Resumen

¿Sabías qué uno de los grandes desafíos para la comunidad de investigadores es integrar las mediciones del nivel de afectación que produce el cambio climático y cómo de manera habitual se refleja día con día, en los lugares que recorremos? Por este motivo, te invitamos a descubrir cuándo suceden y cómo se miden estas condiciones. A continuación, te compartiremos cómo se filtra el sol sobre las superficies que caminamos y cómo veríamos la cantidad de luz solar si tuviéramos una visión termográfica, para luego conocer qué sucede con los materiales debido a la cantidad de calor sobre las superficies en las que caminamos. De esta forma, obtendremos juntos una mirada al impacto que tiene el clima sobre nuestro entorno cotidiano.
Palabras clave: materiales, microclima, factor de cielo visible, termografía.

How is heat observed in the spaces we walk on?

Abstract

Did you know that one of the greatest challenges for the research community is integrating measurements of the impacts caused by climate change and understanding how they are reflected in the surfaces we walk on daily? For this reason, we invite you to explore when these conditions arise and how they are measured. Next, we will show you how sunlight interacts with the surfaces we walk on and how the intensity of sunlight would appear if we had thermographic vision. This will help us understand what happens to materials due to the heat levels on these surfaces. Together, we will gain insight into the impact of climate on our everyday environment.
Keywords: materials, microclimate, sky view factor, thermography.

Efectos del calor en las ciudades

El cambio climático (cc) es un fenómeno complejo, esto quiere decir que cuando nos referimos a él no sólo estamos hablando del clima, sino que también ha traído impactos importantes a los sistemas naturales y humanos a nivel mundial. El aumento del nivel del mar, el calentamiento global y los cambios en la capa de hielo son quizá los cambios ambientales más conocidos (Paredes-Chi et al., 2022; Gemitzi et al., 2019).

Y es que un aumento de la temperatura ambiente puede afectar negativamente a la comodidad, es decir, que las personas ya no se sienten bien en el exterior por el calor y, por lo tanto, prefieren quedarse en espacios cerrados con aire acondicionado. Por esta razón las ciudades son fuentes importantes de emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero (gei) y las cifras actuales son las más altas de la historia. Los efectos de la urbanización masiva sobre el medio ambiente ahora se han hecho evidentes y existen grandes oportunidades dentro de estos espacios para abordar el cc.

Uno de esos efectos es la isla de calor urbana, que es un fenómeno en el que las ciudades son, en promedio, más cálidas que las áreas rurales circundantes. Así, al retirar las superficies naturales y utilizar materiales altamente absorbentes de calor —como los pavimentos para construir carreteras, los bloques de los que están hechas las casas y el concreto de las banquetas—, el fenómeno de la isla de calor urbana crece y es responsable de malestar y muertes por incidentes relacionados al calor en las ciudades.

En este artículo te compartimos cómo se observa el calor en los espacios que caminamos, con el objetivo de comprender sobre la absorción del calor dependiendo del material utilizado, la influencia de la vegetación en los espacios y la forma en que estos factores pueden ayudar a que las personas se sientan cómodas o incómodas en los espacios donde vivimos, por su influencia en el microclima. Se describen conceptos y se muestran ejemplos de un caso de estudio evaluado durante la estación de primavera, en la ciudad de Ensenada, Baja California, México, así como una prueba de un material hecho a base de carbonato de calcio obtenido de conchas marinas.

¿Cómo se filtra el sol a las superficies que caminamos?

Para evaluar cómo se filtra el sol a las superficies en las cuales caminamos, se realiza un análisis a partir de lo que se conoce como Sky View Factor (svf), en el cual se aprecia la fracción del cielo visible, visto desde un punto determinado, y su valoración oscila de 0 a 1 unidades. “0” representa que el cielo está totalmente cubierto por obstáculos aparentes, como árboles, edificaciones, techumbres, entre otros elementos constructivos y naturados; mientras que la valoración “1” equivale a cielo abierto o libre (Matzarakis et al., 2018).

Así se filtra el sol en un espacio

Cuando realizamos este tipo de análisis de svf en una calle, para este caso ubicado en Ensenada, Baja California, México, colocamos una cámara fotográfica profesional, con una lente “ojo de pez”, lo que nos permite generar una vista esférica. Luego ajustamos la base de la cámara a una altura entre 1.20 y 1.50 m de acuerdo con Matzarakis (2017), para enseguida, utilizar esa imagen e ingresarla a un programa de modelado micro climático conocido como RayMan. En este software se indica que partes de las fotografías son cielo visible y cuales son obstrucción, es decir, edificios, árboles o cualquier elemento que evite el paso de la radiación solar (Matzarakis, 2017).

Así, del ejercicio anterior, para el caso de Ensenada, obtenemos que el espacio cuenta con un valor de 0.717 de nivel de filtración de los rayos solares, lo cual equivale a una exposición mayormente a cielo abierto, con pocos elementos que puedan generar sombras. Por lo tanto, llegan de forma directa los rayos del sol (ver figura 1).

Figura 1. Análisis de SVF en Ensenada, Baja California. Crédito: procesado con el software, RayMan (Matzarakis et al., 2017).

Observa el calor en este espacio

Las ciudades se caracterizan por estar construidas con materiales poco permeables (que absorben poca agua) y absorbentes de calor. Con esto nos referimos al reemplazo de superficies naturales por superficies grises, como el concreto, asfalto, entre otros materiales. Esta cuestión ha conducido a una serie de problemas relacionados a la isla de calor urbana, ya que estas superficies tienden a almacenar más energía (en forma de calor) ocasionando la elevación de la temperatura, a diferencia de las superficies naturales, que liberan la energía, usualmente en las noches. Para fines del siglo xxi, se pronostica que la temperatura media mundial aumentará hasta 5.5 ºC debido al calentamiento global (Fu et al., 2022), por lo que es conveniente poner atención al proceso de urbanización y su crecimiento.

El calor emitido por los materiales es fácil de observar a través de una cámara termográfica. Esta cámara permite obtener imágenes térmicas de las superficies, sin necesidad de contacto, a partir de las emisiones de radiación infrarroja que emiten los materiales (ver figura 2).

Figura 2. Imágenes térmicas de superficies en fraccionamiento Pedregal Playitas, Ensenada, Baja California, México, construido con materiales como el concreto y piedra en pavimentos y muros. Los colores más oscuros indican menor temperatura y los más claros una mayor. Las imágenes fueron tomadas en primavera, el día 19 de abril del 2023 a las 11:30 horas, un día soleado y despejado de nubosidad, con condiciones de temperatura del aire de 28.8 °C, humedad relativa 35.3% y una velocidad del viento de 1.8 mph. Crédito: autoría propia con cámara FLIR One Pro.

¿Cómo se visualiza el calor en las superficies verdes?

Es necesario buscar otras alternativas de materiales más aislantes, es decir que retarden el mayor tiempo posible la transmisión del calor, con el fin de combatir a la isla de calor urbana. Para ello, los investigadores de distintas disciplinas como la arquitectura o la ingeniería estudian soluciones de diseño para los espacios urbanos (morfología, materiales, tecnologías constructivas, entre otros). La utilización de vegetación ha sido una estrategia muy efectiva y aceptada por las personas en las ciudades.

Es importante cuidar y mantener las áreas verdes en los espacios por sus múltiples beneficios. En la figura 3 se aprecia cómo el sombreado de la vegetación, en este caso un árbol, contribuye a una disminución considerable de la temperatura, lo cual es un punto positivo para que las personas se sientan cómodas, principalmente en temporada de verano. Por el contrario, en la imagen térmica se contempla la forma en la que los pavimentos sin sombreado y en especial el metal de los automóviles emiten una gran cantidad de calor en el espacio. Según Gemitzi et al. (2019), la vegetación terrestre es reconocida como un recolector de CO2 incluso mayor que los océanos. En particular en áreas urbanas ofrece un valioso servicio para generar efectos refrescantes y mejorar el confort térmico, especialmente durante el día.

Figura 3. Imagen térmica de superficies en patio de la Universidad Autónoma de Baja California. Crédito: autoría propia con cámara FLIR One Pro.

¿Qué pasa con los materiales?

