Resumen

El incremento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera tiene el potencial de disminuir los niveles de pH en el océano y de afectar el sistema de carbonatos marino. En este trabajo se explica la química de la acidificación del océano y sus consecuencias en algunas especies marinas, así como los proyectos nacionales e internacionales encaminados a mitigar e investigar los cambios en el pH del océano. Es necesario dirigir los esfuerzos de monitoreo, investigación y educación con relación a la dinámica de los ciclos biogeoquímicos, en los mares y costas de México.
Palabras clave: acidificación del océano, cambio climático, educación ambiental, dióxido de carbono, interacción océano-atmósfera.

CO₂ and marine life: a connection we need to understand

Abstract

Increased concentration of carbon dioxide in the atmosphere has the potential to lower pH levels in the ocean and affect the marine carbonate system. This paper explains the chemistry of ocean acidification and its consequences on some marine species, as well as national and international projects aimed at mitigating and investigating changes in ocean’s pH. It is necessary to direct monitoring, research, and education efforts about the dynamics of biogeochemical cycles, in the seas and coasts of Mexico.
Keywords: ocean acidification, climate change, environmental education, carbon dioxide, ocean-atmosphere interaction.

Introducción: el origen del CO₂

La contaminación del medio ambiente se deriva de las actividades realizadas por los seres humanos, aquellas denominadas actividades antropogénicas. Entre ellas, se encuentran, por ejemplo, la quema de combustibles fósiles usados para el transporte y la producción de energía eléctrica, y los cambios en el uso de suelo por el aumento de actividades como la agricultura, la ganadería y la minería, la pesca industrial, la construcción, la deforestación, etcétera.

El incremento en la concentración de los Gases de Efecto Invernadero (gei), tales como el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄), el óxido nitroso (N₂O) y los gases fluorados, originados por las actividades antropogénicas, ha provocado un desequilibrio térmico en la atmósfera. Una consecuencia de esto es un incremento en la temperatura media global, que es lo que conocemos como calentamiento global (Feely et al., 2009). Pero eso sólo es una parte del problema climático, ya que, además de incrementar la temperatura, el aumento de CO₂ está acidificando los océanos.

Desde el comienzo de la revolución industrial se han emitido más de 500,000 millones de toneladas de dióxido de carbono o CO₂ a la atmósfera. Hoy en día la concentración de CO₂ se registra como la más elevada de los últimos 800,000 años (ipcc, 2023). Esta concentración sería mucho mayor si no fuera por el papel clave que tienen los océanos en la eliminación de CO₂ atmosférico. Y es que el océano funciona como un amortiguador en el planeta, ya que es un sistema abierto que intercambia de forma permanente flujos de calor, energía y gases a través de su superficie con la parte inferior de la atmósfera.

De esta manera, al incrementar la concentración de CO₂ en la atmósfera se incrementa la cantidad de CO₂ que se puede disolver en el océano. Si bien esto es excelente para disminuir la concentración de este gas en la atmósfera, a la par, provoca una disminución del pH oceánico. Por ejemplo, en la figura 1 podemos observar una tendencia en el crecimiento de la concentración de CO₂ atmosférico entre los años 1958 y 2018 en el observatorio de Mauna Loa, Hawai. Entonces, así como aumenta la cantidad de CO₂ en la atmósfera, también se incrementa el CO₂ disuelto en el océano, lo que está estrechamente ligado con la disminución del pH.

Figura 1. Se observa el aumento del CO₂ atmosférico (ppm) registrado en el observatorio de Mauna Loa, Hawai desde 1958 a 2018 (línea roja). También se muestran los cambios del CO₂ del agua de mar (verde) y el pH (azul) en las islas hawaianas observadas en la estación oceánica Aloha, muy cerca de Mauna Loa. Crédito: modificado de Webb, 2023.

