El Big Bang, Inflación y el origen del Universo

Hoy partimos con un título rimbombante, pero no es sólo para atraer audiencia, sino también para celebrar un importante descubrimiento que (de ser corroborado por la comunidad científica) permitiría entender uno de los mayores enigmas en astronomía, qué fue lo que sucedió inmediatamente después del Big Bang y que dió lugar al universo tal como lo conocemos hoy. Puede que te preguntes, ¿Pero qué importa!?, acá intentamos explicártelo, y de paso, compartir la aventura del descubrir y el triunfo de la mente humana.

(Super-corta) Historia del Universo.

Probablemente has escuchado acerca de la teoría del Big Bang (al menos la serie con Sheldon). Esta idea señala que el universo comenzó en un estado de altísima densidad, el cual explotó, dando paso, luego de muchos millones de años, al universo que conocemos. En los primeros 400 mil años luego de la explosión inicial, el universo se mantuvo opaco, sin emitir luz, ya que las partículas de luz (fotones) no tenían la capacidad de viajar grandes distancias y escapar de la densa sopa de partículas eléctricamente cargadas (electrones y protones en estado de plasma) sin chocar con ellas. Cuando el universo se expandió y se enfrió, los electrones y protones que existían de forma independiente en ese plasma, se unieron y formaron átomos eléctricamente neutros, dejando un camino libre a los fotones. Para ejemplificar estos sucesos imaginemos un gato tratando de atravesar en un parque lleno de gente que dejo libre a sus perros. La interacción perro-gato hace muy difícil para el pobre gatito avanzar hacia cualquier parte. Ahora, si cada persona toma a su perro, veremos que la vida se hace mucho más fácil para el gato, quien ahora puede atravesar el parque sin miedo a ser atacado por los caninos y de forma bastante veloz. Al periodo donde los electrones y protones formaron átomos neutros se le denomina época de recombinación.

Lo increíble, es que este período en el desarrollo de universo, dejó marcas que podemos incluso percibir hoy en día. Estas marcas se llaman Radiación de Fondo Cósmico (CMB por sus siglas en inglés), y fueron descubiertas por accidente en los años 60. Fig. 1

Figura1: Mapa de la radiación de fondo cósmico detectada por el satélite WMAP. Las regiones están coloreadas para representar variaciones de +- 0.0002 grados Kelvins. [Fuente Wikipedia]

Los distintos colores en figura 1 representan las variaciones en temperatura del CMB, estas variaciones son solo de 0.0002 Kelvins, siendo la temperatura promedio 2.7 Kelvins.

Al analizar esta radiación de fondo, varias preguntas aparecen. Como vemos en Fig. 1,  el universo presenta un estado de gran homogeneidad!.  Pero, ¿Por qué el universo luce tan homogéneo en todas direcciones? Recordemos que estamos hablando de un universo que partió desde una gran explosión de plasma. Inicialmente esta homogeneidad se asumió como un principio (una idea que no puede ser derivada como consecuencia de otra idea), en lo que se llama "principio cosmológico".

Una interesante idea que busca resolver la pregunta de la homogeneidad del universo fue postulada en la década del 70 del siglo pasado, por físicos en estados Unidos y en la Unión Soviética*. Esta idea se conoce como Inflación. La idea es simple pero revolucionaria: El universo es similar en todas partes debido a que inmediatamente después del big bang el universo se expandió a una velocidad exponencialmente alta, superando por mucho la velocidad de la luz (técnicamente, lo que se espande es el espacio tiempo mismo, por lo que la comparación con la velocidad de la luz puede llevar a confusiones). Esta súper-expansión sería por lo tanto la causante de la similitud en distintas direcciones del universo observable. Suena simple, pero bueno para creerlo hay que demostrarlo! Otra analogía puede ser útil, podemos pensar en el universo inicial como una fotografía compleja, con zonas claramente distinguibles. La inflación en este contexto sería hacer un zoom en alguna zona particular de la imagen hasta que las regiones con características distintas desaparecen de la zona observada. (¿quiere decir que nos parece homogéneo porque estamos mirando a una zona muy pequeña del universo total?, SI!, bienvenido Multiverso**)

