viernes, 25 de noviembre de 2016

¡Las bacterias contraatacan!


Junto con las medidas de higiene y salubridad públicas, la aparición de los antibióticos supuso un punto de inflexión en el siglo XX. Las muertes por enfermedades infecciosas se han reducido un 90%, aunque siguen constituyendo la primera causa de mortalidad a escala mundial. Dada la confianza que se tiene sobre estos fármacos, su uso se ha expandido mucho y asociado a esto han surgido otra serie de problemas.
Alexander Fleming (1881-1955).
Premio Nobel 1945. Descubridor de la penicilina

 
Por un lado, se ha relacionado con el aumento en la prevalencia de muchas enfermedades complejas, de causa desconocida, como enfermedades autoinmunes, diabetes, autismo, alergias, etc. Los antibióticos que se utilizan en la clínica suelen ser de amplio espectro. Es decir, no solo destruyen patógenos, también afectan a las bacterias que habitan el cuerpo de forma natural, la microbiota. Esta protege al hospedador: ocupando espacio para que los patógenos no se puedan asentar y colaborando en distintas funciones corporales (co-dependencia metabólica, cooperación con el Sistema Inmune, etc.).
Por otro lado, en los últimos tiempos está adquiriendo importancia un fenómeno también relacionado con el uso excesivo de los antibióticos: el auge de la resistencia a estos fármacos. Seguro que alguna vez has oído hablar de ello, ¿pero sabes cómo funciona? ¿Qué podemos hacer para evitarlo?
Se trata de un fenómeno cuya causa última es el funcionamiento mismo de la naturaleza. Los seres vivos tienen la capacidad de adaptarse a su ambiente, incorporando características que supongan una ventaja para sobrevivir. Esto es la famosa selección natural darwiniana. Para nuestro caso, los antibióticos son un arma contra las bacterias (presión selectiva), por lo que estas se adaptan a la nueva situación desarrollando estrategias para combatirlos. En esto consiste la resistencia a antibióticos.

Cultivos bacterianos sobre los que se han puesto pastillas de
antibiótico. Puede observarse como en la primera placa, todas
las bacterias mueren alrededor de la pastilla, son
sensibles al antibiótico.  En cambio, en la segunda placa,
vemos algunas pastillas que no tienen efecto sobre las
bacterias, que deben ser resistentes al antibiótico
.

 

Causas del aumento de bacterias resistentes a antibióticos:
  • Mal uso o abuso de los antibióticos. La dosis terapéutica con la que se recetan los antibióticos es la concentración óptima para la eliminación del patógeno, sin dar tiempo a que se genere resistencia. Si la dosis tomada es menor, la infección no se combate bien, mientras que si la dosis es excesiva se ejerce una presión selectiva suficiente para asegurar la proliferación de bacterias resistentes al antibiótico.
  • Prescripciones erróneas. Se estima que alrededor del 50% de las prescripciones de antibióticos son dados sin evidencia clara de infección bacteriana. Por ejemplo, a pacientes con gripe u otras enfermedades víricas. Frecuentemente, los antibióticos se prescriben sin previa identificación del patógeno, por lo que se dan antibióticos de amplio espectro en lugar de otros más específicos. Así, se favorece la selección de mutantes resistentes a drogas.
  • Medicamentos de baja calidad. En algunos países, la falta de acceso a los antimicrobianos hace que se tomen tratamientos incompletos o medicamentos de baja calidad.
  • La ganadería. En la ganadería se emplean dosis subterapéuticas de antibióticos para fomentar el crecimiento de los animales o prevenir enfermedades, y esto puede favorecer la aparición de microorganismos resistentes que se transmitan al hombre.
  • La debilidad de los sistemas de vigilancia de salud pública. Hay pocas redes institucionales que estén bien establecidas y sirvan de comunicación regular de datos sobre la farmacorresistencia.


