El ser humano es una especie que biológica y culturalmente ha demostrado su capacidad de adaptación a las cambiantes condiciones de vida. Si bien, muchas de estas situaciones han sido generadas por el propio humano y su veta depredadora de la naturaleza —que se manifiesta en fenómenos como el calentamiento global, las hambrunas o la recién superada pandemia, cuyos efectos se exacerban en un mundo social lleno de desigualdades e inequidades que nos han puesto al borde la extinción como especie—, también es justo saber apreciar y fomentar lo que la humanidad ha creado. Como la música y demás artes, y cada una de las acciones de solidaridad, empatía y amor que de manera cotidiana y en los eventos de mayor tribulación surgen en cada uno de nosotros, nosotras y nosotres, y que es lo que en esencia refleja el espíritu humano y su capacidad transformadora.

La ciencia y la tecnología, como productos del conocimiento y actividad humana, revisten un caso especial, ya que lo mismo han sido empleadas para fines atroces y destructivos de manera consciente e inconsciente, que para las más grandes hazañas y mejoramiento de la humanidad. Los trece artículos que conforman este número de la Revista Digital Universitaria de la unam son una buena estampa de cómo el conocimiento que se genera por medio de la ciencia y la tecnología puede ser usado para propósitos enfocados en el bienestar de las personas y del mundo.

De esta manera, los artículos “Prebióticos orales: alternativa para el tratamiento y prevención de caries”, “¡No lo tires, aprovéchalo, es bioeconomía!” y “¿Algas en mi comida? ¿Es en serio?” son muestra acerca de cómo es que este conocimiento, que se produce desde distintas disciplinas, con diferentes alcances y en una variedad de instituciones y latitudes, puede generar beneficios tangibles, prácticos y cotidianos en la vida de millones de personas.

A la vez, cada uno de los artículos son una invitación a profundizar en las problemáticas que como personas enfrentamos a partir de develar nueva información en torno a, por ejemplo, los efectos del estrés en el embarazo y cómo esto nos afecta desde que nos encontramos en el vientre materno, situación que queda ilustrada en el artículo “Obesidad infantil: influencia de la nutrición y el estrés materno”. O bien, acerca de los avances y nuevos tratamientos de enfermedades que están presentes en los seres humanos desde hace siglos como es el caso de los distintos tipos de cáncer, los padecimientos autoinmunes o la enfermedad de Parkinson, y que se abordan en los textos “Explotando el código dulce: aplicaciones biomédicas de las lectinas” y “¿Qué hay de nuevo en la búsqueda para tratar a la enfermedad de Parkinson?”.

Los beneficios que la ciencia y la tecnología ha traído no se restringen a la vida humana, ni se traducen únicamente en formas utilitarias o prácticas del conocimiento. Así, en los artículos “La tecnología y la conservación de especies: el poder de las cámaras-trampa”, “Historias de un viejo lobo de mar”, “Los hidroides: pequeños grandes viajeros” y “Los carábidos: un vistazo a los escarabajos de suelo” se da cuenta de cómo la ciencia y la tecnología ayudan a comprender los efectos de la acción humana sobre otras especies y en el ambiente. Lo que estos cuatro textos encierran es un llamado a la acción para tomar conciencia de que no somos los únicos que tenemos derechos sobre este mundo y que las consecuencias de lo que hagamos repercuten para mal o para bien en los ecosistemas y en la vida de los otros habitantes de la tierra.

Por su parte, el artículo “Aceites esenciales al rescate en las prácticas agrícolas” nos interpela en torno a cómo las consecuencias de nuestras acciones también nos afectan en nuestra salud y vida. Asimismo, el texto “Alcaloides en la cultura: plantas y hongos alucinógenos mexicanos” nos invita a reflexionar acerca de la manera en que, como sociedad, procesamos nuestros miedos y hasta qué punto hemos perdido la espiritualidad o la cosmovisión que en muchas culturas originarias en México persiste y les permite vivir en equilibrio con la naturaleza y el mundo que han construido.

Como cierre del número, y en lo que ya se ha vuelto una tradición de la rdu, se nos presenta en la sección Universidades el artículo titulado “Explorando la educación multimodal en artes: Licenciatura en Educación Artística”, que explora las posibilidades de la educación multimodal en la enseñanza y aprendizaje en el campo de la educación artística, para trascender los límites espaciales y temporales que constriñen la acción educativa humana. Con este cierre de número volvemos al punto de origen de esta editorial: el lugar que ocupa la ciencia y tecnología como un catalizador de cambios y mejoras.

Así, cada uno de los textos que, a través de una cuidadosa selección y un esmerado trabajo de edición, conforman este número de la rdu es una oportunidad para pensarnos en nuestra cotidianidad de una manera diferente. De reconocer en nosotros, nosotras y nosotres la responsabilidad que, como representantes de la especie humana, tenemos para hacer de este un mundo mejor para todas las especies que lo habitan y con ello darnos una nueva vida.

Resumen

En las últimas décadas, el consumo de fructosa en México se ha incrementado dramáticamente. Este azúcar se utiliza como endulzante en refrescos, jugos embotellados, cereales, panadería, lácteos y caramelos. Su consumo diario está asociado con el desarrollo de síndrome metabólico, diabetes, obesidad y con efectos dañinos en el cerebro, que alteran el apetito, el ciclo sueño-vigilia, la neurogénesis, el aprendizaje y la memoria. El objetivo de este artículo es describir la gran variedad de efectos nocivos para la salud generados por el consumo excesivo de fructosa.
Palabras clave: fructosa, síndrome metabólico, cerebro, aprendizaje, memoria.

Fructose, that sweet enemy

Abstract

In the last decades, fructose consumption in Mexico has increased dramatically. This sugar is used as a sweetener in soft drinks, bottled juices, cereals, bakery, dairy and candies. Its daily consumption is associated with the development of metabolic syndrome, diabetes, obesity and with harmful effects on the brain that modify appetite, the sleep-wake cycle, neurogenesis, learning and memory. The aim of this article is to describe the wide variety of harmful effects on health generated by the excessive consumption of fructose.
Keywords: fructose, metabolic syndrome, brain, learning, memory.

