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¿El choque mecánico mata a los animales?

¿El choque mecánico mata a los animales?


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Escuché que la pérdida de sangre mata a los animales disparados, mucho. Pero algunas veces escuché que los golpes mecánicos matan a los animales. Por ejemplo, en este video (comienza a reproducirse en el lugar correcto; relevante de 14:35 a 15:03).

Que la pérdida de sangre mata a un animal parece bastante obvio, ya que el cerebro no puede funcionar sin que se le suministre oxígeno y no se le puede suministrar oxígeno si no hay sangre para transportar el oxígeno.

Si el choque mecánico se aplica a la cabeza, también parece algo razonable. Supongo que podría ser que el impacto destruya los vasos del cerebro. Pero, aparte de un disparo en la cabeza: ¿Existe una razón biológica por la que un animal no pueda seguir viviendo después de experimentar un choque mecánico debido a que lo golpeó un pequeño proyectil? contar)?


Con un pequeño proyectil siempre obtendrás algún tipo de fuerza de cizallamiento: los tejidos directamente impactados se acelerarán más rápido que los tejidos adyacentes, y así sucesivamente. Esto puede provocar el desgarro de muchos tejidos, incluidos los vasos sanguíneos, pero también de otros tejidos.

En el contexto del cerebro, los efectos de la lesión cerebral traumática son un área constante de investigación, por ejemplo, ver aquí.


Proteínas de choque térmico

Abstracto

Las proteínas de choque térmico (HSP) son proteínas específicas que se producen cuando las células se exponen brevemente a temperaturas superiores a su temperatura de crecimiento normal. La síntesis de HSP es un fenómeno universal, que ocurre en todas las especies de plantas y animales estudiadas, incluidos los humanos. Las HSP también son producidas por células procariotas, a saber, bacterianas y arqueas. Dado que las HSP también pueden ser inducidas por oxidantes, toxinas, metales pesados, radicales libres, virus y otros factores estresantes, a veces se denominan "proteínas de estrés". La mayoría de las HSP son chaperonas moleculares, que normalmente promueven el autoensamblaje de cadenas polipeptídicas de proteínas recién sintetizadas en una estructura espacial nativa, el ensamblaje de sus complejos y su transporte a través de membranas, así como su participación en la transducción de señales. Un aumento no letal de la temperatura por encima de la norma fisiológica para una especie biológica suprime la síntesis de proteínas en la célula, activa el factor de choque térmico (HSF) y mejora la transcripción de genes de choque térmico, mientras que la exposición a una temperatura letal inicia la apoptosis o muerte celular programada. A su vez, las HSP inhiben la apoptosis y proporcionan a las células estabilidad térmica si el estrés vuelve a ocurrir. Al hacerlo, las chaperonas evitan la agregación irreversible de proteínas desplegadas y ayudan en la restauración de su estructura nativa y / o la degradación de proteínas desnaturalizadas. La respuesta al choque térmico se atenúa a medida que la célula vuelve a la normalidad después de eliminar el estrés, el HSF se transforma a su forma inactiva y se transporta al citoplasma, y ​​los "complejos de preiniciación marcados" se acumulan en los promotores de los genes que codifican las HSP. Los polimorfismos del gen HSP están asociados a enfermedades inflamatorias, autoinmunes, cardiovasculares, neurodegenerativas y, finalmente, al envejecimiento.


¿El choque mecánico mata a los animales? - biología

(Esta es mi entrada a la primera & # 8220special edition & # 8221 de The Giant & # 8217s Shoulders, apodado & # 8220The Leviathan & # 8217s Shoulders & # 8221, con un énfasis en los océanos y la vida del océano. La publicación es en realidad sobre una criatura de río, pero, oye, ¡todavía es acuático!)

He pasado mucho tiempo hablando de Michael Faraday (1791-1867) y sus logros científicos en este blog. Sus exhaustivas investigaciones sobre la naturaleza de la electricidad y el magnetismo allanaron el camino para todo el electromagnetismo y la óptica modernos, y con razón se le considera uno de los más grandes experimentadores de todos los tiempos. Entre sus obras monumentales se encuentran la observación de que los campos magnéticos cambiantes inducen campos eléctricos (inducción electromagnética) y la observación de que la polarización de la luz puede verse afectada por un campo magnético aplicado (rotación de Faraday).

Aunque es natural pensar en Faraday solo como un investigador de la electricidad, en su época el estudio de la electricidad se conectaba a casi todos los aspectos de las ciencias naturales. A fines de la década de 1700, Luigi Galvani había demostrado que se podía hacer que una rana amputada y una pata se moviera mediante estimulación eléctrica, lo que demuestra una conexión entre la función biológica y la electricidad. Hacia 1800 se sabía que las reacciones químicas pueden ser inducidas por la electricidad, en un proceso conocido como electrólisis El propio Faraday publicó los resultados fundamentales de la electrólisis en 1834. La electricidad podría conectarse a la termodinámica a través de la observación de que una corriente eléctrica calienta el cable por el que pasa ( Calentamiento Joule) este proceso fue bastante misterioso porque ni los orígenes del calor (movimiento atómico) ni de la electricidad (electrones) se establecieron en la época de Faraday.

La electricidad podía generarse a través de medios atmosféricos, químicos y mecánicos, y de ninguna manera era obvio que estas diferentes fuentes fueran manifestaciones del mismo fenómeno eléctrico fundamental. (De hecho, el propio Faraday hizo una gran cantidad de investigación para demostrar que todas las formas de electricidad son de hecho iguales).

Por lo tanto, se podría esperar que un investigador de la electricidad hiciera incursiones en áreas de estudio muy diversas. En 1839, Faraday publicó los resultados científicos de una de sus incursiones, & # 8220Notice of the character and direction of the electric force of the Gymnotus, & # 8221, en Philosophical Transactions of the Royal Society (págs. 1-12).

¿Qué es el & # 8220Gymnotus & # 8221? La taxonomía de la especie parece haber cambiado a lo largo de los años, pero en este momento parece estar refiriéndose a lo que solía conocerse como Gymnotus electricus, o la anguila eléctrica (fuente de la imagen):

En la taxonomía moderna, la anguila eléctrica es Electrophorus electricus, y es parte de la familia más grande de Gymnotidae (pez cuchillo), que también incluye todas las especies que ahora se clasifican en el género Gymnotus. Todos los peces cuchillo poseen órganos bioeléctricos especiales, aunque la anguila eléctrica (que no es realmente una & # 8220eel & # 8221) es la única que ha desarrollado estos órganos eléctricos como arma para la caza.

La anguila eléctrica es un pez de agua dulce que se encuentra en las aguas de los ríos de América del Sur, en particular los ríos Amazonas y Orinoco. Pueden alcanzar hasta 8 pies de largo y 45 libras de peso, y respiran aire y salen a la superficie con frecuencia para tomar bocanadas de aire.

Las anguilas se alimentan de prácticamente cualquier criatura pequeña que puedan conseguir: principalmente peces, pero también anfibios, aves e incluso pequeños mamíferos. Pueden aturdir a sus presas (y repeler a los depredadores) generando una descarga eléctrica considerable y una diferencia de potencial de hasta 600 voltios, que podría ser potencialmente fatal para un ser humano en las circunstancias adecuadas. Estos choques son producidos por órganos especializados en la anguila que contienen células llamadas electrocitos, cada uno de los cuales actúa como una pequeña batería que contiene alrededor de 0,15 voltios de diferencia de potencial. La anguila tiene aproximadamente 6000 de estos electrocitos y su energía eléctrica puede liberarse a voluntad.

El estudio de criaturas como la anguila eléctrica fue de especial interés para los investigadores de la época de Faraday porque proporcionaron información sobre el funcionamiento de las propias criaturas vivientes, los científicos habían sospechado durante mucho tiempo que la electricidad desempeñaba un papel vital en el sistema nervioso, aunque la naturaleza exacta de ese papel todavía era controvertido. Para citar la introducción de Faraday & # 8217 (todas las referencias y citas eliminadas para mayor claridad):

Por maravillosas que sean las leyes y los fenómenos de la electricidad cuando se nos hacen evidentes en materia inorgánica o muerta, su interés apenas puede compararse con lo que se adhiere a la misma fuerza cuando está conectado con el sistema nervioso y con la vida y a pesar de la oscuridad que para El presente rodea al sujeto puede por el momento velar también su importancia, cada avance en nuestro conocimiento de este gran poder en relación con las cosas inertes, ayuda a disipar esa oscuridad y a exponer más prominentemente el interés supremo de esta muy alta rama de Filosofía física. De hecho, estamos en el umbral de lo que podemos, sin presunción, creer que se le permite al hombre saber sobre este asunto y los muchos eminentes filósofos que han ayudado a dar a conocer este tema, como es muy evidente en sus escritos, han sentido hasta el último momento en que tal sea el caso.

Además de ser un experimentalista asombroso, Faraday también fue un escritor maravilloso, como muestra el pasaje anterior.

Sin embargo, a diferencia de muchos de sus otros trabajos, Faraday no estaba abriendo nuevos caminos exactamente, como él mismo observó:

La existencia de animales capaces de dar la misma conmoción al sistema vivo que la máquina eléctrica, la batería voltaica y la tormenta eléctrica, siendo con sus hábitos que nos dio a conocer RICHER, S & # 8217GRAVESENDE, FIRMIN, WALSH, HUMBOLDT, & ampc . & ampc., se volvió cada vez más importante identificar el poder viviente que poseen, con lo que el hombre puede poner en acción a partir de la materia inerte, y que él llamó electricidad. Con el Torpedo esto se ha hecho a la perfección, y la dirección de la corriente de fuerza determinada por los trabajos unidos y sucesivos de WALSH, CAVENDISH, GALVANI, GARDINI, HUMBOLDT y GAY-LUSSAC, TODD, Sir HUMPHRY DAVY, Dr. DAVY, BECQUEREL y MATTEUCCI.

También se ha experimentado con el Gymnotus con el mismo propósito, y las investigaciones de WILLIAMSON, GARDEN, HUMBOLDT, FAHLBERG y GUISANI, han ido muy lejos en mostrar la identidad de la fuerza eléctrica en este animal con la electricidad excitada por medios ordinarios y la dos últimos filósofos incluso han obtenido la chispa.

El & # 8220torpedo & # 8221 es otro término para la raya eléctrica, un género de rayas que pueden, como la anguila eléctrica, producir sacudidas para la caza o la defensa. Los torpedos son animales de agua salada de una variedad de especies con una amplia distribución geográfica, los ejemplares más grandes pueden producir una sacudida de hasta 220 voltios, significativamente menor que la anguila. Faraday señala, sin embargo, que el torpedo es una criatura menos resistente que rara vez sobrevive mucho tiempo en cautiverio.

Conseguir Gymnoti ha sido, por tanto, una cuestión de importancia y siendo estimulado, por mucho que me honra, por comunicaciones muy amables del Barón HUMBOLDT, en el año 1835 solicité a la Oficina Colonial, donde se me prometió toda la ayuda para conseguir algunos de los estos peces, y continuamente esperan recibir noticias de ellos o de los animales mismos.

La suerte estaba con Faraday, y pronto le ofrecieron un espécimen para estudiar:

Un Gymnotus ha sido traído recientemente a este país por el Sr. PORTER, y comprado por los propietarios de la Galería en Adelaide Street: inmediatamente me ofrecieron la libertad de experimentar con el pez con fines científicos, lo colocaron por el momento exclusivamente en a mi disposición, que (de acuerdo con las instrucciones de HUMBOLDT & # 8217S) sus poderes no se vean afectados: solo deseando que yo tenga en cuenta su vida y su salud. No tardé en aprovechar su deseo de promover los intereses de la ciencia y, con muchas gracias, acepté su oferta. Con este Gymnotus, contando con la amable asistencia del Sr. BRADLEY de la Galería, el Sr. GASSIOT y ocasionalmente otros caballeros, como Profesores DANIELL, OWEN y WHEATSTONE, he obtenido todas las pruebas de la identidad de su poder con la electricidad común. Todos estos se habían obtenido antes con el Torpedo, y algunos, como el choque, el circuito y la chispa, con el Gymnotus, pero aún creo que una breve descripción de los resultados será aceptable para la Royal Society, y los doy según sea necesario. experimentos preliminares a las investigaciones que podemos esperar instituir cuando llegue el suministro esperado de animales.

Faraday era un experimentalista muy completo, aunque sus observaciones no eran necesariamente innovadoras, quería proporcionar los detalles para que los futuros investigadores pudieran confirmar sus resultados y no duplicarlos innecesariamente. Con el mismo espíritu, más tarde relataría sus fallidos intentos de vincular la gravedad y la electricidad.

Faraday comienza su relato propiamente dicho con una descripción del animal en sí y su condición cuando lo recibió:

El pez mide cuarenta pulgadas de largo. Fue capturado hacia marzo de 1838 y fue llevado a la Galería el 15 de agosto, pero no se alimentó desde el momento de su captura hasta el 19 de octubre. A partir del 24 de agosto, el Sr. BRADLEY vertía cada noche un poco de sangre en el agua, que se cambiaba por agua fresca a la mañana siguiente, y de esta manera el animal quizás obtenía algo de alimento. El 19 de octubre mató y se comió cuatro peces pequeños desde entonces, la sangre se interrumpió y el animal ha ido mejorando desde entonces, consumiendo una media de un pescado al día *.

* Los pescados que se comían eran gobios, carpas y percas.

Tuvo cuidado, de acuerdo con las instrucciones que había recibido de otros, de no agotar al animal con pruebas frecuentes:

Experimenté por primera vez con él el 3 de septiembre, cuando aparentemente estaba lánguido, pero dio fuertes golpes cuando las manos se colocaron favorablemente sobre el cuerpo. Los experimentos se realizaron en cuatro días diferentes, permitiendo períodos de descanso de un mes a una semana entre cada uno. Su salud parecía mejorar continuamente, y fue durante este período, entre el tercer y cuarto día del experimento, que comenzó a comer.

La primera vez que leí ese párrafo, lo tomé dos veces: Faraday probaría la capacidad impactante de la anguila. colocando sus manos desnudas sobre él. Recuerde que esta es una criatura que produce más de 600 voltios por descarga, ¡claramente Faraday no estaba trabajando bajo ninguna guía de OSHA!

Sin embargo, las manos serían un dispositivo de medición inadecuado para una serie de pruebas, por lo que se desarrollaron otras herramientas:

Además de las manos, se utilizaron dos tipos de colectores. El primer tipo consistía en una varilla de cobre de quince pulgadas de largo, con un disco de cobre de una pulgada y media de diámetro soldado a una extremidad, y un cilindro de cobre para servir como mango, con gran contacto para la mano, fijado a la otra. , la varilla del disco hacia arriba está bien cubierta con un tubo de caucho grueso para aislar esa parte del agua. Mediante estos se pudo determinar el estado de determinadas partes del pez mientras se encontraban en el agua.

El otro tipo de recolectores estaba destinado a resolver la dificultad que presentaba la inmersión completa del pez en el agua, ya que incluso cuando obtuve la chispa en sí, no me creí justificado pedir la extracción del animal de baldosas en el aire. Una placa de cobre de veinte centímetros de largo por cinco centímetros y medio de ancho se dobló en forma de silla de montar, para que pudiera pasar sobre el pescado e incluir una cierta extensión de la parte posterior y los costados, y se le soldaba con un alambre de cobre grueso. , para transmitir la fuerza eléctrica al aparato experimental se colocó una chaqueta de caucho en láminas sobre la montura, los bordes sobresalían en la parte inferior y los extremos se hicieron converger los extremos para encajar en algún grado con el cuerpo del pez, y los bordes inferiores se hicieron saltar contra cualquier superficie horizontal sobre la que se colocaron las sillas. La parte del alambre que podía estar en el agua se cubrió con caucho.

& # 8220Caoutchouc & # 8221 es otro nombre para el caucho de la India, y sirvió como aislante. A continuación se muestra mi boceto aproximado de este segundo coleccionista:

La chaqueta de goma y los bordes inferiores permitieron que los peces estuvieran bien aislados del agua mientras estaban & # 8220 sujetos & # 8221 en el dispositivo:

Estos conductores, colocados sobre el pez, recolectaban energía suficiente para producir muchos efectos eléctricos, pero cuando, como para obtener la chispa, se necesitaban todas las ventajas posibles, se colocaban placas de vidrio en el fondo del agua, y el pez estaba encima de ellas. los conductores se colocaron encima hasta que los bordes inferiores del caucho se apoyaron sobre el vidrio, de modo que la parte del animal dentro del caucho quedó casi tan bien aislada como si el Gymnotus hubiera estado en el aire.

Las paletas Faraday & # 8217s sirvieron casi como & # 8220reverse & # 8221 paletas de desfibrilador, transmitiendo una carga de el objetivo en lugar de para ¡el objetivo!

Las pruebas iniciales de Faraday & # 8217 consistieron en demostrar que la electricidad producida por el Gymnotus era de la misma naturaleza que todas las demás formas conocidas de electricidad. Esto implicó demostrar que la electricidad Gymnotus & # 8217 podría realizar el mismo conjunto de & # 8220tricks & # 8221 que otras fuentes:

Choque. El impacto de este animal fue muy poderoso cuando las manos se colocaron en una posición favorable, i. mi. uno en el cuerpo cerca de la cabeza, y el otro cerca de la cola, cuanto más cerca estaban las manos dentro de ciertos límites, menos poderoso era el impacto. Los conductores de disco transmitían muy bien el impacto cuando las manos se mojaban y aplicaban en estrecho contacto con los mangos cilíndricos, pero apenas si los mangos se sostenían en las manos secas de manera ordinaria.

Galvanómetro. Usando los conductores de silla aplicados a las partes anterior y posterior del Gymnotus, un galvanómetro fue fácilmente afectado. No fue particularmente delicado porque las placas de zinc y platina en la superficie superior e inferior de la lengua no causaron una deflexión permanente de más de 25 °, pero cuando el pez emitió una descarga poderosa, la deflexión fue de hasta 30 °, y en una caso incluso 40 °. La desviación era constante en una dirección determinada, siendo la corriente eléctrica siempre desde las partes anteriores del animal a través del alambre del galvanómetro hasta las partes posteriores. Por tanto, los primeros fueron por el momento externamente positivos y los segundos negativos.

Haciendo un imán. Cuando se colocó en el circuito una pequeña hélice que contenía veintidós pies de alambre de seda enrollado en una canilla, y se colocó una aguja de acero recocido en la hélice, la aguja se convirtió en un imán, y la dirección de su polaridad en todos los casos indicó una corriente. desde la parte anterior a la posterior del Gymnotus a través de los conductores utilizados.

Descomposición química. Se obtuvo fácilmente la descomposición polar de una solución de yoduro de potasio. Se colocaron tres o cuatro pliegues de papel humedecido en la solución entre una placa de platina y el extremo de un alambre también de platina, estando estos respectivamente conectados con los dos conductores de silla. Siempre que el cable estaba en conjunción con el conductor en la parte delantera del Gymnotus, el yodo aparecía en su extremo, pero cuando se conectaba con el otro conductor no se desarrollaba nada en el lugar del papel donde aparecía antes. De modo que aquí nuevamente la dirección de la corriente resultó ser la misma que la dada por las pruebas anteriores.

Mediante esta prueba comparé la parte media del pez con otras porciones antes y detrás de él, y encontré que el conductor A, que se aplicó al medio era negativo al conductor B aplicado a las partes anteriores, era, por el contrario, positivo cuando se aplicó B en lugares cercanos a la cola.De modo que, dentro de ciertos límites, la condición externa del pez en el momento del impacto parece ser tal que cualquier parte dada es negativa para otras partes anteriores a ella y positiva para las que están detrás de ella.

