Animación suspendida: futuro del tratamiento de lesiones críticas

Los trucos de supervivencia extrema de animales que hibernan podrían ayudarnos a superar las lesiones que amenazan la vida.

Imagine que está grave en una sala de emergencia y que está muriendo, sus heridas son demasiado graves para ser tratadas a tiempo por los cirujanos, tiene hemorragias internas por los vasos lesionados. La pérdida de esa sangre está privando a sus órganos de nutrientes vitales y oxígeno, usted está entrando en un paro cardíaco.

Pero este no es el final. Se toma una decisión: tubos conectados, máquinas reanimando la vida, bombas rítmicas hacia un lado y el otro. Líquidos congelados fluyen por sus venas, enfriándolas. Con el tiempo, el corazón deja de latir, los pulmones ya no respiran, su cuerpo gélido permanece allí, en equilibrio sobre el filo de la navaja de la vida y la muerte, ni completamente vivo ni completamente muerto, como si estuviera congelado en el tiempo.

Los cirujanos continúan su trabajo, fijando, suturando, reparando. A continuación, las bombas de agitar la vida, fluyen la sangre caliente de nuevo a su cuerpo. Va a ser resucitado, y si todo sale bien, va a vivir.

La capacidad de fijar los procesos biológicos de una persona en suspensión, se conoce como animación suspendida, y ha sido un elemento básico de la ciencia ficción. El interés en este campo floreció en la década de 1950, como consecuencia directa de la carrera espacial.

La NASA invirtió dinero en la investigación biológica para ver si los seres humanos podían ser colocados en un estado de conservación artificial. Se esperaba que en este estado, los astronautas pudieran estar protegidos de los peligrosos rayos cósmicos zapping en el espacio. Dormir camino a las estrellas también significaba llevar mucho menos alimentos, agua y oxígeno, haciendo el tirón final más práctico.

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Un destinatario de esos fondos fue el joven, James Lovelock. El científico debía mojar hámsters en baños de hielo hasta que sus cuerpos se congelaran. Cuando ya no podía detectar el latido del corazón, tenía que reanimarlos mediante la colocación de una cucharilla caliente sobre el pecho. En experimentos posteriores, Lovelock avivó el tema de la era espacial, mediante la construcción de una pistola de microondas con piezas de repuestos de radio, para revivir más gentilmente a los sujetos de estudio. Estos experimentos sobre la flexibilidad de la vida, lo pondrían en el camino de su obra más famosa, la «hipótesis Gaia», sobre el mundo como un superorganismo vivo.

Como estos primeros experimentos eran tan aventureros, no avanzaron más allá de la etapa animal, y los astronautas nunca se congelaron ni revivieron con cucharas calientes. La idea de transformar a la gente en barras inanimadas de carne para los viajes espaciales de larga distancia, se mantuvo en el reino de la ciencia ficción. El interés de la NASA fue apagándose con el final de la carrera espacial, pero las semillas plantadas por Lovelock y sus colegas siguieron creciendo.

En 1900, la British Medical Journal publicó una historia de campesinos rusos que, según afirma el autor, fueron capaces de hibernar. Viviendo en un estado cercano al «hambre crónico», los residentes de la región nororiental de Pskov, se recluyeron al interior de su casa en la primera señal de nieve, y allí se reunieron alrededor de la estufa, cayendo en un profundo sueño que llamaron ‘lotska’. Despertaban una vez al día para remojar un poco de pan duro con agua, turnándose para mirar el fuego, y sólo despertaban ellos mismos plenamente, una vez que la primavera brotaba. No ha habido rastro alguno de los campesinos soñolientos de Pskov desde entonces, pero la fantasía de la hibernación humana aún persiste, y muy de vez en cuando, algo que parece muy similar, pasa en la realidad.