Introducción

La fructosa, también llamada “azúcar de la fruta”, fue descubierta en 1847 por el químico francés Augustin-Pierre Dubrunfaut. Posteriormente, entre 1884 y 1894, el químico alemán Emil Fischer realizó varios ensayos para poder sintetizar fructosa de manera artificial. Gracias a sus estudios se pudo conocer la estructura química de diversos azúcares, también llamados monosacáridos. Por todas estas investigaciones, en 1902, Fischer fue galardonado con el Premio Nobel de Química (American Chemical Society [acs], 2017).

A lo largo de la vida cotidiana, el ser humano ingiere la fructosa que se encuentra de manera natural en frutas. En general, suponemos que las frutas son saludables debido a su alto contenido de vitaminas, minerales y fibra. Sin embargo, se ha cuantificado que en algunas frutas las cantidades de fructosa son significativamente altas. Por ejemplo, por cada 100 gramos de frutos secos como pasas o higos se pueden encontrar hasta 37 y 25 gramos de fructosa, respectivamente (Johnson et al., 2003).

Existen otras fuentes importantes de fructosa en nuestra dieta, como el azúcar de mesa y el jarabe de maíz de alta fructosa (jmaf). Éste es un endulzante constituido por una mezcla de fructosa-glucosa en proporciones 55-45%, y obtenido a partir de reacciones químicas que transforman la mayor parte de la glucosa del maíz en fructosa. Aunque el proceso de producción del jmaf fue descrito por primera vez en 1957, no fue sino hasta la década de los setenta que la industria alimenticia comenzó a sustituir el azúcar de caña por este endulzante. Así, desde 1980 el jmaf se estableció como uno de los principales ingredientes en la industria de refrescos, alimentos procesados, cereales y panadería, lácteos y dulcería (Khorshidian et al., 2021).

En la actualidad, una de las fuentes más importantes de ingesta de fructosa en la población son los refrescos. A finales de los años noventa, Estados Unidos ocupó el primer lugar mundial en el consumo anual per cápita de estas bebidas; sin embargo, la tendencia en ese país se ha ido paulatinamente a la baja. Los últimos reportes indican que México ocupa el primer lugar como consumidor de refrescos en el mundo, con un promedio de 163 litros por persona al año (Delgado, 2019).

Algunos estudios nutricionales han demostrado que los refrescos pueden contener aproximadamente 110 gramos de azúcares por litro, de los cuales 55% corresponde a fructosa (Ando et al., 2023). Entonces, si una persona bebe un litro de refresco diariamente, podría estar ingiriendo alrededor de 60 gramos de fructosa. Este alarmante dato está, además, subestimado, porque únicamente toma en cuenta la fructosa contenida en refrescos y omite aquella que se encuentra en cereales, pastelillos, caramelos y otros alimentos procesados (ver figura 1). De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (oms), una reducción en el consumo diario de azúcares (25 gramos por día) podría proporcionar beneficios adicionales para la salud como una reduccion de los factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares (oms, 2020). Así, en este artículo se describirá la gran variedad de efectos nocivos para la salud relacionados con el consumo de fructosa, con el fin de concientizar a la población para evitar o reducir al máximo su ingesta en la dieta diaria.

Figura 1. Estructura química de la fructosa. Bebidas y alimentos procesados frecuentemente consumidos en México contienen altas concentraciones de fructosa.
Crédito: elaboración propia con Google Drawings.

Fructosa y síndrome metabólico

Después de que la fructosa es ingerida, pasa al intestino delgado, donde se absorbe a través de proteínas especializadas en transportar azúcares. Estas proteínas se encargan de transportarla desde el intestino hasta la sangre. Cuando la cantidad de fructosa es alta, el intestino se satura y detiene su absorción. Entonces la fructosa acumulada puede servir como sustrato para la fermentación bacteriana, lo que ocasiona disminución del movimiento intestinal, distención abdominal y gases (Carvallo et al., 2019). Además, la fructosa también puede estimular la descomposición de sustancias químicas llamadas purinas y elevar la producción de compuestos tóxicos, como el ácido úrico. El incremento de los niveles de ácido úrico en la sangre aumenta el riesgo de desarrollar gota, una enfermedad inflamatoria de las articulaciones. Pero la gota no es el único riesgo, estudios epidemiológicos han mostrado que niveles elevados de ácido úrico en sangre están relacionados con la aparición de enfermedades cardiovasculares, incluyendo hipertensión, acumulación de grasa en las paredes de las arterias, ritmo cardiaco irregular, dolor en el pecho e insuficiencia cardiaca (Saito et al., 2021).

Desde hace varios años se propuso que la ingesta excesiva de fructosa está relacionada con el desarrollo de síndrome metabólico (Gugliucci et al., 2020). El síndrome metabólico es una serie de desórdenes, que incluyen incremento de los niveles de glucosa y triglicéridos en sangre, resistencia a la insulina, bajos niveles de colesterol de alta densidad, también llamado “colesterol bueno”, obesidad abdominal y presión arterial elevada. Éstos, al presentarse en conjunto, pueden causar diabetes, enfermedades cardíacas e infartos cerebrales (nhlbi, 2022).

La insulina es una hormona secretada por las células del páncreas y es liberada al torrente sanguíneo después de la ingesta de alimentos. Su función principal es la de regular los niveles de azúcar ayudando a las células a absorber la glucosa. Cuando se presenta la resistencia a la insulina, las células no responden adecuadamente a esta hormona y, en consecuencia, se disminuye la capacidad de absorber glucosa. Como respuesta y para tratar de compensar este defecto, el organismo libera concentraciones mayores de insulina, lo que genera un estado de hiperinsulinemia o niveles excesivos de insulina en sangre. Los primeros estudios realizados en modelos animales demostraron que la administración de dietas altas en fructosa induce incrementos significativos de las concentraciones de insulina. Posteriormente, se ha observado que humanos con una dieta diaria suplementada con fructosa presentan niveles elevados de glucosa en sangre y resistencia a la insulina (Ter Horst et al., 2016).

