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Fisiología

Una solución tropical

El lagarto y la ardilla lidian de manera diferente con las variaciones de oxígeno sufridas con la hibernación

CELIO HADDAD/UNESPLos inviernos brasileños transcurren con un clima relativamente benigno, pero eso no impide que uno de los lagartos más comunes del país, el teyú o lagarto overo, hiberne entre cuatro y cinco meses al año, normalmente a partir del fin del otoño. Estudiada en laboratorio, la hibernación de este reptil tropical está dando a los investigadores nuevas pistas sobre cómo muchos animales lidian con el retorno a la vida normal luego de prolongados períodos, en general asociados con el frío o el calor intensos, en los que el organismo mantiene el nivel de funcionamiento lo más bajo posible. Durante el retorno de ese estado de animación suspendida –denominado hibernación cuando ocurre durante la temporada de frío y estivación cuando ocurre por causa del calor–, el organismo enfrenta un intenso estrés oxidativo, provocado por la producción de gran cantidad de moléculas altamente reactivas de oxígeno (los radicales libres) que dañan las células.

Alexis Fonseca Welker, biólogo de la Universidad Federal de Goiás (UFG) con sede en Catalão, mostró en su trabajo de doctorado que el lagarto overo (Tupinambis merianae) es una rareza entre los animales que congelan su metabolismo. Común en Brasil y en el norte de Argentina, este lagarto de hasta 1,4 metros de longitud y casi 5 kilogramos de peso parece no prepararse para el retorno a la vida normal produciendo sustancias antioxidantes, que ayudan a evitar los peores efectos de los radicales libres en el organismo. En otro estudio, el biólogo Marcelo Hermes-Lima, de la Universidad de Brasilia (UnB), director de tesis del doctorado de Welker, analizó lo que sucede con un animal bastante más emparentado con el estereotipo de las criaturas que hibernan: la ardilla del Ártico (Spermophilus parryii), un roedor de orejas pequeñas y pelaje castaño moteado de blanco, que habita en Canadá y Alaska. Con poco menos de 1 kilogramo y 40 centímetros de longitud, esas ardillas combaten con eficiencia los daños oxidativos en sus tejidos al salir de la hibernación –la excepción la constituye el tejido adiposo marrón, principal responsable de la producción de energía, que ayuda a los miembros de la especie a despertar.

Hermes-Lima, quien se define como un “cazador del estrés”, ya estudió los efectos bioquímicos del estrés oxidativo en casi todo tipo de alteración metabólica por la que pasan los animales: hibernación, estivación, altas variaciones de salinidad, reducción parcial y total del nivel de oxígeno (hipoxia y anoxia, respectivamente) y diapausa, que consiste en un estancamiento prolongado en el desarrollo de ciertos insectos. La aparición de los radicales libres constituye una consecuencia inevitable para los seres vivos, en razón de basar su metabolismo en el uso de oxígeno para la producción de energía. Con el tiempo, surgen las denominadas especies reactivas de oxígeno –una de las más comunes es el peróxido de hidrógeno, el agua oxigenada–, que altera químicamente moléculas de importancia para el organismo, tales como el ADN, las proteínas y los lípidos.

“A veces ese daño resulta irreversible”, expresa Hermes-Lima. “Pero al menos en el 80% de los casos no es posible corregirlo”. Por lo tanto, en la práctica, el daño oxidativo termina inutilizando permanentemente las moléculas afectadas, lo cual explica la estrecha relación de este fenómeno con el envejecimiento. Este daño también es común en las situaciones siguientes, por ejemplo, en la restricción del flujo sanguíneo (isquemia) frecuente en los problemas cardiovasculares. El repentino retorno de la provisión de oxígeno a los tejidos, conocido como reperfusión, se acompaña de un aumento en la producción de radicales libres, que, al mismo tiempo, causa la muerte de una considerable cantidad de células.

Yacarés y focas
Los animales que hibernan, estivan, o se someten temporalmente a condiciones de baja oxigenación –como por ejemplo los yacarés, las tortugas o las focas, que se sumergen quedando sin respirar durante períodos prolongados–, sufren algo parecido con una isquemia seguida de reperfusión. En todos esos casos ocurre una reducción acentuada (de hasta un 90%) en el índice metabólico, asociada con la disminución de la oxigenación de los tejidos – únicamente sumergidos, los órganos esenciales para la supervivencia, como son el corazón, el cerebro y el hígado, generalmente mantienen el nivel normal del metabolismo. Por esa razón, se considera que el estrés oxidativo relacionado con el despertar luego de la hibernación es un buen modelo de lo que sucede en circunstancias más comunes.

Los teyú del sur y del sudeste brasileño, además, fueron elegidos por Welker como un modelo interesante ya que, contrariamente de ardillas, sapos, serpientes y otros animales de las regiones templadas del hemisferio norte, no experimentan una reducción drástica de su temperatura corporal al hibernar –las ardillas árticas, por caso, pueden presentar incluso temperaturas negativas. “Tuve suerte de poder trabajar con esos lagartos”, dice Welker. Las temperaturas cercanas a 17º C, tanto como el cambio de la luminosidad natural asociada con el advenimiento del invierno, son suficientes como para incitar a esos reptiles a la hibernación. “La explicación clásica reza que eso tiene que ver con la disminución de la oferta alimentaria, tal como sucede con la menor presencia de insectos, pero esa idea todavía no se encuentra comprobada”, afirma.

