Hacer las preguntas correctas

Ingrid Eftedal estudia los procesos biológicos que pueden causar EDC.


Ingrid Eftedal, Ph.D., junto a una cámara hiperbárica pequeña que se utiliza para estudios en animales.


La Dra. Ingrid Eftedal, experta en fisiología humana, genética y el entorno subacuático, estudia los mecanismos genéticos y moleculares que influyen en las respuestas del cuerpo humano durante el buceo. Eftedal es investigadora científica en el Departamento de Circulación y Diagnóstico Médico por Imagen de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU, por sus siglas en inglés). Su variada experiencia incluye trabajos en biología molecular, genética forense, ingeniería civil, biofísica y tecnología médica.

A comienzos de su carrera profesional, Eftedal trabajó en el desarrollo de sistemas de control por software para cámaras de presión pequeñas. En 1986, el impacto que el accidente de Chernóbil tuvo en zonas del norte de Noruega influyó en su investigación doctoral, en la que analizó las interacciones entre la radiación y las células vivas. La tesis doctoral de Eftedal tuvo como objetivo comprender mejor de qué manera ciertas enzimas podían priorizar la reparación de las partes más importantes del material genético. Desde aquel entonces, su trabajo ha evolucionado hacia la búsqueda de una mejor comprensión acerca de cómo ciertos factores estresantes del buceo —como la hipoxia, la inmersión y la formación de burbujas— influyen en la expresión génica.

Actualmente, estudia las interacciones entre genes y el entorno que ocurren a partir de la respuesta y la aclimatación del cuerpo al buceo. Estas interacciones se manifiestan como cambios en la expresión génica (es decir, el estado de actividad de los genes). Durante el buceo, se pueden producir lesiones porque el cuerpo responde inadecuadamente o excesivamente a los factores estresantes del entorno. Pero no todos los cambios en la expresión génica son malos. Algunos cambios son adaptativos y ayudan al cuerpo a conservar un equilibrio, ya que aumentan su resistencia a los daños o mejoran su capacidad para repararse.

La seguridad en el buceo ha mejorado con el desarrollo de mejores equipos, procedimientos, educación y concientización, pero todavía queda mucho por aprender acerca del riesgo de enfermedad por descompresión (EDC) en los buzos. En su proyecto actual sobre aptitud física para bucear, Eftedal se centra específicamente en los cambios de las células del sistema inmunológico. Su objetivo es determinar qué células se ven afectadas por el buceo, estudiar la actividad de los genes dentro de esas células y examinar el resultado de esos cambios para comprender mejor lo que sucede durante el buceo en apnea y el buceo con gas comprimido.

Eftedal apunta a distinguir entre respuestas fisiológicas normales y secuencias biológicas que llevan a enfermedades relacionadas con el buceo. Recientemente, recibió la Beca R.W. "Bill" Hamilton de 2016, financiada por The DAN Foundation y entregada por el Salón de la Fama de Buceadoras (Women Divers Hall of Fame), en respaldo a su investigación con buzos de saturación en servicio activo. Agradecemos su disponibilidad para conversar con nosotros acerca de su investigación.


¿De qué manera puede ayudarnos la expresión génica a distinguir entre los cambios fisiológicos normales y las respuestas por inadecuación al buceo?
Los cambios en la expresión génica, como la regulación positiva y la regulación negativa de los genes (consulte la barra lateral), se pueden detectar antes de la aparición de los síntomas o indicios clínicos de la EDC. Esta información puede usarse para crear un perfil de qué genes se expresan y en qué medida. Este perfil proporciona una instantánea del estado o de la actividad biológicos de cualquier célula o tipo de tejido después de la exposición a un factor estresante.

Medir la expresión génica de cientos a miles de genes revela patrones que apuntan a los factores que provocan los cambios. Por ejemplo, si bien solemos ver a nuestro sistema inmunológico como un mecanismo de defensa del huésped contra amenazas para nuestra salud, como virus o bacterias, considero que las respuestas inmunológicas e inflamatorias que notamos en los buzos saludables son indicadores de una adaptación a corto plazo satisfactoria.