Además, la fructosa es un compuesto altamente lipogénico, o sea, que favorece la síntesis de ácidos grasos. Estos ácidos grasos son la base para la producción de triglicéridos, principalmente en el hígado y en el tejido graso. Así, el consumo de fructosa promueve el depósito de grasa en el organismo, que, en consecuencia, está directamente relacionado con el desarrollo de obesidad (Gugliucci et al., 2020; ver figura 2).

Figura 2. El consumo de fructosa está asociado con el desarrollo de síndrome metabólico, caracterizado por obesidad, diabetes, hipertensión e hígado graso.
Crédito: elaboración propia con Google Drawings.

La prevalencia mundial del síndrome metabólico es preocupante, algunos estudios indican que ocurre en 20 a 25% de personas adultas y hasta en 19% de niños. En otras palabras, más de 1000 millones de personas en el mundo están ahora mismo siendo afectadas por este síndrome. En México las cifras son similares y se ha informado que la prevalencia es alrededor de 26% en adultos y de 20% en niños y adolescentes. Estas cifras están estrechamente ligadas al sobrepeso y la obesidad presentes en nuestra población (Rivera-Dommarco et al., 2018). Por lo tanto, todos estos desórdenes se han convertido en un serio problema de salud pública.

Efectos nocivos de la fructosa en el cerebro

Algunas investigaciones han mostrado que la fructosa puede concentrarse en el cerebro, lo que altera su función normal. Pero también se ha propuesto que los efectos nocivos se deben a la acumulación de otros compuestos tóxicos en la sangre (como el ácido úrico).

El impacto de la fructosa en el cerebro ha sido estudiado principalmente en dos regiones cerebrales: hipotálamo e hipocampo. El hipotálamo es una región localizada en la parte central inferior del cerebro y coordina funciones fisiológicas, como la temperatura corporal, el apetito y el ciclo sueño-vigilia. Existen dos hormonas que actúan en el hipotálamo y son determinantes en el control del apetito: la grelina y la leptina. La grelina, también conocida como “hormona del hambre”, se presenta cuando tenemos apetito. Por el contrario, la leptina, u “hormona de la saciedad”, nos ayuda a sentirnos satisfechos. Estas dos hormonas establecen un delicado equilibrio para regular el hambre y la saciedad (Bouret, 2017). El consumo de bebidas endulzadas con fructosa causa un incremento en los niveles de la grelina y una disminución de la hormona de la saciedad (leptina). De esta manera, la fructosa promueve la ingesta continua de alimentos al inhibir la señal de saciedad. Además, este azúcar tiene un poder endulzante mucho mayor que el de la sacarosa o azúcar de mesa, por lo tanto, es más placentero al paladar (Kisioglu y Nergiz-Unal, 2020).

Existen otras pequeñas moléculas, llamadas orexinas, que se sintetizan en el hipotálamo y juegan un papel muy importante en la regulación del ciclo sueño-vigilia. Hace varios años se descubrió que la narcolepsia se origina por la disminución de los niveles de orexinas en el cerebro. Los pacientes con narcolepsia presentan alteraciones del ciclo sueño-vigilia: súbitamente se quedan dormidos a lo largo del día. En la actualidad se considera que las orexinas son moléculas promotoras de vigilia, es decir, las concentraciones en el cerebro son altas durante el día y nos ayudan a mantenernos despiertos (Sánchez-García et al., 2019). Estudios realizados en roedores determinaron que el consumo diario de fructosa eleva los niveles de orexinas en el hipotálamo. Asimismo, se observó que este azúcar modifica el ciclo sueño-vigilia, incrementando el tiempo que los roedores pasan despiertos y, por el contrario, disminuyendo su período de sueño (Franco-Pérez et al., 2018). En resumen, la fructosa afecta de forma significativa funciones fisiológicas transcendentales que son reguladas por el hipotálamo.

El hipocampo es otra región cerebral, la cual tiene forma semejante a los caballitos de mar (de allí su nombre), que está localizada en la parte media del cerebro. Esta estructura regula la memoria espacial, que permite ubicarnos en el espacio y llegar a algún lugar utilizando señales del entorno. Sin embargo, el hipocampo puede ser susceptible al deterioro en respuesta a diferentes condiciones patológicas. Así, enfermedades como la epilepsia o el Alzheimer inducen daño en el hipocampo y los pacientes desarrollan amnesia, o pérdida de recuerdos, así como trastornos en la memoria espacial. Además, el hipocampo es una de las dos únicas regiones cerebrales en donde se generan nuevas neuronas. Este proceso, llamado neurogénesis, involucra el “nacimiento” y migración de nuevas células en el sistema nervioso central. En general, se asume que este proceso persiste en el cerebro adulto y que las condiciones que incrementan la tasa de neurogénesis (como correr periódicamente) mejoran las habilidades cognitivas como el aprendizaje y la memoria (Olivares-Hernández et al., 2015).

Desde hace una década se determinó que el consumo prolongado de fructosa causa déficits en la memoria espacial. Varios estudios de laboratorio describieron que los roedores que consumían fructosa eran incapaces de aprender y recordar donde se encontraba la plataforma o el túnel de escape en diversos laberintos. Asimismo, el exceso de fructosa en la dieta es una condición que inhibe completamente la neurogénesis en el hipocampo. Por lo tanto, algunos científicos han propuesto que la pérdida de memoria observada después de consumir diariamente fructosa está relacionada con la inhibición de la neurogénesis (Fierros-Campuzano et al., 2022).

También se ha observado que este azúcar genera otros procesos patológicos como neuroinflamación en el hipocampo (ver figura 3). La neuroinflamación es una respuesta muy compleja, que está caracterizada por la liberación de moléculas tóxicas que a la larga pueden inducir la muerte de las neuronas en el cerebro. Con base en lo anterior, se ha propuesto que el consumo de fructosa puede ser un factor que favorezca el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas caracterizadas por pérdida de memoria, como el Alzheimer (Johnson et al., 2023).

Figura 3. A largo plazo, la fructosa induce una gran variedad de alteraciones en el cerebro.
Crédito: elaboración propia con Google Drawings.

