investigación y ciencia 278 - noviembre 1999

5/28/2018 Investigacin y ciencia 278 - Noviembre 1999

1/99

9 7 7 02 1 0 1 3 6 00 4

0 0 2 7 8

PLANETAS DE TRAYECTORIA INESTABLE MATEMATICAS SOCIALES EMIGRACION MEXICANA EN EE.

NOVIEMBRE 1999

800 PTA. 4 ,81 EURO

TYRANNOSAURUS

REXDINOSAURIO SOCIAL

Reparacinde las lesiones

medulares


2/99

52

60

Noviembre de 1999 Nmero 278

SECCIONES3

HACE...50, 100 y 150 aos.

32PERFILES

Peter H. Raven:Biodiversidady coevolucin.

34CIENCIAYSOCIEDAD

Objetivo Saturno...Topologa biolgica...

Fenilcetonuria... Percepcinconsciente... Fullerenos...Muerte sbita... Txicos

naturales... Reproduccinfemenina... Funcionesdel floema... Ecosistemas

forestales... Resinas epoxy.

50DECERCACoppodos,

los insectos del mar.

Migracin planetariaRenu Malhotra

El viaje de los planetas por el espacio parece perfecto yeterno. Pero los elementos de juicio que nos aportan loshelados confines del sistema solar dicen que en un tiempoNeptuno, Plutn y los dems mundos exteriores se movieropor caminos bien distintos. La migracin orbital podra

explicar algunas observaciones difciles de entender deplanetas que giran alrededor de otras estrellas.

As viva Tyrannosaurus rexGregory M. Erickson

La imagen popular de un Tyrannosaurus rexsediento de sangre hunde sus races en las creacionescinematogrficas, no en la ciencia. De unos aosa esta parte, los paleontlogos han empezadoa reconstruir con mayor rigor la vida diariade estos dinosaurios. De acuerdo con el registro fsil,T. rex tena hbitos alimentarios muy diversosy cierta vena social.

Dientes de tiranosaurioWilliam L. Abler

Las investigaciones realizadas en dientes

de tiranosaurio ponen de manifiestouna extraordinaria adaptacin paradesgarrar la carne y triturarlos huesos. Por si con ello no bastaraalojaban bacterias txicas queprovocara la muerte prontade los que hubieran sobrevividoal ataque.

4


3/99

14

Edicin espaola de

SECCIONES84

TALLERYLABORATORIOUn contadorde iones atmosfricos,

por Shawn Carlson

86JUEGOSMATEMTICOSCoreografas polidricas,

por Ian Stewart

88NEXOS

O tal vez no,por James Burke

90LIBROS

Astronoma... Astrofsica.

96IDEASAPLICADAS

Techumbres retrctiles,por Cyril Silberman

Reparacin de la mdula espinalJohn W. McDonald y el Consorciode Investigacin de la Fundacin Christopher

Reeve para el Estudio de la Parlisis

La parlisis causada por las lesiones traumticasde la mdula espinal se ha venido considerandoun fenmeno irreversible, debido a que las reasdel cordn destruidas no se regeneran. Esasituacin desesperada comienza a cambiar.

26 Causa abierta a las pruebas nuclearesvirtualesChristopher E. Paine

El programa de gestin de armas atmicas

del Departamento de Energa pretendemantener en condiciones seguras el arsenalnuclear estadounidense al tiempo que lasactuales pruebas subterrneas se sustituyenpor simulaciones en supercomputadores.

62

Teotihuacn

Chalchihuitesvi

CasasGrandes

La Quemada

Ciudadde Mxico

Mxico

EE.UU.

Tula

Ro

Zacatecas

Emigracin mexicanahacia Estados UnidosCarlos G. Vlez Ibez

La poblacin mexicana del sudoeste de losEstados Unidos es resultado de un largo

proceso de migracin y expansin demogrficaque antecede a la creacin de la frontera entreMxico y los Estados Unidos.

78 El nacimientode las matemticas socialesPierre Crpel

Qu aconteci entre 1750 y 1830 para quelos historiadores vean en ese intervalotemporal el nacimiento de las ciencias delhombre y de la sociedad, y, en particular,

de las matemticas sociales? Condorcet aplicmtodos exactos al comportamiento azaroso.

70 Los cantores diafnicos de TuvaTheodore C. Levin y Michael E. Edgerton

Gracias a un control casi sobrehumanode su lengua y sus cuerdas vocales,los pastores de la estepa siberiana emitenvarias notas simultneamente, afinan sus

armnicos y sintonizan con los sonidosdel medio. Este estilo onomatopyico empiezaa tener un pblico cada vez ms amplio.


4/99

INVESTIGACION Y CIENCIA

DIRECTOR GENERALFrancisco Gracia GuillnEDICIONESJos Mara Valderas, directorADMINISTRACINPilar Bronchal, directoraPRODUCCINM.aCruz Iglesias Capn Bernat Peso InfanteSECRETARAPurificacin Mayoral MartnezEDITAPrensa Cientfica, S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 Barcelona (Espaa) Telfono 93 414 33 44 Telefax 93 414 54 13

SCIENTIFIC AMERICAN

EDITOR IN CHIEFJohn RennieBOARD OF EDITORSMichelle Press, Managing Editor; Philip M. Yam, News Editor; Ricki L. Rusting, Senior Associate Editor; Timothy M. Beardsley y Gary Stix, Associate Editors; W. Wayt Gibbs, Senior Writer; Kristin Leutwyler, On-Line Editor; Mark Alpert, Carol Ezzell, Alden M. Hayashi, Madhusree Mukerjee, George Musser, Sasha Nemecek, Sarah Simpson y Glenn Zorpette, Editors; Graham P. Collins; Marguerite Holloway, Steve Mirsky y Paul Wallich, Contributing EditorsPRODUCTION William ShermanCHAIRMAN Rolf GrisebachPRESIDENT AND CHIEF EXECUTIVE OFFICER Joachim P. Rosler

PROCEDENCIADE LAS ILUSTRACIONES

Portada:Pintado por Sano Kazuhiko

Pgina

4

56-78-910

14-1718-19

2021

22-23

27

28293052-53

54-55

56

57

606162-68707172

73

75

76

777879808182

848586-87

8896

Fuente

Jana Brenning; Don Dixon(recuadro)Don DixonDon Dixon; Laurie Grace (grfica)Laurie Grace (grfica); Don DixonDon Dixon

Alexander and Turner StudioAlexander and Turner Studio(arriba); V. Dietz, BalchristHospital, Zurich (abajo,izquierda); Christian Broesamle,Univ. de Zurich (abajo, derecha)Heidi NolandBill Hickey,Allsport(arriba)David Drapkin. NFLPhotos(abajo)Alfred T. Kamajian; fuente:Neurocontrol CorporationSlim Films; Corbis/Bettmann(fotografa)Randy MontoyaLaurie GraceJared Schneidman DesignSano Kazuhiko

Louis Psihoyos Matrix (izquierda);Gregory M. Erickson (inserto)Patricia C. Wynne (dibujos)Gregory M. Erickson (arriba);Karen Chin (abajo)Franois Gohier (fotografa);Sarah Donelson (grfica)Franois GohierCortesa de William L. AblerCarlos G. Vlez IbezKaren SherlockTheodore C. LevinPatricia C. Wynne (arriba,izquierda); Lisa Burnett (derecha);Bryan Christie (abajo)Bryan Christie, fuente: DavidBerners

Laurie Grace, fuente: MichaelE. Edgerton (grfica); MichaelE. Edgerton (abajo)Lisa Burnett, fuente: TheodoreC. Levin (arriba); Bryan Christie,fuente: Michael E. Edgerton(abajo)Theodore C. LevinLauros-GiraudonCollection ViolletRoger-ViolletEric LessingColeccin particular, pintadopor F. J. Navez (arriba); Pour laScience (abajo)Daniels & DanielsLaurie GraceBryan Christie

Dusan PetricicGeorge Retseck

COLABORADORES DE ESTE NUMERO

Asesoramiento y traduccin:

Mnica Murphy: Migracin planetaria; Cristbal Pera: Reparacin de la mdula espinal;Jos Joaqun Moratalla Garca: As v iva Tyrannosaurus rex y Dientes de tiranosaurio; AndrsLevin-Richter: Los cantores diafnicos de Tuva; Luis Bou: El nacimiento de las matemticassociales y Juegos matemticos; Angel Garcimartn: Perfiles; J. Vilardell: Hace..., Taller y labo-ratorioe Ideas aplicadas; Jos M. Valderas Martnez:Nexos

Ciencia y sociedad:

Pere Molera: Fullerenos

Copyright 1999 Scientific American Inc., 415 Madison Av., New York N. Y. 10017.

Copyright 1999 Prensa Cientfica S. A. Muntaner, 339 pral. 1.a08021 Barcelona (Espaa)

Reservados todos los derechos. Prohibida la reproduccin en todo o en parte por ningn mediomecnico, fotogrfico o electrnico, as como cualquier clase de copia, reproduccin, registro otransmisin para uso pblico o privado, sin la previa autorizacin escrita del editor de la revista.El nombre y la marca comercial SCIENTIFIC AMERICAN, as como el logotipo correspondiente, sonpropiedad exclusiva de Scientific American, Inc., con cuya licencia se utilizan aqu.

ISSN 0210136X Dep. legal: B. 38.999 76

Filmacin y fotocromos reproducidos por Dos Digital, Zamora, 46-48, 6 planta, 3 puerta - 08005 Barcelona

Imprime Rotocayfo, S.A. Ctra. de Caldes, km 3 - Santa Perptua de Mogoda (Barcelona)Printed in Spain - Impreso en Espaa

SUSCRIPCIONES

Prensa Cientfica S. A.Muntaner, 339 pral. 1.a

08021 Barcelona (Espaa)Telfono 93 414 33 44Fax 93 414 54 13

Precios de suscripcin:

Un ao Dos aos

Espaa 8.800 pta. 16.000 pta. 52,89 euro 96,16 euro

Extranjero 11.150 pta. 20.700 pta. 67,01 euro 124,41 euro

Ejemplares sueltos:

Ordinario: 800 pta. 4,81 euroExtraordinario: 1.000 pta. 6,01 euro

El precio de los ejemplares atrasadoses el mismo que el de los actuales.

DISTRIBUCION

para Espaa:

MIDESA

Aragoneses, 18 (Pol. Ind. Alcobendas)28108 Alcobendas (Madrid)Tel. 91 484 39 00

para los restantes pases:

Prensa Cientfica, S. A.Muntaner, 339 pral. 1.a 08021 BarcelonaTelfono 93 414 33 44

PUBLICIDADGM PublicidadFrancisca Martnez SorianoMenorca, 8, semistano, centro, izquierda.28009 MadridTel. 91 409 70 45 Fax 91 409 70 46

Catalua y Baleares:

Miguel MunillMuntaner, 339 pral. 1.a

08021 BarcelonaTel. 93 321 21 14Fax 93 414 54 13

Difusin

controlada


5/99

INVESTIGACIN Y CIENCIA, noviembre, 1999 3

HACE......cincuenta aos

...cien aos

...ciento cincuenta aos


6/99

ORBITAMODIFICADAD

EJUPITER

ORB

ITADENEPTUNO

ORB

ITA

MODIFIC

ADA

DE

NEPTU N

TRAYECTORIADEUNPLANETESIMAL

ORBITAD

EJU

PITER

SOL

PLANETESIMAL

NEPTUNO

Migracin planetariaRenu Malhotra

1. UN NEPTUNO RECIEN FORMADO se mova entre un enjambre depequeos cuerpos de roca y hielo, los planetesimales. Aunque algunoschocaron con l, su gravedad dispers la mayora hacia Jpiter, que losexpuls del sistema solar. Con cada una de esas dispersiones Neptunoganaba energa y su rbita se expanda un poco. Debieron de desplazarlohasta su rbita actual miles de millones de encuentros similares.