Ecología de los antibióticos y resistencia a antibióticos. Los antibióticos son producidos por bacterias y hongos desde hace millones de años. Además, durante los últimos 70 años aproximadamente, hemos producido grandes cantidades. El consumo de antibióticos a nivel mundial se estima entre 100.000 y 200.000 toneladas al año. Por tanto, existe un elevado porcentaje de antibióticos que se liberan de manera directa al medio. La presencia de estos antibióticos actúa de fuerza de selección de bacterias resistentes. 
Andersson & Hughes (2014)
 

Un poco de historia… El periodo 1945-1960 se considera la “era dorada” de los antibióticos, pues fue entonces cuando la mayoría de las tipos fueron descubiertos. Entre estos se incluyen las penicilinas y cefalosporinas de hongos y diferentes antibióticos de la bacteria filamentosa Streptomyces, como la estreptomicina, la eritromicina, la tetraciclina y la vancomicina.
Se dice que una vez que un antibiótico comienza a emplearse masivamente en humanos, sus días están contados. Por ejemplo, para la penicilina la resistencia se empezó a notar dos años después de su introducción en los años 40. En la segundad mitad del siglo XX, se siguió investigando para intentar eludir la resistencia de las bacterias mediante dos vías: la modificación de moléculas a partir de los núcleos esenciales de los antibióticos originales y la síntesis de nuevas moléculas, eficaces contra los patógenos.
Dianas para los principales antibióticos:
Esquema resumiendo las diferentes dianas de los principales antibióticos
 
  • Biosíntesis de la pared celular. Las bacterias poseen una capa de peptidoglicano sobre su membrana celular que les confiere resistencia mecánica y protección. Los antibióticos como la penicilina, la cefalosporina (β-lactámicos) o la vancomicina bloquean este proceso, produciendo la debilitación de la pared bacteriana. 
  • Síntesis de proteínas. Es un proceso clave para la vida, que también realizan nuestras células (eucariotas). Sin embargo, los ribosomas de bacterias son distintos a los nuestros. Por esto, existen muchos inhibidores específicos como algunos tipos de eritromicinas, las tetramicinas, la estreptomicina, entre otros.
  • Replicación y reparación del ADN. El ADN contiene toda la información necesaria para el mantenimiento de un organismo vivo y su reproducción, de modo que antibióticos que interfieren con esto conducen a la muerte celular de las bacterias. 
La resistencia a antibióticos puede surgir en las bacterias de dos formas:
  • Mediante mutación y selección. Las bacterias se multiplican muy rápido y sufren muchas mutaciones en su ADN, que pueden crear genes de resistencia a antibióticos donde antes no los había.
  • Por transferencia génica horizontal (transducción, transformación y conjugación). Las bacterias se reproducen asexualmente, creando clones de sí mismas, pero a veces pueden incorporar material genético ajeno (elementos extracromosomales) que contenga genes de resistencia a antibióticos provenientes de otros organismos.
 
Adquisición de resistencia a antibióticos. Las bacterias pueden adquirir resistencia 
a antibióticos (Ab’) por mutaciones en los genes cromosomales. Pueden adquirir 
material genético foráneo incorporando segmentos de DNA en su cromosoma 
(transformación), por la infección de un bacteriófago (transducción) o por la 
incorporación de transposones o plásmidos durante la conjugación.
Alekshun, Levy, S.B. (2007)
 
En una infección bacteriana que es tratada con antibiótico, seguro que parte de la población de bacterias tiene resistencia a antibióticos. Esto puede combatirse con un tratamiento con dosis efectivas, que acabe con todas las bacterias antes de se puedan multiplicar demasiado.

Existen tres grandes tipos de estrategias de resistencia a antibióticos.
  • Sistemas de bombeo de los antibióticos fuera de la bacteria. Son transportadores de membrana que expulsan compuestos tóxicos, generalmente de forma inespecífica, por lo que generan resistencia a un amplio espectro de antibióticos.
  • Destrucción del antibiótico. Algunas bacterias poseen enzimas capaces de romper o inactivar las moléculas de antibiótico. Por ejemplo, la β-lactamasa que rompe anillos β-lactámicos, componente principal de las penicilinas y las cefalosporinas. Algunas cepas de Staphylococcus aureus resistentes presentan este mecanismo, y son las responsables de la mayoría de infecciones de este tipo que se producen en los hospitales.
 
