Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1936 — Dale y Loewi
Al leer este artículo
Comprenderá cómo las señales eléctricas fluyen a través del estrecho espacio entre las neuronas (sinapsis), y conocerá la historia de Otto Loewi, quien obtuvo la idea para su experimento a través de un sueño, y de Henry Dale, quien identificó la naturaleza de dicha sustancia.
El estrecho espacio entre neuronas
Aunque Sherrington y Adrian revelaron el principio de disparo de las neuronas en 1932, quedaba un gran misterio por resolver.
¿Cómo cruzan las señales de una neurona a otra?
En aquella época, ya se había medido experimentalmente que dentro de una neurona fluye una señal eléctrica (potencial de acción). El problema radicaba en el momento en que esa neurona transmite la señal a la siguiente. Las dos neuronas no están en contacto, sino que están separadas por un espacio muy estrecho: la hendidura sináptica. La pregunta era cómo la señal lograba cruzar este espacio.
En aquel entonces, la comunidad científica estaba dividida en dos bandos.
- Teoría eléctrica: sostenía que la corriente cruzaba directamente la hendidura sináptica. Era la hipótesis más simple.
- Teoría química: proponía que una neurona liberaba una sustancia química en la sinapsis y la siguiente neurona la recibía para iniciar una nueva señal eléctrica.
Ambos bandos mantuvieron un intenso debate. Este conflicto fue resuelto de manera decisiva por un experimento concebido en un sueño. No obstante, transcurrieron 20 años hasta que se logró identificar con precisión la naturaleza de dicha sustancia química.
El panorama de la época — La división en Europa y un hito en Seúl
El mundo de 1936 fue un año en el que varios focos de tensión se activaron simultáneamente hacia la guerra.
En julio, estalló la Guerra Civil Española tras el golpe de Estado del general Franco. Esta guerra, que se prolongaría durante tres años, se convirtió en una guerra subsidiaria donde la Alemania nazi y la Italia fascista apoyaron a Franco, mientras que la Unión Soviética apoyó al gobierno republicano. En este conflicto, conocido como el ensayo general de la Segunda Guerra Mundial, se prefiguraron varios elementos de la futura guerra mundial, como los bombardeos, la guerra química y el envío de brigadas internacionales.
En agosto se celebraron los Juegos Olímpicos de Berlín. Fue un evento político mediante el cual Hitler pretendía exhibir la fuerza de la Alemania nazi ante el mundo. En estos Juegos, el atleta Son Ki-chong ganó la medalla de oro en maratón, aunque participaba con nacionalidad japonesa por ser coreano bajo el dominio de Japón. Posteriormente ocurrió el "incidente de la eliminación de la bandera del sol naciente", en el cual la bandera japonesa fue borrada de una fotografía de la ceremonia de premiación publicada por el periódico Chosun Ilbo. Debido a este incidente, el periódico fue suspendido de su publicación.
En la Unión Soviética, la Gran Purga comenzó a intensificarse ese año. Fue el período en el que Stalin inició la ejecución masiva de opositores políticos y amenazas potenciales. Durante esos años, un número considerable de intelectuales, oficiales militares y científicos soviéticos fueron ejecutados o encarcelados en los gulags. Aunque esto supuso una gran pérdida para la comunidad científica soviética, las generaciones que lograron sobrevivir y continuar su labor (como Lebedev, Kapitsa, entre otros) sentarían posteriormente las bases de la física y la biología soviéticas.
En ese período, la patria de Loewi, Austria, sufría una creciente presión nazi. Dos años después, durante la anexión de Austria (1938), Loewi, que era judío, fue arrestado por la Gestapo y se le confiscaron los fondos del Premio Nobel; solo entonces logró exiliarse a Estados Unidos. En aquel entonces, su investigación ya se encontraba bajo una sombra de peligro.
Si lo comparamos con la historia de Corea, 1936 fue el año del incidente de la eliminación de la bandera japonesa en la medalla de oro de Son Ki-chong. En el mismo año en que Europa recibió el Premio Nobel por el descubrimiento de que las señales nerviosas cruzan la sinapsis mediante sustancias químicas, en Corea hubo un acto de resistencia: el borrado de la nacionalidad impuesta en la fotografía de la victoria de un coreano. Fue una época en la que se desarrollaron historias sobre "cómo se transmiten las señales" en dos niveles distintos.
Narrativa de personajes — El hombre que obtuvo experimentos de sus sueños
Loewi — El experimento del corazón de rana
Otto Loewi nació en Frankfurt, Alemania, en 1873. Era judío. Fue profesor de farmacología durante mucho tiempo en la Universidad de Graz, Austria.