4 INVESTIGACIN Y CIENCIA, noviembre, 1999

Se ha mantenido siempre idnti-

co el sistema solar? Aparecen

indicios de que los planetas

exteriores abandonaron

sus rbitas primitivas

para instalarse

en las actuales


7/99


Estamos acostumbrados a observar, en las re- presentaciones del sistema solar, que los planetas sigan una rbita definida alrededor del

Sol y guarden una distancia respetable con los veci-nos. Llevan en esa noria celeste desde que el hombretiene constancia de sus movimientos. Los modelosmatemticos nos dicen que tan estable configuracinorbital se ha mantenido a lo largo de casi los 4500millones de aos de existencia del sistema solar. Deah la inclinacin lgica a suponer que los planetasnacieron en las rbitas que hoy recorren.

Desde luego, sa es la hiptesis ms simple. Los

astrnomos modernos tienden a pensar que las

distancias que se observan entre los planetas y elSol revelan su lugar de origen en el seno de lanebulosa solar, el disco primordial de polvo y gasque engendr al sistema solar. Se han utilizadolos radios orbitales de los planetas para deducirla distribucin de masas en la nebulosa. A partirde esta informacin bsica, los tericos han fijadolmites a la naturaleza y escala temporal de laformacin de los planetas. En consecuencia, granparte de lo que creemos saber sobre los primerostiempos del sistema solar se basa en el supuestode que los planetas se acunaron en sus rbitas

actuales.


8/99


Por otro lado, se acepta sin ape-nas discrepancia que las rbitas demuchos cuerpos menores del sis-tema solar asteroides, cometas ysatlites de los planetas han idocambiando a lo largo de estos 4500

millones de aos; unas harto msque otras. La destruccin en 1994del cometa Shoemaker-Levy 9, alestrellarse contra Jpiter, constituyeuna prueba irrefutable del carcterdinmico de algunos cuerpos delsistema solar. Los de menor ta-mao las partculas milimtricasy micromtricas desprendidas decometas y asteroides sufren unaevolucin orbital ms gradual; caenpoco a poco en el Sol y lluevensobre los planetas que van encon-trando en su camino.

Es ms, las rbitas de muchos sa-tlites planetarios han experimentadocambios importantes desde su forma-cin. Se calcula, por ejemplo, que laLuna se form a menos de 30.000kilmetros de la Tierra, pero su rbita

actual se encuentra a 384.000 kil-metros de distancia. En los ltimosmil millones de aos, nuestro satlitese ha alejado casi 100.000 kilmetrosdebido a las fuerzas de marea (pargravitatorio) ejercidas por el planeta.Asimismo, las rbitas de numerosossatlites de los planetas exterioresestn coordinadas: por ejemplo, el pe-rodo orbital de Ganmedes, el mayorsatlite de Jpiter, es el doble que elde Europa, que a su vez duplica elde Io. Se atribuye esta sincronizacintan precisa a una paulatina evolucin

de las rbitas de los satlites, regidapor las fuerzas de marea ejercidaspor el planeta que rodean en sustrayectorias.

Tiempo atrs, no se vean motivospara pensar que la configuracin or-

bital de los planetas hubiese variadogran cosa desde su formacin. Peroen los ltimos cinco aos se hanproducido ciertos avances que in-ducen a sospechar la migracin delos planetas. Con el descubrimientodel cinturn de Kuiper qued demanifiesto que el sistema solar noterminaba en Plutn. Unos cien milplanetas menores, helados, de ciena mil kilmetros de dimetro, y unnmero an superior de cuerpos mspequeos, ocupan una regin que seextiende desde la rbita de Neptuno

SOLJUPITER SATURNO

URANO NEPTUNOPLUTON

SOLJUPITER SATURNO

URANO NEPTUNO

PLUTON


9/99

a unos 4500 millones de kilmetrosdel Sol hasta dos veces, por lomenos, esa distancia. La distribucinde estos objetos tiene caractersti-cas no aleatorias muy claras queel modelo vigente del sistema solar

es incapaz de explicar fcilmente.Los modelos tericos que abordan elorigen de esas propiedades apuntanuna posibilidad, apasionante, a saber,que hayan quedado impresas en elcinturn de Kuiper huellas de lahistoria orbital de los gaseosos pla-netas gigantes (en concreto, pruebasde que las rbitas de estos planetasse fueron desplazando lentamente trassu formacin).

Hacia la migracin planetariaapunta tambin la singular peque-ez de las rbitas de varias com-

paeras, del tamao de Jpiter, quecursan en torno a estrellas cercanasde tipo solar. No es fcil entenderla formacin de estos supuestos pla-netas a distancias tan cortas de susestrellas progenitoras. Las hipte-

sis que se barajan para explicar suorigen proponen que el proceso deacrecin que los engendr se pro-dujo a distancias ms cmodas desus estrellas maternas similares alas que median entre Jpiter y elSol, para luego trasladarse a susposiciones actuales.

Plutn: rareza o prueba?

Hasta hace tan slo unos aos, los nicos objetos planetarios que seconocan ms all de Neptuno eran

Plutn y su satlite, Caronte. Plutnha venido constituyendo una rarezapara las teoras sobre el origen delsistema solar imperantes: su masa esmiles de veces inferior a la de losplanetas gigantes gaseosos, exteriores,y su rbita difiere sustancialmentede las rbitas bien separadas, casicirculares y coplanares de los ochoplanetas principales. Dibuja una rbita

excntrica: durante un giro completola distancia entre Plutn y el Sol varaentre 29,7 y 49,5 unidades astronmi-cas (una unidad astronmica, UA, esla distancia entre la Tierra y el Sol,unos 150 millones de kilmetros).Plutn llega a estar 8 UA por encimay 13 UA por debajo del plano mediode las rbitas de los dems planetas.Durante casi 20 de los 248 aos desu perodo orbital est ms cerca delSol que Neptuno.

En los decenios transcurridos desdesu descubrimiento en 1930, el mis-

terio de Plutn no ha hecho msque aumentar. Se sabe ahora que lamayora de las rbitas que cruzan lade Neptuno son inestables (un cuerpoque siguiese una de ellas chocaracon Neptuno o sera expulsado delsistema solar en un intervalo temporalbastante corto, del orden del uno porciento de la edad del sistema solar).Pero la de Plutn en concreto, aunquecruce la de Neptuno, est a salvo deaproximarse demasiado a este gigantede gas gracias a un fenmeno lla-mado libracin resonante. Plutngira dos veces alrededor del Sol enel tiempo que invierte Neptuno enhacerlo tres; por eso, se dice que larbita de Plutn est en una reso-nancia de 3:2 con respecto a la deNeptuno. Los movimientos relativosde los dos planetas garantizan que,cada vez que Plutn cruza la rbitade Neptuno, se halle lejos de ste.La distancia que los separa nuncaes de menos de 17 UA.

Adems, el perihelio de Plutnel momento de mayor cercana alSol siempre tiene lugar muy porencima del plano de la rbita de Nep-

tuno; as se mantiene la estabilidadorbital de Plutn a largo plazo. Lassimulaciones por ordenador de losmovimientos orbitales de los planetasexteriores que tienen en cuenta losefectos de sus perturbaciones mutuasindican que la relacin actual entrelas rbitas de Plutn y Neptuno existedesde hace miles de millones de aosy perdurar otros miles de millonesde aos. Plutn baila con Neptunouna elegante danza csmica y noha tropezado con el gigante gaseosodesde que hay sistema solar.


TIEMPOD

ESDELA

FORMACION

DELSISTEMA

SOLAR

(Millonesdeaos)

NEPTUNO

DISTANCIA MEDIA AL SOL

(Unidades astronmicas)

PLUTON

30201000

10

20

30

40

50

40 50

ORBITA

3:2

ORBITA

2:1

2. LA MIGRACION PLANETARIA queda de manifiesto en estas ilustracionesdel sistema solar tal y como era cuando se formaron los planetas (arriba, a laizquierda) y tal y como es en la actualidad (abajo, a la izquierda). Se cree quela rbita de Jpiter se contrajo ligeramente y se agrandaron las de Saturno,Urano y Neptuno. (La regin planetaria interna no se vio afectada apenaspor este proceso.) Segn esta teora Plutn naci en una rbita circular, peroNeptuno, al desplazarse hacia el exterior, lo arrastr a una rbita resonante3:2, con un perodo proporcional al de Neptuno (arriba). La gravedad deste hizo que la rbita de Plutn se volviera ms excntrica e inclinada conrespecto al plano orbital de los dems planetas.


10/99

Cmo logr Plutn una rbita tanpeculiar? En el pasado este interro-gante dio lugar a varias explicacionesconjeturales y ad hoc que, por logeneral, se basaban en que hubierahabido un encuentro de planetas. Peroltimamente se ha avanzado mucho enel conocimiento de la compleja din-mica de las resonancias orbitales yahora se comprende que, causantes enel sistema solar de caos y estabilidadexcepcional a la vez, representan elpapel de doctor Jeckyll y de msterHyde. A partir de ese conocimientopropuse en 1993 que Plutn nacialgo ms all de Neptuno, que alprincipio tuvo una rbita de bajainclinacin, casi circular, similar a lade los dems planetas, y que unasinteracciones gravitatorias resonantescon Neptuno lo transportaron a surbita actual. Una pieza fundamental

en esta teora es que no se supongaya que los planetas gaseosos gigantes

se formaron a sus actuales distanciasdel Sol. A cambio, establece unapoca de migraciones orbitales delos planetas en los primeros tiemposdel sistema solar; de ello, la inslitarbita de Plutn sera una prueba.

El relato empieza en una etapa enque los procesos de formacin pla-netaria estaban a punto de concluir.Se haba casi terminado ya la aglu-tinacin de los gigantes de gas J-piter, Saturno, Urano y Neptuno, apartir de la nebulosa solar; pero enmedio quedaba una poblacin residualde planetesimales, pequeos cuerposde roca y hielo que en su mayoramedan slo escasas decenas de ki-lmetros de dimetro. La evolucinposterior del sistema solar, a un ritmolento, consisti en la dispersin ola agregacin de los planetesimalespor los planetas mayores. Dado que

la dispersin planetaria arroj granparte de los restos planetesimaleshacia rbitas lejanas o abiertas ex-pulsando a estos cuerpos del sistemasolar, en las rbitas de los planetasgigantes hubo una prdida neta deenerga orbital y momento angular.Mas, por ser diferentes las masas decada planeta y sus distancias del Sol,la prdida no se reparti de modoigual entre los cuatro gigantes.