Durante su doctorado, Welker comparó indicadores del estrés oxidativo –presencia de proteínas o lípidos modificados por los radicales libres y enzimas antioxidantes que los atacan– en el intestino de los lagartos en estado de hibernación y en los de otros sometidos a la privación de alimentos. “Eso es lo que diferencia al trabajo, pues nunca se había hecho”, dice Welker. “Como la hibernación implica ayuno, el interés consistía en verificar si el estrés oxidativo era similar en ambas condiciones”.

DUBHE/WIKIMEDIA COMMONSLos estudios realizados con otras especies animales indicaban que la mayoría de ellos, durante la hibernación, anoxia o congelamiento, pasan por un preparativo para el estrés oxidativo, produciendo una cantidad considerable de enzimas antioxidantes para evitar los peores efectos del despertar. Los teyúes, empero, parecen no seguir ese patrón. “Generalmente, su metabolismo cesa por completo durante la hibernación, disminuyendo la producción de enzimas y de radicales libres. El organismo del animal no parece hallarse bajo un desafío estresante cuando despierta”, dice el biólogo. En los animales sometidos al ayuno, sin embargo, el estrés oxidativo resultó bastante más factible. Según Welker, esto no indica que la atenuación generalizada del metabolismo sólo ocurra cuando esos reptiles se encuentran de hecho hibernando.

En Alaska
La investigación de Hermes-Lima con ardillas del Ártico, publicada en junio en la revista Comparative Biochemistry and Physiology, reveló que los roedores logran restringir con eficiencia el estrés oxidativo cuando despiertan de la hibernación. El investigador realizó el trabajo con colegas de la Universidad de Alaska con sede en Fairbanks, Estados Unidos, incluyendo dos integrantes de la comunidad esquimal e indígena de la región, Adrienne Orr y Lonita Lohse, jóvenes investigadoras beneficiadas por un programa de acción afirmativa.

Indirectamente, el grupo verificó que al despertar, las ardillas que hibernaron producían niveles de radicales libres similares a los de los roedores que no hibernaron. Entre los tejidos del cuerpo analizados, solamente el tejido adiposo marrón (BAT, su sigla en inglés), cuya actividad se encarga de la generación rápida de calor que hace que la temperatura corporal de las ardillas suba desde 2 hasta 37 grados Celsius en tan sólo media hora, exhibió un aumento en la producción de radicales libres. “En el hígado y el cerebro, nosotros prácticamente no detectamos señales de estrés oxidativo”, dice Hermes-Lima.

El propio investigador, sin embargo, remarca la principal crítica que puede hacérseles a esos resultados. “Los animales que nosotros considerábamos despiertos son, en realidad, las ardillas que, por razones desconocidas, no hibernan durante el invierno. Eso sucede con alrededor de un tercio de las ardillas criadas en laboratorio –en la naturaleza no sucedería porque, si no hibernasen, simplemente morirían”, explica Hermes-Lima. Como el metabolismo sufre alteraciones durante las diferentes estaciones del año, los investigadores prefirieron no comparar con las ardillas activas durante el verano.

Los impresionantes actos metabólicos observados en los animales que hibernan o estivan parecen haber inspirado las escenas de libros y filmes de ciencia ficción, donde los seres humanos son mantenidos en estado de animación suspendida. La idea resulta intrigante, sin duda, pero debe continuar restringida a la ficción ciencia ficción, afirman los investigadores.

“Uno de los mayores financistas de ese tipo de investigación en Estados Unidos solía ser el Ejército”, comenta Hermes-Lima. “El sueño era lograr que los astronautas hibernaran durante viajes espaciales de larga duración. Sinceramente, dudo mucho que eso suceda algún día”, afirma el investigador de la UnB. “Sería necesario modificar radicalmente la biología humana para lograr algo semejante”. Para comprender la complejidad de tal hazaña, basta observar la siguiente comparación: durante el sueño, el metabolismo de las personas disminuye tan sólo un 3%, mientras que en las ardillas y osos que hibernan, cae 90% y 70% respectivamente.

Con todo, eso no quiere decir que la comprensión de la hibernación y estivación no pueda proveer resultados interesantes para la medicina. Datos preliminares sugieren que bajar la temperatura corporal de pacientes en coma reduce el riesgo de daño neurológico relacionado con los derrames. De confirmarse este efecto, esa estrategia podrá ayudar en la minimización, al menos temporalmente, de las peores consecuencias provocadas por la falta de oxígeno en el cerebro. “Pero por supuesto, se trata de una situación clínica muy específica”, afirma Hermes-Lima.

Según Welker, la biología de la hibernación, también puede proveer pistas sobre cómo mejorar la eficiencia en los transplantes de órganos. “Generalmente, disminuir drásticamente la temperatura de un órgano como el corazón acaba originando problemas de funcionamiento. Tanto los mamíferos como los reptiles que hibernan parecen poseer una composición específica de lípidos en el corazón que impide ese tipo de problema”, explica. Es posible que la comprensión de este fenómeno ayude en la preservación de los órganos durante períodos más prolongados antes de trasplantarlos.

Artículo científico
ORR, A.L. et al. Physiological oxidative stress after arousal from hibernation in Arctic ground squirrel. Comparative Biochemistry and Physiology. Part A. v. 153, p. 213-221. Junio de 2009

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