Como ya se mencionó en apartados anteriores, las superficies de entornos naturales han sido modificadas con superficies impermeables, lo que ha llevado a temperaturas más altas en las ciudades. Por esta razón es importante mejorar las características de los materiales tradicionales, como el concreto, que es muy utilizado para construir la infraestructura de las ciudades (Hernández-Moreno, 2015).

El uso de carbonato de calcio como agregado en las mezclas de concreto es una gran alternativa dentro de la construcción, debido a su durabilidad. Además, es un excelente aislante térmico y acústico, sin mencionar que es de naturaleza no tóxica y biodegradable. Dadas sus propiedades físicas y químicas, se trata de un material versátil y valioso para la utilización y realización de concretos, yesos, pinturas, adhesivos y otros productos más que se pueden utilizar dentro de la construcción (Mo et al., 2018; Flores-Salazar y Mazza-Callirgos, 2014).

Realicemos una prueba

Las conchas marinas están hechas de un compuesto llamado carbonato de calcio y se sabe que puede utilizarse para hacer concretos con mejores propiedades térmicas que las del tradicional (Villarrial y Córdova, 2021). Con la intención de comprobar estas características, fue elegido un concreto a base de carbonato de calcio, que puede ayudar a aportar significativamente a la disminución de la temperatura durante el verano y así analizar sus posibles efectos en el medio ambiente.

Se realizaron seis probetas con dimensiones de 40 x 40 x 160 mm. Estas probetas fueron hechas con una cubeta de 19 litros y creando una mezcla de arena (50%), cemento Portland CPC 30 R (23%), cal (27%) y agua (37%) (ver figura 4).

Figura 4. Proceso de creación de probetas. Primero se cortan y ensamblan los moldes para verter la mezcla; seguido, se realiza la mezcla para vaciar en el molde; por último, se deja secar para posteriormente desmoldear y obtener las probetas. Crédito: autoría propia.

Para el análisis de las propiedades del concreto a base de carbonato de calcio, en el proceso de elaboración de los moldes, se hicieron dos pequeños agujeros en los extremos de las probetas. Esto para poder colocar sensores de un dispositivo de mano que se usa para medir propiedades térmicas, llamado KD2 Pro (ver figura 5).

Figura 5. Instrumento de medición KD2 Pro y probetas con molde para sensores. Crédito: autoría propia.

Se compararon probetas con la mezcla de carbonato de calcio contra la de cemento convencional. El material se caracterizó térmicamente y las probetas de carbonato de calcio muestran una excelente resistencia al fuego. Al mismo tiempo, su alto grado de transpiración impide filtraciones, por lo que permite el paso del vapor; además, debido a su alcalinidad, evita las humedades y que prolifere el moho en las construcciones. Y, en lo que respecta a la disminución de islas de calor urbanas, las probetas con carbonato de calcio presentan una menor temperatura superficial después de haber sido expuesta al sol por dos horas (ver figura 6).

Figura 6. Comparación de probeta de concreto a base de carbonato de calcio con probeta de concreto convencional. Hay una diferencia significativa de temperatura superficial al exponer ambas probetas durante 2 horas bajo el sol. Crédito: autoría propia.

¿Hacia dónde vamos?

La isla de calor urbana es un fenómeno que trae distintas consecuencias negativas asociadas al uso de los espacios exteriores, puede ser la banqueta que utilizas para llegar a la escuela, el parque cercano a tu casa o el corredor donde te ejercitas. En el presente trabajo se lograron destacar las alteraciones a la temperatura provocadas por distintas características de las ciudades, como los materiales con los que mayormente se construye (concreto).

Los ejemplos antes mostrados consideran relevante cómo impactan los elementos del clima en los entornos que nos encontramos y recorremos todos los días, más allá de lo que podemos observar a simple vista, así como reconocer cómo inciden los rayos solares en los espacios urbanos, observar la condición de temperatura para cada superficie y el nivel de reacción que tiene un material de acuerdo con las condiciones del clima, durante un día habitual.

Es de vital importancia generar herramientas, modelos o materiales que representen un valor significativo para resolver las necesidades que impactan en la comodidad y la calidad de vida de las personas. Basados en las condicionantes que nos rodean es importante observar el entorno para poder mitigar los posibles retos que se nos presentan y los que se presentarán. Te invitamos a formar parte de esta lucha que nos ayudará a lograr un mejor mañana para nosotros y las futuras generaciones.

Referencias

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• Paredes Chi, A. A., Vidal Hernández, L., de Yta Castillo, D., Cuevas Jiménez, A., y Hernández Herrera, I. C. (2022, julio-agosto). ¿Qué podemos hacer para afrontar el cambio climático en la zona costera? Revista Digital Universitaria, 23(4). https://doi.org/10.22201/cuaieed.16076079e.2022.23.4.8
• Villarrial, R. A. M., y Farfan Cordova, M. G. F. (2021). Structural concrete modified with scallop shell lime. Revista Ingeniería de Construcción, 36(3), 380-388. https://ojs.uc.cl/index.php/ric/article/view/56525

Resumen

Un funcionamiento cerebral adecuado requiere de un suministro constante de sustratos energéticos, principalmente de glucosa, los cuales son transportados en la sangre circulando por las arterias que recorren todo el organismo. En el cerebro, estas arterias controlan rigurosamente el transporte de todas las moléculas que llegan al cerebro, y están constituidas por el endotelio vascular cerebral, que forma la barrera hematoencefálica. En un infarto cerebral, el flujo sanguíneo se ve interrumpido y el suministro de los compuestos vitales disminuye, lo que provoca una alteración en las funciones cerebrales; entonces el individuo sufrirá fallas en el movimiento, el lenguaje o en alguna de las funciones controlada en la región afectada del cerebro. Además, mientras no se recupere el flujo sanguíneo se activarán muchos procesos de daño, entre éstos destaca uno muy peligroso que puede causar la muerte: el incremento en la cantidad de agua contenida en el cerebro, conocido como edema. Su formación puede provocar una catástrofe como la vivida por los pasajeros del Titanic, quienes nunca sospecharon que el gran coloso pudiera ser vulnerable y naufragar. En este artículo, relataremos la forma en que un infarto cerebral puede provocar la acumulación de agua en este tejido.
Palabras clave: ictus, infarto cerebral, edema cerebral.

The shipwreck of thoughts

Abstract

Adequate brain function requires a constant supply of energy substrates, primarily glucose, which is transported through the blood circulating in the arteries throughout the body. In the brain, these arteries strictly regulate the transport of molecules that reach it and are composed of the cerebral vascular endothelium, which forms the blood-brain barrier. During a stroke, cerebral blood flow is interrupted, reducing the supply of energy substrates and causing alterations in brain function. As a result, the individual may experience impairments in movement, language, or other functions controlled by the affected brain region. Furthermore, if blood flow is not restored, numerous damaging processes are activated. Among these, the increase in brain water content, known as edema, is particularly serious. Its formation can cause a catastrophe like the one experienced by the Titanic passengers who never imagined that the great colossus could be vulnerable and face a shipwreck. In this article, we will describe how a stroke can cause the accumulation of water in this tissue.
Keywords: ictus, stroke, cerebral edema.

Introducción

Me arremolinaba entre sueños cuando un intrusivo tintinear me hizo incorporar precipitadamente. ¿El tono del celular en la madrugada? Estiré la mano en la oscuridad y contesté. Mis familiares me trataban de explicar que mi tío había sufrido un infarto cerebral. Todo había comenzado con un hormigueo en el brazo derecho que se fue extendiendo hasta llegar a la pierna. Mi tío había logrado sentarse sin esfuerzo y asir un vaso de agua que le ofrecieron; sin embargo, un instante después, su labio superior se había deformado, mostrando un horrible gesto que provocó el derrame del líquido como cascada desde sus labios. Imposibilitado para articular palabras, miró desesperado a los presentes y se derrumbó, perdiendo el conocimiento.

Lo llevaron de inmediato a urgencias, donde recibió uno de los dos tratamientos disponibles —no sólo en México ¡en el mundo!—, utilizados para liberar de la obstrucción a una arteria cerebral. Sus radiografías mostraron una mancha obscura que crecía sin remedio y oprimía su cerebro, a pesar de ser únicamente agua que de manera inexorable se acumulaba. Mis familiares me preguntaban afligidos por el teléfono: —¿Se supone que trabajas justo en este tipo de problemas? ¿O no? ¿Puedes hacer algo? Contesté: —Sí, en mi laboratorio buscamos compuestos que disminuyan el edema que se forma después de un infarto cerebral, pero son tratamientos en fase experimental, todavía no aprobados para su uso en humanos.

