Físicos haciendo Medicina: John Tyndall

retrato de John Tyndall

John Tyndall (1820-1893)

Me resulta inevitable, al observar el desarrollo de las Ciencias Médicas, tener la impresión de que casi todo se debe a la labor de químicos, físicos, bioquímicos, ingenieros o cualquier otra rama de las ciencias, menos a los propios médicos, quienes nos limitamos a ser el último eslabón para la aplicación pragmática de la tecnología.

El ejemplo de hoy es John Tyndall, físico irlandés conocido por el efecto Tyndall, quien realizó varias aportaciones a la Medicina, algunas de uso cotidiano en cualquier quirófano actual.

Tyndall nació en 1820 y se formó en la Universidad de Marburgo, en Alemania. Regresó al Reino Unido en 1853 para trabajar en la Royal Institution a las órdenes del mismísimo Michael Faraday, a quien sucedió al frente de dicho centro. Falleció en 1893. Tuvo variados y dispares campos de investigación, comenzando por el magnetismo y la termodinámica, y acabando por el alpinismo y la filosofía agnóstica.

En busca del aire puro

Destacó Tyndall en el estudio de la radiación térmica. Quería indagar sobre la capacidad de absorción de calor por parte de sustancias gaseosas, para lo que necesitaba que las muestras de aire y otros gases estudiados estuvieran perfectamente limpios de partículas en suspensión que pudieran sesgar los resultados. Observó que podía detectar impurezas flotantes proyectando un rayo de luz a través del espacio ocupado por el gas, pues el trayecto del rayo era visible en presencia de partículas suspendidas, mientras que en gases limpios el espacio era ópticamente vacío.

Ello se debe a que la luz se dispersa al chocar contra las impurezas suspendidas. Eso es, en fin, el archiconocido efecto Tyndall que nos enseñan en el colegio y que produce esos chorros de luz que se filtran a través de una habitación con polvo, o entre las copas de los árboles de un bosque.

efecto Tyndall

Glorioso efecto de los rayos de luz filtrándose entre el ramaje, dibujados por el efecto Tyndall.

Pero Tyndall fue más allá y demostró que este efecto también ocurría en los líquidos. El agua pura o con algún soluto disuelto en forma de solución verdadera no dispersa la luz proyectada a su través; en cambio, si hay partículas suspendidas en el líquido sí se dibuja el trayecto luminoso.

efecto Tyndall en soluciones y coloides

El tubo de la izquierda contiene un líquido ópticamente vacío, por lo que no se ve el trayecto luminoso. El tubo de la derecha contiene un líquido coloidal que dispersa la luz y dibuja la trayectoria del láser.

Es decir, el efecto Tyndall es inherente a los sistemas coloidales (sean aerosoles, emulsiones, geles, espumas, etc.). Es una cosa muy fácil de reproducir en casa, basta con tomar un vaso de agua y disolver un poco de fécula o de leche, o si no un vaso con caldo, y después pasar la luz de una linterna o mejor de un puntero láser para ver el efecto.

En Medicina hay una rama donde el efecto Tyndall ha pasado a ser un signo clínico que se apunta en las historias: la oftalmología. El humor acuoso que llena la cámara anterior del ojo es un líquido perfectamente transparente. Cuando se explora un ojo en la lámpara de hendidura, la luz proyectada se refleja en la córnea y después en el iris y el cristalino, pero el espacio entre la córnea y el iris es ópticamente vacío por estar lleno de límpido humor acuoso.

efecto Tyndall en la cámara anterior

Efecto Tyndall en la cámara anterior de un ojo con uveítis. Se observa el trayecto del haz de luz desde la córnea (área más brillante a la izquierda) hasta el iris, debido al aumento de proteínas del humor acuoso por la inflamación. (Vía keeler-symphony.com)

En caso inflamación del segmento anterior ocular (iridociclitis o ciertas queratitis), el aumento de la permeabilidad vascular hace que el humor acuoso se ensucie con proteínas plasmáticas, y estas proteínas en suspensión sí presentan efecto Tyndall demostrable con la lámpara de hendidura. La turbidez del acuoso suele llamarse flare. El proceso inflamatorio también suele acompañarse de migración de leucocitos, que quedan nadando en el humor acuoso y pueden verse como puntos flotantes en la cámara anterior. El efecto Tyndall sirve tanto como elemento diagnóstico, como para valorar la respuesta al tratamiento de las uveítis anteriores e infecciones corneales.

John Tyndall también creó un nefelómetro (de νεφέλη, nube) para medir la turbidez de los coloides. Hay nefelómetros oftalmológicos, aunque no tienen un uso habitual.

El efecto Tyndall y esos ojos verdes

Otra observación de este científico fue que al pasar luz blanca por un sistema coloidal, la luz dispersada corresponde principalmente a longitudes de onda corta (azul, violeta) y la longitud de onda larga (rojo) pasaba de largo a través del coloide. Por ello, si iluminamos una suspensión de fécula, por ejemplo, ésta tiene un color gris azulado por la dispersión de la luz azul.

efecto Tyndall sobre el color

Efecto Tyndall sobre el color: un fragmento de vidrio opalescente dispersa la luz de longitud de onda corta y por ello adquiere un color azulado, mientras la luz que atraviesa el vidrio corresponde a longitudes de onda larga y por ello se ve de color rojizo. (Vía Wikipedia)

Este efecto explica ni más ni menos que el color azul del cielo y los tonos rosas de la aurora y el ocaso. La masa atmosférica separa el color azul de la luz solar y de allí el tono celeste. Cuando vemos el sol en el horizonte sí que se aprecia el segmento rojo del espectro (ver aquí un diagrama).

