Características generales del nitrógeno (N)

Algo tendrá el aire cuando se respira y para el recién nacido es el primer soplo de vida, del que el nitrógeno supone el 78 %.

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Sin embargo se consideró un simple soporte inerte, hasta que se conocieron empíricamente algunas características por las propiedades de ciertos compuestos nitrogenados. El “agua regia”, asociación de nítrico y clorhídrico, con indudable reactividad, conocida por los alquimistas en la Edad Media, es un ejemplo. A finales del XVIII, el sueco Scheele, estudiando el aire  respirable, demostró que el oxígeno tenía “flogisto”, sustancia liberada al quemarse un elemento.

Se trataba de una sustancia que no había forma de quemarla: sería el N. El médico escocés Rutherford observó la muerte de ratones en un recipiente cerrado, que achacó a una especie de “aire maligno residual”. Paradójicamente se consideró el elemento mortal del aire vital, sin pensar que la muerte se debía a la falta de oxígeno. Lavoisier lo denominó “ázoe”, sin vida, y desde 1.790 (Chaptal) se conoce como nitrógeno.

A partir de aquí, se dieron las circunstancias para conocer su protagonismo en los dos últimos siglos. Se demostró lo que la sabiduría agrícola popular conocía de sobra: el poder fertilizante de los nitratos. La revolución industrial, las teorías de Malthus y la demografía en general, exigían incrementar los recursos alimenticios. La fertilización intensiva del suelo, el camino más recto, explicó la explotación de yacimientos de guano, excrementos de animales marinos. El cartel publicitario de “Nitratos de Chile” se hizo familiar para los españoles, y hoy conocemos la contaminación del suelo por  fertilizantes nitrogenados.

En el siglo XX destacaron dos importantes fenómenos con el nitrógeno como protagonista. El conocimiento del ciclo de la urea y la síntesis del amoniaco (NH3) con sus aplicaciones correspondientes en Medicina. Se conocieron las fases de fijación del N, amonificación, nitrificación y desnitrificación, jugando un significativo papel los seres vivos: plantas, animales y microorganismos. Es un elemento esencial porque entra en la composición de los aminoácidos y ácidos nucleicos. Muchos compuestos resultan de la facilidad para asociarse a elementos como el azufre, cloro, hierro, etc., ya citados en otros capítulos.

La presencia de un átomo de N en un extremo de cada aminoácido, y la posibilidad de formar múltiples enlaces, explica su papel en las estructuras proteicas y otras moléculas complejas. La unión del carbono de un aminoácido con el extremo nitrogenado de otro, permite la formación de secuencias interminables y estructuras en “hélice alfa”. A  Pauling (1.948) no le bastó para explicar la estructura del ADN; Watson y Crick le ganaron la partida.

A la eternidad por el nitrógeno

Nitrógeno líquido. Es útil para Bioquímica, Microbiología, Hematología, Unidades de fertilización, Dermatología, Anatomía Patológica – Cirugía e Investigación. A 196º C bajo cero, temperatura de ebullición del N, no se alteran las estructuras de células y tejidos ricos en agua. Por tanto, es una técnica ideal para conservar y almacenar patógenos, sangre, tumores y células de todo tipo, como óvulos o espermatozoides. Requiere la gestión centralizada  hospitalaria y la ubicación de los depósitos, por tamaño, peso y rellenado suele  presentar dificultades. A veces se observan tanques de N líquido abandonados “in situ”, como señal de eficiencia discutible.

 Criogenización ¿ciencia ficción? Persiguiendo la eternidad, la humanidad recurre a cualquier posibilidad técnica a su alcance y el nitrógeno líquido es la más próxima. La hibernación de muchos animales y la supervivencia celular han sido antecedentes tan esperanzadores que sorprendería conocer las empresas, fraudes y literatura generada. En este campo, además de la Medicina,  se han implicado la física, derecho, ética, economía y, como no, la fantasía. Su práctica es un oxímoron en sí mismo porque el término correcto es criopreservación pero legalmente no se puede utilizar sobre humanos vivos. Si solo se pueden conservar cadáveres, tendríamos que contemplar el fenómeno de la resucitación, reservada actualmente solo al capítulo de los milagros.

