Electricidad neuronal

Sabemos que nuestro cerebro nos diferencia del resto de los seres vivos de la biosfera; se trata de un órgano que contiene una red de ochenta y seis mil millones de neuronas, en el que cada una establece conexiones con entre mil y diez mil neuronas. La conexión, sin contacto físico, se establece porque una de las neuronas emite unas moléculas, que denominamos neurotransmisores, que captan los receptores de la otra. ¿Qué diferencia a una neurona de cualquier otra célula del cuerpo? Conduce la corriente eléctrica. Tal vez el curioso lector se pregunte cómo lo hace.
Recordemos que tanto un metal como el agua salada son conductores de la electricidad, aquél mediante electrones, ésta mediante átomos cargados, que llamamos iones; las neuronas usan el segundo mecanismo; y emplean tres clases de iones positivos diferentes -sodio, potasio y calcio- para ejecutar su cometido. Antes de continuar, aclaremos que hasta el setenta por ciento de energía que consume una neurona nuestra cualquiera se emplea en mantener activa una proteína situada en su membrana externa, la bomba de sodio potasio, que expulsa tres iones sodio hacia afuera de la célula por cada dos iones potasio que introduce; en la membrana neuronal también hay unas proteínas que son canales de fuga -agujeros- de iones potasio, siempre abiertos. Ambos dispositivos generan un potencial eléctrico negativo -sesenta milivoltios- dentro de las células. Además, en la membrana neuronal hay tres canales iónicos -de sodio, potasio y calcio-, tres compuertas proteicas que se abren o cierran, reguladas por el voltaje. 
Se inicia un impulso nervioso, cuando el potencial eléctrico de la membrana neuronal se vuelve menos negativo, se abre entonces el canal de sodio, entran iones sodio positivos en la célula, cuyo interior se vuelve positivo; inmediatamente se abre el canal de potasio, salen iones potasio positivos, y se recupera la negatividad inicial; ambos flujos iónicos constituyen la señal eléctrica que recorre la neurona hasta su terminal; ahí, la señal eléctrica abre un canal de calcio, calcio que, al entrar en la neurona, impulsa la liberación de las moléculas neurotransmisoras. Una vez fuera, los neurotransmisores recorren la ínfima distancia que separa una neurona de la otra. Al llegar a la segunda neurona se unen a una proteína receptora, otro canal iónico que, al contacto con el neurotransmisor, se abre, entran iones positivos que vuelven menos negativa a la neurona y se inicia un nuevo impulso nervioso.

Agujeros negros galácticos

Las grandes galaxias que existen en el universo, cada una compuesta por cientos de miles de millones de estrellas, se encuentran dispersas por el vacío, como islotes en el océano Pacífico… no estacionarios, porque el espacio entre las galaxias se expande y, por tanto, las galaxias se separan.
Una piedra que cae en la Tierra adquiere energía debido a la gravedad, energía que se convierte en movimiento y después en calor, debido a los choques entre los átomos de la piedra y del suelo que provocan un diminuto aumento de temperatura. En resumen, la energía gravitatoria de la piedra se ha transformado en energía cinética y ésta en calor. En el espacio, cuando una enorme nube de gas se contrae para formar una galaxia, sucede lo mismo, a escala mucho mayor. Llamamos cuásar al centro brillante de una galaxia, muy distante, a miles de millones de años luz, que emite mucha más radiación que una galaxia ordinaria como la nuestra (la multiplica por más de cien); y toda esa energía proviene de una región cuyo tamaño es menor que el sistema solar; o sea, dos cienmilésimas del tamaño de la Vía Láctea.
    Sí, igual que las estrellas explotan, ahí están las supernovas para testificarlo, también el centro de las galaxias explota. Aseguramos que los centros de las grandes galaxias son gigantescas centrales energéticas. Se forman por el colapso de una nube de gas cuya masa supera la de cien millones de soles; su centro -un agujero negro-, rodeado por un disco de gas (disco de acreción), engulle materia. En cada bocado que traga -equivalente a la masa de varios soles- convierte parte de la energía gravitatoria en movimiento del gas que, por fricción, calienta el material circundante; y emite un chorro de radiación a lo largo de los polos. En pocas palabras, el agujero negro transforma energía gravitatoria en radiación. Si bien casi todas las grandes galaxias, aproximadamente dos billones en el universo visible, tienen un agujero negro central, no todas muestran la misma actividad energética en su centro. La diferencia entre la violencia que muestran los cuásares y la tranquilidad de la nuestra se debe a que el agujero negro de la Vía Láctea -su masa asciende a cuatro millones de soles- ya ha engullido todo el material circundante y no le queda gas con que alimentarse. ¡Qué le vamos a hacer!