Evolución del calor. Usando un termoelectrómetro HARRIS & # 8217S perteneciente al Sr. GASSIOT, pensamos que podíamos en un caso, a saber, que cuando la desviación del galvanómetro era de 40 °, observar una débil elevación de temperatura. Yo mismo no estaba observando el instrumento, y uno de los que al principio creyó haber visto el efecto ahora duda del resultado.

Chispa - chispear. Así se obtuvo la chispa eléctrica. Una buena bobina magnetoeléctrica, con un núcleo de alambre de hierro blando, tenía una extremidad fijada al extremo de uno de los colectores de la montura, y la otra fijada a una nueva lima de acero, otra lima se sujetó al extremo de la otra. coleccionista. Luego, una persona frotó la punta de uno de estos archivos sobre la cara del otro, mientras que otra persona colocó los recolectores sobre el pescado y se esforzó por excitarlo para que actuara. Por la fricción de las limas, el contacto se hizo y se rompió con mucha frecuencia y el objetivo era atrapar el momento de la corriente a través del cable y la hélice, y al romper el contacto durante la corriente para hacer que la electricidad fuera sensible como una chispa. La chispa se obtuvo cuatro veces y casi todos los presentes la vieron. Que no se debió al mero desgaste de las dos pilas se demostró por que no ocurría cuando se frotaban las limas, independientemente del animal. Desde entonces sustituí la lima inferior por una placa de acero giratoria, cortada a modo de lima en su cara, y la lima superior por alambres de hierro, cobre y plata, con todo lo cual se obtenía la chispa.

Estas pruebas establecieron no solo la identidad del choque Gymnotus & # 8217 con la electricidad común, sino que también dieron una idea de la ubicación del origen de la carga y la dirección del flujo. En esencia, el Gymnotus actúa como una pila voltaica larga, con el extremo positivo en la cabeza. Cuando se libera el impacto, la corriente fluye desde la cabeza hasta la cola (fuente de la imagen de la anguila):

Uno de los grandes desafíos de la investigación de la electricidad en la era de Faraday & # 8217 fue la falta de unidades estándar universalmente aceptadas y # 8212 tales unidades no se formalizarían hasta finales del siglo XIX (y esa historia aparecerá en una publicación de blog posterior). Lo mejor que podrían hacer investigadores como Faraday es medir la fuerza de las señales eléctricas en relación con alguna fuente eléctrica existente y familiar:

Creo que algunos detalles más, pero breves, de experimentos relacionados con la cantidad y la disposición de la electricidad en y alrededor de este maravilloso animal no estarán fuera de lugar en esta breve descripción de sus poderes.

Cuando el impacto es fuerte, es como el de una gran batería de Leyden cargada en un grado bajo, o el de una buena batería voltaica de quizás cien o más pares de placas, de las cuales el circuito se completa solo por un momento. Traté de formarme una idea de la cantidad de electricidad conectando una gran batería de Leyden con dos bolas de latón, de más de tres pulgadas de diámetro, colocadas a siete pulgadas de distancia en una tina de agua, de modo que pudieran representar las partes del Gymnotus en las que Se habían aplicado los colectores, pero para reducir la intensidad de la descarga, se interpusieron veinte centímetros de longitud de una cuerda humedecida de seis veces de espesor en otra parte del circuito, lo que se consideró necesario para evitar la fácil aparición de la chispa en los extremos de los colectores. , cuando se aplicaron en el agua cerca de las bolas, como lo habían hecho antes a los peces. Estando así dispuesto, cuando la batería estaba fuertemente cargada y descargada, y las manos puestas en el agua cerca de las bolas, se sintió un impacto, muy parecido al de los peces y aunque los experimentos no pretenden ser precisos, sin embargo, como la tensión pudo ser imitado en cierto grado por referencia a la producción más o menos rápida de una chispa, y después de que el choque se use para indicar si la cantidad era aproximadamente la misma, creo que podemos concluir que una sola descarga media del pescado está en al menos igual a la electricidad de una batería de Leyden de quince frascos, que contiene 3500 pulgadas cuadradas de vidrio recubierto en ambos lados, cargado en su grado más alto. Esta conclusión respecto a la gran cantidad de electricidad en un solo choque de Gymnotus, está en perfecta concordancia con el grado de deflexión que puede producir en una aguja de galvanómetro, y también con la cantidad de descomposición química producida en los experimentos de electrólisis.

Declaraciones como estas me hacen apreciar aún más los logros de investigadores como Faraday, que lograron aprender tanto sobre el mundo físico comenzando con tan pocos principios fundamentales.

Faraday también estaba interesado en cómo viaja la electricidad desde la cabeza hasta la cola del pez a través del agua *, e ideó una serie de medidas para estudiar esto:

Como, en el momento en que el pez quiere el choque, las partes anteriores son positivas y las partes posteriores negativas, se puede concluir que existe una corriente de la primera a la última a través de cada parte del agua que rodea al animal, para a una distancia considerable de su cuerpo. El choque que se siente, por lo tanto, cuando las manos están en la posición más favorable, es el efecto de una porción muy pequeña de la electricidad que el animal descarga en ese momento, con mucho la porción más grande que pasa por el agua circundante. Esta enorme corriente externa debe ir acompañada de algún efecto dentro del pez equivalente a una corriente, cuya dirección es de la cola hacia la cabeza, e igual a la suma de todas estas fuerzas externas. Si el proceso de desarrollar o excitar la electricidad dentro del pez incluye la producción de esta corriente interna (que no tiene por qué ser necesariamente tan rápida y momentánea como la externa), no podemos decir en este momento, pero en el momento del choque el animal aparentemente no siente la sensación eléctrica que causa en quienes lo rodean.

Faraday usa el siguiente diagrama adorable para ayudar al lector a visualizar su descripción:

No puedo hacer nada mejor que simplemente citar su explicación de los experimentos:

Con la ayuda del diagrama adjunto, expondré algunos resultados experimentales que ilustran la corriente alrededor del pez y mostrarán la causa de la diferencia en el carácter de la conmoción ocasionada por las diversas formas en que la persona está conectada con el animal, o su posición se alteró con respecto a él. El círculo grande representa la tina en la que está confinado el animal, su diámetro es de cuarenta y seis pulgadas, y la profundidad del agua en él es de tres pulgadas y media, está apoyado sobre patas de madera secas. Las figuras representan los lugares donde se aplicaron las manos o los discos conductores, y donde están cerca de la figura del animal, implica que se hizo contacto con el pez. Designaré a diferentes personas por A, B, C, & ampc., Siendo A la persona que animó al pez a la acción.

Cuando una mano estaba en el agua, el impacto se sentía solo en esa mano, cualquier parte del pez a la que se le aplicó no era muy fuerte, y solo estaba en la parte sumergida en el agua. Cuando la mano y parte del brazo estuvieron adentro, el choque se sintió en todas las partes sumergidas.

Cuando ambas manos estaban en el agua en la misma parte del pez, el impacto era comparativamente débil y solo en las partes sumergidas. Si las manos estaban en lados opuestos, como en 1, 2 o en 3, 4 o 5, 6, o si una estaba arriba y la otra abajo en la misma parte, el efecto era el mismo. Cuando los colectores de discos se usaron en estas posiciones, la persona que los sostenía no sintió ningún efecto (y esto se corresponde con la observación de GAY-LUSSAC en Torpedos), mientras que otras personas, con ambas manos a una distancia del pez, sintieron choques considerables.

Cuando ambas manos o los colectores de discos se aplicaron en lugares separados por una parte de la longitud del animal, como en 1, 3, o 4, 6, o 3, 6, entonces fuertes choques extendiéndose hacia arriba de los brazos, e incluso hasta el pecho del experimentador, ocurrió, aunque otra persona con una sola mano en cualquiera de estos lugares, se sintió comparativamente poco. El impacto se pudo obtener en partes muy cercanas a la cola, como en 8, 9. Creo que fue más fuerte alrededor de 1 y 8. A medida que las manos se acercaron, el efecto disminuyó, hasta estar en el mismo plano transversal, fue , como se describió anteriormente, solo sensible en las partes sumergidas.

B colocó sus manos a 10, 11, al menos a cuatro pulgadas del pez, mientras que A tocó al animal con una varilla de vidrio para excitarlo a la acción, B recibió rápidamente una fuerte descarga. En otro experimento de tipo similar, en cuanto a la no necesidad de tocar el pez, varias personas recibieron choques independientemente entre sí, por lo que A estaba a 4, 6 B a 10, 1 C a 16, 17 y D a 18, 19 todos se sorprendieron a la vez, A y B muy fuertemente, C y D débilmente. Es muy útil, mientras se experimenta con el galvanómetro u otros dispositivos instrumentales, que una persona mantenga las manos en el agua a una distancia moderada del animal, ya que puede saber y dar información cuando se ha producido una descarga.

Cuando B tenía ambas manos en 10, 11 o 14, 15, mientras que A tenía solo una mano en 1, o 3, o 6, el primero sintió un fuerte impacto, mientras que el segundo solo tenía uno débil, aunque en contacto. con el pescado. O si A tenía ambas manos en 1, 2 o 3, 4 o 5, 6, el efecto era el mismo.

Si A tenía las manos en 3, 5, B en 14, 15 y C en 16, 17, A recibió la descarga más poderosa, B la siguiente poderosa y C la más débil.

Cuando A excitó al Gymnotus con sus manos a las 8, 9, mientras que B estaba a las 10, 11, este último tuvo un impacto mucho más fuerte que el primero, aunque el primero tocó y excitó al animal.

A excitó al pez con una mano en 3, mientras que B tenía ambas manos en 10, 11 (o más), y C tenía las manos en 12, 13 (o más) A tenía el pinchazo en la mano sumergida, solo B tenía un fuerte impacto en los brazos C sintió un ligero efecto en las partes sumergidas.

Los experimentos que acabo de describir son de tal naturaleza que requieren muchas repeticiones antes de que los resultados generales extraídos de ellos puedan considerarse establecidos, ni pretendo decir que sean nada más que indicaciones de la dirección de la fuerza. No es en absoluto imposible que el pez pueda tener el poder de poner en acción cada uno de sus cuatro órganos eléctricos por separado, y así, hasta cierto punto, dirigir la descarga, es decir, puede tener la capacidad de hacer que la corriente eléctrica emane de uno. lado, y al mismo tiempo traer el otro lado de su cuerpo en tal condición, que será como un no conductor en esa dirección. Pero creo que las apariencias y los resultados son tales que prohíben la suposición de que él tiene algún control sobre la dirección de las corrientes después de que han entrado en el fluido y las sustancias que lo rodean.

Estos experimentos son fascinantes y pintan una imagen divertida: Faraday y hasta tres asistentes metieron las manos en el agua repetidamente y se zambulleron **. (No puedo evitar visualizar a Faraday hablando como Christopher Guest en este videoclip clásico: & # 8220 ¿Qué te hizo esto? Dime. Y recuerda, esto es para la posteridad, así que sé honesto. ¿Cómo te sientes? & # 8221 )

Además de estudiar los poderes eléctricos del Gymnotus, Faraday también se entregó a algunas observaciones de comportamiento amateur:

Este Gymnotus puede aturdir y matar peces que se encuentran en muy diversas posiciones de su propio cuerpo, pero un día cuando lo vi comer, su acción me pareció peculiar. Un pez vivo de unas cinco pulgadas de largo, capturado menos de medio minuto antes, fue arrojado a la tina. El Gymnotus se volvió instantáneamente de tal manera que formaba una espiral que envolvía al pez, este último representando un diámetro a través de él, pasó un choque, y en un instante el pez fue golpeado inmóvil, como por un rayo, en medio del aguas, su costado flotando hacia la luz. El Gymnotus dio una o dos vueltas para buscar a su presa, la cual, al encontrarla, salió disparada y luego fue a buscar más. Se le dio un segundo pez más pequeño, que al ser herido en el transporte, mostraba pocos signos de vida, y lo tragó de inmediato, aparentemente sin escandalizarlo. El enrollamiento del Gymnotus alrededor de su presa tenía, en este caso, toda la apariencia de ser intencional por su parte, para aumentar la fuerza del impacto, y la acción es evidentemente muy adecuada para ese propósito, estando en total conformidad con el bien -Las leyes conocidas de la descarga de corrientes en masas de materia conductora y aunque el pez no siempre puede poner en práctica este artificio, es muy probable que esté consciente de su ventaja y pueda recurrir a él en casos de necesidad.

El Gymnotus parece ser sensato cuando ha electrocutado a un animal, haciéndose consciente de ello, probablemente, por el impulso mecánico que recibe, provocado por los espasmos en los que es arrojado. Cuando lo toqué con mis manos, me dio un choque tras otro, pero cuando lo toqué con varillas de vidrio, o los conductores aislados, dio uno o dos choques, los sintieron otros que tenían las manos adentro a distancia, pero luego dejó de hacerlo. ejercer la influencia, como si se diera cuenta de que no tuvo el efecto deseado. Una vez más, cuando ha sido tocado con los conductores varias veces, para experimentos con el galvanómetro u otro aparato, y parece estar lánguido o indiferente, y no dispuesto a dar descargas, pero siendo tocado por las manos, ellos, por movimientos convulsivos, le informaron que algo sensible estaba presente, y rápidamente mostró su poder y su voluntad de asombrar al experimentador.

Al concluir su artículo, Faraday explica que la comprensión del Gymnotus podría tener implicaciones para la comprensión de todas las criaturas vivientes:

Ha sido comentado por GEOFFROY ST. HILAIRE, que los órganos eléctricos del torpedo, Gymnotus y peces similares, no pueden considerarse esencialmente conectados con aquellos que son de alta y directa importancia para la vida del animal, sino que pertenecen más bien a los tegumentos comunes y también tiene Se ha encontrado que los Torpedos que han sido privados del uso de sus órganos peculiares, han continuado las funciones de la vida tan bien como aquellas en las que se les permitió permanecer. Estas, junto con otras consideraciones, me llevan a mirar estas partes con la esperanza de que, tras una investigación más de cerca, resulten ser una especie de aparato natural, por medio del cual podemos aplicar los principios de acción y reacción en la investigación de la naturaleza de la influencia nerviosa.

La relación anatómica del sistema nervioso con el órgano eléctrico el evidente agotamiento de la energía nerviosa durante la producción de electricidad en ese órgano la producción aparentemente equivalente de electricidad en proporción a la cantidad de fuerza nerviosa consumida la dirección constante de la corriente producida, con su relación con lo que podemos creer que es una dirección igualmente constante de la energía nerviosa puesta en acción al mismo tiempo, todos me inducen a creer que no es imposible, pero que, al pasar electricidad por fuerza a través del órgano, una reacción de regreso sobre el sistema nervioso que le pertenece, y que tal vez se efectúe una restauración, en mayor o menor grado, de lo que el animal gasta en el acto de excitar una corriente. Tenemos la analogía en relación con el calor y el magnetismo. SEEBECK nos enseñó cómo conmutar el calor en electricidad y PELTIER nos ha dado más recientemente lo contrario de esto, y nos ha mostrado cómo convertir la electricidad en calor, incluyendo tanto su relación de calor como de frío. OERSTED mostró cómo convertir fuerzas eléctricas en magnéticas, y tuve el placer de agregar el otro miembro de la relación completa, reaccionando de nuevo y convirtiendo fuerzas magnéticas en eléctricas. Así que quizás en estos órganos, donde la naturaleza ha proporcionado el aparato por medio del cual el animal puede ejercer y convertir la fuerza nerviosa en eléctrica, podemos ser capaces, poseyendo en ese punto de vista un poder mucho más allá del propio pez, para volver -convierte lo eléctrico en fuerza nerviosa.

Esto puede parecer a algunos una noción muy descabellada, ya que suponer que el poder nervioso es en cierto grado análogo a poderes como el calor, la electricidad y el magnetismo. Sin embargo, solo lo estoy asumiendo como una razón para hacer ciertos experimentos, que, según den resultados positivos o negativos, regularán más expectativas. Y con respecto a la naturaleza del poder nervioso, ese ejercicio que se transmite a través de los nervios a los diversos órganos que excitan para que actúen, no es el principio directo de la vida y, por lo tanto, no veo ninguna razón natural por la que no se nos debería permitir. en ciertos casos para determinar y observar su curso. Muchos filósofos piensan que el poder es la electricidad. PRIESTLEY expuso este punto de vista en 1774 de una forma muy llamativa y distinta, tanto en lo que respecta a los animales ordinarios como a los eléctricos, como el Torpedo. El Dr. WILSON PHILIP considera que el agente en ciertos nervios es electricidad modificada por acción vital. MATTEUCCI piensa que el fluido nervioso o la energía, al menos en los nervios que pertenecen al órgano eléctrico, es electricidad. MM. PREVOST y DUMAS opinan que la electricidad se mueve en los nervios pertenecientes a los músculos y M. PREVOST aduce un hermoso experimento, en el que se magnetizó el acero, en prueba de este punto de vista que, si fuera confirmado por una observación posterior y por otros filósofos , es de suma importancia para el progreso de esta alta rama del conocimiento. Ahora bien, aunque todavía no estoy convencido por los hechos de que el fluido nervioso es solo electricidad, sigo pensando que el agente en el sistema nervioso puede ser una fuerza inorgánica y si hay razones para suponer que el magnetismo es una relación de fuerza más alta que electricidad, así se puede imaginar, que la energía nerviosa puede ser de un carácter aún más exaltado y, sin embargo, al alcance de la experimentación.

Hay mucha discusión en esos párrafos, que intentaré resumir. Muchos investigadores de la era de Faraday sospechaban fuertemente (correctamente) que el sistema nervioso funcionaba con electricidad o, en otras palabras, que la electricidad es el & # 8220principio de la vida & # 8221. Esta sospecha fue provocada por la ya mencionada investigación de Galvani, entre otras. Faraday no estaba dispuesto a ir tan lejos como para tratar el cuerpo humano como un dispositivo puramente eléctrico, pero pensó que el & # 8220 fluido nervioso & # 8221 podría ser otra fuerza fundamental, sujeta a leyes como la electricidad, el magnetismo y la gravedad. La fuerza nerviosa podría entonces acoplarse a la electricidad, al igual que el magnetismo se acopla a la electricidad.

Faraday incluso sugiere algunas posibilidades para la experimentación futura basada en este principio:

El tipo de experimento que me atrevo a sugerir es el siguiente.Si un Gymnotus o Torpedo se ha fatigado por el ejercicio frecuente de los órganos eléctricos, ¿el envío de corrientes de fuerza similar a las que emite, o de otros grados de fuerza, ya sea de forma continua o intermitente en la misma dirección que las que envía, ¿Restaurarle sus poderes y fuerzas más rápidamente que si se le dejara en su reposo natural?

¿El envío de corrientes en la dirección contraria agotaría rápidamente al animal? Creo que hay razones para creer que el Torpedo (y tal vez el Gymnotus) no está muy perturbado o excitado por corrientes eléctricas enviadas sólo a través del órgano eléctrico, de modo que estos experimentos no parecen muy difíciles de realizar.

Tales son algunos de los experimentos que la conformación y relación de los órganos eléctricos de estos peces sugieren, como racionales en su desempeño y prometedores en anticipación. Es posible que otros no piensen en ellos como yo, pero solo puedo decir por mí mismo, que si fueran los medios en mi poder, son los primeros que haría.