Las pequeñas inhomogeneidades encontradas en la radiación de fondo cósmico que sobrevivieron a este gran zoom (distintos colores en Fig. 1) que supone el periodo inflacionario son aún más sorprendentes. Como ya discutimos en este post anterior, las leyes de la mecánica cuántica (MC) gobiernan los sistemas que son muy pequeños. Una característica particular de la MC es que el vacío (que, fuera de divagaciones filosóficas, definimos como un estado con total ausencia de partículas) se encuentra en constante ebullición, creando y destruyendo partículas. En promedio es un estado realmente vacío, pero en cualquier momento posee fluctuaciones. Este vacío fluctuante, sujeto a la expansión por inflación, creó las irregularidades que vemos en el CMB y serían estas irregularidades  las que dieron pie a la creación de galaxias. Esto se entiende de la siguiente forma. Las pequeñas irregularidades en la densidad suponen puntos de aglutinamiento, donde, debido a la gravedad, las cosas se atraen un poco mas fuerte (la gravedad que un objeto crea depende de la densidad de masa de este). Estos puntos de aglutinamiento son las semillas donde las galaxias fueron creadas.

En suma, las fluctuaciones cuánticas sumadas al proceso de inflación dieron origen a las semillas que eventualmente produjeron las galaxias. Si esta idea no te asombra, nada de lo que yo pueda escribir acá lo hará.

Fig.2 Factor de escala (o cuanto crece el universo en tamaño) en función del tiempo después del Big bang [Fuente: Astronomia.net]

Otra pregunta interesante es ¿Cómo podemos conocer el estado del universo antes de la época de recombinación? Debido a que los fotones no podían viajar antes de este periodo, cualquier observación convencional no nos entrega ninguna pista acerca del periodo de pre-recombinacion. Por supuesto, eso no detuvo a los físicos en su búsqueda de respuestas, quienes encontraron una forma alternativa de obtener dicha  información, esto es, a través del análisis de la forma en que la luz se propaga o polarización*** en la radiación de fondo.

Esta polarización se ve influenciada por los cambios en el espacio tiempo, cambios que datan del periodo pre-recombinación, y que se manifiestan como ondas gravitacionales****. Estas ondas gravitacionales perturban la polarizarion del CMB, y es esta perturbación la que fue analizada por el equipo de BICEPS2. En ella se encontraron rastros que pueden ser atribuidos al periodo inflacionario. Si los datos son comprobados por otros experimentos independientes, estaríamos ante un descubrimiento que nos permitiría comenzar a entender los inicios mismos del tiempo y el espacio, y por consiguiente, de nosotros mismos.

Celebramos este gran hallazgo, triunfo de la curiosidad humana.

Si quedaste con ganas de mas detalles, no dudes en preguntar.
Tambien puedes visitar los siguientes links con una muy buena explicación.

En español:
http://conexioncausal.wordpress.com/2014/03/17/descubrimiento-de-modos-b-en-la-polarizacion-del-cmb/

http://cuentos-cuanticos.com/2014/03/18/el-universo-saca-bicep2/


En Ingles [mas técnicos]

http://www.preposterousuniverse.com/blog/2014/03/16/bicep2-updates/

http://profmattstrassler.com/2014/03/18/if-its-holds-up-what-might-bicep2s-discovery-mean/

Algunos videos [En Ingles]
Inflation & the Universe in a Grapefruit - Sixty Symbols 

Evidence of cosmic inflation expands universe understanding

* Algunos nombres notables en el desarrollo de la idea de Inflacion son: Alan Guth, Andrei Linde, Alexei Starobinsky, Paul J. Steinhardt.

**Multiverso es la idea que es consecuencia directa de Inflación. Imaginemos un universo con dos caracteristicas opuestas, para simplificar, imaginemos un universo compuesto por los colores rojo y azul. Luego de Inflación, el universo de color rojo queda causalmente desconectado del universo de color azul (no se pueden enviar señales porque estan separados por mucha distancia). Alguien viviendo dentro del universo azul pensará que el universo es azul y no hay otro tipo de universo. Al conjunto de distintos universos se le llama Multiverso.

***Polarización es una propiedad de las ondas electromagnéticas (luz), asociada con la forma en que esta se propaga. Un filtro de polarización es un instrumento que permite el paso de una polarización especifica (ver figura)

Representación de la propagación de una onda, (en rojo). Un conjunto de ondas con distintas polarizaciones, al pasar por un polarizador, es filtrada, sobreviviendo solo la polarización asociada al filtro (el filtro es representado por la rejilla negra en el centro de la imagen)

**** Ondas Gravitacionales: Como el agua, que al distorsionarse actúa como medio donde ondas de presión se propagan, el espacio-tiempo también puede ser distorsionado, en cuyo caso la distorsión se propaga como ondas de gravedad, que perturban en espacio-tiempo a su paso.