    Mecanismo de acción de β-lactamasa o penicilinasa
    sobre molécula de penicilina

     
  • Introducción de cambios en las moléculas diana de los antibióticos.  Existen enzimas capaces de modificar otras moléculas importantes para la bacteria sin que se altere su funcionalidad. El objetivo es que estas moléculas no puedan ser reconocidas por antibióticos específicos para ellas, anulando su efecto.

Todos hemos tenido que tomar antibióticos alguna vez. Incluso sabiendo lo potentes que son, a veces lo hacemos con poco cuidado. Con esta entrada pretendemos proporcionar una visión simple de su funcionamiento, así como de los peligros de su mal uso. Así que ya sabéis, ¡haced caso al médico y seguid la prescripción al pie de la letra!
Por otra parte, queremos resaltar que la aparición y proliferación de bacterias resistentes a antibióticos es un gran ejemplo de cómo funciona la selección natural. Los seres vivos estamos sometidos a la evolución y gracias a ella ha surgido toda la diversidad biológica que conocemos.
En este blog, nuestro principal objetivo es acercar la ciencia a todos los curiosos que, como nosotros, sientan constante asombro ante las maravillas de la naturaleza. Por eso, ¡esperamos que os haya gustado esta entrada y nos encantaría conocer vuestra opinión al respecto!


Bibliografía:
  • Microbiota intestinal, sistema inmune y obesidad”. RUIZ ALVAREZ, Vladimir; PUIG PENA, Yamila y RODRIGUEZ ACOSTA, Mireida (2010). Rev Cubana Invest Bioméd [online]. 2010, vol.29, n.3, pp. 364-397. ISSN 1561-3011.
  • Molecular mechanisms of antibacterial multidrug resistance”. Alekshun, M.N., and Levy, S.B. (2007). DOI: 10.1016/j.cell.2007.03.004.
  • Human microbiomes and their roles in dysbiosis, common diseases, and novel therapeutic approaches". Frontiers in Microbiology. Belizário JE, Napolitano M. (2015); DOI: 10.3389/fmicb.2015.01050.
  • Biología de los microorganismos” Madigan, M.T., Martinko, J.M. y Parker, J. (1998) (8ª Ed.) Prentice Hall Iberia, Madrid. Cap. 21, 865-901.
  • Interactions among strategies associated with bacterial infection: pathogenicity, epidemicity, and antibiotic resistance”. Martinez, J. L. and Baquero, F. (2002). Clin. Microbiol. DOI: 10.1128/CMR.15.4.647-679.2002.
  • Molecular mechanisms that confer antibacterial drug resistance”. Walsh, C. (2000) DOI: 10.1038/35021219.

viernes, 18 de noviembre de 2016

Érase una vez... El origen de la vida


Seguro que en algún momento te has preguntado “¿De dónde venimos?”. Responder esta cuestión no es nada sencillo, ya que debemos remontarnos varios miles de millones de años atrás. A pesar de ello, gracias a los avances en los campos de la Física, Química, Biología y Matemáticas, se han podido establecer algunas hipótesis. Te invitamos a entrar a un mundo en el que debemos hablar tanto de acontecimientos tan lejanos, que necesitaremos un telescopio; como de aquellos que ocurren dentro de los seres vivos, sólo visibles a través de un microscopio.

El concepto de "Big Bang" fue
designado por el físico George Gamow,
y apoyado por Penzias y Wilson
Para empezar nuestro viaje, hablaremos de la formación del Universo y de nuestro planeta, La Tierra. Hoy en día, el modelo cosmológico más apoyado es la teoría delBig Bang” (obviando otras alternativas como el Creacionismo, Hipótesis del Estado Estacionario del Universo, etc.). Hace aproximadamente 13700 millones de años tuvo lugar una “Gran Explosión” que dio origen al Universo, y con él nacieron el espacio y el tiempo. En este momento, el Universo comenzó a expandirse, y la energía emitida por la explosión se condensó formando partículas subatómicas: quarks y leptones. Comenzó la formación de materia que, por efecto de la gravedad, se condensaba formando grandes nubes de polvo interestelar (nebulosa primordial), ricas en átomos de hidrógeno y helio. Así, se formaron las primeras estrellas y galaxias, como nuestra Vía Láctea.
 