Fijmonos en la evolucin orbitaldel ms exterior de los planetas gi-gantes, Neptuno, a medida que fue

dispersando los planetesimales desu entorno. Al principio, la energaorbital especfica media de los plane-tesimales (es decir, la energa orbitalpor unidad de masa) era igual a ladel propio Neptuno; por tanto, steni perda ni ganaba energa en ra-zn de sus interacciones gravitatoriascon tales cuerpos. Sin embargo, elenjambre de planetesimales cercanoa Neptuno se qued ms adelantesin los cuerpos de menor energa,que haban pasado a caer dentrodel alcance gravitatorio de los otrosplanetas gigantes. La mayora de losplanetesimales acab expulsada delsistema solar por Jpiter.

Con el transcurso, pues, del tiempola energa orbital especfica de losplanetesimales que se encontraba Nep-tuno en su camino acab por sermayor que la del propio planeta. Enlas dispersiones que fueron sucedin-dose, Neptuno increment su energaorbital y migr hacia el exterior.Saturno y Urano ganaron tambin

energa orbital y sus rbitas se ex-pandieron. Jpiter, por contra, perdienerga orbital, merma que sirvi paracompensar las ganancias de los otrosplanetas y planetesimales, y de esemodo se conserv la energa total delsistema. Sin embargo, como Jpitertiene tanta masa y en un principiosu energa orbital y su momentoangular eran tan grandes, su rbitaslo se contrajo un poco.

La posibilidad de que se produzcanajustes tan sutiles en las rbitas delos planetas gigantes fue avanzada


30

0,4

0,5

0,3

0,2

0,1

035

4:3 3:2 5:3 2:1

SEMIEJE MAYOR DE LA ORBITA(Unidades astronmicas)

Orbita de un objeto del cinturn de Kuiper Orbita de Plutn

ORBITAS EN RESONANCIA CON LA DE NEPTUNO

ORBITAS

CERCANASA LA DE

NEPTUNO

EXCENTRIC

IDAD

DELA

ORBITA

40 45 50

RENU MALHOTRA inici su for-macin superior en el Instituto deTecnologa de Delhi y se doctor enfsica en la Universidad de Cornell en1988. Tras un perodo de investigacinposdoctoral en el Instituto de Tecno-loga de California, fue contratadapor el Instituto Lunar y Planetariode Houston, donde actualmente sedesempea.

3. LOS OBJETOS DEL CINTURON DE KUIPER ocupan una regin to-roidal situada ms all de la rbita de Neptuno (derecha). La teora de lamigracin planetaria predice concentraciones de estos objetos en las rbitasque resuenan con la de Neptuno (franjas azules en la figura). Observaciones

recientes indican que alrededor de un tercio de los objetos del cinturn deKuiper, cuyas rbitas ya se conocen (puntos rojos), ocupan rbitas resonantes3:2, similares a la de Plutn (cruz verde). Se espera que haya pocos objetoscon rbitas muy prximas a la de Neptuno (rea sombreada).


11/99

en 1984 por Julio A. Fernndez yWing-Huen Ip, en un artculo quepas casi inadvertido. Qued en meracuriosidad, sin que los tericos dela formacin planetaria le dedicaranmayores comentarios, quiz porqueno indicaba observaciones que lorespaldasen ni se deducan conse-cuencias tericas.

En 1993 formul mi teora: a me-dida que la rbita de Neptuno se ex-panda lentamente, las que resonabancon ella se dilataron tambin, hastael punto de que alcanzaron Plutn(si suponemos que la rbita de steera inicialmente casi circular y debaja inclinacin y caa ms all deNeptuno). Calcul que era muy altala probabilidad de que un objetoas fuese capturado y empujadohacia el exterior con esas rbitasresonantes durante la migracin deNeptuno; a medida que se desplazasehacia fuera su excentricidad orbital einclinacin creceran debido a la dis-torsin gravitatoria resonante causada

por Neptuno. (Este efecto es anlogoal aumento en la amplitud del mo-vimiento de un columpio cuando sele dan pequeos empujones con unafrecuencia que coincida con la suyanatural.) La excentricidad mximaresultante nos dara, por tanto, unamedida directa de la magnitud de lamigracin de Neptuno. Segn estateora, la excentricidad orbital de 0,25de Plutn significa que Neptuno sedesplaz hacia el exterior al menos5 UA. Ms tarde, con la ayuda desimulaciones por ordenador, elev

esta cifra a 8 UA y calcul que, paraexplicar la inclinacin de la rbitade Plutn, la escala temporal de lamigracin debi de ser de variasdecenas de millones de aos.

Naturalmente, si Plutn hubiesesido el nico objeto existente msall de Neptuno, no habra podidoverificarse esta explicacin de surbita, por convincente que resultaseen muchos aspectos. Sin embargo, lateora predice aspectos especficos dela distribucin orbital de los cuerposdel cinturn de Kuiper, los restosdel disco primordial de planetesima-les que se extienden allende Nep-tuno. Siempre y cuando los cuerposmayores del primitivo cinturn deKuiper fuesen lo bastante pequeoscomo para que las perturbacionesque causaran a los otros objetos delcinturn no llegasen a ser apreciables,el mecanismo dinmico del barridopor resonancia actuara no slo so-bre Plutn, sino tambin sobre todoslos objetos transneptunianos, cuyas

rbitas perturbara asimismo. Comoconsecuencia, deberan hallarse con-centraciones importantes de objetoscon rbitas excntricas en las dosresonancias ms intensas de Neptuno:3:2 y 2:1. Esas rbitas son elpticas,con semiejes mayores de 39,5 UA y47,8 UA, respectivamente. (La longi-tud del semieje mayor coincide conla distancia media entre el objeto yel Sol.)

Deberan encontrarse concentracio-nes ms modestas de cuerpos neptu-nianos en otras resonancias, como la

5:3. La poblacin de objetos existentems cerca de Neptuno que de larbita resonante 3:2 hubo de quedardiezmada por la resonancia que barreesa zona, teniendo en cuenta ademsque las perturbaciones creadas porNeptuno desestabilizaran las rbitasde los cuerpos que subsistiesen. Encuanto a los planetesimales que seaglutinaran a una distancia del Solsuperior a las 50 UA, cabe esperarque permaneciesen estables y quesus rbitas se atuvieran an a ladistribucin primigenia.

Afortunadamente, las observacio-nes recientes de los objetos del cin-turn de Kuiper, o KBO (del inglsKuiper Belt Objects), permiten con-trastar la teora. Se han descubiertoms de 174 KBO desde mediados de1999. La mayora presenta perodosorbitales de ms de 250 aos; elseguimiento realizado cubre, pues,menos del uno por ciento de susrbitas. No obstante, se han podidodeterminar, con una fiabilidad razo-

nable, los parmetros orbitales deunos 45 de los KBO conocidos. Sudistribucin orbital no sigue un patrnuniforme de rbitas casi circularesy de baja inclinacin, tal y comocabra esperar de una poblacin deplanetesimales que no hubiese sidoperturbada y conservara su estadooriginal. Antes bien, encontramospruebas de peso de la existenciade intervalos y concentraciones en ladistribucin. Una fraccin importantede los KBO viaja en rbitas reso-nantes excntricas de 3:2, similares a



12/99

la de Plutn; no se advierten apenasKBO en rbitas interiores respectoa la de 3:2, lo cual es coherentecon las predicciones de la teora delbarrido resonante.

Aun as, queda por despejar unaincgnita: son comparables en n-mero los KBO de la resonancia 2:1con los de la 3:2, como dicta lateora de la migracin planetaria?

Cul es la distribucin orbital adistancias an mayores del Sol? Enla actualidad, el censo del cinturn deKuiper no ha avanzado lo suficientepara resolver la cuestin. No obstante,en la Nochebuena de 1998 el Centrode Investigacin de Planetas Me-nores de Cambridge, Massachusetts,anunci la identificacin del primerKBO con una rbita resonante 2:1con respecto a Neptuno. Dos dasms tarde proclamaba la deteccinde otro KBO as. Ambos presentangrandes excentricidades orbitales, y

puede que sean miembros de unapoblacin importante de KBO conrbitas similares. Se les haba con-siderado objetos en rbitas reso-nantes 3:2 y 5:3, respectivamente,pero las observaciones realizadas elao pasado dejaron pocas dudas deque las identificaciones originalesestaban equivocadas Este episodiopone de manifiesto la necesidad de

realizar un seguimiento continuo delos KBO conocidos y cartografiar sudistribucin orbital. Tambin debemosser conscientes de los peligros quese corren al querer interpretar unconjunto insuficiente de datos rela-tivos a las rbitas KBO.

Para resumir, aunque todava nopueden descartarse otras explicacio-nes, la distribucin orbital de losKBO respalda de manera cada vezms clara la teora de la migracinplanetaria. Los datos sugieren queNeptuno se origin a unos 3300

millones de kilmetros del Sol ya continuacin se alej unos 1200millones de kilmetros, casi un 30por ciento del radio de su rbitaactual. Para Urano, Saturno y J-piter la magnitud de la migracinfue ms pequea, quiz de un 15,10 y 2 por ciento respectivamente;las estimaciones para estos planetasson ms inciertas ya que, al contrario

que Neptuno, no pudieron dejar unahuella directa en la poblacin delcinturn de Kuiper.

La mayor parte del movimientomigratorio tuvo lugar a lo largo deun perodo inferior a los cien millonesde aos. Es mucho si se compara conla escala temporal de la formacinde los planetas que seguramenteno dur ms de diez millones deaos, pero poco con respecto a los4500 millones de aos del sistemasolar. En otras palabras, la migra-cin de los planetas se desarroll


R.Paul Butler y sus colaboradores del Observa-torio Anglo-australiano anun-ciaron en abril de 1999 eldescubrimiento del que pareceser el primer caso conocidode un sistema planetario, convarios objetos de masa simi-lar a la de Jpiter, en rbitaalrededor de una estrella detipo solar. (Antes se habandetectado sistemas con unsolo astro compaero de lamasa de Jpiter.) La estrellaes Hypsilon Andromedae, si-tuada a unos 40 aos luz denuestro sistema solar, con unamasa ligeramente superior ala del Sol y tres veces ms

luminosa que l.Estos astrnomos afirman que del anlisis de sus ob-servaciones se desprende que Hypsilon Andromedae tienetres compaeros. La masa del objeto ms interno es almenos un 70 por ciento de la de Jpiter; se mueve enuna rbita casi circular a tan slo 0,06 UA unos nuevemillones de kilmetros de la estrella. El compaero msexterno tiene al menos cuatro veces la masa de Jpitery describe rbitas muy excntricas, con un radio mediode 2,5 UA, o sea, la mitad del radio de la rbita de J-piter. El objeto intermedio duplica la masa de Jpiter; surbita, moderadamente excntrica, tiene un radio promediode 0,8 UA.

De confirmarse este hallazgo, la arquitectura de esesistema presentara interesantes problemas y oportunidades

para los modelos tericos de la formacin y evolucin de

los sistemas planetarios. Un grupde expertos en dinmica (entrlos que me cuento) ha lograddeterminar que la configuraciorbital de este supuesto sistemes, en el mejor de los casos, estable slo circunstancialmente. Lestabilidad dinmica del sistemmejorara mucho si no existierel compaero intermedio. Es algdigno de tener en cuenta, ya qulos indicios observacionales de sexistencia son ms dbiles qupara los otros dos.

