Miguel Ángel Martínez Iradier
Durante un tiempo pareció que la teoría de la información y la complejidad, aliada con la genética, nos iban a dar una descripción comprehensiva de la vida y sus procesos característicos tales como el envejecimiento. Han pasado los años y hemos aprendido que el hombre tiene menos genes que una banana o algunos peces y monos, mientras las definiciones de la entropía, otro nombre para la información, se han multiplicado casi tanto como sus aplicaciones, haciendo el término cada vez más confuso y menos universal. Las ciencias de la complejidad han crecido al amparo de la explosión informativa, pero no han aportado mucha claridad, y desde luego no nos han hecho más sabios. En este breve artículo no pretendemos hacer una revisión crítica de un campo tan vasto; más bien al contrario, quisiéramos apuntar al interés y pertinencia para la vida de categorías mucho más simples, básicas, físicas.
Hace ya años que empieza a extenderse el escepticismo sobre las teorías de la complejidad, y tras décadas de ebriedad especulativa, la resaca era previsible aunque el ímpetu del paradigma computacional no remita. Un astrofísico como Eric Chaisson ha mostrado que una medida tan simple y elementalmente física como la densidad de flujo de energía es harto más fiable y expresiva para la métrica de la complejidad que cualquiera de las definiciones de entropía, mucho más abstractas, que proliferan. Eso ya nos dice algo, incluso si esa medida más simple pudiera no llevarnos muy lejos.
Puesto que hasta ahora se ha sacado tan poco en limpio para la vida usando toda la potencia de nuestro arsenal de teorías de la complejidad, creemos que es oportuno mirar en la dirección contraria en busca de conceptos simples y robustos a los que no se haya prestado atención —aun a riesgo, como no, de resultar demasiado simplistas. En cualquier caso, creemos que es es más fácil ver lo que falta en algo demasiado simple, que lo que sobra en lo demasiado complejo.
Después de todo, ¿Tiene la medicina moderna, con todo su despliegue tecnológico, siquiera una definición aceptable de la vitalidad o la salud? En absoluto; se nos dirá como mucho que es un estado óptimo de funcionamiento del cuerpo, que no excluye ciertos componentes subjetivos —o algo parecido. Meras palabras y obviedades que no añaden ni una pizca de conocimiento a lo que cualquiera de nosotros sabemos sin habernos detenido a pensarlo.
Compárese con la definición, de principios del siglo XX, debida al "vitalista" Ehret: la vitalidad es potencia menos la obstrucción (V = P—O), en realidad la única mecánica y funcional que se ha dado hasta ahora, y también la más veraz y simple posible. No es este el lugar para valorar las ideas dietéticas del naturista alemán ni su viabilidad en el mundo moderno, pero no está de más recordar que tanto esas ideas, como su definición de la vitalidad, son las que hubiera suscrito un taoísta dos mil años atrás.
Lo que realmente nos interesa es que esta definición, además de estar llena de sentido en lo cualitativo y subjetivo, admite una traducción física inmediata. Y es que, curiosamente, después de que la física y la mecánica han servido para modelar al resto de las ciencias experimentales, como la química, la anatomía y la fisiología, por la mera lógica de la especialización hemos llegado a dar por hecho que, a nivel básico, ya no pueden tener nada más que decir. Y eso depende de cómo entendamos la física y la mecánica.
Tomemos por ejemplo la teoría electromagnética de Maxwell. Se supone que esta tiene bien poco que decir sobre el cuerpo humano y la fisiología, salvo, de forma muy mediada, por los potenciales electroquímicos, que consideramos sobre todo parte de la bioquímica. Pero resulta que la teoría original de Maxwell es un híbrido de mecánica e hidrodinámica basada de forma innegable en las ideas de flujo y circulación. Es una teoría de corrientes cerradas y de tubos de flujo totalmente fenomenológica, macroscópica, construida desde fuera hacia dentro, definida por ecuaciones integrales y no por ecuaciones diferenciales ni vectores. Es decir, en su forma original estas ecuaciones, que se consideran uno de los ejes más profundos de la física teórica, aun siendo estrictamente mecánicas y tautológicas son más "holísticas" que un buen número de concepciones de la medicina que se toman por tales.