A mano izquierda, podemos ver un ejemplo de nube interestelar conocida
 como Nebulosa del Cangrejo, formada por los restos de una supernova.
 A la derecha, se encuentra la imagen de nuestra galaxia: la Vía Láctea

Mediante procesos de fusión nuclear en el corazón de las estrellas, se comenzaron a formar otros elementos químicos: átomos de carbono, silicio y hierro. Muchas estrellas estallaron formando una supernova y sus componentes fueron expulsados al espacio. La materia se recicló, pues los restos de una estrella pueden ser parte de otra, o incluso de otros astros. De esta forma, en nuestra galaxia, la nube de polvo y gas se empezó a contraer formando una bola de hidrógeno y helio: nuestro Sol. La gran fuerza gravitatoria de nuestra estrella originó remolinos a su alrededor y atrapó partículas de polvo cósmico, que acabarían formando cuerpos rocosos de mayor tamaño: los planetesimales. La gravedad continuó su efecto creador, favoreciendo la colisión de estos cuerpos (acreción) y su aglomeración. De este modo, hace 4600 millones de años surgió nuestro Sistema Solar y, dentro de él, nuestro planeta Tierra.

Como sabemos, nuestro Sistema Solar está formado por
el Sol, 4 planetas rocosos (entre ellos La Tierra) y 4
planetas gaseosos, separados entre sí por un cinturón
de asteroides. Además, podemos observar satélites
como La Luna y planetas enanos, como Plutón

Una vez formada La Tierra, ¿Qué condiciones se reunieron para generar vida? La primera evidencia de vida en nuestro planeta data de hace 3800 millones de años. Además, con los experimentos de Redi, Spallanzani y Pasteur se refutó la hipótesis de la generación espontánea.

Siguiendo con la línea del Universo, últimamente se está hablando mucho sobre la teoría de la Panspermia. La variante más apoyada es la Pseudo-Panspermia, que defiende que las moléculas orgánicas complejas llegaron hasta nuestro planeta viajando a través de cometas o asteroides. Esto se puedo demostrar al encontrar moléculas orgánicas, como aminoácidos, nucleótidos y azúcares, en el meteorito Murchison. Además, el bioquímico español Joan Oró demostró que existían ciertas moléculas orgánicas que se podían generar en ausencia de oxígeno. Por ejemplo, el cianuro podía ser precursor de nucleótidos como la adenina aplicando luz y calor.

El científico Svante Arrhenius propuso una antigua versión
de la teoría de la Panspermia, conocida como Radiopanspermia,
en la que postuló que la vida llegó a la Tierra en forma de
“esporas bacterianas” procedentes del espacio

Otra alternativa ampliamente aceptada es la teoría de la evolución química o prebiótica, propuesta por Oparin y Haldane en 1924, que defiende la generación de las primeras moléculas orgánicas en los océanos primitivos, a modo de “caldo de cultivo primitivo”. En 1953, Miller y Urey llevaron a cabo un experimento en el que se recrearon las condiciones de nuestra atmósfera primitiva, reductora y anaeróbica (cargada de metano, amoniaco, hidrógeno, etc.), y del océano primitivo. Sometiendo los componentes a descargas eléctricas, a modo de rayos, en el líquido se generaron moléculas orgánicas como aminoácidos, aldehídos, cianuros, etc. Lograron crear la base de la vida.

Resumen del origen de la vida, según la teoría de
la evolución química o prebiótica. Imagen tomada
de la página web oficial de la NASA

La característica fundamental de la vida es la capacidad de almacenar la información genética y transmitirla en moléculas orgánicas: los ácidos nucleicos. Se piensa que la primera molécula capaz de sintetizar copias de sí misma (“autorreplicarse”) y de usar su información para la síntesis de proteínas fue el ARN. Sin embargo, fue sustituida posteriormente por el ADN, dada su mayor estabilidad. Esto se explica en el llamado Dogma Central de la Biología Molecular.