El propio Faraday aparentemente no se entregó a muchos más experimentos con peces eléctricos. En cierto sentido, somos afortunados de que no lo hiciera, porque uno de sus mayores descubrimientos (la rotación de Faraday) todavía estaba en su futuro. Sin embargo, su incursión en la biología nos da una fascinante instantánea de cómo los diversos campos de las ciencias naturales estaban estrechamente entrelazados en esa era en la que la electricidad y el magnetismo eran todavía fenómenos relativamente misteriosos.

M. Faraday, & # 8220 Aviso del carácter y la dirección de la fuerza eléctrica del Gymnotus, & # 8221 Phil. Trans. Roy. Soc. 129 (1839), 1-12

* Un pez que cazara esperando que un físico experimental le pusiera las manos en la cabeza y la cola probablemente no sobreviviría mucho tiempo.

** La auto-electrocución de Faraday & # 8217t no supera la historia de Jack Barnes para la auto-experimentación masoquista, pero se acerca & # 8230


Dos puertas abiertas

Aunque los coronavirus humanos conocidos pueden infectar muchos tipos de células, todos causan principalmente infecciones respiratorias. La diferencia es que los cuatro que causan resfriados comunes atacan fácilmente el tracto respiratorio superior, mientras que MERS-CoV y SARS-CoV tienen más dificultades para mantenerse allí, pero tienen más éxito en infectar las células de los pulmones.

El SARS-CoV-2, desafortunadamente, puede hacer ambas cosas de manera muy eficiente. Eso le da dos lugares para afianzarse, dice Shu-Yuan Xiao, patólogo de la Universidad de Chicago, Illinois. La tos de un vecino que envía diez partículas virales en tu dirección podría ser suficiente para iniciar una infección en tu garganta, pero es probable que los cilios parecidos a pelos que se encuentran allí hagan su trabajo y eliminen a los invasores. Si el vecino está más cerca y tose 100 partículas hacia ti, el virus podría llegar hasta los pulmones, dice Xiao.

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Estas capacidades variables podrían explicar por qué las personas con COVID-19 tienen experiencias tan diferentes. El virus puede comenzar en la garganta o la nariz, producir tos y alterar el gusto y el olfato, y luego terminar allí. O podría llegar hasta los pulmones y debilitar ese órgano. No se sabe cómo llega allí, si se mueve célula por célula o de alguna manera se lava, dice Stanley Perlman, inmunólogo de la Universidad de Iowa en Iowa City que estudia los coronavirus.

Clemens-Martin Wendtner, médico de enfermedades infecciosas de la Clínica Schwabing de Munich en Alemania, dice que podría ser un problema con el sistema inmunológico que permite que el virus se infiltre en los pulmones. La mayoría de las personas infectadas crean anticuerpos neutralizantes que son diseñados por el sistema inmunológico para unirse al virus y bloquear su entrada en una célula. Pero algunas personas parecen incapaces de hacerlos, dice Wendtner. Esa podría ser la razón por la que algunos se recuperan después de una semana de síntomas leves, mientras que otros sufren una enfermedad pulmonar de aparición tardía. Pero el virus también puede pasar por alto las células de la garganta e ir directamente a los pulmones. Entonces, los pacientes pueden contraer neumonía sin los síntomas leves habituales, como tos o fiebre baja, que de otro modo serían lo primero, dice Wendtner. Tener estos dos puntos de infección significa que el SARS-CoV-2 puede mezclar la transmisibilidad de los coronavirus del resfriado común con la letalidad de MERS-CoV y SARS-CoV. “Es una combinación desafortunada y peligrosa de esta cepa de coronavirus”, dice.

La capacidad del virus para infectar y reproducirse activamente en el tracto respiratorio superior fue algo sorprendente, dado que su pariente genético cercano, el SARS-CoV, carece de esa capacidad. El mes pasado, Wendtner publicó los resultados de 8 experimentos en los que su equipo pudo cultivar virus de la garganta de nueve personas con COVID-19, lo que demuestra que el virus se está reproduciendo activamente y es infeccioso allí. Eso explica una diferencia crucial entre los parientes cercanos. El SARS-CoV-2 puede eliminar partículas virales de la garganta a la saliva incluso antes de que comiencen los síntomas, y estas pueden pasar fácilmente de una persona a otra. El SARS-CoV fue mucho menos efectivo para dar ese salto, pasando solo cuando los síntomas estaban en toda regla, lo que lo hizo más fácil de contener.

Estas diferencias han llevado a cierta confusión sobre la letalidad del SARS-CoV-2. Algunos expertos e informes de los medios lo describen como menos mortal que el SARS-CoV porque mata aproximadamente al 1% de las personas que infecta, mientras que el SARS-CoV mata aproximadamente diez veces esa tasa. Pero Perlman dice que esa es la forma incorrecta de verlo. El SARS-CoV-2 es mucho mejor para infectar a las personas, pero muchas de las infecciones no progresan a los pulmones. "Una vez que llega a los pulmones, probablemente sea igual de mortal", dice.

Lo que hace cuando llega a los pulmones es similar en algunos aspectos a lo que hacen los virus respiratorios, aunque aún se desconoce mucho. Al igual que el SARS-CoV y la influenza, infecta y destruye los alvéolos, los diminutos sacos de los pulmones que transportan oxígeno al torrente sanguíneo. A medida que se rompe la barrera celular que divide estos sacos de los vasos sanguíneos, el líquido de los vasos se filtra, impidiendo que el oxígeno llegue a la sangre. Otras células, incluidos los glóbulos blancos, tapan aún más las vías respiratorias. Una respuesta inmune robusta aclarará todo esto en algunos pacientes, pero la reacción exagerada del sistema inmunológico puede empeorar el daño tisular. Si la inflamación y el daño tisular son demasiado graves, los pulmones nunca se recuperan y la persona muere o queda con cicatrices en los pulmones, dice Xiao. "Desde un punto de vista patológico, no vemos mucha singularidad aquí".

Y al igual que con el SARS-CoV, el MERS-CoV y los coronavirus animales, el daño no se detiene en los pulmones. Una infección por SARS-CoV-2 puede desencadenar una respuesta inmune excesiva conocida como tormenta de citocinas, que puede provocar insuficiencia orgánica múltiple y la muerte. El virus también puede infectar los intestinos, el corazón, la sangre, los espermatozoides (al igual que el MERS-CoV), los ojos y posiblemente el cerebro. El daño al riñón, hígado y bazo observado en personas con COVID-19 sugiere que el virus puede transportarse en la sangre e infectar varios órganos o tejidos, dice Guan Wei-jie, neumólogo del Instituto de Salud Respiratoria de Guangzhou en Guangzhou Medical. University, China, una institución alabada por su papel en la lucha contra el SARS y el COVID-19. El virus podría infectar varios órganos o tejidos dondequiera que llegue el suministro de sangre, dice Guan.

Pero aunque el material genético del virus está apareciendo en estos diversos tejidos, aún no está claro si el daño lo está causando el virus o una tormenta de citocinas, dice Wendtner. “Se están realizando autopsias en nuestro centro. Pronto llegarán más datos ”, dice.

Ya sea que infecte la garganta o los pulmones, el SARS-Cov-2 rompe la membrana protectora de las células huésped utilizando sus proteínas de punta (consulte "Invasor mortal"). Primero, el dominio de unión al receptor de la proteína se adhiere a un receptor llamado ACE2, que se encuentra en la superficie de la célula huésped. La ECA2 se expresa en todo el cuerpo en el revestimiento de las arterias y venas que recorren todos los órganos, pero es particularmente densa en las células que recubren los alvéolos y el intestino delgado.

Aunque los mecanismos exactos siguen siendo desconocidos, la evidencia sugiere que después de que el virus se adhiere, la célula huésped corta la proteína de punta en uno de sus 'sitios de escisión' dedicados, exponiendo péptidos de fusión, pequeñas cadenas de aminoácidos que ayudan a abrir la célula huésped. membrana para que la membrana del virus pueda fusionarse con ella. Una vez que el material genético del invasor ingresa a la célula, el virus se apropia de la maquinaria molecular del huésped para producir nuevas partículas virales. Luego, esa progenie sale de la célula para ir e infectar a otros.


Mecanismos de defensa e inmunidad innata

Los siguientes puntos destacan los seis principales mecanismos de defensa involucrados en la inmunidad innata. Los mecanismos de defensa son: 1. Barreras físicas (o mecánicas) y químicas. 2. Inflamación 3. Fagocitosis 4. El sistema del complemento 5. Sustancias antibacterianas 6. Sustancias antivirales.

Mecanismo n. ° 1. Barreras físicas (o mecánicas) y químicas:

Las barreras físicas (o mecánicas) del huésped en cooperación con las barreras químicas (secreciones) actúan como la primera línea de defensa contra microorganismos patógenos y materiales extraños. Estas barreras incluyen piel, membranas mucosas, sistema respiratorio, tracto gastrointestinal, tracto genitourinario, ojo, bacteriocinas y beta-lisina y otros polipéptidos.

La piel, las membranas mucosas, el sistema respiratorio, el tracto gastrointestinal, el tracto genitourinario y los ojos son las barreras que proporcionan defensa tanto física como química (por ejemplo, jugos gástricos, lisozima, lactoferrina, glicoproteínas, urea, etc.) en cooperación. Además, las bacteriocinas y la beta-lisina y otros polipéptidos son las sustancias químicas defensivas contra los microorganismos.

La piel intacta es una barrera física o mecánica muy eficaz para bloquear la entrada de patógenos microbianos al cuerpo. Con pocas excepciones, los microorganismos no logran penetrar la piel porque su capa exterior está formada por células gruesas y muy compactas llamadas queratinocitos que producen queratinas.

Las queratinas son escleroproteínas que comprenden los componentes principales del cabello, las uñas y las células externas de la piel. Estas escleroproteínas no son fácilmente degradables enzimáticamente por microorganismos. Resisten la entrada de agua que contiene microbios y, por lo tanto, funcionan como una barrera física para los microorganismos.

Además de la prevención directa de la penetración, el desprendimiento continuo de las células epiteliales externas de la piel elimina muchos de esos patógenos microbianos que logran adherirse a la superficie de la piel.

2. Membranas mucosas:

Las membranas mucosas de varios sistemas corporales como respiratorio, gastrointestinal, genitourinario y ocular previenen la invasión de microorganismos con la ayuda de su epitelio escamoso estratificado intacto y secreciones mucosas, que forman una cubierta protectora que resiste la penetración y atrapa muchos microorganismos.

3. Sistema respiratorio:

Una persona promedio inhala alrededor de 10,000 microorganismos por día, generalmente a razón de ocho microorganismos por minuto. Estos microorganismos se depositan en las superficies mucosas húmedas y pegajosas del tracto respiratorio. El manto mucociliar del epitelio respiratorio atrapa al microorganismo de menos de 10 μm de diámetro y lo transporta por acción ciliar fuera de los pulmones.

Los microorganismos mayores de 10 μm normalmente quedan atrapados por los pelos y cilios que recubren la cavidad nasal que golpean hacia la faringe, de modo que el moco con sus microorganismos atrapados se mueve hacia la boca y se expulsa. Toser y estornudar también ayudan a eliminar los microorganismos del tracto respiratorio.

Limpian el sistema respiratorio de microorganismos expulsando aire con fuerza de los pulmones a través de la boca y la nariz, respectivamente. La salivación también lava los microorganismos de la boca y las áreas nasofaríngeas hacia el estómago.

4. Sistema gastrointestinal:

Los microorganismos pueden llegar al estómago. Muchos de ellos son destruidos por el jugo gástrico del estómago. El jugo gástrico es una mezcla de ácido clorhídrico, enzimas proteolíticas y moco, y es muy ácido con un pH de 2 a 3. Este jugo normalmente es suficiente para matar la mayoría de los microorganismos y destruir sus toxinas.

Además, la población microbiana normal del intestino grueso es extremadamente importante al no permitir el establecimiento de microorganismos patógenos en él.

Por conveniencia, muchos microorganismos comensalistas en el tracto intestinal secretan productos metabólicos (por ejemplo, ácidos grasos) que evitan que los microorganismos & # 8220 & # 8221 no deseados se establezcan en el tracto. En el intestino delgado, sin embargo, los patógenos microbianos a menudo son eliminados por diversas enzimas pancreáticas, bilis y enzimas en las secreciones intestinales.

5. Sistema genitourinario:

Los riñones, los uréteres y la vejiga urinaria son estériles en condiciones normales. La médula del riñón es tan hipertónica que solo permite que sobrevivan unos pocos microorganismos.

La orina destruye algunos microorganismos debido a su bajo pH y la presencia de urea y otros productos finales metabólicos como ácido úrico, ácido hipúrico, mucina, ácidos grasos, enzimas, etc. El tracto urinario inferior se enjuaga con orina eliminando posibles patógenos microbianos. El ambiente ácido (pH 3 a 5) de la vagina también confiere defensa, ya que es desfavorable para la mayoría de los microorganismos que se establezcan.

La conjuntiva de los ojos recubre la superficie interior de cada párpado y la superficie expuesta del globo ocular. Es una membrana epitelial especializada en secreción de moco y se mantiene húmeda por la acción de enjuague continuo de las lágrimas secretadas por las glándulas lagrimales. Las lágrimas contienen lisozima y lactoferrina y, por lo tanto, actúan como barreras físicas y químicas.

Las superficies de la piel y las membranas mucosas están habitadas por una flora microbiana normal. De esto, muchas bacterias sintetizan y liberan proteínas tóxicas (p. Ej., Colicina, estafilococina) bajo la dirección de sus plásmidos. Estas proteínas tóxicas se denominan bacteriocinas, que matan a otras especies relacionadas, por lo que proporcionan una ventaja de adaptación frente a otras bacterias.

8. Beta-lisina y otros polipéptidos:

Las plaquetas de la sangre liberan un polipéptido catiónico llamado beta-lisina, que altera la membrana plasmática de ciertas bacterias grampositivas y las mata. La leucina, las cecropinas, las plaquinas y la fagocitina son algunos otros polipéptidos catiónicos que matan bacterias gram-positivas específicas. El factor antibacteriano prostático, un polipéptido que contiene zinc, es un químico antimicrobiano importante secretado por las glándulas postradas en los hombres.

Mecanismo # 2. Inflamación (respuesta inflamatoria):

La inflamación (L.inflamatio = prender fuego) es una respuesta de defensa innata (inespecífica) del cuerpo a una infección patógena o lesión tisular y ayuda a localizar la infección o lesión en su área local. Muchas de las características clásicas de la inflamación se describieron ya en 1600 a. C. en los escritos de papiro egipcio.

En el siglo I d.C., el médico romano Celso describió los cuatro signos cardinales de la inflamación como enrojecimiento (rubor), hinchazón (tumor), calor (color) y dolor (dolor). En el siglo II d.C., otro médico, Galeno, añadió un quinto signo: función alterada (functio laesa).

1. Eventos importantes que resultan en signos cardinales:

Los siguientes son los principales eventos que dan como resultado los signos cardinales de inflamación:

(i) El enrojecimiento y el calor (aumento de temperatura) del área localizada se debe a la vasodilatación (un aumento en el diámetro de los vasos sanguíneos) de los capilares cercanos que se produce cuando el vaso que transporta la sangre fuera del área afectada se contrae y produce congestión. de la red capilar.

(ii) La hinchazón de los tejidos se produce debido a la acumulación de exudados en el área de la infección o lesión. Un aumento de la permeabilidad capilar facilita la entrada de líquido y células desde los capilares congestionados hacia el tejido. El líquido que se acumula (exudado) posee un contenido de proteínas mucho más alto que el líquido que normalmente se libera del sistema vascular.

(iii) El dolor se debe a la lisis de las células sanguíneas. La lisis desencadena la producción de prostaglandinas y bradicinina, sustancias químicas que alteran el umbral y la intensidad de la respuesta del sistema nervioso al dolor. El dolor probablemente tiene una función protectora, ya que normalmente hace que el individuo proteja el área infectada o lesionada.

2. Mecanismo de defensa:

La respuesta inflamatoria es un término colectivo que representa la compleja secuencia de eventos durante la inflamación. Se inicia cuando las células tisulares lesionadas liberan mediadores inflamatorios.
(productos químicos). Entre los mediadores inflamatorios se encuentran varias proteínas séricas llamadas proteínas de fase aguda, las principales proteínas de fase aguda son la histamina y las cininas.

Las proteínas de fase aguda se unen a receptores en capilares y vénulas cercanos, lo que provoca vasodilatación y aumento de la permeabilidad, lo que da como resultado la entrada de fagocitos (p. Ej., Neutrófilos, linfocitos, monocitos y macrófagos) de la sangre a los tejidos.

La emigración de fagocitos es un proceso de varios pasos (fig. 44.14) que incluye la adherencia de las células a la pared endotelial de los vasos sanguíneos (marginación), seguida de su emigración entre las células endoteliales hacia los tejidos (diapédesis o extravasación), y finalmente , su migración a través del tejido hasta el sitio de la invasión (quimiotaxis).

A medida que las células fagocíticas se acumulan en el sitio de la lesión y comienzan a fagocitar patógenos microbianos, durante este proceso liberan enzimas líticas que normalmente dañan las células sanas cercanas. Las células huésped muertas, las células fagocíticas muertas, los patógenos microbianos muertos y el fluido corporal forman colectivamente una sustancia llamada pus (el exudado inflamatorio).

Cuando las proteínas de fase aguda se unen a los receptores de los capilares y vénulas cercanos y provocan vasodilatación y aumento de la permeabilidad, esta última permite que las enzimas del sistema de coagulación de la sangre entren en el tejido. Estas enzimas activan una cascada de enzimas que da como resultado la deposición de hebras insolubles de fibrina, un componente principal de un coágulo de sangre.

Los filamentos de fibrina separan el área lesionada del resto del cuerpo y sirven para prevenir la propagación de la infección. Una vez que la respuesta inflamatoria disminuye y se elimina el pus, el área infectada o lesionada se llena con nuevos tejidos que comienzan a funcionar normalmente.

Mecanismo # 3. Fagocitosis:

La fagocitosis (Gk. Phagein = comer cyte = célula y osis = un proceso) es un proceso durante el cual las partículas grandes y las células microbianas se encierran en una vacuola o fagosoma fagocítico y se engullen. Actúa como una barrera celular altamente eficiente contra los microorganismos patógenos y se resuelve mediante la absorción y digestión de microorganismos por una variedad de células del sistema de defensa del cuerpo.

Además de su contribución en la defensa, la fagocitosis ayuda a ciertas células e incluso a organismos (p. Ej., Protozoos) a obtener sus nutrientes. Sin embargo, la fagocitosis fue un descubrimiento casual de E. Metchnikoff (oriundo de Ucrania) en 1884, quien sugirió que las células móviles de las larvas de estrellas de mar buscaban activamente y absorbían partículas extrañas presentes en su entorno.

Las siguientes líneas están dedicadas al contexto del papel de la fagocitosis en la defensa innata (inespecífica) del huésped:

1. Reconocimiento y adherencia de microorganismos:

Las células fagocíticas (neutrófilos, monocitos, macrófagos y células dendríticas) emplean dos mecanismos moleculares fundamentales para el reconocimiento de patógenos microbianos y su adherencia a la membrana plasmática de fgocitos y # 8217:

(i) Reconocimiento (opsonico) dependiente de opsonina (llamado opsonización) y

(ii) Reconocimiento (no opsonico) independiente de opsonina.

El reconocimiento u opsonización dependiente de opsonina (Gk. Opson = preparar a la víctima) es un proceso en el que las células fagocíticas reconocen fácilmente los patógenos microbianos que están recubiertos por componentes del suero (anticuerpos especialmente lgG1 e lgG3, complemento C3b, y tanto el anticuerpo como el complemento). C3b) llamadas opsoninas.

