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Ingeniería humana

Sección: Ciencia y Técnica

Tftulo original: Human Engineering Traductor: Alfredo Guera Míralles

The body re-examined

© 1974 by John Lenihan

© Ed. cast.: Alianza Editorial, S. A., Madrid, 1980 Calle Milán, 38; 11" 2000045 ISBN: 84-206-1746-6 Depósito legal: M. 612-1980 Compuesto en Fernández Ciudad, S. L. Impreso en Closas-Orcoyen, S. L. MartÍnez Paje, 5. Madrid-29 Printed in Spain

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El cuerpo humano, visto por un ingeniero

El estudio más propio del hombre es el hombre mismo Alexander Pope no expresó con ello una idea nueva. Ya en 1773, el estudio del hombre había constituido durante mucho tiempo una fascinante tarea para filósofos, médicos y poetas. Incluso en nuestros días existen universidades en Escocia en las que el latín es enseñado por profesores de humanidades, recordándose los tiempos en los que los conocimientos se dividían en teología (el estudio de la Divinidad) y humanidades, el estudio del hombre.: En un sentido biológico, el hombre puede no parecer un ser muy notable. Por lo que sabemos, la mayor parte del universo está deshabitada, e incluso en la tierra la masa total de todos los seres vivos, incluyendo plantas y microorganismos, constituye menos de una millonésima· parte de la masa formada por las rocas, el mar y la atmósfera. Por lo que se refiere a cifras y volumen, no predomina el hombre. Su estructura, sus funciones, su adaptación y sus dispositivos bioquímicos son interesan7

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tes pero no excepcionales para el biólogo, ya que la mayoría de sUs rasgos distintivos están igualados o superados en otros seres vivos. Mas el hombrees un ser único en dos sentidos. En primer término, se trata de la única criatura dotada con capacidad de reflexionar acerca de lo que es y provisto de los recursos tecnológicos para modificar su medio . interno y externo de manera deliberada. En segundo lugar, es la única criatura que mata sistemáticamente a otros seres de su misma especie. En el presente libro nos ocupamos de la tecnología del hombre. Conviene definir 10 que significamos por tecnología, así como por ciencia, puesto que ambas actividades son frecuentemente confundidas. La ciencia se ocupa de abstracciones tales como fuerzas, átomos y genes. La tecnología se ocupa de realiqades concretas, tales como materiales y máquinas. En el lenguaje de las computadoras, la ciencia es «software» y la tecnología «hardware». . . La tecnología proporciona el equipo y los materiales con los que el· científico procura comprobar sus especulaciones y teorías, pero existe una relación más íntima entre ambas actividades. La ciencia procede planteando preguntas o, lo que es igual, realizando modelos y contrastándolos con la realidad. En los modelos no se trata por lo general de estructuras tangibles, sino de analogías o teorías que relacionan la estructura, la función y el comportamiento del sistema que se investiga, con las propiedades conocidas de· algún otro sistema. Los modelos mediante los cuales avanza la ciencia están habitualmente basados en la tecnología al uso. No hace aún mucho tiempo, el cerebro era comparado a una central telefónica; más recientemente, la computadora electrónica proporcionó el modelo adecuado, y más adelante aún, los nuevos avances de la óptica han hecho que se equipare el cerebro a un sistema holográfico de. almacenamiento dedatos. El presente libro. pretende proporcionar un nuevo modelo del hombre. No es la primera tentativa en este

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sentido. En el siglo XVII, cuando la mecánica de. Galileo y Newton parecía capaz· de resolver cualquier problema, era corriente considerar al cuerpo como'un conjunto de palancas, cables, poleas y fuelles. Richard Mead, que contaba entre sus pacientes a .1a reina Ana (y de modo más significativo, a Isaac Newton), fue incluso más . lejos. Su libro A Mechiznical Account 01 Poisons [Una consideración mecánica de los venenos], publicado en 1702, se iniciaba con la afirmación de que el estudio de las matemáticas había de mostrar a los médicos cómo resolver los problemas difíciles planteados en medicina. La idea era interesante, pero Mead se mostró incapaz de desarrollarla, y su libro, tras un inspirado prefaCio, degeneró en una colección de anécdotas y de remedios emp.í,:icos .. , Un contemporáneo de Mead, Giorgio Baglivi, profesor de Anatomía en Roma, tenía una visión más madura de la utilidad del modelo tecnológico del hombre. El cuerpo humano, escribía, «en cuanto a sus actos naturales, no es en realidad sino un complejo de movimientos químicomecánicos, dependiendo de principios tales como los puramente matemáticos. Cualquiera que considere atentame~te su fábrica hallará que los huesos de las mandíbulas y. 10$ dientes: son auténticas cizallas ... , tubos hidráulicos sus venas, arterias y otros vasos ... , un par de fuelles los pulmones, la potencia de una palanca en 'sus músculos, poleas en los ojos y así sucesivamente». . Baglivi e~a más sabio que sus contemporáneos (y más sabio que'muchos bioingenieros actuales), ya que se dio cuenta de que la práctica era más importante que la teoría. Las ideas relativas a la mecánica suponían un interesante ejercicio mental, mas raramente eran de mucha utilidad parae! médico en activo. «No ha de sorprendernos», escribió, «que la auténtica y genuina causa de las enferinedades no .pueda ser.hallada jatnás mediante principios filosóficos teóricos.» y continuaron e$tableciéndose modelos del hombre. En la era del vapor, los fisiólogos idearon un modelo útil del cuerpo .humano como ingenio térmico, 'que C9nsume

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combustible y utiliza energía en diversas formas. Al progresar la bioquímica, que es esencialmente una· crea~lón del siglo xx, se realizaron esfuerzos para explicar las funciones vitales del cuerpo a base de reacciones químicas. Más recientemente; el modelo químico se ha ampliado mediante ideas derivadas de la física y la genética, en la nueva ciencia representada por la biología molecular. El punto de vista del ingeniero acerca del hombre, que el presente libro intenta describir, debe algo a cada uno d(l los modelos que acabamos de mencionar, pero es algo más que un. mero simposio. La época actual es la primera en la que el ingeniero cuenta con-la comprensión y el equipo intelectual necesarios. para llevar a ·cabo un modelo detallado del hombre. El bioingeniero cuenta también hoy día con los recursos precisos para discurrir una acción eficaz contra muchos de los defectos de proyecto o de realización señalados ·porsus estudios. El bioingeniero utiliza las ideas y.las técnicas de la ingeniería de· dos modos distintos. El primero consiste en describir y, en la medida de 10 posible, explicar la estructura y la actividad del cuerpo en estado normal de salud, misión que conduce al investigador a múltiples ramas de la ingeniería. En resumen: el ingeniero considera el cuerpo humano como una fuente .autopropulsada de energía con múltiples e ingeniosos rasgos en su diseño. Unos engranajes cqntinuadamente variables permiten desarrollar un rendimiento a plena potencia y a muy diversas velocidades. La máquina se mantiene mediante una gran variedad de combustibles y contiene consideraHes reservas de los mismos. Incluye detallados dispositivos de autorreparación y está lubrificada de por vida~· El mecanismo se halla controlado por una computadora más sofisticada que cualquiera de los dispositivos electrónicos construidos hasta. ahora . .complejos sistemas de .orientación y navegación examinan el entornomediante.dispositivos que incluyen una cámara de 3 D Yun reptoductor de sonido estereofónico y de alta fidelidad. El sistema depropulsión, que utiliza algunas de las ventajas de los

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sistemas de ruedas y carriles, permite al animal humano trepar a árboles, saltar fosos y realizar muchas otras maniobras que superan a la capacidad de cualquier artilugio mecániCo. El cerebro, que es en príncipio el centro de control de la máquina, se ha desarrollado hasta el punto de permitir el p~nsamiento abstracto, la creatividad artística y, en general, una actividad mental ejercida de un modo regular.o cQntinuo, de índole muy compleja. Considerada con arreglo: a la escala del tiempo de evolución biológica, tal capac,idad constituye una innovación muy reciente y que separa al hombre del resto de la creación. ' Al estudiar tal máquina perecedera, hemos de comenzar examinando su estructura, prosiguiendo con el estudio de los distintos mecanismos y concluyendo con una revisión del centro de control y de las posibilidades de perfeccionamiento en cuanto a diseño o rendimiento. Entre los materiales estructurales, el hueso es de gran interés' para el ingeniero, a causa de que aúna, con éxito, resistencia y peso adecuado, de que implica dispositivos de autorreparación. y de su ingenioso sistema de lubrificación (en las articulaciones). En términos' de ingeniería, los músculos vienen a ser motores lineales guiados por células de combustible, incluyendo así dos de las más recientes innovaciones de la ingeniería eléctrica y química. En combinación con los huesos y las articulaciones, los músculos suponen una serie de mecanismos de movimiento alternativo a baja velocidad que desarrollan las actividades físicas del cuerpo. El otro elemento estructural de gran importancia es la piel. Este resistente material, que es un original depósito con cierre automático, es más adaptable que cualquier material de ingeniería. Aparte del papel protector que ejerce con respecto a los delicados órganos y tejidos internos frente a un medio ambiente hostil, cOntrola a este último mediante las sensibilidades táctil y térmica, y, mediante una evaporación controlada, contribuye a estabilizar la temperatura interna del cuerpo.

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Los órganos de los sentidos, responsables de la visión, el oído, el olfato y el gusto, probablemente se han deteriórado en· el hombre moderno, ya que su importancia con respecto a la supervivencia no es tan grande como en tiempos primitivos. De todos modos, su funcio.namiento es impresionante. El ojo posee muchas de . las Características de una sofisticada cámara fotográfka, si bien en un espacio mucho más reducido y con unos controles completamente automáticos. El oído es quizá demasiado sensible, como lo demuestra lo mucho que nos irritan los ruidos. Presenta asimismo una sensibilidad aguda e innecesaria en cuanto a los cambios de tono. Sin embargo, estas capacidades, aparentemente superfluas,. permiten una gran finura en 'cuanto a la percepción y apreciación de música y ello en un grado tal que es preciso un cuarto lleno de equipo electrónico para explotar las plenas potencialidades de la combinación de oído y cerebro. . El corazón, considerado como bomba, despierta la admiración del ingeniero hidráulico por su fino diseño, su adaptación sin esfuerzo a cargas variables y su extremada fiabilidad. Resulta significativo que la máquina de circulación extracorpórea, destinada a suplir las funciones del mecanismo natural durante unas pocas horas, es aproximadamente mil veces mayor que este último. El riñón es un sistema de ingeniería química con un diseño que ningún ingeniero podría imitar, por audaz que fuese; el riñón artificial es grande y tosco en comparación con el riñón human'), ya que los materiales sintéticos no permiten ni aproximadamente los rendimientos del órgano natural. La circulación es un ejemplo de un sistema con fines múltiples, sistemas que se dan con frecuencia en el cuerpo humano, pero que por lo general exceden de la capacidad del diseñador en ingeniería. La sangre no es tan sólo una línea o cadena líquida de montaje, una red de suministro y un sistema de eliminación de residuos, sino también la base de los dispositivos corporales, altamente eficaces, de calefacción y refrigeración y del mecanismo de defensa contra las infecciones ~

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La ingeniería química predomina también en el hígado y el intestino, en los se realizan complejos procesos a baja temperatura y sin nÜlguno de los potentes reactivos que serían precisos en el laboratorio. El cerebro, que controla y dirige toda actividad corporal, es una computadora cuyas capacidades exceden de las de cualquier sistema electrónico fabricado por el hombre. Es además una computadora con capacidad para pensar, para hablar y para emprender una creatividad artística. No obstante, el ingeniero no queda forzosamente mudo de admiración ante la máquina humana. Advierte cierto número de defectos en cuanto a diseño y realización, atribuibles algunos de ellos al cambio verificado de la marcha a cuatro patas a la marcha bípeda y otros que no se pueden explicar tan fácilmente. Mediante una adecuada comprensión de la estructura y funciones naturales del cuerpo, el ingeniero puede ayudar a proyectar piezas de recambio· o bien otros dispositivos que mantengan la calidad de vida cuando se ve menoscabada por accidente o enfermedad. Esta es la segunda responsabilidad del bioingeniero en cuanto a importancia, sobre todo en una época en la que la tecnología no se mantiene al ritmo de los avances en medicina. A no ser que un número mayor de los ingenieros y científicos más capacitados del mundo intervengan en la batalla clínica, una creciente cantidad de personas se verán condenadas a una mera supervivencia a base de medicamentos.

