Introducción a la ciencia II. Ciencias Biológicas (52 page)

Cuando los bioquímicos hallaron que el yodo estaba concentrado en la glándula tiroides, hicieron la razonable suposición de que dicho elemento formaba parte de una hormona. En 1915, Edward Calvin Kendall, de la «Fundación Mayo», en Minnesota, aisló a partir del tiroides un aminoácido que contenía yodo y que se comportaba como una hormona, al que llamó «tiroxina». Cada molécula de tiroxina contenía cuatro átomos de yodo. Al igual que la adrenalina, la tiroxina tiene un gran parecido familiar con la tirosina —y es manufacturada a partir de ésta en el cuerpo. (Muchos años después, en 1952, la bioquímico Rosalind Pitt-Rivers y sus colaboradores aislaron otra hormonotiroidea— «triyodotironina», llamada así porque su molécula contiene tres átomos de yodo en lugar de cuatro. Es menos estable que la tiroxina, pero tres a cinco veces más activa.)

Las hormonas del tiroides controlan el metabolismo del cuerpo humano: excitan las células a la actividad. Las personas que tienen una hipoactividad tiroidea son indolentes, torpes, y después de cierto tiempo, pueden convertirse en retrasados mentales, debido a que las diversas células están funcionando a bajo rendimiento. Por el contrario, las personas con una hiperactividad del tiroides son nerviosas e inquietas, porque sus células están excitadas. Tanto el hipotiroidismo como el hipertiroidismo pueden producir bocio.

El tiroides controla el «metabolismo basal» del cuerpo, es decir, su índice de consumo de oxígeno en completo reposo, en condiciones ambientales confortables —el «consumo en el ocio», por así decirlo— Si el metabolismo basal de una persona está por encima o por debajo del normal, la sospecha recae sobre la glándula tiroides. La medición del metabolismo basal es un procedimiento difícil, ya que el paciente debe ayunar durante un cierto período anterior y descansar incluso durante media hora, mientras se mide el índice, por no hablar de un periodo de descanso aún mayor. En lugar de proceder mediante este engorroso sistema, ¿por qué no ir directamente al grano, es decir, medir la cantidad de hormona controladora que produce, el tiroides? Recientemente, los investigadores han desarrollado un método para medir la cantidad de «yodo ligado a las proteínas» (PBI) en la corriente sanguínea; éste indica el índice de producción de hormonas del tiroides, y así ha proporcionado una prueba sencilla y rápida de la sangre para remplazar la determinación del metabolismo basal.

La hormona más conocida es la insulina, la primera proteína cuya estructura fue totalmente dilucidada (véase capítulo 12). Su descubrimiento representó la culminación de una larga cadena de acontecimientos.

La diabetes es el nombre de un conjunto de enfermedades, caracterizadas en general por una sed infrecuente y, en consecuencia, por una eliminación desusada de orina. Es el más común de los errores congénitos del metabolismo. Existen un millón y medio de diabéticos en los Estados Unidos, el 80 % de los cuales tienen más de 45 años. Es una de las pocas enfermedades a las que la mujer es más propensa que el varón; las mujeres diabéticas superan en número al hombre en una proporción de 4 a 3.

El término procede de una palabra griega que significa «sifón» (aparentemente, su descubridor imaginó el agua haciendo continuamente de sifón a través del organismo). La forma más grave de la enfermedad es la «diabetes mellitus». «Mellitus» se deriva de una palabra griega que significa «miel», y se refiere al hecho de que, en los estadios avanzados de ciertos casos de la enfermedad, la orina tiene un sabor dulce. (Esto puede haber sido determinado directamente por algún médico heroico, pero la primera indicación de ello fue más bien indirecta. La orina de los diabéticos tendía a atraer las moscas.) En 1815, el químico francés Michel-Eugene Chevreul consiguió demostrar que el sabor dulce obedecía simplemente a la presencia de azúcar (glucosa). Este resto de glucosa indicaba claramente que el cuerpo no estaba utilizando su alimento de forma eficiente. De hecho, el paciente diabético, pese a incrementarse su apetito, puede perder peso regularmente a medida que la enfermedad avanza. Hasta hace una generación, no existía ningún tratamiento eficaz para combatir la enfermedad.

En el siglo XIX, los fisiólogos alemanes Joseph von Mering y Oscar Minkowski hallaron que la extirpación de la glándula pancreática de un perro daba lugar a una enfermedad de características idénticas a la diabetes humana. Después que Bayliss y Starling descubrieran la hormona secretina, empezó a sospecharse que una hormona del páncreas podía estar involucrada en la diabetes. Pero la única secreción conocida del páncreas era el jugo digestivo. ¿De dónde procedía la hormona? Apareció un indicio significativo. Cuando el conducto del páncreas era bloqueado, de forma que no pudiera producir sus secreciones digestivas, la mayor parte de la glándula se resecaba, pero los grupos de células conocidas como «islotes de Langerhans» (llamado así por un médico alemán, Paul Langerhans, que las había descubierto en 1869) permanecían intactos.