No sólo eso, sino que, si hacemos la debida lectura constitutiva de esas ecuaciones, llegamos, como Nicolae Mazilu, a la conclusión de que el campo eléctrico clásico es la forma de las tensiones que no están acompañadas por deformaciones, mientras que la forma de las deformaciones que no están acompañadas por tensiones es aquella que caracteriza un campo magnético clásico. Y esta definición es igualmente válida para materiales, biomecánica, o incluso nuestra autopercepción, subjetiva igual que objetiva, en términos tensión y de presión.
Es decir, todo esto tiene aspectos globales que trascienden con mucho nuestra idea de la electricidad como movimiento de cargas. Las ecuaciones de Maxwell tienen una parte definida por una métrica privativa de la fuerza electromagnética, y otra parte, mucho más universal, que puede aplicarse a la hidrodinámica, termodinámica, sismología, etcétera.
En la fórmula de Ehret, el poder o potencia es a menudo sinónimo de presión. Frente a la presión, sólidos y líquidos se comportan de forma parecida; frente a la tensión tangencial, se dice que "el sólido se deforma, y el líquido fluye". Esto ya nos da la idea general de cómo pasar de tensiones a corrientes; y así, a través de la hidrodinámica, encontramos otra forma completamente natural de aproximar la estructura fundamental del electromagnetismo como teoría del continuo y la elasticidad a la biología.
Sabido es que una de las constantes vitales más vigiladas en la medicina moderna es la presión arterial, que cuando está alta, solemos llamar hipertensión; la presión la ejerce la sangre, la tensión afecta a la superficie del vaso. En realidad con el aumento de la velocidad de flujo en un vaso disminuye la presión sobre sus paredes, y en términos generales es el estancamiento de la sangre lo que aumenta la presión y la tensión a que están sometidos los vasos.
Está claro que si sólo queremos saber sobre los índices de tensión, nos basta con el principio general de la hidrodinámica de Bernouilli o la ecuación de Laplace, que nos conectan con la teoría del potencial. El principio de Bernouilli puede derivarse directamente de la Segunda Ley y nos dice que la suma de la energía cinética, potencial e interna (presión) permanecen constantes; la ecuación de Laplace nos da una distribución de líneas de flujo en una corriente y nos lleva a la ecuación de Poisson y a la segunda de Maxwell.
La misma hemodinámica del sistema cardiovascular encuentra una buena aproximación, empleada a menudo por los estudiosos, en la ley de Ohm (la presión es igual al producto de flujo y resistencia, o también, en términos de electrodinámica, la diferencia de potencial es igual al producto de intensidad y resistencia); esta ley eléctrica se corresponde naturalmente con la ecuación de Poiseuille de flujo laminar que suele aplicarse para el caso. Aunque la ley de Ohm se considera empírica se ha seguido verificando con precisión hasta las inmediaciones del nivel atómico.
La ecuación de Poiseuille da por su parte la caída de presión del flujo laminar en la sección transversal del vaso; esto a su vez origina una función de Bessel de primer orden, los modos de vibración de la sección transversal. Antiguos manuales de pulsología intentaban dibujar este "aspecto" de la forma del pulso, que, evidentemente, poco tiene que ver con el perfil de su onda en el tiempo.
La presencia de estas fórmulas bien contrastadas sugiere fuertemente que en la mera señal del pulso hay bastante más información útil de la que ahora sabemos utilizar -información con un significado físico directo e indudable. Hasta hace poco no se ha podido monitorizar fielmente la señal del pulso sin el uso de catéteres, pero ahora la tonometría de aplanación hace esto posible de forma no invasiva y fácil.
Medidas aparte, si lo que define nuestra idea de salud es el flujo y la circulación, el elemento estructural que los acota es el tubo, exactamente como en los planteamientos de Faraday y Maxwell; y la formas diferenciales exteriores desarrolladas por Cartan son la forma más natural, elegante y compacta de considerar sus contornos y cambios globales, geométricos y topológicos.