Afligida por la fatalidad de su destino, rememoré un documental del Titanic: el imponente barco promocionado por ser insumergible, pero que, a pesar de ser una extraordinaria obra de la ingeniería, la imprevisible naturaleza y una maniobra precipitada obligaron a la evacuación caótica de los pasajeros. Además, medidas de seguridad inadecuadas y la negligencia de su tripulación, o todo a la vez, provocaron el hundimiento del Titanic y la muerte de cientos de personas. Mi tío, durante varios días, viajó de su casa al hospital, mientras aquella pavorosa mancha crecía sin control en su cerebro, que, como trasatlántico devorado por el océano, finalmente naufragó. Mi tío falleció a las pocas semanas.

El cerebro, un coloso insumergible

La sangre inicia su viaje hacia todo el organismo utilizando las grandes arterias que nacen del corazón; algunas de éstas llegan al cerebro, en donde se unen formando una rotonda —el polígono de Willis—, que se bifurca repetidamente originando vasos sanguíneos que se internan, invadiendo hasta el rincón más alejado de este órgano. Como ramificada e intricada tubería, las arterias distribuyen la sangre en los tejidos y se adentran, disminuyendo progresivamente su diámetro, en ramales más pequeños, hasta llegar al punto donde los eritrocitos chocan, se amontonan, aunque finalmente se alinean, logrando avanzar. Allí, en los llamados capilares, la sangre realiza el intercambio de oxígeno y nutrientes con los tejidos, para posteriormente emprender el viaje de regreso, llevándose dióxido de carbono y desechos. Los vasos sanguíneos sufrirán el proceso inverso y aumentarán su diámetro progresivamente conforme atraviesan el tejido, llevando la sangre venosa hacia los pulmones y finalmente regresando al corazón (ver figura 1).

Figura 1. Ilustración de la vasculatura cerebral en una rebanada de cerebro humano (vista superior).
Crédito: elaboración propia.

A las paredes de estos vasos finísimos que transitan, protegen y alimentan al cerebro, se les conoce como barrera hematoencefálica. Estas paredes están constituidas por células aplanadas —el endotelio vascular cerebral— que se enrollan formando un tubo: se alinean una tras otra formando largas hileras y entrelazan fuertemente, sellando los espacios que existen entre ellas hasta impedir el paso de la sangre que viaja en su interior (ver figura 2).

Figura 2. Ilustración de las células en el tejido cerebral. La luz del vaso sanguíneo (rojo), delimitada por el endotelio vascular cerebral (amarillo) y a su alrededor astrocitos (anaranjado), neuronas (verde) y microglia (rojo).
Crédito: elaboración propia.

Los nutrientes, la infinidad de moléculas contenidas en la sangre e inclusive el agua accederán al cerebro utilizando compuertas —llamadas canales, transportadores, intercambiadores, bombas, etcétera—, que con su diversidad adornan como orfebrería al endotelio. Las compuertas se abren y cierran, se tapan, se voltean o tuercen acarreando moléculas, se mueven desde el interior celular hacia la membrana o se asocian entre ellas, siempre buscando que el cerebro reciba en armonía los compuestos que le dan la vida y lo comunican con el resto del organismo. Este hermetismo regulado convierte al cerebro en un espacio seguro contra microorganismos (bacterias y virus), toxinas (consumidas consciente o inconscientemente), moléculas endógenas (como el glutamato, un aminoácido que forma parte de nuestra dieta pero que puede ser tóxico para el cerebro) e incluso el agua (cuyo ingreso en cantidades no controladas puede afectarlo). Sin embargo, los mecanismos de protección no son infalibles y en circunstancias patológicas se puede perder el control y, al igual que el Titanic, que aun teniendo un casco de doble fondo dividido en dieciséis compartimentos herméticos, que le permitirían permanecer a flote aún con cuatro de ellos inundados, naufragó.

El choque con el iceberg

El cerebro es un coloso voraz que consume el 25% de la energía aportada diariamente por los alimentos; esta energía la utiliza para mantener activas a muchas de sus proteínas y así cumplir su función. En la acumulación patológica de agua en el cerebro —conocida como edema cerebral— interviene de manera primordial una proteína denominada bomba de sodio y potasio (ATPasa Na⁺/K⁺), una máquina molecular incansable que en condiciones fisiológicas acarrea Na⁺ (cationes de sodio) desde el interior hacia fuera de la célula, intercambiándolo por K⁺ (cationes de potasio).

Durante un accidente cerebrovascular, conocido como infarto cerebral o ictus, la obstrucción de una arteria provoca que el flujo de sangre que normalmente baña a un territorio cerebral se interrumpa, causando que compuestos vitales como la glucosa y el oxígeno —de los que se obtiene energía— lleguen en cantidades insuficientes, y que las mínimas reservas energéticas del cerebro se agoten rápidamente. Sin energía disponible, la ATPasa Na⁺/K⁺ interrumpirá su trajinar, lo que provoca que el Na⁺ se estanque en el interior celular y se acumule el K⁺ en el exterior. En condiciones normales el K⁺ es rápidamente eliminado por los astrocitos —células que resguardan la integridad de las afamadas neuronas—, los cuales se adornan con un abundante número de canales de K⁺, para internalizarlo y mantener bajas sus concentraciones. Cuando hace falta la energía, como ocurre en el infarto cerebral, el astrocito recurrirá a un transportador de Na⁺/K⁺/Cl^– que a su vez arrastrará agua.

En el infarto, los canales que transportan agua (acuaporinas) tapizan las membranas de los astrocitos; con esta puerta abierta, el agua entrará a la célula de forma descontrolada, con lo que el astrocito incrementará su tamaño. Entonces, al igual que en el naufragio del Titanic, el agua entrará por puertas y ventanas, bajando por escaleras, inundando pasillos, cuarto tras cuarto, como preámbulo de la gran inundación en la que el mar devorará al gran buque trasatlántico.

El quebrantamiento de los compartimentos de seguridad

El agua contenida en el cerebro está separada en cuatro compartimentos independientes entre sí. Primero, está la contenida en aproximadamente 100 mililitros de sangre —mezcla de plasma y células— que se mueve por esa tubería de vasos sanguíneos que es la barrera hematoencefálica. Segundo, el líquido intersticial cerebral, con una cantidad de 100 mililitros de agua con una composición iónica optimizada para facilitar la actividad neuronal y que circula entre las células. El tercer compartimento, denominado líquido cefalorraquídeo, es una recolección del líquido intersticial. Este líquido equivale a otros 100 mililitros de agua, que se concentra en grandes pozos llamados ventrículos, que baña al cerebro y la médula espinal. Por último, un poco más de 1000 mililitros está contenido dentro de las células que pueblan el sistema nervioso central, en el llamado espacio intracelular (ver figura 3).

Figura 3. El agua que circula en los diferentes compartimentos cerebrales.
Crédito: elaboración propia.

Toda esta masa de agua contenida en el cerebro se mantiene constante en un individuo sano y el volumen celular se regula controlando la movilización de iones, principalmente Na⁺, K⁺ y cloro (Cl⁻), de osmolitos orgánicos —moléculas que regulan la presión osmótica, por ejemplo, aminoácidos— y del agua, moviéndose a través de las membranas celulares, las cuales modifican su permeabilidad dependiendo de las características de las células que la revisten. Cuando se alteran las concentraciones de Na⁺ y K⁺, se incrementa la entrada de agua desde el espacio intersticial, inicialmente hacia los astrocitos, sin provocar cambios en el contenido total de agua en el cerebro. Sin embargo, la falta continuada de Na⁺ en el espacio extracelular también tendrá que compensarse y generará una fuerza que tendrá como objetivo restaurar el gradiente de Na⁺ en el cerebro. Para conseguirlo, algunas proteínas localizadas en la barrera hematoencefálica acarrearán Na⁺ proveniente de la sangre. Nuevamente, las acuaporinas harán su aparición dramática y la entrada de Na⁺ arrastrará grandes cantidades de agua desde el torrente sanguíneo, lo que provocará la hinchazón de las células que forman la barrera hematoencefálica. Simultáneamente, otros procesos dañarán las proteínas que mantienen unidas estrechamente las membranas del endotelio, las cuales se desensamblarán, como los pernos y remaches del casco del Titanic saldrán volando al no resistir la presión, y dejarán espacios entre las células por donde las moléculas circulantes en la sangre tendrán acceso al cerebro. Los vasos perderán gradualmente su integridad y el cambio de volumen provocará la muerte de las células, que por último se contraerán, dejando enormes huecos en la barrera hematoencefálica. Es así que, con el paso libre al torrente sanguíneo, entrará sangre al cerebro y con ella se incrementará notablemente el volumen de agua.