Conclusiones

La fructosa es una azúcar que se encuentra de forma abundante en muchas frutas. Sin embargo, en la actualidad, la principal fuente de ingesta de fructosa es el jmaf. En las últimas décadas la producción industrial de jmaf se ha incrementado exponencialmente debido a su constante uso como principal endulzante en una gran cantidad de bebidas y alimentos procesados. La fructosa ha sido descrita como un agente causante de síndrome metabólico, el cual está caracterizado por la presencia conjunta de obesidad, diabetes, niveles altos de triglicéridos en sangre e hipertensión. Al mismo tiempo, el consumo diario de fructosa está asociado con efectos dañinos en el cerebro. Estos efectos incluyen: alteración en la regulación del apetito, cambios en el ciclo sueño-vigilia, inhibición de la neurogénesis, déficit de aprendizaje y pérdida de memoria. Tomando en cuenta todos los hallazgos descritos, debemos considerar que la fructosa es un dulce enemigo que está relacionado con algunos de los principales problemas de salud pública en México.

Referencias

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Recepción: 7/12/2021. Aprobación: 27/07/2023.

Resumen

Durante las últimas décadas se han estudiado diferentes maneras de obtener nanomateriales (materiales que presentan tamaños de partícula hasta cien mil veces menor que un cabello humano). Los métodos tradicionales de síntesis requieren altas temperaturas y presiones, con el fin de obtener materiales con características específicas, como la cristalinidad, o el arreglo que tienen los átomos cuando forman una estructura. Para alcanzar estas altas temperaturas se emplean técnicas de calentamiento por convección o conducción, que suelen tomar varios días en obtener el resultado deseado. Es por ello que es importante buscar rutas que sean fáciles, rápidas, económicas y comercialmente viables para la producción de nanomateriales; una de las más importantes y versátiles investigadas en los últimos años es el uso microondas. Las microondas son ondas eléctricas y magnéticas generadas artificialmente, que provocan que las moléculas aumenten su movimiento, generando un sobrecalentamiento de manera fácil y rápida en una sustancia. Por lo anterior, una síntesis asistida por irradiación de microondas permite obtener nanomateriales con características específicas, ajustables a las necesidades de aplicación, como el tamaño y tipo de distribución de poros, el área superficial específica y la cristalinidad, que dependen en gran medida del tiempo, frecuencia y potencia de irradiación. Además, con el uso de las microondas se logra disminuir el tiempo que se emplea para la obtención de nanomateriales. Así, en este texto se abordará la importancia del uso de las microondas en la síntesis de nanomateriales a través de un contexto aplicativo y se dará una breve descripción histórica.
Palabras clave: microondas, síntesis, nanomateriales.

Microwaves in the synthesis of nanomaterials

Abstract

During the last decades, different ways of obtaining nanomaterials (materials that have particle sizes up to 100,000 times smaller than a human hair have been studied. Traditional synthesis methods require high temperatures and pressures in order to obtain specific characteristics such as crystallinity, that is, the arrangement that atoms have when they form a structure. To obtain high temperatures, convection or conduction techniques are used, which usually take several days for the desired result. That is why it is important to look for routes that are easy, fast, economical, and commercially viable to produce nanomaterials; currently, one of the most important is the use of microwave irradiation (exposure to radiation). Microwaves are artificially generated electrical and magnetic waves that cause molecules to collide with each other easily and quickly, causing overheating in a substance. Therefore, a synthesis by microwave irradiation allows to obtain nanomaterials with specific moldable characteristics that depend to a large extent on time, frequency, and irradiation power, such as size and type of pore distribution, specific surface area, and crystallinity. In addition, with the use of microwaves it is possible to reduce the time used to obtain such nanomaterials. Thus, in this text, the use of microwaves in the synthesis of nanomaterials will be addressed, in order to explain its importance through an application context and a brief historical description.
Keywords: microwave, synthesis, nanomaterials.

Introducción

Los nanomateriales son aquellos cuyo tamaño en cualquiera de sus dimensiones se encuentra entre 1 y 100 nanómetros (100,000 veces menores que un cabello humano). Obtener estos tamaños es posible gracias a la manipulación controlada de la estructura de los materiales por medio de técnicas de síntesis basadas en la modificación de la física, la química, la biología y la ciencia de los materiales (Gleiter, 2000; Silva y Medina, 2022).

En la actualidad, los nanomateriales pueden clasificarse de acuerdo con su aplicación, su estado de aglomeración, su morfología o forma, y su estructura. No obstante, la dimensión de la partícula es la característica más utilizada y completa, ya que de ella depende de la forma y el tamaño que presente. En la figura 1 se muestra un esquema de la clasificación por la dimensión del nanomaterial en el que se señalan todas las dimensiones de las estructuras que se encuentran entre 1 y 100 nm (Martínez-González et al., 2022).

Figura 1. Clasificación de nanomateriales por sus dimensiones: cero dimensional (0D) indica que todas sus dimensiones se encuentran entre 1 y 100 nm, unidimensional (1D) muestra que dos de sus dimensiones se encuentran en el orden nanométrico, bidimensional (2D) presentan una sola dimensión que es menor a 100 nm y tridimensional (3D) indica que todas sus dimensiones son superiores a 100 nm.
Crédito: elaboración propia.

Dentro de los múltiples métodos de obtención de nanomateriales que se han desarrollado en los últimos años, el uso de la irradiación con microondas ha generado muchísima atención. Esto se debe a que permite obtenerlos con propiedades texturales, de forma, cristalinidad, distribución y tamaños de partícula específicos, a través de la optimización de condiciones como la potencia y frecuencia de irradiación. Asimismo, permite la disminución del tiempo de síntesis, acortando a segundos reacciones que por métodos de calentamiento normales tardan hasta 72 horas (Jhung et al., 2006; Rivera et al., 2009). Todo esto se logra gracias a que un horno de microondas genera ondas eléctricas y magnéticas que tratan de alinerase a los dipolos de las moleculas, es decir, a su parte negativa y positiva y, al hacerlo, orientan el crecimiento de las partículas.