Llegó marzo, no olvides dormir bien...

Llegó marzo, y con ello el regreso al trabajo, las levantadas temprano y/o las largas noches de estudio. Parece ser que el llamado a dormir bien no es el más adecuado en estas fechas. Sin embargo, éste es uno de los consejos que de forma recurrente escuchamos de los especialistas, no sólo para los niños que parten el año escolar, sino también para los universitarios y profesionales que regresan a su jornada habitual. Sólo basta con experimentar una noche de insomnio y despertar irritable, desconcentrado o lento, para entender que algo de verdad hay en esos consejos y que al parecer dormir es importante.

Los humanos dedicamos un tercio de nuestras vidas únicamente a dormir, lo cual es bastante si lo comparamos con una jirafa (2 horas diarias), pero bastante menos si nos comparamos con una serpiente pitón (18 horas diarias). Te has preguntado alguna vez ¿porque es tan necesario dormir?, ¿Qué es lo que hace tan beneficiosas esas horas de sueño para nuestro cuerpo?. ¿Por que los humanos, a diferencia de las jirafas, requieren 4 veces más horas de sueño?

Durante décadas esto ha sido uno de los grandes misterios para los científicos. Es que desde un punto evolutivo esto parece ser grave error, tantas horas de sueño no haría más que exponer a los humanos a los depredadores por más largos periodos!. Distintas hipótesis han sido propuestas para explicar la necesidad de dormir, desde la simple idea de recuperar la energía gastada durante el día hasta las más recientes relacionadas con la consolidación de la memoria y eliminación de sustancias tóxicas. Hablaremos de estas últimas un poco más tarde, pero primero veamos que ocurre cuando dormimos.

¿Qué ocurre cuando dormimos?

A diferencia de lo que pudiésemos imaginar, el proceso de dormir no es lineal sino más bien dinámico y cíclico. Este consiste en 5 etapas que se repiten varias veces durante la noche, cada una con distintos y bien definidos patrones de actividad cerebral, respiratoria y cardíaca (Figura 1). A medida que completamos cada ciclo, la etapa 5 se hace más prolongada y las etapas 3 y 4, de sueño profundo, más cortas. Por la mañana, antes de despertar, el ciclo consiste principalmente en las etapas 2 y 5. Se ha sugerido que es en esta ultima etapa donde, en mayor medida, los sueños tienen lugar.

Figura 1: Etapas del sueño, estas cinco etapas forman un ciclo cuya duración total alcanza 90-120 minutos. En adultos, el sueño nocturno de unas 8 horas, consistirá por lo tanto en aproximadamente 5 ciclos, en los cuales la duración de cada etapa variara con cada nuevo ciclo. La duración de cada etapa, respecto al total de horas de sueño es indicada en términos porcentuales.

¿Por qué dormimos?

Como mencionaba anteriormente, existen varias hipótesis para explicar porque dormimos. Algunas de ellas más controversiales que otras, pero no excluyentes entre si. La simple idea de recuperar la energía gastada durante el día parece ser desechada actualmente. Se sabe que durante el sueño gastamos una importante cantidad de energía y que la ganancia neta es bastante poca. Por ejemplo, mientras dormimos la producción de proteínas no sólo continua sino además, en muchos casos, aumenta. Por otra parte, dos hipótesis más recientes han planteado que dormir juega un rol central en consolidación de la memoria y aprendizaje [1] y la eliminación de metabolitos tóxicos [2].

En el primer caso, se plantea que durante los periodos de sueño, en particular la etapa 5, nuestra memoria reciente es procesada e incorporada en la memoria de largo plazo. Se cree que la etapa 5 es fundamental en este proceso y que ésta es una de las razones por la que recién nacidos y niños pequeños pasan mucho más tiempo en esta etapa (más del 50%) en comparación a adultos.  Sin embargo, la idea que una etapa en particular es la responsable de tal función es actualmente debatida y se plantea que las distintas etapas son necesarias, ya sea para actuar de forma sinérgica o secuencial con la etapa 5.

