Biocombustibles neuronales

Tal vez el sagaz lector conozca los combustibles habituales que usan las células de nuestro cuerpo: la glucosa de los carbohidratos y los ácidos grasos de las grasas y aceites; es improbable, en cambio, que haya oido hablar de otro combustible alternativo. Recopilemos datos: mientras que el ochenta por ciento del combustible aportado al infatigable corazón son los ácidos grasos, el cerebro sólo usa glucosa y, cuando carece de ella, como combustibles alternativos, el BHB (beta-hidroxibutirato) y acetoacetato; ambas moléculas -denominadas cuerpos cetónicos- se sintetizan en el higado con los componentes -acetilos- que proceden de la rotura de los ácidos grasos. Hago un inciso para señalar que el acetoacetato se descompone espontáneamente en la volátil acetona que, al eliminarse a través del aliento, causa el característico olor afrutado.
Las neuronas del cerebro usan los cuerpos cetónicos en ausencia de glucosa, pero el BHB no es solo un combustible: es una molécula de señalización que reduce la cantidad de los peligrosos radicales oxidantes (ROS), porque activa una molécula viajera -el factor de transcripción Nrf2-, que desbloquea la expresión de genes capaces de sintetizar el poderoso antioxidante glutatión y enzimas antioxidantes; el BHB se oxida de forma más eficiente que la glucosa, o sea, produce más imprescindibles moléculas energéticas ATP con menos formación de radicales (ROS); por último, el BHB favorece la conversión del neuromensajero excitador glutamato en la molécula inhibidora GABA. Todo ello nos protege de la toxicidad debida al exceso de excitabilidad neuronal. En resumen, el BHB no solo alimenta a las neuronas, sino que mejora su funcionamiento. ¿Por qué no usar, entonces, una dieta que nos proporcione preferentemente cuerpos cetónicos? Si, debido a la acumulación de acetilos procedentes de ácidos grasos, se acelera la formación de cuerpos cetónicos y su consiguiente liberación a la sangre, puede superarse la capacidad de las células para oxidarlos; en tal caso, su aumento disminuye el pH sanguíneo -acidosis-, posible origen de coma, o muerte, en caso extremo. Los cuerpos cetónicos en la sangre -la cetosis- sin elevar el pH, consecuencia del uso de grasas como fuente principal de energía, pueden deberse al ayuno, a dietas pobres en carbohidratos o a diabetes; en cualquier caso, tal estado debe distinguirse de la cetoacidosis, peligrosa urgencia médica, que aparece cuando existen cantidades excesivas de cuerpos cetónicos que acidifican la sangre. ¡Cuídese el crédulo lector de peligrosos experimentos con la dieta que pueden dañar su salud!

Gases ideales, un baile invisible

Los seres humanos vivimos inmersos en la atmósfera, un océano gaseoso tan imprescindible que, sin él, nuestra existencia se apagaría en escasos minutos. A nadie extrañará, por tanto, que su estudio revista un interés máximo para la ciencia.
¿Alguna vez se ha preguntado el perspicaz lector qué es un gas? Los físicos lo han hecho y, en su afán por simplificar la complejidad del universo, se lo imaginan constituido por diminutas y rígidas bolitas -las moléculas-, que se mueven de forma perpetua y desordenada -un baile molecular-, chocan entre sí y rebotan contra las paredes del recipiente que las contiene. Para diseñar ecuaciones que predigan su comportamiento, suponen que, cuando la moléculas chocan, ni se deforman ni se atraen o repelen -como perfectas bolas de billar-; suponen también que tales esferitas, aunque poseen masa, no tienen volumen -reconozcamos que los físicos tienen mucha imaginación-; califican como ideal al gas que tiene tales atributos. Las condiciones anteriores nada indican al lego, pero el experto deduce que toda la energía del gas es energía cinética, es decir, energía debida al movimiento molecular, y que cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura. Con tal diseño, y aplicando las leyes de la física, los científicos explican la presión, como resultado de las colisiones de moléculas contra las paredes del recipiente, y la temperatura, como una medida estadística de la energía cinética media de las moléculas; además, deducen una ecuación: tomemos la misma cantidad de moléculas de cualquier gas, midámosle la presión, el volumen que ocupa y su temperatura; si a continuación dividimos el producto de las dos primeras magnitudes entre la tercera, observaríamos que siempre da el mismo número con cualquier gas que operemos. ¿Existen pruebas que atestigüen la ecuación? Cuando la presión es baja y las temperaturas altas, los gases reales se comportan como los ideales: ¡la imaginación de los físicos no era tan descabellada! ¿Y si cambiamos las condiciones? La ecuación no vale: la naturaleza se vuelve esquiva porque las moléculas reales de los gases ocupan un volumen y al chocar interaccionan. En 1873, Johannes van der Waals modificó la ley de los gases ideales para ajustar la ecuación a la realidad, al menos con algunos gases, como el nitrógeno y oxígeno, y a presiones que no excedan diez veces la atmosférica. ¡No está nada mal para una fantasía de los físicos!