Un siglo más tarde, Anna Bågenholm estaba en un festival de esquí en Noruega cuando cayó de cabeza a un arroyo congelado, y quedó atrapada bajo el hielo. Cuando finalmente llegaron los rescatistas, la radióloga sueca llevaba sumergida 80 minutos, y su corazón y respiración se habían detenido. Los médicos del Hospital Universitario de Tromsø registraron una temperatura corporal de 13,7°C, la más baja jamás observada en una víctima de hipotermia accidental. Por toda lógica, ella debía haberse ahogado, sin embargo, después de un cuidadoso calentamiento y diez días de estancia en cuidados intensivos, Bågenholm despertó. Llegó a recuperarse casi por completo de su encuentro frío con la muerte. En circunstancias normales, aunque fuera unos minutos atrapada bajo el agua, sería suficiente para ahogar a una persona, y sin embargo Bågenholm sobrevivió durante más de una hora. De alguna manera, el frío la había conservado.

No es la primera vez que los beneficios del frío en lesiones traumáticas se han hecho evidentes. Ya en la época napoleónica, los médicos notaron que los soldados de infantería heridos, dejados afuera en el frío, tenían mejores índices de supervivencia que los heridos mantenidos cerca del fuego, en tiendas calientes. La hipotermia terapéutica se utiliza hoy en los hospitales para reducir las lesiones en una amplia variedad de situaciones, desde cirugías que ayudan a los bebés a recuperarse después de un parto difícil.

Al bajar la temperatura del cuerpo, disminuye su actividad metabólica de cinco a siete por ciento por cada grado reducido. Esto a su vez reduce la velocidad de consumir los nutrientes esenciales, tales como el oxígeno. Se podría así proteger los tejidos que se afectan por la privación de oxígeno debida a la pérdida de sangre o paro cardiaco. En teoría, si pudiéramos seguir reduciendo la temperatura, eventualmente los procesos biológicos llegarían a suspenderse, se podría existir en un estado de animación suspendida. Al igual que un reloj parado, no habría ningún problema físico, todos los componentes internos seguirían estando intactos, simplemente estarían quietos. Todo lo que se necesitaría sería un poco de calor para ponerlos en movimiento de nuevo.

Por supuesto, no es tan simple, la hipotermia es peligrosa. El cuerpo desea estar cálido y luchará para mantenerse de esa manera. A lo largo de su vida, conservará una temperatura relativamente constante, de alrededor de 37°C. Esto requiere un gran esfuerzo. El cuerpo debe realizar un sinnúmero de ajustes constantes para equilibrar la producción de calor, cuando se baja la temperatura en el medio ambiente; debe trabajar para mantener su temperatura dentro de un rango estrecho. Si cae demasiado, la sangre es desviada de la piel expuesta y se acumula en el tronco central mientras ustedes tiemblan y se encogen bajo las mantas. Los efectos del frío más severo son desastrosos, con una temperatura corporal de alrededor de 33°C, sólo cuatro grados por debajo de lo normal, los latidos del corazón comienzan a agitarse. A 25°C, hay riesgo de que se detenga por completo, e incluso si usted sobrevive a la hipotermia, calentándose otra vez, puede causar graves daños a los riñones.

Sin embargo, hay ciertas especies de animales que pueden soportar muchos mayores ataques de frío. La ardilla de tierra ártica normalmente mantiene una temperatura corporal similar a la nuestra, pero durante la hibernación, puede sobrevivir a una temperatura interna por debajo de -3°C, maneja cuidadosamente sus fluidos corporales súper fríos para que no se congelen sólidos y los hámsters de Lovelock podían sobrevivir a hipotermias profundas que nos matarían. Es de gran interés para cualquier persona saber cómo sobreviven los animales a estos estados, con la esperanza de descubrir los secretos de la animación suspendida para humanos.

«¿Cuando murió su compañero?», pregunta el profesor Rob Henning con una sonrisa, citando un manual que recibió del ejército como uno de los últimos documentos de los reclutas de los Países Bajos. «Uno: ¿Está podrido? Dos: ¿Está su cabeza a más de veinte centímetros de su cuerpo?». Al igual que Lovelock, Henning llevó a cabo experimentos con animales que hibernan, esto le dio una visión flexible de lo que constituye estar vivo.

Desde el piso superior del Departamento de Farmacia Clínica y Farmacología de la Universidad del Centro Médico de Groninga (UMCG), una gran ventana mira hacia abajo sobre la extensión de una ciudad medieval, en un paisaje completamente llano. Más abajo se ve un hospital bullicioso, eje de la cirugía de trasplantes de la región. Es también el lugar donde Henning y su equipo están descubriendo los secretos de la hibernación.