Descubriendo las microondas

De manera general, es posible definir las microondas como una forma de energía electromagnética (interacción entre el magnetismo y la electricidad), que se encuentra en el extremo más bajo del espectro electromagnético (radiación que se propaga en el espacio en forma de ondas; ver figura 2). Este tipo de energía se ubica en longitudes de onda (espacio que hay entre una onda y otra) de 1 a 10^-3 m, entre la radiación de infrarrojo y las ondas de radio, a frecuencias (número de ondas que pasan por un punto en un determinado tiempo) entre 0.3 y 300 GHz (Tompsett et al., 2006).

Figura 2. Espectro electromagnético.
Crédito: elaboración propia.

Con su descubrimiento, el uso de las microondas comenzó a popularizarse, principalmente en el hogar. El primer horno de microondas comercial fue desarrollado en la década de los años 40 por P. Spencer en la compañía Raytheon (Loupy, 2004). Spencer construía magnetrones para los equipos de radar durante la Segunda Guerra Mundial. En una ocasión mientras observaba un radar, se dio cuenta de que el chocolate que traía en su bolsillo se había calentado, lo cual detonó su curiosidad y comenzó a investigar. Él dedujo que al colocar el magnetrón dentro de una caja de metal y al disparar las ondas eléctricas y magnéticas, éstas tenían un efecto de calentamiento en los alimentos que se colocaban dentro.

En los primeros años de investigación enfocada en el estudio del efecto de las microondas en las síntesis de compuestos químicos, los hornos de microondas domésticos fueron de gran utilidad para estudiar todas las propiedades que pueden ser modificadas o controladas en el desarrollo de nanomateriales. Los hornos de microondas operaban a una frecuencia de 2.45 GHz y era posible controlar la temperatura a través de sondas externas, que interrumpían la irradiación cuando el sistema llegaba a la temperatura deseada (Tompsett et al., 2006). Una de las características más importantes del valor de esta frecuencia en el proceso de síntesis es que la energía transmitida por los fotones (partículas elementales de la luz) es relativamente baja (0.0016 eV), por lo que no es posible romper los enlaces químicos de los reactivos involucrados, inhibiendo la generación de reacciones químicas.

Hoy en día, los hornos que se basan en microondas cuentan con un amplio rango de aplicaciones, que incluyen la esterilización, y el secado y síntesis de compuestos orgánicos e inorgánicos, por mencionar algunos. Haciendo énfasis en las reacciones de síntesis, parte de la energía de las microondas se absorbe por el nanomaterial y se transforma en calor, lo que permite que la temperatura se incremente de manera puntual. De una forma más técnica, el calentamiento se realiza con la energía suficiente (0.037 kcal/mol) para afectar únicamente a las moléculas, mas no a la estructura (la estructura se ve afectada con energías de entre 80 y 120 kcal/mol). Así, la energía de estas ondas sólo permite calentar de manera uniforme grandes secciones, sin afectar su composición química (Jubri et al., 2012).

Sintetizando nanomateriales con microondas

Durante el proceso de síntesis con microondas, las ondas electromagnéticas se dirigen directamente a las moléculas, lo que conduce al aumento de la polaridad (polo positivo y negativo en una molécula) de la solución. Este efecto provoca que las moléculas pasen de su estado fundamental (forma de una molécula sin reaccionar) al estado de transición (forma de las moléculas cuando se aplica energía), generando un rápido aumento de la temperatura en el núcleo de la mezcla de reacción. El proceso da como resultado un calentamiento más rápido y uniforme de la solución (ver figura 3). Este calentamiento no depende directamente de la conductividad térmica (capacidad para conducir el calor) del nanomaterial, sino de la alineación de los polos de las moléculas (positivos y negativos) presentes en el medio, lo cual es posible controlar gracias a la potencia y frecuencia con la que son irradiados los reactivos con las microondas (Kappe, 2004; Kappe y Dallinger, 2006).

Figura 3. Interacción entre las microondas y las moléculas.
Crédito: elaboración propia.

El uso de microondas proporciona varias ventajas dentro de los procesos de síntesis, tales como el rápido calentamiento y el calentamiento y la reducción de los gases sin afectar la estructura. Gracias a estas ventajas, se mejoran las propiedades y la posibilidad de obtener nuevos nanomateriales y compuestos (Jubri et al., 2012).

Los hornos de microondas comúnmente utilizados en la síntesis constan de seis componentes básicos:

1. El generador de microondas, también llamado magnetrón.
2. La guía de ondas, la cavidad de microondas.
3. El agitador (ondas a extenderse).
4. El termostato.
5. El aire de escape.

Estos componentes siguen una secuencia para poder generar las ondas electromagnéticas. Primero, el magnetrón produce las ondas que son propagadas directamente en la cavidad del horno, en donde un difusor (separador) las distribuye en diferentes direcciones para ser absorbidas por las moléculas presentes en el medio irradiado (ver figura 4; Arruda y Santelli, 1997).

Figura 4. Radiación en un horno de microondas.
Crédito: elaboración propia.

En la síntesis por microondas se deben tomar en cuenta diversos factores, como el pH de la solución, potencia, tiempo del calentamiento, agitación, presión y temperatura (Tompsett et al., 2006). Al controlar todos estos factores durante el proceso de formación de nanomateriales, es posible controlar las propiedades texturales como área específica, tamaño y volumen de poro y, las propiedades morfológicas, como el tamaño y la textura de partícula (Zarazúa-Aguilar et al., 2018).

Dentro de los nanomateriales obtenidos con esta técnica, encontramos las arcillas, de las cuales los hidróxidos dobles laminares o compuestos tipo hidrotalcita son los que se sintetizan más frecuentemente. El proceso es muy común y consta de una serie de pasos que involucran la combinación de los diversos reactivos en un medio controlado bajo agitación constante; posteriormente, cuando se han mezclado, se hace uso de las microondas bajo condiciones de tiempo y temperatura determinadas. El uso de microondas disminuye el tiempo de síntesis y promueve la formación de un nanomaterial más uniforme y con tamaños de partícula más pequeños (Velázquez-Herrera y Fetter, 2022), en comparación con el uso de un método común de calentamiento, como en una autoclave, el cual es muy parecido a una olla de presión con la que se cocinan alimentos.