Viajeros ácidos y grasos

La mayoría de nuestras células dispone de dos combustibles para obtener energía, la glucosa y los ácidos grasos. Grasas o aceites, no importa su procedencia, animal o vegetal, están formados por la misma familia de moléculas, los triglicéridos; cada uno formado por la unión de tres moléculas largas -los ácidos grasos- a una molécula corta, el glicerol. Acompañemos a un ácido graso desde que lo comemos hasta su destino final. El recorrido comienza con el alimento en la boca, atraviesa el estómago y los triglicéridos no son alterados hasta al comienzo del intestino delgado, donde un detergente, procedente de la vesícula biliar, los emulsiona, o sea, los convierte en gotitas; a continuación, unas tijeras celulares, las lipasas, los rompen en sus componentes. Los ácidos grasos recién liberados difunden hacia dentro de las células intestinales, quienes vuelven a recomponer los triglicéridos y los empaquetan para su transporte en paquetes de entre cien mil y diez millones de triglicéridose, en los que también han introducido un cuatro por ciento de colesterol; llaman quilomicrones a estos paquetes forrados con proteínas. Los quilomicrones, expulsados por las células intestinales hacia la linfa, llegan a la sangre y, en ella, a las células musculares y a las células grasas. De nuevo una tijeras moleculares -lipasas- rompen los triglicéridos y dejan los ácidos grasos libres; ácidos grasos que transportadores ubicados en la superficie celular introducen dentro de las células.
Si el ácido graso entra en una célula muscular, se dirige hacia un pequeño orgánulo, la mitocondria, donde, una vez dentro, se quema a baja temperatura, produciendo dióxido de carbono, agua y la energía celular. Pero si el ácido graso penetra en la célula grasa, forma dentro de ella unas enormes gotículas de grasa semejantes a los quilomicrones, no en el tamaño, mil veces mayores, sino en la composición: misma composición interna (triglicéridos y colesterol) y externa, pero con proteínas diferentes. ¿Qué sucede a estos ácidos grasos almacenados? Cuando una hormona (la adrenalina, por ejemplo) contacta con un receptor ubicado en las células grasas, se activan lipasas que liberan los ácidos grasos; que difunden hacia la membrana celular, donde se unen a la albúmina, proteína de la sangre que los transporta a las células que demandan energía. 
Una vez que los quilomicrones han descargado, en uno u otro lugar, el ochenta por ciento de los triglicéridos, convergen en el hígado, quien los fagocita y aprovecha. Y aquí acaba la historia.