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Arena :v cola

Un escolar sabio

El escolar que definió el esquelet~como un «hombre con su parte de d~tro fuera y sin la parte de fuera» era más perspicaz de lo que creía. Muchos seres vivos primitivos constan esencialmente de dos capas de células: una interna y otra externa. El siguiente estadio en cuanto a complejidad tiene lugar mediante adición de una capa intermedia, a partir de la cual y durante el curso de la evolución se han ido desarrollando múltiples órganos y tejidos y sobre todo el esqueleto. Los seres vivos más pequeños no precisan de huesos. Habitan, porej.emplo, en el mar, el cual representa en realidad un caldo nutricio que proporciona alimento de un modo constante y elimina productos de desecho sin mayor complicación. Como medio donde reside vida, el mar ofrece la gran ventaja de estar en él la gravedad casi por completo neutralizada, de modo tal que se precisa tan sólo de dispositivos muy simples para moverse de un lugar a otro. Esta ventaja no se limita exclusivamente a seres vivos muy 14

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pequeños; ciertas especies de medusas son tan grandes como un hombre y aun así se pueden mover perfectamente sin hueso alguno. En general, sin embargo, la mayoría de los animales (dejando aparte los más pequeños, pero incluyendo aves y peces) precisan de esqueleto. En el hombre, el más altamente especializado de todos los animales, el esqueleto y los músculos insertos en él son tejidos importantes, y por dos razones: estructural y funcional. Como material estructural, el hueso es importante por dos motivos. En primer lugar, el armazón óseo protege a importantes estructuras, tales como el cerebro, el corazón y los ojos. El esqueleto interno no es el único modo de cumplir esa función. Los crustáceos poseen una cubierta ósea exterior con respecto al resto del cuerpo. Mas esta solución tiene el inconveniente de que no permite un crecimiento satisfactorio. El cangrejo resulta muy vulnerable durante el intervalo comprendido entre el momento en que abandona un caparazó 1} y fabrica otro de mayor tamaño. El armdzó'n humano

El esqueleto resulta aSimIsmo útil como armazón interno, destinado a mantener a los diversos' órganos y sistemas corporales en sus posiciones relativas correctas. La mayoría de los órganos y tejidos son blandos y fácilmente desplazables. En un animal que se mueve tanto como el hombre surgiría muy pronto una caótica situación si los diversos componentes de su cuerpo no se mantuviesen en sus correspondientes lugares. Los huesos (y los dientes) son los únicos tejidos duros que posee el hombre y son importantes para mantener la forma del cuerpo. La misión principal del esqueleto se refiere al movimiento. La energía exigida por este último deriva siempre, desde luego, del ejercicio muscular. En los peces v los reptiles, los procesos implicados son más bien sim-

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pies. Mas el hombre es capaz de una enorme variedad de finos y complejos movimientos, que resultan posibles gracias a un diseño de ingeniería de orden elevado. El esqueleto óseo· es necesario, en primer término, para proporcionar los medios de ejercer esfuerzo contra el suelo, al caminar, por ejemplo. Los huesos son utilizados también para transformar el esfuerzo muscular, que consiste normalmente en una mera contracción, en los le que ~edan hasta cierto punto bajo sobrecargas, que no que se fracturen. Las fuerzas que actúan sobre un hlleso o sobre cualquier material estructural, son esencÍlilmente de dos clases: de compresión y de tensión. Cuando transportamos una pesada maleta, los huesos del brazo están sometidos a tensión. Si bajamos saltando unos escalones, los huesos de la pierna están sometidos a compresión. Ciertos materiales, como la piedra, son resistentes a la compresión, pero débiles a la tensión. La madera, en cambio, es resistente a la tensión, pero débil a la compresión, sobre todo cuando la fuerza es aplicada en la dirección de las vetas. Resulta posible, por. s~puesto, encontrar materiales, tales como el acero, que son bastante resistentes tanto a "la compresión como a la ten-

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sión; pero la especificación relativa al hueso es más exigente, porque además tiene que ser muy ligero; los aproximadamente doscientos huesos del esqueleto pesan en total unos 9 kilogramos. La combinación de peso escaso y resistencia se logra en el esqueleto mediante métodos que tan sólo actualmente comienzan a apreciar y a iri:lÍtar los ingenieros. Otra importante exigencia que se le plantea al hueso 'es la de que ha de mantener su {unción mientras crece. Cuando un par de zapatos se le quedan pequeños a un niño, s~ desech~n y se le compra otro par. Sin embargo, los huesos del pie crecen constantemente durante dieciocho o veinte añós y han de realizar durante este tiempo su trabajo normal. En tercer término,un hueso se ha de reparar a sí mismo. Si se rompe un, eje de una máquina, lo 'reemplazamos, colocando otro nueVO. Mas si se rompe un hueso, esperamos que se repare por sí solo y que, transcurrido cietto .tiempo, desempeñe su función tan bien como si fuese nuevo. Los huesos, por último, han de ser capaces de articu· larse, es decir: de ajustarse libremente entre sí de modo que sean capaces de transmitir fuerzas. Las articulaciones que unen entre sí a los huesos han de autolubricarse y resultar capaces de funcionar durante muchos años (preferentemente durante unos setenta) sin que' se les presten atenciones. (La lubricación de por vida es un logro reciente de los proyectistas de coches. Las ballestas y ejes de muchos coches precisan de ,revisión cada 8.000 kilómetros, aproximadamente, pero otros poseen sistemas lubricantes cerrados que duran toda la vida del vehículo.) Gemas ocultas El material que responde a esta difícil, especificación está· hecho de un .modo que ningún ingeniero, químico o técnico. en materiales habría iriventado jamás. Todas las propiedades deseables que hemos expuesto en las páginas

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anteriores son logradas mediante una mezcla de mineral y' adhesivo que designamos generalmente como hueso. El mineral óseo, que representa aproximadamente un 7 O por 100 del peso del hueso (o la mitad de su volumen), es un material inorgánico compuesto por calcio, fósforo, oxígeno e hidrógeno en proporciones que vienen a corresponder a la fórmula 3Ca3(P04h. Ca(OH)2. Este material es el hidroxiapatito y no se trata de un auténtico compuesto químico. Los minerales de apatito son bien conocidos por los geólogos; algunos se utilizan para fabricar fertilizantes, pero otros son atractivas piedras preciosas. El mineral óseo contiene otras pocas sustancias, entre las que se incluyen sales de magnesio, calcio y otros elementos de menos importancia. El resto del hueso consiste casi por completo en colágeno, el cual consiste esencialmente en una mezcla de aminoácidos y constituye la cola que se obtiene .cuando son hervidos los huesos. El colágeno se encuentra entodos los tejidos corporales, pero el coláget;lo óseo es especial, ya que puede mineralizarse. Un hueso consta esencialmente de fibras de colágeno a las que están firmemente fijados pequeños cristales de hidroxiapatito. En ocasiones, las fibras de colágeno están enmarañadas, pero puede observarse con más frecuencia un patrón regular. Las fibras aparecen habitualmente unas junto a otras (a modo de una versión microscópica de un palo de regaliz de un niño) formando capas o laminillas. En la superficie lisa que forma el exterior del hueso normal, las laminillas están sencillamente superpuestas. Una esponja sólida

El interior de un hueso está compuesto habitualmente por osteones, pequeños tubos de aproximadamente 15 milímetros de longitud y 1/4 de milímetro de diámetro, cuyo interior está ocupado por capilares sanguíneos. La pared del osteón está formada por laminillas en espiral, formando un dibujo análogo a la muestra de un barbero.

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La pared· de un hueso consta habitualmente de un material compacto que cont~ene cavidades para células vivas (los osteocitos) y conectadas por canalículos. Cuando un hueso grande es seccionado a lo largo por medio de una sierra, ciertas regiones del mismo muestran, incluso a simple vista, una estructura semejante a un panal o a una esponja. Las estructuras óseas correspondientes a las partes sólidas de la esponja se denominan trabéculas. Cuando se separa el colágeno de los otros componentes del hueso,se asemeja a una jalea espesa. El mineral óseo es un material cristalino y friable. ¿Cómo es que tan insólita combinación proporciona al hueso sus propiedades mecánicas, tan excepcionales? Por 10 que se refiere a resistencia mecánica, el hueso es mucho mejor que el ladrillo o el hormigón, bastante mejor que la madera y que muchos metales y no muy inferior al acero; si bien, y teniendo en cuenta los respectivos pesos, el hueso es considerablemente más resistente que el acero . . Estas cualidades no pueden explicarse si se considera meramente al hueso como una especie de roca, ya que la piedra es poco resistente a la tensión, mientras que el hueso ofrece gran resistencia al estiramiento o a la flexión. También se ha afirmado que el hueso es un material pretensado, en el que las fibras de colágeno (al igual que varillas de acero en el hormigón pretensado) son inicialmente estiradas, mientras se comprime el mineral que las rodea. Mas esta teoría resulta un tanto especulativa y :no resiste a una investigación matemática; en cualquier caso, resulta muy difícil imaginar cómo podrían pretensarse las fibrás de colágeno en un hueso vivo yen crecimiento. Un modelo más aceptable de hueso considera a éste como un material compuesto. Desde luego, la idea de ~tilizar un material para mejorar las propiedades de otro, a fines estructurales, es bastante antigua. Las ruedas de los vehículos utilizados en pasadas épocas eran de madera (material fácil de trabajar), pero se añadía a las mismas una llanta de hierro, para proporcionarles mayor solidez. Y más antiguamente aún, el· arquitecto que proyec-

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tó el pórtico de la Acrópolis ateniense (en el año' 437 antes C.) observó que las losas de mármol corrientemente utilizadas (así, por ejemplo, en el Partenón) no eran lo suficientemente resistentes para luces de más de 2,5 metros. Su proyecto exigía pórticos ceremoniales de hasta 6 metros ,de anchura. El mármol, al igual que otras variedades de piedra" es bastante resistente a la compresión, pero poco a la tensión y en consecuencia' no resulta practicable una, viga larga, destinada a soportar una tensión considerable. El arquitecto resolvió tal problema (como se descubrió mucho más tarde) insertando varillas de hierro en estrías practicadas en los bloques de mármol y utilizando cemento para ocultarlas.

Fibra de 'vidrio o caucho de neumático En. sentido técnico, sin _embargo, los materiales cOmpuestos son aquellos en los que ambos constituyentes están más íntimamente asociados, de un modo que rara vez se puede advertir a simple vista o que se revele mediante cualqui~r sencilla prueba. Los ladrillos fabricados con paja, el yeso para construcción reforzado con pelos de animal y el cartón piedra son ejemplos de materiales compuestos' algo más complicados; pero la primera invención moderna importante en este campo fue la baquelita. La baquelita era, en un principio, una resina sintética, bastante útil como pegamento o como material aislante, pero poco Utilizable en gran volumen" debido a 'su escasa resistencia mecánica. Su inventor, el Dr. Leo Baekeland, descubrió que la resistencia mecánica del material se incrementaba en gran medida si se agregaba a la resina, antes de que se hubiese consolidado por completo, un material fibroso finamente dividido, tal como: serrín de madera. Esta mezcla era susceptible de ser moldeada bajo calentamiento para proporcionar un material resistente, ligero y barato. La' fibra de vidrio, que data aproximadamente de 1945. es otro material compuesto que nos es familiar. Las

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fibras finas de vidrio, con un diámetro inferior a una centésima de milímetro, son mucho más resistentes que el mismo material en masa; y al mismo tiempo mucho más resistentes que el acero. La fibra de vidrio contiene gran número de estas fibrillas, incluidas en una resina sintética. La resina, sin embargo, posee una resistencia mecánica más bien reducida. Las fibras de vidrio, aunque son excepcionalmente resistentes a la tensión, se doblan con facilidad y no resultan por tanto adecuadas a fines estructurales. La combinación de vidrio y resina proporciona un material que es mucho más resistente que un trozo de vidrio' o un trozo de resina de las mismas dimensione~.

El vidrio es un material friable, ya que cuando se inicia en él una grieta (así, por ejemplo, cuando se lesiona su superficie), ésta se extiende rápidamente y da con frecuencia lugar a un gran deterioro. El efecto nocivo de una grieta es debido en gran medida a una intensa concentración de la carga en su extremo. El daño no suele extenderse mucho en un metal, que puede tensarse de modo tal que aminore la sobrecarga en el extremo de la grieta .. En su estado normal, el vidrio está. casi siempre cubierto de finas grietas superficiales, las cuales ejercen un marcado efecto debilitante. Las fibras finas, por motivos que no están absolutamente claros, se hallan por 10 general libres de fisuras o arañazos superficiales y son por ello mucho más resistentes. Si la fibra de vidrio es sometida a un esfuerzo suficiente, desde luego fallará. Pero la grieta, sin embargo, no se extenderá mucho. Cuando alcanza el borde de la fibra en la que se inició, la sobrecarga será aliviada por la dilatación de la resina circundante. En el hueso, el colágeno actúa igual que la resina, y los cristales . minerales lo mismo que las fibras de vidrio. Quizá esta analogía no sea 10 bastante correcta, ya que los cristales óseos poseen una Jongitudde tan sólo 200 Angstrom (dos millonésimas de centímetro) mientras Que las fibrillas de la fibra de' vidrio miden habitualmente unos cuantosmiJímetros ..

