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HISTORIA DE LA ANATOMÍA:
El estudio sistemático de anatomía más antiguo que se conoce se encuentra en un papiro egipcio fechado cerca del 1600 a.C. El tratado revela que poseían conocimientos sobre las grandes vísceras, aunque sabían poco respecto a sus funciones. En los escritos del médico griego Hipócrates del siglo V a.C. se refleja un nivel de conocimientos parecido. En el siglo IV a.C. Aristóteles aumentó los conocimientos anatómicos sobre los animales. El primer progreso real de la ciencia de la anatomía humana se consiguió en el siglo siguiente: los médicos griegos Herófilo de Calcedonia y Erasístrato diseccionaron cadáveres humanos y fueron los primeros en determinar muchas funciones, incluidas las del sistema nervioso y los músculos. Los antiguos romanos y los árabes consiguieron algunos pequeños progresos. El renacimiento influyó en la ciencia de la anatomía en la segunda mitad del siglo XVI.
La anatomía moderna se inicia con la publicación en 1543 del trabajo del anatomista belga Andrés Vesalio. Antes de la publicación de este trabajo los anatomistas estaban sujetos a la tradición de los escritos de autoridades de hacía más de 1.000 años, como los del médico griego Galeno que se había restringido a la disección de animales. Estos escritos habían sido aceptados en lugar de la observación real. Sin embargo Vesalio y otros anatomistas del renacimiento basaron sus descripciones en sus propias observaciones del cuerpo humano y establecieron por tanto el modelo para estudios anatómicos posteriores.
Morfología:
Anatomía microscópica:
Histoquímica y citoquímica:
Isótopo trazador:
TRAZADORES DE MATERIAL VOLUMINOSO:
RASTREO DE MOLÉCULAS Y ÁTOMOS:
INVESTIGACIÓN QUÍMICA:
ELECCIÓN DE TRAZADORES:
PREPARACIÓN DE TRAZADORES:
Durante muchos años (incluso en la era moderna) los anatomistas se ocuparon de acumular una gran cantidad de información conocida como morfología descriptiva. La morfología descriptiva ha sido complementada, y en cierta manera sustituida, por el desarrollo de la morfología experimental, que trata de identificar los determinantes hereditarios y ambientales en la morfología y sus relaciones, a través de experimentos en ambientes controlados y de la manipulación de embriones. La investigación anatómica debe combinar un enfoque descriptivo y otro experimental. En la actualidad la anatomía implica el examen profundo de la estructura de organismos desde diversos puntos de vista; por ejemplo, los estudios anatómicos de las células y de los tejidos de los organismos por observación simple, con ayuda de lentes simples o compuestas, con tipos diferentes de microscopios y la utilización de métodos químicos de análisis.
La invención en el siglo XVII del microscopio compuesto dio lugar al desarrollo de la anatomía microscópica, que se dividió en histología, el estudio de los tejidos, y citología, el estudio de las células. Durante el siglo XVII el estudio de la estructura microscópica de los animales y de las plantas prosperó bajo la dirección del anatomista italiano Marcello Malpighi. Muchos anatomistas importantes de la época eran reacios a aceptar la anatomía microscópica como parte de su ciencia. Por el contrario, se incluye en el estudio de la anatomía moderna con el fin de establecer relaciones entre la estructura de los organismos observada a simple vista y la revelada por métodos más detallados de observación.
La anatomía patológica fue considerada una rama de la ciencia por el médico italiano Giambattista Morgagni y a finales del siglo XVIII la anatomía comparada fue sistematizada por el naturalista francés Georges Cuvier.
La anatomía microscópica hizo grandes progresos en el siglo XIX. Durante la segunda mitad del siglo se descubrieron muchos datos básicos relativos a la estructura fina de los organismos, debido en gran parte al desarrollo de microscopios ópticos mejores y métodos nuevos que facilitaban el estudio de las células y los tejidos con este instrumento. La técnica de la microtomía, el corte de los tejidos en láminas finas, casi transparentes, se perfeccionó. La microtomía obtuvo un valor incomparable cuando se comenzó a aplicar a los cortes de tejido varios tipos de tintes y colorantes que facilitaban la visión de las diferentes partes de la célula.
