Bioeléctricidad TECNOL.

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Tecnología

Electricidad celular. En un sentido amplio, la b. es el estúdio de los fenómenos eléctricos que tienen lugar en los seres vivos. Estos fenómenos ocurren en los diversos niveles de organización que se distinguen tradicionalmente. Las propiedades físicoquímicas esenciales de los seres vivos dependen, en última instancia, de fenómenos eléctricos, ya que los cambios solgel de todo protoplasma vivo están regidos por los procesos de atracción y repulsión electrostática entre sus micelas.

La existencia de la interfase protoplasmamedio ambiente es responsable de la tensión superficial, y ésta a su vez de que moléculas de lipoproteínas se orienten de determinada manera y formen la membrana celular. Esta película que limita la célula (v.) es semipermeable, lo que origina una distribución desigual de iones a ambos lados. Ese desequilibrio es mantenido de una forma activa que requiere el gasto de energía por parte de la célula (bomba de sodio). La desigual repartición iónica determina la aparición de una diferencia de potencial entre el exterior y el interior, de modo que éste es aproximadamente 80 mV mayor que el exterior. Esta propiedad de la membrana está sumamente ligada a la existencia de vida; cuando la célula muere, el potencial cae a 0 y la entrada y salida de sustancias es libre. El resultado final es la destrucción del armazón celular.

Además de esto, la diferencia de potencial existente entre el exterior y el interior es el sustrato adecuado para que la célula sea excitable (v. EXCITABILIDAD). En efecto, cuando se aplica a una célula un estímulo de cualquier tipo (mecánico, químico, eléctrico) suficientemente intenso durante un tiempo adecuado, el potencial de la membrana se invierte en ese punto, provocando una serie de cambios que neutralizan la excitación (respuesta local), y esta propiedad es general a todas las células. Ahora bien, durante el proceso evolutivo, determinadas células se han especializado en la recepción de estímulos, otras en la conducción de respuestas y otras en la ejecución de dichas respuestas. Las células que integran el primer tipo, las llamadas receptoras de los órganos de los sentidos, son capaces de transformar los diversos tipos de estímulos (energía mecánica, química, lumínica, etc.) en una respuesta eléctrica (potencial generador), que será conducida por el segundo tipo de células, las neuronas, mediante un potencial propagado, hasta el órgano efector. Este último puede ser una célula muscular, que tiene la propiedad de transformar de nuevo los impulsos eléctricos en energía mecánica (fenómeno de la contracción muscular).

Fenómenos bioeléctricos en vertebrados. Los fenómenos descritos no son los únicos que se dan en los seres vivos, hay aproximadamente 250 especies de pisciformes que tienen unos órganos electrógenos, de origen muscular por lo general, pero que no responden con una contracción a la llegada de un estímulo. Su respuesta consiste en generar una corriente eléctrica.

Dichos órganos están, por tanto, bajo el gobierno del sistema nervioso central, más concretamente de algunos centras rombencefálicos, y se pueden considerar como el conjunto de unos elementos unitarios, llamados electroplacas, que se agrupan paralelamente entre sí. Esta arquitectura especial permite que, con una diferencia de potencial por electroplaca relativamente baja, el animal pueda emitir descargas de muy fuerte intensidad y tensión: 45 V en Torpedo, 450 V en Malapterurus y 550 V en Gymnotus. En este último género se han encontrado dos tipos de generadores de electricidad: unos que producen potentes descargas y otros que son emisores de baja intensidad. Ambos tipos de emisores estarían relacionados con funciones distintas. Los emisores potentes llevarían a cabo procesos relacionados con la defensa del propio animal cuando es atacado y la captura de presas, mientras que la corriente de baja intensidad serviría para que el animal se orientara, ya que se ha demostrado que la sensibilidad de los peces eléctricos a una carga electrostática móvil o a un animal móvil es varios miles de veces superior a la de los peces no eléctricos.

En otras ocasiones, el potencial de acción no es provocado por la llegada de estímulos a la célula. Esto sucede sobre todo con determinadas neuronas del sistema nervioso central, que forman el sistema reticular activante de los vertebrados superiores. Dichas neuronas están emitiendo constantemente salvas de impulsos sin ninguna excitación aparente. La actividad de este sistema mantiene el estado alerta y consciente que hace posible la percepción. El sistema reticular activante está también íntimamente relacionado con la actividad eléctrica de la corteza cerebral.

Igualmente importante es el centro marcapaso (nodus senoauricular) del corazón (v.). En él tiene lugar una despolarización periódica .y espontánea de las membranas celulares, que se transmite a través del miocardio y provoca su contracción. De este modo, se asegura un funcionamiento autónomo a esa bomba llamada corazón, que mantiene en todo momento el abastecimiento de alimentos y oxígeno a todas las demás células de los organismos pluricelulares, así como la eliminación de las sustancias nocivas que terminarían por intoxicar al organismo. En este caso, al igual que los órganos electrógenos de los peces, el tejido tiene un origen muscular, si bien no llega a adquirir la configuración característica de las células miocárdicas. Si el nodus senoauricular falla, la dirección del corazón es tomada por otros centros cardíacos, ya que todo el tejido cardionector es capaz de despolarizarse espontánea y periódicamente, aunque a menor frecuencia que el centro marcapaso. El electrocardiograma no es más que el registro de las fluctuaciones del potencial de las fibras del miocardio.