Cilindros o tubos de flujo se presentan en el organismo en un rango de niveles mucho más amplio que la célula, actualmente considerada la unidad biológica fundamental. Tenemos tubos y canales a nivel de las macromoléculas, a nivel intracelular, a nivel multicelular en conductos y vasos sanguíneos, en los órganos, y finalmente, en la topología más elemental del cuerpo humano como tubo digestivo que el material externo atraviesa. Por abajo y por arriba, los tubos o canales son una estructura mucho más general para la vida que las células. Decir que la vida es funcionalmente una cuestión de flujo tubular es pertinente y ajustado a la realidad, aunque aún no se haya considerado con la estrategia integral adecuada.
Y en cuanto al nivel molecular, que hasta hace poco se consideraba como el bastión irreductible de la información unívoca —recuérdese el llamado "dogma central de la biología molecular"- ahora ya sabemos que los genes tienen expresiones múltiples y que las enzimas son capaces de realizar funciones muy diversas en función del entorno. ¿Qué se ha hecho del reduccionismo? Y sin embargo vemos que la física, supuestamente la más reduccionista de las ciencias, permite naturalmente una visión más global. Y además la versión clásica, macroscópica, del electromagnetismo ya contiene una rica estructura estadística, con aspectos conservativos y disipativos.
El actual conocimiento clínico sobre la hipertensión, basado sobre todo en la bioquímica, ignora cosas tan básicas a nivel mecánico como el papel de la respiración, y la respiración ya es una función circulatoria de primer orden, aun si sólo consideramos el intercambio gaseoso que genera. Ahora que tanto se habla de medicina evolutiva, cabe preguntarse de qué órgano querría depender antes la naturaleza para algo tan crítico como la circulación, si de uno con un volumen dado, o de otro con cuatro veces su volumen y por consiguiente mucha más capacidad de adaptación. Y no deberíamos estar pensando sólo en los pulmones y la bomba torácica, también en el diafragma y la llamada bomba abdominal.
Desde un punto de vista de conjunto el corazón es más una válvula de control que una bomba para impulsar toda la sangre; hace mucho que tendríamos que haber dejado esta última idea como lo que es… otra representación primitiva. Ya el mero hecho de que el diafragma requiera más sangre que el corazón tendría que decirnos algo. La primera y más importante medida para reducir la hipertensión tendría que ser utilizar la mitad de la capacidad de nuestro diafragma, en vez de la cuarta o quinta parte como es habitual. La hipertensión obedece al estancamiento de la sangre venosa que no logra vaciarse, y que satura la circulación capilar; y estando ésta llena tiene que rebosar elevando la presión arterial. El razonamiento no puede ser más mecánico ni la evidencia empírica más abrumadora, y sin embargo, en el 2018, ambos siguen siendo sistemáticamente ignorados.
En la fórmula (V = P—O) P representa la energía y O representa la materia. Los sistemas conservativos se rigen por variaciones mínimas de energía; los sistemas biológicos, disipativos y alejados del equilibrio, pero tendentes a su propia homeostasis interna, procuran minimizar el uso de la materia por razones de escasez obvias. Más energía suele llevar a más incorporación y más eliminación de materia; si predomina lo primero, se tiende a la plétora, si lo segundo, a la consunción. Lo primero también tiende a una plenitud uniforme, aunque también al entorpecimiento gradual; lo segundo, tiende a la contracción, la diferenciación y el arrugamiento, también a la fragilización. Pero ambas son formas de creciente restricción. Son pautas muy genéricas de evolución en el tiempo que todos podemos observar en nuestros semejantes y en nosotros mismos, y, tan simples como son, contienen indicaciones muy importantes.
Naturalmente, la combinación de estos aspectos de energía y materia recibe el nombre de metabolismo, que es el balance de reacciones catabólicas y anabólicas, liberadoras de energía y formadoras de materia.
Diríase que las reacciones anabólicas buscan el máximo de materia con el mínimo de energía, y las reacciones catabólicas, el máximo de energía con el mínimo de materia; y en este sentido, ambas partes mezclan aspectos conservativos y disipativos. Dicho de otro modo, no sólo son antagónicas, sino que también se contradicen hasta cierto punto a sí mismas. Cuando dos estados no pueden satisfacerse simultáneamente, se origina alternancia o circulación.
Es bien sabido que la biestabilidad es un atributo fundamental del funcionamiento celular a muchos niveles, y su deterioro incide en la pérdida de la homeostasis celular asociada a procesos degenerativos o el cáncer; también es sabido que depende de circuitos complejos de realimentación con barreras reguladoras ultrasensibles.