El sistema de Hypsilon Andromedae parece contradecir todolos mecanismos tericos que podran inducir la migracin interiode los planetas gigantes desdsu cuna en rbitas lejanas. Slas interacciones entre disco protoplaneta hubiesen causado lcontraccin orbital, lo ms proba

ble sera que el planeta de mayomasa fuera el que antes naciese, as que deberamoencontrarlo a una distancia menor de la estrella; sucede lcontrario en el sistema de Hypsilon Andromedae. Si slo soreales los compaeros de los extremos, el sistema podrser un ejemplo del modelo de dispersin planeta-planeta eel que dos planetas de gran masa se desplazan a rbitaprximas, luego uno dispersa al otro gravitatoriamente al final acaban uno describiendo una rbita pequea cascircular y el otro una excntrica y lejana. Este orden dcosas presenta la dificultad de que el compaero de mayomasa debera evolucionar hacia la rbita pequea y el dmenor masa hacia la grande; justo lo contrario es lo quse observa en el sistema Hypsilon Andromedae.

Podra ser este sistema una especie de hbrido de la

dos hiptesis? Es decir: una contraccin orbital causad

HYPSILONANDROMEDAE

SOL

ORBITADE JUPITER

ORBITASDE LOS COMPAEROS

EL SISTEMA de Hypsilon Andromedae contiene,segn se cree, tres cuerpos de masa similar ala de Jpiter en rbita alrededor de la estrellaprincipal (arriba). Sus rbitas tericas son mu-cho ms cerradas que la de Jpiter en nuestrosistema solar (abajo).

Por fin un sistemaplanetario?


13/99

en los primeros tiempos del sistemasolar y ltimos de la constitucin delos planetas. La masa total de losplanetesimales dispersados fue delorden del triple de la de Neptuno.Surge la pregunta de si, en una fasetemprana, no se produciran cambiosorbitales de mayor intensidad; porejemplo, cuando el disco primordialde gas y polvo contena ms materiay quiz muchos protoplanetas en

rbitas vecinas que competan en elproceso de acrecin.

Existen otros sistemasplanetarios?

Aprincipios de los aos ochenta, la investigacin terica de PeterGoldreich, Scott Tremaine y otrosllegaba a la conclusin de que lasfuerzas gravitatorias existentes entreun protoplaneta y el disco de gascircundante, ms las prdidas deenerga producidas por las fuerzas

viscosas del medio gaseoso, podanconducir a intercambios de energay momento angular muy importantesentre el protoplaneta y el disco. Conun ligero desequilibrio entre los paresde fuerzas ejercidas sobre el proto-planeta por la parte del disco quequedase en el interior de su rbita ylas ejercidas por la materia existentejusto ms all de sta, podra haber

cambios rpidos y drsticos en larbita del planeta. De nuevo, pocaatencin se le prest en su momentoa esta posibilidad terica. Al tenercomo muestra un nico sistema so-lar, los tericos de la formacin delos planetas siguieron aceptando quenacieron en sus rbitas actuales.

Sin embargo, en los ltimos cincoaos la bsqueda de planetas extra-solares ha proporcionado posiblesseales de migracin planetaria. Lamedicin de los reveladores balanceosde las estrellas prximas situadas

a menos de 50 aos luz de nuestrosistema solar ha aportado indiciosde la existencia de ms de una do-cena de objetos de una masa delestilo de la de Jpiter que describenrbitas sorprendentemente pequeasalrededor de estrellas de la secuenciaprincipal. El primer supuesto planetafue detectado en 1995 en rbita alre-dedor de 51 Pegasi por Michel Mayory Didier Queloz, del Observatorio deGinebra, mientras buscaban estrellasbinarias. Su hallazgo fue confirmadorpidamente por Geoffrey W. Marcy yR. Paul Butler, del Observatorio Lick.A la altura de junio de 1999 habaidentificada una veintena de posiblesplanetas extrasolares, la mayora des-cubiertos por Marcy y Butler, graciasa programas de bsqueda que hanestudiado casi 500 estrellas cercanasde tipo solar durante los ltimosdiez aos. La tcnica empleada enel rastreo medicin del corrimientoDoppler de las lneas espectrales delas estrellas para determinar las varia-ciones peridicas de las velocidadesestelares tan slo fija un limiteinferior a las masas de los cuer-

pos compaeros de las estrellas. Lamayora de los planetas candidatostienen masas mnimas de al menosuna masa de Jpiter y rbitas conradios de menos de 0,5 UA.

Qu relacin existe entre estosobjetos y los planetas de nuestrosistema solar? Segn el modelocomnmente aceptado acerca de laformacin planetaria, la agregacinde los planetas gigantes de nuestrosistema solar se produjo en dos eta-pas. En la primera la convergenciade planetesimales form un ncleo

protoplanetario; a continuacin, lafuerza gravitatoria de este ncleoatrajo de la nebulosa circundante ungran envoltorio gaseoso. Este procesodebi de concluir unos diez millonesde aos despus de la formacin de lanebulosa solar, tal y como se deducede las observaciones astronmicasque establecen la longevidad de losdiscos protoplanetarios que rodean a

las estrellas jvenes de tipo solar.A menos de 0,5 UA de distancia

de una estrella no hay masa bastanteen el disco primordial para que secondense un ncleo protoplanetarioslido. Adems, no est claro quefuese capaz un protoplaneta que des-cribiera una rbita muy cerrada deatraer tanto gas ambiental como paracrear un envoltorio de la magnitud delque rodea a Jpiter. Hay una razngeomtrica elemental: un objeto quedescribe una rbita pequea viaja porun volumen de espacio menor que

uno cuya rbita sea mayor. Adems,el disco de gas es ms calientecerca de la estrella y, por tanto, esmenos probable que se condense ycree un ncleo protoplanetario. Estasconsideraciones hablan en contra dela formacin de planetas gigantes enrbitas de perodo muy corto.

Varios tericos han sugerido quelos presuntos planetas gigantes ex-trasolares podran haberse formadoa distancias de varias UA de laestrella y, luego, haber emigradohacia el interior. La explicacin deesta migracin orbital se la dispu-tan tres mecanismos. Dos se basanen interacciones entre el disco y elprotoplaneta que alejaran mucho alplaneta de su lugar de nacimientomientras siguiese existiendo un discode gran masa.

Con las interacciones entre discoy protoplaneta propuestas por Gold-reich y Tremaine, el planeta quedainmerso en el flujo de gas que sedirige hacia la estrella y va agregn-dose a sta, con lo que, o el planetase libera del gas al acercarse a laestrella, o acaba precipitndose en

ella. El segundo mecanismo es lainteraccin con un disco de plane-tesimales en vez de con un disco degas: un planeta gigante incrustadoen un disco planetesimal de masamuy grande intercambiara energay momento angular con el disco pormedio de la dispersin gravitatoriay las interacciones resonantes, y larbita se ira retirando hacia el bordeinterno del disco, a pocos radiosestelares de la estrella.

El tercer mecanismo es la disper-sin de grandes planetas formados


por las interacciones disco-protoplanetaen el caso del objeto interior y una dis-persin gravitatoria mutua en el de losotros dos compaeros. Quizs intervenganprocesos de formacin y evolucin total-mente distintos, como la fragmentacinde la nube de gas protoestelar que secree produce sistemas multiestelares ycompaeras enanas marrones.

Si slo las compaeras interior y exteriorson reales, el sistema sera similar desdeel punto de vista estructural a los clsicossistemas de tres estrellas formados poruna binaria muy apretada y una terceraestrella en rbita excntrica. Abundanlas conjeturas sobre el sistema HypsilonAndromedae. Con ms observaciones yun anlisis ms profundo, recabaremospruebas slidas del nmero de compa-eros de la estrella, sus masas y susparmetros orbitales.

Los mtodos empleados para realizarestos descubrimientos, no han sido por

ahora capaces de detectar sistemas pla-netarios como el nuestro porque las alte-raciones del movimiento estelar debidasa planetas del tamao de la Tierra quedescriben rbitas ceidas o de planetasdel tamao de Jpiter en rbitas msdistantes caen por debajo del lmiteobservable. Es prematuro extraer conclu-siones acerca de la frecuencia astronmicade los planetas de tipo terrestre. A buenseguro, nuestros conocimientos acerca delorigen de los objetos identificados recien-temente como compaeros de estrellasde tipo solar evolucionarn, para mejorcomprender nuestro sistema solar.

R.M.


14/99

en rbitas (o desplazados haciaellas) demasiado prximas entre scomo para permitir una estabilidada largo plazo. En este proceso, losresultados finales son impredecibles;por lo general, ambos planetas to-maran rbitas muy excntricas. Enalgunos casos, uno de los planetasdispersados pasara fortuitamente aocupar una rbita excntrica que se

acercase tanto a la estrella en elmomento de mayor aproximacin,que la friccin de marea terminarapor convertir la rbita en circular;mientras tanto, el otro planeta seradispersado hasta ocupar una rbitaexcntrica distante. Todos estos me-canismos pueden dar lugar a unaamplia gama de radios y excentri-cidades orbitales de los planetassupervivientes.

Estas ideas apenas si bosquejan elmodelo estndar de la formacin delos planetas. Ponen en entredicho la

idea comnmente aceptada de quealrededor de las estrellas de tipo solarlos discos protoplanetarios evolucio-nan hasta formar sistemas planetariosregulares, as el nuestro. Es posibleque la mayora de los planetas nazcanen configuraciones inestables y quela migracin posterior conduzca aresultados muy dispares en cada unode los sistemas, dependiendo en granmedida de las propiedades inicialesdel disco. Para dilucidar qu relacinhay entre las compaeras extrasola-res descubiertas recientemente y losplanetas de nuestro sistema solar senecesita avanzar ms en la teora yen la observacin. Con todo, unacosa es segura: la idea de que lasrbitas de los planetas pueden sufrirgrandes cambios ya no nos va aabandonar.


BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

NEWTONS CLOCK: CHAOS IN THESOLARSYSTEM. Ivars Peterson. W.H.

Freeman and Company, 1993.DETECTION OF EXTRASOLAR GIANT

PLANETS. Geoffrey W. Marcy y R.Paul Butler en Annual Review ofAstronomy and Astrophysics , volu-men 36, pg. 57-98; 1988.

DYNAMICS OF THEKUIPER BELT. Re-nu Malhotra et al., en Protostarsand Planets IV. Coordinado porV. Mannings et al. University ofArizona Press (en prensa). Dis-ponible en http://astro.caltech.edu/vgm/ppiv/ preprint.html en la WorldWide Web.


15/99


16/99

MEDULAESPINAL

VERTEBRA

DISCO

DURAMADRE

NERVIO


1. LA MEDULA ESPINAL (en el centro en la figurahumana y rodeada por las vrtebras en el detalle) es laautopista central por la que discurren las seales entre elcerebro y el resto del cuerpo. Recibe informacin sensitivade la periferia y conduce rdenes motoras a la periferiapor medio de los nervios en que se ramifica. La lesinmedular corta la actividad y la sensibilidad en todos lostejidos situados por debajo del nivel del traumatismo. Enconsecuencia, una lesin medular en el rea del cuello puedeacabar con el control sobre la mayor parte del cuerpo ya menudo necesita de la ayuda de un dispositivo de res-piracin asistida. En el fondo de la ilustracin aparecendibujadas dos neuronas.