Quizá, los cambios que identificamos están directamente relacionados con las defensas antioxidantes. Inmediatamente después del buceo, detectamos la regulación positiva de genes que codifican para la síntesis de enzimas antioxidantes esenciales, como la superóxido dismutasa 2 en las mitocondrias (SOD2), la glutatión peroxidasa 4 (GPX4), la tiorredoxina 1 (TXN1) y el factor nuclear kappa B (NF-kB). Se sabe que estos elementos tienen incidencia en el sistema de defensa del cuerpo. Es posible que esta regulación positiva sea una respuesta defensiva o adaptativa a la agresión oxidativa provocada por el entorno, un desequilibrio que se produce cuando el cuerpo no puede contrarrestar los efectos perjudiciales de la producción de radicales libres o no puede reparar los daños que esto ocasiona.


Eftedal hace trabajo tanto de laboratorio como de campo: aquí, un supervisor de soporte de vida muestra el centro de control de buceo a bordo del Skandi Arctic, el buque de soporte de buceo más avanzado del mundo.


¿Existe algún vínculo entre la exposición repetida al buceo y la salud del sistema inmunológico?
Sabemos que la exposición repetida a determinadas sustancias químicas influye en los riesgos a largo plazo de algunas enfermedades autoinmunes y tipos de cáncer, pero todavía no sabemos de qué manera influye el buceo en el sistema inmunológico a largo plazo. Incluso si no hay síntomas de EDC, las defensas biológicas que se activan durante el buceo para protegernos de lesiones agudas pueden causar efectos secundarios en la salud.

Los cambios que afectan a las células inmunológicas pueden alterar nuestra susceptibilidad a infecciones y el riesgo a largo plazo de enfermedades. Si podemos identificar los procesos biológicos que el buceo altera y determinar si se hacen permanentes en el sistema inmunológico con el paso del tiempo, quizá sea posible preparar mejor a los buzos y perfeccionar el control médico posterior.


¿Qué nos puede decir la expresión génica sobre el riesgo de EDC en una persona?
Si bien los cambios en la expresión génica todavía no alcanzan para hacer un diagnóstico de EDC, en el futuro, estos cambios pueden arrojar indicios para la búsqueda de biomarcadores objetivos durante el proceso de diagnóstico. Comprender los procesos biológicos presentes en el desarrollo de la enfermedad es útil para implementar la prevención y el tratamiento específicos, y es necesario para el progreso de la medicina de precisión.

En general, los médicos detectan una enfermedad a través de la evaluación clínica, pero los cambios en la expresión génica pueden señalar riesgos y causas antes de que se presenten indicios o síntomas. Es posible contar la cantidad de transcritos realizados para determinar el grado de actividad o expresión génica. Al comparar transcriptomas (todos los transcritos de ácido ribonucleico [ARN] en el interior de una célula) de diferentes tipos de células, se puede establecer cuál es el nivel normal de actividad génica y evaluar de qué manera los cambios —partiendo de ese valor de referencia— pueden contribuir al desarrollo de una enfermedad o de EDC en una persona. Será necesario llevar a cabo muchas más investigaciones antes de que podamos usar este enfoque para obtener información útil.

Las respuestas inmunológicas e inflamatorias adaptativas a corto plazo se producen como reacción a circunstancias de intensa tensión ejercidas por el entorno, pero estas respuestas solo son satisfactorias si el buzo asciende a la superficie sin ninguna enfermedad. El éxito a corto plazo puede tener consecuencias si la aclimatación aumenta el riesgo de otras enfermedades a largo plazo.


¿Cómo complementa a otras investigaciones el estudio de la expresión génica para ayudar a comprender las causas de la EDC?
La identificación de las burbujas generadas por la descompresión como desencadenante de la EDC es indudablemente importante. La ventaja más obvia del análisis de la expresión génica es la oportunidad de estudiar procesos biológicos complejos en un nivel detallado.