El origen de su idea experimental decisiva fue, literalmente, un sueño. Esta es una historia que el propio Loewi confirmó en varias ocasiones.
Una noche de marzo de 1921, Loewi se despertó repentinamente mientras dormía y anotó una idea experimental en un papel. Al día siguiente, al mirar el papel, vio que había escrito con una letra tan desordenada que ni él mismo podía leerla. La noche siguiente tuvo el mismo sueño y, esta vez, tras despertarse por completo, fue directamente al laboratorio. Comenzando el experimento a las 3 de la madrugada, lo completó en pocas horas.
El experimento consistió en lo siguiente: se prepararon dos corazones de rana. Uno tenía conectado el nervio vago y el otro estaba desprovisto de nervios. Se sumergieron ambos corazones en soluciones de Ringer separadas, pero conectando ambas soluciones entre sí.
Entonces, se estimuló eléctricamente el nervio vago del primer corazón. Se sabía que la estimulación del nervio vago ralentizaba el ritmo cardíaco. Efectivamente, los latidos del primer corazón se ralentizaron. Sin embargo, sorprendentemente, los latidos del segundo corazón —el que no tenía nervios— también se ralentizaron unos segundos después.
El significado de este resultado era claro: al estimular el nervio del primer corazón, este liberó una sustancia en la solución de Ringer, y dicha sustancia fluyó hasta el segundo corazón, ralentizando su ritmo. Fue la primera evidencia experimental de que los nervios actúan sobre su objetivo mediante sustancias químicas.
Él llamó a esta sustancia desconocida "Vagusstoff". Aunque no sabía exactamente qué era, su existencia era segura.
Dale — Identificación de la sustancia
Henry Dale nació en Londres, Reino Unido, en 1875. Fue farmacólogo e investigó en el Instituto Nacional de Investigación Médica de Londres.
Dale había estado investigando la sustancia química llamada acetilcolina (acetylcholine) mucho antes del descubrimiento de Loewi. En 1914, demostró que la acetilcolina producía efectos fisiológicos muy potentes en diversos tejidos, tales como vasodilatación, depresión cardíaca y contracción muscular.
Tras el experimento de Loewi en 1921, los descubrimientos de ambos investigadores se unieron de forma natural. El perfil de los efectos fisiológicos de la acetíncolina identificado por Dale coincidía exactamente con los efectos de la "sustancia vagal" de Loewi. Posteriormente, a través de 20 años de investigación colaborativa, se confirmó que sustancia vagal = acetilcolina.
Más tarde, Dale realizó contribuciones decisivas a la identificación de varios neurotransmisores, como la noradrenalina y diversas aminas. El famoso principio conocido como "Principio de Dale" (el principio de que una neurona solo libera un único neurotransmisor, que más tarde fue parcialmente modificado) también lleva su nombre.
Logro clave — Comunicación sináptica vista como serialización
Eléctrico → Químico → Eléctrico
Lo que ambos investigadores confirmaron fue la estructura multicapa de la transmisión de señales entre neuronas.
- Dentro de la neurona A, la señal eléctrica (potencial de acción) fluye hasta el terminal sináptico.
- En el terminal sináptico, se libera una sustancia química (acetilcolina, etc.).
- Esa sustancia cruza el estrecho espacio sináptico mediante difusión.
- Se une a los receptores de la neurona B.
- Se inicia una nueva señal eléctrica en la neurona B.
Esto significaba que una conversión de tres etapas, eléctrica → química → eléctrica, ocurría en cada sinapsis.
La analogía de CS (Ciencias de la Computación) se aplica aquí de forma natural. Esto es similar a la serialización (serialization) en la comunicación de redes.
Qué sucede cuando dos computadoras se comunican a través de Internet:
- Dentro de la memoria de la computadora A, los datos existen en forma de bits/objetos.
- Para la transmisión, esos datos se serializan (serialize) para convertirse en un flujo de bytes.
- Esos bytes viajan a través de la red (cable o inalámbrica).
- En la computadora B, se deserializan (deserialize) para restaurarlos nuevamente como objetos.
¿Por qué es necesaria esta conversión multicapa de una forma → a otra forma → de vuelta a la forma original? Porque el medio de comunicación (la red) no puede transmitir directamente el formato de los datos originales. Los objetos tal como están dentro de una computadora no pueden atravesar un cable. El cable solo transmite bytes.