Borrar la memoria humana

El trastorno de estrés postraumático es una afección humana desencadenada al experimentar sucesos traumáticos, que provocan miedo y ansiedad intensa, sucesos que se reviven años después con la misma intensidad emocional y generan recuerdos persistentes. Afortunadamente ya puede tratarse con fármacos que afectan a la memoria. Tanto el propranolol como el ZIP (zeta inhibitory peptide) modifican un recuerdo previo si se administran justo después de que el sujeto evoque dicho recuerdo; sin embargo, el mecanismo de funcionamiento de ambas moléculas es muy diferente. El propranolol es un antagonista -bloqueante- de los receptores beta-adrenérgicos; en consecuencia, impide que los neurotransmisores adrenalina y noradrenalina activen tales receptores (abundantes en el centro cerebral del miedo -la amígdala- y en el centro cerebral de la memoria -el hipocampo-) y transmitan los impulsos nerviosos que refuerzan la carga emocional del recuerdo. El ZIP es un inhibidor de la enzima PKM zeta, que mantiene almacenados los recuerdos a largo plazo en las neuronas.
¿Por qué el propranolol se prefiere al ZIP para tratar el estrés postraumático? Por seguridad, ética y selectividad. El propranolol fue aprobado para el tratamiento humano hace más de medio siglo, por lo que se conocen sus efectos secundarios, toxicidad y eliminación; el ZIP se ha probado en animales, no en los humanos. Aquél es un agente lipofílico que puede atravesar la barrera hematoencefálica; éste es un péptido sintético que requiere administración directa en el cerebro. El propranolol no borra el recuerdo, pues el sujeto sigue sabiendo qué pasó, no obstante, el fármaco bloquea la respuesta de la adrenalina en la amígdala; esto permite que la persona evoque el trauma sin sufrir un ataque de pánico; durante el tratamiento el paciente describe su trauma brevemente, esto abre el recuerdo; como la ingestión de propranolol bloquea los receptores beta-adrenérgicos, al volver a guardarse (reconsolidarse) el recuerdo se almacena con menos carga emocional. El ZIP, en cambio, elimina los recuerdos de forma masiva e indiscriminada; pero el borrado de una parte de la memoria plantea dilemas éticos graves, ¿quién decide qué recuerdos deben eliminarse?, además, podría borrarse información esencial. En resumen, se prefiere al propranolol porque es una herramienta de ayuda al paciente para que supere el trauma; mientras que el ZIP funciona como un borrador cuyo impacto en el cerebro humano es impredecible y potencialmente peligroso; aquél preserva la historia personal, en éste hay riesgo de pérdida de identidad.