Las opsoninas funcionan como un puente entre el microorganismo y el fagocito al unirse a la superficie del microorganismo en un extremo y a receptores específicos en la superficie del fagocito en el otro (fig. 44.15) y potencian la fagocitosis en múltiples aspectos. En un estudio por conveniencia, la tasa de fagocitosis de un microorganismo fue 4000 veces mayor en presencia de opsonina que en su ausencia.

El reconocimiento independiente de opsonina involucra el mecanismo que no involucra a las opsoninas y emplea otros receptores en las células fagocíticas que reconocen estructuras (adhesinas) expresadas en la superficie de diferentes patógenos microbianos (fig. 44.16). Los importantes de tales receptores son lectinas, polisacáridos, glicolípidos, proteolicanos, lipopolisacáridos (LPS), flagelina, etc.

Es importante señalar que durante el reconocimiento independiente de opsonina, una especie microbiana particular puede presentar múltiples adhesinas, cada una reconocida por un receptor distinto presente en las células fagocíticas.

2. Ingestión y digestión de microorganismos:

La adherencia de los microorganismos en la membrana plasmática de los fagocitos es seguida por su ingestión y digestión. La adherencia induce protuberancias de la membrana plasmática, llamadas pseudópodos, que se extienden alrededor de los microorganismos adheridos.

La fusión de los seudópodos encierra a los microorganismos dentro de una estructura delimitada por una membrana llamada fagosoma, que se mueve hacia el interior de la célula y se fusiona con un lisosoma para formar un fagolisosoma (fig. 44.17) Los lisomas contribuyen al fagolisosoma con una variedad de enzimas hidrolíticas como la lisozima , fosfolipasa A2, ribonucleasa desoxirribonucleasa y proteasas.

Un pH ácido vacuolar favorece la actividad de las enzimas hidrolíticas. Las enzimas hidrolíticas digieren los microorganismos atrapados. El contenido residual después de la digestión dentro del fagolisosoma se elimina a través de un proceso llamado exocitosis.

Mecanismo # 4. El sistema de complemento:

El suero de la sangre contiene un gran número (más de 30) de proteínas séricas que circulan en un estado inactivo y, tras su activación inicial por mecanismos inmunogénicos específicos (adaptativos) e inespecíficos (innatos), interactúan en forma de cascada altamente regulada en la que la activación de un componente da como resultado la activación del siguiente en la cascada. Esta cascada de proteínas del scrum se denomina colectivamente sistema del complemento y las proteínas séricas del sistema del complemento se denominan proteínas del complemento.

Cuando las formas inactivas de las proteínas del complemento se convierten en formas activas mediante diversos mecanismos inmunológicos específicos (adaptativos) e inespecíficos (innatos), dañan las membranas de los patógenos microbianos, ya sea destruyéndolos o facilitando su eliminación.

El sistema del complemento puede actuar como un sistema efector que se activa mediante la unión de anticuerpos a determinadas superficies celulares, o puede activarse por reacciones entre las proteínas del complemento y los receptores de las paredes celulares microbianas. Las reacciones entre las proteínas del complemento y los receptores celulares desencadenan la activación de las células de la inmunidad innata o adaptativa.

Hay tres vías de activación del complemento:

(i) Vía clásica del complemento,

(ii) Vía alternativa del complemento, y

(iii) Vía del complemento de la lectina.

Aunque estas vías emplean mecanismos similares, las proteínas específicas son exclusivas de la primera parte de cada vía. La vía clásica está involucrada en la inmunidad específica o adquirida (adaptativa), mientras que tanto la vía alternativa como la de la lectina juegan un papel importante en la inmunidad innata (inespecífica).

Mecanismo # 5. Sustancias antibacterianas:

Los huéspedes humanos poseen sustancias antibacterianas con las que combaten el ataque continuo de patógenos bacterianos. Estas sustancias antibacterianas son producidas por el propio huésped o por ciertas bacterias autóctonas. Las sustancias antibacterianas importantes son la lisozima, las bacteriocinas y la beta-lisina y otros polipéptidos.

La lisozima es la enzima que rompe los enlaces β-1,4-glucosídicos entre la N-acetilglucosamina y el ácido N-acetilmurámico en el peptidoglicano, la molécula característica de la pared celular bacteriana. Esta ruptura del enlace debilita la pared celular bacteriana.

Luego, el agua ingresa a la célula y la célula se hincha y finalmente estalla, un proceso llamado lisis (fig. 44.18). La lisozima se encuentra en las secreciones corporales, incluidas las lágrimas, la saliva y otros fluidos corporales, y presumiblemente funciona como una línea principal de defensa no específica contra las infecciones bacterianas.

Muchas de la flora bacteriana normal del cuerpo del huésped sintetizan y liberan proteínas tóxicas codificadas por plásmidos (p. Ej., Colicinas, estafilococina) colectivamente llamadas bacteriosinas que inhiben o matan especies bacterianas estrechamente relacionadas o incluso diferentes y pueden dar a sus productores una ventaja adaptativa frente a otras bacterias. .

Estas proteínas tóxicas se denominan bacteriocinas para distinguirlas de los antibióticos porque poseen un espectro de actividad más estrecho que los antibióticos. Los genes productores de bacteriocinas suelen estar presentes en un plásmido o un transposón.

La mayoría de las bacteriocinas son producidas por bacterias gramnegativas, y generalmente reciben el nombre de las especies de los géneros bacterianos que las producen. La bacteriocina producida por E. coli es colicina, por Bacillus subtilis es substilicina.

E. coli sintetiza colicinas. Algunas colicinas se unen a receptores específicos en la superficie de las células susceptibles y las matan al interrumpir alguna función celular crítica. Por ejemplo, muchas colicinas forman canales en la membrana plasmática que permiten la fuga de iones y protones de potasio, lo que lleva a una pérdida de la capacidad de formación de energía de la célula. La colicina E2 (codificada por el plásmido col E2) es una endonucleasa de ADN y escinde el ADN. La colicina E3 (codificada por el plásmido Col E3) es una nucleasa que corta en un sitio específico en el ARNr 16S e inactiva los ribosomas.

Recientemente se ha descubierto que algunas bacterias con granos positivos producen péptidos de tipo bacteriocina. Por ejemplo, las bacterias del ácido láctico producen Nisina A, que inhibe fuertemente el crecimiento de una amplia gama de bacterias grampositivas.

Beta-lisina y otros polipéptidos:

La beta-lisina es un polipéptido catiónico sintetizado y liberado por las plaquetas sanguíneas y mata algunas bacterias grampositivas al alterar sus membranas plasmáticas. Otros polipéptidos catiónicos producidos en el cuerpo del huésped incluyen leucinas, plakins, cecropinas y fagocitina. Un polipéptido que contiene zinc llamado & # 8216 factor antibacteriano prostático & # 8217 es secretado por la glándula prostática en los hombres y actúa como una sustancia antibacteriana importante.

Mecanismo # 6. Sustancias antivirales:

El resultado de una infección por virus está influenciado por la virulencia de la cepa infectante y la resistencia conferida por el huésped. Los mecanismos de resistencia del huésped pueden ser inmunológicos o inespecíficos. Estos últimos incluyen varios factores genéticos y fisiológicos como interferones, intermediarios nitrogenados reactivos (RNI), defensinas y fiebre.

Los interferones son una familia de proteínas codificadas por el hospedador producidas por células por inducción por inductores virales y se consideran la primera línea de defensa contra ataques virales. El interferón por sí solo no tiene un efecto directo sobre los virus, pero actúa sobre otras células de la misma especie haciéndolas refractarias a la infección viral.

Al exponerse al interferón, las células producen una proteína (proteína inhibidora de la traducción, TIP) que inhibe selectivamente la traducción del ARNm viral sin afectar al ARNm celular. La proteína inhibidora de la traducción (TIP) es en realidad una mezcla de al menos tres enzimas diferentes, a saber, proteína quinasa, oligonucleótido sintetasa y ribonucleasa (ARNasa).

Estas enzimas juntas bloquean la traducción del ARNm viral en proteínas virales. También se ha sugerido que la inhibición de la transcripción viral también puede ser responsable de la actividad antiviral del interferón.

Intermedios de nitrógeno reactivo:

Se han encontrado recientemente macrófagos (también neutrófilos y mastocitos) que producen intermediarios de nitrógeno reactivo (RNI). Estas moléculas incluyen óxido nítrico (NO) y sus formas oxidadas, nitrito (NO2 & # 8211) y nitrito (NO3 & # 8211), y son agentes citotóxicos muy potentes.

Los RNI pueden liberarse de las células o generarse dentro de las vacuolas celulares. Los macrófagos producen RNI a partir del aminoácido arginina. Se ha descubierto que los macrófagos destruyen el virus del herpes simple con la ayuda de los RNI producidos por ellos.

Las definsinas son péptidos antimicrobianos de amplio espectro sintetizados por las células precursoras mieloides durante su permanencia en la médula ósea y luego se almacenan en los gránulos citoplasmáticos de los neutrófilos maduros.

Además de las bacterias grampositivas y gramnegativas, las levaduras y los mohos, las defensinas atacan algunos virus. La actividad antiviral de las defensinas implica la neutralización directa de virus envueltos. Los virus no envueltos no se ven afectados por las defensinas.

Fiebre (temperatura corporal elevada):

La fiebre es un factor fisiológico y es el resultado de una alteración de la actividad termorreguladora del hipotálamo que conduce a un aumento de la temperatura corporal normal. En los seres humanos adultos, la fiebre se define como una temperatura oral superior a 98 ° F (37 ° C) o una temperatura rectal superior a 99,5 ° F (37,5 ° C).

En casi todos los casos, existe un componente específico llamado & # 8216 pirógeno endógeno & # 8217 que desencadena directamente la producción de fiebre. Estos pirógenos incluyen interleucina 1 (IL-1), interleucina (IL-6) y factor de necrosis tisular que son sintetizados y liberados por macrófagos del hospedador en respuesta a factores patógenos que incluyen virus, bacterias y toxinas bacterianas. Se ha descubierto que la fiebre puede actuar como mecanismo de defensa natural contra las infecciones virales porque la mayoría de los virus son inhibidos por temperaturas superiores a 39 ° C.


4. Plataformas microfabricadas para lisis celular

La microfluídica es una de las plataformas emergentes para la lisis celular a microescala. La microfluídica es la manipulación y manipulación de pequeños volúmenes (nano a picolitros) de líquido en microcanales. Debido al régimen de operación a microescala, los microfluidos son muy adecuados para aplicaciones donde la muestra o el volumen de muestra es pequeño. Esto reduce el coste del análisis debido al bajo consumo de reactivos [46]. La microfluídica también permite la integración de diferentes módulos (u operaciones) en un dispositivo. Por ejemplo, las células se pueden lisar y los productos intracelulares se pueden postprocesar directamente (PCR o aislamiento de ADN para diagnóstico) dentro del mismo dispositivo [47, 48]. Aunque ha habido una serie de revisiones sobre la lisis celular en los últimos 10 años [7, 8, 49], algunos de los desarrollos recientes en el campo no se han revisado. Esta revisión se centrará en los desarrollos recientes a partir de 2014 y cubrirá brevemente los desarrollos anteriores, que se han estudiado extensamente. Algunas de las técnicas de macroescala se han implementado en dispositivos microfabricados para la lisis celular. Técnicas como los métodos de lisis eléctrica son aplicables solo a microescala. La tecnología de lisis de microfluidos se puede clasificar en seis tipos. Incluyen lisis mecánica, lisis térmica, lisis química, lisis óptica, lisis acústica y lisis eléctrica.

4.1. Lisis mecánica

La lisis mecánica en microfluidos implica romper físicamente la membrana celular usando fuerzas de cizallamiento o fricción y tensiones compresivas. Berasaluce et al. [50] desarrolló un método basado en el batido de perlas miniaturizadas para lisar grandes volúmenes de células. Se colocaron perlas de circonio / sílice dentro de una cámara de lisis celular junto con un imán permanente y la activación de un campo magnético externo provocó el movimiento de las perlas dentro de la cámara. La Figura 7 muestra los diversos componentes y dispositivos ensamblados para la lisis celular. Staphylococcus epidermidis Se utilizaron células en este estudio y estudiaron el efecto del tamaño de las perlas, el volumen, la velocidad de flujo y el tensioactivo (Tween-20) sobre la eficacia de la lisis. Descubrieron que los parámetros óptimos lograron una eficiencia de rendimiento un 43% más alta a un caudal de 60 & # x003bcL / min en comparación con el sistema de batido de microesferas fuera de viruta.

Sistema de lisis celular de perlas miniaturizadas: (a) varios componentes: (1) entrada (2) salida (3) imán de agitación (4) perlas de zirconia / sílice (5) vertedero de perlas (6) imán giratorio y (7) acoplamiento de motor eléctrico y (B) imagen del dispositivo para lisis. Reproducido con permiso de [50].

Pham y col. [51] han utilizado recientemente la nanotecnología para fabricar nanopilares de silicio negro para lisar eritrocitos en aproximadamente 3 minutos. Fabricaron estos nanopilares con

12 nm de diámetro de la punta y 600 nm de alto en un sustrato de silicio utilizando tecnología de grabado de iones reactivos. Los autores demostraron que la interacción de los eritrocitos cultivados en matrices de nanopilares provoca la deformación, ruptura y lisis celular inducida por estrés en aproximadamente 3 min. La Figura 8 muestra la interacción de los eritrocitos con las nanoestructuras.

Lisis celular usando nano pilares: (a,B) vista superior y lateral de las células que interactúan con los nanopilares y (C) Imágenes de microscopía de barrido láser confocal de células intactas, deformadas y rotas. Reproducido con permiso de [51].

La lisis mecánica se ha demostrado mediante el uso de púas a nanoescala [52]. Cuando las células son forzadas a través de una abertura pequeña, las fuerzas de cizallamiento elevadas provocan la ruptura de la membrana celular. Aquí se ha utilizado un principio similar en el que se fabricaron & # x0201cnanoknives & # x0201d en la pared de microcanales mediante el uso de grabado de iones reactivos profundos modificados (DRIE). La distancia entre estos bordes afilados fue de 0,35 & # x003bcm y el ancho del canal fue de 3 & # x003bcm. La sección de lisis de este dispositivo consistió en una matriz de estos & # x0201cnanoknives & # x0201d modelados en un microcanal como se muestra en la Figura 9 b. Se utilizaron células de leucemia promielocítica humana (HL-60) para pasar a través de esta sección a una velocidad suficiente. La adición de este patrón & # x0201cnanoknives & # x0201d aumentó la cantidad de lisis. Este dispositivo se utilizó para extraer proteínas del interior de la célula. Se ha estimado que se lisó hasta el 99% de la célula, pero solo se liberó el 6% de proteína.

Lisis mecánica usando púas a nanoescala: (a) dispositivo de microfluidos que muestra diferentes entradas y canales de salida (B) esquema de las púas (C) nanocuchillas fabricadas con grabado profundo de iones reactivos (DRIE) (D) imagen ampliada de nanocuchillos modelados con la técnica DRIE y (mi) dimensiones de las nanocuchillas utilizadas para la lisis celular. Reproducido con permiso de [52].

Alternativamente, el impacto mecánico por colisión también se ha utilizado para lisar en la microescala [53,54,55]. Las células se suspendieron en una solución con perlas de vidrio y se colocaron en el dispositivo de disco compacto de microfluidos (CD), que luego se ajustó para que girara a una velocidad muy alta. La fuerza centrífuga generada por la rotación provoca la colisión y la fricción entre las células y las perlas, lo que da como resultado la lisis celular. Se han lizado varios tipos de células, incluidas las de mamíferos, bacterias y levaduras, utilizando esta técnica.

Aunque la eficacia de la lisis mecánica es muy alta, estos métodos de disrupción tienen algunos inconvenientes en la aplicación a microescala. La fabricación de estos dispositivos es compleja y costosa y la recolección de los materiales objetivo de una mezcla compleja es muy difícil.

4.2. Lisis Térmica

En la lisis térmica, se suministra calor a las células para desnaturalizar las proteínas de la membrana y lisar las células. Una ventaja de la lisis térmica es la fácil integración de dispositivos microfluídicos como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La lisis térmica se puede realizar en tales dispositivos sin modificaciones adicionales. Las células se calientan generalmente por encima de 90 ° C y los productos intracelulares se ciclan a diferentes temperaturas, por ejemplo, en un dispositivo de PCR. Tsougeni y col. [56] fabricó un dispositivo de microfluidos que puede capturar y lisar células. Utilizaron lisis térmica a 95 ° C durante 10 minutos para capturar y lisar las bacterias. Las nanoestructuras se fabricaron en poli (metacrilato de metilo) mediante litografía y técnica de grabado con plasma. Los dispositivos de PCR de microfluidos que han incorporado lisis térmica de células [57,58,59] consisten en una cámara de vidrio y un calentador resistivo para calentar la cámara.

En general, la lisis térmica es eficaz en una plataforma de microfluidos, sin embargo, estos dispositivos no son adecuados para la preparación de muestras cuando la muestra es de gran volumen y las células deben lisarse a partir de un flujo continuo [29]. Sin embargo, las células deben tratarse con lisozima para romper la pared celular y producir protoplasto bacteriano. La adición de esta lisozima lleva mucho tiempo y requiere estructuras complejas. Además, conservar la enzima dentro del dispositivo se vuelve problemático cuando el dispositivo tiene que usarse durante un período de tiempo prolongado. Otros inconvenientes de este método son un mayor tiempo de lisis y un mayor consumo de energía.

4.3. Lisis química

Los métodos de lisis química utilizan reactivos químicos como tensioactivos, tampones de lisis y enzimas para solubilizar lípidos y proteínas en la membrana celular para crear poros y lisar las células. Aunque los métodos químicos y enzimáticos se clasifican por separado en el método de macroescala, estas dos técnicas se incorporan en el mismo grupo para las técnicas de lisis celular a microescala. Buser y col. [60] bacterias grampositivas lisas (Staphylococcus aureus) y virus ARN (virus respiratorio sincitial) usando una mezcla de enzimas secas (acromopeptidasa). Pudieron lisar en menos de un minuto y luego usaron un calentador químico desechable para desactivar la enzima de lisis. Pudieron amplificar (fuera del chip) el lisado sin purificación y mostraron la prueba de principio para un dispositivo de diagnóstico en el punto de atención.

Kashyap y col. [61] desarrolló una sonda de microfluidos para la lisis local selectiva de células adherentes (

300 células) para análisis de ácidos nucleicos. Hall y col. [62] utilizó un dispositivo para el experimento de lisis celular, que tenía dos pozos de suministro y un pozo de presión. La mezcla de la célula y la solución de lisis se controló ajustando la presión de los pocillos. Se utilizaron tres tipos diferentes de solución & # x02014: Solución A que contiene solo SDS (reactivo a base de detergente), Solución B que contiene surfactante, Triton X-100, Tween-20 con enzimas como lisozima, proteasa, proteinasa K y Solución C que contiene un antibiótico llamado polimixina B. Se utilizaron bacterias gramnegativas y grampositivas para la lisis.Se concluyó que el detergente solo no era adecuado para la lisis, mientras que la Solución B, una mezcla de tensioactivos químicos y reactivos biológicos, puede desintegrar la membrana celular y lisar varios tipos de bacterias. Sin embargo, la polimixina B se puede usar potencialmente en la plataforma de lisis de células microfluídicas solo para bacterias gramnegativas.