Así, durante un edema celular, como en aquella noche oscura, sin luz de luna y con el mar en calma, que impidió visualizar al monstruoso iceberg, el cerebro, al igual que el oficial al mando, intentará evitar el choque. Sin embargo, esto hará que el agua penetre a gran velocidad y que, como el Titanic, ese colosal trasatlántico a prueba de hundimientos, naufrague.

El naufragio

Mantener el equilibrio osmótico en el cerebro es importante porque cualquier aumento en el volumen de agua causa un daño severo, el cual no es comparable al de ningún otro órgano, por estar contenido dentro del cráneo, esa estructura rígida y dura que lo protege, pero que limita su expansión. Cuando el cerebro incrementa su volumen ejerce una fuerza mecánica contra el cráneo que incrementa la presión interna. Cuando la presión en el tejido excede la presión interna de la sangre en los vasos sanguíneos, el interior de los vasos se colapsa, precipitándose hacia la formación del edema.

La inundación del territorio cerebral provoca lo que clínicamente se denomina edema cerebral que consiste en su expansión por aumento de fluidos en el tejido. Esto tiene un impacto crucial en la morbilidad y la mortalidad de las personas que desarrollan edema a causa de una enfermedad neurodegenerativa, un tumor, un infarto cerebral o un golpe fuerte. En el edema, de manera similar al hundimiento del Titanic, que albergaba 3300 personas y del cual lograron sobrevivir solo 1500, muchas de las neuronas y astrocitos no podrán ser rescatados y perecerán durante el colapso del coloso que se hundirá hasta las profundidades (ver figura 4).

Figura 4. El naufragio del cerebro. Se ilustra el edema cerebral ocurrido en un ictus simulando el naufragio del trasatlántico Titanic en 1912.
Crédito: elaboración propia.

Conclusión

La enfermedad vascular cerebral es una de las primeras causas de muerte a nivel mundial, con 93.8 millones de casos prevalentes y 11.9 millones de casos nuevos en 2021, siendo la séptima causa de muerte en los mexicanos. Adicionalmente, enfermedades crónicas como la hipertensión arterial, la diabetes mellitus, el sobrepeso y la obesidad están asociadas con el riesgo de sufrir un infarto cerebral, el cual a nivel mundial se ha incrementado hasta un 50% en los últimos 17 años. Es así como se ha declarado el 29 de octubre como el día mundial del ictus, una enfermedad que debe atenderse durante los primeros minutos para evitar secuelas incapacitantes o inclusive el fallecimiento.

Con la intención de prevenir daños, actualmente los trasatlánticos cuentan con nuevas medidas de seguridad, que permitirán, en caso de accidente, un adecuado proceso de evacuación; además, los avances tecnológicos como el uso de gps y diseño de radares para detectar icebergs, ayudan a prevenir incidentes. Lo mismo busca la medicina moderna y la investigación en biomedicina: reducir las muertes y el estado de incapacidad a la que se ven sometidas los individuos que sufren de algún padecimiento que provoca la formación del edema cerebral como los infartos.

Primero, es importante incrementar los factores protectores, como realizar actividad física y tener una dieta baja en sales, carbohidratos y grasas; así como reducir los factores de riesgo como fumar y consumir bebidas alcohólicas. En segundo lugar, deben mejorarse los tiempos de diagnóstico y tratamiento en los hospitales (uso de trombolíticos y eliminación mecánica del trombo o coágulo) teniendo como meta alcanzar tiempos menores a 90 minutos. Para esto, es importante que el individuo identifique los síntomas (confusión repentina, dificultad para hablar o entender, debilidad o parálisis muscular unilateral o vista borrosa) y acuda al hospital. Finalmente, se trabaja con modelos experimentales que permitan entender los mecanismos que provocan los infartos cerebrales y se buscan compuestos que reduzcan el daño ocasionado al cerebro.

Actualmente, el laboratorio de Patología Vascular del Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía colabora con un grupo especializado en la evaluación del flujo iónico de canales de la unam, para investigar la participación de este flujo iónico de canales en la formación del edema cerebral. En el futuro podremos aplicar los conocimientos adquiridos con modelos experimentales en la clínica, en donde la aplicación de los tratamientos a pacientes que han sufrido un infarto podría reducir las secuelas e incluso prevenir su muerte.

Agradecimientos

El apoyo financiero fue brindado por el conacyt al proyecto CIENCIA FRONTERA CF-2019/170733 otorgado a pa y fordecyt-pronaces 21887 y papiit unam IN216523 a a-hc. Agradecemos la beca postdoctoral otorgada conachyt-México a I-AB (cvu 445084) y de doctorado a a-mb (957183).

Referencias

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• Stokum, J. A., Gerzanich, V., y Simard, J. M. (2016). Molecular pathophysiology of cerebral edema. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, 36(3), 513-538. https://doi.org/10.1177/0271678X15617172

Recepción: 2023/08/24. Aprobación: 2024/11/19. Publicación: 2025/01/13.

Resumen

Tras la prolongada pausa global causada por la pandemia de covid-19, uno de los síntomas más notables de la enfermedad fue la pérdida del olfato, que afectó a muchas personas de manera diversa. Este artículo explora las razones detrás de la variabilidad en la pérdida del olfato, explicando cómo factores como la genética, la carga viral y la salud general influyen en este síntoma. Además, se aborda el proceso por el cual el olfato se pierde durante la infección por sars–cov-2 y su proceso fisiológico de recuperación.
Palabras clave: pérdida de olfato, anosmia, recuperación olfativa, sars–cov-2, covid.

Why do we lose our sense of smell during COVID-19 infection?

Abstract

Following the prolonged global pause caused by the covid-19 pandemic, one of the most notable symptoms of the disease was the loss of smell, which affected many people in various ways. This article explores the reasons behind the variability in smell loss, explaining how factors such as genetics, viral load, and overall health influence this symptom. Additionally, it addresses the process by which smell is lost during sars–cov-2 infection and its physiological recovery process.
Keywords: smell loss, anosmia, olfactory recovery, sars–cov-2, covid.

Cuando los sentidos se apagan

El 11 de marzo de 2020 marcó un antes y un después en la interpretación del término “normalidad” a nivel mundial debido a la declaración de pandemia por parte de la Organización Mundial de la Salud (oms) a causa del virus sars–cov-2. Hasta la fecha, los costos de esta pandemia siguen siendo estimados, tomando en cuenta tanto las muertes ocasionadas por la enfermedad covid-19 como las alteraciones en las formas de producción y coexistencia con el virus.

Entre los síntomas más notables de la enfermedad, además de la tos y la fiebre, destaca la pérdida de dos sentidos fundamentales: el olfato (anosmia) y el gusto (ageusia). Imagina que tu nariz es una puerta de entrada al mundo de los aromas: al respirar, el aire cargado de olores pasa por el epitelio olfatorio, que está compuesto por células especiales llamadas neuronas olfativas. Estas neuronas, como pequeños sensores, detectan las moléculas de olor que viajan en el aire y las comunican al cerebro a través del nervio olfatorio. Sin embargo, si el epitelio olfatorio se daña, las neuronas olfativas también se ven afectadas, interrumpiendo la señal hacia el cerebro e impidiendo que percibamos los olores. Un proceso similar se presume ocurre con el gusto.

En este escrito exploraremos cómo el sars–cov-2 altera estos sistemas, limitando nuestra capacidad de percibir sabores y olores. ¡Acompáñanos!

¿Cómo afecta el SARS-COV-2 al olfato?