Si bien el pH oceánico promedio puede variar en escalas de tiempo interglaciares (40.000-100.000 años), la tasa de acidificación actual es 10 veces más alta que en los últimos 55 millones de años (Comisión Oceanográfica Intergubernamental, Comité Científico de Investigaciones Oceánicas, Programa Internacional sobre la Geosfera y la Biosfera, 2013). Además, factores regionales como la presencia de surgencias costeras,1 los cambios en las tasas de descarga de ríos y glaciares, la pérdida de hielo marino y la urbanización, han creado “puntos críticos de acidificación del océano”, en donde los cambios se están produciendo a un ritmo aún más rápido (Comisión Oceanográfica Intergubernamental, Comité Científico de Investigaciones Oceánicas, Programa Internacional sobre la Geosfera y la Biosfera, 2013).

Acidificación: desequilibrio en el sistema de carbonatos del océano

La absorción de CO₂ en el océano es un proceso natural y esencial para mantener el equilibrio del clima en la Tierra. Este proceso ayuda a moderar el efecto invernadero y el calentamiento global, e implica de forma general los siguientes pasos:

1. Disolución del CO₂. El CO₂ de la atmósfera se disuelve en el agua del mar (ver figura 2a).

2. Formación de ácido carbónico. El CO₂ disuelto reacciona con el agua formando ácido carbónico (H₂CO₃) (ver figura 2b).

3. Disociación. El ácido carbónico se disocia en ion bicarbonato (HCO₃^–) y protones (H₃^–), o en ion carbonato (CO₃^2-) y más protones (ver figura 2c).

Estas especies químicas se encuentran en el océano en diferentes proporciones, aproximadamente el 87% del carbono inorgánico se encuentra presente como bicarbonato, el 12% es carbonato, el ácido carbónico y el dióxido de carbono representan cerca del 1% y forman lo que se conoce como sistema de carbonatos marino (Libes, 2009). El equilibrio entre estas proporciones de especies químicas, principalmente la del ion carbonato (HCO₃^2-) y el ion bicarbonato (HCO₃^–), es la razón por la que el océano tiene un pH ligeramente básico (alrededor de 8.1) (Jiang et al., 2019).

El exceso de absorción de CO₂ provoca un desbalance en el sistema de carbonatos, resultando en un aumento de protones (H⁺) y, por lo tanto, en una disminución del pH del agua, lo que hace que el océano se vuelva más ácido. Aunque el agua de mar tiene una capacidad natural para amortiguar estos cambios de pH, ésta no es infinita. La capacidad del océano de amortiguar disminuirá y la mayor parte de carbonato será consumido (Barker, S. y Ridgwell, 2012).

La presencia del ion carbonato es esencial para el mecanismo de fabricación de estructuras esqueléticas como conchas y caparazones de organismos calcificadores.2 A partir de los iones de calcio (Ca²⁺) y carbonatos (CO₃^2-) presentes en el agua de mar se genera carbonato de calcio (CaCO₃), que sirve para recubrir gradualmente sus partes blandas (ver figura 2d).

Figura 2. Reacciones presentes en el proceso de acidificación, más la precipitación de carbonato de calcio. El exceso de CO₂ provoca un desequilibrio en el sistema de carbonatos marino. Crédito: elaboración propia.

Durante la década de los noventa se reveló que los océanos habían absorbido el 30% del CO₂ emitido por la humanidad en los dos últimos siglos (Feely, et al 2009), y actualmente siguen absorbiendo alrededor de un millón de toneladas por hora (Brewer, 2008; Jiang et al., 2019). Estudios previos han revelado la presencia de aguas corrosivas no sólo en Canadá y Estados Unidos de América, sino también en costas mexicanas (Paz-Pellat, et al., 2019). En la figura 3 podemos apreciar la tasa de disminución promedio global del pH oceánico de 1990 a 2025 (un cambio de -0.019 pH por década), y la distribución de pH en el planeta registrada en el año 2023. Podemos observar que los océanos que rodean a México registran una tendencia a valores promedio de pH entre 8 y 8.04 durante el 2023. Podemos observar que los océanos que rodean a México registran una tendencia a valores promedio de pH entre 8 y 8.04 durante el 2021. El valor promedio del pH de los océanos es de 8.1, y se ha previsto que para el año 2100 se alcanzará un valor promedio global de 7.7 (Jiang et al., 2019).