«Lo que estamos haciendo aquí es biomimetismo. Usando estas grandes adaptaciones en la naturaleza para tomarlos en beneficio de la medicina», dice Henning.

Muchos animales como insectos, anfibios, mamíferos, aves y peces, pueden ralentizar su metabolismo para entrar en un estado de bajo consumo de energía. En períodos cortos, esta condición, que se caracteriza por la disminución de la temperatura corporal y la inactividad, se conoce como letargo. Al encadenar muchas de estas breves sesiones de letargo, los animales pueden entrar en el largo periodo de latencia que llamamos hibernación. Con esta técnica, los animales pequeños como ratones, hámsters y murciélagos, pueden sobrevivir a las hambrunas del frío invierno, agrupados, conservando la energía. The sleeping snail

Con formación de anestesista, Henning se convirtió en «aficionado» a la hibernación en la década de 1990, pero las cosas despegaron en serio cuando se formó su grupo de investigación, hace alrededor de seis años. «Si lo piensa, la hibernación, tiene muchas aplicaciones. Las más obvias son en todo tipo de cirugías mayores», explica. La pérdida de sangre es la principal causa de muerte durante las cirugías, pero en un estado hipotérmico, los hibernadores pueden sobrevivir a lesiones mucho peores de las que se puede sobrevivir a temperaturas corporales normales. Esto es en parte porque los tejidos están protegidos por rangos metabólicos bajos, y en parte porque el corazón está bombeando sangre a solo una fracción de la velocidad normal.

Sin embargo, la resistencia al frío y a la pérdida de sangre, no es la suma total de la increíble resistencia de los hibernadores. A pesar de que se asemeja mucho a dormir hasta tarde, la hibernación no es una simple cuestión de dormir en el frío. Es una maratón agotadora de hipotermia, hambre y susceptibilidad a enfermedades. Para soportar estos sufrimientos, los animales que la practican desarrollan una serie de adaptaciones para proteger la mente y el cuerpo.

Antes de una larga hibernación, los animales comen mucho hasta la obesidad, esencialmente convirtiéndose en diabéticos tipo 2. A diferencia de los seres humanos, esto no resulta en el engrosamiento de las paredes arteriales que conduce a la enfermedad cardíaca. Algunas especies dejan de comer dos o tres semanas antes de la hibernación, súbitamente resisten la angustia del hambre, incluso manteniendo su nivel normal de actividad.

Mientras que un ser humano sólo puede estar en cama durante una semana antes de que sus músculos comiencen a atrofiarse y formar coágulos de sangre, los hibernadores soportan meses sin moverse. Durante la hibernación, el microbioma  (comunidad de bacterias dentro del tracto digestivo de los animales) es maltratado por el frío y la falta de alimentos. Los pulmones de los hibernadores se cubren con una espesa capa de moco y colágeno, como la que se observa en las personas con asma, y sus cerebros muestran cambios semejantes a los de las primeras etapas de Alzheimer. Algunas especies pierden la memoria durante la hibernación. Lo más sorprendente de todo, es que algunos muestran síntomas de privación del sueño cuando finalmente despiertan. Sin embargo, los hibernadores son capaces de contrarrestar todos estos problemas al recuperarse en la primavera, a menudo sin ningún efecto negativo a largo plazo.

El UMCG es un complejo de edificios de medio kilómetro, tan fuertemente apiñados que es posible caminar desde el gran vestíbulo de un colgador de bicicletas a otro, sin salir. Uno de estos edificios es el laboratorio animal.

En una pequeña habitación alejada del pasillo principal, el estudiante de doctorado Henning Edwin de Vrij y su colega, tienden a una rata fijada boca abajo en una cama de hielo. Una maraña de tubos y alambres finos rodean al animal para administrarle líquidos que preserven la vida y acarreen los datos más preciados. Un carrete de papel avanza poco a poco desde una máquina mostrando que desde 300 latidos por minuto, la frecuencia cardíaca de la rata se ha reducido a sólo 60.