Comparación a nivel estructural entre el ADN y el ARN

Simultáneamente, se fueron generando estructuras primitivas abióticas, llamadas protobiontes, rodeadas de una bicapa lipídica, como membrana que separaba el medio externo del interno. Los ácidos nucleicos y demás biomoléculas se fueron incorporando en los protobiontes. Surgieron así las primeras células vivas: las protocélulas (primeros seres unicelulares procariotas). Aquí, debió originarse nuestro primer ancestro común a todos los seres vivos, conocido como LUCA (“Last Universal Common Ancestor”).

Con el paso del tiempo, LUCA se diversificó en 3 grandes dominios, 2 de los cuales se separaron rápidamente: Bacterias y Archaea. A la vez que surgían estos organismos primitivos, se pasó de un modo de vida anaerobio a aerobio. Los primeros seres eran fotosintéticos, como las cianobacterias, y emitieron a la atmósfera gran parte del oxígeno libre del que se compone actualmente. Estas condiciones fueron propicias para la aparición del tercer dominio conocido como Eukarya, el mundo eucariota del cual procedemos, así como el resto de animales, plantas, hongos y protistas. Además, este grupo posee un tipo de organización celular más complejo. 

La Teoría Endosimbiótica de Lynn Margulis explica el paso de procariota a eucariota. Células ancestrales procariotas, llamadas urcariotas, adquirieron la capacidad de englobar distintos seres unicelulares sin digerirlos, estableciendo una relación de simbiosis para la formación de un mismo organismo. Con esto se explica la aparición de las estructuras subcelulares, como mitocondrias y cloroplastos, esenciales para la obtención de energía; flagelos y cilios para desplazarse; un núcleo donde albergar y proteger el material genético, etc.

Esquema representativo de la teoría endosimbiótica de
Lynn Margulis, en el que se muestra cómo las células eucariotas
pudieron surgir al englobar seres de los dominios Archaea y Bacteria

Finalmente, algunos seres unicelulares pasaron a formar colonias multicelulares; y estas han llegado a generar organismos pluricelulares como animales y plantas.

Desde la aparición de la vida, los seres vivos empezaron a colonizar nuestro planeta, y a lo largo de millones de años, se ha ido formando la diversidad que conocemos en la actualidad. Esta diversificación se ha dado fundamentalmente por cambios drásticos en el ambiente, a los que debían adaptarse estos seres vivos para su supervivencia. Sobre estos hechos se fundamentan los conceptos de “evolución” y “selección natural”, apoyados por el famoso naturalista Charles Darwin... Pero eso ya “es Otra Historia”.

Esperamos que os haya gustado esta entrada y os haga reflexionar sobre la complejidad de nuestra esencia. Estaremos encantados de leer vuestras opiniones al respecto. Para acabar, os dejamos el siguiente vídeo concluyendo con la misma frase publicada en nuestra Presentación del Blog, y enunciada por el célebre astrónomo Carl Sagan: “Somos polvo de estrellas”.
 
Fragmento del último capítulo de la serie "Cosmos".
Vídeo cedido por Gnosis Udyat


Bibliografía:

·    “Principios de Bioquímica, Lehninger”. David L. Nelson y Michael M. Cox. 5ª edición. Editorial Omega. ISBN: 978-84-282-1486-5.
·   Ciencias para el Mundo Contemporáneo” Juan Eduardo Panadero Cuartero. Editorial Bruño. ISBN: 978-84-216-5973-1.
·    Biología y Geología” 1º Bachillerato. Alejandra García Frank, Gema González Alonso, Ana Luz Maroto García. Editorial Mc Graw Hill. ISBN: 978-84-481-5463-9.
·    Biología” 2º Bachillerato. Juan Eduardo Panadero Cuartero. Editorial Bruño. ISBN: 978-84-216-6443-8.
·   El espacioLos exploradores de National Geographic. Alan Dyer. Editorial RBA. ISBN: 84-8298-325-3.

jueves, 10 de noviembre de 2016

Edulcorantes: No es oro todo lo que reluce


¿Alguna vez has mirado la etiqueta de tu refresco favorito o de ese yogurt light? Si te fijas, verás que llevan una gran cantidad de edulcorantes para darles ese sabor dulce sin incluir azúcar en su composición. Pero... ¿te has preguntado alguna vez qué efectos tienen estos compuestos en nuestro cuerpo?