17/99


Para el gimnasta chino Sang Lan, la causa fue una cada de cabeza, muy divulgada por los mediosde comunicacin, durante los entrenamientos paralos Juegos de Buena Voluntad de 1998. Para RichardCastaldo, de Littleton, las balas; para el que fuera jugadorde ftbol americano Dennis Byrd, un encontronazo en1992 en el terreno de juego; y para la pequea SamanthaJennifer Reed, una cada en la infancia. No importa lacausa, el resultado de una lesin traumtica grave dela mdula espinal es, demasiado a menudo, el mismo:parlisis total o parcial y prdida de sensibilidad pordebajo del nivel de la lesin.

Diez aos atrs los mdicos no disponan de mediospara limitar esta incapacidad, fuera de estabilizar lamdula para prevenir lesiones ulteriores, tratar las in-fecciones e indicar una terapia rehabilitadora que sacarael mximo partido de las posibilidades remanentes. Nopoda confiarse en que la mdula se autorregenerara.A diferencia del sistema nervioso perifrico, el sistemanervioso central (mdula espinal y cerebro) no se re-

genera bien. Contados eran los esperanzados en que lasituacin cambiara.Hasta que, en 1990, un ensayo clnico en el que

participaron numerosos centros de investigacin revelque el esteroide metilprednisolona poda preservaralguna funcin motora y sensitiva, si se administrabaen dosis elevadas dentro de las ocho horas siguien-tes a la lesin traumtica medular. Por vez primerase comprobaba que un mtodo teraputico reduca eltrastorno funcional causado por el traumatismo de lamdula. Las mejoras fueron modestas, pero el xitoestimul una bsqueda de teraputicas adicionales.Desde entonces, muchos investigadores entre ellosnosotros han buscado nuevas ideas para el tratamiento

en el marco de la investigacin sobre las causas quemotivan que una lesin inicial pusiera en marcha eldesarrollo de lesiones aadidas en la mdula espinal,con el fracaso ulterior de la autorreconstruccin deltejido.

Explicaremos aqu la aplicacin del rpido incrementode nuestros conocimientos al auxilio de quienes sufrenlesiones de la mdula. Otros grupos de trabajo vienentambin diseando estrategias cuyo objetivo no es tantoreparar cuanto compensar las consecuencias negativas dela lesin medular. En los dos ltimos aos, por ejem-plo, la entidad oficial norteamericana que entiende dela idoneidad de alimentos y frmacos (Food and DrugAdministration) ha aprobado dos sistemas electrnicosque regulan la actividad de los msculos mediante elenvo de seales elctricas a travs de electrodos im-plantados. Un sistema recupera determinados movimientosde la mano (tomar una taza o coger una pluma) enpacientes que conservan la movilidad del hombro; otrosistema restaura cierto grado de control sobre la vejiga

y el intestino.En otro planteamiento diferente se pretende que lospacientes recuperen la capacidad prensil de objetos.Los cirujanos identifican los tendones que vinculanmsculos paralizados del antebrazo con huesos de lamano, los desconectan de tales msculos y los ponenen conexin con msculos del brazo regulados por reasde la mdula situadas por encima del foco traumticoy, por tanto, bajo control voluntario. Adems, muchosclnicos sospechan que el inicio precoz de la teraputicarehabilitadora ejercicios de las extremidades en cuantola columna vertebral se encuentra estabilizada refuerzala funcin motora y sensitiva en las extremidades. Es-tas presunciones no han pasado por una comprobacin

Reparacinde la mdula espinal

Hasta hace poco casi una esperanza infundada,

ahora parece plausible cierto grado de restauracin

de las lesiones de mdula espinal

John W. McDonald y el Consorcio de Investigacinde la Fundacin Christopher Reeve para el Estudio de la Parlisis


18/99


C2

D1

L1

S1

S2

S3

S4

L1

L2

L3

L4

L5

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

Respiracin (C1-4) y movimientosde la cabeza y cuello (C2)

Ritmo cardaco (C4-6)y movimientos del hombro (C5)

Movimientos de la muecay el codo (C6-7)

Movimientos de la manoy los dedos (C7-D1)

Tono simptico (D1-12)(incluida la regulacinde la temperatura) y estabilidaddel tronco (D2-12)

Eyaculacin (D11-L2)y movilidad de la cadera (L2)

Extensin de la rodilla (L3)

Movilidad del pie (L4-S1)y flexin de la rodilla (L5)

Ereccin del pene (S2-S4)y actividad vesical e intestinal (S2-S3)

FUNCIONES AFECTADAS

NERVIOS

NUMERACIONVERTEBRAS

Mdula cervical

Mdula dorsal

Mdula lumbar

Mdula sacra

S5

S1

MUSCULO

Sensacintctil Direccin

de la seal

NEURON

rigurosa en seres humanos, aunqueestudios en animales parecen darlescrdito.

As funciona la mdula espinal

El rgano que recibe tamaa aten- cin no mide ms de dos cen-tmetros y medio de grosor. Pese alo cual, es la autopista por donde

circulan las comunicaciones entreel cerebro y el resto del cuerpo.Las unidades de comunicacin sonlas clulas nerviosas (neuronas), queconstan de un cuerpo celular bulboso(donde reside el ncleo), una arbo-rizacin de dendritas detectoras deseales y un axn, que se extiendedesde el cuerpo celular y conducelas seales hasta otras clulas. Losaxones se ramifican en sus extremosy pueden mantener conexiones, osinapsis, con muchas clulas a untiempo. Algunos axones atraviesan la

longitud entera de la mdula.Blanda y de consistencia gela-tinosa, la mdula espinal contienedos grandes sistemas de neuronas.De estos sistemas, las vas motorasdescendentes controlan los msculosde los rganos internos y los ms-culos estriados; tambin ayudan amodular las actividades del sistemanervioso autnomo, que regula lapresin arterial, la temperatura y larespuesta circulatoria del organismoal estrs. Las vas descendentes co-mienzan en las neuronas cerebrales;stas envan seales elctricas hacianiveles especficos, o segmentos, dela mdula espinal. Las neuronas si-tuadas en dichos segmentos portanentonces los impulsos fuera, msall de la mdula.

El otro gran sistema de neuronasel sistema ascendente, el de las vassensitivas transmite seales senso-riales, recibidas de las extremidadesy rganos, a segmentos especficosde la mdula espinal y, desde aqu,

2. CUATRO TRAMOS de la mdula espinal el cervical, el dorsal, el lumbar y el sa-cro y sus nervios correspondientes sirven a reas especficas del cuerpo. En general,los nervios cervicales se relacionan con el cuello, las extremidades superiores y el aparatorespiratorio; los nervios dorsales controlan la postura y rganos internos; los nervioslumbares hacen funcionar las extremidades inferiores; y los nervios sacros, que regulanla vejiga urinaria y el intestino, desempean un papel en la funcin sexual.


19/99


ASTROCITO

VASOSANGUINEO

DENDRITA

CUERPONEURONAL

CELULADE LA

MICROGLIA

SUPERFICIEPOSTERIOR

Hacia el cerebro

Del cerebro

b

a

SEGMENTOMEDULAESPINAL

RAIZDORSAL

GANGLIORAIZDORSAL

SUSTANCIABLANCA

SUSTANCIAGRIS

TRACTO ASCENDENTEDE AXONES

NERVIO

RAIZVENTRAL

Direccinde la seal

TRACTO DESCENDENTEDE AXONES

AXON

OLIGODENDROCITO

al cerebro. Las seales se originanen clulas especializadas (transduc-toras), tales como los sensores dela piel que detectan cambios en elmedio ambiente, o en clulas quemonitorizan el estado de los rganosinternos. La mdula espinal contienetambin circuitos neuronales (talescomo los implicados en los reflejosy en ciertos aspectos de la marcha)

que pueden ser activados por la lle-gada de seales sensoriales, sin or-den proveniente del cerebro, aunquepuedan ser influenciadas por mensajesprocedentes del cerebro.

En el tronco de la mdula espinal,los cuerpos celulares residen en unamasa central gris, con forma de ma-riposa, que se extiende cuan largo esel cordn. Las fibras de los axonesascendentes y descendentes viajandentro de la sustancia blanca, asdenominada porque los axones seencuentran rodeados de mielina, un

material aislante de color blanco.Ambas regiones albergan, adems,clulas gliales, cuya misin consisteen subvenir a las neuronas en su per-

vivencia y operacin. La gla abarcaastrocitos estrellados, microgla (pe-queas clulas que se asemejan a loscomponentes del sistema inmunitario)y oligodendrocitos, productores demielina. Cada oligodendrocito mie-liniza simultneamente unos cuarentaaxones.

La naturaleza precisa de una le-sin de la mdula espinal vara de

una persona a otra. Con todo, estaslesiones traumticas presentan ciertoshechos comunes.

El momento de la lesin

Cuando una cada u otro tipo de fuerza producen una fracturao una luxacin de la columna, loscuerpos vertebrales que, en condi-ciones normales, rodean y protegen ala mdula espinal pueden aplastarla,liquidando mecnicamente a los axo-nes. En ocasiones, slo se daa la

sustancia gris del rea traumatizada.Si la lesin traumtica termina all,los trastornos musculares y sensorialesquedarn confinados a los tejidos que

envan o reciben seales (input)de las neuronas situadas en el reaafectada en la mdula, sin que ocurrantrastornos funcionales por debajo delnivel de la lesin.

Imaginemos que se interesa slola sustancia gris en una lesin delsegmento cervical 8 (C8), porcin demdula espinal donde se originan losnervios correspondientes a la raz C8;

cuando tal ocurra, se paralizarn lasmanos sin que se afecte la marchao el control sobre el intestino y la

AXON

MIELINA

NODULODE RANVIER

c

OLIGODENDROCITO

3. UN SEGMENTO DE LA MEDULA ESPINAL (a) pone de manifiesto lasustancia gris, en forma de mariposa, rodeada de un anillo de sustanciablanca. Los principales componentes de la sustancia gris (b) son cuerposneuronales, aunque tambin se encuentran clulas gliales (astrocitos ymicrogla) y vasos sanguneos. La sustancia blanca (c) contiene astro-citos y vasos sanguneos, aunque consta en su mayor parte de axones(proyecciones neuronales conductoras de seales), que cursan arriba yabajo la mdula espinal, y de oligodendrocitos, que son clulas glialesque envuelven a los axones con una mielina aislante de color blanco.Los tractos axonales que ascienden por el cordn (rojo ena) conducenmensajes sensitivos recibidos de cualquier parte del cuerpo; los tractosdescendentes (azul) llevan rdenes motoras a los msculos.


20/99

vejiga. No se emitirn ni se recibirnseales de los tejidos conectados conlos nervios C8, aunque los axonesque conducen seales por arriba ypor abajo en la sustancia blanca querodea a este segmento de sustanciagris siguen funcionando.

Qu ocurre cuando se destruyetoda la sustancia blanca en el mismosegmento medular? En este caso, lalesin interrumpir las seales ver-ticales, pues bloquear los mensajesque se originan en el cerebro para

llegar ms all del rea lesionada ydetendr el flujo hacia el cerebro delas seales sensitivas que procedende reas distales a la lesin medular.Esta persona quedar paralizada ensus manos y en sus extremidadesinferiores y perder el control de lamiccin y de la defecacin.