El proceso de alteración de la expresión génica siempre está controlado por uno o más factores denominados de transcripción, cuya secuencia ha sido establecida de manera exhaustiva con el correr de las décadas. En general, actualmente comprendemos qué activa cualquier factor en particular en una célula. Al observar un determinado patrón de expresión génica, quizá podamos analizar el proceso a la inversa para encontrar la causa de esos cambios. Tal vez esto nos permita entender mejor qué factores específicos del entorno influyen en la respuesta observada.

La transcriptómica (el estudio de los transcriptomas y su función), junto con otras disciplinas similares, como la proteómica (el estudio de las proteínas) y la metabolómica (el estudio de los procesos químicos de los metabolitos en las células), nos ayuda a comprender la biología y la fisiología celulares. En un futuro, esto tal vez pueda proporcionar claves para un tratamiento específico de la EDC.



Esta visualización en mapa de calor muestra los niveles de ARN mensajero de los principales 50 genes expresados de manera diferencial en los transcriptomas de sangre estacionaria de 10 buzos, en comparación con los de 9 personas que no son buzos.



¿El buceo en apnea y el buceo con gas comprimido afectan de manera diferente al sistema inmunológico?
Tanto el buceo en apnea como el buceo con gas comprimido (aunque probablemente no el buceo de saturación por largos períodos) parecen afectar al sistema inmunológico de manera similar. El oxígeno es un denominador común; es el combustible vital de todas las células que contienen mitocondrias, las organelas responsables de la respiración celular y la producción de energía. Las respuestas desencadenadas por el oxígeno que notamos pueden incidir en la susceptibilidad a la EDC.

Tanto el buceo en apnea como el buceo con gas comprimido provocan cambios en los patrones de transcripción del ARN característicos de ciertos leucocitos (los glóbulos blancos que forman parte del sistema inmunológico). Detectamos una regulación negativa de linfocitos citotóxicos: los linfocitos T CD8+ (que destruyen células específicas) y las células asesinas naturales (NK, por sus siglas en inglés), además de una regulación positiva de genes expresados por neutrófilos, monocitos y macrófagos.

Notamos cambios persistentes en buzos experimentados y estos cambios todavía se pueden medir al menos dos semanas después de la última inmersión. La naturaleza de los cambios que encontramos, es decir, el patrón total de genes que se expresaron de manera diferente nos llevó a concluir que los buzos se encontraban en un estado biológico de defensa prolongado contra la agresión oxidativa. Es posible que la práctica habitual del buceo pueda causar cambios persistentes en las vías que controlan la apoptosis (muerte programada de las células), la inflamación y las respuestas inmunológicas innatas. Todavía no se ha concluido si el buceo en apnea altera la función defensiva del sistema inmunológico. La información hace suponer que las respuestas defensivas que revierten la inflamación y restringen la toxicidad celular contribuyen al equilibrio fisiológico en los deportistas saludables.


¿Qué desafíos enfrenta en la interpretación y aplicación práctica de sus resultados?
Siempre y cuando uno sepa qué tipos de células está estudiando, el análisis de transcriptomas ofrece un margen amplio para la interpretación de datos sin una hipótesis predeterminada. Sin embargo, es necesario estudiar miles de genes para comprender lo que realmente sucede a nivel biológico. Existen buenas herramientas de software para el análisis de la expresión génica, pero el desafío es determinar qué información sobre transcriptomas se debe usar con estas herramientas.

Si bien el software está basado en todo lo que ya sabemos sobre la actividad de cada gen que analizamos, la mayoría de las investigaciones sobre transcriptomas humanos se enfoca en enfermedades como el cáncer o la diabetes. La manera en que se expresan los genes en estas enfermedades no siempre tiene relevancia para el buceo. Dedicamos una increíble cantidad de tiempo a estudiar detalladamente informes científicos para darle sentido a los patrones que se producen en la información que poseemos y, luego, desarrollar un perfil coherente.