Figura 3. Izquierda: tasa de cambio del pH. La línea central roja representa la anomalía del pH normal y la franja exterior es la desviación estándar. Derecha: distribución global del pH oceánico registrada en 2021. Crédito: Ocean acidification in the global ocean. Japan Meteorological Agency.

¿Cómo afecta la acidificación a los organismos marinos?

La disminución del pH del océano tiene el potencial de afectar la vida de todos los organismos marinos, ya que cada uno de ellos gasta energía metabólica para mantener un pH regular dentro de sus células (Raven et al., 2005), y de esta forma asegurarse de que los procesos bioquímicos en su interior sigan funcionando de manera eficiente. Algunas de las especies que han sido afectadas son los corales, las estrellas marinas, las ostras, los cangrejos, las gambas, los mejillones, las langostas, los cocolitofóridos (organismos que conforman al fitoplancton), los pterópodos (caracoles marinos) e incluso los cetáceos.

Mamíferos marinos

Los mamíferos marinos (ballenas, delfines, cachalotes, lobos marinos, por mencionar algunos) emplean el sonido en el agua para orientarse, comunicarse y reproducirse. Cuando un mamífero marino emite sonido en una determinada frecuencia, el sonido se aleja desde éste de forma radial y viaja a través del agua en forma de ondas sonoras, que son absorbidas y reflejadas por todas las partículas suspendidas en el agua, otros organismos o por paredes rocosas. Se ha documentado (Brewer y Hester, 2009) que al disminuir el pH del agua de mar las frecuencias de sonido, incluyendo las que utilizan los mamíferos marinos, se pueden propagar de forma más eficiente. Esto se debe a que los iones borato presentes en el agua de mar, que absorben estas frecuencias de sonido, se agotan de la misma manera que ocurre con el ion carbonato cuando incrementa la presencia de CO₂. La consecuencia directa de esto es una alteración en la comunicación de los cetáceos, y un incremento en la contaminación marina por ruido, proveniente de embarcaciones y plataformas petroleras. La absorción de sonido por el ion borato está incorporado en todas las ecuaciones que describen y predicen la absorción de sonido en el océano.

Pterópodos

Los pterópodos o mariposas marinas son en su mayoría organismos calcificadores pelágicos (que viven suspendidos en la columna de agua), que miden menos de 1 cm. Éstos son muy importantes para el buen funcionamiento de la red trófica marina, debido a que son consumidos por organismos tan pequeños como el krill y hasta por los de mayor tamaño como las ballenas. La figura 4 muestra cómo se disuelve o adelgaza el caparazón de un pterópodo en el transcurso de 45 días, al colocarlo en agua de mar con niveles de pH y carbonato proyectados para el año 2100 (Orr, et al., 2005).

Figura 4. Foto de un pterópodo antes y después de la acidificación. Crédito: modificado de Webb, 2023.

Corales

El incremento de la temperatura debido al calentamiento global es una causa de estrés en los corales que provoca su blanqueamiento (ver figura 5). De esta manera, el coral pierde el color debido a que expulsa el alga simbiótica. Entonces, un mar ácido causaría que el coral se degrade o se disuelva, con lo que se reduciría significativamente la capacidad de los corales formadores de arrecifes para producir sus esqueletos (Libes, 2009).

Figura 5. Coral en Samoa Americana antes, durante, y después de un evento de blanqueamiento de coral. Crédito: modificada de The Ocean Agency, s.f.