Por desgracia, el traumatismo ini-cial es slo el comienzo del problema.La lesin mecnica inicial disparauna segunda oleada de lesiones, unaoleada que, en los minutos, horasy das subsiguientes, agranda pro-

gresivamente la lesin y extiendela afectacin funcional. De entrada,esa extensin secundaria tiende aproceder a lo largo de la sustanciagris, antes de interesar la sustanciablanca. La destruccin termina porabarcar varios segmentos medulares,por encima y por debajo del focotraumtico inicial.

El resultado final es una situacincompleja de destruccin. Los axonesdaados se convierten en muonesintiles, sin conexin alguna, cuyos

cabos terminales, seccionados, de-generan. A menudo, muchos axonespermanecen intactos, pero se tornaninservibles por la prdida de la mie-lina aislante. Donde haba neuronas,otras clulas y axones es ahora unacavidad llena de lquido, un quiste.Y las clulas gliales proliferan anor-malmente, acumulndose en cicatricesgliales. El quiste y las cicatricesforman conjuntamente una barreraformidable para cualquier axn sec-cionado que pudiera intentar regene-rarse y conectar con las clulas que

en algn momento haba inervado.Algunos axones quiz persistan in-demnes, mielinizados, con capacidadpara transportar seales arriba y abajo,pero, a menudo, su nmero es muypequeo para transmitir rdenes tilesal cerebro o a los msculos.

Lo primero, limitar el dao

Si hubiera que lograr la reversincompleta de todas esas alteracio-nes, las perspectivas de tratamientos

apareceran sombras. Mas, salvandotal vez la actividad normal de sloun 10 por ciento de la dotacinestndar de axones, podran andarquienes ahora quedan privados detal capacidad. La mera reduccin delnivel de la lesin en un solo segmento(alrededor de un centmetro y medio)implica ya un salto importante encalidad de vida. Los pacientes conuna lesin de C6 pierden el control desus brazos, conservan alguna habilidadpara mover los hombros y flexionansus codos. Pero los individuos con una


PROMOVER LA REGENERACION AXONAL

Administrar agentes que bloquean a los inhibidoresnaturales de la regeneracin

Administrar sustancias que inducen la regeneracin axonal

COMPENSAR LA DESMIELINIZACION

Administrar sustancias qumicas que prevengan que los impulsos nerviosos se disipen en las reas desmielinizadas Aportar agentes que estimulen a los oligodendrocitos

supervivientes a remielinizar los axones Reemplazar los oligodendrocitos perdidos

DIRIGIR LOS AXONES A SUS PROPIOS OBJETIVOS

Aportar molculas que sirvan de gua hacialos lugares correctos

Administrar sustancias que induzcan a las clulassupervivientes a producir o distribuir molculas gua

AXONES DESMIELINIZADOS

Conductancia normal Fallo de la

ZONA DESMIELINIZADA

QUIS

(cavidadde lqu

AXONESSECCIONADOS

Una lesin traumtica de la mdula afecta, en un principio, a una zona pequea. Pero esta lesin disparaun proceso secundario que extiende la destruccin hstica.Muchos axones terminan seccionados o desprovistos departe de su recubrimiento aislante de mielina, lo que lesincapacita para propagar las seales ms all de las reasafectadas (diagrama).

En condiciones normales, los axones no se regeneran, nirecuperan mielina. Aunque lo hicieran, se encontraran conbarreras infranqueables para una reparacin completa. Enprimer lugar, una cavidad impenetrable y llena de lquido,un quiste formado all donde las clulas han muerto y sehan cortado los axones. El quiste aparece, a menudo, ro-deado por cicatrices gliales; stas son aglomeraciones de

clulas gliales activadas que, si bien no constituyen ningtapn fsico, liberan o extienden sustancias que inhiben ecrecimiento de los axones. En muchos casos de lesionetraumticas, slo sigue funcionando una fraccin restringidde axones en la periferia de la mdula.

El tratamiento de estas lesiones podra incluir, en el futurouna combinacin de varias teraputicas; ms abajo aportamos una lista indicativa. La mayora de los tratamientos saplicaran en la propia regin daada. Limitar la destrucciser ms fcil que repararla. Y una vez estabilizado el daocostar menos compensar la desmielinizacin que estimulala autorregeneracin de los axones y el establecimiento dsinapsis apropiadas.

J.W. McD

Objetivos teraputicos


21/99

lesin ms baja C7 pueden moverlas articulaciones de los hombros ylos codos y extender las muecas; conentrenamiento y, en ocasiones, unatransposicin tendinosa, pueden haceralgn uso de brazos y manos.

Puesto que a la destruccin inicialsigue una lesin importante, resultafundamental aclarar el mecanismo deformacin del proceso destructivo se-cundario y bloquearlo. Las lesionessecundarias o aadidas a la lesinoriginal son el resultado de muchos

mecanismos interactivos.Minutos despus del traumatismoaparecen pequeas hemorragias devasos sanguneos desgarrados; la m-dula espinal aumenta de volumenpor edema. La lesin de los vasosy la hinchazn medular dificulta elaporte normal de oxgeno y nutrientesa las clulas, lo que provoca quemuchas de ellas mueran, desprovistasde nutrientes.

Mientras tanto, las clulas daadas,los axones y los vasos sanguneosliberan sustancias txicas que actan

sobre las clulas vecinas. Una de estassustancias qumicas, en particular,activa el proceso de excitotoxici-dad, sumamente destructivo. En lamdula espinal sana los extremosde los axones secretan cantidadesmnimas de glutamato. Cuando estasustancia se liga a los receptores delas neuronas que son su objetivo,provoca la excitacin de las mismas.Pero si neuronas medulares, axoneso astrocitos sufren daos, liberanentonces glutamato a raudales. Esas

concentraciones ingentes hiperexcitanlas neuronas vecinas, inducindolas aadmitir oleadas de iones que desen-cadenan una cascada de fenmenosdestructivos en el interior celular,incluida la produccin de radicaleslibres. Estas molculas extraordi-nariamente reactivas atacan a lasmembranas y otros componentes delas neuronas sanas, provocndolesla muerte.

Hasta hace cosa de un ao, creaseque la excitotoxicidad, observadatambin despus de un accidente


PREVENIR LA EXPANSION DE LA DESTRUCCION INICIAL

Aportar agentes que bloqueen la llamada lesinexcitotxica de las clulas supervivientes

Administrar sustancias que eviten el suicidio celular o bienque refuercen las defensas de las clulas estresadas

CREAR PUENTES

Implantar (en el quiste) tejido que sirva de andamiajepara los axones y estimule su crecimiento

REEMPLAZAR LAS CELULAS MUERTAS

Implantar clulas capaces de producir todos los tipos de clulas perdidas Administrar sustancias que puedan inducir a las clulas

indiferenciadas, presentes en la mdula, a reemplazar las clulas muertas

AXONES CON LA MIELINA INTACTA

ZONA DE LA LESIONORIGINAL

CELULAS GLIALESACTIVADAS

QUISTE

AXONES SECCIONADOS INHIBIDORESDE LA REGENERACION

AXONAL

CICATRIZ GLIAL

4. QUISTE de mdula lesionada. Lacavidad que form en una persona conlesin cervical (izquierda) aparece obscu-recida (recuadro). En una rata (derecha)la cavidad est limitada por una lnea depuntos; se distinguen tambin los axonesdaados que terminan, de modo indebido,fuera del quiste (lneas oscuras).


22/99

cerebrovascular, era letal slo paralas neuronas. Nuevos hallazgos su-gieren que acaba, asimismo, con losoligodendrocitos (clulas productorasde mielina). Este efecto podra ex-plicar la desmielinizacin incluso delos axones no seccionados; por eso,tras el traumatismo medular, se tor-nan incapaces de conducir impulsosnerviosos.

El prolongado proceso inflama-torio, marcado por la llegada deciertas clulas del sistema inmunita-rio, ayuda a exacerbar estos efectos.Puede durar das. En condicionesnormales, las clulas inmunitarias seencuentran en la sangre, sin poderentrar en los tejidos del sistema ner-vioso central. S penetran all dondese han seccionado traumticamentelos vasos sanguneos. A medida que

estas clulas y la microgla se ac-tivan en respuesta al traumatismo,liberan ms radicales libres y otrassustancias txicas.

La metilprednisolona, la primerasustancia farmacolgica que limitala extensin del foco lesional de lamdula espinal en los seres humanos,puede actuar a travs de la reduccindel edema, de la inflamacin, dela liberacin de glutamato y de laacumulacin de radicales libres. Losdetalles precisos acerca de cmo estasacciones farmacolgicas pueden ayu-

dar a los pacientes no son conocidoscon exactitud.

En la investigacin de laboratorio,realizada con animales sometidos alesiones experimentales de la m-dula, se ha observado que la me-tilprednisolona bloquea la respuestacelular ante el exceso de glutamato,lo que comporta el freno de losfenmenos destructivos. Los agentesque, de modo selectivo, bloquean losreceptores del glutamato de la claseAMPA, abundante en los oligodendro-citos y en las neuronas, se muestranharto eficaces en la limitacin dela extensin final de una lesin yen las discapacidades asociadas. Sehan ensayado ya ciertos antagonistasde los receptores AMPA en pruebasclnicas, en el marco de una terapiadel accidente cerebrovascular agudo;

de aqu a unos aos podramos dis-poner de frmacos relacionados, pres-tos para su ensayo en pacientes contraumatismos de mdula.

En la mdula espinal traumatizada,la necrosis podra ser culpable de unafraccin notable de la prdida celularinicial; en ese proceso, las clulasson vctimas pasivas de asesinato.Junto a ella, en los ltimos aos,los neurobilogos han descubierto enla mdula otra forma ms activa demuerte celular, el suicidio. Das osemanas despus del traumatismo ini-

cial, una oleada de apoptosis suele ba-rrer los oligodendrocitos, hasta cuatrosegmentos ms all de la localizacindel foco traumtico inicial. Con estehallazgo se han abierto nuevas puertasa la terapia de proteccin. Las ratas alas que se les administran, despus deun traumatismo de la mdula espinal,sustancias que inhiben la apoptosis,retienen ms capacidad ambulatoriaque los roedores sin tratar.

En los ltimos aos, se han idoidentificando factores neurotrficos,que promueven la supervivencia delas neuronas y de la gla. Se estudiahasta qu grado una sustancia afn,el GM-1 ganglisido (Sygen), con-fina la lesin medular en humanos.A fin de cuentas, las medidas paralimitar la lesin secundaria habrnde incluir, a buen seguro, sustan-

cias varias, aplicadas en momentosdiferentes, que bloqueen mecanismosespecficos de muerte en distintaspoblaciones celulares.

La mejor teraputica no se detendraen restringir la zona de lesin, sinoque buscara repararla. Un compo-nente clave de la reparacin seraestimular la autorregeneracin de losaxones daados: inducir su elongaciny trabar nueva conexin con clulasdianas apropiadas.