Kim y col. [63] también desarrolló un dispositivo de microfluidos con dos entradas y salidas para desarrollar un reactivo de lisis óptimo para bacterias gramnegativas. Heo y col. [64] demostró un biorreactor de microfluidos que era capaz de atrapar E. coli mediante el uso de parches de hidrogel. Entonces el inmovilizado E. coli se lisó usando SDS ya que puede penetrar el hidrogel. La lisis celular se logró en 20 min. Este dispositivo fue capaz de lisis celular usando solo SDS, sin embargo, el anterior no pudo debido al menor tiempo de exposición en ambiente químico. En otro estudio, Sethu et al. [65] también desarrolló un chip de microfluidos (Figura 10) para lisar eritrocitos con el fin de aislar leucocitos. La recuperación al cien por cien fue posible en 40 s. El dispositivo consta de tres depósitos de entrada y un depósito de salida. Se utilizó una entrada para hacer fluir toda la sangre. La segunda entrada se usó para tampón de lisis que contenía principalmente óxido de aluminio y se conectaron dos canales laterales con esta entrada que convergían para dirigir toda la sangre en una corriente estrecha. Esto aumenta el contacto superficial entre el tampón de lisis y las células. La mezcla de células y tampón de lisis se pasó luego a través de un canal largo con un número de vueltas & # x0201cU & # x0201d para mejorar el tampón. Finalmente, se utilizó una tercera entrada para hacer fluir el tampón de fosfato con el fin de diluir la muestra para restaurar la concentración fisiológica [66,67].

Esquema de una cámara simple y un canal de microfluidos en forma de serpentina para lisis química. Reproducido con permiso de [65].

Aunque el método de lisis química se usa ampliamente en muchos dispositivos de microfluidos, este método requiere un paso adicional que requiere mucho tiempo para la administración de los reactivos. Por lo tanto, se necesitan estructuras microfluídicas complejas que incluyan canales de inyección y micromezcladoras para homogeneizar las muestras [66,68]. Después de la lisis, estos reactivos pueden interferir con el análisis posterior, ya que es muy difícil separar las moléculas diana [69]. Además, el almacenamiento de estos reactivos es un problema, por lo que el dispositivo no se puede utilizar durante mucho tiempo.

4.4. Lisis óptica

La lisis óptica de células implica el uso de láseres y técnicas de dielectroforesis inducida ópticamente (ODEP) para romper la membrana celular. En la lisis láser, una onda de choque creada por una burbuja de cavitación, lisan la membrana celular. Un pulso láser enfocado en la interfaz de la solución celular crea esta burbuja de cavitación. En ODEP, se forman un electrodo conductor y una capa fotoconductora (por ejemplo, silicio amorfo) en la superficie superior del portaobjetos de vidrio. Se genera un campo eléctrico no uniforme al iluminar la capa fotoconductora que luego genera un potencial transmembrana a través de la membrana celular que interrumpe la membrana celular. Huang y col. [70] desarrolló un chip microfluídico de lisis celular inducida ópticamente para lisar células HEK293T y extraer el núcleo intacto. Informan la lisis celular y la eficiencia de separación del núcleo como 78% y 80% respectivamente usando este dispositivo.

Kremer y col. [71] células lisadas utilizando una configuración optoeléctrica. Pudieron lisar células seleccionadas en función de la forma de la célula. Utilizaron ODEP para lisar glóbulos rojos en una mezcla de glóbulos rojos y blancos. Desarrollaron un método que permitía la selectividad de forma, de modo que las células con una geometría diferente se lisan en una mezcla de tipos de células. La celda con una forma diferente induce un campo eléctrico no uniforme que se utiliza para la lisis. La Figura 11 muestra el esquema del chip de lisis y la lisis de células de formas diferentes.

Dispositivo de lisis de células ópticas: (a) chip de lisis celular mediante dielectroforesis inducida ópticamente (ODEP) (B& # x02013D) lisis celular de glóbulos rojos en una mezcla de glóbulos blancos y rojos y (mi& # x02013gramo) lisis de glóbulos rojos en una mezcla de glóbulos rojos y tripanosomas. Reproducido con permiso de [71].

También se ha intentado el uso de luz láser para inducir la lisis en dispositivos de microfluidos. En un caso, la lisis óptica se indujo mediante la aplicación de un pulso de láser de 532 nm de nanosegundos [72] que genera un microplasma localmente. El plasma colapsa causando cavitación, expansión de burbujas y su colapso como se describe en la sección anterior son la razón principal de una lisis celular inducida por láser. Varios tipos de líneas celulares como la leucemia basófila de rata (RBL) [73], las células renales epiteliales de rata-canguro (Potorosa tridactylis) (PtK2) [74] y la pro-B murina dependiente de interleucina-3 (BAF-3) [75 ] han sido lisados ​​utilizando este método inducido por láser. Sin embargo, todos estos experimentos se habían realizado para análisis de células individuales. Se ha encontrado que cuando la lisis basada en láser se incorporó con polidimetilsiloxano (PDMS), la eficacia de la lisis disminuyó [75]. Se sugirió que esto puede deberse a la deformación de las paredes del PDMS que disipa la energía mecánica del colapso de la burbuja. Por esa razón, se requería mucha energía.

Se ha utilizado una matriz de luz ultravioleta (UV) combinada con óxido de titanio para lisar la célula [76]. El óxido de titanio posee propiedades fotolíticas y energía de excitación que se encuentra dentro del rango UV. Cuando los óxidos de titanio se excitan con una matriz de luz ultravioleta, los electrones en la banda de valencia se excitan para conducir la banda de iones, lo que da como resultado pares de electrones y agujeros. En un ambiente acuoso, estos pares de electrones y agujeros reaccionan con las moléculas circundantes y generan radicales libres como OH, O y O2 & # x02212. Estos reaccionan con la membrana celular y lisan la célula. E. coli las células se lisaron con la técnica anterior. Una desventaja principal de la lisis ultravioleta fue que el tiempo requerido para lisar la célula fue muy alto (45 min).

4.5. Lisis Acústica

En la lisis acústica, se genera una onda de sonido de alta energía que se utiliza para la lisis celular. Esta onda acústica de superficie (SAW) se produce sobre un sustrato piezoeléctrico. Se puede usar un transductor interdigitado (IDT) para producir un SAW eléctricamente con la onda propagándose en la superficie lejos de él. Taller y col. [77] se han utilizado en la lisis de ondas acústicas de la superficie del chip para detectar ARN exosómico para el estudio del cáncer de páncreas. Alcanzaron una tasa de lisis del 38% utilizando esta técnica. La Figura 12 muestra el dispositivo fabricado con el transductor SAW.

Dispositivo de microfluidos de lisis de ondas acústicas de superficie (SAW): (a) montaje del dispositivo y (B,C) como dispositivo fabricado con entrada y salida de líquido para lisis de exosomas. Reproducido con permiso de [77].

Informan que la lisis de los exosomas es posible debido a los efectos de la fuerza de la radiación acústica y la fuerza dieléctrica que actúa sobre las partículas pequeñas [78,79]. El dispositivo SAW se fabricó utilizando tecnología de fotolitografía estándar. Se modelaron veinte pares de electrodos de titanio y aluminio sobre un sustrato de niobato de litio piezoeléctrico para formar un transductor SAW unidireccional de fase única. Este transductor puede generar SAW en una sola dirección. El medio crudo se expuso a SAW durante 30 sa 1 W de potencia para la lisis. Los autores informan que una eficiencia de lisis del 38% lograda con este método fue suficiente para obtener suficiente ARN de exosoma para la detección.

Marentis y col. [80] lisó la célula eucariota y las bacterias mediante el uso de ultrasonidos. Este dispositivo consta de un canal de microfluidos con transductor integrado. El canal se hizo sobre un sustrato de vidrio y el transductor piezoeléctrico se hizo depositando óxido de zinc y oro sobre un sustrato de cuarzo. Los transductores fueron impulsados ​​por una fuente sinusoidal en el rango de 360 ​​MHz. Se obtuvo una lisis del ochenta por ciento de HL-60 y una lisis del 50% de las esporas de Bacillus Subtilis usando este dispositivo. El aumento de temperatura debido a la sonicación se moderó utilizando una bolsa de hielo y un dedo frío. La punta del cuerno ultrasónico y la región líquida se acoplan en un chip de microfluidos aumentando la presión fluídica para aumentar la eficiencia de la lisis [81].

Reboud y col. [82] han desarrollado un chip de microfluidos desechable para detectar el parásito de la malaria en roedores Plasmodium berghei en la sangre. Usaron SAW para lisar los glóbulos rojos y las células parásitas en una gota de sangre. Informan una eficiencia de lisis celular de más del 99,8% utilizando su dispositivo. Xueyong y col. [83] han fabricado un dispositivo de microfluidos SAW que puede lisar glóbulos rojos con alta eficiencia (95%).

Sin embargo, la sonicación tiene limitaciones como la generación de calor, un mecanismo complejo y un proceso de fabricación costoso. Debido a esta generación de calor excesiva, se ha observado la desnaturalización de las proteínas y la difusión excesiva del contenido celular [8,84]. Para reducir el tiempo de operación, las células se trataron primero con un detergente débil como digitonina [8,85] antes de la exposición ultrasónica. La digitonina debilitó la membrana celular y facilitó la lisis.

4.6. Lisis eléctrica

En el método eléctrico, las células se lisan exponiéndolas a un fuerte campo eléctrico. Se aplica un campo eléctrico a través de la membrana celular que crea un potencial transmembrana. Se requiere un potencial superior al potencial umbral para formar poros en la membrana celular. Si el valor del potencial es menor que el potencial umbral, la celda puede volver a sellar los poros. Por otro lado, un potencial suficientemente alto puede desintegrar completamente la célula. A voltajes tan altos, se encuentra que el campo eléctrico no tiene ningún efecto sobre los componentes intracelulares [86]. El campo eléctrico es el parámetro crítico para lisar la célula. Como se requiere un campo eléctrico más alto para la lisis celular, se requiere un generador de alto voltaje para generar este campo eléctrico alto en macroescala. Por lo tanto, este método no es común en macroescala. Sin embargo, en microescala debido al pequeño tamaño de los dispositivos, se puede obtener un campo eléctrico más alto a un voltaje más bajo. Por esta razón y como método para un procedimiento de lisis rápido y sin reactivos, la lisis eléctrica ha alcanzado una popularidad sustancial en la comunidad de microfluidos.

Ameri y col. [87] utilizó una fuente de corriente continua (CC) para lisar las células en un chip de microfluidos. La Figura 13 muestra el principio de fabricación y funcionamiento de su chip. Su dispositivo consiste en un portaobjetos de vidrio recubierto con una capa de óxido de indio y estaño con un patrón de electrodos. Las matrices de micropocillos 6400 se fabrican utilizando polímero SU-8 mediante la técnica de fotolitografía. Los canales de entrada y salida se crean con polímero PDMS y se sellan con un portaobjetos de vidrio con electrodo ITO para medir la impedancia. Se hacen pasar glóbulos rojos (107 células / ml) a través del dispositivo a 20 & # x003bcL / min y se usa dielectroforesis (DEP) para inmovilizar las células en la micromatriz. Se aplicó un voltaje de CC de 2 V durante 10 s a la celda para la lisis. El proceso de lisis se controló usando la medición de impedancia antes y después de la lisis y una disminución en la impedancia sugirió una lisis completa de las células. Informan una eficiencia de lisis del 87% en su dispositivo. Los autores propusieron un dispositivo para la lisis celular por campos eléctricos y monitoreo óptico libre del proceso de lisis en una plataforma de microfluidos que podría tener un uso potencial en el campo del diagnóstico médico.

Dispositivo de lisis celular eléctrica: (a) protocolo de fabricación del dispositivo (B) principio de funcionamiento del dispositivo y (C) dispositivo de microfluidos utilizado en el estudio para la lisis de glóbulos rojos. Reproducido con permiso de [87].

Jiang y col. [88] desarrolló un dispositivo de microfluidos de bajo costo para la lisis celular utilizando campos eléctricos. Aplicaron un pulso cuadrado de 10 V para lisar las células con una eficiencia del 50%. Informan de un dispositivo que tenía la capacidad de lisar células a un voltaje mucho más bajo en comparación con un dispositivo electropolador disponible comercialmente que operaba a 1000 V para lisar 200 & # x003bcL de células PK15. Observaron la formación de burbujas en su dispositivo durante la lisis celular debido al efecto de calentamiento joule. De Lange y col. [89] han lisado células en gotitas utilizando campos eléctricos. Demostraron una nueva técnica robusta para la lisis celular libre de detergente en gotitas. En su dispositivo, se aplicó un campo eléctrico para lisar bacterias inmediatamente antes de fusionar la corriente celular con lisozima y encapsular la mezcla en gotitas. Informan que con lisozima sola la eficiencia de lisis es pobre (menos del 50%) pero cuando se combinan con campos eléctricos pudieron obtener hasta un 90% de eficiencia de lisis celular. La Figura 14 muestra su dispositivo de microfluidos para la lisis celular en gotitas. Los autores sugieren que su dispositivo podría usarse en aplicaciones donde el uso de detergentes de lisis celular podría dificultar el análisis celular, como ensayos de unión o estudio de la actividad química de proteínas y en estudios de espectroscopía de masas donde los agentes de lisis química pueden obstaculizar los resultados.

Dispositivo microfluídico de lisis celular eléctrica: (A) esquema de la lisis eléctrica y el chip microfluídico de generación de gotas de coflujo (B) imagen real de la parte de generación de gotas y (C) lisis eléctrica completa con canales de electroporación. Reproducido con permiso de [89].

Escobedo y col. [90] mostró la lisis eléctrica de las células dentro de un chip de microfluidos utilizando un dispositivo de corona manual. Pudieron lisar células renales de crías de hámster (BHK), células CP humanas de proteína fluorescente verde mejorada (eGFP HCP) 116 y células de leucemia K562 no adherentes completamente dentro de un canal de microfluidos. Se incrustó un electrodo metálico dentro del canal que se utilizó para descargar de 10 a 30 kV para lisar las células en menos de 300 ms. La lisis se evaluó observando imágenes de antes y después de las células usando un microscopio de campo brillante y de alta velocidad y también mediante sondas de fluorescencia de viabilidad celular. También informan que no hay formación de burbujas durante la lisis, lo que indica que no hay efecto de calentamiento en julios, lo que hace que este método sea adecuado para analizar proteínas sensibles y componentes intracelulares. La Figura 15 muestra la configuración y los resultados del estudio.

Lisis eléctrica a través de un dispositivo de plasma de mano: (a) esquema del dispositivo. Las células se lisaron usando un dispositivo de corona manual aplicando un campo eléctrico en la entrada del dispositivo (B) campo brillante e imágenes fluorescentes del antes y después de la lisis de las células K562. Reproducido con permiso de [90].

Besant y col. [91] detectaron moléculas de ARNm de E. coli por técnica de lisis electroquímica. Aplicaron un potencial de 20 V, que inició la lisis celular al producir iones de hidróxido a partir del agua en el cátodo para romper las membranas bacterianas. Los electrodos sensores se colocaron a 50 & # x003 bcm de distancia, lo que fue suficiente para detectar las moléculas de ARNm en 10 minutos. Informaron lisis y detección de E. coli ARNm a concentraciones tan bajas como 0,4 UFC / & # x003bcL en 2 minutos, lo que fue relevante para la aplicación clínica tanto en sensibilidad como en tiempo.

Gabardo y col. [92] desarrolló un método fácil y de bajo costo para fabricar electrodos 3D de múltiples escalas que podrían usarse para la lisis bacteriana utilizando una combinación de medios eléctricos y electroquímicos. Estos electrodos del tamaño de una micra pueden ser rápidamente prototipados usando técnicas de corte artesanal, arrugas inducidas por polímeros y electrodeposición. Informan que estos electrodos sintonizables funcionaron mejor en comparación con los electrodos preparados litográficamente. Pudieron extraer con éxito los ácidos nucleicos extraídos de bacterias lisadas en una plataforma de microfluidos. Informaron una eficacia de lisis del 95% a 4 V utilizando sus electrodos. La Figura 16 muestra el dispositivo y las estructuras de los electrodos.

Dispositivo de lisis bacteriana: (a) esquema del dispositivo de lisis (B) micrografías electrónicas de barrido de: (I) planar (ii) arrugado y (iii) electrodos electrodepositados (C) exploración de voltamperometría cíclica de los electrodos. Reproducido con permiso de [92].

Li y col. [93] desarrolló un dispositivo de lisis de células eléctricas con nanoelectrodos dobles para lisar células neuronales individuales. Del mismo modo, Wassermann et al. [94] mostró lisis celular específica de hasta el 75% del total de células sanguíneas humanas usando SiO2 electrodos de lisis de células eléctricas pasivados a un voltaje aplicado de 8 & # x0201320 V. Ma et al. [95] informó un aumento de 10 & # x0201320 veces en el ARNm extraído de M. smegmatis usando lisis eléctrica en una plataforma de microfluidos en comparación con un instrumento comercial para hacer cuentas. Utilizaron una intensidad de campo de 4000 & # x020138000 V / cm para lisar las bacterias con pulsos largos (5 s). Informan que su dispositivo puede ser eficaz para la liberación de ARNm de células difíciles de lisar.

Islam y col. [96] mostró la prueba de concepto de un dispositivo de microfluidos simple para la lisis eléctrica de grandes volúmenes de muestra. Utilizaron una membrana nanoporosa intercalada entre dos canales de microfluidos para atrapar y lisar E. coli bacterias aplicando 300 V. Reportan una eficiencia de lisis del 90% en menos de 3 min. La Figura 17 muestra el esquema del dispositivo utilizado para la lisis en su estudio.

Dispositivo microfluídico de lisis celular eléctrica: (a) esquema del dispositivo de lisis celular y (B) configuración experimental. Reproducido con permiso de [96].

Se han utilizado diferentes tipos de voltajes como corriente alterna (CA) [97,98], pulsos de CC [99,100,101] y voltajes de CC continuos [102] para lisar las células. Junto con el campo eléctrico, el tiempo de exposición de las células dentro de ese campo eléctrico también es un parámetro importante para la lisis celular. Se ha descubierto que las células se pueden lisar utilizando un campo eléctrico más alto durante un período corto de tiempo, así como un campo eléctrico más bajo durante un período prolongado [103]. Por esa razón, se necesitan pulsos de CA y CC de un campo eléctrico más alto en comparación con un campo eléctrico de CC continuo. Como el campo eléctrico depende de la distancia entre los electrodos, se han utilizado electrodos microfabricados durante los pulsos de CA o CC. En la Tabla 4 se presenta una descripción general de los diferentes dispositivos de lisis eléctrica y las características del sistema diseñado.

Cuadro 4

Diferentes dispositivos de lisis eléctrica utilizados para la lisis celular.