Los corales proporcionan albergue para cerca del 25% de todas las especies oceánicas y cubren sólo el 1% de la superficie terrestre, por lo que juegan un papel clave en el ecosistema marino. Además, los corales son una barrera natural que bloquea, frena y desvía la energía oceánica proveniente de tormentas y del oleaje intenso.

Acciones globales y nacionales contra la acidificación del océano: medidas de mitigación y observaciones

La mitigación de la acidificación oceánica puede requerir de objetivos diferentes a aquellos orientados contra el cambio climático. Esto es porque la reducción de emisiones de otros gases de efecto invernadero no tiene un efecto significativo sobre la acidificación de los océanos, ya que el único gas de interés para mitigarla es el CO₂. Ante esta situación se han formado grupos de trabajo internacionales y nacionales, dentro de las cuales podemos mencionar:

1. El Centro Internacional de Coordinación de Acidificación de los Océanos (oa-icc, por sus siglas en inglés) promueve la colaboración internacional sobre el monitoreo y estudio de la acidificación de los océanos. La oa-icc organiza cursos de formación en los estados miembros, y proporciona acceso a datos y recursos para promover la investigación sobre la acidificación de los océanos.

2. La Comisión Oceanográfica Intergubernamental (coi) de la unesco y su Sección de Ciencias Oceánicas participan en la coordinación de varios programas para vigilar y estudiar la acidificación de los océanos y sus efectos.

3. El Programa de acidificación de los océanos de la Administración Nacional Atmosférica y Oceánica (noaa, por sus siglas en inglés) busca preparar mejor a la sociedad para responder a las condiciones y los recursos oceánicos cambiantes, mediante la ampliación de la comprensión de la acidificación de los océanos a través de asociaciones interdisciplinarias, a nivel nacional e internacional.

4. Los científicos del equipo de acidificación, clima y ecosistemas de arrecifes de coral (accrete, por sus siglas en inglés), de la División de Química y Ecosistemas Oceánicos (oced, por sus siglas en inglés), del laboratorio meteorológico y oceanográfico del Atlántico (aoml’s, por sus siglas en inglés), han implementado una herramienta de monitoreo para el Golfo de México y el mar caribe con datos de temperatura superficial del mar (obtenida por satélites), salinidad superficial del mar (calculada con el modelo oceánico hycom3) y midiendo la alcalinidad total con titulación química. Este conjunto de información les ha permitido obtener la variabilidad anual del pH superficial en el Golfo de México y el resto de las especies del sistema de carbonatos del agua de mar.

5. Desde 2018 México cuenta con el Sistema de Modelos numéricos y climáticos (simod), que son parte del Sistema de Información y Análisis Marino Costero (simar), de la Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (conabio). Éste tiene como objetivo desarrollar conocimiento de los mares y costas para su conservación y uso sostenible, en respuesta a las necesidades del país bajo el contexto de cambio y variabilidad climática, contribuyendo al bienestar y la salud de las personas. El simar integra datos satelitales, modelos climáticos y datos in situ, sobre parámetros físicos y químicos en diferentes escalas de tiempo.

Es importante reconocer las herramientas con las que se cuentan actualmente en nuestro país, para facilitar el desarrollo de estudios encaminados a determinar la distribución promedio y la variabilidad anual e interanual del sistema de carbonatos marino, así como la distribución y variabilidad del pH a lo largo de nuestra zona costera y mares territoriales. De igual manera, se requieren estudios más complejos que aborden la exposición de organismos marinos, de importancia ecológica y comercial en México, a los efectos de la disminución del pH.

También es indispensable seguir promoviendo medidas de cuidados y conservación de las ballenas alrededor del mundo, pues éstas son capaces de almacenar cantidades considerables de CO₂ a lo largo de su vida. Por ejemplo, las ballenas azules pueden almacenar hasta 63 toneladas de CO₂ y las ballenas rorcual aliblanco, 2.2 toneladas por individuo. Y cuando las ballenas mueren, en la mayoría de los casos, se hunden en el fondo del océano, sepultando el CO₂ que fue capturado a lo largo de su ciclo de vida (Noticias onu, 2022).