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Otro m.aterial compuesto que puede utilizarse como base comparativa con el hueso es el caucho macizo que se emplea para fabricar neumáticos. En este material, el caucho está ·mezclado con polvo de carbón, es decir, con hollín. Esta mezcla duta mucho más que el caucho ·no mezclado y puede ofrecer una resistencia mecánica de diez a veinte veces superior. El hueso es más parecido a la fibra de vidrio que .al caucho para neumáticos. En algunos aspectos, su diseño es incluso mejor que el de la fibra de vidrio. Aun cuando en el mundo moderno no son raros los huesos fracturados, un hueso es capaz de resistir bastante, y por la general se fractura como consecuencia de un impacto brusco y muy intenso. Ya hemo~ señalado que incluso huesos· aparentemente compactos contienen cavidades en las que se alojan células vivas. Tales cavidades ejercen probablemente también otra función: la de prevenir la propagación de fisuras o grietas. Si la concentración de sobrecarga permanece a un nivel suficiente para partir el hueso, el comienzo de la grieta o de la fisura es muy pequeño. Si la fisura alc~a una cavidad celular la concentración de la sobrecarga desciende a un nivel que el hueso circundante probablemente puede resistir. Este mecanismo. ha sido comprobado mediante experimentos de laboratorio en los que se utilizó un cincel para partir piezas de hueso; que fueron, luego seccionada~ para examinarlas al microscopio. En un significativo número de casos, las fisuras concluían en cavidades ~elulares. Tensión y compresión

El hueso es un excelente material con respecto a la misión que tiene que cumplir, pero allí no acaba la cosa. En el cuerpo humano, al igual que en la mayoría de las máquinas, la economía de peso es muy de desear, ya que economiza a su vez combustible y aumenta la eficacia. Se puede economizar peso haciendo que los huesos sean más finos, mas ello: no ~upondría una buen~ Solución,

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ya que se afectaría grandemente la resistencia mecánica. Una idea mejor sería la de que fuese hueco el interior de los huesos largos, 10 cual, por otra parte, afectaría muy poco a la resistencia mecánica. Si una barra de metal, una viga de madera o un hueso son cargados por un extremo, la superficie superior será tensada, mientras que la inferior resúltará comprimida. Esto supone que en algún punto entre las superficies superior e inferior habrá una capa que no se hallará sometida a tensión ni a compresión. En una viga sólida existe de hecho una zona por encima y por debajo de la capa neutra, que se halla sometida a fuerzas relativamente pequeñas de compresión, o de elongación cuando se carga la:viga. En consecuencia, dicha parte de la viga puede suprimirse, ejerciendo ello muy escaso efecto sobre la' resistencia mecánica.

¿Por qué hay huesos huecos? Muchos de los huesos largos del cuerpo humano son huecos. A este respecto, el hueso pone de manifiesto los mismos principios de diseño que conocemos. rigen la construcción de los muebles de tubo de acero. Un perfeccionamiento adicional está representado por el hecho de que el grosor de la pared ósea es rnayorcerca del centro del hueso que cerca de sus extremos. El diseño natural vuelve a ceñirse aquí a sólidos principios de ingeniería, ya que las fuerzas· de tensión y compresión son mayores hacia la mitad de una viga que en las zonas próximas a los extremos de la misma. En el hueso trabecular no resulta difícil distinguir las zonas que han de resistir a la tensión o a la compresión. En un fémur seccionado, la ordenación de las trabéculas corresponde estrechamente a las líneas de fuerza que un ingeniero deduciría de la forma de la estructura yde la carga que soporta. En un hueso largo típico, como es el fémur, el grosor de la pared es aproximadamente la mitad del radio de la diáfisis (tallo del hueso). El hueso es, por tanto, un

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25 por 100 aproximadamente más ligero que una. es. tructura sólida del mismo tamaño exterior, pero posee virtualmente la misma resistencia mecánica. En las aves, en las que la restricción de peso es incluso más importante, algunos huesos tienen paredes con un grosor que es de tan sólo un 10 por 100 del diámetro; un tubo fino de esta índole puede combarse bajo una carga, pero por lo general su resistencia está aumentada debido a la presencia de refuerzos internos. En realidad no existe espacio vado en el interior del hueso humano. Las cavidades de los huesos largos están repletas de médula ósea, en la cual se generan los hematíes o glóbulos rojos sanguíneos. Las células nuevas se distribuyen fácilmente por la circulación; e1hueso vivo ~s muy distinto del material correspondiente que se en-' cuentra en un esqueleto anatómicamente preparado, ya que está abundantemente irrigado con sangre. En el hombre, ninguna célula ósea dista más de 0,1 mm de un vaso sanguíneo. Continuidad del funcionamiento óseo durante alteraciones Un ingeniero que proyecta una máquina o una estructura puede en ocasiones permitir la posibilidad de una futura ampliación de la misma mediante adición o sustitución de determinadas partes. Mas se sentiría incapaz de resolver el problema planteado por la necesidad de proyectar . una máquina que crece continuamente durante veinte años, sin interrupciones, que no precisa jamás de mantenimiento y que puede repararse a sí misma cuando resulta accidentalmente averiada. Muchos tejidos del organismo son ,capaces de crecer mediante mera adición de células nuevas, avanzando hacia fuera por sus bordes. Este procedimiento resulta bastante adecuado allí donde no existen grandessobrecargas. En los tiburones y las lampreas, el esqueleto se compone de cartílago, que es resistente, flexible y adecuado para la vida en el medio ambiente de las aguas marinas,

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en las que los efectos de la gravedad están· neutralizados casi por completo. En el hombre y muchos otros animales;. el esqueleto embrionario está formado por cartílago, que muy pronto se convierte en hueso. En el recién nacido, el esqueleto continúa conteniendo mucho tejido cartilaginoso, que se convierte gradualmente en hueso, si bien parte de él persiste durante toda la v~da; así, por ejemplo, en el oído ~xterno, la nariz y los extremos de las costillas, donde éstas se unen al esternón. . Un hueso no puede aumentar tan sólo su longitud añadiendo material nuevo a sus extremos. En muchos huesos importantes, sus extremos tienen que mantener conexiones (o articulaciones) que se muevan fácil, exacta y libremente con otros huesos. El aumento en longitud ha de tener lugar, por tanto, a partir de zonas no correspondientes a los extremos, y ello se realiza ·de una ingeniosa manera. Como hemos visto, los patrones originales dé los hueso~ son cartilaginosos en un estadio precoz del desarrollo embrionario. El cartílago es sustituido constantemente, por hu~so, si bien no completamente. En las primeras etapas de la vida, el extremo del hueso (incluyendo, en los casos en que hace falta, la lisa superficie articular) está separ.ado del resto mediante una fitta capa de cartílago,. que persiste hasta que el hueso ha crecido por completo en la edad adulta. La rencias notables en cuanto a densidad ósea.

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El aumento de resistencia del hueso que tiene lugar como respuesta a un incremento del esfuerzo tiene su contrapartida en los procesos de deterioro· que se observan cuando se suprimen las cargas normales. Perdido en el espacio

Un paciente que guarda cama durante unas cualitas semanas pierde una cantidad apreciable de calcio procedente de sus huesos, si bien el déficit es rápidamente compensado cuando retorna a su actividad normal. Los astronautas, si bien no están enfermos, corren también el riesgo de un debilitamiento de sus huesos por pérdida de calcio y de otros contenidos minerales. Durante la misión del Géminis IV en junio de 1965, James McDivitt y Edward White perdieron más de un 10 por 100 de la masa de algunos de sus huesos de las manos y los pies. En el vuelo del Géminis V, que duró ocho días, las pérdidas fueron superiores al 20 por 100 en algunos huesos. Durante estas dos misiones, los tripulantes no pusieron demasiado cuidado en ajustarse a las dietas· prescritas en los planes de. vuelo, dietas que estaban preparadas científicamente, pero· que· eran poco apetitosas. En consecuencia, su ingestión diaria de calcio era inferior a lo normal. La tripulación del Géminis VII, cuya misión duró catorce días, estuvo sometida a una disciplina más estricta en cuanto a comidas y se la obligó también a llevar a cabo un programa de ejercicios, consistentes en tirar de un mango unido a un cordón elástico. Tales medidas resultaron eficaces, ya que las pérdidas de mineral óseo de estos astronautas fueron mucho más reducidas que en los vuelos Géminis anteriores. El efecto del ejercicio sobre la composición de los huesos fue confirmado mediante otros experimentos, en los que estudiantes sanos hubieron de guardar cama durante dos semanas, consumiendo una dieta normal. Perdieron cantidades significativas de mineral óseo. Tras unos cuantos meses de vida normal, se les hizo volver a

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guardar cama, pero esta vez con un programa de ejercicios similar al prescrito a los astronautas~ Las pérdidas de mineral óseo se redujeron entonces considerablemente. Todos estos hallazgos, tanto en atletas como en astronautas, ilustran el principio establecido por Julius Wolff hace ya muchos años, en 1892. He aquí una moderna formjllacÍón de dicho principio: Dada- una déterminada forma del hueso, los elementos óseos se sitúan o se desplazan en la dirección de la presión funcional y aumentan o disminuyen su masa para reflejar la cuantía .de presión funcional. . Las primeras palabras de esta definición son importantes, ya que se sabe (a partir de experimentos de cultivo de 'tejidos) que los huesos desarrollan su forma y estructura características incluso en condiciones de completo aislamiento con respecto al resto del cuerpo. La ley de Wolff no nos dice nada acerca del mecanismo mediante el cual el hueso responde al esfuerzo, mas recientes trabajos acerca de este problema han conducido a ciertas: interesantes especulaciones y conclusiones. El '. hueso muestra la .propiedad de piezoelectricidad, según 1a' cual se producen corrientes eléctricas como respuesta a presión mecániCa. Este efecto es muy conocido, por ejemplo, en los pick ups de cristal utilizados en los tocadiscos; cuarido la aguja sigue las fluctuaciones impresas (en el estudio discográfico) en el surco espiral del disco, el pick up, sometido a las correspondientes compresión y tensión, genera corrientes eléctricas, las cuales, tras ser amplificadas, surgen del altavoz reproduciendo el sonido original. . Si se monta una tira .aislada de hueso a modo de viga voladiza, fijada por ún extremo y cargada por el otro, la superficie superior se carga positivamente y la inferior negativame'nte. Se ha demostrado también en el laboratorio el efecto contrario; en el que el paso de corriente eléctrica produce un esfuerzo mecánico. En otros experimentos en los que se utilizaron gatos como sujetos experimentales, se ha demostrado el efecto piezoeléctrico en los huesos de la pata, durante la marcha normal.

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El papel desempeñado por la piezoelectricidad en la vida del hueso ha sido revisado recientemente por el doctor Andrew Bassett, de la Universidad de Columbia, Nueva York, quien ha estudiado en especial los os teocitos, las células vivas distribuidas por todo el hueso y cuya misión no se conoce por completo. se sabe que si los osteocÍtos mueren, el hueso circundante es absorbido y, en condiciones normales, es sustituido por hueso nuevo. La nutrición de lbs osteocitos es por tanto importante con respecto a la salud del hueso. Sin embargo, estas células se hallan encerradas dentro de la dura sustancia mineral ósea en la que se hallan incluidas y no es seguro que los canalículos que representan su única comunicación con el mundo exterior sean suficientes para asegurar un adecuado suministro de oxígeno y de otros materiales necesarios, mediante el proceso normal de difusión. Bassett opina que el hueso, para permanecer sano, ha de hallarse continuamente sometido a esfuerzos. Las corrientes piezoeléctricas así generadas estimulan a las membranas celulares a realizar una acción de bombeo, la cual incrementa en gran medida el flujo de líquidos nutricio s a través de los canalículos óseos. Hambre nocturna Si se suprimen los esfuerzos normales, como cuando un paciente guarda cama o un astronauta vive durante varios días en un medio sin gravedad, se reduce en gran medida la actividad piezoeléctrica y se afecta consecutivamente la nutrición de los huesos. Sin embargo, cuando el hueso está sometido a esfuerzos superiores a los corrientes, aumenta el suministro de materiales nutricios (a partir de la sangre circulante) y puede tener lugar un ulterior crecimiento de material óseo, a fin de producir una estructura más sólida. Estos estudios y especulaciones acerca del efecto piezoeléctrico parecen prestar apoyó a la opinión (no aceptada de un modo general) de que el paso

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de una corriente eléctrica acelera la curación del hueso tras una fractura . . Al intentar explicar los notables mecanismos que regulan el crecimiento y la resistencia de los huesos, hemos venido prestando sobre todo atención a lo que sucede en los atletas, astronautas e inválidos. No es preciso,sin embargo, concentrar exclusivamente nuestra atención sobre estos grupos especiales, ya que todos nosotros nos pasamos aproximadamente ocho horas, todas las noches, en la cama. Recientes experimentos muestran que el esqueleto pierde cierta cantidad de calcio durante el sueño. El hueso es una notable sustancia que muestra propiedades que los" científicos que estudian materiales no pueden; explicar y que, desde luego, no pueden imitar. El excelente resultado del hueso como material estructural queda además ilustrado por el modo como están unidos .entre sí los más de doscientos huesos del cuerpo humano a fin de proporcionar una gran variedad de movimientos o bien una confortable estabilidad cuando nos hallamos en reposo. Los huesos se unen entre sí mediante articulaciones, de las que existen cinco clase~ en el cuerpo. Los huesos" de formas irregulares que constituyen el cráneo muestran entre sí uniones móviles durante un período de "tiempo" relátivarriente' corto en las primeras fases de la vida. Ello está destinado a permitir una considerable deformación del cráneo cuando la cabeza atraviesa el estrecho. canal puerperal antes de emerger por vez primera al mundo~ No transcurre mucho" tiempo hasta que los huesos del cráneo se ajustan firmemente entre sí' para cumplir su nueva misión como" blindaje protector del cerebro. Las orras cuatro clases de articulaciones permiten maVOl' amplitud de movimientos. En términos de ingeniería, la articulación más sencilla es la de charnela, como se encuentra en Jos dedos. Permite la flexión en un ángulo de aproximadamente 90°, pero excepto en un número muy reducido de personas, los dedos no pueden girar . hada los lados ni hacia atrás en medida apreciable.

