Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Oxígeno, fuente de vida y de muerte

Hace casi veinte años que se estrenaba, con gran éxito, el filme Nunca Digas Nunca Jamás. En el mismo, James Bond protagoniza una conversación de este tipo: "Demasiados radicales libres, ese es su problema" / "¿Radicales libres, señor?" / "Si, ellos son toxinas que destruyen el cuerpo y el cerebro, causados por comer demasiada carne roja y pan blanco y también por demasiados Martinis secos" / "Entonces, dejaré de tomar pan blanco, señor".

Al margen de esta nota de humor anglosajón, lo cierto es que los radicales libres tienen su origen en el oxígeno, el gas que necesitamos para respirar y vivir, componente esencial del aire. Joseph Priestley (1733-1804), gran teólogo, pensador y político liberal, era sobre todo un excelente científico, que aparte del propio oxígeno, descubrió el nitrógeno, el amoníaco, el monóxido de carbono, el ácido sulfhídrico, el anhídrido sulfuroso y el tetrafluoruro de silicio. Priestley, en 1775, afirmaba: "Un moralista, al menos, puede decir que el aire que la naturaleza nos ha proporcionado es tan bueno como nosotros merecemos".

Entonces, ¿es bueno o es malo el oxígeno?, ¿qué relación tiene el oxígeno con la vida y sus consecuencias sobre los seres vivos?. Ante todo, debemos conocer que la Tierra ha estado carente de oxígeno la mayor parte del tiempo transcurrido desde su formación. A pesar de ello, hace unos cuatro mil millones de años, favorecida por la intensa radiación solar que bombardeaba su superficie y por diversos fenómenos estimuladores de la llamada evolución prebiótica, aparecieron las primeras formas primitivas de vida, anaerobias, en ausencia de oxígeno, basadas en la transformación de sustancias como sulfuros, nitritos o alcoholes.

EVOLUCIÓN. Y hace unos dos mil quinientos millones de años sucedió algo trascendental. Ello fue que unas algas, todavía muy abundantes hoy día, las algas azul-verdes, adquirieron la capacidad de usar la fotosíntesis, la energía solar, para romper las moléculas de agua en sus componentes hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se usó para efectuar reacciones de reducción, mientras que el gas oxígeno era liberado a la atmósfera. Sin duda, constituyó el ejemplo más tremendo de contaminación ambiental de la historia de la Tierra. Porque el oxígeno era muy reactivo y destruía rápidamente a las formas vivas existentes.

Por ello, los organismos anaerobios tuvieron que morir, retirarse a ambientes anaerobios o adaptarse. Transcurridos mil millones de años el oxígeno ya suponía el 1% del contenido atmosférico. Hace 500 millones de años el nivel de oxígeno atmosférico alcanzó el 10%. Y ha seguido aumentando hasta que hace unos 5 millones de años, coincidente con la aparición de los homínidos, se llegó a la actual proporción del 21%. Comenzaron a desarrollarse células más complejas con núcleos (eucariotas), y algunas de ellas y de las algas azul-verdes evolucionaron hasta la forma de plantas de hojas verdes. Las bacterias anaerobias de hoy día, que mueren en ambientes oxigenados o, al menos, cesan su desarrollo, son las descendientes de aquellas que hubieron de afrontar la nueva situación y buscar otros entornos más favorables. Las podemos encontrar en entornos no muy saludables: en el colon de los mamíferos, en los alimentos podridos, en las heridas infectadas, en la placa dental, profundamente bajo la tierra, etcétera.

OXÍGENO. Otros organismos supieron adaptarse mucho mejor: aprovecharon la presencia del oxígeno para usarlo y desarrollar nuevas vías metabólicas, energéticamente más eficientes que las existentes hasta entonces. Es decir, para realizar la combustión biológica controlada de nutrientes químicos aprovechando la energía obtenida en el proceso para producir ATP, la moneda energética universal. Para comprender la trascendencia de esta estrategia basta con saber que si partimos del azúcar glucosa, para la misma cantidad inicial de la misma, su catabolismo aerobio produce más de 15 veces el ATP que el anaerobio. Y los eucariotas y procariotas capaces de reducir el oxígeno hasta agua se desarrollaron hasta convertirse en organismos multicelulares, con órganos y tejidos, apareciendo los animales.

El aire disuelto en agua posee más porcentaje de oxígeno (34%) que el aire seco (21%), debido a que el nitrógeno, el principal componente del aire, es muy poco soluble en agua. La solubilidad del oxígeno en agua es vital para la supervivencia de los organismos marinos, pero también es esencial para realizar las funciones respiratorias humanas, ya que es así, disuelto, como ha de cruzar los alvéolos pulmonares y alcanzar a la hemoglobina que lo llevará hasta las más recónditas células corporales. En disolventes orgánicos es más soluble que en agua, lo que explica su posible alta presencia en ambientes más lipofílicos como podrían ser los interiores de las membranas celulares

TOXICIDAD. Las concentraciones altas de oxígeno, por sí solas, son tóxicas, como se ha demostrado en diversos modelos animales. En ratas pueden conducir a parálisis convulsivas y a severos daños pulmonares. En hámsteres viviendo en atmósferas con un 70% de oxígeno se producen diversos daños testiculares. Y en conejos de Indias se afecta la producción de células rojas. Los niños prematuros situados en incubadoras con más de un 21% de oxígeno tienen un mayor riesgo de daños retinales (fibroplasia retrolental). Y en un adulto sometido más de 6 horas a la inhalación de oxígeno puro suelen ocasionarse daños alveolares.

Los americanos Gerschmann y Gilbert fueron los primeros (1954) que propusieron que los efectos dañinos del oxígeno se debían a los llamados radicales libres oxigenados producidos como consecuencia de las reacciones en las que participa el oxígeno. Del oxígeno que respiramos un 85-90 % es transportado por la hemoglobina de la sangre hasta los diversos tejidos y células, en los que penetra hasta las mitocondrias, donde ejerce su efecto oxidante a través de la llamada cadena respiratoria ubicada en la membrana interna mitocondrial. La hemoglobina, en forma de oxihemoglobina, transporta al oxígeno, y ello favorece la formación de ciertos radicales libres. Lo mismo sucede en el transcurso de las decenas de reacciones de oxidación / reducción que tienen lugar en las mitocondrias. En cuanto al 10-15 % de oxígeno respirado restante se usa en varias reacciones de oxidación no enzimáticas, pero principalmente en las enzimáticas catalizadas por diversas enzimas oxidasas y oxigenasas, que también se ven acompañadas de la producción de radicales libres oxigenados.

Ante esta situación, estando íntimamente ligada la producción de radicales libres oxigenados con los procesos vitales, ¿podemos conocer, controlar y reducir las concentraciones de estos radicales libres oxigenados?. En el próximo artículo trataremos de este aspecto. Y como una de sus diversas aplicaciones prácticas útiles, en la siguiente colaboración nos ocuparemos de un punto de gran utilidad en esta época veraniega: cómo, mediante la ingesta de ciertos componentes alimenticios podemos combatir eficazmente los efectos perjudiciales que ejerce la radiación solar sobre la piel envejeciéndola rápidamente y provocando la aparición de diversos procesos malignos, entre ellos los terribles melanomas.