¿Qué pueden aprender los investigadores y los buzos del trabajo que usted realiza?
Noruega tiene una costa muy larga, y gran parte de sus industrias principales están relacionadas con el mar. Las compañías petroleras de alta mar y las de piscicultura

Eftedal y Andreas Møllerløkken respiran oxígeno puro durante una inmersión
experimental en cámara.
emplean a una gran cantidad de buzos y, si bien la industria de alta mar ha desarrollado protocolos de salud y seguridad en el buceo durante varias décadas, existen áreas emergentes en la acuicultura en las que los métodos y procedimientos todavía están evolucionando.

Nuestro proyecto de aptitud física para bucear estudia el impacto de las exposiciones hiperbáricas en el sistema nervioso central y el sistema circulatorio según modelos de buzos humanos y animales. Si bien el proyecto de aptitud física para bucear se centra principalmente en el buceo de saturación como actividad laboral, hemos llevado a cabo proyectos de menor escala que son relevantes para la comunidad del buceo recreativo.

Si comprendemos los procesos biológicos que hacen que el cuerpo sufra EDC, tendremos una mejor capacidad para desarrollar intervenciones. Probablemente estos procesos biológicos sean graduales, lo que significa que, en algún punto, el cuerpo llega a un límite en el que ya no puede mantener el equilibrio. En mi opinión, adquirir un conocimiento profundo sobre la progresión de los síntomas y aprender más sobre los efectos a largo plazo de bucear habitualmente puede ser muy beneficioso para la comunidad del buceo.

Los buzos comerciales hacen perfiles de buceo arriesgados bajo lo que, a veces, son condiciones extremas. Una mayor comprensión del impacto fisiológico de estos perfiles extremos puede contribuir a la formación de buzos recreativos y fomentar un comportamiento más seguro en la actividad. Los efectos a largo plazo del buceo no necesariamente son negativos. Como en otros tipos de actividad física, puede haber beneficios para la salud, pero los cambios en el sistema inmunológico deben controlarse con el paso del tiempo, ya que pueden modificar el riesgo de enfermedades. El conocimiento de las respuestas inmunológicas e inflamatorias ante diferentes situaciones en el buceo puede influir en cómo se llevan a cabo las evaluaciones médicas de los buzos. El cuerpo humano es la maquinaria más compleja y hermosa que existe, y todavía podemos aprender mucho sobre ella, si hacemos las preguntas correctas.
Más información
La mayoría de las células del cuerpo contienen ácido desoxirribonucleico (ADN), una molécula compleja que alberga las instrucciones necesarias para hacer y crear lo que el cuerpo necesita para su desarrollo, funcionamiento, mantenimiento y adaptación a cambios en el entorno. Para que se puedan seguir, estas instrucciones primero deben copiarse a un formato "legible" llamado ácido ribonucleico (ARN). Estos transcritos de ARN tienen una influencia muy amplia: desde la estructura de las células hasta qué proteínas en particular se producen.

El ADN está organizado en genes. A medida que cambian las condiciones del entorno, algunos genes se vuelven más o menos activos (experimentan una regulación positiva o negativa). La actividad puede medirse identificando tanto el tipo como la cantidad de transcritos de ARN presentes en una célula. Los cambios en la expresión génica pueden brindar información sobre cómo funciona normalmente una célula en condiciones determinadas. También pueden ayudar a entender cómo una desviación de lo normal podría producir una enfermedad, ya sea cáncer o EDC. Si bien la mayoría de las células del cuerpo contienen las mismas instrucciones genéticas, no todas las células siguen o leen la misma parte del manual. Por ejemplo, las células que conforman el sistema inmunológico tienen una estructura y una función completamente diferentes a las de las células cardíacas.

© Alert Diver — 1er Trimestre 2017