ReferenciaEspeciesTipo de celdaTamaño de celda (& # x003bcm)ElectrodoTipo de voltaje (AC / DC)Voltaje de lisis (V)
[104]HumanoHT-2910OroC.A.8.5
[97]HumanoA43110OroC.A.20
[98]-Vesícula cargada de FITC-BSA50ITOC.A.5
[99]-Leucocitos-3DPulso DC10
[100]Humanolas células rojas de la sangre6 & # x020138Alambre de ptDC / AC30 & # x02013170
[105]BacteriasE. coli-OroPulso DC50
[106]HámsterCHO10 & # x0201316Alambre de ptPulso DC1200
[106]BacteriasE. coli Alambre de ptcorriente continua930
[102]Humanolas células rojas de la sangre6 & # x020138Alambre de ptcorriente continua50
[87]Humanolas células rojas de la sangre6 & # x020138ITOcorriente continua2
[96]BacteriasE. coli-Alambre de ptcorriente continua300

Lu y col. [104] desarrolló una plataforma de electroporación de microfluidos para lisar la célula HT-29 humana. Se utilizó una matriz de electrodos de dientes de sierra microfabricados para intensificar el campo eléctrico periódicamente a lo largo del canal. Se obtuvo una eficiencia del setenta y cuatro por ciento para un voltaje operativo de 8.5 V. Sin embargo, este modo de lisis no es adecuado para bacterias debido a sus tamaños y formas.En comparación con las células de mamíferos, se necesita un campo eléctrico alto y una exposición más prolongada para lisar las bacterias. Rosa [105] desarrolló un chip para lisar bacterias que consta de una serie de electrodos circulares de oro. Se usaron pulsos de CC y se logró una lisis con una eficiencia del 17% usando un voltaje operativo de 300 V. Esta eficiencia se incrementó hasta un 80% después de agregar la enzima con la solución celular. En 2006, Wang et al. [107] propuso la aplicación de voltaje CC continuo a lo largo del canal para la lisis celular. El dispositivo consta de un solo canal con profundidad uniforme y ancho variable. Dado que el campo eléctrico es inversamente proporcional al ancho del canal, se puede obtener un campo eléctrico alto en la sección estrecha del canal. Por tanto, la lisis se produce en una parte predeterminada del dispositivo. El tiempo de exposición de la celda al campo eléctrico se puede ajustar cambiando la longitud de esta sección estrecha. La configuración del dispositivo fue optimizada y la lisis de completa E. coli las bacterias eran posibles a 930 V. Se observó la desintegración completa de la membrana celular cuando el campo eléctrico era superior a 1500 V / cm. Este dispositivo era muy simple y no necesitaba electrodos microfabricados. Se utilizaron alambres de Pt como electrodos. Solo se necesitaba un generador de energía para operarlo. Sin embargo, la generación de burbujas y el problema del calentamiento Joule no pudieron eliminarse por completo. Lee [102] utilizó un dispositivo similar en el que se modificó la longitud y el ancho de la sección estrecha para lisar células de mamíferos. Bao y col. [108] también desarrolló un dispositivo para lisar E. coli mediante el uso de pulsos de CC. Se observó liberación de materiales intracelulares cuando el campo eléctrico era superior a 1000 V / cm.

En conclusión, el método eléctrico ofrece un procedimiento de lisis simple, rápido y sin reactivos para lisar varios tipos de células. Este método también es adecuado para la lisis selectiva y es compatible con otros ensayos posteriores, como la amplificación y la separación. Aunque el requisito de alto voltaje es un problema en este procedimiento, se puede superar disminuyendo el espacio entre electrodos mediante microfabricación. Sin embargo, la generación de calor y la formación de burbujas es un problema importante para el método de lisis eléctrica.

4.7. Comparación de diferentes tecnologías de microfluidos para la lisis celular

En la Tabla 5 se comparan varias tecnologías de microfluidos para la lisis celular. Las ventajas y desventajas de los diferentes métodos se enumeran para cada técnica.

Cuadro 5

Comparación de diferentes métodos de lisis de microfluidos. La eficacia de la lisis celular se determinó promediando las eficiencias de lisis de las referencias citadas. Bajo: 0% & # x0201350% Medio: 50% & # x0201380% Alto: 80% & # x02013100%.


Criopreservación del embrión: una interacción entre la criobiología fundamental y empírica

En la década que siguió a la exitosa criopreservación de espermatozoides de mamíferos en 1949, se realizaron varios intentos para criopreservar cigotos y embriones de mamíferos antes de la implantación. Todos fallaron. La supervivencia más alta informada basada en la escisión fue del 1% para cigotos de conejo congelados lentamente en glicerol al 15% [63]. En 1971, Whittingham cambió a polivinilpirrolidona (PVP) como crioprotector e informó que, utilizando un enfriamiento rápido a 60 ° C / min, pudo obtener la supervivencia de embriones de ratón de 8 células enfriados a -79 ° C y retenidos durante 30 min. [64]. Sin embargo, un año después, Whittingham et al. [4], y posteriormente otros [65, 66], no pudieron repetir estos hallazgos.

En la década anterior, entre 1963 y 1971, había surgido cierto grado de comprensión mecanicista de la lesión criobiológica. En 1963, Mazur [67] publicó un modelo matemático basado en consideraciones físico-químicas que mostraba que la probabilidad de IIF en una célula dependía del grado en que sufría deshidratación osmótica durante el enfriamiento, y que a su vez dependía de la permeabilidad al agua de la célula. celda, el coeficiente de temperatura o energía de activación de esa permeabilidad al agua, y la relación superficie: volumen de la celda. Experimentos posteriores con levaduras y glóbulos rojos humanos llevaron a la llamada hipótesis de dos factores [68], a saber, que las células enfriadas demasiado rápido mueren por IIF y las células enfriadas demasiado lentamente mueren por daño por efecto de solución. La consecuencia de la interacción de estos dos factores es que las gráficas de supervivencia versus tasa de enfriamiento tienen la forma de una "U" invertida. Un ejemplo de los efectos de la solución es el aumento de la concentración de sal por la formación de hielo que había sido descrito cuantitativamente por Lovelock [69] 12 años antes. Lovelock [70] también había demostrado que la protección contra el daño por congelación por compuestos de bajo peso molecular, como el glicerol o el dimetilsulfóxido, se debía a su capacidad para reducir coligativamente la concentración de sal a una temperatura bajo cero determinada. Luego, en 19701971, observaciones experimentales mostraron que los gráficos de supervivencia de células madre de médula de ratón [71] y células V79 de hámster [72, 73], en función de la velocidad de enfriamiento, también exhibían una U invertida, con las mayores supervivencias a una tasa óptima intermedia. Estos datos proporcionaron el primer apoyo experimental directo para la aplicabilidad de la hipótesis de dos factores a células de mamíferos nucleadas.

El procedimiento publicado por Whittingham en 1971 [64] para embriones de ratón no era coherente con estos conceptos. El modelado físico-químico indicó que, para evitar la IIF, un conjunto de células del tamaño y las presuntas propiedades de permeabilidad de los embriones de ratón tendría que enfriarse a & lt1 ° C / min, no a 60 ° C / min [67]. La teoría subyacente a la protección contra la lesión por efecto de la solución de congelación lenta argumentó que la PVP sería un CPA ineficaz debido a su alto peso molecular y la consiguiente impermeabilidad. Cuando Whittingham et al. [4] rediseñó el protocolo para embriones de ratón con estos fundamentos en mente, inmediatamente obtuvieron altas supervivencias.

Durante varios años, el procedimiento de criopreservación de embriones de ratón publicado por Whittingham et al. [4] sirvió como estándar para laboratorios como el Laboratorio Jackson. En 1977, Willadsen [74] introdujo una modificación basada en experimentos con mórulas bovinas y ovinas, es decir, en lugar de enfriar los embriones lentamente a -70 ° C, los enfrió lentamente a -36 ° (0.3 ° C / min a -30 ° C). C, luego 0,1 ° C / min a -36 ° C), seguido de una inmersión en nitrógeno líquido. Esa modificación fue totalmente compatible y explicable por los fundamentos subyacentes. El enfriamiento lento a -36 ° C fue suficiente para hacer que la mayor parte del agua congelable intracelular fluyera fuera de la célula y se congelara externamente, en consecuencia, se formó poco hielo intracelular durante la inmersión posterior en nitrógeno líquido. Aparentemente, se forma una pequeña cantidad de hielo o vidrio durante la inmersión, ya que el procedimiento de Willadsen generalmente requiere que los embriones se calienten rápidamente. El calentamiento rápido minimiza la desvitrificación y minimiza la recristalización de pequeños cristales de hielo preexistentes. Como han informado Leibo y Songsasen [75], y como señaló Leibo en el taller, el procedimiento ahora estándar de Willadsen se ha utilizado para criopreservar con éxito embriones de unas 22 especies de mamíferos. En el caso del ganado bovino, ovino, ratón y humano, más de un millón de crías se han desarrollado a partir de embriones criopreservados mediante este método “simple”.

A partir de este éxito, se podría concluir que el problema de la criopreservación de embriones se ha resuelto para todas las especies, pero no es así. El procedimiento estándar, derivado de los fundamentos criobiológicos, fue y sigue siendo infructuoso en varios casos, y estos casos son importantes para la conservación del germoplasma. Incluyen embriones de cerdos (con algunas excepciones), peces e insectos. En cada una de estas especies, los fundamentos subyacentes no son incorrectos, pero están superpuestos por otros factores perjudiciales o bloqueos. Quizás el más importante de estos "otros factores" es la lesión por frío. Si un embrión u ovocito es muy sensible al frío, la baja velocidad de enfriamiento requerida para prevenir la IIF puede producir tiempos de exposición tan largos a bajas temperaturas que produzcan una lesión importante por frío. Ese conflicto parece aplicarse a los embriones de cerdo, pez cebra y Drosophilay a ovocitos de muchas especies. El remedio probado o sugerido en todos estos casos ha sido “dejar atrás” la lesión por frío usando altas velocidades de enfriamiento para pasar a través de la zona de temperatura dañina tan rápidamente que no hay tiempo para que ocurra la lesión. Pero dado que las altas velocidades de enfriamiento normalmente inducen una IIF letal, la IIF debe prevenirse mediante la introducción de concentraciones multimolares de CPA para inducir la vitrificación del agua celular. Eso, a su vez, puede introducir graves problemas osmóticos y de toxicidad.

En los tipos de células de algunas especies, existen otros factores nocivos superpuestos, a veces múltiples. En la ovulación, los ovocitos de la mayoría de las especies de mamíferos se detienen en la metafase II de la meiosis, y enfriarlos a temperaturas cercanas a 0 ° C provoca el desmontaje de los microtúbulos y la interrupción del huso meiótico [76, 77]. Además, las altas concentraciones de CPA necesarias para la vitrificación parecen endurecer la zona pelúcida, lo que dificulta o imposibilita que los espermatozoides penetren en el óvulo [78]. En los embriones de pez cebra, un problema importante es que la IIF se produce casi a la misma temperatura que la congelación externa [9]. Dicho de otra manera, el agua del embrión de pez cebra puede tolerar muy poco sobreenfriamiento antes de que se congele intracelularmente. Sin sobreenfriamiento, las consideraciones fundamentales no se aplican y el enfoque clásico de congelación lenta no tendrá éxito. Por último, el embrión de pez cebra está compartimentado y los compartimentos poseen importantes barreras de permeabilidad al agua y al CPA [79].

Esto nos deja con una pregunta estratégica: ¿la investigación sobre los fundamentos conducirá a nuevos conjuntos de principios para explicar y superar algunos o todos estos factores subyacentes perjudiciales, principios que probablemente no están relacionados con los fundamentos físico-químicos aplicados anteriormente? O a la inversa, ¿es más probable que los estudios empíricos conduzcan a soluciones? Si se conociera la respuesta a este par de preguntas, entonces los problemas ya se habrían resuelto. Es interesante en este sentido que hubo una brecha de 40 años entre la criopreservación de esperma de toro y de ratón, donde la investigación procedió empíricamente, pero solo una brecha de 1 año entre la criopreservación de embriones de ratón y bovino, donde el éxito en el primero fue basado en fundamentos.

Citamos un ejemplo que posiblemente podría ser un nuevo conjunto de principios aplicados al daño por frío. Existe una correlación entre la cantidad de lípido o yema intracelular que contienen los embriones y su susceptibilidad a la lesión por frío. Por ejemplo, las primeras etapas de escisión de embriones bovinos y porcinos contienen cantidades sustanciales de gotitas de lípidos internos y exhiben una alta sensibilidad al daño por frío. Los embriones de ratón y humanos contienen pocas gotas de lípidos aparentes y no presentan daño por frío. Los embriones de pez cebra contienen grandes cantidades de yema y presentan una alta sensibilidad al frío. Cuando las gotitas de lípidos se eliminan de los embriones de cerdo mediante centrifugación diferencial y micropipeta [80], su sensibilidad al enfriamiento se reduce notablemente. Cuando se extrae la yema de los embriones de pez cebra mediante procedimientos similares, su sensibilidad al frío también se reduce sustancialmente [81]. ¿Cuál es la relación causal entre los lípidos intracelulares y la susceptibilidad al daño por frío? ¿Opera la misma causa y efecto con la yema intraembrionaria en el pez cebra, a pesar de que no existe una relación química aparente entre la yema y las gotitas de lípidos? Una hipótesis favorecida es que la lesión por frío surge debido a cambios en la fase lipídica en la membrana plasmática a bajas temperaturas. Si es así, ¿por qué los eventos en las gotitas de lípidos intracitoplasmáticos deberían afectar las propiedades de la membrana plasmática?


Defensas vegetales contra patógenos

Las plantas se defienden de los patógenos con barreras, metabolitos secundarios y compuestos antimicrobianos.

Objetivos de aprendizaje

Identificar las respuestas de defensa de las plantas a los patógenos.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Muchas plantas tienen barreras impenetrables, como la corteza y las cutículas cerosas, o adaptaciones, como espinas y espinas, para protegerlas de los patógenos.
  • Si los patógenos rompen las barreras de una planta, la planta puede responder con metabolitos secundarios, que a menudo son compuestos tóxicos, como el cianuro de glicol, que pueden dañar al patógeno.
  • Las plantas producen sustancias químicas antimicrobianas, proteínas antimicrobianas y enzimas antimicrobianas que pueden combatir los patógenos.

Respuestas de defensa contra patógenos

Los patógenos son agentes de enfermedades. Estos microorganismos infecciosos, como hongos, bacterias y nematodos, viven de la planta y dañan sus tejidos. Las plantas han desarrollado una variedad de estrategias para disuadir o matar a los atacantes.

La primera línea de defensa en las plantas es una barrera intacta e impenetrable compuesta por corteza y una cutícula cerosa. Ambos protegen a las plantas contra patógenos.

La protección exterior de una planta puede verse comprometida por daños mecánicos, que pueden proporcionar un punto de entrada para patógenos. Si se rompe la primera línea de defensa, la planta debe recurrir a un conjunto diferente de mecanismos de defensa, como toxinas y enzimas. Los metabolitos secundarios son compuestos que no se derivan directamente de la fotosíntesis y no son necesarios para la respiración o el crecimiento y desarrollo de las plantas. Muchos metabolitos son tóxicos e incluso pueden ser letales para los animales que los ingieren.

Además, las plantas tienen una variedad de defensas inducibles en presencia de patógenos. Además de los metabolitos secundarios, las plantas producen sustancias químicas antimicrobianas, proteínas antimicrobianas y enzimas antimicrobianas que pueden combatir los patógenos. Las plantas pueden cerrar los estomas para evitar que el patógeno ingrese a la planta. Una respuesta hipersensible, en la que la planta experimenta una muerte celular rápida para combatir la infección, puede ser iniciada por la planta o puede usar ayuda endófita: las raíces liberan sustancias químicas que atraen a otras bacterias beneficiosas para combatir la infección.

Las heridas mecánicas y los ataques de depredadores activan los mecanismos de defensa y protección en el tejido dañado y provocan señales de larga distancia o activación de los mecanismos de defensa y protección en sitios más alejados del lugar de la lesión. Algunas reacciones de defensa se producen en cuestión de minutos, mientras que otras pueden tardar varias horas.


Barreras físicas

Las barreras físicas juegan un papel importante en la prevención de que los microbios lleguen a los tejidos susceptibles a la infección. A nivel celular, las barreras consisten en células que están estrechamente unidas para evitar que los invasores atraviesen tejidos más profundos. Por ejemplo, las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos tienen uniones de célula a célula muy estrechas, lo que impide que los microbios accedan al torrente sanguíneo. Las uniones celulares generalmente están compuestas por proteínas de la membrana celular que pueden conectarse con la matriz extracelular o con proteínas complementarias de las células vecinas. Los tejidos de varias partes del cuerpo tienen diferentes tipos de uniones celulares. Estos incluyen uniones estrechas, desmosomas y uniones gap, como se ilustra en la Figura ( PageIndex <1> ). Los microorganismos invasores pueden intentar descomponer estas sustancias químicamente, utilizando enzimas como las proteasas que pueden causar daño estructural para crear un punto de entrada para los patógenos.

Figura ( PageIndex <1> ): Hay varios tipos de uniones celulares en el tejido humano, tres de las cuales se muestran aquí. Las uniones estrechas remachan dos celdas adyacentes juntas, evitando o limitando el intercambio de material a través de los espacios entre ellas. Los desmosomas tienen fibras intermedias que actúan como cordones de zapatos, uniendo dos células, permitiendo que pequeños materiales pasen a través de los espacios resultantes. Las uniones gap son canales entre dos células que permiten su comunicación a través de señales. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

La barrera de la piel

Una de las barreras físicas más importantes del cuerpo es la barrera cutánea, que se compone de tres capas de células muy compactas. La capa superior delgada se llama epidermis. Una segunda capa más gruesa, llamada dermis, contiene folículos pilosos, glándulas sudoríparas, nervios y vasos sanguíneos. Una capa de tejido graso llamada hipodermis se encuentra debajo de la dermis y contiene vasos sanguíneos y linfáticos (Figura ( PageIndex <2> )).

Figura ( PageIndex <2> ): La piel humana tiene tres capas, la epidermis, la dermis y la hipodermis, que proporcionan una barrera gruesa entre los microbios fuera del cuerpo y los tejidos más profundos. Las células muertas de la piel en la superficie de la epidermis se desprenden continuamente, llevándose consigo microbios en la superficie de la piel y rsquos. (crédito: modificación del trabajo de los Institutos Nacionales de Salud)

La capa superior de la piel, la epidermis, está formada por células repletas de queratina. Estas células muertas permanecen como una capa densa y estrechamente unida de cáscaras de células llenas de proteínas en la superficie de la piel. La queratina hace que la superficie de la piel y los rsquos sea mecánicamente resistente y resistente a la degradación por las enzimas bacterianas. La queratina también ayuda a que la superficie exterior de la piel sea relativamente impermeable, esto ayuda a mantener la superficie de la piel seca, lo que reduce el crecimiento microbiano. Los ácidos grasos en la piel y la superficie de los rsquos crean un ambiente seco, salado y ácido que inhibe el crecimiento de algunos microbios y es altamente resistente a la degradación por enzimas bacterianas. El sebo de las glándulas sebáceas en los folículos pilosos es un mediador endógeno que proporciona una capa adicional de defensa al ayudar a sellar los poros del folículo piloso, evitando que las bacterias de la piel y la superficie de los rsquos invadan las glándulas sudoríparas y el tejido circundante. Ciertos miembros del microbioma pueden utilizar las enzimas lipasa para degradar el sebo, utilizándolo como fuente de alimento. Esto produce ácido oleico, que crea un ambiente ligeramente ácido en la superficie de la piel que es inhóspito para muchos microbios patógenos. El ácido oleico es un ejemplo de mediador producido exógenamente porque es producido por microbios residentes y no directamente por células corporales. Además, las células muertas de la epidermis se desprenden con frecuencia, junto con los microbios que puedan estar adheridos a ellas (descamación). Las células derramadas de la piel se reemplazan continuamente con nuevas células de abajo, lo que proporciona una nueva barrera que pronto se eliminará de la misma manera.

La transpiración (sudor) proporciona algo de humedad a la epidermis, lo que puede aumentar el potencial de crecimiento microbiano. Por esta razón, se encuentran más microbios en las regiones de la piel que producen más sudor, como la piel de las axilas y la ingle. Sin embargo, además del agua, el sudor también contiene sustancias que inhiben el crecimiento microbiano, como sales, lisozimas y péptidos antimicrobianos. El sebo también sirve para proteger la piel y reducir la pérdida de agua. Aunque algunos de los lípidos y ácidos grasos del sebo inhiben el crecimiento microbiano, el sebo contiene compuestos que proporcionan nutrición a ciertos microbios.En los oídos, el cerumen (cerumen) presenta propiedades antimicrobianas debido a la presencia de ácidos grasos, que bajan el pH entre 3 y 5.