Los números rojos que brillan intensamente, muestran que la temperatura interna de la rata ha caído de 20°C a 15°C. Con sonido como de metrónomo, un ventilador suministra respiraciones constantes al roedor anestesiado. Como no es hibernador, al igual que nosotros, la rata no puede sobrevivir a la hipotermia profunda y sin asistencia médica. «Si se enfría, los impulsos nerviosos serán más lentos, y los músculos tendrán más dificultades en el frío, por lo que es absolutamente fisiológico que tiene una respiración más difícil», explica Vrij. Este no es el caso para los verdaderos hibernadores, o algunos otros mamíferos no hibernadores. «De alguna manera, los hámsters pueden mantener la respiración adecuada, nosotros no tenemos que ventilarlos», dice.

Además de inducir la hibernación en hámsters, un proceso que lleva semanas de ajuste gradual en salas con clima controlado para imitar el invierno, el equipo UMCG también induce estados de hipotermia forzada, como el de nuestra rata, enfriando rápidamente a los animales hasta que caigan en un estado de suspensión metabólica.

Hoy en día, Vrij está buscando las plaquetas, que son esenciales en la coagulación de la sangre para prevenir hemorragias. Los animales que hibernan pueden evitar la formación de coágulos de la sangre a pesar de su falta de actividad, una habilidad que se debe en parte a un cambio curioso en el cuerpo hipotérmico: cuando se enfrían, las plaquetas desaparecen de la sangre. Nadie sabe a ciencia cierta a dónde van, pero su reaparición inmediata cuando se recalienta, ha convencido a Vrij de que se conservan en alguna parte del cuerpo, en vez de ser absorbida y luego se re-sintetiza. Sorprendentemente, este cambio también ocurre incluso en los no hibernadores, incluyendo ratas, y en ocasiones, en víctimas humanas de la hipotermia.

Los rasgos comunes de los diferentes hibernadores significan que es probable que estas especies lo hayan heredado de antepasados ​​comunes, fragmentos de mecanismos de protección contra el frío, la inactividad, el hambre y la asfixia, o que los hayan desarrollado en un síndrome de baja metabólica completa. Hay indicios incluso de que los seres humanos pueden, en cierta medida, retener algunas de estas habilidades. Durante mucho tiempo, no había pruebas de que los primates podían hibernar, pero en 2004, una especie de lémur de Madagascar demostró que podía practicar sesiones regulares de letargo. «Si nos fijamos en el lémur y nos miramos a nosotros, compartimos alrededor del 98 por ciento de los genes. Sería muy extraño, si las herramientas de hibernación fueran empaquetadas en esa diferencia del 2 por ciento», dice Henning.

A medida que su temperatura corporal baja, los hibernadores también eliminan los linfocitos o glóbulos blancos de la sangre y los almacenan en los ganglios linfáticos, pero 90 minutos después de despertarse, éstos vuelven a aparecer. Este amortiguamiento del sistema inmune impide la inflamación general del cuerpo durante el recalentamiento, que es la responsable de que los humanos y otros no-hibernadores sufran daño renal. Sin embargo, es una estrategia arriesgada hacer salir de la hibernación a los animales incapaces de montar una defensa inmune. El hongo responsable del síndrome de la nariz blanca, realmente ha acabado con las colonias de murciélagos en EE.UU., pues se aprovecha de esta vulnerabilidad, infectando a los murciélagos mientras están en estado de hibernación. En respuesta, los murciélagos con frecuencia salen de la hibernación y se recalientan para combatir el patógeno, pero el coste en alta energía de estas interrupciones, es finalmente la muerte.

Saber cómo los hibernadores controlan estos cambios en su sangre, podría traer beneficios inmediatos y de largo alcance para nosotros. Además de mejorar nuestra capacidad de sobrevivir a la hipotermia y estados fríos de animación suspendida, despojando a la sangre de los glóbulos blancos, podría prevenir la septicemia causada por las máquinas de corazón-pulmón, en las cuales la activación de las células sanguíneas, a medida que pasan a través del equipo de soporte de vida, desencadenan una reacción inmunológica en todo el cuerpo.

Los órganos para trasplante, a menudo refrigerados, también se beneficiarían de una mejor protección a través del frío, además podríamos aumentar la vida útil de nuestros bancos de sangre pues aún no hemos descubierto la manera de almacenar plaquetas donadas a bajas temperaturas, por lo que las donaciones de sangre sólo se pueden mantener una semana antes de ser utilizadas o desechadas debido al riesgo de infección bacteriana.