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Una articulación de rótula esférica es mejor que la de charnela para operar fácilmente hajo cargas pesadas. Un buen ejemplo de la misma es la de la cabeza del fémur o articulación· de la· cadera que tiene una forma aprox;imadamente hemisférica, ajustándose a la· correspondiente cavidad en el hueso de la pelvis. La articulación del codo es, en parte, de charnela (permitiendo al antebrazo extenderse hasta formar línea recta con el brazo o doblarse hasta que los dedos toquen el hombro) y, en parte, de rótula esférica, que permite mantener el antebrazo con la palma de la mano hacia arriba o rotado hasta que la palma mire hacia abajo. Tenemos, por último, la articulación en silla de montar, que une las distintas vértebras de la columna vertebral. Estas articulaciones permiten un .considerable movimiento hacia atrás y hacia adelante, así como hacia los lados, siendo también posible una cierta rotación. Lu.bricación permanente

Todas las articulaciones del cuerpo están autolubricadas, mas los correspondientes métodos tan sólo han sido estudiados hace poco y no se conocen aún a fondo. Un ingeniero sabe que cualquier material puede desgastarse o deteriorarse a causa de la fricción y del inevitable calentamiento que la acompaña. En consecuencia intenta mantener separadas las superficies de metal mediante lubricación, si bien no demasiado, ya que en este caso no podrían realizar sumisión en la máquina. Lo que el diseñador intenta por 10 general hacer es asegurarse de que las superficies de contacto se hallan siempre protegidas por una fina capa de aceite. Muchas máquinas funcionan durante semanas o meses con unas pocas gotas de aceite, ya que el efecto lubricante es eficaz aun siendo la capa de aceite de tan sólo una milésima de milímetro de: espesor. Dicha capa de aceite puede con frecuencia mantenerse mediante el movimiento de las partes adjuntas de la máquina; así, por

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ejemplo, el aceite puede tomarlo un eje rotatorio y utilizarlo para lubricar el rodamiento en el que gira. Este sistema se conoce como lubricación hidrodinámica. Otra técnica, que resulta más adecuada para cargas pesadas y bajas velocidades, es la lubricación hidrostática. En ésta, el aceite es inyectado a presión en el espacio situado entre ambas superficies, de modo que se mantiene una ~apa eficaz de líquido aun cuando no e'xista movimiento. En ambos procesos, la acción lubricante depende de la presencia de una capa de aceite entre las superficies contrapuestas y sehalIa determinada en gran medida por lás propiedades físicas del aceite, así, por ejemplo, por su viscosidad. Una situación diferente se da cuando la superficie de contacto ha de soportar pesadas cargas, sin movimiento o con un movimiento muy reducido. En esta situación, que se conoce por lubricación en la capa límite, se fija íntimamente una capa sumamente fina de lubricante (in.clusQ de una sola molécula de espesor) a cada una de las superfiCies de contacto. La acción lubricante depende de las propiedades químicas del. aceite en cuestión, tales cQmoel tamaño y la forma de sus moléculas. . Antes de que intentemos explicar cómo están lubricadas las articulaciones del cuerpo hum!lno, hemos de mencionar algunos de los hechos correspondientes y más destacados. El primero y más notable de ellos es el de que la lubricación de las articulaciones es excelente. El coefiCiente de fricción es en muchas de las articulaciones hu·manas de 0;005 a 0,02, 10 cual supone un logro que difícilmente puede ser superado por las técnieas más avanzadas de ingeniería. Sin embargo, y en 10 que se refiere a ciertos aspectos, la articulación no parece estar demasiado bien diseñada. Por lo general, los dos huesos d(~ una articulación no se ajustan exactamente' entre sí, sino , que se mueven cada uno con respecto al otro mediante una combinación de rotación y deslizamiento: Como ve'remos seguidamente, este aparente defecto constituye una ventaja.

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Las articulaciones en bisagra y rótula existentes en el cuerpo humano se conocen como articulaciones si-

noviales, ya que están completamente rodeadas por una resistente membrana sinovial. Los extremos de los huesos que constituyen la articulación están cubiertos por una capa de cartílago. Dichos húesos no se ajustan exactamente y como no están en íntimo contacto, el espacio situado entre ellos está lleno de líquic;lo sinovial,. que es acuoso y se asemeja al plasma sanguíneo, pero.'sincóntenido proteico y con adició~ de otra u otras dos sustancias. El líquido sinovial tomado de las articulaciones y examinado en el laboratorio no muestra grandes propiedades lubricantes. Esto, sin embargo, no es de sorprender, ya que los ingenieros llevan a cabo sus pruebas en superficies de contacto metálicas, de plástico o de otras sustancias duras que no se asemejan a los materiales más blandos que constituyen nuestros cuerpos. Una vez que se conocen las propiedades mecánicas del líquido sinovial, las cargas que soportan las articulaciones y la velocidad a .la que se desplazan los huesos (que rara vez es superior a los 10 cm por segundo) no resulta difícil mostrar que en medios biológicos no se da la lubricación hidrodinámica. Los cálculos muestran que el espesor de líquido sinovial en una articulación humana típica puede ser tan sólo de diez millonésimas de milímetro. Desgraciadamente, las irregularidades que presenta la superficie de una pieza típica de cartílago son aproximadamente mil veces mayores. Así pues, la lubricación hidrodinámica con líquido sinovial, si bien es plau~ sible en términos de ingeniería, no mantendría separadas a las superficies contrapuestas de los huesos y fallaría por completo en la práctica. Parece más plausible la lubricación límite, mas las fuerzas· de fricción medidas en las articulaciones humanas son de cinco a diez veces inferiores a los líinites más baios logrados en materiales de. ingeniería .con una lubricación de este tipo.

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Lubricación articular mediante·· expresión de líquido sinovial Una atractiva teoría, recientemente desarrollada; afirma que las articulaciones se lubrican mediante expresión de líquido sinovial, técnica que desconocían los ingenieros. Examinado mediante el microscopio electrónico, el cartílago muestra una estructura similar a la de una espOnja, con poros sumamente finos. Dichos poros están normalmente llenos de líquido sinovial. Cuando uno de los huesos de la articulación se carga sobre el otro, la presión exprime líquido sinovial del cartílago y dicho líquido es el que actúa como lubricante. Este proceso se asemeja al sistema de lubricación hidrostática anteriormente mencionado; con la ventaja suplementaria de que el lubricante es· aplicado tan sólo cuando resulta preciso y en cantidades correspondientes· a la carga soportada por la articulación. La pregunta que surge es, naturalmente, la que sigue: ¿cómo se mantiene el cartílago car·gado de líquido si se halla constantemente bajo presión? Y aquí es cuando advertimos cierta finalidad en el aparentemente descuidado diseño d(l' las articulaciones, con dos huesos que no se ajustan exactamente el uno al otro. Si los huesos se ajustasen perfectamente, el cartílago quedaría drenado de líquido sinovíal y la acción lubricante se agotaría. Lo ques~cede en la práctica·, sin embargo, es que la zona de contacto entre ambos huesos. varía, debido a la acción de deslizamiento y rotación que tiene lugar cuando la articulación es utilizada; incluso cuando nos hallamos aparentemente en reposo, los huesos muestran, por 10 general, leves movimientos, evitándose así el drenaje del cartílago. Cuando uno de los huesos de una articulación se mueve sobre el otro, el cartílago exprimido tiene ocasión de recuperarse y de volver a acumular líquido, Ji:;puesto para la lubricación en la próxima carga mecánica. El estudiq de la lubricación artkular, descuidado durante mucho tiemPo, constituye actualmente un tema Oxigeno

_ _ Alimento

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Un sencillo dispositivo (arrioa. a /a izquierda) utilizado por pequeños organismos marinos se basa en la difusión a través de capas internas y externas de céUilas. Este esquema puede resultar eficiente en seres v/vos de mayor tamaño. tales como p/ate/mintos (abaJo) en los que el grosor total del tejido es aún IIm/tado. Por e/ contrario. e/ aumento de tamaño exige el desarrollo de un sistema interno de circulación (arriba. a la derecha). .

FIG. 5.-Distribución de alimento y oxígeno y eliminación de productos de desecho.

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deseché)) son mantenidos mediante difusión, un sencillo proceso que depende de la diferencia de concentración entre el interior y el exterior. El agua de mar es más rica en oxígeno y así este último se mueve hacia el interior de la célula; la concentración de anhídrido carbónico en el interior del animal es mayor que en el agua que le rodea y, por tanto, el anhídrido carbónico se mueve hacia afuera. Este:metanismo es satisfactorio mientras se trate de animales pequeños, pero está limitado por el hecho de no ser la: difusión auténticamente eficaz para distancias superiores a un milímetro aproximadamente. Los animales que presentan formas adecuadas, entre los que se incluyen gusanos planos y. muchos organismos .marinos, han logrado. un modesto grado de complejidad a pesar de esta limitación, pero todas las formas de vida más elevadas requieren algún género de circulación. El .animal humano precisa de sangre circulante para la realización de diversas misiones, la más importante de las cuales es la recogida de oxígeno a partir de los pulmones y su distribución. a los demás tejidos del organismo. Mientras esto sucede, es retirado el anhídrido carbónico y devuelto a los pulmones, siendo expulsado con el aire espirado. Parte de la circulación transporta moléculas de alimento, absorbidas a partir del tubo digestivo, al hígado, que es la principal planta de procesamiento para la descomposición de alimentos, y su subsiguiente remodelación para formar todos los complejos materiales necesarios para mantener el· funcionamiento del organismo. Los productos de desecho procedentes de esta remodelación son recogidos por la sangre y transportados a los riñones donde, tras un procesamiento suplementario, . son excretados por la orina. La sangre actúa como sistema de transporte de otros modos, transportando grasa desde los depósitos de la misma existentes en el cuerpo al hígado, como fuente adicional de energía cuando hay escasez de alimento y transportando asimismo hormonas, o mensajeros químicos, desde los órganos 'donde se forman, hasta los tejidos donde han de realizar su misión.

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Algunas de las células de la sangre circulante proporcionan el principal mecanismo de defensa del organismo contra gérmenes invasores. Otros componentes de la sangre proporcionan un sistema de reparación constantemente dispuesto a actuar. Por último, la sangre circulante ayuda a compensar las pérdidas de calor por parte del organismo, conservando energía en un día frío y elíminándoladurante un· tiempo caluroso, de modo que ::;(' mantenga dentro de reducidos limites la temperatura de los órganos internos. Ya que la sangre es tanto un tejido corporal como un sistema de transporte, el análisis de una muestra revelará siempre materiales que son meramente transportados desde una parte del organismo a otra. No obstante, dichos materiales se pueden distinguir fácilmente' de los componentes esenciales. Si se deja una muestra de sangre en un tubo de en~ sayo, no transcurrirá mucho tiempo sin que se separe en dos fracciones: una masa coagulada de color rojo oscuro, compuesta principalmente por células, y un líquido amarillento más claro (que se denomina suero) y que contiene sales minerales y proteínas. Las células son de tres clases principales. Los glóbulos rojos no son,' en sentido estricto, células completas, ya que no contienen un núcleo. Por este motivo no se pueden reproducir mediante división;· cuando se han gastado, se rompen sencillamente y son eliminados, para ser sustituidos por otros glóbulos rojos recientemente . formados. Los glóbulos rojos se forman en la médula ósea. En las primeras etapas de la vida, la mayoría de los huesos toman parte en este proceso; en el adulto, sin embargo, la producción de glóbulos rojos está concentrada sobre todo eh el cráneo, la columna vertebral, el esternón, las costillas y la pelvis. Los glóbulos rojos atraviesan diversos estadios de desarrollo antes de alcanzar la madurez. Durante esta secuencia de cambios pierden su núcleo' y adoptan su

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forma característica: la de disco, algo más gruesa en el borde que en el centro. Los glóbulos rojos tienen una duración media de vida de ciento veinte días y son muy numerosos, más de cinco' millones por milímetro cúbico en el' promedio de los varones y ligeramente menos en las mujeres. Transporte de oxígeno

Una tercera parte, aproximadamente, de la masa del glóbulo rojo consta de hemoglobina, una proteína que posee una notable capacidad para combinarse con el oxígeno. Esta propiedad permite a la sangre realizar una de sus más importimtes funciones: el transporte de oxÍgeno. Nuestra total dependencia con respecto al oxígeno es responsable de multitud de características del diseño de ingeniería del cuerpo humano. Un sujeto puede vivir durante uno o dos días sin agua y durante varios días sin alimento, pero tan sólo sobrevive pocos minutos sin oxígeno. Si el cerebro (mas no el resto del cuerpo) queda privado de oxígeno durante unos pocos segundos el resultado consiste en un desmayo; si la privación de oxígeno continúa durante más de unos pocos minutos, se producen daños irreversibles. La mayoría de los materiales que necesita el cuerpo para mantenerse con vida (alimento yagua, por ejemplo) pueden ser almacenados, pero el oxígeno ha de ser suministrado continuadamente. Cabría imaginar que el progreso evolutivo hacia formas más elevaBas de vida podría haber implicado el desarrollo de un dispositivo químico o de un tejido especializado que proporcionase oxígeno en una forma concentrada, facilitando así la regu larídad de suministro del mismo. Pero no existen ni tal dispo sitivo químico, ni tal tejido y el oxígeno ha de ser tr¡lflS portado a cad::l célula del cuerpo humano en forma de corriente continua . . Una red de suministro líquida es el mejor modo de cumplir exactamente con tal exigencia, pero el problema J