Volviendo al ojo, este fenómeno derivado del efecto Tyndall también explica la variedad de colores de ojos. El iris sólo tiene un pigmento, la melanina, que es negra como el odio. Entonces, ¿cómo puede haber iris marrones, verdes, azules o grises, si no hay pigmentos de esos colores? Como sabe cualquier cirujano ocular, el iris es una mierdecilla de tejido muy fino y cuya cara anterior es laxa y esponjosa. La luz que choca con la cara anterior del iris es en parte absorbida por la melanina que contiene y en parte dispersada/reflejada por las fibras del iris. Mientras más melanina haya, más luz se absorberá y más oscuro será el color de los ojos; a menor densidad de melanina se hace más apreciable el efecto Tyndall sobre el color, y los tonos grises y azules de la luz dispersada resultan más evidentes. Ahí queda eso.

efecto Tyndall tras inyección de hialurónico

Parece un cardenal tras el pinchazo del filler en la arruga, pero ese color azulado se debe a la dispersión de la luz por el coloide de relleno según el efecto Tyndall. (Vía Medscape)

Aún hay otra implicación médica de este fenómeno. Una complicación del tratamiento cosmético con relleno para las arrugas (fillers) es la aparición de una mancha azulada con pinta de moratón en el sitio de la infiltración, pero que dura muchas semanas, a diferencia de un hematoma por punción. Esta mancha se debe al efecto óptico de la luz dispersada por el volumen del ácido hialurónico (un coloide) inyectado justo bajo la piel. Pasa más en zonas de piel muy fina, como los párpados, o por infiltración muy superficial o de mucho volumen. También el Tyndall da ese tono terrible a las ojeras, por la acumulación de fluido intersticial bajo la fina piel del párpado.

Del cambio climático al capnógrafo

¿Y qué pasó con el experimento de la radiación térmica sobre los gases donde Tyndall describió su efecto epónimo? Efectivamente descubrió que distintos gases tenían capacidad de absorción de calor radiante muy diferente. Concretamente observó que el CO2 tenía gran capacidad de captar calor.

Bien sabéis la implicación del CO2 en el efecto invernadero y el cambio climático. Tyndall fue uno de los pioneros en el estudio de tan peliagudo fenómeno.

Mira por donde, el comportamiento térmico del dióxido de carbono tiene una aplicación dentro del quirófano y la UCI: permite medir la cantidad de CO2 en la vía aérea de un paciente y detectar la indeseable hipercapnia. En los respiradores usados en anestesia hay un cacharro llamado capnógrafo que determina la concentración de CO2 a través de la fluctuación de la transmitancia de una luz infrarroja por efecto del aire que pasa a través del sistema, proveniente de los pulmones del paciente. Otro logro médico del trabajo de Tyndall.

Gérmenes y esterilización

Aún dio para más el experimento de la caja de gases de Tyndall. Tantas derivaciones de una misma observación revela cómo una mente genial es capaz de vislumbrar el alcance de un hecho individual cuando se mira desde otras perspectivas y ámbitos.

En 1864 Pasteur hizo aquella histórica demo con sus matraces con cuello de cisne llenos de caldo incorrupto, que significó un letal varapalo a la teoría de la generación espontánea que hasta entonces había predominado (aunque mi madre sigue creyendo firmemente que al azúcar le nacen las hormigas). Pasteur postuló que los microorganismos que crecían en el caldo de cultivo llegaban a éste a través de partículas aéreas en suspensión.

Tyndall, quien mantenía correspondencia con Pasteur, supuso que su cámara de aire limpio de partículas también mantendría libre de gérmenes muestras de caldo esterilizado. Y la cosa funcionó bastante bien, apoyando así la naciente teoría microbiana. Pero no siempre funcionaba el experimento y el sagaz Tyndall pensó que quizás se debía a las esporas bacterianas que resistían al calor.

caja estanca de Tyndall

La caja estanca de Tyndall, para eliminar partículas en suspensión. Sus paredes estaban barnizadas con glicerina, que atrapaba las motas de polvo. Los serpentines ‘a’ y ‘b’ permitían la entrada de aire, pero las partículas en suspensión se quedaban atrapadas. El pitorro largo del centro era una pipeta para rellenar de caldo esterilizado los tubos de la parte inferior. Las dos ventanas laterales permitían controlar la limpieza del aire mediante el efecto Tyndall. Ilustración de su trabajo original “The optical deportment of the atmosphere in relation to the phenomena of putrefaction and infection” de 1876.

Ideó entonces un modo de matar tanto a las bacterias como a sus esporas: la esterilización fraccionada, también llamada tindalización. Consiste en aplicar al menos tres ciclos de esterilización por calor, separados día por medio, de modo que las esporas que eclosionan tras el primer ciclo mueran en el segundo, y las supervivientes en el tercero. Actualmente hay maneras más efectivas de acabar con las esporas y la tindalización ya no es un procedimiento habitual pero, junto con la pasteurización, fue una herramienta importante para la seguridad alimentaria.

La caja estanca de Tyndall dio pie a otras técnicas de control del aire como la campana de flujo laminar o las habitaciones con presión positiva y filtros de aire, tan comunes en ámbitos hospitalarios y de laboratorio. Una curiosidad, en Marburgo el amigo Tyndall fue alumno del fisicoquímico Robert Bunsen, inventor del famoso mechero que acabó como menaje indispensable en los laboratorios de microbiología.

Así pues, a partir de una caja y un rayo de luz se llega al color del cielo, de los ojos y las ojeras, al efecto invernadero, al capnógrafo clínico, a los coloides, a las inflamaciones intraoculares y a la esterilización microbiológica.

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