El equipo UMCG por accidente dio un gran salto hacia la consecución de estos objetivos, después de que una estudiante dejara un cultivo de células de hámster en una nevera a 5ºC. Después de una semana, las células de hámster todavía estaban vivas, y con olor a huevos podridos. La estudiante vertió el líquido que rodeaba a las células en un lote separado de las células de la rata, sospechando que las células malolientes podrían haber secretado algún tipo de agente protector, las colocó en el mismo frigorífico y esperó. Normalmente, la refrigeración mataría rápidamente las células de rata, pero después de dos días todavía estaban vivas.

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El equipo está investigando varios compuestos que podrían ser responsables de esta criopreservación. Uno es una enzima conocida como cistationina beta sintasa (CBS), que estimula la producción de sulfuro de hidrógeno, la molécula que da el olor característico a huevos podridos. Si los hámsters son inyectados con una sustancia química que inhibe la CBS, ya no podrán entrar en letargo, y los que se vieron obligados a estados de hipotermia, sufren el tipo de daño renal esperado en los no-hibernadores como nosotros.

Muchos de los más de cien compuestos investigados por el equipo de Henning, no tienen ningún efecto, pero algunos sí, confiriendo protección al frío a largo plazo a las células de la muestra. El equipo ya patentó uno de estos compuestos, el Rokepie, como un aditivo. Este permite a las células que normalmente deben mantenerse a 37°C, tales como las de los seres humanos o los ratones, almacenarse en el refrigerador, en espera de más experimentos, durante fines de semana y períodos de mucho trabajo o para transportarlos.

Las principales moléculas de criopreservación extraídas de animales que hibernan, son increíblemente potentes, y parece que trabajan provocando cambios en las propias células, ya sean de animales que hibernan o no. Si es así, esto ofrecería más evidencia de que todavía poseemos algunas herramientas que podrían ayudar a soportar la hipotermia y estados metabólicos bajos.

Por ahora, la aplicación sobre los humanos de las lecciones aprendidas de la mayoría de los hibernadores, no es de competencia del grupo de Henning. La carrera espacial es larga, y la NASA no está concediendo importantes subsidios para el desarrollo de la animación suspendida. Sin embargo, el Ejército de EE.UU. sí.

«Si observamos cualquier lugar cercano a un área lesionada, las cosas son bastante caóticas», dice el profesor Sam Tisherman. «Es un caos controlado, pero el caos proviene principalmente del hecho de que nunca sabemos lo que está pasando con el paciente».

En las frenéticas salas de emergencias de los hospitales, a menudo no es posible para los médicos identificar el problema, solucionarlo y mantener al paciente con vida, todo al mismo tiempo. Por ejemplo los pacientes que sufren pérdida de sangre no controlada, pueden entrar en paro cardíaco. Cuando esto sucede, los cirujanos deben luchar día y noche para detener la hemorragia, antes de que puedan comenzar los esfuerzos de reanimación. «Algunos entran en tropel y están básicamente moribundos», dice Tisherman. «Estamos rápidamente tratando de resucitarlos, averiguando lo que está mal en ellos, y reparando las lesiones, todo al mismo tiempo. «Esta es la base fundamental de la medicina del trauma: siempre estar contra el reloj”.

Tisherman quiere darle un poco más de tiempo a los médicos. Él cree que mediante la inducción a la hipotermia se puede extender la «hora de oro«, en la que los cirujanos luchan para salvar la vida de los pacientes con lesiones críticas. Para ello, está empujando la resistencia humana a la hipotermia, mucho más allá de sus límites normales.

Después de graduarse de MIT en 1981, Tisherman construyó una carrera en medicina de cuidados críticos. Ganó un premio por sus logros en Ciencia de Resucitación de Traumas de la Asociación Americana de Corazón en 2009, y ahora es director asociado del Centro de Investigaciones en Resucitación Safar de Pittsburgh (CPR), el cual fue fundado por Peter Safar, médico austriaco que popularizó el “beso de vida”, y condujo a la creación de la muñeca Anne Resucitación, utilizada en la enseñanza. En Pittsburgh, Safar creó el primer programa de formación de cuidados intensivos del mundo. Su objetivo permanente es el de «salvar los corazones y cerebros de los que son demasiado jóvenes para morir».