Aunque las neuronas del sistemanervioso central de los mamferos


Cadas(21%)

Deportes(8%)

Otros(8%)

Violencia(22%)

Accidentesde vehculos*

(41%)

CAUSAS DE LESIONES TRAUMATICAS DE LA MEDULA ESPINAL19941998

*Mientras que los accidentes de vehculos son la causa predominanteen general, las cadas lo son en individuos mayores de 60 aos.

Causas predominantes dentro de la categora(% de causas por)

83%

10%

3%Accidentesbicicletas:

Accidentesmotocicletas:

Accidentesde automviles:

Causas predominantesdentro de la categora:

92%

6%Contactopersonal:

Armade fuego:

Causas predominantesdentro de la categora:

55%

8%

6%Surfing:

Esqu:

Submarinismo:

Causas predominantes dentro de la categora:

38%

30%

22%Accidentes peatonales:

Golpeados por objetosdesprendidos:

Complicaciones mdicasy quirrgicas:

Incidencia en EE.UU.:aproximadamente10.000 nuevos casos al ao,80 % en varones

Prevalencia en EE.UU.:entre 183.000y 230.000 viven con traumatismos

de la mdula espinal

Grupos de edad afectados con mayorfrecuencia:16-30 aos (43%), seguido

por 31-45 aos (28%)

El centro de estadstica nacional sobre lesiones medulares, adscrito a la Universidad de Alabama enBirmingham, ha facilitado las cifras de este recuadro sobrelas lesiones de la mdula espinal (LME) causadas por untraumatismo agudo en Estados Unidos. Otros estiman que

los traumatismos agudos suponen alrededor de la mitad delos casos de lesiones de la mdula espinal. Las causasno traumticas incluyen la esclerosis mltiple, los tumoresy las infecciones (por ejemplo, la tuberculosis).

J.W. McD.

Lo que dicen los nmeros


23/99

adultos acostumbran a fracasar en laregeneracin de los axones daados,no se debe tal fallo a una propiedadintrnseca de las clulas. La culpa latiene un entorno hostil. En cualquierotro lugar del cuerpo, en la mdulaespinal inmadura y en el cerebro,las neuronas regeneran sus axonescon presteza; asimismo, los experi-mentos animales han demostrado queun ambiente adecuado puede inducirque los axones de la mdula espinalcrezcan.

Inducir la regeneracin

Un inconveniente del entorno que rodea a la mdula espinal es-triba en la sobreabundancia de mo-lculas que inhiben la regeneracinde los axones, algunas de ellas enla mielina. Quienes descubrieronestos inhibidores vinculados con lamielina han producido el anticuerpo

IN-1, molcula que bloquea o neu-traliza la accin de los inhibidores,de donde su nombre y siglas. Handemostrado tambin que la infusin,en la mdula espinal lesionada dela rata, de IN-1 derivada del ratnpuede conducir a la regeneracinde algunos axones interrumpidos. Ycuando se han interrumpido las vasque controlan la actividad de lasextremidades anteriores, los animalestratados recuperan alguna movilidaden estas extremidades, mientras quelos dejados al margen del tratamiento

no la recuperan. Nuestro sistema in-munitario humano acabara con elanticuerpo de roedores; por eso lainvestigacin trabaja en una versinhumana del mismo anticuerpo parasometerla a ensayo clnico.

Se han descubierto otras muchasmolculas inhibidoras, algunas pro-ducidas por los astrocitos, y ciertonmero de molculas que residen en

la matriz extracelular (el andamiajearmado entre clulas). Ante semejantemuestrario parece probable que se ne-cesitarn teraputicas combinadas paracontrarrestar o bloquear la produccinde mltiples sustancias inhibidoras dela regeneracin axonal.

Adems de levantar los frenosque actan sobre la regeneracin axo-nal, deberan aportarse sustancias quepromovieran de una manera activael crecimiento de los axones. Labsqueda de factores de ese tipo co-menz con los estudios del desarrollo

del sistema nervioso. Hace deceniosque la ciencia aisl el factor de cre-cimiento nervioso (NGF), un factorneurotrfico que mantiene la super-vivencia y el desarrollo del sistemanervioso perifrico. Se vio ms tardeque el factor formaba parte de unafamilia de protenas que incrementala supervivencia neuronal y favoreceel crecimiento de los axones. Sehan identificado varias familias msde factores neurotrficos con simi-lares capacidades; as, la molculaneurotrofina-3 (NT-3), que estimulaselectivamente el crecimiento de losaxones descendentes por la mduladesde el cerebro.

Para nuestra fortuna, las neuro-nas adultas mantienen su capacidadde responder a las seales, proce-dentes de tales factores, que instanla regeneracin axonal. Mas, a lavista est, la produccin natural detales sustancias resulta insuficientepara las cantidades necesarias enla reparacin de la mdula. En lassemanas posteriores al traumatismo,

la sntesis de algunos compuestosdisminuye manifiestamente, en vezde avivarse. El incremento artifi-cial de las concentraciones de esassustancias, lo corroboran numerososestudios realizados en animales, es-timula la regeneracin. En pacientescon accidente cerebrovascular se hansometido a ensayo clnico el factorbsico de crecimiento de los fibroblas-tos y otros factores neurotrficos quepromueven la regeneracin. Aunqueno se ha ensayado ninguno todavaen la regeneracin tras lesin medular

en seres humanos, s se han compro-


5. DENNIS BYRD sufri una lesin incompleta de la mdula espinal cerca de labase del cuello en un choque con un compaero de equipo durante un partido deftbol americano celebrado en 1992 (abajo). Hoy (arriba) camina cojeando. En surecuperacin ha podido contar con la rpida administracin de metilprednisolona,el nico frmaco aprobado para limitar la extensin de la lesin. Tambin recibiuna sustancia experimental (Sygen) de valor desconocido.

JOHN W. McDONALD y el restode los miembros del Consorcio deInvestigacin de la Fundacin Chris-topher Reeve para el Estudio de laParlisis trabajan juntos desde 1995.McDonald ensea neurologa y reha-bilitacin en la facultad de medicinade la Universidad de Washington ydirige el servicio de lesiones medu-lares en el Hospital Barnes-Jewish de

San Luis. Los coautores son AileenJ. Anderson y Carl W. Cotman, de laUniversidad de California en Irvine;Ira B. Black, de la Escuela de Medi-cina Robert Wood Johnson; ChristianBroesamle, Isabel Klusman y MartinE. Schwab, de la Universidad deZurich; Mary Bartlett Bunge y GilesW. Plant, de la facultad de medicinade la Universidad de Miami; DennisW. Choi, de la facultad de medicinade la Universidad de Washington;Fred H. Gage y Philip J. Horner, delInstituto Salk; Daniel J. Liebl y LuisF. Parada, del hospital clnico de laUniversidad del Sudoeste de Texas, yChan Roonprapunt y Wise Young, dela Universidad de Rutgers.


24/99

bado muchos en animales, requisitoprevio obligado.

Quienes sueen con la aplicacinteraputica de factores neurotrficostendrn que asegurarse de que es-tos agentes no aumentan el dolor,una complicacin a largo plazo deltraumatismo medular. Muchas son lascausas del dolor. Una es el brote deaxones all donde no les corresponde

(quizs en un fallido intento de diri-girse al foco lesional) y su conexininapropiada con otras clulas. A vecesel cerebro se equivoca y toma porseales dolorosas los impulsos quetranscurren a travs de estos axones.Los factores neurotrficos pueden, enteora, agravar este problema; pueden,tambin, provocar que los circuitosmedulares del dolor y las clulas dela piel sensibles al mismo se tornenhipersensibles.

Iniciado el crecimiento de los axo-nes, habr que guiarlos hacia sus

propios objetivos, las clulas con lasque se hallaban en un comienzo co-nectadas. Pero, cmo? La biologadel desarrollo embrionario ha venidoen nuestro auxilio.

Durante el desarrollo, los axonesen crecimiento son llevados a suseventuales objetivos por molculasque operan en la zona apical del axn,en su cono de crecimiento. Se handescubierto, sobre todo en los ltimoscinco aos, numerosas sustancias queintervienen en el proceso. El grupode las netrinas se liberan o repartenentre neuronas o clulas gliales. Estassustancias atraen a los axones para quecrezcan en determinadas direcciones yno en otras. En los componentes fijosde la matriz extracelular encuentranmolculas gua adicionales. Ciertasmolculas de la matriz extracelularse enlazan con molculas especfi-cas (molculas de adhesin celular)en los conos de crecimiento, paraas facilitar el anclaje o puntos deagarre de los axones que progresan.Durante el desarrollo, las molculasgua necesarias van presentndose alos conos de crecimiento en secuen-

cias caractersticas.

Conexiones correctas

Nadie sabe todava cmo colocar las seales de trfico necesariasen los puntos adecuados. Pero algu-nas observaciones nos sugieren yaque podemos facilitar el proceso deregeneracin aportando un subgrupode molculas indicadoras del objetivo.En breve, una muestra de netrinas yde componentes de la matriz extra-celular. Las sustancias preexistentes

en la mdula podran suministrar lasdems seales de trfico exigidas.

Con un planteamiento muy distintose mueve la lnea de investigacinque se propone, para solucionar elproblema de la regeneracin de losaxones en la direccin correcta, esta-blecer un puente en el hiato creadopor la lesin traumtica. Se trata dedirigir la pauta de desarrollo axo-nal hacia su destino instalando unconducto por donde cursen los axo-nes o algn otro tipo de andamiajeo armazn que proporcione soportefsico a las fibras en su empeo deatravesar la zona qustica del trau-matismo, impenetrable de suyo. Elandamiaje sirve tambin de fuentede sustancias qumicas promotoras

del crecimiento.Es el camino seguido por el equipoque implant tubos rellenos de clulasde Schwann en el hiato producidopor la extirpacin de una parte de lamdula espinal en roedores. Optaronpor clulas de Schwann, que son lagla del sistema nervioso perifrico,porque encierran muchos atributosque favorecen la regeneracin de losaxones. En experimentos con anima-les, estos injertos estimulan ciertodesarrollo de los axones dentro delos tubos.

Como puente se han empleado tam-bin clulas gliales olfatorias, recu-biertas de una vaina. Son exclusivasde las fibras nerviosas que se dirigende la nariz a los bulbos olfatorios delcerebro. Cuando se implantan esasclulas en la mdula de una ratacuyos tractos descendentes han sidoseccionados, los apsitos celularesestimulan la regeneracin parcial delos axones a lo largo del injerto. Eltrasplante de la gla olfativa, juntocon clulas de Schwann, conduce aun crecimiento ms extenso de losaxones.

En teora, podra realizarse unabiopsia en un paciente para extraerla necesaria gla olfatoria. Y, una vezestablecidas las propiedades que capa-

citan a esas u otras clulas paradevenir escoltas competentes de losaxones en progreso, la ciencia podramanipular genticamente otro tipo declulas, proporcionndoles las combi-naciones requeridas de propiedadespromotoras del crecimiento.

Otras clulas sometidas a ingenieragentica para servir en esa labor depuente son los fibroblastos, habitualesen el tejido conectivo y la piel. Seles ha manipulado para que sinte-tizaran la molcula neurotrfica NT-3y, luego, trasplantado en la mdula


CABLESDEL ELECTRODO

ELECTRODOS

ESTIMULADORIMPLANTADO

MUELLEDE TRANSMISION


25/99

espinal seccionada de los roedores.Con fibroblastos manipulados se pro-dujo una regeneracin parcial de losaxones. Adems de una esperanza-dora regeneracin axonal, la NT-3estimula la remielinizacin. En estosestudios, los fibroblastos pasados pormanipulacin gentica han fomentadola mielinizacin de los axones rege-nerados y han mejorado la actividadde las extremidades posteriores.