Un sistema biestable o de doble fase prototípico aunque mucho menos atendido, y cuya importancia todavía se desconoce, es el ciclo nasal, que se alterna entre las dos fosas con una duración promedio de unas dos horas y media o tres horas. Hasta ahora, se tienen indicios de que esta alternancia y la ratio de flujo podría tener considerable influencia en la actividad metabólica y las funciones aferentes y eferentes del sistema nervioso y el cerebro, pero se sigue sin tener una comprensión global del fenómeno. ¿Por qué hay aquí alternancia, por qué hay circulación? En este caso, como en todos los demás, hay que preguntarse qué dos condiciones no pueden satisfacerse simultáneamente y demandan un periodo semejante.
Parece que se ha estudiado más la periodicidad de este ciclo nasal que su ratio de flujo, que tanto cuantitativa como cualitativamente tendría que ser relevante. Es muy dudoso que esta biestabilidad respiratoria sea un mero efecto acumulado de la suma de ciclos celulares locales, pues de hecho es muy fácil de modificar voluntariamente o cambiando de posición al estar acostado. Aun ignorando la profundidad de su efecto regulador, su carácter global resulta bastante evidente.
Es prioritario entonces proceder de lo global a lo local, no al revés; del mismo modo, por lo demás, que en el enfoque original del electromagnetismo. Dos caminos de exploración vienen a la cabeza. El primero es el biofeedback, puesto que, siendo una función que puede modificarse a voluntad, nos permite seguir su incidencia más inmediata en otras funciones fisiológicas, celulares y bioquímicas. El biofeedback permite plantear situaciones experimentales que habitualmente están fuera de control, y es relativamente fácil alcanzar situaciones de equilibrio en las que la función respiratoria no cae en ninguno de los dos valles y permanece situada en la misma barrera divisoria.
El segundo camino es la construcción de sistemas electromagnéticos biestables con un componente disipativo importante, por ejemplo, con metamateriales. Aquí lo que se trata es de buscar, por ingeniería inversa, sistemas que generen una respuesta análoga y lo más cercana posible. Esto es bastante menos absurdo de lo que parece, si partimos de la idea de que el componente "electromagnético", en el sentido más universal ya comentado, de los sistemas vivos es constitutivo y no accidental; y por otro lado, y complementado al acercamiento anterior, esto permite una cierta aproximación desde abajo hacia arriba, puesto que los metamateriales son "agregados celulares" construidos con unidades de base, como por ejemplo los resonadores de anillo partido.
La modulación de la fase permite aquí alterar propiedades macroscópicas de las ecuaciones como la permitividad y permisividad, obteniéndose así índices negativos que parecen violar leyes elementales y hacen posibles propiedades exóticas como el ocultamiento óptico, etcétera.
A pesar de lo que pueda parecer, estos dos acercamientos son altamente complementarios porque van de arriba a abajo y de abajo a arriba, y por que el adelgazamiento de la barrera potencial por autorrealimentación también permite entrar en el dominio de la modulación de fase y la consecución de índices negativos. Y porque, no hay que olvidarlo, las sobredeterminadas ecuaciones de Maxwell emergen de un fondo indeterminado.
Del mismo modo un sistema metaestable o biestable es una pequeña isla de estabilidad en un mar de materia y energía que siempre permanece indeterminado pero que se actualiza en las interacciones: las mismas materia y energía que lo hacen posible lo limitan. Esto tan obvio tiene muchos aspectos poco obvios.
La barrera de potencial de un sistema biestable debería definir con una fidelidad más que razonable sus limitaciones metabólicas en el uso de la materia y la energía —y lo reversible e irreversible de sus restricciones. Esto nos daría una idea cabal del proceso de envejecimiento, algo de lo que todavía carecemos.
El envejecimiento como restricción creciente
En este artículo asumimos que el envejecimiento es un proceso global y macroscópico antes que microscópico, y que los aspectos microscópicos son siempre rehenes de un medio interno, que en condiciones normales obedece al balance global, y no al contrario. En cualquier caso, marcadores microscópicos ya tenemos a miríadas, pero no una visión general que ahonde en lo que ya vemos.