Lo primero que tenemos que saber es que estos compuestos se usan en lugar del azúcar para endulzar los alimentos por su bajo contenido en calorías. Por eso, seguramente, los habrás visto en alimentos “light” o dietéticos. Normalmente, el consumidor ve productos de este tipo o sin azúcar, y lo compra con la intención de bajar peso o llevar una dieta más saludable. Pero … ¿y si realmente esto no es lo que ocurre?

 Fórmula química de la sacarina  
Algunos estudios han revelado que edulcorantes artificiales como, por ejemplo, la sacarina, aumentan la lipogénesis y disminuyen la lipolisis. Esto quiere decir que lo que provocan en el cuerpo es una mayor síntesis y acumulación de grasa en tejido adiposo, a lo que se añade que favorecen que “quemes” menos grasa (aunque sea cierto que tienen menos calorías que el azúcar). Estos compuestos químicos pueden interactuar indiferentemente con dos receptores acoplados a proteína G diferentes en la membrana de la célula (T1R2 y T1R3). La interacción desencadena una cascada de señalización en la que se fosforila la proteína Akt y, finalmente, se activa el factor de transcripción Foxo1. Esto concluye en los efectos metabólicos que hemos mencionado antes.

Además de esto, estudios recientes han demostrado que el consumo de estos compuestos podría alterar la microbiota, pudiendo provocar una intolerancia a la glucosa. La microbiota engloba las bacterias que tenemos en nuestro cuerpo como, por ejemplo, las que se encuentran en la flora intestinal. Puede parecer que no son muy importantes, pero en los últimos años se ha visto que pueden determinar que una persona sea más delgada o no. Sabiendo esto, ya sí que nos preocupan más nuestros pequeños microbios.

  Nuestra microbiota afecta mucho más
de lo que pensamos a los
procesos biológicos
Sin embargo, estos estudios son aún controvertidos, debido a que existe la duda de si estos edulcorantes son los que causan esos problemas metabólicos o es que estos son consumidos en gran parte por personas con altos niveles de glucosa en sangre o con sobrepeso.

Otro dato a tener en cuenta es que, El País publicó recientemente una entrevista a la investigadora americana Dana Small. En ella, explicó cómo los edulcorantes pueden provocar desórdenes metabólicos: “El dulce significa energía, pero de repente el dulce no significa energía. ¿Qué produce eso? Cuando sientes el dulce, se producen una serie de respuestas como la salivación. Y ahí es donde empieza el metabolismo, que libera insulina, que ayuda a asimilar la energía”. Este proceso repetido diariamente podría desembocar en una resistencia a insulina, causa principal de la enfermedad conocida como diabetes mellitus de tipo 2.

Distribución geográfica de la diabetes mellitus tipo 2:
   Cuanto más se acerca al color rojo, mayor es la incidencia
en ese país
Aquellos que prefieran no comprobar el efecto de estos compuestos artificiales en su propio cuerpo, deben saber que existen alternativas más naturales como, por ejemplo, la Stevia. Puede que hayas oído hablar de ella en la televisión, cuando anuncian estos famosos zumos bajos en calorías o que lo hayas visto en el batido de chocolate que te ibas a tomar.

Nosotros sí que lo hemos visto y nos hemos preguntado si existen realmente diferencias entre este edulcorante natural y los artificiales que hemos visto anteriormente. Este compuesto se extrae de las hojas de la planta conocida como Stevia Rebaudiana Bertoni, que es nativa de América del Sur, donde se ha estado usando como edulcorante durante siglos.

Steviósido obtenido de la planta
Stevia Rebaudiana Bertoni
Investigando un poco, hemos encontrado que entre los beneficios de este edulcorante natural está su efecto diurético, pero quizás el que más nos ha impactado es el efecto sobre pacientes con diabetes mellitus de tipo 2. En esta enfermedad, los pacientes no secretan insulina, encargada de reducir los niveles de glucosa en sangre. La Stevia produciría un aumento de la secreción de insulina y una disminución de la glucosa, por lo que tiene grandes beneficios sobre estos pacientes. Esto es debido a que actúa sobre las células β del páncreas.