Biolectricidad y metabolismo. Además de los fenómenos bioeléctricos descritos hasta ahora, que son privativos de algunas células, existen otros que se llevan a cabo en todas ellas. La vida se manifiesta por una serie de actividades que llamamos procesos metabólicos (V. METABOLISMO I). Estos procesos son de dos tipos fundamentales: anabólicos, en los que a partir de materiales sencillos se forman otros mucho más complejos, y catabólicos, en los que los materiales son destruidos con gran desprendimiento de energía. Como quiera que los procesos anabólicos requieren el aporte de energía, existe una ligazón estrecha entre ambos tipos de fenómenos, que se llevan a cabo simultáneamente en todas las células. Pues bien, el catabólismo de los metabolitos es en esencia un conjunto de reacciones rédox (óxidoreducción) en las que una molécula en forma oxidada capta electrones (esto es, se reduce) porque otra molécula que estaba reducida los pierde (se oxida). De esta forma, se originan cadenas de transporte de electrones, cediéndose la energía potencial de esas moléculas a determinadas sustancias que tienen la propiedad de almacenarla en forma disponible mediante enlaces ricos en energía; la más conocida de esas sustancias es el ácido adenosíndifosfórico o ADP, que se transforma en ácido adenosíntrifosfórico o ATP. Estos procesos requieren una caída de potencial mínima, y ocurren de una manera concatenada, gracias a que se llevan a cabo en unos organoides celulares específicamente estructurados para esta misión. Estos organoides se llaman mitocondrias y son un atributo esencial de todas las células metacíticas.

En algunos tipos de células de las plantas verdes existen otros organoides, llamadós cloroplastos, que tienen un pigmento conocido con el nombre de clorofila. Gracias a ella tiene fugar un proceso que, en cierto modo, es inverso de las oxidaciones mitocondriales. Cuando un rayo de luz (un fotón en definitiva) incide sobre una molécula de clorofila (v.), se produce un salto de nivel de los electrones más externos y su posterior reintegro al nivel original. Como es sabido, cuando un electrón pasa de un orbital superior a otro inferior, el átomo o la molécula emiten energía, y esa energía es utilizada para reducir determinados compuestos. De este modo, la energía lumínica es transformada en energía química a través de un proceso electrónico.

Bioelectricidad sensorial. Otro proceso biológico relacionado también con la presencia de pigmentos fotosensibles es el de la visión de, por lo menos, los vertebrados. El ojo (v.) de éstos tiene forma de copa, y su fondo está tapizado por unas células modificadas (los llamados conos y bastones retinianos), que tienen pigmentos fotosensibles. Las vitaminas A, caracterizadas por tener una serie de dobles enlaces conjugados, entran a formar parte de esos pigmentos, y cuando una de esas células es excitada, la energía lumínica los descompone, liberando una cantidad de vitamina Al ó Az (según las especies) directamente proporcional a la intensidad lumínica. Al quedar libres, las vitaminas A sufren una reorganización de sus dobles enlaces, y simultáneamente se produce una corriente de acción, que será proporcional al número de moléculas de vitamina A liberada y, por consiguiente, al número de fotones que llegan a la retina, que estimula a su vez al nervio óptico.

Los fenómenos bioeléctricos no se limitan a estos ejemplos clásicos. Cada día hay más certeza de que la electricidad juega un papel de suma importancia en los seres vivos, y prácticamente todos los órganos de los sentidos informan al sistema nervioso central de los estímulos que reciben mediante una transformación de energía química o mecánica en energía eléctrica. Así, p. ej., cuando un sonido llega a la cóclea o caracol del oído de un mamífero, se originan unas corrientes microfónicas cocleares, perfectamente detectables, que son las que luego van a producir el potencial de acción del nervio auditivo. También se han podido obtener hoy día electroolfatogramas en la mucosa olfatoria. V. t.: ELECTRICIDAD; BIOFÍSICA.

A. R. IRURZUN POZO.

BIBL.: H. D’ANCONA, Tratado de Zoología, I, Barcelona 1960; E. D. P. DE ROBERTIS, Biología Celular, Barcelona 1970; P. H. MITCHELL, A textbook of General Physiology, Nueva York 1956; T. C. Ruca y J. F. FULTON, Medical Physiology and Biophysics, Filadelfia 1960; SCIENTIFIC AMERICAN, Física y Química de la vida, Madrid 1967. V. t. la bibl. de BIOFÍSICA.