Conclusiones

La acidificación oceánica es una consecuencia directa del incremento de las emisiones de CO₂ a la atmósfera, derivado de las actividades antropogénicas y se ha acelerado drásticamente desde la Revolución industrial.

La disminución del pH oceánico está provocando impactos negativos en diversas especies marinas, desde los corales hasta los mamíferos marinos, afectando sus capacidades de supervivencia, reproducción y comunicación.

La comprensión y la mitigación de la acidificación oceánica requieren esfuerzos específicos y diferenciados de los objetivos generales del cambio climático, ya que la única forma de abordar este problema es reduciendo las emisiones de CO₂. Las iniciativas nacionales e internacionales mencionadas en este artículo, como la oa-icc, la coi de la unesco y el Programa de acidificación de los océanos de la noaa, están trabajando para mejorar el monitoreo, la investigación y la colaboración global en este ámbito.

En México, la implementación del Sistema de Modelos Climáticos océano-atmósfera (simod) ha sido un paso importante hacia la conservación y el uso sostenible de los recursos marinos. Es imperativo continuar y ampliar estos estudios para comprender mejor la distribución, la variabilidad del pH y el sistema de carbonatos en nuestras costas y mares territoriales (Paz-Pellat, et al., 2019).

Es esencial promover la conservación de especies marinas clave como las ballenas, que desempeñan un papel significativo en la captura y almacenamiento de CO₂. La protección de estos animales no sólo contribuye a la biodiversidad, sino también a los esfuerzos globales para mitigar el cambio climático.

La educación ambiental y la concienciación pública, sobre la acidificación del océano y sus impactos, son fundamentales para fomentar cambios en las políticas y comportamientos que reducen las emisiones de CO₂. Únicamente a través de un enfoque integral que combine tanto la investigación multidisciplinaria y transdisciplinaria, como la acción política y la participación comunitaria, podremos enfrentar eficazmente este desafío y proteger nuestros océanos para las generaciones futuras.

Referencias

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Recepción: 2023/08/15. Aprobación: 2024/11/13. Publicación: 2025/01/13.

Resumen

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

How is heat observed in the spaces we walk on?

Abstract

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

Efectos del calor en las ciudades

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

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

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

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

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

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

Así se filtra el sol en un espacio

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

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

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

Observa el calor en este espacio

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

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

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

¿Cómo se visualiza el calor en las superficies verdes?

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

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

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

¿Qué pasa con los materiales?

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

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

Realicemos una prueba

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

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

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

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

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

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

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

¿Hacia dónde vamos?

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

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

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

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Resumen

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

The shipwreck of thoughts

Abstract

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

Introducción

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

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

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

El cerebro, un coloso insumergible

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

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

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

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

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

El choque con el iceberg

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

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

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

El quebrantamiento de los compartimentos de seguridad

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

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

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

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

El naufragio

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

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

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

Conclusión

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

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

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

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

Agradecimientos

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

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

Resumen

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

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

Abstract

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

Cuando los sentidos se apagan

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

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

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

¿Cómo afecta el SARS-COV-2 al olfato?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Mecanismos de defensa y regeneración

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

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

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

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

¿Y cómo se pierde el gusto?

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

Conclusiones

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

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

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

Resumen

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

Hydrothermal Systems: Secrets of the Deep Ocean?

Abstract

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

Introducción

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

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

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

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

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

El inicio de la exploración de los sistemas hidrotermales

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

¿Dónde se localizan los sistemas hidrotermales submarinos?

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

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

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

Principales características

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

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

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

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

La importancia de los sistemas hidrotermales

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

1. Origen de la vida en la Tierra.

2. Laboratorios naturales.

3. Generadores de minerales.

Conclusión

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

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

Referencias

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