Otro de los beneficios es la acción antioxidante que posee, ya que es un captador de oxígeno y no tiene efectos secundarios tóxicos. Esto es debido a que las hojas contienen ácido fólico y compuestos de pirogalol.

 Algunas compañías han empezado
a añadir este compuesto
a sus productos 
Si aun así la Stevia no te convence por su relativa novedad y no te fías de los edulcorantes artificiales, siempre puedes añadir una cucharadita de miel a tus postres o a tu leche con cacao mañanera.

Esperamos que este post os haya gustado mucho y os haga reflexionar si realmente es tan sano todo lo que comemos. Tal vez deberíamos mirar más la información nutricional de los envases de los alimentos. Comentadnos y seguidnos en Twitter (@3biobloggers) para que no os perdáis ninguna entrega. 



Bibliografía:

viernes, 4 de noviembre de 2016

¡Especial Halloween! Neurobiología del Miedo (Parte II)


¿Preparados para más terror? Esperamos que sí, porque en esta segunda parte de nuestro Especial de Halloween acerca del Miedo, toca hablar de su aspecto más profundo: el origen del miedo en el cerebro.
El estudio de las bases neurales de las emociones humanas es complicado. Las técnicas de visualización de actividad cerebral no invasivas (por ejemplo, electroencefalogramas, tomografía de emisión de positrones, resonancia magnética funcional, entre otras) no aportan suficiente información. Por esto, nuestro conocimiento acerca de la neurobiología de las emociones procede de investigación básica en otros mamíferos, como ratas y ratones.
Estas investigaciones indican que la capacidad de experimentar miedo, así como los cambios corporales (viscerales) y conductuales, surgen de un circuito neural del miedo específico. Esto se demostró mediante experimentos de estimulación eléctrica directa de estructuras concretas, que producían respuestas evocadas (no basadas en estímulos percibidos) de miedo en los sujetos.
Esquema orientativo de localización de las
diferentes estructuras mencionadas
Se piensa que prácticamente todo el cerebro está implicado, pero en especial la siguiente estructura: la amígdala cerebral.  La amígdala forma parte del sistema límbico, y es el centro coordinador que gestiona a las regiones que se ocupan de la expresión somática de la emoción y las áreas encargadas del sentimiento consciente. Aunque este circuito se considera la ruta principal del miedo, es posible que participen varias vías cerebrales alternativas aún por determinar.
Para explicar cómo estímulos sensoriales nos producen reacciones emocionales, vamos a centrarnos en un único tipo: los sonidos. Es sabido por todos que uno de los elementos más aterradores de las películas de terror es la música. Si nunca te habías percatado, te invitamos ver la película que más pesadillas te haya causado sin sonido. Descubrirás que ya no te produce tanto terror, incluso puede que lo veas todo un poco ridículo en ausencia de estímulos auditivos. Es más, la asociación entre una música y el recuerdo del terror es suficiente para evocar la emoción. Te dejamos una selección de bandas sonoras famosas que te pondrán los pelos de punta. 
La información auditiva captada por el oído se transmite a la amígdala desde dos fuentes: de forma rápida, desde el núcleo sensitivo auditivo del tálamo; y de forma indirecta y más lenta, desde la corteza auditiva. En el miedo, la primera vía de entrada desde el tálamo es la más importante, porque puede iniciar respuestas emocionales primitivas, que pueden ser esenciales en situaciones de peligro inmediato. Además, esta información rápida permite preparar a la amígdala para recibir información más elaborada desde la corteza.
Vista lateral de corteza cerebral
Muchas de las respuestas corporales de las emociones son inconscientes y están mediadas por la amígdala a través de sus conexiones con el hipotálamo y el tronco cerebral. Las respuestas viscerales que ponen al cuerpo en estado de “alerta” son involuntarias y están organizadas por sistemas hormonales, controlados por el hipotálamo, y el sistema nervioso autónomo.