Injerto celular

Otro planteamiento sera injertar clulas que normalmente existenen el sistema nervioso central. Ademsde servir como puentes y liberar po-tencialmente protenas que ayudasen

a la regeneracin axonal, algunos deestos injertos podran reemplazar alas clulas muertas.

El trasplante de tejido procedentedel sistema nervioso central de un fetoha producido resultados estimulantesen los animales tratados poco despusdel traumatismo. Este tejido, inma-duro, origina nuevas neuronas consus axones completos, que atraviesanlargas distancias en los tejidos del re-ceptor (varios segmentos hacia arribay hacia abajo en la mdula espinalo hacia la periferia). Puede, tambin,

inducir que las neuronas del huspedenven axones regenerados al tejidoimplantado. Asimismo, los receptoresde los trasplantes pueden recuperaralguna funcin de las extremidades,su movimiento por ejemplo, algo queles queda vedado a los animales sintratar. Y lo que es ms, de acuerdo conla investigacin en injertos de tejidofetal, los axones podran encontrarsu objetivo asignado en ausencia demolculas gua que vengan de fuera.Los injertos dan mejor rendimiento enla mdula espinal inmadura que en lamdula lesionada del adulto, indiciode que los jvenes son ms sensiblesa la terapia que los adolescentes ylos adultos.

Algunos pacientes con lesiones

antiguas de la mdula espinal hanrecibido trasplantes de tejido nerviosofetal, pero se dispone de muy pocainformacin para sacar conclusiones.En cualquier caso, la aplicacin de latcnica del injerto de tejido fetal en hu-manos est sometida a criterios ticos,lo que, unido a la falta de donantes,limitar su disponibilidad. Por cuyarazn se exploran nuevas vas paraconseguir el mismo resultado. Entretales alternativas citemos el injertode clulas multipotenciales (madre):clulas inmaduras y capacitadas para

dividirse indefinidamente, replicarseexactamente o generar tipos celularesdiversos y ms especializados.

Se conocen ya varios tipos de c-lulas multipotenciales. Uno de ellosgenera las clulas sanguneas, la piel,la mdula espinal y el cerebro. Seha observado que clulas multipoten-ciales alojadas en el sistema nerviosocentral de los adultos engendran neu-

ronas y su gla acompaante, mientrasque las clulas multipotenciales neu-rales parecen permanecer quiescentesen la mayora de las regiones delsistema. En 1998 ciertos laboratoriosobtuvieron, de tejidos humanos, unasclulas multipotenciales ms vers-tiles. Estas clulas multipotencialesembrionarias (de modo semejante alas clulas multipotenciales extradasantes de otros vertebrados) puedencrecer en cultivos y, en teora, pue-den generar cualquier tipo de clulacorporal, incluidas las de la mdula

espinal.Estrategias a seguir

con las clulas madre

En qu pueden ayudar las c- lulas multipotenciales dentrode los procesos de reparacin deuna mdula daada? El da en quelos bilogos aprendan a obtener deforma rutinaria estas clulas de unpaciente y a controlar la diferenciacincelular, se habr dado un grandsimopaso. Los mdicos podran extraerclulas multipotenciales neurales delcerebro o de la mdula espinal deun paciente, multiplicar in vitro elnmero de clulas indiferenciadas yrestituir la poblacin incrementadaen la mdula espinal de la mismapersona, sin temor al rechazo inmu-nitario. O podra comenzarse conclulas multipotenciales embrionariascongeladas, inducirles su conversinen precursoras o progenitoras de clu-las espinales e implantar una ampliapoblacin de clulas precursoras. Seest debatiendo una lnea de investiga-cin donde se examinen los efectos del

trasplante de clulas multipotencialesneurales sobre pacientes con lesionesmedulares; esas clulas procederan,por biopsia, del cerebro de los pro-pios sujetos.

El mero injerto de clulas proge-nitoras en la mdula podra bastarpara estimular su multiplicacin ydiferenciacin en los linajes necesa-rios, con la sustitucin consiguientede neuronas y clulas gliales perdidasy el oportuno establecimiento de lasconexiones sinpticas entre neuronas.Las clulas multipotenciales trasplanta-


SENSORDE LA POSICION

DEL HOMBRO

CONTROLADOREXTERNO

Podran implantarse electrodos que estimularan los ner-vios enmudecidos por la lesin de la mdula espinaly, en consecuencia, podra recuperarse la funcin de deter-minados msculos paralizados? La verdad es que ya existentales dispositivos. Dos en concreto que parecen incrementar laautonoma del paciente acaban de conseguir la aprobacin dela autoridad sanitaria estadounidense. Con uno, las personasque conservan la movilidad del hombro pueden usar la mano(vase la ilustracin). Determinados movimientos del hombroopuesto activan un detector que enva seales a una unidadde control externo. Esta unidad, a su vez, transfiere las sealesa un muelle implantado de transmisin conectado a cables queterminan en msculos seleccionados de brazo y mano.

El otro dispositivo, que ha comenzado a emplearse enGran Bretaa, se propone que el control de la miccin torneal paciente. Con un transmisor externo se activa una suertede marcapasos implantado que enva seales elctricas a losnervios de la vejiga. En respuesta, la vejiga y su esfnter secontraen; la relajacin posterior del esfnter permite la eva-cuacin de la vejiga. El sistema estimula tambin los nerviosintestinales y ayuda a la evacuacin del intestino.

Entre otros dispositivos, operativos o sujetos todava a in-vestigacin, hay sistemas que posibilitan la posicin erecta delpaciente (para que sea ms fcil la transferencia entre silla deruedas, cama y un cuarto de bao), promueven el ejercicio delcorazn y los pulmones, la asistencia respiratoria, la induccinde la tos, la mejora de la circulacin o la reduccin de laespasticidad. Ricki L. Rusting

Avances en electrnica


26/99

das en los sistemas nerviosos, normaly con lesin traumtica, de animalesde experimentacin pueden formarneuronas y gla en la regin dondehan sido injertadas. Combinados conlos resultados del tejido fetal, estosotros significan que, en el sistemanervioso daado, preexisten muchasclaves importantes para la diferencia-cin e indicacin de objetivos. Y si

hubiera que agregar una ayuda extra,para eso est la ingeniera gentica.Por norma, la manipulacin genticarequiere de las clulas que sean ca-paces de dividirse. Las clulas mul-tipotenciales cumplen este requisito,no as las neuronas maduras.

Hemos de plegarnos a la realidad yreconocer que los escenarios ideadospara las clulas multipotenciales sonfuturistas. Pero tambin podra llegarel da en que estas clulas resulteninnecesarias, dado el avance dado porla terapia gnica. La introduccin de

genes en las clulas supervivientes dela mdula espinal podra conferirlesel poder de sintetizar y liberar unflujo de protenas incesante, que es-timularan la proliferacin de clulasmultipotenciales, instaran la diferen-ciacin y la supervivencia celular ypromovieran la regeneracin de losaxones, su orientacin y su mielini-zacin. De momento, sin embargo,seguimos en una fase de refinamientode las tcnicas para la insercin degenes en el sistema nervioso central,para el afianzamiento de su super-vivencia de esos genes y para suoperacin idnea.

Mientras llega el instante en quesean prctica corriente en las lesionesmedulares los injertos de clulas y laterapia gnica, e incluso despus, lospacientes podran aliviar su estado conla administracin de frmacos querestablecieran la seal de conduccinen los axones silenciados por la des-mielinizacin. Se est comprobando lacapacidad de la 4-aminopiridina paracompensar la desmielinizacin. Esteagente bloquea temporalmente los ca-nales de potasio en las membranas de

los axones y, al hacerlo, permite alos axones transmitir seales elctricasms all de las zonas desmielinizadas.Algunos pacientes tratados con estefrmaco han mostrado una modestamejora en las funciones motoras ysensitivas.

A primera vista, esta terapia podraconsiderarse una buena va para tratarla esclerosis mltiple, enfermedad quedestruye la mielina que cie a losaxones del sistema nervioso central.Es una pena que los afectados deesta enfermedad son propicios a crisis

epilpticas, tendencia que puede acre-centarse con la 4-aminopiridina.

El NT-3, que estimula la remieli-nizacin de los axones en animales,podra, con otros factores neurotrfi-cos, entrar en una opcin teraputica.El NT-3 ha llegado a la fase IIIdel ensayo clnico en pacientes conlesiones medulares, si bien el fin noes ahora restablecer la mielinizacin.

Puede administrarse por inyeccin encantidades requeridas para actuar so-bre los nervios intestinales y potenciarla funcin del intestino, aunque lasdosis son insuficientes para generarconcentraciones elevadas en el sis-tema nervioso central. Si el ensayocorrobora la seguridad del frmaco, elxito abrira el camino para pruebascon dosis necesarias para estimular lamielinizacin o regeneracin.

Perspectivaspara los prximos aos

Alo largo del decenio hemos asis- tido a importantes avances enla comprensin de las lesiones dela mdula espinal y en el controldel desarrollo neuronal. Del mismomodo que los axones que progresanlentamente hacia sus objetivos, losinvestigadores se adentran poco a pocoen la obscuridad y perfilan un plande ataque racional para tratar estaslesiones. Se cuenta con la aplicacinde terapias mltiples en una secuenciaordenada. Unos tratamientos comba-tiran las lesiones secundarias, otrosestimularan la regeneracin axonalo la remielinizacin y otros, en fin,sustituiran a las clulas perdidas.

Cundo se encarnarn las nuevasideas en un tratamiento real? Ojaltuviramos la respuesta. Los frmacosque funcionan en los animales nosiempre se han demostrado tilesen clnica; los que se manifiestanprometedores en ensayos clnicosrestringidos, no persisten al ampliarla muestra. Pese a todo, resulta es-timulante que contemos ya al menoscon dos ensayos clnicos en marcha

y se prevea el inicio de otros en losprximos aos.Ser ms fcil limitar un foco le-

sional que recuperarlo. Sabido eso,los tratamientos encaminados a paliarel dao secundario al traumatismoagudo se utilizarn antes en clnica.Entre las estrategias de reparacin,la de consecucin ms fcil ser lapromocin de la remielinizacin; sloexige recubrir de mielina los axonesintactos. Las estrategias de remielini-zacin tienen capacidad para lograruna significativa recuperacin de la

funcin; verbigracia, el control sobrela vejiga o el intestino, atributo quelas personas sanas dan por supuesto,pero que supone todo un mundopara los que sufren lesiones de lamdula espinal.

La ciruga de transferencia de ten-dones y los dispositivos elctricosavanzados pueden restablecer en cier-tos pacientes funciones importantes.

Mas, para buen nmero de stos, ladevolucin de su autonoma en laactividad cotidiana depender de lareconstruccin del tejido lesionadoa travs de la regeneracin de losaxones y de la reconexin de lasvas interrumpidas.

Hasta ahora, las intervenciones e

investigación y ciencia 278 - noviembre 1999

Documents