Para comenzar, es importante señalar que no todas las personas infectadas con sars–cov-2 experimentan una pérdida del olfato. Este proceso depende de varios factores, como la cantidad de virus presente en el cuerpo, la genética de cada individuo y la variante del virus. Aunque todos somos de la misma especie, existen diferencias genéticas significativas entre nosotros. Si no fuera así, todos seríamos prácticamente idénticos, lo que no es el caso. Estos fenómenos se consideran multifactoriales porque involucran diversos elementos.

Una de las principales causas de anosmia (pérdida del olfato) e hiposmia (reducción del olfato) es la congestión nasal. Esto ocurre cuando los cornetes, estructuras dentro de la nariz encargadas de regular la temperatura del aire que respiramos, se inflaman. Esta inflamación puede ser causada por infecciones virales, bacterianas o alergias, dificultando la respiración y afectando el funcionamiento del nervio olfatorio y del bulbo olfatorio, que almacena y reconoce los aromas (Vaira et al., 2020). Por esta razón, cuando vuelves a oler un aroma familiar, puedes identificarlo incluso después de mucho tiempo.

Con el contexto claro, veamos cómo el virus sars–cov-2 se relaciona con la anosmia y la hiposmia. Las neuronas olfativas tienen en su superficie una proteína llamada ace2 que actúa como un intermediario en la transmisión de señales entre las células (Liang & Wang, 2021). El sars–cov-2 tiene la capacidad de camuflarse como esta proteína, engañándola para ingresar a las células donde comienza a causar daño. Este proceso afecta tanto a las neuronas olfativas como a la proteína ace2, resultando en la pérdida del olfato (anosmia) y, en algunos casos, también del gusto (disgeusia). El primer informe que reconoció la anosmia y la disgeusia como síntomas prevalentes de la infección por sars–cov-2 provino de Alemania (Streeck, 2020).

Dado que las diferencias genéticas varían entre regiones del mundo, también varía la cantidad de proteínas ace2 y de su “aliada”, Serina proteasa tras, en cada persona. Cuantas más proteínas ace2 posea un individuo, mayor es la probabilidad de que el virus penetre en las neuronas y cause daño. Sin embargo, esto no es el único factor; la afinidad del virus por las células, la carga viral y la variante del sars–cov-2 también desempeñan un papel importante.

Cuando las proteínas ace2 y tmprss2 detectan la presencia del virus, inician un proceso de comunicación específico para modificar su funcionamiento, lo que se conoce como modificaciones transduccionales. Este mecanismo varía según la condición física, edad, genética y salud del individuo. En algunos casos, estas modificaciones limitan el daño del virus, explicando por qué algunas personas experimentan anosmia como único síntoma sin presentar otros problemas respiratorios.

Cuando el daño al epitelio olfatorio, las proteínas ace2 y tmprss2, y las neuronas olfativas es masivo, la recuperación del olfato se vuelve más lenta. El epitelio olfatorio, que funciona como un “vecindario” donde se encuentran las neuronas olfativas, también puede verse afectado, reduciendo la capacidad de estas estructuras para transmitir señales. Este daño puede provocar atrofia, inflamación y dolor persistente. En respuesta, las células mieloides1 y las proteínas caspasa 32 actúan como “guardianes” que intentan restaurar el equilibrio en el epitelio olfatorio.

En la figura 1 se ilustra cómo el sars–cov-2 afecta las neuronas del epitelio nasal. El virus se acumula principalmente en las células sustentaculares (CSuc), que expresan altas cantidades de proteínas ace2 y tmprss2.

• cm: célula madre.3
  Desde la perspectiva de que el SARS-CoV-2 actúa como un ladrón intentando entrar a una casa (la célula), utiliza una llave especial para poder abrir la puerta. En este caso, la puerta es la membrana celular, y la llave que desbloquea la entrada es la proteína TMPRSS2.
• cSuc: célula sustentacular.
• nro: neurona receptora olfativa.
• nom: neuronas receptoras olfativas maduras.
• Flechas rojas: entrada del virus.

Figura 1. Evolución temporal de las afectaciones en los nervios epiteliales de la mucosa olfativa causadas por infecciones virales. Caso de estudio: SARS-COV-2. (Adaptado de Meinhardt et al., 2021, y Butowt et al., 2021). A: ubicación de tejidos nerviosos y epiteliales en la mucosa olfativa. B: entrada del virus al epitelio olfativo y progresiva pérdida del olfato en pacientes infectados por sars-cov-2. C: progresión temporal de la pérdida y recuperación del olfato en pacientes infectados por covid-19. Crédito: elaboración propia.

Mecanismos de defensa y regeneración

Las células sustentaculares (CSuc) juegan un papel clave en proteger las neuronas olfativas. Estas células “atrapan” moléculas odorantes unidas a proteínas (figura 1-C) mediante un proceso llamado endocitosis. Es como si las células “comieran” estas moléculas para defenderse de posibles daños o nutrirse. En este caso, la endocitosis ayuda a desintoxicar las neuronas receptoras olfativas (nro) y mantener su equilibrio, lo que es esencial para que puedan cumplir su función (Li et al., 2020).

Cuando las células sustentaculares no funcionan correctamente, la percepción de los olores se ve alterada. Hasta ahora, los científicos no han logrado comprender completamente cómo el virus sars–cov-2 afecta a estas células. Se manejan dos hipótesis principales: que el virus se transfiere de las células sustentaculares a las neuronas olfativas maduras o que infecta directamente estas últimas.

Aunque ambas tienen capacidad de regenerarse gracias a las células madre (figura 1-B, flechas azules), el proceso no ocurre al mismo ritmo. Las sustentaculares se reemplazan más rápidamente, mientras que las neuronas olfativas maduras necesitan primero regenerar las receptoras olfativas. Estas nuevas neuronas deben extender sus axones —que funcionan como cables de conexión—4 desde la nariz hasta el cerebro, un proceso que toma tiempo.

La duración de la anosmia (pérdida del olfato) o hiposmia (reducción del olfato) depende de la gravedad del daño en el epitelio sensorial (figura 1-B). Si las neuronas receptoras son destruidas masivamente, el tiempo de recuperación será mucho más prolongado. Estas diferencias en el daño y la recuperación también se han observado en estudios con humanos y animales, donde los efectos varían significativamente según el caso.

¿Y cómo se pierde el gusto?

La pérdida del gusto podría explicarse mediante una hipótesis similar a la de la pérdida del olfato, ya que ambos sentidos suelen verse afectados en un período de tiempo similar. Sin embargo, aún no existen estudios suficientes para confirmarlo. Un estudio realizado en ratones mostró que sus papilas gustativas no contenían niveles significativos de las proteínas ace2 y tmprss2. Recordemos que estas proteínas son utilizadas por el virus sars–cov-2 para infiltrarse en los nervios olfativos, camuflarse y causar daño, como se explicó anteriormente.

Conclusiones

La pérdida total (anosmia) o parcial (hiposmia) del olfato se debe principalmente a la entrada del virus, la infección y la muerte de las células sustentaculares. Esto no implica necesariamente un daño directo, infección o necesidad de regeneración de las neuronas olfativas maduras. Por lo tanto, el mecanismo más probable para la disfunción olfativa transitoria es la pérdida temporal de la función de las células sustentaculares.

En cuanto al gusto, la falta de investigaciones concluyentes ha dejado esta área abierta a hipótesis que aún no han podido comprobarse. Se necesita más evidencia científica para entender completamente cómo el sars–cov-2 afecta este sentido.