Acostumbramos a ver el aumento de complejidad como un enriquecimiento de las posibilidades del sistema, pero este aumento de complejidad conduce de forma inexorable a una mayor restricción. Esta claro que la vejez es compleja, pero no en el sentido de mayores posibilidades, sino más bien al contrario: es cada vez más complicada, más difícil, también más característica. Lo que antes pudieron ser disposiciones se han convertido ahora en estructuras que limitan cada vez más el libre flujo de la energía. Como puro proceso de diferenciación, se trata de un proceso altamente personal, o individual —no hay ni puede haber nada más individualizado que esto.
Simplificando al máximo, el envejecimiento es un falta creciente de eliminación de lo obstructivo, que se acumula en forma de estructuras materiales más o menos características. Dicho de otra forma, es el crecimiento acumulativo de la obstrucción. Aunque, ni que decir tiene, un organismo puede eliminar demasiado sin eliminar todo lo que obstruye. La naturaleza en plenitud sabe muy bien qué eliminar y cómo; es a la naturaleza impedida a la que hay que ayudar, por medios que pueden ser menores, o mayores en casos como la cirugía.
Esto es lo realmente importante, y lo demás son corolarios. Lo obstructivo es siempre lo superfluo, luego no puede ser característico sino en el sentido más externo o limitativo. Es lo menos individual si entendemos al individuo como singularidad infinita, y es lo más individual que cabe si entendemos al individuo como mera limitación, como lo limitado por excelencia.
Materia y energía son las dos caras del metabolismo; a esto podría añadirse que la materia puede ser soporte de información, pero no puede transmitirla, mientras que la energía puede transmitir información, pero no puede retenerla. La autoorganización que atribuimos a los organismos vivos es su capacidad para darse forma a sí mismos, para producir o alterar su estructura a partir de la información obtenida de la misma energía disipada (Margalef, Barragán).
Así volvemos al trinomio materia-energía-forma del fundador de la biología, que no es otro que Aristóteles; sólo que la forma se ha convertido ahora en una categoría cuantitativa de carácter estadístico.
La descripción microscópica del metabolismo, su bioquímica y las reacciones y ciclos que dibuja a nivel celular, es una ciencia que aunque siempre incompleta está extraordinariamente desarrollada y no tiene grandes problemas para definir su modelo. Pero a todas esas piezas del rompecabezas les sigue faltando el modelo para armar, la perspectiva macroscópica, sin la cual toda esa información de carácter estadístico nunca alcanzará el rango directamente apreciable y de orden superior de la Forma con mayúsculas.
Puesto que se puede seguir en orden ascendente las tasas metabólicas desde las reacciones de reducción-oxidación y las tasas respiratorias celulares hasta el perfil global del sistema respiratorio como sistema biestable por la barrera de potencial nasal, esta es la forma y el eje de simetría que buscamos. Es incluso algo más: es el espacio y la métrica que define en cada momento el valor relativo de los parámetros del sistema. Nuestra apelación al electromagnetismo en su aspecto más universal no era vana, como no lo era nuestra apelación a la ingeniería inversa con estructuras metamateriales.
De hecho desde la perspectiva constitutiva del continuo que encuentra su límite en el campo, y en el que no hay espacio sin materia ni materia sin espacio, igual que no hay rigidez sin materia, tampoco hay deformación —cambios de forma- sin energía.
Entonces podemos considerar eso que llamamos "forma" a un nivel constitutivo, como un balance entre la rigidez y la elasticidad. Esto es aplicable incluso a la mecánica molecular, y ya se sabe que la elasticidad de una molécula rígida depende de la energía mientras que la de una molécula flexible depende de la entropía de su configuración (por otra parte, las fuerzas inelásticas producen calor y las elásticas tensión mecánicamente recuperable). Esta forma constitutiva es la forma como limitación, el aspecto más externo del perfil individual.
Luego estaría la "forma" más interna y menos limitada de la individualidad, que, en realidad, al carecer de límites en un sentido tangible, no puede ser forma en el sentido sensorial. Es, más propiamente hablando, el Espacio que los define.
Así, podríamos hablar de una forma más externa regida por el balance de materia y energía, tensión y deformación; otra forma más interna, que es la "métrica" surgida de su interpenetración y que no es propiamente una métrica sino más bien una fluctuante meseta; y una forma íntima, que está más allá de la distinción entre lo externo y lo interno. Este es el aspecto más universal, pero, desde fuera, tiene que ser la más indiferenciado de todos.