El conocimiento de la anatomía microscópica se amplió mucho durante el siglo XX gracias a microscopios con mayor poder de resolución y aumento que los instrumentos convencionales. Esto permitió descubrir detalles que antes no estaban claros o que no eran visibles. También influyó de forma positiva el progreso de las técnicas de laboratorio que facilitaban la observación. El microscopio de luz ultravioleta ofrece una mejor visión al observador debido a que las longitudes de onda de sus rayos son más cortas que las de la luz visible (el poder de resolución es inversamente proporcional a la longitud de onda de la luz utilizada). También se emplea para aumentar detalles particulares a través de la absorción selectiva de ciertas longitudes de onda de la banda ultravioleta. El microscopio electrónico proporciona un aumento y resolución aún mayor. Estas herramientas han abierto campos de investigación anatómica antes inexplorados. Otros microscopios modernos han hecho posible la visualización de materiales vivos sin teñir invisibles al microscopio convencional. El microscopio de contraste de fases y el de interferencias constituyen dos ejemplos. Estos instrumentos utilizan haces de luz normal y pueden diferenciar las partes de una célula viva no teñida.
El descubrimiento de los rayos X por el físico alemán Wilhelm Roentgen hizo posible que los anatomistas estudiaran los tejidos y los sistemas de los órganos en los animales vivos. La primera radiografía, tomada en 1896, fue de una mano humana. Hoy las técnicas permiten obtener imágenes tridimensionales de los tejidos de una víscera después de la ingestión de unos líquidos opacos especiales, y de secciones del cuerpo mediante haces de rayos X dirigidos por ordenador o computadora (véase Radiología). Esta última recibe el nombre de tomografía axial computerizada o TAC. Otras técnicas no invasivas que se han desarrollado incluyen el uso de ultrasonidos para obtener imágenes de los tejidos blandos y la aplicación de la resonancia magnética nuclear con fines diagnósticos y de investigación.
En el siglo XX se ha desarrollado otro procedimiento útil para la investigación anatómica, el cultivo de tejidos, que implica el cultivo de células y tejidos de organismos complejos fuera del cuerpo. La técnica permite aislar las unidades vivas de modo que el investigador pueda observar de forma directa los procesos de crecimiento, multiplicación y diferenciación de las células. Por tanto, los cultivos tisulares han añadido una nueva dimensión a la ciencia de la anatomía.
Las técnicas de histoquímica y citoquímica guardan una estrecha relación y se ocupan de investigar la actividad química que tiene lugar en las células y los tejidos. Por ejemplo, la presencia de ciertos colores dentro de las células indica el tipo de reacción química que ha tenido lugar. Además, la densidad de la reacción colorimétrica se puede utilizar como un indicador de la intensidad de la reacción. Los métodos histoquímicos han sido muy útiles en el estudio de enzimas, sustancias catalizadoras que controlan y dirigen muchas de las actividades celulares. La mayor parte de los conocimientos sobre las enzimas se obtuvo a partir de estudios llevados a cabo tras retirar las enzimas de sus células de origen, pero hasta que la histoquímica no se introdujo, el anatomista no fue capaz de observar al microscopio las células que transportaban enzimas específicas o de calcular cuánta era su actividad en las distintas células bajo diversas condiciones.
Una técnica histoquímica importante consiste en el uso de isótopos radiactivos de varios elementos químicos presentes en las células y los tejidos (véase Isótopo; Radioinmunoensayo; Isótopo trazador). Los elementos marcados con isótopos radiactivos se administran a los organismos vivos, hecho que permite al investigador seguir el rastro de las vías que toman estas sustancias a través de los diversos tejidos. Es posible calcular el grado de concentración y dilución de los elementos dentro de componentes celulares específicos si se determina la radiación emitida a partir de estos tejidos. Este procedimiento hace posible el estudio de la distribución y concentración de isótopos en cortes de tejidos de la misma forma en que se suelen examinar habitualmente al microscopio. Este estudio denominado autorradiografía se efectúa colocando las muestras de tejido radiactivo en contacto con películas y emulsiones fotográficas sensibles a la radiación.