Referencias

• Butowt, R., y von Bartheld, C. S. (2020). Anosmia in covid-19: Underlying mechanisms and assessment of an olfactory route to brain infection. Neuroscientist, 85–94. https://doi.org/10.1177/1073858420956905
• Li, Z., Liu, T., Yang, N., Han, D., Mi, X., Li, Y., Liu, K., Vuylsteke, A., Xiang, H., y Guo, X. (2020). Neurological manifestations of patients with covid-19: Potential routes of sars–cov-2 neuroinvasion from the periphery to the brain. Frontiers of Medicine, 14(5), 533–541. https://doi.org/10.1007/s11684-020-0786-5
• Liang, F., y Wang, D. Y. (2021). covid-19 anosmia: High prevalence, plural neuropathogenic mechanisms, and scarce neurotropism of sars–cov-2? Viruses, 13(11). https://doi.org/10.3390/v13112225
• Meinhardt, J., Radke, J., Dittmayer, C., Mothes, R., Franz, J., Laue, M., Schneider, J., Brünink, S., Hassan, O., Stenzel, W., Windgassen, M., Rößler, L., Goebel, H.-H., Martin, H., Nitsche, A., Schulz, W. J., Hakroush, S., Winkler, M. S., … Heppner, F. L. (2020). Olfactory transmucosal sars–cov-2 invasion as port of central nervous system entry in covid-19 patients. medRxiv. https://doi.org/10.1101/2020.06.04.135012
• Streeck, H. (2020, marzo). Neue Corona-Symptome entdeckt: Virologe Hendrik Streeck zum Virus. Frankfurter Allgemeine Zeitung, 1.
• Vaira, L. A., Hopkins, C., Sandison, A., Manca, A., Machouchas, N., Turilli, D., Lechien, J. R., Barillari, M. R., Salzano, G., Cossu, A., Saussez, S., y de Riu, G. (2020). Olfactory epithelium histopathological findings in long-term coronavirus disease 2019 related anosmia. Journal of Laryngology and Otology, 134(12). https://doi.org/10.1017/S0022215120002455

Recepción: 2023/08/25. Aprobación: 2024/08/10. Publicación: 2025/01/13.

Resumen

Los sistemas hidrotermales submarinos son manifestaciones del calor interno de la Tierra que ocurren principalmente en límites divergentes, convergentes y fallas transformantes. Se caracterizan por chimeneas de variadas formas y composiciones, que expulsan fluidos a temperaturas superiores a los 400°C. Estos entornos extremos permiten explorar procesos clave como el origen de la vida, la acidificación oceánica y dinámicas geológicas y químicas únicas. Además, albergan especies exclusivas, adaptadas a estas condiciones. Este artículo introduce los principales aspectos de los sistemas hidrotermales submarinos, resaltando su importancia científica y ecológica.
Palabras clave: sistemas hidrotermales, chimeneas submarinas, ecosistemas extremos, mineralización marina, vida oceánica.

Hydrothermal Systems: Secrets of the Deep Ocean?

Abstract

Submarine hydrothermal systems are manifestations of the Earth’s internal heat that primarily occur at divergent and convergent boundaries, as well as transform faults. They are characterized by vents of various shapes and compositions, which expel fluids at temperatures exceeding 400°C. These extreme environments provide opportunities to explore key processes such as the origin of life, ocean acidification, and unique geological and chemical dynamics. Additionally, they host exclusive species uniquely adapted to these conditions. This article introduces the main aspects of submarine hydrothermal systems, highlighting their scientific and ecological significance.
Keywords: hydrothermal systems, submarine vents, extreme ecosystems, marine mineralization, ocean life.

Introducción

Los sistemas hidrotermales submarinos son áreas donde el agua, calentada geotérmicamente, se descarga en el fondo marino (Prol-Ledesma y Canet, 2014). Este fenómeno ocurre a través de fracturas o fallas geológicas, al final de las cuales se forman aperturas u orificios por donde emerge el agua hidrotermal. Alrededor de estas aperturas se desarrollan estructuras conocidas como chimeneas hidrotermales (figura 1), compuestas principalmente por minerales precipitados, arena, rocas, basalto degradado, restos calcáreos (como fragmentos de conchas y espinas) y tapetes bacterianos.1 El agua que fluye de estas chimeneas puede alcanzar temperaturas superiores a los 400 °C, aunque la alta presión oceánica impide que hierva (noaa, 2024).

Figura 1. Diagrama simplificado que muestra el funcionamiento de un sistema hidrotermal submarino en el centro de una dorsal oceánica. Crédito: Elaboración propia, basada en Massoth et al. (1988).

Las condiciones físicas y químicas, junto con la periodicidad y duración de las descargas hidrotermales, determinan la forma y el tamaño de las chimeneas. La figura 2a muestra manifestaciones hidrotermales a 9 m de profundidad y 400 m de la Playa de Punta Pantoque, en la Bahía de Banderas, Nayarit. La poca profundidad de estas estructuras influye en su tamaño, ya que están expuestas a la acción del oleaje, las corrientes de fondo y las tempestades. En contraste, la figura 2b presenta una chimenea ubicada a 3000 m de profundidad en la dorsal Mesoatlántica. Esta última exhibe una estructura prominente y bien definida, cuyas descargas contienen principalmente sulfuros2 de hierro, lo que les da su característico color negro. Por esta razón, en inglés se les conoce como black smokers.

Figura 2. Chimeneas hidrotermales. a) Descargas hidrotermales a 9 m de profundidad en la Bahía de Banderas, Nayarit, México (Rodríguez-Uribe et al., 2024). b) Fumarola negra (black smoker) a 3000 m de profundidad en la dorsal Mesoatlántica, océano Atlántico (MARUM -Center for Marine Environmental Sciences, 2007.).

El objetivo de este artículo es ofrecer un primer acercamiento a los sistemas hidrotermales submarinos, describiendo sus características físicas, químicas y geológicas, así como su relevancia biológica.

El inicio de la exploración de los sistemas hidrotermales

La exploración de los sistemas hidrotermales comenzó en 1964, durante una expedición del barco de investigación y exploración científica rrs Discovery. En esta misión se descubrieron zonas con salmueras calientes3 (temperaturas superiores a 44 °C) a 2000 m de profundidad en el Mar Rojo, un sitio que hoy se conoce como “Atlantis II Deep” (Swallow, 1969). El análisis de estas salmueras reveló una mezcla inusual de agua marina profunda y agua enriquecida con compuestos químicos peculiares (Charcock, 1964). Este hallazgo despertó el interés de la comunidad científica hacia los sistemas hidrotermales, lo que marcó el inicio de investigaciones que han ampliado significativamente nuestro entendimiento de los procesos geológicos, físicos, químicos y biológicos asociados a estos entornos. Entre los avances más destacados está el descubrimiento de ecosistemas únicos en dichas regiones.

¿Dónde se localizan los sistemas hidrotermales submarinos?

Los sistemas hidrotermales submarinos se forman en áreas con intensa actividad tectónica, donde el agua interactúa con fuentes de calor subterráneas (tabla 1) y circula a través de fracturas en la corteza oceánica. Estos sistemas pueden encontrarse a distintas profundidades, desde la zona intermareal hasta la región abisal. Actualmente, se han identificado 721 sitios hidrotermales, tanto profundos como someros (InterRidge, 2023; figura 3).

Tabla 1. Entornos geológicos propicios para la formación de sistemas hidrotermales submarinos.

Figura 3. Distribución global de los sistemas hidrotermales submarinos. Los círculos rojos indican la ubicación de los sitios conocidos. Crédito: Elaboración propia, basada en InterRidge Maps (2023) e InterRidge (2023).

Principales características

Los sistemas hidrotermales submarinos se clasifican en dos tipos principales: profundos (más de 200 m de profundidad; figura 4a) y someros (menos de 200 m de profundidad; figura 4b) (Tarasov et al., 2005). Esta clasificación no sólo se basa en la profundidad, sino también en diferencias significativas en los procesos físicos, químicos y biológicos que ocurren en cada tipo de sistema.

La tabla 2 presenta un resumen comparativo de las principales características de ambos fenómenos, destacando las variaciones en sus condiciones ambientales y las adaptaciones de las especies que habitan en ellos.

Tabla 2. Comparación de las principales características físicas, químicas y biológicas entre los sistemas hidrotermales profundos y someros.

Figura 4. Representación gráfica de los sistemas hidrotermales submarinos. A) Sistema hidrotermal submarino profundo. B) Sistema hidrotermal submarino somero. Crédito: elaboración propia.

La importancia de los sistemas hidrotermales

El estudio de los sistemas hidrotermales submarinos abarca diversos aspectos fundamentales. A continuación, se destacan algunos ejemplos que subrayan su relevancia:

1. Origen de la vida en la Tierra.

2. Laboratorios naturales.

3. Generadores de minerales.

Conclusión

Los sistemas hidrotermales submarinos representan entornos extremos caracterizados por altas temperaturas y complejas interacciones geológicas, físicas, químicas y biológicas. Aunque su estudio exige importantes recursos humanos y económicos, su exploración es crucial.

