La Medicina por Elementos. Oxígeno

Su importancia en datos

El término oxígeno (O), procedente del griego, viene a significar “productor de ácidos” con un sabor punzante característico. Es el elemento más abundante de la naturaleza, constituyendo el 21 % del aire atmosférico y el 50 % de la masa terráquea. Reacciona prácticamente con todos los elementos de la Tabla Periódica. Al participar en la composición del agua, es el mayor componente de los seres vivos, cuyo contenido en agua supera el 80 %. En algunas células supone más del 90 %. Forma parte de la inmensa mayoría de los compuestos orgánicos: proteínas, carbohidratos y lípidos.

Más de La Medicina por Elementos

• Aluminio
• Antimonio
• Arsénico
• Azufre
• Bismuto
• Bromo
• Calcio
• Carbono
• Cloro
• Cobre
• Fluor
• Fósforo
• Hierro
• Mercurio
• Nitrógeno

Los organismos fotosintéticos producen el oxígeno que liberan a la atmósfera desde hace más de 2.400 millones de años. Industrialmente se puede obtener con una eficiencia estimable. El 20 % del producido se usa en Medicina, aprovechando sus numerosas propiedades físico-químicas y biológicas.

La teoría del “flogisto”, ligado inicialmente a la química inorgánica, quedó aparcada con el descubrimiento del oxígeno a finales del XVIII (Scheele, Lavoisier,…). La fermentación microbiana descrita por Pasteur y los hallazgos en fisiología y la bioquímica en el siglo XX explican la importancia médica actual.

Al principio el mundo fue anaerobio

Desde los años 70 este concepto dice mucho más de lo que parece. Frente al  antropocentrismo cosmológico, las relaciones con el oxígeno deben analizarse a la luz del pensamiento evolucionista. El origen de la vida se situó en las células más elementales, las bacterias anaerobias, habitantes en  lugares recónditos al abrigo del oxígeno. ¿Son éstas las precursoras de la vida? ¿Qué papel juega el oxígeno?

En el mundo microbiano, tras millones de años de existencia, encontramos bacterias anaerobias para las que el O2 es un potente veneno. Pero un enorme número de especies –facultativas- se adaptaron a crecer en su presencia; incluso hay aerobias estrictas incapaces de crecer en su ausencia. Está claro que esta situación multiplica el interés por el oxígeno en las hipótesis evolucionistas.

Recientemente se demostró en cianobacterias la oxidación- sin oxígeno- del manganeso, esencial catalizador biológico en procesos fotosintéticos. Este hallazgo nos aproximaría a la explicación de la aparición del oxígeno atmosférico. Desde las cianobacterias, los sistemas de resistencia, adaptación y producción de oxígeno, debieron transmitirse a las células vecinas creando el mundo vivo aerobio. En conclusión, la mayoría de las hipótesis sitúan a los microorganismos y al oxígeno en el origen de la vida.

¡Y no nos olvidemos del vino! A finales del XIX, Pasteur demostró la causa y mecanismo de la fermentación del vino. Según él, “los microbios captan el oxígeno de los azúcares para respirar y poder multiplicarse produciendo la fermentación o vida sin aire”. No iba muy desencaminado, pero debieron ajustarse algunos conceptos para explicar una atmósfera sin oxígeno, anaerobia. En realidad, el CO2 desplaza en las cubas de vino al oxígeno hacia la superficie, que es donde se forma el velo de flor.

El traslado del concepto de las enfermedades del vino a las enfermedades humanas tampoco resultó muy convincente hasta diferenciar la fermentación de la respiración, por el sustrato donante y aceptor de electrones. Desde los años 50, el conocimiento de rutas y ciclos de oxidación,  transporte y, en suma, metabolismo del oxígeno, marcaron época. El NO (ver capítulo de nitrógeno), H2O2-catalasa, superóxido-dismutasa o mieloperoxidasas son ejemplos. Según Davis, disponemos de un sistema comparable a una red de distribución eléctrica a la que se pueden enchufar diversos dispositivos. Son como los motores reversibles que pueden transformar la energía mecánica en eléctrica (generadores) y al revés.

Radicales libres.

No se refiere a determinados activistas políticos, sino a los radicales químicos, especialmente los relacionados con el oxígeno, que tienen gran interés médico.  La respiración se explica por las reacciones red-ox. Hace 50 años se destacó la acción bactericida de estos radicales en el “estallido” respiratorio de los neutrófilos activados. Pero también las células superiores eran sensibles al veneno de los superóxidos. Pronto se desveló que todas las células con metabolismo respiratorio, generadoras de estos radicales, disponen de superóxido-enzimas bloqueadores de los citados radicales.

Los mecanismos microbicidas, defensas celulares dependientes del oxígeno son muy importantes en la práctica médica. El pronóstico de la infección de la herida quirúrgica, punzante, por arma de fuego u otras, depende de varios factores. Los más importantes: profundidad, anfractuosidad, cuerpos extraños y otros factores que disminuyan el potencial red-ox. Por eso los sanitarios saben que las áreas bien vascularizadas, más oxigenadas, se defienden mejor. Así, las sépticas mucosas digestiva o vaginal, son muy resistentes a las infecciones. Lo contrario ocurre en zonas con problemas de retorno venoso, necrosis, recovecos, anfractuosidades,  etc., que cursan con baja tensión local de O2. ¿Cómo revertir la situación? La mejor garantía frente a las infecciones oportunistas se logra con un aporte adecuado de oxígeno a la zona afectada.