Figura 2: (A) Liquido cefalorraquideo. (B) Formación de agregados de β-amiloides (en color café) en las placas seniles de la corteza cerebral, estos depósitos se encuentran en el cerebro de los pacientes con la enfermedad de Alzheimer (un video del proceso de formación de estos agregados  puede verse aquí http://www.nia.nih.gov/alzheimers/alzheimers-disease-video)

La segunda hipótesis plantea que, mientras dormimos, nuestro cerebro sufre un proceso de limpieza en el cual metabolitos tóxicos son eliminados de los tejidos [2]. Esta hipótesis es bastante reciente y se basa en estudios realizados en ratas donde se demostró que durante periodos de sueño el espacio extracelular del cerebro aumenta en volumen y con ello el flujo de líquido cefalorraquídeo o cerebroespinal (un líquido que baña el encéfalo y la médula espinal) (Figura 2). ¿Qué consecuencias produce dicho aumento? bueno la verdad es muy importante pues este liquido, además de actuar como amortiguador del cerebro, es el encargado de eliminar toxinas y al aumentar su flujo dicha eliminación se hace mas rápida. Esto es como en los edificios, donde las empresas de aseo comienzan a trabajar una vez acabada la jornada laborar haciendo el trabajo de ellos mucho mas expedito. Una de las toxinas que este liquido elimina son los β-amiloides, péptidos que acumulan en las paredes del cerebro y se relacionan con la aparición de Alzheimer (figura 2B). Se encontró que en ratas la eliminación de estas sustancias era dos veces más rápida mientras en el sueño.

Si bien esta ultima hipótesis ha abierto muchas interesantes aristas, una respuesta concluyente respecto al tema es aún difusa. Los científicos parecen estar recién comenzando a entender el misterio del sueño.

¿Café y vino, amigos o enemigos del buen dormir?

Muchos de nosotros estamos acostumbrados a partir el día con una taza de café, incluso tomándolo antes de ir a dormir, lo cual sabemos no es lo más recomendado. Altas cantidades de cafeína resultan en largos periodos en la fase de sueño ligero y más cortos periodos en la fase de sueño profundo. Un buen descanso requiere un equilibrio entre las distintas etapas.

Por otra parte, el consumo de alcohol ayuda a quedarse dormido fácilmente, demasiado fácil tal vez, haciendo que nos saltemos las etapas iniciales de sueño y alcancemos directamente la etapa de sueño profundo. Además reduce el numero de ciclos de sueños, como resultado despertamos con una sensación mayor de cansancio.

Finalmente, hay ciertas comidas que quizás te gustaría evitar o preferir antes de dormir. Alimentos como tocino, queso, maní, vino tinto, entre otros contienen un compuesto químico llamado tiramina. Este compuesto favorece la liberación de noradrenalina el cual actúa como estimulante cerebral. Por el contrario carbohidratos como pastas o el pan, que favorecen la liberación del agente calmante serotonina,  tienen un efecto contrario.

Así que ya saben, que el estrés no nos quite el sueño este año. Si bien el debate acerca de la función del sueño aun continua abierto, es claro que el dormir no es sólo un placer, sino además una herramienta fundamental para  nuestro bienestar y salud mental. Al parecer, contrario a nuestra primera impresión, la evolución no estuvo tan errada en este aspecto.

[1] The Role of Sleep in Learning and Memory. Science (2001) 294, 1048. http://www.sciencemag.org/content/294/5544/1048

[2] Sleep Drives Metabolite Clearance from the Adult Brain. Science (2013) 342,373. http://www.sciencemag.org/content/342/6156/373.full

El nuevo Cosmos

Esta semana quiero cumplir un sueño que siempre he tenido: Comentar cine. En realidad no es propiamente cine lo que voy a comentar, sino el primer episodio de la nueva versión de Cosmos, producido por FOX, y narrado por Neil deGrasse Tyson. ¿La vieron?

Niños, les voy a confesar que yo no he visto Cosmos (la original) de Carl Sagan (espero que no sea una blasfemia astronómica). Mis referentes de ciencias cuando era chica fueron un programa de Teleduc, El mundo de Beakman, el doctor Emmett Brown de Volver al Futuro y algunos otras figuras de esa índole. Sólo llegando a la Universidad me enteré quién era Sagan, y aún así no vi Cosmos, por lo que en mi comentario no haré una comparación entre ambas. 