En 1916, un médico escocés, Albert Sharpey-Schafer, sugirió, por tanto que los islotes podían estar produciendo la hormona antidiabética. Denominó a la supuesta hormona «insulina», derivada de una palabra latina que significa «isla».

Los intentos para extraer la hormona a partir del páncreas fracasaron estrepitosamente, al principio. Como se sabe hoy día, la insulina es una proteína, y las enzimas que escinden las proteínas (proteolíticas) del páncreas la destruían incluso mientras los químicos estaban intentando aislarla. En 1921, el médico canadiense Frederick Grant Banting y el fisiólogo Charles Herbert Best (que trabajaban en los Laboratorios de John James Rickard MacLeod, en la Universidad de Toronto) intentaron dar un nuevo enfoque al asunto. Primeramente bloquearon el conducto pancreático. La porción de la glándula que producía la enzima se resecó, la producción de enzimas proteolíticas se detuvo, y los científicos pudieron extraer la hormona intacta a partir de los islotes. Ésta demostraba realmente ser eficaz para contrarrestar la diabetes. Banting llamó a la hormona «isletina», pero se impuso el nombre más antiguo y latinizado propuesto por SharpeySchafer. Todavía se utiliza este nombre.

En 1923, Banting y, por algún motivo, MacLeod (cuyo único servicio al descubrimiento de la insulina fue permitir la utilización de su laboratorio durante el verano, mientras estaba de vacaciones) recibieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina.

El efecto de la insulina dentro del organismo se manifiesta con la máxima claridad en relación con el nivel de la concentración de glucosa en la sangre. Corrientemente, el cuerpo almacena la mayor parte de su glucosa en el hígado en forma de una clase de almidón llamada «glucógeno» (descubierto en 1856 por el fisiólogo francés Claude Bernard), manteniendo únicamente una pequeña cantidad de glucosa en la corriente sanguínea, con objeto de satisfacer las necesidades inmediatas de energía de las células. Si la concentración de glucosa en la sangre aumenta excesivamente, esto estimula al páncreas a incrementar su producción de insulina, la cual se vierte en la corriente sanguínea y produce un descenso del nivel de glucosa. Por otra parte, cuando el nivel de glucosa desciende demasiado, al disminuir la concentración se inhibe la producción de insulina por parte del páncreas, de forma que aumenta el nivel de azúcar. Así se consigue restablecer el equilibrio. La producción de insulina desciende el nivel de glucosa, lo cual disminuye la producción de insulina, que a su vez eleva el nivel de glucosa, esto incrementa la producción de insulina, que nuevamente hace descender el nivel de glucosa, y así sucesivamente. Esto representa un ejemplo de lo que se llama «control de realimentación»
(feedback).
El termostato que controla la calefacción de una casa trabaja del mismo modo.

El mecanismo de retroalimentación es probablemente el procedimiento usual por medio del cual el organismo mantiene una temperatura interna constante. Otro ejemplo es el de la hormona producida por las glándulas paratiroides, cuatro pequeños cuerpos incrustados en la glándula tiroides. La «parathormona» fue finalmente purificada, en 1960, por los bioquímicos americanos Lyman C. Craig y Howard Rasmussen, después de cinco años de trabajo.

La molécula de parathormona es, en cierto modo, mayor que la de la insulina, y está constituida por 83 aminoácidos, con un peso molecular de 9.500. La acción de esta hormona es incrementar la absorción de calcio en el intestino y disminuir la pérdida de calcio a través de los riñones. Cuando la concentración de calcio en la sangre desciende ligeramente por debajo de la normal, se estimula la secreción de hormona. Con una mayor penetración y una menor fuga de calcio, pronto se eleva el nivel de éste en la sangre; dicho incremento inhibe la secreción de la hormona. Esta interacción entre la concentración de calcio en la sangre y la abundancia de hormona paratiroidea mantiene el nivel de calcio muy cerca del nivel necesario en todo momento. Una cosa excelente, ya que incluso una pequeña desviación del nivel adecuado en la concentración de calcio puede conducir a la muerte. Por esto, la eliminación de la glándula paratiroides es fatal. (En otro tiempo, los médicos, en su ansiedad por disecar secciones del tiroides con objeto de curar el bocio, no prestaban atención al hecho de remover la glándula paratiroides, mucho más pequeña y menos prominente. La muerte del paciente representaba para ellos una lección.)