Conclusiones

Las microondas han ayudado al ser humano en diversas tareas, desde calentar agua para prepararse un café o un té, hasta obtener los más sofisticados y mejores nanomateriales, que se pueden usar para diversas aplicaciones en medicina, remediación de medio ambiente, ingeniería, etcétera. Desde el descubrimiento de su uso en nanomateriales, se han sintetizado diversos tipos, de los que se han estudiado las características de estructura y textura obtenidas por este método, optimizando al mínimo los tiempos de síntesis, y conociendo los parámetros de control. Así, cada nanomaterial puede ser diseñado de manera tal que cumpla con propiedades físicoquímicas específicas o con una función en particular, dependiendo de la naturaleza de aplicación.

Referencias

• Arruda, M. A. Z., y Santelli, R. E. (1997). Mecanização no preparo de amostras por microondas: o estado da arte. Química Nova, 20(6). https://doi.org/10.1590/S0100-40421997000600012.
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Recepción: 08/2/2022. Aprobación: 27/07/2023.

Resumen

En el presente artículo se hace un recorrido por aquello que la economía circular supone para el planeta a nivel económico, social y medioambiental, y los beneficios que tendría la implantación de un módulo específico de economía circular, en la formación profesional para el empleo, dirigido a capacitar y concienciar para un desarrollo sostenible a trabajadores en las empresas. Además, se ahonda en el estado de la cuestión viendo cómo se aborda el citado tema desde las instituciones europeas hasta las instituciones autonómicas.
Palabras clave:economía circular, formación, empleo, desarrollo sostenible.

Circular Economy in training for employment

Abstract

This article looks at what the circular economy means for the planet on an economic, social and environmental level, and the benefits that the implementation of a specific Circular Economy (ce) module in Vocational Training for Employment, aimed at training and raising awareness for sustainable development among workers in companies would have. In addition, it delves into the state of the question by looking at how the issue is being addressed from European institutions to regional institutions.
Keywords: circular economy, training, employment, sustainable development.

Una crisis global que genera oportunidades

Desde mediados del siglo xviii, inmersos en una revolución industrial, el modo de producir y consumir ha estado basado en un modelo de economía lineal encaminado a la extracción de recursos del planeta, la producción intensiva de bienes para el consumo humano y su consiguiente generación de residuos. Este proceso ha generado un aumento del bienestar en muchos países del mundo, pero, a su vez, una situación insostenible que unida a la inestabilidad territorial ha dado sus frutos en forma de graves impactos ambientales como el cambio climático, la pérdida de biodiversidad, el esquilmo excesivo de los recursos naturales, la contaminación y, por ende, la desigualdad en muchos aspectos.

Actualmente, las graves tasas de desigualdad social y económica acrecentadas después de la crisis covid (Banco Mundial, 2022), el incremento constante de la población, el consumo masivo, la desaparición de la biodiversidad y el cambio climático, han llegado a niveles cercanos del colapso, que hacen necesarios otros enfoques de la economía, de los procesos productivos y del consumo (Stevens, 2020). Así, en los años previos a la pandemia por covid-19, el desarrollo económico y social ha provocado que se tuviesen los menores índices de pobreza de la historia (Bárcena, 2022), sin embargo, necesitamos abandonar el rumbo de economía lineal, debido al alto número de recursos naturales consumidos hasta la fecha, ya que según el aporte de la Huella Ecológica, que mide la cantidad de recursos naturales del planeta que consume cada país, los seres humanos consumieron los recursos de un año del planeta, impidiendo que éste pueda equilibrarlos en los cinco siguientes (Gareis, 2022).

Según el informe de Naciones Unidas (Kurbiel, 2021), cada año se añaden 83 millones de personas a la población mundial, esperándose que continúe la tendencia en alza. Esto provoca una sobrepoblación que lleva intrínseca un alto consumo de recursos naturales, contribuyendo al cambio climático y provocando riesgos que nos afectan en primera persona, poniendo en tela de juicio nuestra supervivencia. Prueba de ello es la situación en la que nos encontramos en la actualidad con la covid-19. Ante dicho escenario, buscar opciones que nos permitan poner en práctica otro modelo de economía es una máxima.

En esta situación de amenaza constante, desde finales del siglo xx, diversas organizaciones, organismos y estados, han ido firmando acuerdos con el objetivo de actuar contra el cambio climático. Esto ha confluido en el Acuerdo de París (2015), promovido por las Naciones Unidas (Alonso, 2019). Hablamos de una propuesta que busca soluciones contra el cambio climático, dándole una vuelta al modelo de producción y consumo, impulsando un nuevo sistema económico circular, que dé la posibilidad de garantizar el bienestar y la prosperidad de futuras generaciones.

Lo anterior, se ha convertido en un acto de responsabilidad global, donde la sociedad debe promover durante los próximos años la transición desde la economía lineal, intensiva en la explotación de los recursos, a una economía circular que permita el desarrollo de un sistema de adaptación, del actual escenario de escasez de materias primas y recursos energéticos, a partir de la capacidad de aprovechar el potencial de innovación de las administraciones, de la sociedad y de las empresas, para transformar los patrones económicos conocidos a la vez que se mejora el bienestar y se disminuye la desigualdad (Garabiza, 2021).

Un nuevo modelo económico, medioambiental, educativo y de orden social

Según el Parlamento Europeo, la Economía Circular (ec) es un modelo de producción y consumo que implica compartir, alquilar, reutilizar, reparar, renovar y reciclar materiales y productos existentes, todas las veces que sea posible para crear un valor añadido (Noticias Parlamento Europeo, 2018; ver figura 1). El objetivo de la ec es que el valor de los productos, los materiales y los recursos se mantengan en la economía durante el mayor tiempo posible, para así poder reducir al mínimo la generación de residuos (Gracia, 2021).

Figura 1. Pasos que dan forma a una economía circular.
Crédito: Noticias Parlamento Europeo 2015.

