocular optics or data about the visual function. The ocular globe of bovine animals presents a property similar to that known as prebyopia in humans. Accommodation is almost absent and the refractive state is, in general, hyperopic. This implies an overall lack of (or reduced) capacity to see objects up close. However, it is known that these animals are able to response to stimuli located at both far and closer distances. In this sense, the present PhD Thesis is centered on the detailed optical analysis of the cornea and the crystalline lens of the bovine eye (as well as the combination of both physiological components in a unique optical system). The study of the geometry and optical properties of both ocular components will help to understand how the natural configuration of the eye of the bovine might (partially) compensate for the lack of accommodation and contribute to an improved vision of objects placed at different distances. Along this work, the eye of the fighting bull has been used as a model. This is a particular bovine breed (known as “toro bravo” in Spanish) bred free range on extensive farms (i.e. open-air facilities), with minimum human contact and a very strict age control, which visual function is one of the keys for an optimized performance during the fight (“lidia”) at the arena face to face with the “torero” or bullfighter. In order to study the lens, an instrument based on a shadow photography technique has been developed. From the acquired images the geometry of the anterior and posterior surfaces was determined. A commercial topographer was used to explore the corneal first surface. A ray-tracing procedure was implemented to calculate the aberrations of those individual components and the combination of both as a whole optical system. Results show that the radii of curvature of the lens surfaces as well as the thickness increase with age as a results of a general change in size of the ocular globe. The horizontal meridian of the cornea is flatter than the vertical one. In addition, whereas lens asphericity is mainly positive (oblate), that of the cornea is strongly negative (prolate). The dominant aberrations are astigmatism and spherical aberration. Ocular refraction is larger along the horizontal meridian than the vertical meridian, being both hyperopic in most cases. Moreover, the presence of an elliptical-shaped pupil (instead of a circular one) leads to a noticeable higher contribution of spherical aberration within the whole eye. This is closely associated with an increase in depth of focus. As defocus is increased (i.e. objects are located closer to the eye), the retinal image for an elliptical pupil degrades at a lower ratio than that corresponding to an equivalent circular pupil. Thus, this increasing tolerance to defocus might be interpreted as a natural tool of the bovine eye to partially compensate a markedly presbyopia.