Comprender estos sistemas permitirá no sólo conservarlos, sino también aprovecharlos de forma sostenible en el futuro. Además de ser fuentes de minerales de valor comercial, albergan especies únicas adaptadas a condiciones extremas que no se encuentran en otros ambientes. Conocer su existencia y funcionamiento es un paso esencial para ampliar nuestra comprensión del planeta y sus dinámicas.

Referencias

• Canet, C., y Prol-Ledesma, R. M. (2006). Procesos de mineralización en manantiales hidrotermales submarinos someros. Ejemplos en México. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 58(1), 83-102. https://doi.org/10.18268/bsgm2006v58n1a3
• Charnock, H. (1964). Anomalous bottom water in the Red Sea. Nature, 203(4945), 591-591. https://doi.org/10.1038/203591a0
• Colín-García, M., Heredia, A., Cordero, G., Camprubí, A., Negrón-Mendoza, A., Ortega-Gutierrez, F., Beraldi, H., y Ramos-Bernal, S. (2016). Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: A review. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 68(3), 599-620. https://www.scielo.org.mx/pdf/bsgm/v68n3/1405-3322-bsgm-68-03-00599.pdf
• Fanelli, E., Di Giacomo, S., Gambi, C., Bianchelli, S., Da Ros, Z., Tangherlini, M., Andaloro, F., Romeo, T., Corinaldesi, C., y Danovaro, R. (2022). Effects of local acidification on benthic communities at shallow hydrothermal vents of the Aeolian Islands (Southern Tyrrhenian, Mediterranean Sea). Biology, 11(2), 321. https://doi.org/10.3390/biology11020321
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• InterRidge. (2023). InterRidge Vents Database Ver. 3.4, consultado el 24 de agosto de 2023 en https://vents-data.interridge.org/ventfields
• marum. (2007). Descargado el 22 de septiembre de 2024 en https://imaggeo.egu.eu/view/43/
• Massoth, G. J., Milburn, H. B., Hammond, S. R., Butterfield, D. A., McDuff, R. E., y Lupton, J. E. (1988). The geochemistry of submarine venting fluids at axial volcano, Juan de Fuca ridge: New sampling methods and a vents program rationale. En Global venting, midwater, and benthic ecological processes. noaa Rockville, M.D. Vol. 88, pp. 29-59.
• noaa (National Oceanic and Atmospheric Administration). (2024). Hydrothermal vents. Consultado el 15 de septiembre de 2024 en https://oceanexplorer.noaa.gov/edu/materials/hydrothermal-vents-fact-sheet.pdf
• Prol-Ledesma, R. M., y Canet, C. (2014). Evaluación y explotación de los recursos geotérmicos del océano. En A. Low-Pfeng & E. M. Peters-Recagno (Eds.), La frontera final: El océano profundo (pp. 11-30).
• Rodríguez-Uribe, M. C., Jarquín-González, J., Salazar-Silva, P., Chávez-Dagostino, R. M., Balzaretti Merino, N. (2024). Cumaceans (Crustacea, Peracarida) associated with shallow-water hydrothermal vents at Banderas Bay, Mexico. Biodiversity Data Journal, 12. https://doi.org/10.3897/bdj.12.e139801.
• Swallow, J. C. (1969). History of the exploration of the hot brine area of the Red Sea: discovery account. En Hot brines and recent heavy metal deposits in the Red Sea: A geochemical and geophysical account;(pp. 3-9). https://doi.org/10.1007/978-3-662-28603-6_1
• Tarasov, V. G., Gebruk, A. V., Mironov, A. N., y Moskalev, L. I. (2005). Deep-sea and shallow-water hydrothermal vent communities: Two different phenomena? Chemical Geology, 224(1-3), 5-39. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2005.07.021

Recepción: 2023/09/14. Aprobación: 2024/08/25. Publicación: 2025/01/13.

Resumen

Los residuos de camarón son una fuente importante de compuestos industriales, como la quitina. Sin embargo, a pesar de los estudios realizados, estos residuos no se aprovechan completamente. Actualmente, solo se utiliza un proceso químico para obtener quitina, pero este método no permite recuperar otros componentes valiosos como proteínas y carotenoides, y consume grandes cantidades de agua y energía. Por ello, se han explorado alternativas más eficientes. La fermentación láctica (fl) ha demostrado ser una estrategia económica y eficaz para aprovechar los residuos de camarón. Este proceso genera dos fases: una sólida y una líquida (licor), que contienen proteínas hidrolizables, minerales, ácidos grasos poliinsaturados, carotenoides y quitina. Estos productos tienen potencial para ser utilizados como fuentes de antioxidantes, antiinflamatorios, inmunomoduladores y en la formulación de alimentos. De este modo, la fl de los residuos de camarón no solo contribuye a la reducción de problemas ambientales, sino que también añade valor a los desechos de la industria pesquera.
Palabras clave: residuos de camarón, fermentación láctica, quitina, valoración de residuos, antioxidantes naturales.

Shrimp that is discarded is lost: lactic fermentation as a solution

Abstract

Shrimp waste is an important source of industrial compounds, such as chitin. However, despite the studies conducted, these residues are not fully utilized. Currently, only a chemical process is used to obtain chitin, but this method does not recover other valuable components such as proteins and carotenoids, and it consumes large amounts of water and energy. Therefore, more efficient alternatives have been explored. Lactic fermentation (fl) has proven to be an economical and effective strategy for utilizing shrimp waste. This process generates two phases: a solid and a liquid (liquor), which contain hydrolyzable proteins, minerals, polyunsaturated fatty acids, carotenoids, and chitin. These products have the potential to be used as sources of antioxidants, anti-inflammatory agents, immunomodulators, and in food formulation. Thus, fl of shrimp waste not only contributes to reducing environmental issues but also adds value to the waste from the fishing industry.
Keywords: shrimp waste, lactic fermentation, chitin, waste valorization, natural antioxidants.

Introducción

Durante años, la generación de residuos alimenticios ha generado problemas sociales, económicos y ambientales. En particular, los alimentos marinos obtenidos por la acuicultura y la pesca producen grandes volúmenes de residuos (Navarrete-Bolanos et al., 2020; Suresh et al., 2018). En México, el consumo de camarón es muy popular, pero las cáscaras, cabezas y colas son tiradas a la basura ya que no hay formas eficientes para aprovecharlos (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a). Los científicos han descubierto que los residuos de camarón tienen grandes cantidades de quitina,1 proteínas, ácidos grasos y pigmentos de gran valor en la industria (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Jafari et al., 2023; Leiva-Portilla et al., 2023). El problema es que estos compuestos son obtenidos mediante métodos químicos que generan residuos tóxicos de solventes, y también se consume mucha agua y energía durante su obtención (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021b). Por lo tanto, se han buscado estrategias más eficientes para obtener estos compuestos, entre ellos se encuentra la tecnología de ultrasonido, altas presiones y fluidos supercríticos, así como la fermentación ácido-láctica (fl) (Cabanillas-Bojórquez, et al., 2021b; Cabanillas-Bojórquez et al., 2023; Leiva-Portilla et al., 2023; Navarrete-Bolanos et al., 2020; Suresh et al., 2018). Estas técnicas reducen el uso desmedido de agentes químicos, agua y energía; además, también mejoran la recuperación de dichos compuestos.

¿Qué es la fermentación láctica?

La fermentación láctica se define como la transformación de los azúcares contenidos dentro de un medio, a un compuesto llamado ácido láctico,2 mediante bacterias denominadas ácido-lácticas, las cuales degradan la pared celular de las células, entre ellas, las de los residuos de camarón mediante el descenso de pH,3 aunado a la generación de enzimas4 durante el proceso (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Peña García et al., 2020; Zhou et al., 2021). Y si te preguntas, ¿cómo se lleva a cabo este proceso? La explicación es la siguiente: la fermentación láctica se desarrolla principalmente en recipientes herméticos y a temperaturas entre los 20-40°C; esto ocurre debido a la descomposición de las moléculas de azúcar por el metabolismo de las bacterias como Bacillus, Enterococcus, Streptococcus y Lactobacillus. Asimismo, distintas fuentes de carbono han sido estudiadas como sacarosa,5 fructosa, glucosa, así como la mezcla de todas ellas. Por otro lado, se han utilizado fuentes de azúcares provenientes de residuos industriales como la melaza de caña, un subproducto de la refinación del azúcar comercial, que contiene un alto contenido de azúcares como fructosa y sacarosa, entre otros (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021b; Doan et al., 2019; Suresh et al., 2018; Ximenes et al., 2019).