Las infecciones pueden ocurrir cuando la barrera cutánea se ve comprometida o rota. Una herida puede servir como un punto de entrada para patógenos oportunistas, que pueden infectar el tejido de la piel que rodea la herida y posiblemente extenderse a tejidos más profundos.

Mike, un jardinero del sur de California, notó recientemente un pequeño bulto rojo en su antebrazo izquierdo. Inicialmente, no le dio mucha importancia, pero pronto se hizo más grande y luego se ulceró (se abrió), convirtiéndose en una lesión dolorosa que se extendía por gran parte de su antebrazo (Figura ( PageIndex <3> )). Fue a un centro de atención de urgencia, donde un médico le preguntó sobre su ocupación. Cuando dijo que era paisajista, el médico sospechó de inmediato un caso de esporotricosis, un tipo de infección por hongos conocida como enfermedad del jardinero de rosas y rsquos porque a menudo afecta a los paisajistas y entusiastas de la jardinería.

En la mayoría de las condiciones, los hongos no pueden producir infecciones cutáneas en personas sanas. Los hongos desarrollan filamentos conocidos como hifas, que no son particularmente invasivos y pueden mantenerse a raya fácilmente mediante las barreras físicas de la piel y las membranas mucosas. Sin embargo, pequeñas heridas en la piel, como las causadas por espinas, pueden proporcionar una apertura para patógenos oportunistas como Sporothrix schenkii, un hongo que habita en el suelo y el agente causante de la enfermedad del jardinero de rosas y rsquos. Una vez que rompe la barrera cutánea, S. schenkii puede infectar la piel y los tejidos subyacentes, produciendo lesiones ulceradas como Mike & rsquos. Para agravar las cosas, otros patógenos pueden ingresar al tejido infectado y causar infecciones bacterianas secundarias.

Afortunadamente, la enfermedad del jardinero de rosas y rsquos es tratable. El médico de Mike & rsquos le recetó algunos medicamentos antimicóticos, así como un curso de antibióticos para combatir las infecciones bacterianas secundarias. Sus lesiones finalmente sanaron y Mike regresó al trabajo con una nueva apreciación por los guantes y la ropa protectora.

Figura ( PageIndex <3> ): La enfermedad del jardinero de rosas y rsquos puede ocurrir cuando el hongo Sporothrix schenkii rompe la piel a través de pequeños cortes, como los que pueden causar las espinas. (crédito a la izquierda: modificación del trabajo de Elisa Crédito propio a la derecha: modificación del trabajo de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades)

Barreras en el ojo

Aunque el ojo y la piel tienen una anatomía distinta, ambos están en contacto directo con el entorno externo. Un componente importante del ojo es el sistema de drenaje nasolagrimal, que sirve como conducto para el líquido del ojo, llamado lágrimas. Las lágrimas fluyen desde el ojo externo a la cavidad nasal por el aparato lagrimal, que está compuesto por las estructuras involucradas en la producción de lágrimas (Figura ( PageIndex <4> )). La glándula lagrimal, por encima del ojo, segrega lágrimas para mantener el ojo húmedo. Hay dos pequeñas aberturas, una en el borde interior del párpado superior y otra en el borde interior del párpado inferior, cerca de la nariz. Cada una de estas aberturas se llama punctum lagrimal. Juntos, estos puntos lagrimales recogen lágrimas del ojo que luego se transportan a través de los conductos lagrimales a un depósito de lágrimas llamado saco lagrimal., también conocido como dacrocyst o saco lagrimal.

Desde el saco, el líquido lagrimal fluye a través de un conducto nasolagrimal hacia el interior de la nariz. Cada conducto nasolagrimal se encuentra debajo de la piel y pasa a través de los huesos de la cara hasta la nariz. Los productos químicos en las lágrimas, como las defensinas, lactoferrina y lisozima, ayudan a prevenir la colonización por patógenos. La lisozima escinde el enlace entre NAG y NAM en el peptidoglicano, un componente de la pared celular de las bacterias. Es más eficaz contra las bacterias grampositivas, que carecen de la membrana externa protectora asociada con las bacterias gramnegativas. La lactoferrina inhibe el crecimiento microbiano al unirse químicamente y secuestrar el hierro. Esto efectivamente mata de hambre a muchos microbios que requieren hierro para crecer. Además, las mucinas facilitan la eliminación de microbios de la superficie del ojo.

Figura ( PageIndex <4> ): El aparato lagrimal incluye las estructuras del ojo asociadas con la producción y el drenaje de lágrimas. (crédito: modificación del trabajo de & ldquoEvidence Based Medical Educator Inc. & rdquo / YouTube)

Membranas mucosas

Las membranas mucosas que recubren la nariz, la boca, los pulmones y los tractos urinario y digestivo proporcionan otra barrera inespecífica contra patógenos potenciales. Las membranas mucosas consisten en una capa de células epiteliales unidas por uniones estrechas. Las células epiteliales secretan una sustancia húmeda y pegajosa llamada moco, que cubre y protege las capas de células más frágiles que se encuentran debajo y atrapa los desechos y las partículas, incluidos los microbios. Las secreciones de moco también contienen péptidos antimicrobianos.

En muchas regiones del cuerpo, las acciones mecánicas sirven para expulsar la mucosidad (junto con los microbios atrapados o muertos) fuera del cuerpo o lejos de los sitios potenciales de infección. Por ejemplo, en el sistema respiratorio, la inhalación puede traer microbios, polvo, esporas de moho y otros desechos pequeños transportados por el aire al cuerpo. La cavidad nasal está revestida de pelos que atrapan partículas grandes, como polvo y polen, e impiden su acceso a tejidos más profundos. La cavidad nasal también está revestida con una membrana mucosa y glándulas de Bowman & rsquos que producen moco para ayudar a atrapar partículas y microorganismos para su eliminación, una capa conocida como manta mucociliar. La viscosidad y acidez de esta secreción inhibe la unión microbiana a las células subyacentes. El sistema respiratorio superior está bajo constante vigilancia por el tejido linfoide asociado a las mucosas (MALT), incluidas las adenoides y las amígdalas. Otras defensas de la mucosa incluyen anticuerpos secretados (IgA), lisozima, surfactante y péptidos antimicrobianos llamados defensinas. Las células epiteliales que recubren las partes superiores del tracto respiratorio se denominan células epiteliales ciliadas porque tienen apéndices similares a pelos conocidos como cilios. El movimiento de los cilios impulsa el moco cargado de escombros hacia afuera y lejos de los pulmones. El moco expulsado luego se traga y se destruye en el estómago, o se tose o se estornuda (Figura ( PageIndex <5> )). Este sistema de eliminación a menudo se denomina escalera mecánica mucociliar.


Figura ( PageIndex <5> ): Esta micrografía electrónica de barrido muestra células epiteliales ciliadas y no ciliadas de la tráquea humana. La escalera mecánica mucociliar empuja la mucosidad lejos de los pulmones, junto con cualquier residuo o microorganismo que pueda quedar atrapado en la mucosidad pegajosa, y la mucosidad se mueve hacia el esófago donde se puede eliminar al tragar.

La escalera mecánica mucociliar es una barrera tan eficaz para los microbios que durante mucho tiempo se consideró que los pulmones, la parte más baja (y más sensible) del tracto respiratorio, eran un entorno estéril en individuos sanos. Solo recientemente una investigación ha sugerido que los pulmones sanos pueden tener una microbiota normal pequeña. La interrupción de la escalera mecánica mucociliar por los efectos dañinos del tabaquismo o enfermedades como la fibrosis quística puede conducir a una mayor colonización de bacterias en el tracto respiratorio inferior e infecciones frecuentes, lo que destaca la importancia de esta barrera física para las defensas del huésped. Por último, la superficie exterior de los pulmones está protegida con una membrana pleural de doble capa, que protege los pulmones y proporciona lubricación para permitir que los pulmones se muevan fácilmente durante la respiración. También están protegidos por macrófagos alveolares. Estos fagocitos matan eficazmente a los microbios que logran evadir las otras defensas.

Al igual que el tracto respiratorio, el tracto digestivo es una puerta de entrada a través de la cual los microbios ingresan al cuerpo, y las membranas mucosas que recubren el tracto digestivo proporcionan una barrera física inespecífica contra los microbios ingeridos. Varios factores parecen actuar en contra de que la boca sea hospitalaria para ciertos microbios. Por ejemplo, masticar permite que los microbios se mezclen mejor con la saliva para que se puedan tragar o escupir más fácilmente. En la cavidad oral, la saliva contiene mediadores como las enzimas lactoperoxidasa y lisozima, que pueden dañar las células microbianas. La lisozima es parte de la primera línea de defensa en el sistema inmunológico innato y escinde los enlaces entre la N-acetilglucosamina (NAG) y el ácido N-acetilmurámico (NAM) en el peptidoglicano bacteriano. Además, en los espacios gingivales se producen líquidos que contienen inmunoglobulinas y células fagocíticas. El estómago es un ambiente extremadamente ácido (pH 1.5 & ndash3.5) debido a los jugos gástricos que descomponen los alimentos y matan muchos microbios ingeridos, esto ayuda a prevenir la infección por patógenos. Más abajo, el tracto intestinal está revestido de células epiteliales, intercaladas con células caliciformes secretoras de moco (Figura ( PageIndex <6> )). Este moco se mezcla con el material recibido del estómago, atrapando microbios y desechos transmitidos por los alimentos.

Figura ( PageIndex <6> ): Las células caliciformes producen y secretan moco. Las flechas en esta micrografía apuntan a las células caliciformes secretoras de moco (aumento 1600 y # 10799) en el epitelio intestinal. (micrografía de crédito: micrografía proporcionada por los regentes de la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan y copia 2012)

Las células caliciformes, que son células epiteliales columnares simples modificadas, también recubren el tracto gastrointestinal (Figura ( PageIndex <6> )). Las células caliciformes secretan una mucina formadora de gel, que es el componente principal del moco. La producción de una capa protectora de moco ayuda a reducir el riesgo de que los patógenos lleguen a tejidos más profundos. Pequeños agregados de tejido linfoide subyacente en el íleon, llamados parches de Peyer & rsquos, detectan patógenos en los intestinos a través de células de microfold (M), que transfieren antígenos desde la luz del intestino a los linfocitos en los parches de Peyer & rsquos para inducir una respuesta inmunitaria. Los parches de Peyer & rsquos luego secretan IgA y otros anticuerpos específicos de patógenos en la luz intestinal para ayudar a mantener los microbios intestinales en niveles seguros.

La acción mecánica de la peristalsis, una serie de contracciones musculares en el tracto digestivo, mueve el moco desprendido y otros materiales a través de los intestinos, el recto y el ano, excretando el material en las heces. De hecho, las heces se componen de aproximadamente un 25% de microbios, un 25% de células epiteliales desprendidas, un 25% de moco y un 25% de alimentos digeridos o no digeridos. Finalmente, la microbiota normal proporciona una barrera adicional a la infección a través de una variedad de mecanismos. Por ejemplo, estos organismos superan a los patógenos potenciales por el espacio y los nutrientes dentro del intestino. Esto se conoce como exclusión competitiva. Los miembros de la microbiota también pueden secretar toxinas proteicas conocidas como bacteriocinas que pueden unirse a receptores específicos en la superficie de bacterias susceptibles.

Endotelia

Las células epiteliales que revisten el tracto urogenital, los vasos sanguíneos, los vasos linfáticos y algunos otros tejidos se conocen como endotelios. Estas células compactas proporcionan una barrera de primera línea particularmente eficaz contra los invasores. La endotelia de la barrera hematoencefálica, por ejemplo, protege el sistema nervioso central (SNC), que está formado por el cerebro y la médula espinal. El SNC es una de las áreas más sensibles e importantes del cuerpo, ya que la infección microbiana del SNC puede provocar rápidamente una inflamación grave y, a menudo, mortal. Las uniones celulares en los vasos sanguíneos que viajan a través del SNC son algunas de las más estrechas y resistentes del cuerpo, lo que evita que los microbios transitorios en el torrente sanguíneo ingresen al SNC. Esto mantiene estéril el líquido cefalorraquídeo que rodea y baña el cerebro y la médula espinal en condiciones normales.

Sin embargo, tanto en hombres como en mujeres, los riñones son estériles. Aunque la orina contiene algunos componentes antibacterianos, las bacterias crecerán en la orina que se deja fuera a temperatura ambiente. Por lo tanto, es principalmente la acción de enjuague lo que mantiene los uréteres y la vejiga libres de microbios. El sistema reproductor femenino emplea lactato, un mediador químico producido exógenamente, para inhibir el crecimiento microbiano. Las células y las capas de tejido que componen la vagina también producen glucógeno, un polímero de glucosa ramificado y más complejo.

  1. Describe cómo funciona la escalera mecánica mucociliar.
  2. ¿Qué otras defensas tienen en común cada una de las partes del cuerpo?
  3. Nombra dos lugares donde encontrarías endotelia.

Péptidos antimicrobianos

Los péptidos antimicrobianos (AMP) son una clase especial de mediadores derivados de células inespecíficas con propiedades antimicrobianas de amplio espectro. Algunos AMP son producidos de forma rutinaria por el cuerpo, mientras que otros se producen principalmente (o se producen en mayores cantidades) en respuesta a la presencia de un patógeno invasor. La investigación ha comenzado a explorar cómo se pueden usar los AMP en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

Los AMP pueden inducir daño celular en microorganismos de diversas formas, incluso al infligir daño a las membranas, destruir el ADN y el ARN o interferir con la síntesis de la pared celular. Dependiendo del mecanismo antimicrobiano específico, un AMP particular puede inhibir solo ciertos grupos de microbios (por ejemplo, bacterias grampositivas o gramnegativas) o puede ser más eficaz contra bacterias, hongos, protozoos y virus. Muchos AMP se encuentran en la piel, pero también se pueden encontrar en otras regiones del cuerpo.

Las células epiteliales de todo el cuerpo pueden producir una familia de AMP denominados defensinas, así como las defensas celulares como los macrófagos y los neutrófilos. Las defensinas pueden secretarse o actuar dentro de las células huésped; combaten los microorganismos dañando sus membranas plasmáticas. Los AMP llamados bacteriocinas son producidos de manera exógena por ciertos miembros de la microbiota residente dentro del tracto gastrointestinal. Los genes que codifican estos tipos de AMP a menudo se transportan en plásmidos y pueden transmitirse entre diferentes especies dentro de la microbiota residente a través de la transferencia de genes lateral u horizontal. Hay muchos otros AMP en todo el cuerpo. Las características de algunos de los AMP más importantes se resumen en la Tabla ( PageIndex <2> ).

Tabla ( PageIndex <2> ): Características de péptidos antimicrobianos seleccionados (AMP)
AMPERIO Secretado por Sitio del cuerpo Patógenos inhibidos Modo de acción
Bacteriocinas Microbiota residente Tracto gastrointestinal Bacterias Romper la membrana
Catelicidina Células epiteliales, macrófagos y otros tipos de células. Piel Bacterias y hongos Altera la membrana
Defensinas Células epiteliales, macrófagos, neutrófilos A través del cuerpo Hongos, bacterias y muchos virus. Romper la membrana
Dermicidina Glándulas sudoríparas Piel Bacterias y hongos Altera la integridad de la membrana y los canales iónicos
Histatinas Glándulas salivales Cavidad oral Hongos Interrumpir la función intracelular

¿Por qué los péptidos antimicrobianos (AMP) se consideran defensas inespecíficas?

Defensas mecánicas

Además de las barreras físicas que mantienen alejados a los microbios, el cuerpo tiene una serie de defensas mecánicas que eliminan físicamente los patógenos del cuerpo, evitando que se establezcan. Ya hemos discutido varios ejemplos de defensas mecánicas, incluida la eliminación de células de la piel, la expulsión de moco a través de la escalera mecánica mucociliar y la excreción de heces a través de la peristalsis intestinal. Otros ejemplos importantes de defensas mecánicas incluyen la acción de enjuagar la orina y las lágrimas, que sirven para eliminar los microbios del cuerpo. La acción de enjuagar la orina es en gran parte responsable del entorno normalmente estéril del tracto urinario, que incluye los riñones, los uréteres y la vejiga urinaria. La orina que sale del cuerpo elimina los microorganismos transitorios, evitando que se establezcan. Los ojos también tienen barreras físicas y mecanismos mecánicos para prevenir infecciones. Las pestañas y los párpados evitan que el polvo y los microorganismos transportados por el aire lleguen a la superficie del ojo. Los microbios o desechos que atraviesan estas barreras físicas pueden ser eliminados por la acción mecánica del parpadeo, que baña el ojo en lágrimas y elimina los desechos (Figura ( PageIndex <7> )).

Figura ( PageIndex <7> ): Las lágrimas eliminan los microbios de la superficie del ojo. La orina elimina los microbios del tracto urinario a medida que pasa, como resultado, el sistema urinario normalmente es estéril.

Nombra dos defensas mecánicas que protegen los ojos.

Microbioma

En varias regiones del cuerpo, la microbiota residente sirve como una importante defensa de primera línea contra los patógenos invasores. Mediante la ocupación de los sitios de unión celular y la competencia por los nutrientes disponibles, la microbiota residente previene los primeros pasos críticos de adhesión y proliferación de patógenos necesarios para el establecimiento de una infección. Por ejemplo, en la vagina, los miembros de la microbiota residente compiten con patógenos oportunistas como la levadura. Candida. Esta competencia previene las infecciones limitando la disponibilidad de nutrientes, inhibiendo así el crecimiento de Candida, manteniendo su población bajo control. Se producen competiciones similares entre la microbiota y los patógenos potenciales en la piel, en el tracto respiratorio superior y en el tracto gastrointestinal. La microbiota residente también contribuye a las defensas químicas de las defensas innatas inespecíficas del huésped.

La importancia de la microbiota normal en las defensas del huésped se destaca por la mayor susceptibilidad a las enfermedades infecciosas cuando la microbiota se altera o se elimina. El tratamiento con antibióticos puede agotar significativamente la microbiota normal del tracto gastrointestinal, proporcionando una ventaja para que las bacterias patógenas colonicen y causen infecciones diarreicas. En el caso de diarrea causada por Clostridium difficile, la infección puede ser grave y potencialmente letal. Una estrategia para tratar C. difficile infecciones es el trasplante fecal, que implica la transferencia de materia fecal de un donante (examinado para posibles patógenos) a los intestinos del paciente receptor como un método para restaurar la microbiota normal y combatir C. difficile Infecciones.

La tabla ( PageIndex <3> ) proporciona un resumen de las defensas físicas discutidas en esta sección.

Tabla ( PageIndex <3> ): Defensas físicas de la inmunidad innata inespecífica


¿Cómo se puede decir "Bismillah" cuando se sacrifican pollos con dispositivos mecánicos modernos?

Darle al animal una descarga eléctrica antes de sacrificarlo puede matarlo si el voltaje es alto, o puede hacer que pierda el conocimiento sin matarlo, si el voltaje es bajo o moderado.

Si lo mata, no está permitido comerlo porque es "carne muerta" (un animal que no fue sacrificado de la manera adecuada) según el consenso de los fuqaha '. Si no lo mata, y se sacrifica de la manera adecuada shar'i inmediatamente después, entonces es halaal y está permitido comerlo.