La valoración médica

La presencia del oxígeno es impactante para el hombre, pero ¿en qué medida? Aunque parezca difícil, se han desarrollado numerosas técnicas incorporadas a la rutina diagnóstica. En laboratorio, se introdujeron desde hace más de 150 años medios reducidos con  cisteína, medio de Rosenow, tubos de Veillón, con agar blando, etc. Las características del crecimiento bacteriano muestran el nivel de exigencias en oxígeno. Técnicas como la del pirogalol alcalino, jarras  McIntosh y Fildes, Gas Pak o Cámara de anaerobiosis permiten trabajar con patógenos en atmósfera sin oxígeno.

Con el test de la catalasa se valora sencillamente el desdoblamiento del agua oxigenada por el simple burbujeo. En 1.953 causó expectación, por su sencillez, el método de Hugh y Leifson para diferenciar el metabolismo por fermentación u oxidación de cepas patógenas. En la valoración del metabolismo oxidativo, la prueba de las “oxidasas” y la de “citocromo-oxidasa” son rutinarias en el laboratorio.

La Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) es la cantidad de oxígeno disuelto necesaria para la oxidación microbiana de la materia biodegradable en ambiente acuático. Se mide en miligramos de O2 por litro. Era una técnica engorrosa, pero actualmente se ha automatizado su empleo sanitario en aguas de abastecimiento. En Clínica, la pandemia de COVID popularizó el pulsioxímetro en el autocontrol domiciliario, a veces obsesivo, del grado de saturación de oxígeno en sangre.

Aplicaciones

La oxigenoterapia mediante cánulas nasales, tiendas o cámaras hiperbáricas, se emplea en patología respiratoria, insuficiencia cardiaca o necrosis. También  es habitual entre buceadores, submarinistas, escaladores y otros profesionales o deportistas. La terapia infecciosa se debe a la oxidación de sustratos biológicos. La ejerce con los halógenos, especialmente el cloro, ácido peroxiacético, peróxido de hidrógeno, permanganato potásico, etc. Entra en la composición de numerosos fármacos como cloxacilina, oxacefeminas, oxitetraciclinas y otros. Recientemente se postuló que su mecanismo último sería por liberación de moléculas de O2 reactivo, “ROS”. Queda por ver si el aumento del estrés oxidativo, que afecta también a las células del huésped, no lo hace con excesiva intensidad.

El peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). Sigue teniendo numerosas aplicaciones en medicina como antiséptico, limpieza por arrastre de heridas sucias y otras. El ácido peroxiacético, registrado como desinfectante en 1.985, aventaja al agua oxigenada, pues no es inactivado por enzimas celulares. Con ligero olor a vinagre, se utiliza en cadenas de producción de alimentos, torres de refrigeración para prevención de Legionella, etc.

El controvertido ozono. ¿Quién no ha disfrutado de la sensación olorosa, refrescante y saludable junto a un rompiente de mar o la cascada de un río?  Allí, el nivel de ozono, (del griego “ozein” = olor), es más elevado. Esta vieja y reactiva molécula no deja de ofrecer curiosidades. La producción durante las tormentas eléctricas, el agujero de la estratosfera o su interacción con las radiaciones ultravioleta, son algunas.

Solo unos años después de su descubrimiento (1.856) ya se ensayaba para desinfectar quirófanos y material quirúrgico. A medida que se fueron conociendo los patógenos infecciosos, se usó en tuberculosis, aguas contaminadas, heridas quirúrgicas o de guerra (1ª Guerra Mundial). En el siglo XX  adquirió cierto relieve en el tratamiento de colitis ulcerosas, genitales, acné, SIDA, úlcera de pie diabético, etc. En Odontología se emplea puntualmente como antiséptico, astringente, cicatrizante, blanqueador dental, tratamiento de halitosis y ambientador del espacio sanitario. Su uso en plantas depuradoras de agua presenta ventajas importantes: elimina olores y sabores, no deja residuos y es compatible con otros sistemas. Con la última pandemia han proliferado las aplicaciones en higiene corporal y espacios cerrados.

¿Por qué no se usa más si es barato y tiene tantas aplicaciones? Hay varias explicaciones. Muchas investigaciones se han desarrollado en Rusia y países de su órbita con la desconfianza de Occidente. Los intereses de los fabricantes de generadores de ozono no son los de la industria farmacéutica. Además, las lagunas legislativas, normas y homologación de aparatos crean inseguridad sobre la toxicidad a determinadas concentraciones.

El discutido óxido de etileno. La esterilización del delicado instrumental médico de precisión es inabordable con los métodos convencionales químicos o de calor (autoclave, horno seco). Las lentes, válvulas y dispositivos plásticos de endoscopios, bombas de flujo, etc., se estropean con los sistemas convencionales. La “esterilización en frío” con óxido de etileno solucionó numerosos problemas. Pero tiene un caro peaje de eficiencia: duración del ciclo, toxicidad -requiere eliminación total- y riesgos por su carácter inflamable y explosivo.

¿Tóxico o inocente?

En su enjuiciamiento se debe considerar como el elemento paradójico por excelencia: es un tóxico vital. Veneno domado por la naturaleza en el breve periodo de ¡unos millones de años!  Son raras las referencias a irritación mucosa (agua oxigenada), conjuntivitis, cefaleas, edema pulmonar (ozono) o accidentes laborales (óxido de etileno); siempre por uso inadecuado. Los efectos más graves aparecen por su ausencia: hipoxia o anoxia. La sentencia no puede ser más favorable: es un elemento inocente, imprescindible para la humanidad.