¿Cómo afecta el proceso de fermentación láctica a los compuestos bioactivos de los desechos de camarón?

Según investigaciones publicadas a lo largo del mundo, la fl separa los componentes de los residuos de camarón, ya que durante este proceso las proteínas se modifican por la disminución del pH y por las enzimas producidas por algunas bacterias ácido-lácticas (Hamdi et al., 2024; Navarrete-Bolanos et al., 2020; Suresh et al., 2018). Esto a su vez, permite que se liberen los pigmentos que se encuentran atrapados con las proteínas, así como azúcares, ácidos grasos, minerales y quitina. En este sentido, se obtienen dos fases al final del proceso, un sólido y un líquido denominado licor (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Cabanillas-Bojórquez et al., 2021b) (ver figura 1).

Figura 1. Diagrama de proceso de fermentación láctica de residuos de camarón. Crédito: elaboración propia.

¿La fermentación ácido-láctica produce compuestos de valor económico?

Según ciertos reportes, el sólido obtenido de la fl de los residuos de camarón posee principalmente quitina y trazas de minerales, ácidos grasos y pigmentos; mientras que el licor contiene importantes cantidades de ácidos grasos, proteína, minerales y pigmentos (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Jafari et al., 2023; Ximenes et al., 2019) (ver figura 2). Te preguntarás si estos compuestos obtenidos son importantes, pues en estudios previos, la quitina proveniente de residuos de camarón es comparable con la obtenida mediante tratamientos químicos con agentes nocivos, como son el hidróxido de sodio6 (NaOH) y ácido clorhídrico (HCl),7 los cuales al utilizarse en grandes volúmenes necesitan ser estabilizados antes de ser desechados al ambiente, por lo que procesos alternativos como la fermentación láctica se convierte en un método atractivo, debido a que se reduce el gasto energético, el uso de agentes químicos y de agua (Cabanillas-Bojórquez et al., 2023; Peña García et al., 2020; Suresh et al., 2018).

Figura 2. Composición de los productos de la fermentación láctica de residuos de camarón. Crédito: elaboración propia.

Una pregunta importante de resolver es: ¿qué aplicaciones en la industria tiene la quitina? Y es fácil de responder: ya que son diversos los usos que se le dan a la quitina obtenida mediante fermentación láctica. Esta se ha utilizado como antioxidante, estimulador de crecimiento en plantas,8 y como material para obtener otro biopolímero importante en la industria llamado quitosano. (Cabanillas-Bojórquez et al., 2023; Canpulat et al., 2022; Peña García et al., 2020; Xin et al., 2020) (ver figura 3). El quitosano es un compuesto natural derivado de la quitina, el cual es considerado uno de los biopolímeros más importante, debido a su variada aplicación en la industria cosmética, farmacéutica y de los alimentos (Cabanillas-Bojórquez et al., 2023).

Figura 3. Características del sólido fermentado de los residuos de camarón. Crédito: elaboración propia.

Si el sólido proveniente de la fermentación láctica contiene importantes compuestos como la quitina, ¿entonces, por qué estudiar el licor? El licor obtenido de la fermentación láctica de los residuos de camarón, se compone de proteínas que fueron reducidas a un menor tamaño, denominadas hidrolizadas, y fracciones aún más pequeñas con aminoácidos esenciales, conocidos como péptidos, los cuales pueden usarse para mejorar el sabor, como ingrediente funcional o aditivo nutricional para alimentos de animales de granja y peces de cultivo (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Peña García et al., 2020; Jafari et al., 2023; Leiva-Portilla et al., 2023; Ximenes et al., 2019).

Además, el licor tiene un alto contenido de ácidos grasos poliinsaturados omega-3,9 que se han relacionado con la prevención de diversas enfermedades como alergias, y problemas cardiovasculares como la hipertensión y trombosis, mediante la modulación de colesterol (hdl) y triglicéridos (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021b; Suresh et al., 2018) (ver figura 4).

Figura 4. Características del licor fermentado de los residuos de camarón. Crédito: elaboración propia.

Por otro lado, el licor de la fermentación de residuos de camarón es alto en pigmentos antioxidantes como la astaxantina. Pero ¿qué es la astaxantina? Se trata de un compuesto ampliamente estudiado ya que tiene una elevada capacidad antioxidante, la cual se ha relacionado con la protección contra los rayos UV en ojos, retarda la aparición de manchas y arrugas en la piel, además de prevenir la obesidad y diabetes (Jafari et al., 2023; Leiva-Portilla et al., 2023; Suresh et al., 2018). Asimismo, se ha relacionado a este compuesto con una disminución en la incidencia de enfermedades relacionadas con inflamación como la diabetes, la hipertensión y el cáncer. También se ha demostrado que la astaxantina obtenida por el proceso de fermentación láctica tiene una mayor estabilidad al estar en combinación con ácidos grasos, potencializando sus efectos en la salud.

Perspectivas

¿Sabías que México sigue siendo uno de los principales productores y consumidores de camarón? Según, datos de la conapesca, nuestro país tuvo una producción de camarón de más de 192 mil toneladas, con un valor equivalente a 19 mil 800 millones de pesos, posicionándolo como el séptimo país productor de este alimento (conapesca, 2024). Sin embargo, también se producen grandes volúmenes de residuos (alrededor de 96 mil toneladas), debido a que alrededor del 50% en peso del camarón no se consume, por lo que se acumulan en las costas o se vierten al medio ambiente, provocando un impacto ambiental considerable.

Entonces, ¿qué hacemos con los residuos de camarón si no se pueden consumir? Como se ha expuesto en líneas anteriores, existen diversas estrategias para valorizar estos residuos, la más interesante es la extracción de compuestos de interés industrial (ver figura 5), como las proteínas hidrolizadas (Leiva-Portilla et al., 2023), pigmentos (como la astaxantina) (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021; Jafari et al., 2023), quitina (Gharibzadeh et al., 2023) y ácidos grasos poliinsaturados (Suresh et al., 2018); por lo tanto, se han buscado estrategias para la extracción de estos compuestos.

Figura 5. Potenciales industrias de los productos de la fermentación láctica de los residuos de camarón. Crédito: elaboración propia.

¿Es la fermentación láctica una estrategia innovadora para la obtención de los compuestos de los residuos de camarón? Si, se ha reportado que el proceso de fl se ha convertido en una estrategia interesante en la búsqueda de optimizar los recursos (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Navarrete-Bolanos et al., 2020).

Actualmente, se siguen realizando modificaciones al proceso de fermentación láctica de residuos de camarón, donde se ha reportado el uso de diferentes especies de bacterias ácido-lácticas, mezclas del efecto de las bacterias lácticas con enzimas, así como el uso de distintas fuentes de carbono no convencionales con el fin de reducir el costo energético y el consumo de agua (Cabanillas-Bojórquez et al., 2021a; Cabanillas-Bojórquez et al., 2023; Gharibzadeh et al., 2023; Ximenes et al., 2019; Xin et al., 2020). Por lo anterior, se espera que surjan estrategias innovadoras para la reutilización de los residuos de camarón con vías de explotar este recurso, siendo una gran oportunidad de desarrollo económico y social.

Conclusión

Los residuos de camarón poseen compuestos de interés en la industria, entre ellos se destacan la quitina, los ácidos grasos poliinsaturados, las proteínas y los carotenoides. Actualmente, los desechos de camarón son vertidos al ambiente, por lo que se han buscado estrategias para darles valor. Entre estas estrategias, se encuentra la fermentación láctica, la cual es un proceso sencillo y económicamente viable; además, durante este proceso se obtienen dos productos (sólido y licor) que han sido reportados como ricos en compuestos de interés industrial. Por lo tanto, la fermentación láctica de los residuos de camarón es una estrategia sustentable para valorizar un residuo de la industria pesquera.

Referencias

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Recepción: 2023/09/18. Aceptación: 2024/09/25. Publicación: 2025/01/13.