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es más difícil de 10 que parece a primera vista.' La primera solución propuesta por un ingeniero químico sería la de utilizar oxígeno disuelto en la sangre circulante. Por desgracia, el plasma sanguíneo (es decir: el componen te líquido de la sangre, sin las células) no disuelve oxígeno rápidamente y capta menos del 25 por 100 de la cantidad necesaria para el organismo. Este déficit no puede compensarse haciendo circular a la sangre a mayor ",,_:ocidad, ya que ello requeriría arterias y venas mayores, un corazón de mayor tamaño y un esfuerzo muy superIor. La hemoglobina posee una gran afinidad por el oxígeno y la cantidad presente en la sangre (un kilogramo aproximadamente) transporta el suficiente oxígeno como para mantener en marcha todos los procesos :vitales. Habiendo descubierto la hemoglobina, el ingeniero pensaría primero en disolverla en el plasma sanguíneo, como un modo eficaz de distribuir oxígeno a través del cuerpo. Esta solución no sería satisfactoria; un kilogramo de proteína disuelta en aproximadamente tres litros de plasma daría lugar a sangre con la consistencia de una sopa espesa, demasiado espesa como para ser bombeada por el corazón a través del cuerpo. Algunos animales (como la lombriz de tierra) tienen hemoglobina disuelta en la sangre circulante, mas tan sólo en cantidades relativamente reducidas. En el hombre y en muchos otros animales, el dilema es resuelto de un modo muy ingenioso. En lugar de estar disuelta en la sangre, la hemoglobina está concentrada en los glóbulos rojos, que son 10 suficientemente pequeños como para ser arrastrados sin mucho esfuerzo adicional. Cada uno de ellos está cubierto por una membrana que permite el libre movimiento de oxígeno en ambas direcciones, pero que impide el contacto directo de la proteína con el plasma. De este modo, la capacidad transportadora de oxígeno por parte de la sangre queda aumentada en unas sesenta veces más de 10 que correspondería al transporte realizado exclusivamente por el plasma.

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Los glóbulos rojos no son células en el sentido habitual del término, ya que no poseen ni núcleo, ni material genético. En realidad no se trata en absoluto de materia viviente, sino de plantas de procesamiento químico espe dalizadas. Los defensore~ del organismo

Los glÓbulos bl~ncos o leucocitos son mayores que los rojos, pero no son tan numerosos como éstos; cada milímetro cúbico de sangre contiene aproximadamente unos 7.000 .. Poseen núcleo y tienen la capacidad de moverse independientemente. Los glóbulos blancos se mueven al igual que una ameba, la cual es generalmente el primer ser vivo que se estudia en la clase de Biología. Parte del citoplasma (de la sustancia gelatinosa que rodea al núcleo) fluye en una nueva dirección y el resto de la célula le sigue. De este modo, los glóbulos blancos se mueven libremente en los vasos sanguíneos e incluso a través de las paredes de los vasos pequeños, hacia los tejidos del cuerpo. Los glóbulos blancos son de dos clases principales, las cuales poseen distinto origen y desempeñan distintas misiones. Los granulocitos (así denominados por estar sembrado su protoplasma de gránulos oscuros) se forman, al igual que los glóbulos rojos,en la médula ósea. Su . principal finalidad es la de ayudar a la defensa contra la infección. A veces se piensa que la infección es una grave emergencia que resulta del contacto con suciedad o con enfermedades, o bien debida a alguna desgracia inexplicable. Pero lo cierto es que nuestros organismos están per manentemente infectados con multitud de rnicrohios.in cluyendo colonias de aquellos que son responsables de las enfermedades más corrientes. Unos pocos órganos, entre los que se incluyen la vejiga urinaria y los pulmones . son estériles en la persona sana, y la superficie del ojo expuesta:al·. exterior está notablemente limpia, ya que la

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constante corriente líquida representada por las lágrimas, las cuales contienen sustancias antisépticas, y la frecuencia del parpadeo (una vez cada tres segundos,aproximadamente), se combinan para lavar la superficie del ojo y arrastrar los gérmenes, muertos o vivos, hacia la nariz. Aun cuando la piel alberga una floreciente población de' gérmenes, los mantiene en su lugar' y no les permite penetrar hacia el interior del cuerpo. Eventualmente, sin embargo, hay gérmenes que lo logran, a través quizá de un arañazo o un corte, o bien a través de alimentos contaminados. Dada esta situación, la primera línea de defensa del organismo' está proporcionada por los glóbulos blancos o leucocitos de la sangre circulante. Siempre que el organismo es invadido por proteínas extrañas (como las correspondientes a bacterias) se movilizan los granulocitos hacia el lugar de la invasión. Emitiendo prolongaciones de protoplasma rodean, engloban y destruyen a los orga. nismos invasores. El pus que aparece en el lugar de una infección (así, por ejemplo, antes de que reviente un grano) es unacúmulo de granulocitos, bacterias muertas y restos de tejido destruido. Los granulocitos aparecen también en cualquier punto en que esté dañado un tejido, tras un corte, una ·fractura ósea o cualquier otra lesión. Deshacen el tejido muerto y lo retiran del punto afectado, a fin de que un nuevo crecimiento tisular repare la pérdida experimentada. El otro gran grupo de' glóbulos blancos son los linfocitos, los cuales suponen aproximadamente una cuarta parte de la población total de glóbulos blancos. Parte de ellos se forman en el bazo y otros en los ganglios linfáticos. Tubos con escapes

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La linfa es uno de los líquidos del organismo y viene'! ser una pálida sombra de la sangre, un líquido que se~l

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asemeja fundamentalmente al plasma sanguíneo. Su presencia nos recuerda un sorprendente fallo de diseño en la circulación sanguínea. Ya hemos mencionado que los glóbulos blancos pueden deslizarse a través de las paredes de los vasos· sanguíneos más pequeños y emigrar entre 19S tejidos corporales. Si los glóbulos blancos pueden escapar del interior· de los vasos, es de suponer que las moléculas de agua (que son mucho menores) y moléculas de otras sustancias sean también capaces de abandonar la sangre circulante. Esto es exactamente lo que sucede; algunos de los componentes de la sangre son expulsados a presión de los capilares, que son los vasos de tamaño más pequeño en los que la presión del líquido sanguíneo es relativamente alta. Este líquido forma el llamado líquido intersticial y asciende a aproximadamente ocho litros en un adulto normal. Las venas y las arterias de la circulación sanguínea se hallan, desde el punto de vista del ingeniero, llenas de escapes. ¿Por qué no se vacían por completo, si están perdiendo líquido constantemente? El ingeniero que se enfrenta con un circuito con escapes . intentará primeramente obturarlos, pero si no 10 consigue buscará modos de recoger el líquido perdido y devolverlo a la circulación. Con el líquido intersticial sucede de modo análogo. Parte del mismo, exprimido fuera de la circulación en puntos donde la presión es elevada, vuelve a la misma en lugares donde la sangre circulante se halla a una presión baja. Parte de él pasa al interior de tubos de paredes finas que se asemejan a vasos sanguíneos, pero que pertenecen en realidad a una red aparte. El líquido intersticial que pasa a ellos se denomina linfa. El sistema linfático es una complicada red de vasos, que por lo general están junto a venas o a arterias. Este sistema no posee una bomba análoga al corazón, y la linfa se desplaza más bien lentamente, propulsada por el movimiento de los músculos y guiada por pequeños salientes de tejido que actúan como válvulas. Finalmente, la linfa retorna a la corriente sanguínea a través de las venas subclavias, situadas por detrás de las clavículas.

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Anticuerpos e inmunidad Los ganglios linfáticos· son pequeños nódulos de tejido localizados en múltiples lugares del cuerpo. Su principal misión consiste en producir linfocitos, los· cuales circulan después por la linfa, alcanzando finalmente la sangre. Estas células se forman asimismo en el bazo, del cual pasan directamente a la sangre. Como ya hemos visto, los granulocitos atacan a organismos invasores Jasí, por ejemplo, en .las enfermedades infecciosas), englobándolos y digiriéndolos. Los ganglios linfáticos proporcionan una modalidad más de defensa, produciendo anticuerpos. Allí donde una proteína extraña penetra en el organismo (generalmente formando parte de los gérmenes causantes de alguna enfermedad infecciosa, pero también, en ocasiones, como correspondientes a tejidos trasplantados) se provoca una reacción inmunitaria. El invasor es reconocido y se producen anticuerpos en los ganglios linfáticos o en otros lugáres. Algunos anticuerpos ejercen una acción química, neutralizando las toxinas producidas por las bacterias; otrOs atacan directamente a estas últimas o las hacen adherirse entre sí de modo que proporcionen un mejor objetivo a los granulocitós que las van a digerir. La reacción inmunitaria es importante, ya que sin ella sufriríamos mu~ho más gravemente a causa de infecciones. Los anticuerpos continúan circulando por el: organismo aun después de finalizado el ataque, proporcionando una eficaz defensa, la cual rechaza con frecuencia futuros ataques antes de que alcanzen proporciones nocivas. Puede lograrse una inmunidad artificial mediante vacunación.. A veces basta con inyectar una vacuna «muerta», compuesta por bacterias o virus muertos; las defensas del organismo reconocen a los invasores y reaccionan produciendo anticuerpos que persisten durante unos· cuantos años y que se enfrentan con futuros ataques. La administración de organismos vivos daría, sin duda, lugar a una producción más eficaz de anticuerpos, pero sería también mucho más peligroso, en especial para una persona no vacunada previamente contra la enfermedad en cues-

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tión. Se puede conseguir,' no obstante, una respuesta satisfactoria utilizando una vacuna «viva» obtenida a partir de bacterias o virus atenuados, es decir: de organismos que han pasado a través de sucesivos cultivos de laboratorio o de animales experimentales. En la lucha contra la poliomielitis durante la década de 1950 fue creada una vacuna muerta por el Dr. Jonas Salk, pero fue superada por la vacuna viva del Dr. A. B. Sabin, la cual posee la ventaja de poder ser ingerida por boca, administrada por 10 general con un terrón de azúcar. , En las páginas anteriores hemos considerado dos importantes componentes de la sangre: los glóbulos rojos, que transportan oxígeno a cada célula del organismo y los glóbulos. blancos, que son los responsables de la ddensa contra infecciones. El tercer componente importante de la sangre son las plaquetas o trombocitos, que se forman, al igual que los glóbulos rojos y los blancos, en la médula ósea. Se desarrollan a partir de células grandes, pero al alcanzar la, madurez quedan reducidos a pequeños fragmentos desprovistos de núcleo. Cada milímetro cúbico de sangre contiene aproximadamente 250.000 plaquetas. Estas desempeñan un importante papel en el proceso de la coagulación sanguínea, que constituye la principal defensa contra pérdidas de sangre provocadas por heridas.