Muy ligado al concepto de ec, encontramos el de Consumo Responsable (en adelante cr) que nos deriva a una forma de actuar donde las personas tienden a poner en práctica un consumo consciente y crítico donde se apuesta por el uso eficiente de los recursos naturales, que busca garantizar la sostenibilidad del medio ambiente a través de un modelo de consumo cíclico, en oposición a la lineal.

Según Haas (2015) la ec es uno de los temas más tratados a nivel mundial que tiene como principal objetivo ser uno de los pilares del Desarrollo Sostenible (en adelante ds).

Para algunos autores la economía circular es un ejercicio de responsabilidad humanitaria y una oportunidad estratégica para la mayoría de sectores ya que, aumentar la eficiencia en el uso de recursos, proporciona competitividad a las empresas gracias al consiguiente ahorro de costes, promueve el desarrollo de actividades y puestos de trabajo nuevos y de calidad, y reduce la dependencia de fuentes de materias primas y bienes importados (Ramírez, 2021). La economía circular tiene mucho que ver con la sostenibilidad, pero también con la innovación necesaria para generar empleo y oportunidades económicas (ver figura 2).

Figura 2. De un modelo lineal a uno circular.
Crédito: Ambientum (2022).

Una propuesta de educación para el desarrollo sostenible

Por ello, entre las cuestiones urgentes a acometer es la educación, que nos ayudará a cambiar nuestro juicio, no sólo a título individual, sino también en el plano colectivo. Sin educación no puede haber un Desarrollo Sostenible. En palabras de Paulo Freire “la educación no cambia al mundo, cambia a las personas que van a cambiar el mundo” (1972).

La educación dota a las personas, de conocimiento, habilidades y de confianza, permitiéndoles cambiar su forma de pensar, actuar y conformar un futuro más respetuoso. El trabajo educacional, en simbiosis con una formación económica y tecnológica acorde a las circunstancias, provocará un desarrollo sostenible. Debido a esto, debemos integrar asignaturas de educación para el DS en todos los niveles y entornos educativos y de formación.

La Formación Profesional (fp) es una etapa educativa basada en sistemas de aprendizaje permanente que permite a la ciudadanía conocer y desempeñar determinadas profesiones en el mercado laboral (Unión Europea, 2020). Dentro de esta formación profesional existe una rama que es la fp para el Empleo, que tiene por finalidad impulsar y realizar una formación que contribuya al desarrollo personal y profesional de las personas trabajadoras (ocupadas y desempleadas), mejorando su posibilidad de empleo y su promoción en el trabajo. Esta formación debe responder a las necesidades del mercado laboral y estar orientada a la mejora de la competitividad empresarial.

El alumnado formado, pasará a trabajar en empresas que consumen asiduamente grandes cantidades de recursos naturales, por ello, resulta primordial que en sus planes de estudio encontremos una formación técnica específica y/o transversal sobre ds (unesco-unevoc, 2022) dirigida a abordar temas relacionados con la economía circular y la producción y consumo responsable.

Según la Organización Internacional del Trabajo (oit 2012) tener alumnos con estudios técnicos en relación con la economía verde y circular, podría crear hasta 60 millones de empleos en los siguientes años.

El Ordenamiento Jurídico Español está alineado con la estrategia de Economía Circular, pues la actual Ley Orgánica 3/2020 del 29 de diciembre de Educación (lomloe) que modifica a la aún vigente Ley Orgánica 2/2006 del 3 de mayo de Educación (loe) indica que uno de los principios pedagógicos sobre los que debe regir nuestra educación es el desarrollo sostenible. Además, según la Fundación Estatal para el Empleo (fundae) la formación profesional para el empleo está ligada a la Agenda 2030 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ods) aprobada por todos los Estados miembros de las Naciones Unidas en 2015, y que constituyen un llamamiento universal a la acción para poner fin a la pobreza, proteger el planeta y mejorar las vidas y las perspectivas de las personas en todo el mundo.

Para avanzar hacia un modelo de ec, el ods nº12: Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles, pretende cambiar el modelo actual de producción y consumo para conseguir una gestión eficiente de los recursos naturales, poniendo en marcha procesos para evitar la pérdida de alimentos, un uso ecológico de los productos químicos y disminuir la generación de desechos. La lomloe añade una disposición adicional sexta titulada “Educación para el desarrollo sostenible y la ciudadanía mundial”, que pretende impactar en el avance para la consecución de las metas del 4º ods de la Agenda 2030 de la nnuu: Garantizar una educación inclusiva, equitativa y de calidad y promover oportunidades de aprendizaje durante toda la vida para todos.

Todo ello hace necesario poner el foco en el diseño de acciones formativas aplicando los conocimientos y conceptos basados en la Economía Circular, incluyendo la variable ambiental y la innovación como criterio en la toma de decisiones, que permitan la capacitación de profesionales y el impulso de nuevos empleos en el marco de la Economía Circular.

Estado de la cuestión

La economía verde está situada hoy en día en el epicentro de las políticas mundiales. En diciembre de 2019, la Unión Europea aprobó el Pacto Verde Europeo (2022), siendo el eje vertebrador que nos permita conseguir una sostenibilidad europea que lleve implícita la reducción de emisiones y la respuesta al cambio climático y medioambiental.

Extremadura es una región occidental española que limita con Portugal y está compuesta por las provincias de Cáceres y Badajoz. La población de Extremadura es de 1.067.710 habitantes (ine, 2019) por tanto, representa el 2,27% de la población española (47.026.208). Posee una densidad demográfica de 25,65 hab/km², muy inferior a la media de España. La provincia más poblada es Badajoz, con 673.559 habitantes y una superficie de 21.766 km², siendo así la provincia más extensa de España.

En mayo de 2018, a nivel autonómico, la Junta de Extremadura aprobaba la Estrategia extremeña de Economía Verde y Circular, denominada Extremadura 2030 (Junta de Extremadura, 2022). A través de ella, se buscaba posicionar a la región como punta de lanza de un cambio en el modelo productivo, siendo un referente de transición ecológica de la economía. Actualmente, más de 100.000 extremeños y extremeñas trabajan en sectores relacionados con la economía verde y circular, debido a que la Junta de Extremadura ha desarrollado más de 900 actuaciones en estos sectores con inversiones de cerca de 2.000 millones de euros.