Agujeros negros estelares

Los astrónomos saben que una estrella, acabado su combustible nuclear, se contrae debido a su gravedad hasta formar una enana blanca o una estrella de neutrones. Pero si la masa de la estrella moribunda supera cierto límite, la gravedad es tan grande que no hay fuerza que detenga su colapso y la estrella se contrae indefinidamente. El constructor de la primera bomba nuclear, Robert Oppenheimer, escribió en fecha tan temprana como 1939: “Agotadas todas las fuentes de energía termonuclear, una estrella suficientemente pesada colapsará. Esta contracción proseguirá indefinidamente.” La luz de la estrella moribunda se irá enrojeciendo hasta que toda su energía se haya consumido antes de escapar, entonces la luz se habrá desvanecido. La estrella colapsada nada emitirá, se ha vuelto negra e indetectable: se trata de un agujero negro.
Hay muchos agujeros negros en la Vía Láctea, los astrónomos sospechan que cien millones; incluso, probablemente, existirá un agujero negro cerca de nosotros, a quince años luz, pero indetectable. Sí, porque la inmensa mayoría son solitarios y, por tanto, indetectables; apenas podemos detectar unos pocos miles. Habitualmente medirán treinta kilómetros de diámetro y contendrán diez masas solares. En uno de ellos me voy a fijar. Los astrónomos descubrieron en el cielo fuentes emisoras de rayos X, formadas por una pareja de estrellas muy cercanas, que giran una alrededor de la otra debido a su mutua atracción gravitatoria: una estrella grande y difusa, acompañada por otra densa y pequeña (una estrella de neutrones o un agujero negro). La densa succiona gas de su compañera; gas que cae en espiral formando un disco -de acreción-. El gas gira a grandes velocidades, se calienta por rozamiento y emite rayos X antes de caer sobre el agujero negro. Cygnus X1, en la constelación del Cisne, es un agujero negro que emite rayos X cuando la energía gravitatoria de la materia, que le roba a su estrella acompañante supergigante azul, se convierte en radiación.
Tanto los agujeros negros estelares (masivos) que acabamos de describir, como los agujeros negros galácticos (supermasivos) tienen dos mecanismos de emisión de rayos X: la emisión por el disco de acreción y la emisión en chorros (jet) desde los polos. En las primeras, el disco emite rayos X con tanta eficiencia que constituye la marca del agujero negro, mientras que en las segundas, los chorros polares son tan inmensos que señalan el agujero negro. Asi los identifican los astrónomos.

Sistema linfoide

“Fabio, las esperanzas cortesanas

prisiones son donde ambición se encierra

y donde mueren las virtudes sanas."

Además de disponer de una mente, para entonar melancólicas reflexiones sobre la difícil conjunción entre la ética y la ambición política, los humanos disponemos de un cuerpo; y el cuerpo es una compleja máquina biológica que contiene once sistemas, cuyo trabajo conjunto nos mantiene con vida. Con poco que reflexione el sagaz lector adivinará casi todos ellos. Recordémoslos. El sistema nervioso, el respiratorio, digestivo, urinario, cardiovascular, reproductor, el esqueleto, los músculos, el hormonal -por otro nombre, endocrino-; al sistema que los expertos denominan tegumentario, los profanos lo reducimos a la piel; el último, el sistema linfoide, el más difícil de averiguar, es el sistema que se encarga de la defensa contra bacterias, virus, parásitos o cualquier otro agente invasor. En él nos vamos a detener. Antiguamente, el sistema inmunitario y el linfático se estudiaban de forma separada porque no se entendía su función. El sistema linfático se consideraba puramente mecánico, como una red de tuberías de drenaje, auxiliar del sistema circulatorio, cuya única función consistía en devolver el exceso de líquido (la linfa) de los tejidos a la sangre. A diferencia de la imprescindible sangre roja, la linfa, transparente durante su paso por la periferia corporal, aparentemente resultaba menos esencial; tal vez por ello, durante mucho tiempo, a los vasos linfáticos se les atribuyó menos importancia que a los vasos sanguíneos. Por otro lado, el sistema inmunitario se describía como una red de defensa biológica, pero no como un sistema integrado, ya que sus células están dispersas por todo el organismo. Los nuevos descubrimiento moleculares obligaron a cambiar el paradigma: los investigadores comprendieron que ambos sistemas eran complementarios, hallaron que el sistema inmunitario necesita la estructura física del sistema linfático para funcionar. Por eso hoy en día ambos sistemas se integran en el apellidado sistema linfoide, que agrupa a los órganos linfoides primarios (la médula ósea y el timo), donde nacen las células de defensa inmunitaria, a los órganos linfoides secundarios (los ganglios, bazo y amígdalas), donde se activan las células de defensa inmunitaria y a los vasos linfáticos, que conectan todo el conjunto, permitiendo que la linfa transporte las células de defensa hacia donde se necesitan. En resumen, en la máquina biológica que mencionábamos al principio, este sistema integrado actúa como un servicio de seguridad descentralizada, con centros de entrenamiento y estaciones de vigilancia.