El revolucionario  NO ¿Por qué NO?

Adelantemos que no se refiere al antónimo del SI es SI, ni al NO es NO de algunos políticos y radicales. 

Hace pocos años se conoció la formación, desde los nitratos, del óxido nítrico (NO), molécula bactericida. Este hallazgo, y otros recientes, es la consecuencia de una de las mayores aventuras biológicas del último cuarto de siglo. La estructura subatómica le confiere al NO una inestabilidad, que explica la rápida interacción con otros elementos abundantes en sistemas biológicos como las proteínas. Su afinidad por el hierro, formando ferro-proteínas es importante en procesos biológicos (energía, transporte, señales) patogénicos. En otro sentido, la rápida reacción con el oxígeno molecular en sus diversas formas (radicales super-óxido e hidroxilo), origina compuestos tóxicos.

Las efímeras reacciones han dificultado su estudio, pero hoy conocemos su participación en la fisiología del sistema inmunitario, muscular, vascular y nervioso.

 En patogenia infecciosa se parte de varias evidencias. Los macrófagos, son grandes productores de NO, con la citada acción bactericida. Algunos estudios abordan el problema de los patógenos NO- resistentes por unión a ferro-proteínas. Según otras investigaciones, la arginasa de patógenos rompe la arginina precursora de NO en macrófagos. Este mecanismo ayuda al H. pylori  a evadir la barrera defensiva gástrica.

La famosa “Viagra”. En la búsqueda de los secretos de la inmortalidad, tres cosas obsesionan la vanidad de los varones adultos en su envejecimiento: calvicie, barriga “cervecera” y potencia sexual. Se explica así la popularidad adquirida por el Sildenafilo (“pastilla azul” o Viagra), que actúa por mediación del NO. Produce la erección del pene por relajación de la musculatura facilitando la entrada de sangre a los cuerpos cavernosos. Curiosamente no se conocen con detalle los criterios de selección de los voluntarios sanos. Todavía se espera con gran interés la validación visual de los ensayos clínicos y sus comparativos sin el fármaco. Debe ser espectacular.

Terapéutica “nitrogenada”

El nitrógeno entra en la composición de numerosos fármacos. Tienen especial relevancia los utilizados para problemas vasculares, como la hipertensión o las insuficiencias coronarias, terapéutica infecciosa, complementos nutritivos con aminoácidos etc. Se relacionan algunos grupos.

El N líquido es un aliado en la práctica dermatológica médica para eliminar pequeñas lesiones. Tiene un serio inconveniente: el quemado de lesiones dificulta el diagnóstico patológico posterior de procesos malignos, como los melanomas.

Uno de los fármacos clásicos es el nitrito de amilo, compuesto orgánico que se usaba como antídoto en intoxicaciones por cianuro. En cardiología, apenas utilizado actualmente, ha salvado muchos enfermos con angina de pecho. Si mantiene una relativa popularidad es por la fama adquirida como droga, denominada “popper”, euforizante y excitante sexual.

La nitroglicerina. No nos referimos a la dinamita, sino al medicamento, de gran interés  médico. Este fármaco, “Cafinitrina”, es de presencia habitual en el pastillero de muchos adultos occidentales, por su indicación en la angina de pecho. A mediados de los 80 se demostró su mecanismo de acción: vasodilatación coronaria con alivio del dolor y reducción del infarto de miocardio. En estudios posteriores se responsabilizó al NO liberado de la nitroglicerina, multiplicándose los equipos, iniciativas y publicaciones en este campo. Fue el motivo de la concesión del Nóbel de 1.998, con el escándalo de dejar fuera del premio al verdadero artífice: Salvador Moncada.

El nitrógeno en la infección.  En la investigación y diagnóstico de laboratorio se podría citar una larga relación de aplicaciones: Algunos ejemplos son: medios de cultivo,  o pruebas de reducción de nitratos, galactosa con orto-nitro-fenil (ONPG) o nitro-azul de tetrazolio (NBT).