Se pretende así que los pueblos y ciudades de Extremadura pasen, debido a la investigación e innovación en sectores verdes, a un desarrollo rural sostenible que les ayude a generar riqueza y empleo en ámbitos como la energía renovable, la política del agua, de residuos, los recursos naturales, la gestión forestal, la agricultura y ganadería ecológica, nuestra dehesa, la transformación industrial sostenible, el ocio y el deporte de naturaleza, el turismo verde, la construcción y el transporte sin emisiones (Junta de Extremadura, 2022; imagen 3) y ¿por qué no? en ámbitos como la educación.

Imagen 3: “Estrategia 2030 Extremadura”.
Crédito: Junta de Extremadura.

Sin embargo, la crisis provocada por la pandemia covid-19 ha vuelto a evidenciar la verdadera importancia de una economía que luche contra los principales problemas a los que tenemos que hacer frente, cambio climático, despoblación, desempleo, enfermedades, deslocalización… Esta piedra en el camino ha provocado que la Unión Europea haya aprobado el Plan para la reconstrucción de Europa que, ayudará a luchar contra las principales consecuencias de la pandemia, y que será la nueva guía económica para los próximos años, con una movilización sin precedentes de fondos: 750.000 millones de euros, 140.000 para España, 72.000 en ayudas directas, articulados a través de los Proyectos estratégicos para la recuperación y transformación económica (perte) de los cuales el 37% serán para proyectos de economía verde, es decir, solo España tendrá que invertir en los próximos años más de 26.000 millones de euros en la transición ecológica de nuestra economía (Unión Europea, 2022).

Así el perte de Economía Circular, aprobado en el Consejo de Ministros del 08 de marzo de 2022, responde al objetivo de contribuir a los esfuerzos por lograr una economía sostenible, descarbonizada, eficiente en el uso de los recursos y competitiva. Es también una oportunidad para favorecer nuevos nichos de actividad y empleo, por ejemplo, asociados al reciclaje, la reparación y el sector servicios. El perte comprende 18 medidas distribuidos en dos líneas de acción:

• Actuaciones sobre sectores clave: textil, plástico y bienes de equipo para la industria de las energías renovables.
• Actuaciones transversales para impulsar la economía circular en la empresa.

Conclusiones

Actualmente, una nueva propuesta de contenidos que incorporen una capacitación en economía circular, puede que resulten un lastre para los integrantes de la comunidad educativa; sin embargo, son los que nos ayudarán a solucionar los actuales problemas a nivel social, ambiental y económico que están atacando a nuestro planeta. Por todo lo expuesto, consideramos que educar, a través de programas de formación profesional para el empleo, en economía circular y desarrollo sostenible puede ser garantía de éxito.

Que el cuidado del medio ambiente es un hecho que preocupa, no es una novedad. Pero, si a esto le añadimos que su cuidado está relacionado de manera directa con otras temáticas como son la economía y el empleo, es necesario que la ciudadanía crezca siendo consciente de su impacto y de los beneficios que aporta preservarlo. Tal y como afirma un estudio del Servicio Estatal para el Empleo Español (2022) este paradigma es transversal a todas las actividades humanas y resulta conveniente finalizar con el concepto de obsolescencia programada para que la circularidad quede entre todos nosotros.

A modo de reflexión, dejamos este video de la Fundación cotec que nos hace reflexionar sobre la importancia de implantar un modelo de economía circular.

Video 1. Economía Circular: descubre lo que es antes de que reviente el Planeta.
Crédito: cotec, 2017.

Referencias

• Alonso, I. B. (2019). Acercamiento teórico al concepto de economía circular desde la perspectiva macro de la ciudad y el contexto poblacional extremeño. Actas del X International Greencities Congress 2019: 10º Foro de Inteligencia y Sostenibilidad Urbana, (págs. 128-141). Palacio de Ferias y Congresos de Málaga.
• Bárcena, A. (2022). Repensar el desarrollo a partir de la igualdad. El Trimestre Económico, 89, 19-37.
• cotec. (2017, 9 marzo). Economía circular: descubre lo que es antes de que reviente el planeta. [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=Lc4-2cVKxp0.
• Freire, P. (1972). Pedagogía de la esperanza: un reencuentro con la pedagogía del oprimido. Siglo Veintiuno Editores.
• Fundación Estatal para la Formación. (2022, 16 de febrero). Sistema de Formación para el Empleo. https://www.fundae.es/formacion.
• Garabiza, B. P. (2021). La aplicación del modelo de economía circular en Ecuador: Estudio de caso. Revista Espacios, 222-237.
• Gareis, M. C. (2022, 19 de enero). La Huella Ecológica: un análisis de su origen conceptual y sus transformaciones metodológicas. Revista de Estudios Marítimos y Sociales, 187-208.
• Haas, W. K. (2015). How circular is the Global Economy? An Assessment of Material Flows, Waste Production and Recycling in the European Union and the World in 2005. Journal of Industrial Ecology, 19 (5), 765-777.
• Junta de Extremadura. (2022, 2 de febrero). Extremadura 2030. https://extremadura2030.com/.
• Kurbiel, L. (2021, 26 de enero). Invirtiendo en los ods en un mundo post-covid. https://unsdg.un.org/es/latest/blog/invirtiendo-en-los-ods-en-un-mundo-post-covid.
• Organización Internacional del Trabajo. (2012). Hacia el desarrollo sostenible. Resumen Ejecutivo. Ginebra: Organización Internacional del Trabajo – oit.
• Stevens, P. S. (2020). Colapsología: El horizonte de nuestra civilización ha sido siempre el crecimiento económico. Pero hoy es el colapso. Barcelona: Arpa Alfil Editores, S.L.
• unesco-unevoc. (2022, 26 de enero). esd+tvet: promoting skills for sustainable development. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000216269.
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• Unión Europea. (2022, 2 de febrero). Plan de recuperación para Europa. https://ec.europa.eu/info/strategy/recovery-plan-europe_es.

Recepción: 18/2/2022. Aprobación: 27/07/2023.