Para los que no saben qué es Cosmos, ni el nuevo ni el original, les cuento que es una serie documental para la televisión, escrita y conducida por el famoso astrónomo y divulgador de la ciencia, que marcó a una generación, Carl Sagan. En los trece episodios que la conformaban, Sagan habla de la historia de la Astronomía, el lugar del hombre en el Universo, el origen de la vida, la exploración del espacio, entre otros temas. Estrenada en 1980 en Estados Unidos (no se cuándo ni cómo se vio en Chile, si alguien recuerda haberla visto podría contarnos en los comentarios), en plena Guerra Fría, Cosmos es un hito en la divulgación masiva de la ciencia.

Neil deGrasse Tyson y Carl Sagan

Neil deGrasse Tyson es un continuador de Sagan en la divulgación. Con un carisma muy distinto, Neil ha sido muy existoso en difundir la ciencia adaptándose a los medios que hoy existen: En su cuenta en twitter usa el humor para contar hechos interesantes, tiene un carisma entretenido para aparecer en televisión (ha aparecido en The Big Bang Theory un par de veces) y  usa su histrionismo para explicar y llamar la atención. Algunos detractores lo consideran demasiado autorreferente y pintamonos, pero a mi me parece que él realmente aprovecha lo que pueda para distribuir su mensaje. Eso es algo que todos los que intentamos hacer un poco de divulgación ya desearíamos.

Neil tenía la idea de hacer este nuevo Cosmos, y la posibilidad de hacer la nueva versión de esta serie llegó de un lugar inesperado. El creador de la serie "Padre de Familia", Seth McFarlane, fue el que puso a Neil en contacto con Fox para la producción de la serie y es uno de los productores ejecutivos. Ya vemos que el interés en la ciencia es transversal.

 La serie se estrenó el domingo 9 en EEUU, tiene 13 episodios donde hablarán de los temas que se hablaron en la antigua versión con el conocimiento actualizado, mejores imágenes astrónomicas y referencias a los temas más actuales de nuestra sociedad.

El primer episodio transmitido el martes en Chile deja un mensaje que yo resumo en la siguiente frase: Somos minúsculos. Neil nos lleva en un viaje en una nave por el sistema solar, galaxias vecinas, cúmulos de galaxias hasta los límites del Universo observable. “Tú, yo, todos estamos hechos de estrellas” nos dice Neil, enfatizando la conexión que tenemos con el Universo, a pesar de ser tan insignificantes. En el penúltimo segmento del programa vuelve a retomar esta idea a través de la historia temporal del Universo, haciendo una analogía entre la edad del Universo (13.8 billones de años) y un calendario. Si ponemos el Big Bang en el 1 de enero de este calendario, a las 00:00; en esta escala, la formación del Sol es a finales de agosto, el meteorito que eliminó a los dinosaurios cayó el 30 de diciembre, y sólo en los últimos segundos del calendario se desarrolló la humanidad. Si eso no los dejó locos, yo no se cómo impresionarlos.

Neil enfrentándose al Big Bang

Otro segmento en la mitad del programa llamó mucho la atención, y he visto variados comentarios en internet. Éste fue la inclusión de la vida de Giordano Bruno, monje, filósofo, llamado un mártir de la ciencia, debido a que fue quemado por la Inquisición en el 1600 por sus ideas filosóficas sobre el Universo. Bruno siguió las ideas de Copérnico sobre el heliocentrismo, e incluso postuló una visión del Universo muy distinta a las ideas de la época, donde el Sol es una estrella más y hay millones como él, con millones de planetas orbitando esas estrellas.

Llama la atención la idea de contar la historia de Bruno, que ni siquiera fue un científico, como bien lo dice Neil. En mi opinión, creo que este segmento, más que ser un golpe a la religión en su totalidad (la cara de los religiosos que queman a Bruno era de temer), es un golpe a las ideas religiosas extremas, tan intolerantes como la Inquisición. No hay que olvidar que este es un programa hecho en EEUU, donde los debates Ciencia-Religión toman mayor importancia, debido a que el creacionismo está librando una batalla que incluso llega a las salas de clases de los niños. En ese sentido, el nuevo Cosmos no puede estar ajeno en esa discusión; el mismo Neil y otros divulgadores científicos estadounidenses como Bill Nye y Phil Plait han estado enseñando el pensamiento crítico la sociedad norteamericana. Y francamente, aunque el debate es distinto, acá en Chile también necesitamos divulgación de pensamiento crítico, en vez de algunos charlatanes (todos sabemos quién, ¿no?)