En terapéutica, el nitrógeno es, junto al carbono, componente fundamental de las dianas más importantes: pared bacteriana, proteínas, ácidos nucleicos,…Sobre ellas actúan la lisozima, nitroheterocíclicos, sulfamidas, penicilinas y otros muchos antiinfecciosos, también nitrogenados. Por sus peculiaridades destacan dos grupos: los nitroimidazoles, como el metronidazol, indicado frente a protozoos, bacterias anaerobias o Helicobacter. El otro grupo nació de una molécula ¡sin actividad! con un grupo NH producto de degradación de alcaloides, que Price (1.949) denominó “quinolona”. Dio lugar a una carrera insólita de ingeniería química, patentándose miles de moléculas con actividad, gracias a sus modificaciones puntuales.

¿Tóxico o inocente?

Las mostazas nitrogenadas, compuestos de cloro, azufre y nitrógeno, inicialmente se diseñaron e indicaron, como el N líquido, para quemar verrugas. Luego se conoció su nefasta indicación como agente de guerra química, que coexistió con el uso en la terapia del cáncer. Por su toxicidad terapéutica, corrió el bulo que la investigación era una disculpa-trampa de las potencias para mejorar su capacidad bélica. Acabó apareciendo, como gas mostaza, en los catálogos de las prohibidas armas químicas.

El gas de la risa- óxido nitroso. El óxido nitroso es un anestésico con acción sedante,  indicado para intervenciones odontológicas y otras menores. Su inhalación produce euforia y risas incontroladas, introduciéndose en el mercado de la droga de moda en algunos ambientes. La ingestión en “botellones” junto al alcohol y otros tóxicos puede resultar muy peligrosa. Su tenencia, venta y consumo no están bien regulados y sería una molécula de risa, si no fuera por los serios riesgos que entraña.

Nitrosaminas. Desde tiempo inmemorial se conocen las propiedades de los nitratos como conservantes, especialmente de las carnes. Además de mantener su color rojo, evitan la putrefacción por la acción antibacteriana. Marcaron un hito con la prevención  del temible botulismo por consumo de salchichas u otros derivados cárnicos contaminados. No hace mucho se conoció el mecanismo: el NO, molécula bactericida formada desde los nitratos.

¿Pero son cancerígenas?Aminas, nitritos, calor ypH ácido dan al nitrógeno un peligroso protagonismo. Las aminas secundarias son componentes frecuentes de las proteínas cárnicas. Los nitritos son habituales de los conservantes a partir de la reducción bacteriana de nitratos (sódico, potásico) a nitritos. En condiciones de calor, en el asado de carnes, y de acidosis gástrica, durante la digestión, se producen las nitrosaminas cancerígenas.

Estas condiciones no son únicas. También los nitritos aparecen por oxidación de las aminas en la naturaleza (carnes y verduras) en anaerobiosis y oxidación biológica del amoniaco. En cualquier caso, las nitrosaminas absorbidas en el tubo digestivo son metabolizadas en el hígado hasta compuestos tóxicos y cancerígenos. La pregunta clave sigue sin contestación: ¿Cuál es la concentración mínima de riesgo?

Tras juzgar su responsabilidad en diferentes escenarios médicos, se destaca que el nitrógeno, usado adecuadamente, es inocente de indicios de toxicidad. Al contrario, por sus inestimables aportaciones a la vida, deben reconocerse sus beneficios.

Médico e investigador español en Esfera Salud | Ver sus artículos

Médico, microbiólogo e investigador. Fue profesor de varias universidades españolas donde dirigió Tesis Doctorales y proyectos de investigación sobre: diagnóstico, nuevos antimicrobianos, simulaciones en modelos de cultivo continuo y arquitectura de poblaciones bacterianas. Su labor, plasmada en numerosas publicaciones en revistas científicas, libros y artículos de divulgación, ha sido reconocida con diversos nombramientos y premios. En Esfera Salud, sus artículos de divulgación sobre historia y actualidad de la Medicina, están dirigidos al público interesado en temas de Salud.

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