Dr.Muhammad al-Ashqar (que Allah lo preserve) dijo:

Si la descarga eléctrica fue fatal, entonces el animal es como uno que ha sido "golpeado hasta la muerte" (y por lo tanto está prohibido, como se menciona en al-Maa'idah 5: 3). Si hizo que perdiera el conocimiento sin matarlo, y el animal fue sacrificado de la manera adecuada en shar'i después de eso, entonces es halaal. Si no se sacrificó correctamente, pero se despellejó y cortó sin ser sacrificado, entonces no es halaal.

Fin de la cita de Majallat Majma 'al-Fiqh al-Islami. No problema. 10, vol. 1, pág. 339

El Consejo Islámico del Fiqh (Majma 'al-Fiqh al-Islami) opina que no está permitido aplicar descargas eléctricas a los pollos antes de sacrificarlos, porque la experiencia ha demostrado que esto conduce a la muerte de un número considerable de ellos.

En una declaración del Consejo Islámico de Fiqh, emitida durante su décima conferencia en Jeddah en el Reino de Arabia Saudita durante el período 23-28 Safar 1418 AH / 28 de junio-3 de julio de 1997 EC, dice lo siguiente:

Los animales que se sacrifican de la manera adecuada después del aturdimiento son halaales y pueden comerse si se cumplen las condiciones técnicas que determinan que el animal no estaba muerto antes de ser sacrificado. Estos han sido definidos por los expertos en la actualidad de la siguiente manera:

1.Los electrodos deben colocarse en las sienes o en la frente y parte posterior de la cabeza.

2.El voltaje debe estar entre 100 y 400 voltios.

3. La corriente debe estar entre 0,75 y 1 amperio para las ovejas, entre 2 y 2,5 amperios para el ganado.

4. La corriente eléctrica debe aplicarse durante entre 3 y 6 segundos.

(c) no está permitido aturdir a un animal destinado a ser sacrificado mediante el uso de una pistola de bólter cautivo o de bólter, o mediante gaseado.

d) No está permitido aturdir a los pollos mediante descargas eléctricas, porque la experiencia ha demostrado que esto provoca la muerte de un número considerable de ellos antes del sacrificio.

(e) No está prohibido comer animales que fueron sacrificados apropiadamente después de ser aturdidos usando una mezcla de dióxido de carbono y aire u oxígeno, o usando una pistola de cerrojo no penetrante que no conduzca a la muerte del animal antes. está debidamente sacrificado. Fin de cotización.

El Dr. Muhammad al-Hawaari afirmó que el aturdimiento de pollos mediante electrocución provoca un paro cardíaco en el 90% de los casos y la muerte en el 10%.

Véase Majallat Majma 'al-Fiqh al-Islami, edición núm. 10, vol. 1, pág. 411, 583

En base a eso, debe mirar la electrocución sobre la que se preguntó. Si conduce, como dijo el Consejo, a la muerte de un número considerable de pollos que no están separados de los pollos vivos, entonces no está permitido electrocutarlos. Pero si la electrocución usa un voltaje bajo que no conduce a eso, entonces la matanza es halaal.

Decir "Bismillah" es una condición para que la matanza sea halaal, y no se renuncia en el caso de olvido o ignorancia, según el punto de vista académico más correcto. Vea la respuesta a la pregunta no. 85669.

El principio básico con respecto a decir "Bismillah" es que debe hacerse para cada animal individual con la intención de sacrificarlo de la manera adecuada.

Pero en el caso de los dispositivos mecánicos que sacrifican una gran cantidad de pollos en un corto período de tiempo, los estudiosos han diferido con respecto a la forma de decir “Bismillah” que es esencial para que el sacrificio sea halaal. Hay varias opiniones:

1. Que es suficiente que la persona que opere la máquina diga “Bismillah” una vez, si sacrifica varios pollos en un período de tiempo continuo. Esto es lo que se ha afirmado en las fatwas emitidas por el Comité Permanente y en una declaración emitida por el Consejo Islámico del Fiqh.

2. Que es suficiente que la persona que opera la máquina diga “Bismillah” una vez, con la condición de que los pollos específicos que va a sacrificar estén frente a él, como si estuvieran alineados en la cinta transportadora. y similares. Esto ha sido declarado en fatwas emitidas por el Sheij Ibn 'Uzaymin (que Allah tenga misericordia de él).

3. Que decir "Bismillah" cuando se utilizan estas máquinas no es posible, por lo tanto, no está permitido utilizar estas máquinas para el sacrificio halaal.

La vista más correcta es la primera, por las siguientes razones:

Dice en Fatáwa al-Lajnah ad-Daa'imah:

¿Cuál es la regla sobre el sacrificio mecánico, en el que decenas de pollos son sacrificados por máquinas al mismo tiempo, diciendo "Bismillah" sólo una vez? Si una persona está sacrificando una gran cantidad de pollos a mano, ¿es aceptable que diga “Bismillah” solo una vez, o tiene que decirlo para cada uno individualmente?

En primer lugar: está permitido sacrificar con máquinas modernas a condición de que (las cuchillas) estén afiladas y que se corten el esófago y la tráquea.

En segundo lugar: si la máquina sacrifica varios pollos en el mismo período de tiempo continuo, es aceptable que la persona que opera la máquina diga "Bismillah" una vez cuando comienza a operarla con la intención de sacrificarla, siempre que la persona El operador de la máquina es musulmán o kitaabi (judío o cristiano).

En tercer lugar: si la persona está sacrificando a mano, debe decir "Bismillah" por separado para cada pollo que sacrifica, porque cada pollo es una entidad separada.

Cuarto: El sacrificio debe realizarse en el matadero y se debe cortar la tráquea y dos venas, o una de ellas.

Bakr Abu Zayd, Saalih al-Fawzaan, 'Abdullah ibn Ghadyaan,' Abd al-'Azeez ibn 'Abdullah Aal ash-Shaykh

Fin de la cita de Fatáwa al-Lajnah ad-Daa'imah, 22/463.

También dice (22/462): ¿está permitido decir "Bismillah" cuando se opera la máquina que hace un movimiento repetido? Tenga en cuenta que lo que se quiere decir es decir "Bismillah" sólo una vez, cuando se enciende la máquina para el sacrificio.

Respuesta: es aceptable que la persona que está operando la máquina diga "Bismillah" una vez cuando la enciende para varios (pollos) con la intención de sacrificarlos, siempre que el que la opera sea un musulmán o un Judío o cristiano.

'Abdullah ibn Ghadyaan,' Abd ar-Razaaq 'Afeefi,' Abd al-'Azeez ibn 'Abdullah ibn Baaz. Fin de cotización.

Dice en la declaración del Consejo Islámico de Fiqh citada anteriormente:

8. El principio básico es que el sacrificio de aves de corral y otros animales debe realizarse a mano, pero no hay nada de malo en utilizar dispositivos mecánicos para el sacrificio de aves de corral siempre que se cumplan las condiciones de sacrificio de shar'i mencionadas en el párrafo 2. Y es aceptable decir "Bismillah" una vez por cada lote que se sacrificará en una sesión continua, pero si hubo una interrupción, entonces se debe repetir "Bismillah". Fin de cotización.

Pero la declaración del Consejo no especificó que decir "Bismillah" debe provenir de quien está operando la máquina.

El Dr. Muhammad Sulaymaan al-Ashqar dijo: Decir "Bismillah" en el caso de un gran número, si deben ser sacrificados a mano de la manera islámica, puede ser agotador para el matadero. Por ejemplo, si una persona tiene la tarea de sacrificar 1200 pollos por hora a razón de un pollo cada tres segundos, entonces tendría que decir "Bismillah wa Allahu akbar" 1200 veces en una hora, lo cual sería agotador y muy difícil. y esa pesada dificultad debe evitarse en el Islam porque Allah, exaltado sea, dice (interpretación del significado): “y no os ha impuesto ninguna dificultad en la religión” [al-Hajj 22:78].

Por lo tanto, el Consejo de Fatwa en Kuwait, del cual yo era miembro en el momento en que se emitió esta fatwa, declaró que cuando se sacrifica un gran número de aves de corral, es suficiente decir "Bismillah" sobre ellas una vez, al principio, si la tarea es para continuar continuamente sin detenerse. Si hay una pausa por alguna razón, entonces el matadero tiene que decir "Bismillah" nuevamente por el resto.

Fin de la cita de Majallat Majma 'al-Fiqh al-Islami, edición núm. 10, vol. 1, pág. 346.

Al Sheij Ibn 'Uzaymin (que Allah tenga misericordia de él) se le hizo la siguiente pregunta:

Fui a visitar las Granjas Avícolas Nacionales y vi como matan los pollos al principio suspenden los pollos para que no se muevan, luego pasan por encima del matadero que los mata sin decir “Bismillah”. Le pregunté: ¿Por qué no dice "Bismillah"? Dijo: Porque digo "Bismillah" cuando entro y no puedo decirlo por quinientos mil pollos. Así que cuando empiezo digo, "Bismillah, Allahu akbar", y eso es suficiente. Dije: ¿A quién le preguntaste? Dijo: Los eruditos me dieron una fatwa a tal efecto y la permitieron.

No sé, oh Shaykh, si esta acción está permitida.

Él respondió: Es esencial decir "Bismillah" sobre algo específico, ya sea uno o más. Por ejemplo, si alinea mil pollos, cuando enciende la máquina, dice "Bismillah", eso es suficiente. Luego, si alinea otros mil pollos, por ejemplo, y enciende la máquina y los cuchillos comienzan a moverse, es suficiente que diga “Bismillah” para este lote. Y si otro lote está preparado para él, debería decir "Bismillah".

Interlocutor: ¿Él dice: "Digo 'Bismillah' una vez y eso es suficiente"?

Shaykh: ¿Quieres decir hasta que la máquina se detenga? No, eso no está permitido, porque "Bismillah" debe decirse sobre algo específico.

Interlocutor: Otra pregunta, oh Shaykh. También fuimos a visitar Astra Farms en Tabook, donde estaban matando codornices. ¿Qué hacen? Cuelgan estos pájaros, luego de colgarlos pasan por encima de una máquina que rocía agua sobre los pájaros y los aturde un poco, luego pasan por algo como una pared en la que está escrito, "Bismillah wa Allahu akbar", luego van a una máquina que les corta la cabeza. La persona a cargo dijo que esto es aceptable. ¿Es aceptable tener escritas las palabras “Bismillah wa Allah Akbar”?

Shaykh: Todo eso es ignorancia y ahora tú, que Allah te bendiga, tienes que informar lo que tú y tus hermanos han visto en una declaración firmada y enviársela a Dar al-Ifta ', y decirles cuando lo viste, si fue este año o hace algunos años, para que pueda cumplir con su deber con respecto a este asunto.

Interlocutor: Oh Shaykh, dicen que un grupo de shaykhs les dio una fatwa permitiéndoles eso.

Shaykh: No, algunos shaykhs emitieron una fatwa diciendo algo diferente a esto. Tal vez emitió una fatwa diciendo lo que he dicho, que es que puede recolectar un lote y luego encender la máquina para este lote, incluso si no dice “Bismillah” para cada ave individual. Es similar al caso en el que ve una bandada de pájaros y les dispara y dice "Bismillah", y caen veinte pájaros; en ese caso, son halaal.

Lo que parece más probable que sea el caso, y Allah sabe mejor, es que lo que el sheij (que Allah tenga piedad de él) mencionó acerca de decir "Bismillah" para cada lote específico de aves sacrificadas, no es esencial, porque decir "Bismillah ”Una vez en este caso es análogo a lo que se hace cuando se caza. Al cazar, no es esencial decir "Bismillah" para cada objetivo específico, sino decir "Bismillah" está conectado al arma. Entonces, si una persona dice "Bismillah" sobre su arma con la intención de cazar, y atrapa algo diferente a lo que apuntaba, sigue siendo halaal.

Aquí citaremos algunas palabras útiles del Shaykh Muhammad Taqi al-'Uthmaani (que Allah lo preserve) que confirman lo que hemos dicho anteriormente sobre el principio de que "Bismillah" debe decirse sobre un animal específico (o lote) y el dicho " Bismillah ”una sola vez por parte de la persona que opera la máquina es una especie de concesión que se diferencia del principio básico, por analogía con lo que se hace al cazar. Y explica que no tiene sentido que alguien de pie junto a la máquina diga "Bismillah" cuando en realidad no la está operando.

Él dijo (que Allah tenga misericordia de él):

Con respecto al tema de decir "Bismillah", es muy difícil cuando se usa este método. El primer problema es identificar quién realiza la matanza, porque decir "Bismillah" es obligatorio para el matadero hasta tal punto que si un hombre dice "Bismillah", entonces otro hombre realiza la matanza, eso no está permitido. Entonces la pregunta es: ¿Quién es el matadero en el caso de esta máquina? Podríamos decir que quien pone en marcha la máquina por primera vez es considerado el matadero, porque la función de la máquina solo puede atribuirse a quien la opera, porque las máquinas no son seres sensibles a los que se puedan atribuir acciones. Entonces, la acción debe atribuirse a quien las usa, y él se convierte en el hacedor por medio de la máquina. Pero el problema aquí es que la persona que usa la máquina al comienzo del día, por ejemplo, solo la enciende una vez, luego la máquina continúa funcionando durante las horas de trabajo y, a veces, funciona durante veinticuatro horas, cortando el cuello a miles de personas. de pollos. Entonces, si la persona que lo encendió al comienzo del día dijo “Bismillah” solo una vez, ¿esa única pronunciación de “Bismillah” es suficiente para miles de pollos que son sacrificados durante el día después de encender la máquina? El significado aparente del texto coránico (interpretación del significado) "No coman (oh creyentes) de esa (carne) en la que no se ha pronunciado el nombre de Allah" [al-An'aam 6: 121] indica que cada animal debe tener el nombre de Allah pronunciado sobre él por separado y ser sacrificado inmediatamente después. De esto derivaron las reglas de fuqaha 'que indican que el nombre de Allah debe mencionarse sobre cada animal o para cada acción.

Mencioné estas frases en mi investigación y de ellas llegué a la conclusión de que la mayoría de los imanes que estipulan que el nombre de Allah debe pronunciarse en el momento del sacrificio estipulan que debe decirse sobre un animal específico, y que debe ser en el momento del sacrificio. momento de la matanza, y no debe haber un intervalo significativo entre decir el nombre de Allah y el acto de la matanza. Estas condiciones no se cumplen en el método descrito en el caso de máquinas. Si el que lo enciende por primera vez dice "Bismillah" una vez, eso significa que no dijo "Bismillah" sobre un animal en particular, y entre su dicho "Bismillah" y su sacrificio de miles de pollos puede haber un largo intervalo que puede durar un día entero o dos días. Así que parece ser el caso de que esta sola pronunciación de "Bismillah" no es suficiente para la matanza de todos estos animales.

Luego vi algunos mataderos en Canadá, donde tienen a un hombre parado al lado de los cuchillos giratorios, diciendo continuamente, "Bismillah Allahu akbar". Y pensé: con respecto a que su dicho "Bismillah" tenga algún peso en términos shar'i, existen los siguientes problemas:

1. Las palabras "Bismillah" deben ser pronunciadas por el matadero. Este hombre que está parado al lado del cuchillo giratorio no tiene nada que ver con el proceso de matanza, no está operando la máquina o girando el cuchillo, y los pollos no se acercan a él. Más bien es un hombre que está completamente separado del proceso de matanza y su pronunciamiento del nombre de Allah no proviene del matadero.

2. Varias gallinas llegan al cuchillo giratorio en cuestión de segundos. Este hombre que está allí no puede decir el nombre de Allah sobre cada una de estas gallinas sin intervalos.

3.Este hombre que está de pie es un ser humano, no una máquina automática. Así que no puede hacer ninguna acción aparte de decir "Bismillah". Es posible que deba hacer cosas que lo distraigan de decir "Bismillah", y durante ese tiempo, decenas de pollos pueden pasar a través del cuchillo giratorio.

Hay otra preocupación que debe tenerse en cuenta con respecto al tema de decir "Bismillah" sobre las máquinas, que está trazando una analogía entre encender la máquina y soltar un perro de caza. No es obligatorio decir "Bismillah" cuando el animal de presa muere, sino que debe decirse al soltar al perro, y puede haber un intervalo prolongado entre la liberación del perro y la muerte de la presa, y el perro de caza puede matar. varios animales después de haber sido liberados una vez. Así que parece que decir "Bismillah" una vez es suficiente para que todos sean considerados halaal. Ibn Qudaamah (que Allah tenga piedad de él) dijo: Si el cazador dice "Bismillah" sobre una presa (cuando suelta a su perro) pero luego atrapa otra, es halaal, y si dice "Bismillah" sobre una flecha y dispara luego toma otra y la dispara (sin decir “Bismillah”), lo que atrapa con ella (la segunda flecha) no es halaal.

Lo que mencionamos anteriormente tiene que ver con la necesidad, y en el tema en discusión, no hay necesidad. Sin embargo, si pensamos en la necesidad de producir una gran cantidad en poco tiempo, que se debe al aumento de la población y al aumento en el número de consumidores, y al pequeño número de mataderos, y al hecho de que la shari'ah anuló la condición. de especificar la presa en el caso de la caza porque es demasiado difícil, como dijo Ibn Qudaamah (que Allah tenga piedad de él), y en tales casos la shari'ah permite concesiones para evitar las dificultades, en ese caso podemos comparar el tema en discusión sobre la cuestión de la necesidad (como en el caso de la caza) con respecto a mencionar el nombre de Allah, para evitar las dificultades y facilitar las cosas a las personas. Sin embargo, no estoy muy seguro de esta conclusión, pero quería presentarla para que los académicos la discutieran para decidir al respecto, y no he emitido ninguna fatwa sobre esa base hasta ahora, especialmente cuando tenemos una alternativa adecuada a la cuchillo giratorio que cubrirá todas las necesidades de producción al mismo tiempo. Esa alternativa es quitar el cuchillo giratorio de la máquina y reemplazarlo con cuatro hombres musulmanes que podrían turnarse para cortar las gargantas de los pollos mientras mencionan el nombre de Alá, cada vez que los pollos suspendidos pasen junto a ellos.

Esto es algo que le sugerí a un gran matadero en la isla de Reunión, y lo hicieron. La experiencia indica que esto no redujo en absoluto la tasa de producción, porque estas personas degollaron a los pollos en el mismo período de tiempo que el cuchillo giratorio.

Fin de la cita del Shaykh Muhammad Taqi al-'Uthmaani, Majallat Majma' al-Fiqh al-Islami, edición núm. 10, vol. 1, pág. 541-544

1. Se debe evitar aturdir a los pollos mediante electrocución, y no está permitido que la organización que supervisa el sacrificio lo permita a menos que tenga la certeza de que no conduce a la matanza de ninguno de los pollos.

2. Es suficiente que el operador de la máquina diga “Bismillah” al encenderla, y eso debe repetirse después de cualquier pausa.

3. No tiene sentido que los cinco hombres al lado de la máquina digan "Bismillah", sino que es una pérdida de tiempo a la que se debe poner fin.

4. Las organizaciones que supervisan la matanza islámica deben prestar atención a las condiciones y pautas esenciales en la materia, y no descuidar su aplicación. Y deben tratar de organizar la matanza a mano en lugar de con máquinas, de acuerdo con la sugerencia del Sheik Muhammad Taqi al-‘Uthmaani. Eso es para acabar con los problemas de electrocución y decir "Bismillah", y para evitar la posibilidad de que el sacrificio de algunos de los pollos se realice de forma inapropiada al pasar por encima del cuchillo giratorio, por diferencias de tamaño. entre las gallinas. Este es un problema que han señalado algunos investigadores.


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