Lo mismo ocurre con el espacio sináptico entre neuronas. Es difícil que la señal eléctrica cruce directamente el espacio sináptico. Las membranas celulares de las dos neuronas actúan como aislantes y la concentración de iones en el espacio está regulada, lo que limita el paso directo de la corriente. Por lo tanto, se convierte en una forma intermedia, una sustancia química, para atravesar este medio. En el lado opuesto, se restaura nuevamente como una señal eléctrica.
Sin embargo, esta analogía se rompe aquí. La serialización en una computadora es un protocolo que diseñamos explícitamente y se restaura exactamente al original sin pérdida de información. No obstante, la transmisión química neuronal es una capa de procesamiento de información. En la sinapsis, la señal no solo se transmite, sino que su intensidad se amplifica, reduce y filtra mediante la combinación de múltiples sustancias químicas y receptores. Esta capa química es la que realmente constituye la mayor parte de la capacidad de cómputo del sistema nervioso. Por esta razón, hoy se dice que la unidad fundamental del cálculo cerebral no es una neurona, sino una sinapsis.
¿Por qué lo químico?
Si la teoría eléctrica parece más simple, ¿por qué la evolución optó por la química? La respuesta de hoy a esta pregunta es la flexibilidad en el procesamiento de información.
Si el sistema nervioso fuera puramente eléctrico, las señales se transmitirían de forma simple. Sin embargo, la sinapsis química es mucho más flexible:
- Permite transmitir múltiples tipos de señales utilizando diferentes neurotransmisores.
- Permite el aprendizaje de la intensidad de la señal (potenciación a largo plazo) mediante la regulación del número de receptores.
- Permite el filtrado, la inhibición y la amplificación de señales mediante diversas sustancias moduladoras.
Esta flexibilidad es lo que hace posible un cerebro capaz de aprender, recordar y tener emociones. Un sistema nervioso puramente eléctrico solo podría realizar reflejos, mientras que la sinapsis química crea un sistema de cómputo capaz de una reprogramación continua.
¿Por qué es importante?
El Premio Nobel de Dale y Loewi sigue siendo relevante hoy en tres niveles.
Nivel de psicofarmacología: Todos los fármacos psicoactivos actúan sobre la sinapsis química. Los antidepresivos (inhibidores de la recaptación de serotonina), los antipsicóticos (bloqueadores de receptores de dopamina), las benzodiacepinas (moduladores de receptores GABA) y los fármacos para el TDAH: todos estos medicamentos ajustan el equilibrio de los neurotransmisores en la sinapsis. Los fundamentos de esta farmacología se abrieron con este hallazgo.
Nivel de toxicología y guerra química: Los gases nerviosos (sarín, VX) que atacan el sistema de la acetilcolina bloquean la acetilcolinesterasa (la enzima de degradación), provocando una contracción muscular continua que conduce a la muerte. Por el contrario, los fármacos para la enfermedad de Alzheimer (como el donepezilo) inhiben parcialmente esta misma enzima para fortalecer la actividad de la acetilcolina en el cerebro. Mismo objetivo, propósitos extremadamente diferentes.
Nivel de neurocirugía y anestesiología: Los bloqueadores neuromusculares (utilizados para la relajación muscular durante la cirugía), entre otros, se basan en el principio de regulación de los receptores de acetilcolina.
Nos queda una lección: "A veces la respuesta viene en un sueño. Sin embargo, la actitud de llevar ese sueño a la acción es lo que genera el descubrimiento". Loewi obtuvo la idea en un sueño, pero si hubiera sido cualquier otra persona, la habría olvidado a la mañana siguiente. Él fue al laboratorio a las 3 de la madrugada. La ejecución es mucho más difícil y decisiva que la idea. Este principio es válido tanto en el desarrollo de software como en la gestión organizacional: hay muchas personas con buenas ideas, pero pocos son los que las ejecutan a las 3 AM.
Mientras lee esta oración, es probable que la acetilcolina y otros neurotransmisores se estén liberando en las innumerables sinapsis de su cerebro. La realidad de esta comunicación química se reveló hace 100 años, a partir de un sueño y unas pocas horas de experimentos con corazones de rana.
Resumen de la transmisión sináptica química: Loewi demostró, mediante dos experimentos con corazones de rana, que al estimular un nervio se libera una sustancia química (sustancia vagal), y Dale identificó dicha sustancia como acetilcolina. Este descubrimiento estableció el modelo de comunicación sináptica de eléctrico → químico → eléctrico y sentó las bases de la psicofarmacología del siglo XX y del tratamiento de las enfermedades del sistema nervioso.
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