Un marco como éste nos ha permitido indicar mucho con muy pocas palabras. Ignoramos aquí por completo los detalles bioquímicos, aunque no tanto como para no apuntar que la presente teoría de la respiración celular y el metabolismo prescinde de forma característica del importante papel que con respecto a la energía química puede jugar la radiación y los correspondientes agentes fotoquímicos, y el margen sumamente variable que esto puede suponer.
Evolución temporal de sistemas complejos
El envejecimiento como restricción creciente nos presenta una cara de la evolución temporal que, aun a pesar de ser la más evidente de todas, continua siendo la menos atendida en nuestra moderna cultura. No creemos que esto sea casual, pues no son medios teóricos ni técnicos los que faltan. En cambio se habla constantemente del aumento de complejidad como un aumento de posibilidades, y, cómo no, de la evolución como selección natural, competencia y ventaja competitiva —palabras que no explican nada y sirven para todo.
No creo que esto tenga que ver con la ciencia y sí con discursos que se sitúan en la línea de menor resistencia a cuanto hay; es una narrativa horizontal que se estima conveniente para los "estados atómicos" del cuerpo social, léase individuos. La lógica vertical, mucho más concretamente estructurada, piensa sin embargo en los "ecológicos" términos del marketing —en la explotación de nichos y ecosistemas. Así, existe una narrativa horizontal intensamente publicitada para los muchos mientras hay una lógica vertical implacablemente administrada por los menos.
Le interese o no al poder, vivimos en sociedades cada vez más envejecidas y este aumento de edad no se reduce ni mucho menos al de la media de la población. En la era de los rendimientos decrecientes, esta circunstancia general invita a aplicar aún más exhaustivamente la lógica vertical de explotación. Igual que en mecánica e ingeniería, hay un método de flexibilidad y un método de rigidez, pero en la medida en que se osifican las estructuras, la rigidez va ganando la partida mientras se acerca al punto de ruptura.
Sin duda una buena parte de lo que vale para un organismo biológico como el ser humano tendría que valer también para la organización social, en la medida en que no dependa de elementos particulares. En ésta también hay una oposición entre la libre circulación y la obstrucción, pero el elemento arbitrario, impuesto desde arriba, puede tener más alcance y profundidad. Es el componente de autoorganización por realimentación, que en biología tiene un análogo en el feedback, y nos mete de lleno en la teoría del gobierno o control, que en su día se llamó cibernética.
No hay duda de que se puede afectar a la biología haciendo un seguimiento de sus índices de salida —como en el caso de la respiración y su biestabilidad tan poco aparente; pero por su puesto hay en todo momento límites a cuánto se puede intervenir, que dependen, como no, del perfil mismo de estabilidad del sistema, que a su vez puede tener un margen de evolución en el tiempo, en la medida en que el organismo se transforma. Entonces, el interés del perfil biestable más general es evidente de por sí y no necesita de mayor justificación. Los niveles inferiores ya constituyen la base de estabilidad con la que el nivel superior se confronta.
La barrera de potencial que separa los dos valles no es interna ni externa, participa de ambas perspectivas. Es Forma en un sentido superior al de las formas visibles, es Materia en un sentido inferior y más genérico al de la materia que podemos ver y concretar en cada caso. Solo en términos del continuo podemos entenderlo.
La cuestión a dilucidar es siempre muy concreta: cuánto hay de reversible y de irreversible en una evolución que tiende a la creciente restricción y a un desenlace abrupto mucho antes que a la uniformidad total de la muerte térmica. Todo esto, que es abordable de manera experimental y poco especulativa, tiene el más profundo interés teórico y práctico.
Referencias
Ramón Margalef, La ecología: entre la vida real y la física teórica
Eric Chaisson, Energy rate density as a Complexity Metric and Evolutionary Driver
Jorge Barragán, Sobre la termodinámica de los sistemas físicos biológicos
Nicolae Mazilu, Mechanical problem of Ether
Elliott, S, The Valsava wave. The changing landscape of Heart Rate Variability Biofeedback
I look for a translator to English, we can share steem 50/50