Huida ,del mar Una vez revisados los principales componentes VISIbles de la sangre, consideraremos su composición química y sus funciones. La sangre es un líquido ligeramente salino, y su contenido mineral es un interesante reflejo de nuestra propia historia biológica. Como hemos V1Sto, las primeras y más pequeñas criaturas vivientes dependían del mar en cuanto a oxígeno y alimento y para la elirninación de productos de desecho. Cuando se desarrollaron animales mayores y, más complicados, el problema de la nutrición se hizo más serio. Mientras cada célula se hallaba en ,contacto, con el mar, el suministro de oxígeno y

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de alimento (y la eliminación de productos de desecho) se hallaban asegurados; mas el precio pagado por esta seguridad era una severa limitación en cuando al desarrollo biológico, ya que es necesario que toda célula se halle el una distancia no superior a un milímetro, aproximadamente, del medio acuoso. El sistema' de abastecimiento y desecho por medio de líquido es muy adecuado para animales; una planta vive de un modo más sosegado, absorbiendo su' alimento lentamente a partir del aire, del agua, de la luz del sol y del suelo, sin esfuerzo alguno, pero un animal debe realizar mayores esfuerzos, ya que se mueve y precisa por tanto de una fuente más concentrada de energía. El sistema primitivo, que dependía de un medio ambiente líquido, se adaptó a las cambiantes necesidades mediante el desarrollo de un' mar interno, que bañaba los tejidos del cuerpo. La sangre de los primeros peces era, en cuanto a algunos de sus componentes químicos, semejante al agua de mar, mas, sobre todo a partir del desarrollo de una bomba orgánica para empujar la sangre a través de todo el cuerpo, era capaz de 'alcanzara aquellas células y tejidos que se encontraban lejos del medio ambiente exterior. La circulaciónintetna, controlada por el corazón, llegó a hacerse tan eficaz que el intercambio de materiales con el agua marina circundante se limitó al paso de oxígeno a través de las agallas, la ingestión de alimento a través de la boca y la excreción de productos de desecho mediante órganos especializados tales como los riñones. Los primeros seres vivos que habitaron en tierr~ firme no lograron escapar por completo del medio ambiente salino, sino que se vieron obligados a llevar el mar consigo mismos, en su interior. La sangre es bastante afín al agua de mar y, de una manera o de otra, cumple todas las funciones ,del: medio ambiente original en el que se inició la vida. La proporción total de sales minerales (sobre todo de cloruro sódico) en la sangre es aproximadamente un 0,9 por 100. El agua de mar contiene bastante más deun 1 por 100 de

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sales, y la mezcla de las mismas no es, en detalle, la misma que en la sangre.· Puede, sin embargo, afirmarse que el contenido mineral de la· sangre humana actual es similar al del agua marina en el período cámbrico, hace unos cuatrocientos millones de años, cuando la vida se estableció por primera vez en tierra firme. Nuestros primitivos antecesores, que habitaban en el mar, dependían del oxígeno disuelto en el agua, como sucede actualmente en los peces. Pero un pez es una criatura plácida, cuyo organismo no ha de enfrentarse con la fuerza dé la gravedad 'ni con el problema de mantenerse a una temperatura más elevada que su medio. ambiente. En consecuencia, sus necesidades energéticas son modestas. Un ser humano, en cambio, precisa de una gran cantidad de energía, y el oxígeno disuelto en el agua que constituye el 80 por 100 de la sangre no le mantendría en marcha durante más de cinco segundos. Mas cualquiera es capaz de contener su aliento durante mucho. más de cinco segundos sin sufrir daño. Así pues, ¿dónde está el resto del oxígeno? Se halla almac.enado en la hemoglobina de los glóbulos rojos. La hemoglobina· posee la útil cualidad de combinarse libremente con el oxígeno para formar un nuevo compuesto: la oxihemog10bina, que proporciona a la sangre fresca su vivo color rojo. Debido a la presencia de hemoglobina, la cantídad de oxígeno que puede ser transportada por la sangre es más de cincuenta veces superior a la cantidad que puede ser disuelta. La circulación

Una vez comprobado que es teóricamente posible que la sangre distribuya suficiente oxígeno para satisfacer las necesidades del organismo, vamos a considerar ahora la notable maquinaria que mueve la circulación. . La especificación de esta maquinaria es bastante sencilla. La sangre ha de ser conducida primeramente a los pulmones, donde puede cargar oxígeno y descargarse anhídrido carbónico, y luego al resto del organismo, para

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el suministro de oxígeno, la recogida de anhídrido car-

bónico, la distribución de sustancias nutritivas y diversas otras misiones. Finalmente, la sangre ha de volver al corazón, para su próximo circuito. Podría pensarse que un circuito único (corazón~pulmones-resto de! cuerpo-corazón) sería la solución más sencilla, pero en términos de ingeniería .plantearía serias dificultades. Para lograr un eficaz intercambio de oxígeno y anhídrido carbónico en los pulmones, la sangre ha de hallarse próxima a las superficies por las cuales pasa el aire inspirado. Con respecto a esta conexión no resulta útil un vaso sanguíneo grande. Como acabamos de ver, la difusión tiene tan sólo lugar en' cuantía razonable para distancias muy cortas. Por ello, es necesario que la sangre fluya a través de los pulmones por vasos muy pequeños, que se designan corrientemente como capilares, de modo que toda ella pueda estar próxima al aire inspirado, a fin de que se· verifiquen los necesarios intercambios. . El paso de la sangre desde un gran vaso (procedente del corazón) a una multitud de pequeños vasos da lugar a ciertos problemas técnicos. La fricción es mayor en un tubo estrecho que en uno anch0;debido sencillamente a que e! líquido que fluye se halla en proporción mayor junto a las paredes del vaso, donde es mayor la resistencia. Ya que la sangre fluye más lentamente a través de los capilares que a través de la arteria de la cual proceden, el área total de la sección transversal ,de los capilares debe ser mayor que la de la arteria, ya que de otro modo se produciría una acumulación desangre. De hecho, e! problema es incluso más serio en la circulación de la san- . gre de lo que sería con respecto a una red de tubos de conducción de agua. Los capilares son tan estrechos que tan sólo permiten el paso a un glóbulo rojo. Dada esta situación, las células rozan contra las paredes y aumentan así la resistencia por fricción. No obstante, los capilares están diseñados para ajustarse a las exigencias ingenieriles, y su área transversal total es muchas veces mayor que la de la arteria il partir de la cual se originan. Otra complicación se· pone en- .

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tonces de manifiesto, ya que debido al aumento de área, la presión en los capilares es más baja que en la· arteria. Se trata de un mero efecto mecánico: un río que corre impetuoso a través de una estrecha garganta fluirá más tranquilo cuando llegue a un cauce más amplio. Si la sangre, tras pasar a través de los capilares del pulmón a una presión baja, tuviese que volver a ser recogida por arterias anchas para su eficaz transporte a otras zonas del organisrpo, sería preciso un mayor bombeo adicional, lo cual supondría una considerable carga para el corazón. La solución adoptada en el cuerpo humano es sencilla y eficaz, ya que el corazón impulsa a la sangre por dos circuitos separados. En el primero,Ja sangre es bombeada desde la parte derecha del corazón hacia las arterias pulmonares, que se subdividen en vasos más pequeños (las arteriolas) y luego en una red de finos capilares, desde los cuales se puede llevar a cabo el intercambio de oxígeno y anhídrido carbónico. Cuando inspiramos aire, éste pasa a través de la tráquea hacia el interior de los pulmones, donde es distribuido en multitud de vías ramificadas que conducen a pasos cada vez más estrechos, terminados en millones de pequeñas bolsas (alvéolos) que se llenan con dicho aire. La multiplicidad de vías aéreas proporcionan a los pulmones una estructura esponjosa, con una enorme área superficial destinada al intercambio gaseoso; el área total de todos los alvéolos, si se les extendiese en un plano, seríaaproximadamente de unos noventa metros cuadrados. La sangre que procedente del corazón penetra en los capilares pulmonares ha perdido la mayor parte de su oxígeno (en su paso previo por los tejidos corporales) v ha captado gran cantidad de anhidrido carb6ni\.:( lE1J consecuencia, el aire fresco situado en uno de lu~ lado" de los alvéolos es considerablemen te más rico en ! l\ i que la sangre que fluye a través de los capilares, por el otro lado. Dadas estas cir.cunstancias, el oxígeno se difunde a través de las paredes de los alvéolos, a través de las paredés de: los capilares y hacia la sangre} en la

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cual es rápidamente captado por las moléculas de hemoglobina. Por otra parte, la sangre que fluye a través de los capilares es más rica en anhídrido carbónico que el aire fresco situado al otro lado. de la pared alveolar. En consecuencia, sale de la sangre anhídrido carbónico que atraviesa la pared alveolar hacia los pulmones. Como resultado de estos intercambios, la composición del aire en los pulmones cambia apreciablemente. Inspiramos aire fresco que contiene aproximadamente ~n 21 por 100 de oxígeno y un 0,03 por 100 de anhídrido carbónico; el 79 u 80 por 100 restante está compuesto por nitrógeno. Una vez libre de anhídrído carbónico y vuelta a cargar con oxígeno, la sangre es recogida en las venas pulmonares y devuelta al lado izquierdo del corazón. Llega primer~mente a la aurícula izquierda, que es una cavidad de paredes finas situada en el núcleo cardíaco. La aurícula se contrae y envía la sangre, a través de una válvula, hacia el ventrículo izquierdo, que es otra cavidad situada también en el músculo cardiaco, pero de paredes mucho más gruesas· que la aurícula. El ventrículo no es muy amplio y la distensión de sus· paredes a causa de la sangre que penétra en él origina una considerable· presión. Cuando el ventrículo se contrae, la sángre nd refluye hacia la aurícula, ya que la válvula se abre tan sólo en una dirección, sino que es impulsada a través de la aorta, una gran arteria que se subdivide para. irrigar el resto del cuerpo. La acción intermitente del corazón, con un potente latido por segundo, aproximadamente, no se halla a primera vista bien adaptada. a las necesidades de los demás órganos y tejidos, en el sentido de un continuo sumirtistro de oxígeno y otros materiales transportados por la sangre. En términos de ingeniería, una acción intermitente de bombeo es muy ineficaz, ya que la bomba, los tubos y las válvulas han de estar construidos para resistir todas las presiones y velocidades de flujo, aun cuando estas condiciones existen tan sólo durante una pequeña parte del ciclo de bombeo.

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Sin embargo, la actividad intermitente del corazón es transformada en algo más similar a un proceso continuo mediante· un ingemoso mecanismo, que es un ejemplo de aplicación de sólidos principios técnicos. El ingenie-

Pulmón

Ventrículo· derecho ___f--_

---t--f-+-C-- Ventrículo izquierdo

1

1

FIG.

6.-Diagrama de la circulación.

1

John

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Lenihan

ro que se enfrenta con el problema de perfeccionar un dispositivo intermitente, pensaría probablemente en una cámara de expansión destinada a recoger exceso de líquido en el comienzo del ciclo de bombeo y soltarlo durante el intervalo entre sucesivos impulsos. Podría pensar incluso en un regulador, consistente en una sección de tubo provista de paredes elásticas, que se extendería durante el impulso de bombeo. Cuando se redujese la fuerza de éste, la pared de la sección reguladora retornaría a su posición normal, enviando líquido al circuito. El cuerpo posee un regulador muy parecido a· este último, ya que las grandes arterias· poseen en sus paredes una considerable cantidad de tejido elástico y son capaces de dilatarse cuando son sometidas a presión~ La sangre que fluye desde el ventrículo .izquierdo hacia la aorta no va al principio muy lejos, ya que gran parte de

Aurlcula izqulel

Ventrículo izquierc

Ventrículo derecho

FIG. 7.-Diagrama del corazón.

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ella se acumula al dilatarse la aorta. Cuando ha concluido la contracción del ventrículo, la aorta retorna a su estado normal y envía sangre hacia las arterias menores a fin de mantener un suministro constante. El latido del pulso puede palparse en la muñeca y en otros lugares del cuerpo (en cualquier punto en el que una arteria esté situada inmediatamente bajo la piel) y está producido por la onda de choque debida a la sangre que brota del corazón. Aun cuando la fuerza de dicha onda es, como acabamos de ver, atenuada por la elasticidad de las arterias, puede ser comprobada muy fácilmente al permanecer sentado con las piernas cruzadas; cuando la sangre fluye en el muslo a cada latido cardíaco, el pie refleja la onda pulsátil, realizando movimientos de extensión de uno o dos milímetros de amplitud. Una vez que ha salido del corazón, la sangre es primeramente distribuida por las arterias, luego a vasos más pequeños:· las arteriolas y, finalmente, a los estrechos capilares, en los que intercambia oxígeno y anhídrido carbónico con los tejidos del cuerpo. Al abandonar los capilares, la sangre fluye a las vénulas y, finalmente, a las venas, las cuales la devuelven a la aurícula derecha, de la cual pasa al ventrículo derecho y, como hemos visto anteriormente, vuelve a salir de éste hacia los pulmones. La sangre que ha sido suministrada al tubo digestivo e~ recogida en un sistema venoso aparte, que conduce al hígado, donde las moléculas de alimento son retiradas para su procesamiento químico antes de que la sangre retorne al corazón. Otro circuito de la circulación lleva sangre arterial a los riñones ,donde son retiradas sustancias tóxicas y otros productos de deSEcho y se ajusta la concentración de diversas sales minerales. El bombeo no es suficiente Se cree, con frecuencia, que el corazón bombea la sangre por todo el cuerpo, pero eso sería simplificar

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demasiado. El corazón es una máquina bien concebida desde el punto de vista de la ingeniería: descarga sangre hacia el sistema arterial con la presión suficiente para enviarla a su destino, pero sin mucha más. La circulación pulmonar, que abastece a los pulmones, opera a una presión más bien baja, que es justamente la suficiente para llevar la sangre, contra la fuerza de gravedad, hasta el vértice de los pulmones, lo cual supone una distancia vertical de aproximadamente quince centímetros. En la aorta, cerca del corazón, la presión arterial máxima es, nara una persona normal, de aproximadamente 120-150 milímetros, o bien de 176 gramos por centímetro cuadrado. Casi toda esta presión sé ha perdido cuando la sangre llega a las extremidades: ¿cómo retorna entonces al corazón? La fuerza de gravedad la hace retornar desde la cabeza y otras partes del cuerpo situadas por encima del nivel del corazón, pero el retorno a partir de los pies constituye un problema más difícil. La sangre se dirige hacia los pies gracias al efecto combinado de la bomba cardíaca y de la fuerza de gravedad. Habiendo alcanzado su punto más ba'jo, la sangre conserva ya muy poca presión para remontar. el trayecto que la devuelve al corazón. Mas las venas se hallan provistas a intervalos bastante frecuentes de válvulas que permiten que la sangre refluya al corazón, pero que no la dejan fluir en dirección contraria. En consecuencia, cualquier presión ejercida por los músculos circundantes hará que la sangre se desplace hacia arriba. Normalmente, los movimientos de los músculos al estar de pie o incluso sentado, son suficientes para impulsar la sangre a través de las venas. Una persona que permanece quieta durante mucho tiempo no contribuye bastante a este movimiento de la sangre. Si está obstaculizado el retorno de la sangre al corazón, sufre también el suministr() de sangre al cerebro. El desmayo o lipotimia es un modo natural de enfrentarse con esta situación, haciendo que la víctima adopte una posición horizontal en la que la gra. vedad no constituye ya un perjuicio.