La estimulación del hipotálamo inicia una cascada hormonal que induce a la glándula pituitaria a secretar la hormona adrenocorticotropa (ACTH), la cual llega por el torrente sanguíneo hasta a las glándulas suprarrenales, situadas sobre los riñones, que liberan el cortisol. Esta es una hormona que tiene efectos catabólicos en el metabolismo, es decir, que hacen que se produzca energía, aumenta la presión sanguínea y la frecuencia cardiaca, y otros cambios corporales que ayudan al cuerpo a prepararse para responder al estrés producido por el miedo. Además, contribuye a potenciar los efectos del Sistema Nervioso Autónomo Simpático. 
El Sistema Nervioso Autónomo controla los reflejos viscerales, concretamente las vías simpáticas preparan al cuerpo para la típica respuesta lucha o huida ("fight or flight") del estado de alerta. Las glándulas suprarrenales también se encuentran inervadas por nervios simpáticos, que inducen la secreción de adrenalina y noradrenalina (catecolaminas) a la sangre. Estas aumentan la frecuencia cardiaca, la respiración, cortan la digestión, y ponen al cuerpo en tensión, preparado para reaccionar ante el peligro. Es más, las catecolaminas también actúan como neurotransmisores para las sinapsis simpáticas y en el cerebro, comunicando siempre excitación nerviosa. 

Por otro lado, la influencia de la amígdala en el sentimiento consciente está mediada por sus proyecciones hacia zonas corticales, en especial, la corteza prefrontal. Esto permite incorporar el aprendizaje y la experiencia a los aspectos cognitivos de la emoción. Los mecanismos corticales proporcionan un medio a través del cual la memoria y la imaginación, no solo los estímulos externos, pueden provocar emociones. Por ejemplo, a veces ocurre que creemos ver algo aterrador, un monstruo cualquiera, pero cuando nos damos cuenta de que sólo es una sombra, el miedo desaparece.
Nuestro cuerpo y mente son entes altamente complejos que gracias a la ciencia cada vez entendemos un poco mejor. En general, consisten en muchos sistemas, órganos y moléculas que están interrelacionados y coordinados para funcionar y autorregularse. Nuestro objetivo con este especial de Halloween era dar una visión general acerca de una serie de eventos mentales y fisiológicos que tienen lugar cuando tenemos una experiencia tan común como el miedo. En especial, queremos recalcar que el objetivo de las emociones es protegernos y ayudarnos en nuestra interacción con el ambiente.
Quizá esto no sirva de consuelo para aliviar nuestro temor, pero puede que la próxima vez que veas una película de miedo puedas distraerte pensando en todo lo que está ocurriendo en tu interior para que te sientas así. Esperamos que os haya resultado interesante este tema y nos encantaría conocer vuestras opiniones al respecto. 

Bibliografía:
  • "Fear, Avoidance, and Phobias. A Fundamental Analysis". Edited by M Ray Denny. ISBN 0-8058-0316-5
  • "Principles of Neural Science" (Fourth Edition). Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell. Editorial McGraw-Hill. ISBN: 84-486-0311-7
  • "Affective neuroscience the foundations of human and animal emotions". Jaak Panksepp, Oxford University Press. 1998. ISBN: 0195096738
  • "The Neurobiology of Fear". Ned H. Kalin. Scientific American, 2002.
  • "The Neurocircuitry of Remote Cued Fear Memory". Hadley C. Bergstrom. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.09.028
  • "The role of basal forebrain cholinergic neurons in fear and extinction memory". Review. Dayan Knox. Neurobiology of Learning and Memory, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.nlm.2016.06.001
  • "Prefrontal-amygdala fear networks come into focus". Maithe Arruda-Carvalho and Roger L. Clem. Front. Syst. Neurosci., 30 October 2015. DOI:  http://dx.doi.org/10.3389/fnsys.2015.00145
  • "Neural circuits and mechanisms involved in Pavlovian fear conditioning: A critical review". Jeansok J. Kim , Min Whan Jung. Neuroscience and Biobehavioral Reviews, 2006. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2005.06.005
  • "Fear conditioning can contribute to behavioral changes observed in a repeated stress model". Robert M. Camp et al. Behavioural Brain Research, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.bbr.2012.05.040