Conjunto de Cantor

Tal vez por su formación científica el escritor reconoce su afecto por las matemáticas, pero no por todas ellas, pues tiene sus filias y fobias: los números se hallan entre las primeras, la teoría de conjuntos entre las segundas. Sin embargo, el conjunto de Cantor constituye una clamorosa excepción; pues, cuando por azar se lo encuentra, siempre le deja pasmado y apenas puede creer lo que las matemáticas le muestran. Antes de fijarme en sus singularidades, mostraré al conjunto. Tomemos un segmento de una recta, dividámoslo en tres trozos iguales y borremos el segmento intermedio; repitamos el proceso con los dos segmentos extremos; y así sucesivamente hagámoslo infinitas veces. Lo que queda después del borrado constituye el conjunto de Cantor; conjunto que tiene una propiedad extraña y dos propiedades increíbles. Comienzo por las dos últimas. Por muchos segmentos intermedios que haya borrado -infinitos- no queda un conjunto vacío, ni mucho menos, pues contiene tantos elementos como puntos hay en el intervalo cerrado de la recta original mencionada, o sea, tiene infinitos elementos; sin embargo, su longitud es cero, ¿cero?, repito cero. Y a pesar de su tamaño nulo, hay una distancia medible, no nula, entre un elemento y otro. Si, con razón, el escéptico lector duda de mi explicación, busque un texto de matemáticas donde hallará las demostraciones.
La extrañeza del conjunto de Cantor se debe a que es el primer fractal conocido. Un fractal es un objeto cuya estructura se repite en cualquier escala que se observe; cualquier parte del conjunto se ve exactamente igual al todo. Si observase al conjunto de Cantor bajo una lupa que triplicase su tamaño, vería que una cualquiera de sus dos mitades es una copia idéntica al conjunto original completo. Si aumentase cualquier parte del conjunto, siempre encontraré la misma estructura: dos segmentos y un hueco en medio. En la geometría clásica, un punto tiene dimensión cero, una línea tiene dimensión uno y un plano tiene dimensión dos; la dimensión de los fractales no es un número entero; en concreto, la dimensión 0,6309 para el conjunto de Cantor significa que es más que un punto, pero menos que una línea. Como todos los fractales, el conjunto de Cantor, resultado de aplicar una regla geométrica infinitas veces, no se puede dibujar terminado; si uno se detiene en cualquier paso obtiene una colección de segmentos separados por huecos; sólo en el infinito se convierte en el fractal.

Proteínas neuronales deterioradas

Muchos ancianos, y no tan ancianos, padecen las temibles enfermedades de Alzheimer o Parkinson. A cualquier persona mínimamente sensible le resulta penoso contemplar los temblores musculares o la demencia en los otrora formidables atletas o talentosas actrices. A pesar de la enorme diferencia en sus síntomas, el mal funcionamiento de las neuronas de unos y otros enfermos presenta similitudes. La enfermedad, en ambos casos, se debe al deterioro de unas neuronas específicas; más concretamente todavía, el daño consiste en que, en ambas afecciones, unas proteínas neuronales determinadas, la beta amiloide y la tau en el primer caso, y la alfa-sinucleína en el segundo, se encuentran mal plegadas. ¡Nada más, nada menos!
Fijémonos en los agentes desencadenantes. En el Parkinson, tóxicos, como el herbicida paraquat, impiden el plegamiento correcto de la proteína alfa-sinucleína y promocionan la formación de los agregados proteicos que son la marca de la enfermedad. En el Alzheimer, factores ambientales, como la inflamación sistémica por contaminación, desencadenan el procesamiento incorrecto de la proteína precursora amiloide, que genera la acumulación de agregados beta-amiloides, señal de la enfermedad; en concreto, micropartículas del aire pueden cruzar la barrera hematoencefálica que protege al cerebro, activar las células de la microglía e inducir el procesamiento patológico de la proteína precursora amiloide. En ambos casos, el estrés oxidativo causado por agentes estresantes provoca que las mitocondrias de las neuronas funcionen mal; lo que significa que las mitocondrias producen menos imprescindibles moléculas energéticas y más dañinas moléculas oxidantes; añadamos a esto que las neuronas son muy vulnerables debido su alta demanda de energía. Esta disfunción mitocondrial se refleja en el mal funcionamiento de las neuronas; lo que conlleva el mal plegamiento de las proteínas neuronales y la aparición de los síntomas neurológicos.
La enfermedad de Parkinson afecta predominantemente a las neuronas que usan dopamina como molécula mensajera (dopaminérgicas) y contienen cantidades altas de alfa-sinucleína en una región del cerebro (sustancia negra); la enfermedad de Alzheimer afecta predominantemente a las neuronas que usan acetilcolina como molécula neurotransmisora (colinérgicas) y contienen cantidades altas de las proteínas precursoras de la beta-amiloide y tau en una región del cerebro (el hipocampo y la corteza). Si añadimos que las primeras regulan el movimiento y las segundas intervienen en la memoria y cognición ya somos capaces de deducir el deterioro principal que sufre el cerebro de uno u otro enfermo.