El procedimiento del que Tisherman es pionero se llama emergencias de preservación y reanimación. Su trabajo es apoyado por el Centro de Investigación de Tecnología Avanzada y Telemedicina del Ejército de EE.UU., quien financia la investigación de temas representativos como prótesis y robots avanzados, para sacar a los soldados heridos fuera del campo de batalla.

Algunos de sus cirujanos ya están familiarizados con las técnicas de hipotermia, después de haber refrigerado de forma rutinaria a pacientes menores de 30 y mayores de 20 años. Para los procedimientos que requieren un flujo sanguíneo de cero, los cirujanos cardiacos incluso enfrían a los pacientes alrededor de los 15°C, punto en el cual el corazón se detiene.

Tisherman está planeando enfriar pacientes hasta este punto, y tal vez incluso más, congelándolos a tal grado que todo el cuerpo entre en una especie de animación suspendida. Durante este tiempo, no habrá ningún latido del corazón, ni respiración, ni actividad cerebral perceptible. De hecho, tampoco van a tener nada de sangre, ella se drenará y reemplazará con una solución salina helada, que es la única manera de enfriar un humano lo suficientemente rápido como para evitar que se dañen los tejidos, en su lucha por permanecer en funcionamiento. Tisherman llama a este estado «preservación hipotérmica».

El procedimiento ya se demostró con éxito en el laboratorio, reviviendo perros que habían permanecido suspendidos en estados fríos, hasta por tres horas. Los ensayos se están desplazando a un contexto clínico. Incluso cirujanos, anestesistas y perfusionistas en el Hospital General de Massachusetts, han recibido formación para la cirugía pionera. Pero nadie sabe cuándo un paciente adecuado llegará a las puertas. Este es, de hecho, uno de los problemas que enfrentan: por la naturaleza del trauma, los pacientes no pueden dar su consentimiento para el procedimiento. Debido a esto, el grupo de Tisherman participa en una amplia conferencia a la comunidad, para permitir a los ciudadanos de la zona saber que este programa se está llevando a cabo. El estudio tuvo que ser firmado personalmente por el Secretario del Ejército, el funcionario civil de más alto rango en la organización.

Aparte de eso, encuentran más obstáculos. En medio de la frenética actividad de la sala de emergencias, Tisherman debe asegurarse de que un equipo de cirujanos de trauma pueda trabajar en conjunto con los cirujanos cardiacos y perfusionistas equipados con bombas y bolsas de solución salina refrigerada, un nivel adicional de complicación en un ambiente ya caótico.

Y aunque el enfriamiento afecta a todos los tejidos por igual, no están libres de efectos secundarios. Los factores de la sangre responsables de la coagulación, también son inhibidos por el frío, esto crea problemas para controlar la hemorragia durante la fase de recalentamiento. Los cirujanos también se verán afectados por el frío, ya que durante el procedimiento se enfría tanto el paciente como la habitación en sí, sin embargo, el frío es sólo una herramienta; el objetivo final es la suspensión metabólica.The hibernation switch

En el futuro, las emergencias de preservación y reanimación podrían extenderse a personas que sufren ataques cardiacos o exposición a sustancias tóxicas, o cualquier situación de cuidados intensivos, donde el tiempo apremia. «La refrigeración es la forma más poderosa que tenemos de suprimir el metabolismo», dice Tisherman. «Si pudiéramos disminuir la necesidad de oxígeno de los tejidos o mejorar su suministro, entonces todo estaría bien».

Aunque en el laboratorio los animales pudieron recuperarse de tres horas de estado suspendido, los primeros pacientes humanos que lo experimentarán sólo se someterán a una tercera parte de eso. «Una hora debería ser suficiente para reparar el sangrado», dice Tisherman. «El período de enfriamiento no necesariamente tiene que cubrir todo el tiempo de la cirugía». Para aquellos que quieran viajar a las estrellas lejanas, más allá de una hora está, por desgracia, fuera de discusión por ahora. «No estamos tratando de congelar muertos», ríe Tisherman, «sólo ganar tiempo suficiente para salvar a los vivos».