Un astronauta (o cosmonauta) que
permanezca en el espacio durante un tiempo prolongado se expone a
perder entre el 1 y el 2 por ciento de su masa ósea por mes. De
hecho, el debilitamiento extremo de los huesos es uno de los riesgos
médicos más evidentes en los viajes espaciales de larga duración.
Pero no hay que irse al espacio para
encontrar este problema. Aproximadamente la mitad de las personas de
más de 50 años de los países desarrollados sufren riesgo de
osteoporosis, que es como se conoce la pérdida de masa ósea. Además
distintas enfermedades, en concreto algunos tipos de cáncer,
presentan también este síntoma.
A la hora de diagnosticar la
osteoporosis el método habitual es una simple radiografía. Cuanto
más sano esté el hueso más calcio tiene, se dice entonces que es
más denso, y es más opaco a los rayos X. El problema de este método
es que siempre es a posteriori, es decir, no puede detectar la
pérdida de masa ósea cuando comienza a producirse, sino sólo
cuando presenta síntomas asociados, roturas y/o dolor básicamente,
o bien el médico sospecha que puede estar produciéndose por estar
el paciente en un grupo de riesgo. En el caso de los astronautas con
estancias prolongadas en el espacio hay que cruzar los dedos además,
porque de momento no hay aparatos de rayos X en la estación
espacial.
Por todo lo anterior sería muy
conveniente disponer de un método analítico sencillo, como un
análisis de orina. Puede parecer chocante determinar la densidad de
los huesos con un análisis de orina, pero no lo es tanto si dejas de
considerar el calcio como un sólo elemento químico.
Efectivamente, cuando hablamos del
calcio, ya sea en su ingesta o en su metabolismo, hablamos de él
como un sólo elemento químico. Y oficialmente lo es. Pero a efectos
prácticos, como tuvimos ocasión de explicar en Zientziateka Bilbao,
los distintos isótopos de los elementos tienen comportamientos
fisicoquímicos lo suficientemente diferentes como para permitir
tratarlos como elementos diferentes. Este enfoque, aplicado a la
osteoporosis, permitiría detectarla precozmente con un análisis de
orina. Y la ciencia básica se conoce desde hace 70 años.
Los distintos isótopos de un elemento
se diferencian por su masa. Paul Dirac, a comienzos de la Segunda
Guerra Mundial, desarrolló un método centrífugo basado en este
hecho para separar los isótopos del uranio. Sin embargo este método
no fue el elegido finalmente para obtener el material de la primera
bomba atómica, sino el de difusión: los distintos isótopos tienen
distintas velocidades al atravesar membranas, los más ligeros van
más rápido que los pesados. Algo similar pasa en los huesos.
Los huesos no son algo estático, algo
que se forma y después se va desgastando. Al contrario, son algo
vivo que está continuamente formándose y destruyéndose. En una
persona sana y activa en condiciones gravitatorias normales estos
procesos están en equilibrio. Pero si una enfermedad o la
disminución de la actividad física o de la gravedad perturban este
equilibrio se puede encontrar una variación en el equilibrio entre
los isótopos de calcio. Y es que durante su formación los huesos
favorecen la absorción del isótopo de calcio estable más ligero
(calcio-42), frente al más pesado (calcio-44). Si se combinan todos
los factores en un modelo matemático se puede relacionar la
mineralización de los huesos con los ratios de isótopos en orina y
sangre.
El primer paso para traducir esta idea
en algo práctico se dio el año pasado. Un equipo encabezado por
Jennifer Morgan, trabajando por aquel entonces en la Universidad del
Estado de Arizona (hoy Morgan trabaja para en el Centro Espacial
Johnson de la NASA) desarrolló la metodología analítica que
permitía determinar el ratio de isótopos de calcio en la orina con
una precisión muy alta. Emplearon para ello espectrometría de
masas. El estudio [1] fue publicado en Analytical Chemistry.
El siguiente paso era comprobar que, efectivamente, el método
permite controlar la desmineralización de los huesos. Los resultados
de un nuevo estudio, también liderado por Morgan, financiado por la
NASA y que aparecerá publicado en los Proceedings of the National
Academy of Sciences [2], indican que esto es así. Un avance de
estos resultados se hicieron públicos en la última Conferencia Goldschmidt, celebrada en Praga en agosto de 2011.
En este estudio se analizaron los ratios de isótopos en la orina
de 12 voluntarios sanos sujetos a un régimen de reposo absoluto en
cama durante 30 días en las instalaciones del Centro de
Investigación Clínica de la Universidad de Texas en Galveston. Cada
vez que una persona se acuesta los huesos que soportan el peso del
cuerpo (columna y piernas fundamentalmente) dejan de soportarlo.
Cuando esto ocurre el equilibrio entre formación y destrucción del
hueso se altera, desplazándose a la destrucción: deja de ser
necesario consumir recursos valiosos en algo que no se usa. Los
periodos prolongados en cama producen una pérdida de masa ósea
similar a la de los pacientes con osteoporosis, o a la de los
astronautas.
Los análisis de la orina de los voluntarios pusieron de
manifiesto que la nueva técnica puede detectar la desmineralización
ósea tan sólo una semana después de iniciar el reposo en cama,
mucho antes de los cambios puedan ser detectados con rayos X.
Ni que decir tiene que este es un primer resultado y que está
realizado con pacientes sanos. Habrá que repetirlo con personas que
sufran distintas enfermedades, particularmente cáncer, para
comprobar que el método sigue siendo lo suficientemente sensible. A
partir de ahí surgirán las aplicaciones clínicas.
Pero démonos cuenta de que esto es sólo una posibilidad de las
posibles a la hora de considerar los isótopos como elementos en las
pruebas diagnósticas, algo que ya se emplea de forma rutinaria en
geoquímica. Muchas enfermedades pueden causar cambios sutiles en las
proporciones de distintos isótopos. Nada de equipos gigantescos e
inmensamente caros, nada de radiación para el paciente. Imagina lo
que podría representar un método tan simple en el diagnóstico
temprano y seguimiento de los cánceres. O en la comprobación del
estado de salud de los astronautas en viajes o estancias de larga
duración. Este es todo un campo por explorar.
Referencias:
[1] Morgan JL, Gordon GW, Arrua RC, Skulan JL, Anbar AD, & Bullen TD (2011). High-precision measurement of variations in calcium isotope ratios in urine by multiple collector inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytical chemistry, 83 (18), 6956-62 PMID: 21740001
[2] J.L.L. MORGAN, G.W. GORDON, S.J. ROMANIELLO, J.L. SKULAN, S.M. SMITH, & A.D. ANBAR (2012). Rapidly assessing changes in bone mineral balance using natural stable calcium isotopes Proceedings of the National Academy of Sciences