Otra técnica de localización de compuestos químicos en cortes finos es la microincineración: el calentamiento de secciones microscópicas hasta el punto en que los materiales orgánicos presentes son destruidos y sólo queda el esqueleto mineral. Entonces es posible identificar los minerales restantes por procedimientos químicos y microscópicos especiales. Por lo tanto, la microincineración proporciona otra forma de localizar elementos químicos específicos dentro de células o componentes tisulares determinados.
Otro descubrimiento en el campo de la histoquímica es la microespectrofotometría, un método exacto de análisis de color. En esta técnica se analizan los colores de un corte fino de tejido con un espectrofotómetro, un instrumento que mide la intensidad de cada color en función de su longitud de onda. La microespectrofotometría es útil para estimar las características de células y tejidos no teñidos midiendo su absorción de longitudes de onda específicas. Otra aplicación es realizar valoraciones exactas respecto a la naturaleza e intensidad del color de las reacciones. A su vez estas valoraciones proporcionan información precisa respecto a la localización e intensidad de las reacciones químicas en los componentes de los organismos vivos.
(Encarta)
[o Trazador isotópico] nombre aplicado a un átomo de un isótopo que se utiliza para observar el movimiento de ciertos materiales en procesos químicos, biológicos o físicos. Este término se aplica comúnmente a cualquier isótopo radiactivo utilizado para seguir el curso de sustancias no radiactivas. Sin embargo, para uso científico, el término se aplica también a isótopos menos abundantes, no radiactivos o estables, que se pueden emplear en técnicas de seguimiento.
Los trazadores se pueden utilizar para seguir el movimiento de sustancias en cantidades grandes o pequeñas, y a nivel molecular o atómico. Las observaciones se pueden realizar midiendo la radiactividad en el caso de los trazadores radiactivos, o la abundancia relativa de isótopos en las aplicaciones que utilizan isótopos estables como trazadores. Los instrumentos empleados para detectar la radiación incluyen el electroscopio, el contador de centelleo y el contador Geiger. En las investigaciones que usan isótopos estables, el instrumento más utilizado es el espectrómetro de masas, que puede determinar las cantidades relativas de varios isótopos en una muestra de la sustancia a analizar. Los trazadores tienen aplicaciones importantes en muchos campos de investigación, así como en medicina, en agricultura y en la industria.
Aunque el movimiento de grandes masas de sólidos o fluidos puede ser estudiado por muchos métodos, incluyendo la observación visual de los tintes trazadores, el uso de isótopos trazadores radiactivos en aplicaciones de material voluminoso ofrece ciertas ventajas, como son mayor velocidad de operación, fiabilidad y conveniencia. Por ejemplo, se pueden usar trazadores radiactivos para marcar el límite entre los distintos tipos de aceite que fluyen por un oleoducto, inyectando en la confluencia de dos tipos un material radiactivo que emite rayos gamma penetrantes. Los detectores de radiación colocados en el oleoducto, detectarán los rayos gamma cuando esta zona interfacial pase por un punto dado. En ese momento, los detectores pueden poner en funcionamiento unas válvulas que canalicen los dos aceites diferentes por salidas distintas.
Los trazadores se utilizan en la industria para detectar cantidades microscópicas de desgaste. La calidad lubricante de un aceite, por ejemplo, puede ser evaluada después de un funcionamiento prolongado en un motor experimental, midiendo la cantidad de desgaste de los aros del émbolo y las paredes del cilindro, y también por la cantidad de sedimentos de acero en el aceite. Estos experimentos llevan tiempo y son difíciles de aplicar en una base rutinaria. En la técnica trazadora, se utilizan aros del émbolo que se han expuesto previamente a neutrones en un reactor nuclear, convirtiéndolos por tanto en radiactivos (véase Energía nuclear). Después de haber dejado funcionar el motor durante un periodo de tiempo relativamente corto, el material radiactivo desgastado del aro del émbolo puede ser detectado en el aceite y en las paredes del cilindro, y la cantidad de este material sirve como índice para evaluar la calidad del aceite.