El final de Cosmos fue emotivo, con una anécdota personal de Neil con Sagan, cuando éste lo invitó a Ithaca a tratar de convencerlo de ser científico. Fue un bonito detalle que nos humaniza a los científicos, que ya no tienen la imagen que tenía yo cuando chica, con el pelo desordenado y un delantal blanco de laboratorio. Son personas, se interesan por otras personas, son imaginativos. El Cosmos no es algo aburrido, difícil o una teoría matemática. Sí, somos minúsculos, pero hemos logrado conocer nuestro lugar en el Universo y ahondar en sus misterios. Y nos queda mucho más por conocer.

Yo estaré viendo Cosmos todos los martes. Lo transmite NatGeo a las 22:00 *. 

Un último comentario: Buscando en internet algunos detalles, encontré este video de una niña viendo Cosmos... Sólo con ese tipo de reacción, Tyson y Sagan se deben dar por pagados.

http://www.youtube.com/watch?v=fiZUIgnSzQE&feature=youtu.be

*Ojalá a algún canal de televisión abierta se le ocurra transmitirlo también. 

¿Por qué duelen las espinillas?

Para un niño existen enfermedades que le vienen de película. Sobre todo aquellas en donde el cuerpo se siente decaído, pero no lo suficiente como para dejar de disfrutar quedarse en la cama sin ir al colegio. Sin embargo, en ocasiones, ese estado puede tornarse bastante incómodo, sobre todo si se acompaña de fiebre, escalofríos o dolor corporal intenso. Los causantes de estos cuadros son, frecuentemente, patógenos como virus o bacterias que, si bien se alojan en lugares específicos del cuerpo, como bronquios o encías, pueden producir un dolor más generalizado. En esta columna describiremos los principales mecanismos que explican la aparición de dolor tras el ingreso de patógenos* para proponer una explicación a una pregunta cotidiana: ¿Por qué duelen las espinillas?. 

Inflamación: la primera respuesta frente a agentes extraños

La inflamación se produce por un aumento rápido en la llegada de sangre y líquido intersticial (medio acuoso que rodea a las células) en la zona afectada, ya sea por lesión física, patógenos o exposición a alérgenos**. Si la causa de la inflamación son los patógenos, el aumento en la irrigación sanguínea es necesario, pues favorece la llegada de células de defensa (principalmente glóbulos blancos) tales como linfocitos o macrófagos. Estas células se encargarán de "comer” o fagocitar tanto bacterias como células infectadas por virus, eliminándolas del organismo.

 Un buen ejemplo de inflamación por infección bacteriana son las espinillas que consisten en una hinchazón de color rojo intenso, generalmente dolorosa, que se produce porque los folículos pilosos de la dermis se taponan con grasa o cebo http://tinyurl.com/kehzvuq  Esto hace que en la hendidura de la piel desde donde nacen los pelos comiencen a multiplicarse sin control bacterias http://tinyurl.com/mzlnhrs. Dentro de cada espinilla, se da una batalla campal cuyo resultado es una serie de bacterias muertas que junto con los componentes del sistema inmune (glóbulos blancos como los macrófagos) forman una pasta blanca y pestilente llamada pus, un manjar para los Zombies.

Pero los macrófagos no sólo eliminan componentes ajenos al cuerpo sino que al mismo tiempo liberan una serie de moléculas que activan la llegada de más células del sistema inmune al lugar de daño, aumentando la inflamación (figura 1) Entre estas sustancias se encuentran las citocinas las cuales son proteínas solubles que se liberan y se reparten por toda nuestra sangre tras una respuesta inflamatoria. Algunas de ellas, como la interleucina 1 (IL-1), no sólo participan en la respuesta inmune, sino que además inducen la producción de sustancias que activan terminales de dolor localizados en distintos lugares del cuerpo (efecto hiperalgésico) Esto es muy interesante puesto que explica por qué un problema local puede terminar produciendo problemas en otras partes, como por ejemplo, dolores musculares generalizados. De hecho, un medicamento como la aspirina, es capaz de disminuir el dolor (acción analgésica), la fiebre (acción antipirética) e inflamación (acción antiinflamatoria), puesto que impide la formación de interleucina-1, la cual participa en estos tres procesos.