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Válvulas venosas

Músculo

CONTRACCION MUSCULAR Ayuda el flujo sanguíneo hacia arriba a partir de los pies y las piernas

FrG. 8.--Contracción muscular.

El retorno de la sangre, a través de las venas,hacia el :::orazón, recibe así una ayuda natural cada vez. que respiramos. El aire, al igual que la sangre o cualquier otro 'luido, se mueve tan sólo en virtud de una diferencia de )resión. Cuando inspiramos, la presión que existe en el nteríor de los pulmones ha de reducirse por bajo de la le! aire exterior, y cuando espiramos, la presi6n existenre :n los pulmones ha de ser más elevada que la atmosfé'Íca, ya que de. no ser así no se movería el aire. El aire penetra en los pulmones mediante el descenso lel diafragma, que es una lámina muscular que separa el órax del ab,domeh. Cuando desciende el diafragma (obe-

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deciendo a señales transmitidas desde el cerebro a los músculos adecuados) la caja. torácica se mueve hacia arriba y afuera, también bajo control automático; todas estas acciones dan lugar a que aumente el volumen de la cavidad torácica. Cuando se reduce el volumen de una cierta cantidad de gas (así, por ejemplo, mediante presión sobre. una bomba de hinchar neumáticos) su presión aumenta y así es como forzamos la entrada de aire en el neumático. Por el contrario, si aumenta el volumen· de una determinada cantidad de gas, se reduce su presión. Esto es lo que sucede en la cavidad torácica cuando desciende el diafragma. Ya que la presión en el tórax (incluyendo los pulmones) es menor que la presión atmosférica, los pulmones aspiran aire fresco; la disminución de la presión afecta, asimismo, al corazón y a las venas situadas dentro de la cavidad torácica, que son así más capaces de aspirar sangre de las venas situadas por debajo del diafragma. Este efecto resulta incrementado a causa del movimiento del diafragma, que amplía la cavidad torácica y comprime la cavidad abdominal, aumentando así la presión en esta última. Las venas resultan así comprimidas (como lo serían por una accjón muscular voluntaria) y se ayuda así suplementariamente a .la subida de la sangre hacia el corazón. Tras este breve sumario de la estructura y la función, intentaremos considerar el corazón. desde el punto de vista del ingeniero, como si se trat~se de upa bomba. En este sentido, su rasgo de diseño más importante es el de que· no expulsa constantemente líquido. Muchas bombas circulantes ejercen una acción rotatoria. La bomba de agua de un coche, por ejemplo, posee una rueda de paletas en miniatura, movida mediante el motor. El agua de refrigeración soltada cerca del centro de la rueda queda atrapada por las aspas y batida a alta velocidad antes de alcanzar el tubo por el que fluye al bloque de cilindros. El corazón no posee partes rotatorias, pero su diseño .es bastante parecido a la bomba de gasolina de un coche.

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En esta última se trata habitualmente de una bomba de diafragma, en la que un depósito está conectado con el depósito de gasolina y cerrado en su otro extremo mediante un disco elástico de metal que se' mueve hacia atrás y hacia adelante. El impulso hacia atrás amplía el depósito, que se llena entonces de gasolina; el consecutivo impulso hacia adelante empuja la gasolina a través de un tubo, hacia el carburador. Los' dos tubos, el del tanque y el del carburador, están provistos de válvulas para impedir que el carburante fluya en la dirección que no debe. El .corazón . consiste efectivamente de dos bombas, una de las cuales suministra a los. pulmones y la otra al resto del cuerpo. El ciclo de trabajo del músculo cardíaco se halla establecido de tal modo que ambas bombas operan en una. secuencia temporal adecuada, y el diseño mecánico permite que el lado izquierdo del corazón, que sumiñistra a la mayor parte del cuerpo, realice de seis a ocho veces más trabajo que el lado derecho, al cual corresponde la circulación pulmonar a baja presión. El ventrículo izquierdo contiene aproximadamente ,doble masa muscular que el derecho, y, por tanto, trabaja tres o cuatro veces más. Eficiencia del. corazón

Cuando un ingeniero ha diseñado una máquina se halla interesado por conocer su eficiencia, es decir: la cantidad de trabajo útil que realiza, en relación con la energía que consume en forma de combustible. El trabajo realizado por el corazón puede evaluarse a partir de la cantidad de sangre bombeada a cada latido y la presión y velocidad a las que es sometida. La energía suministrada al coraz6n puede averiguarse midiendo su consumo de oxígen,., 10 cual se lleva habitualmente a cabo mediante el an:ilisis

de muestras de sangre obtenidas por cateterismo cardíaco, técnica que consiste en ha,cer pasar hasta el corazón un fino. tubo. Las pruebas correspondientes indican una eficiencia de un 40 por 100 aproximadamente. Diremos, a fines comparativos, que la eficacia de una máquina de 6

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vapor rara vez es superior aun 20 por 100. Teniendo en cuenta el pequeño tamaño del corazón (el cual pesa menos de 350 gramos) Y la facilidad con la que se adapta a exigencias muy variadas, la eficacia de· un 40 por 100 resulta excelen te. . Como máquina, el corazón ha de adaptarse rápidamente a cargas variables. Cuando dormimos, el gasto de energía por parte del organismo es de 0,025 Hpaproximadamente. Durante un paseo tranquilo, el gasto de energía corresponde a 0,1 Hp. Un corredor puede desarrollar un esfuerzo de 1 Hp o más durante br,eve tiempo, y un campeón de carreras de fondo puede desarrollar un esfuerzo de 0,4 a 0,5 Hp durante varias horas. En la adaptación a estas exigencias ampliamente variables resultan importantes dos procesos. En primer lugar, la frecuencia cardíaca aumenta mucho, incluso hasta 180200 latidos por minuto, es decir: aproximadamente tres veces la frecuencia normal. La frecuencia respiratoria, que normalmente es de quince por minuto, aumenta aproximadamente en la misma proporción, aumentando también la profundidad de la respiración, es decir: la. cantidad de aire Íresco que penetra en los pulmones a cada inspiración. La cantidad de sangre que es expulsada del corazón a cada latido aumenta tan sólo ligeramente, y durante un ejercicio intenso, con 'una frecuen.cia cardíaca muy aumentada, puede dismitlUir efectivamente, ya que el corazón no tiene el tiempo suficiente para llenarse de sangre entre dos latidos sucesivos. La tensión arterial aumenta, sin embargo, de modo tal que se incrementa el suministro de sangre a los músculos, Regulación de la temperatura

El reino animal se divide en animales de sangre fría (en los que se incluyen los anfibios, los reptiles, los insectos, etc.) y animales de sangre caUente: aves y mamÍferos, incluyendo al hombre. Sería más correcto afirmar que los animales de sangre caliente mantienen una temperatura interior constante, que es de aproximadamen-

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te 3]0 e en el hombre, de 39° e en otros mamíferos y de 42° e en las aves, mientras que los de sangre fría poseen una temperatura que fluctúa con arreglo a la del medio ambiente. Un hombre (o un ave) puede viajar desde el Artico hasta los trópicos mostrando muy pocos cambios en cuanto asu temperatura corporal. Una rana no sobrevivirá a temperaturas bajo cero, pero por otra parte adoptará (hasta dos o tres grados de diferencia) la temperatura del agua en la que se encuentra. Algunos animales, tales como el lirón y el erizo, son de sangre caliente durante la mayor parte del año, pero se tornan de sangre fría para su hibernación. Esta última comienza cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de aproximadamente 12° C; en términos técnicos diríamos que se apaga el termostato corporal. En el hombre y en la mayoría de los demás mamíferos es muy eficaz la regulación de la temperatura; la sangre es importante en este proceso por tres razones: debido a que circula, debido a su elevado calor específico y debido .a su elevado calor latente. . La sangre circulante actúa en cierto modo como el agua de refrigeración de un coche, que toma calor a partir del motor, libera parte del mismo para la calefacción y pierde el resto pqr radiación o convección al aire. Así, por ejemplo, la sangre toma calor a partir del hígado (el cual, debido a que se verifican en él numerosas e intensas reacciones químicas, se halla por lo menos a 1°C de temperatura más que el resto del organismo) y lo cede a la piel. En un día caluroso, o bien durante ejercicios vigorosos, .la piel actúa ;a1 igual que el radiador de un coche y cede calor: al aire. En estas circunstancias, los capilares próximos a la piel se dilatan, permitiendo que. fluya más sangre y que llegue más calor a la superficie. Durante un día muy frío, los capilares se contraen en aquellas panes del cuerpo cubiertas por las ropas, pero se dilatJn C11 las partes expuestas (corno son la cara y las manos), cediendo calor para' reducir el desga de congelaciones. La sangre está formada por agua en un 80 por 100, y el agua es un buen medio de calefacción y refrigeración,

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debido a su elevado calor específico, el más alto de cualquier líquido corriente e inofensivo. Esto significa que, para un determinado cambio de temperatura, tomará (o cederá) más .calor que cualquier otro líquido. Otra útil propiedad del agua es su calor latente, que es también muy elevado. El agua expuesta al aire se evaporatálentamente en un día frío y más rápidamente en un día caluroso. Se precisa gran cantidad de energía para transformar el líquido en vapor y se designa como calor latente a esta energía. Cuando hacemos hervir un cazo eléctrico, la energía la suministra la red, pero en otras circunstancias la energía se toma del entorno inmediato. Un paño húmedo aplicado·a la frente de un enfermo febril le proporciona alivio, ya que el agua suprime calor al evaporarse; una bolsa con hielo produce el mismo efecto, ya que se precisa calor para fundir el hielo. En circunstancias normales se evapora diariamente más de una libra de agua a partir de la piel, debido a una transpiración insensible. El calor latente que acompaña a esta pérdida equivale a más de 300 kcal, o bien, aproximadamente, a un 10 por 100 de la ingestión diaria de energía proporcionada por los alimentos. La pérdida de calor de un cuerpo envuelto por ropas húmedas puede ser mucho más grave, y en ocasíoneses causa de muerte en naufragios. Si el tiempo es caluroso, la capacidad para aumentar las pérdidas calóricas del cuerpo reslllta muy útil. En un día caluroso, la sangre circulante cede mucha agua, la cual aparece sobre la piel en forma de sudor que, al evaporarse, suprime .calor. La transpiración no siempre esmanifiesta; la piel tan sólo se torna húmeda cuando la ·cuantía de producción de sudor excede de la de. evaporación. Existen dos clases de sudor, producidas ambas por glándulas de la piel. La fuente principal de sudor está representada por las glándulas exocrinas, de las que existen unos dos millones en el hombre; están distribuidas por todo el cuerpo, pero son más numerosas en la frente, las mejillas, las manos y los pies. El sudor que producen es casi todo. él pura agua, con un poco de sal; en con-

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diciones extremas de calor o ejercicio, la pérdida de sal puede producir trastornos, dando lugar a calambres musculares si no es compensada. Durante un ejercicio intenso, la producción de sudor puede ser de un litro por hora, lo cual corresponde a una pérdida de sal de tres gramos o a un tercio de la ingestión diaria de la misma. El sudor exocrina no huele, pero existen también en el cuerpo glándulas sudoríparas apocrinas, que se hallan concentradas en las axilas y la región genital. Estas glándulas producen un sudor que no posee importancia en cuanto a la refrigeración del cuerpo (ya que las correspondientes regiones no se hallan en contacto con el aire), pero que contiene sustancias orgánicas que cuando son descompuestas por las bacterias que se hallan siempre presentes en la piel, provocan olores desagradables. Las personas obesas sudan más que las delgadas, 10 cual es debido a diversos motivos. Al poseer una mayor área superficial, poseen también más glándulas sudoríparas. Debido a su mayor peso, producen más calor en el curso de ejercicios o de otras actividades físicas. Se dan también más cuenta de que transpiran, ya que parte del sudor se acumula en pliegues cutáneos y no puede eliminarse así fácilmente. Ya que la obesidad depende, en muchas personas,:de la propia fuerza de voluntad, el defecto es de ésta y no del diseño del sistema de refrigera. ción del organismo. A pesar de los ingeniosos dispositivos destinados a la conservación del calor y que hemos venido mencionando, la temperatura de· la sangre circulante puede descender a veces notablemente. Durante mucho tiempo se pensó que la temperatura de la sangre arterial difería poco de la del núcleo central del cuerpo, pero recientes experimentos han demostrado que la sangre de la arteria ra·· dial del antebrazo puede descender a una temperatura de 21,5° e, mientras que la temperatura central del cuerpo permanece a la normal de 37° C. Tal estado de cosas lo ha explicado el descubrimiento de que e}, organismo utiliza el sistema de intercambio a contracorriente que. es actualmente habitual en la indus-

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tria química. En resumen, esta técnica logra una transferencia más eficaz de calor, haciendo que las corríen tes caliente y fría fluyan en direcciones opuestas yen estrecho contacto mutuo. Las grandes arterias del miembro superior se hallan situadas entre venas, 10 cual permite condiciones muy favorables para el intercambio. de calor. En un día frío, la sangre arterial llega al antebrazo, en las proximidades del codo, a una temperatura que puede no ser muy inferior a los 37° C. Las venas situadas a cada lado de'la arteria llevan, en dicho punto, sangre que retorna de la mano y que no se ha vuelto aún a su temperatura normal. Esta sangre es así calentada por la que fluye por la arteria. La sangre arterial sigue su curso, algo enfriada, pero las venas adyacentes contienen sangre que está más fría aún y que es, por tanto, capaz de absorber calor. La misma sÍtuaciónse da haciá abajo, a todo lo largo de la arteria y de sus venas adyacentes. En consecuencia, se transmite efectivamente calor y, 10 que es más importante, se conserva en la sangre circulante. Si las arterias y las venas no estuviesen tan convenientemente juntas, la sangre arterial perdería grandes cantidades de calor al cederlo a los tejidos circundantes en su paso por el brazo, y la sangre venosa de retorno, a ,una temperatura relativamente baja, absorbería otra parte más de calor al fluir por el núcleo caliente del cuerpo. En un día muy caluroso,' el mecanismo conservador de calor que acabamos de describir no resulta tan útil, ya que impide la' pérdida de calor hacia el aire exterior. Sin embargo, el brazo posee otra red venosa inmediatamente bajo la piel; en circunstancias calurosas, la sangre venosa es derivada hacia dicho sistema.