Algunas veces se utiliza la acción del mecanismo de retroalimentación debido a la existencia de dos hormonas que trabajan en direcciones opuestas. Por ejemplo, el doctor Harold Copp de la Universidad de Columbia británica, demostró, en 1961, la presencia de una hormona tiroidea —a la cual denominó «calcitonina»—, que hacía descender el nivel del calcio en la sangre estimulando la deposición de sus iones en los huesos. Con la parathormona actuando en una dirección y la calcitonina en otra, se podía controlar de forma mucho más sutil la realimentación producida por los niveles de calcio en la sangre. (La molécula de calcitonina está formada por una cadena simple de polipéptidos, compuesta de 32 aminoácidos.) En el caso de la concentración de azúcar en la sangre, cuando la insulina está implicada, coopera una segunda hormona, secretada también por los islotes de Langerhans. Los islotes están constituidos por dos clases distintas de células, «alfa» y «beta». Las células beta producen insulina, en tanto que las células alfa producen «glucagón». La existencia de glucagón se sospechó, por vez primera en 1923, y finalmente fue cristalizado en 1955. Su molécula está constituida por una sola cadena de 29 ácidos, y, en 1958, su estructura había sido completamente dilucidada.

El glucagón se opone al efecto de la insulina, de forma que dos fuerzas hormonales actúan en direcciones opuestas, y el equilibrio se modifica muy ligeramente, en un sentido u otro, por el estímulo de la concentración de glucosa en sangre. Las secreciones de la glándula pituitaria (que examinaremos brevemente) ejercen también un efecto opuesto sobre la actividad de la insulina. Por el descubrimiento de este mecanismo, el fisiólogo argentino Bernardo Alberto Houssay compartió (con Cori), en 1947, el premio Nobel de Medicina y Fisiología.

Ahora bien, en la diabetes, el problema estriba en que los islotes han perdido su capacidad de producir suficiente insulina. Por tanto, la concentración de glucosa en la sangre deriva en un sentido ascendente. Cuando el nivel aumente aproximadamente hasta un 50 % superior al normal, traspasa el «umbral renal» —es decir la glucosa se vierte en la orina. En cierto sentido, esta pérdida de glucosa por la orina representa el menor de dos posibles males, ya que si se permitiera que la concentración de glucosa siguiera aumentando, el incremento resultante de viscosidad de la sangre podría dar lugar a un esfuerzo indebido por parte del corazón. (El corazón está proyectado para bombear sangre, no melazas.)

La forma clásica de comprobar la existencia de diabetes es verificar la presencia de azúcar en la orina. Por ejemplo, unas pocas gotas de orina pueden ser calentadas, juntamente con la «solución de Benedict» (llamada así por el químico americano Francis Gano Benedict). Esta solución contiene sulfato de cobre, el cual le da un profundo color azul. Si la glucosa no está presente en la orina, la solución sigue siendo azul. Si la glucosa está presente, el sulfato de cobre se convierte en óxido de cobre. Éste es una sustancia insoluble de un color rojo ladrillo. Por tanto, un precipitado rojizo en el fondo del tubo de ensayo, es un signo indudable de presencia de azúcar en la orina, lo cual generalmente significa diabetes.

Actualmente, se dispone de un método incluso más sencillo. Pequeños trozos de papel, de aproximadamente unos 5 cm de largo, se impregnan con dos enzimas, glucosa-deshidrogenasa y peroxidasa, además de una sustancia orgánica llamada «ortotolidina». El papel amarillento es introducido en una muestra de la orina del paciente y luego expuesto al aire. Si hay presencia de glucosa, ésta se combina con el oxígeno del aire mediante la ayuda catalítica de la glucosa-deshidrogenasa. Durante el proceso, se forma peróxido de hidrógeno. Luego, la peroxidasa en el papel hace que el peróxido de hidrógeno se combine con la ortotolidina para formar un compuesto fuertemente azul. En resumen, si el papel amarillento es introducido en la orina y se vuelve azul, puede sospecharse firmemente la existencia de diabetes.

Cuando la glucosa ha empezado a aparecer en la orina, esto significa que la diabetes mellitus lleva ya claramente recorrido un largo curso. Es mejor descubrir la enfermedad más precozmente, mediante el examen del nivel de glucosa en la sangre antes de que cruce el umbral renal. El «test de tolerancia a la glucosa», hoy día de uso extendido, mide el índice de descenso del nivel de la glucosa en la sangre después que ha sido aumentado por la administración previa de glucosa a la persona. Normalmente, el páncreas responde con un torrente de insulina. En una persona sana, el nivel de azúcar regresa a la normalidad dentro de las dos horas siguientes. Si el nivel permanece elevado durante tres horas o más, esto significa una respuesta insulínicadeficiente, y es probable que la persona esté ya en los primeros estadios de la diabetes.

Es posible que la insulina tenga algo que ver con el control del apetito.

Todos hemos nacido con lo que algunos fisiólogos llaman un «centro del hambre» («appestat»), el cual regula el apetito de la misma forma que un termostato regula el funcionamiento de un horno. Si el centro del hambre funciona a un nivel excesivamente alto, el individuo se ve en la situación de estar aportando a su cuerpo continuamente más calorías de las que consume, a menos que ejerza un estricto autocontrol, el cual más pronto o más tarde fracasa.