Figura 1. Proceso de infección por lesión mecánica con un objeto punzante que contiene bacterias. Las bacterias presentes en el lugar de la infección son engullidas o fagocitadas por macrófagos que liberan citocinas (izquierda) para producir mayor llegada de flujo sanguíneo/líquido intersticial (centro) y más células de defensa (sistema inmune). Una vez que las bacterias son eliminadas la respuesta inflamatoria se detiene (derecha). Fuente: Google images (modificado)

Espinillas, dolor e inflamación

La presencia de hinchazón y células de defensa para eliminar elementos extraños es comprensible, pero no queda claro en qué parte de todo este proceso aparece el dolor ¿De qué sirve que duela una espinilla? Más allá de determinar la “utilidad” de ese dolor, lo cierto es que sucede y la causa, hasta donde sabemos, no se ha explicado satisfactoriamente. Sin embargo, basándonos en un reciente e impresionante hallazgo, podemos proponer una posible respuesta. 

Tal como nos intrigamos por el dolor de una espinilla, un grupo de investigadores españoles*** se interesó por el dolor que se produce rápidamente (en unos pocos minutos) producto de una infección en las encías. Lo que descubrieron es que cada vez que se produce una infección en por bacterias gram negativas la hinchazón dolorosa no está exclusivamente mediada por la respuesta del sistema inmune que es relativamente más lenta. El causante de este dolor e inflamación es algo mucho más directo, de efecto rápido, y está presente en gran cantidad cubriendo la pared celular externa de las bacterias. Se trata del lipopolisacárido (LPS), está molécula puede liberarse desde las bacterias e interactuar localmente con los terminales de neuronas sensitivas especializadas en detectar estímulos dolorosos # Esto es posible porque estas neuronas poseen en su membrana un canal iónico específico denominado TRPA1 ## (figura 2) La unión de LPS a la membrana plasmática cercana al canal iónico genera una reorganización en su estructura ( como si se arrugara), favoreciendo la apertura del canal. La consecuencia de aquello es que ingresan más cargas positivas a la neurona sensitiva, facilitando su descarga y la percepción de dolor . Ahora bien, esto solamente explica la aparición de dolor local rápido, pero no nos dice nada de la hinchazón. La hinchazón se produciría entonces porque existen terminales nerviosos que también interactúan con LPS, liberando sustancias que producen un potente efecto de vasodilatación local (los vasos sanguíneos se expanden y llega más flujo sangre). Este tipo de inflamación rápida, originada en neuronas, se conoce como inflamación neurogénica.

Figura 2. Esquema del terminal axónico de una neurona sensitiva que responde a estímulos dolorosos mediados por LPS. El LPS liberado desde las bacterias gram negativas se une a la membrana plasmática ubicada en la proximidad del canal iónico TRPA1, favoreciendo su apertura. El resultado de esto es que TRPA1 deja pasar mayor cantidad de cargas positivas, favoreciéndo la descargade estas neuronas y la percepción de dolor. Fuente: google images (modificado)

Considerando todo lo anterior, la explicación que proponemos para el dolor que acompaña las espinillas es que en su interior existen bacterias gram negativas que proliferan y liberan fragmentos que contienen LPS, generando dolor e inflamación de forma rápida, tal como en las encías. Esta hipótesis se podría apoyar en la observación de que, a veces, lo primero que notamos es un dolor en la piel antes de que podamos ver la hinchazón de una espinilla. Una vez que la inflamación rápida se inicia, deberían comenzar a operar los mecanismos de dolor (algo más lentos) mediados por el sistema inmune, es decir, por macrófagos e interleucinas.

*Patógeno es cualquier sustancia u organismo capaz de generar un estado de enfermedad. Comúnmente corresponden a microorganismos como virus, bacterias, protozoos y parásitos. También se consideran como patógenos a los compuestos tóxicos producidos por estos microorganismos (toxinas)

** Sustancias que causan un tipo de respuesta inflamatoria exagerada conocida como alergia.

*** http://tinyurl.com/m2v34r3

# Los receptores de dolor son terminales axónicos libres que vienen de neuronas sensitivas que cada vez que son estimuladas disparan señales (potenciales de acción) permitiendo la interpretación de dolor en el cerebro. No existe una única manera de estimular estas neuronas, por lo tanto, podemos percibir dolor ya sea mediante la exposición a un ácido, calor, presión mecánica, o a sustanciascomo las que posee el ají ver link http://tinyurl.com/mp5rydv

## TRPA1 Esta proteína es un canal iónico ya que permitie el paso de iones una vez que su poro se abre en presencia de una molécula capaz de activarlo (ligando), en este caso el ligando es el LPS.