Reparando el pinchazo Todas las propiedades importantes de la sangr~ dependen del hecho de hallarse constantement~ en movimiento. Ya que la sangre se encuentra, en cualquier punto, bajo

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presión (ya que de no ser así no se movería) brota (incluso con mucha fuerza) siempre que se dé una solución de continuidad. El cuerpo humano no contiene más de seis litros de sangre; se puede ceder medio litro para una transfusión, sin experimentar molestias, pero la pérdida de un litro da lugar a efectos manifiestos, y la pérdida de dos litros puede resultar muy peligrosa. Esto último supone más de una tercera parte de la capacidad vectora de oxígeno, sin la· cual corren peligro el cerebro y otros órganos vitales. Afortunadamente, el sistema circulatorio es un original tanque autoobturante, con un complicado pero eficaz mecanismo que le hace capaz de enfrentarse con todos los accidentes, excepto los más graves, que implican pérdida de sangre. El principio básico de la técnica de cierre consiste en que la s¡mgre, el). cuanto se pone en contacto con el aire exterior, se solidifica rápidamente para formar un coágulo, que evita que se siga sangrando y actúa como un tapón provisional hasta que los tejidos subyacentes se hayan reparado. El mecanismo es complicado, ya que aun cuando la .acción obstructiva es muy. necesaria en una emergencia, la formación de un coágulo en la sangre circulante puede resultar desastrosa, como ocurre en la trombosis coronaria. El coágulo de sangre que se forma en un corte, por ejemplo, es una enmarañada masa de fibras~entre las que quedan atrapadas células sanguíneas. El material fibroso es una proteína que se denomina fibrina. Esta última, sin embargo, no puede estar presente en la sangre circulante, ya que de, ser así se coagularía en el interior del organismo. La presencia de un corte o la exposición de sangre fresca al aire exterior da lugar a la formación de fibrina a partir de otra proteína que se denomina fibrínógeno y que circula libremente en la sangre. La sustancia que convierte· el fibrinógeno en fibrina es la trombina. Al llegar a este punto, ·la argumentación comienza a parecer interminable, ya que, evidentemente, si existe trombina en la sangre circulante _ transformará el fíbrinó-

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geno en fibrina y dará lugar a coágulos'en todas partes. El mecanismo completo de la coagulación es complicado y probablemente no está aún explorado a fondo. Se sabe, sin embargo, que la clave del mismo reside en, materiales liberados por la ruptura de plaquetas sangwneas. Después tiene lugar una compleja secuencia de inhibiciones y contrainhibiciones que incluyen no menos de trece factores de la coagulación, entre los que se cuentan el calcio (siempre presente en la sangre) y el· fibrinógeno. La ausencia del factor VIII de la coagulación origina la hemofilia A, forma corriente de' esta ,enfermedad, y las personas que carecen de factor IX padecen hemofilia B, que se conoce también como enfermedad de Christmas, nombre de la primera víctima descrita en la literatura médica. La capacidad de la sangre para formar un coágulo protector cuando está expuesta al aire representa una· importante medida de emergencia, pero constituye una dificultad cuando hay que recoger una muestra de sangre para analizar, ya que si no se administra algo que modifique el proceso, se coagulará firmemente antes de que el analista tenga ocasión de examinarla. Una sencilla precaución consiste en recoger la sangre en un frasco que contenga heparina, sustancia que existe en el cuerpo, en especial en el hígado y los pulmones y que constituye una de las defensas contra la. coagulación interna. Un método más sencillo aún es colocar un poco de solución de citrato o de oxalato en el frasco en el que se recoge la sangre. Los iones calcio (factor IV de la coagulación) son rápidamente sustituidos por los iones de citrato u oxalato y el mecanismo coagulante queda así fuera de acción. El mecanismo de coagulación es complicado, pero ofrece una eficaz solución a un difícil problema. El ingeniero, previendo la posibilidad de una perforación en un sistema de . tubos~ pensará primeramente en sustituir o t¡¡ponar la correspondiente sección. Las soluciones de esta índole son de escasa utilidad para reparar la máquina humana, ya que los materiales' naturales son 'únicos y

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rara vez compatibles con sustitutivos no biológicos. Un ingeniero se sentiría ciertamente muy complacido de poder trabajar con un líquido que, fluyendo por una complicada red, no sólo detectase una perforación, sino que realizase una reparación inmediata sin ningún género de materiales adicionales, retirase los residuos y dejase la porción :t:eparada como si fuese nueva. La capacidad de autorreparación es tan sólo una de las notables propiedades de la sangre. Como hemos visto, este familar líqúido proporciona a las células y tejidos del cuerpo humano un autoservicio en cuanto a sus diversas necesidades de alimentos y de eliminación de desechos. Proporciona también un excelente mecanismo de control destinado a mantener constante la temperatura corporal. Por otra parte, no se agota ni se desgasta jamás, sino que se renueva constantemente. No es sorprendente qt;1e la sangre desempeñe un importante papel en la mayoría de las religiones, y que haya sido justifi. cadamente desig~ada como el río de la vida.

9.

El océano interior

Aun cuando el cuerpo humano es una estructura sólida, por lo que a su aspecto externo se refiere, su disposición interna continúa reflejando nuestro remoto origen marino. En primer lugar, los tejidos corporales contienen una gran cantidad de agua: de un 50 a un 70 por 100 de la masa total. La proporción no puede señalarse con mayor precisión, ya que la grasa que todos poseemos en cuantía mayor o menor no contiene prácticamente agua. En consecuencia, una persona muy delgada constará en . un 70 por 100 de agua, mientras que un sujeto medio contendrá aproximadamente agua en una proporción del 58 por 100 de su masa corporal. En el hombre y en muchos otros animales, la adaptación a la vida terrestre se pone evidentemente de manifiesto en los complic~dos y eficaces mecanismos que han ido surgiendo, en el curso de la evolución, para la conservación del agua. Estos mecanismos tio son de gran importancia para los seres vivos más sencillos que habitan en el mar, pero son de una impresionante eficacia en el hombre.

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En centrales eléctricas y en otras factorías, las grandes cantidades de agua utilizadas· para refrigeración o procesamiento químico son adquiridas a muy escaso coste y, una yezutilizadas, descargadas en el mar, en los ríos o el alcantarillado. El director de una fábrica o el ingeniero ,químico que tuviese que organizar.1a planta de modo tal que cada gota de agua hubiese de ser utilizada un centenar de veces, difícilmente sabría por dónde empezar; mas tal es el grado en que es conservada el agua . del organismo . Al considerar el equilibrio hídrico del cuerpo humano, han de cumplirse dos importantes exigencias. En primer lugar reviste importancia el modo de mantener constante el volumen de líquido en el organismo, dentro de unos límites muy reducidos. La pérdida de agua que asciende a un 1 por 100 del peso corporal provoca una manifiesta sensación de sed. Una pérdida de líquido equivalente al 5 por. 100 del peso del cuerpo da lugar a un colapso y la pérdida de un.10 por 100 es fatal. Una persona puede resistir sin comida durante semanas, pero tan sólo unos pocos días sin agua. Es importante, en segundo término, que se mantenga escrupulosamente la composición química de la sangre. Por lo que respecta a algunos componentes importantes, tales como el sodio y el calcio, una desviación de un 10 por 1Q~~!'con respecto al nivel normal puede implicar alart:ñ.íintes consecuencias. Es necesario, por tanto, disponer de un sistema eficaz para la eliminación de productos de desecho que se acumulan durante los procesos digestivos, ya que algunos de dichos materiales son muy tóxicos, incluso en cantidades pequeñas. La sangre es en realidad una cadena de montaje líquida. Mas ninguno de sus productos es exportado, ya que se necesita virtualmente la totalidad de su capacidad productiva para el mantenimiento, la reparación y la am. pUación de la factoría, es decir: de los tejidos corporales. El sistema presenta difíciles problemas de diseño, desde el punto de vista del ingeniero químico.

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Consideremos, por ejemplo, la eliminación de.produc~ tos de desecho; El organismo, al igual que cualqUler otra máquina, quema su combustible. Cierto e~ que la. combustión no va acompañada de llamas m explosIOnes, pero los alimentos que ingerimos como combustible para el organismo son oxidados de modo igualmente eficaz, á través de procesos menos espectaculares. Las grasas y los hidratos de carbono no ofrecen demasiadas dificultades en este sentido: como están compuestos en su totalidad por carbono, hidrógeno y oxígeno, los prodpctos de oxidación consisten en anhídrido carbónico yagua,. que se eliminan fácilmente agregando el agua a la. sangre y el anhídrido carbónico al aire espitado a partir de los pulmones.Por desgracia no podemos vivir tan sólo de grasas e hidratos de carbono, aun cuando muchas personas disfrutan de una dieta compuesta en su mayor parte por dichos componentes. La dificultad estriba en que todo trozo de' materia viva está compuesta por proteínas. Ya que las células del organismo se hallan en mi continuo estado de renovación y sustitución de materiales, ha de suministrarse una considerable cantidad de proteínas a fin de. sustituir las pérdidas. Algunas de estas pérdidas, correspondientes a la piel, el pelo y las uñas, son muy evidentes, mas también las células sanguíneas y 'las ,de muchos otros tejidos han de ser constantemente renovadas. No todas las proteínas son iguales; las proteínas procedentes del cordero o del cerdo que ingerimos como alimento no pueden reemplazar directamente a las humanas. Si un fragmento de cual- . quiera de estas proteínas extrañas pasa a la sangre, será inmediatamente rechazado mediante un proceso que hemas descrito ya en la página 146. Por estos motivos es preciso que la carne y otras proteínas extrañas sean descompuestas químicamente antes de pasar a formar parte del organismo. En este sentido, el estómago y otras porciones d~l tubo digestivo sepueden considerar como fuera del cuerpo, ya que representan un túnel que comunica, a través de los orificios naturales, con el exterior.

Ingeniería humana

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Las proteínas: tomadas con los alimentos son descompuestas en los aminoácidos que las constituyen, los cuales se reorganizan en el interior dd organismo para formar proteínas humanas de diversas clases. Durante este proceso se producen, naturalmente, cierta cantidad de desechos, y una importante parte de éstos, procedentes de proteínas, contiene nitrógeno. La eliminación de nitrógeno a partir del organismo supone un difícil problema químico. Cabría pensar que puede resolverse con la mera expulsión de gas nitrógeno. Pero, por desgracia,· haría falta gran cantidad de energía quÍmica para transformar los desechos proteínicos nitrogenados ~n nitrógeno gaseoso. Y aparte de esta dificultad, el nitrógeno no es muy soluble en agua ni en la sangre. La enfermedad de los buzos, dolorosa y con frecuencia fatal, se produce cuando éstos retornan demasiado rápidamente a la superficie, y al reducirse la presión exterior se libera nitrógeno a partir de la sangre o del tejido graso, enferma de burbujas. Cuando la presión exterior desciende al aproximarse el buzo a la superficie, estas burbujas se dilatan, dañando a los tejidos o bloqueando los vasos sanguíneos. La sangre libera simultáneamente oxígeno, pero éste es rápidamente utilizado en los procesos normales del organismo, y no constituye así un peligro tan grave como el que supone el nitrógeno. Otra posibilidad consistiría en transformar los desechos nitrogenadosproteícos en amoníaco; éste es un gas muy soluble y su producción en el organismo no precisa energía o tan sólo muy poca. Por desgracia, el amoníaco es tóxico para la mayoría de las formas de vida. Los renacuajos y algunos peces elaboran de este modo sus desechos nitrogenados, pero son capaces de eliminarlos inrnedíata~ mente al medio ambiente exterior acuoso, en el cual se diluyen hasta un nivel inofensivo. En el hombre, la evolución ha logrado una soluuón mejor; el amoníaco, el primer producto de la descomposición de aminoácidos, se combina rápidamente con anhídri