Los trazadores radiactivos también se pueden utilizar para controlar la transferencia de tintes en la impresión textil multicolor. Las máquinas de impresión de color consisten en varios rodillos, cada uno provisto de un baño de tinte de un color distinto. El mismo tejido puede transportar un color de un rodillo al siguiente, produciendo así manchas de color en los tejidos. Si estas manchas no se descubren a tiempo, centenares de metros de tejido podrían dañarse. Un método para evitar esto es cambiar frecuentemente las disoluciones de tinte. Para eliminar la necesidad de este costoso procedimiento, se marca el color invasor añadiendo un fosfato radiactivo al baño de tinte. La contaminación de los baños de tinte sucesivos por el color invasor, se controla por detectores de radiación, que se introducen automáticamente en las disoluciones a intervalos frecuentes. Cuando este color alcanza una concentración crítica, el baño de tinte es sustituido por uno nuevo.
La mayoría de las sustancias son compuestos formados por moléculas, o bien son mezclas de compuestos. En una aplicación particular de rastreo, es posible que sólo sea importante un tipo de molécula. En la investigación bioquímica es especialmente importante la capacidad de distinguir dentro de un compuesto, moléculas similares derivadas de dos fuentes distintas. Esta información se puede conseguir utilizando la técnica llamada marcación isotópica.
Los trazadores se usan en investigación botánica y agrícola para estudiar la absorción de nutrientes por parte de las plantas y para trazar senderos metabólicos, especialmente los implicados en la fotosíntesis.
En la investigación biológica, las moléculas marcadas con isótopos radiactivos han sido especialmente útiles para aclarar las trayectorias metabólicas de la síntesis y degradación bioquímicas (véase Metabolismo). Las trayectorias de muchos nutrientes y toxinas a través de los ecosistemas también han sido delineadas por técnicas rastreadoras.
Los procedimientos de rastreo se usan en la diagnosis e investigación médica para medir el funcionamiento de los órganos y tejidos mientras captan hormonas, minerales, vitaminas, componentes de la sangre y fármacos. La producción orgánica de hormonas y otras proteínas, así como el desgaste, se pueden medir también con gran velocidad y precisión.
Los procedimientos de rastreo, marcación y doble marcación son muy importantes en la investigación bioquímica, y permiten al investigador seguir la trayectoria de la descomposición y la formación de los componentes normales del cuerpo. El uso de dichos procesos hizo posible rastrear el origen de cada átomo en una molécula tan complicada como la del pigmento hemo, de fórmula Fe(C32H30N4)(COOH)2, de la hemoglobina. Se ha demostrado que los átomos de carbono proceden del ácido etanoico precursor, CH3COOH, que contiene dos grupos, cada uno con un átomo de carbono. Además, con una marcación doble es posible determinar cuál de los átomos de carbono en el pigmento hemo procede del grupo COOH de la molécula de ácido etanoico, y cuál procede del grupo CH3. El nitrógeno de la molécula del pigmento hemo se deriva del ácido aminoetanoico, un compuesto intermedio.
En química orgánica, los trazadores se han utilizado para investigar muchas reacciones químicas relacionadas con la migración y redisposición de los átomos y grupos de átomos. Los procedimientos de marcación y doble marcación han mostrado el mecanismo de algunas reacciones complicadas, y han revelado que ciertas reacciones presumiblemente simples eran a menudo más complejas.
En química inorgánica, los trazadores han hecho posible el estudio de sistemas en los cuales no se producen reacciones químicas puras, sino que, por ejemplo, están presentes dos estados de oxidación del mismo elemento. Las técnicas de rastreo han demostrado que, sin mediar una reacción química pura, se produce un intercambio de átomos entre el cobalto ii y el cobalto iii. Estos intercambios, conocidos como reacciones de intercambio, son una extensión lógica del principio químico de equilibrio dinámico. Véase Física nuclear.
Para los elementos que sólo poseen un isótopo estable, no es posible utilizar un trazador estable; todos los isótopos trazadores para investigar esos elementos deben ser radiactivos. Para estudiar otros elementos, los únicos isótopos radiactivos disponibles tienen una vida media tan corta que los hace inservibles; en este caso los trazadores deben ser isótopos estables de baja abundancia preparados en forma enriquecida. El rastreo de los isótopos estables se basa en observar las desviaciones de los porcentajes normales de las masas isotópicas utilizando el espectrómetro de masas. Los detectores de partículas se usan para medir trazadores radiactivos.
En algunos estudios se puede elegir entre un isótopo trazador estable y uno radiactivo; por ejemplo, en el caso del carbono, entre el isótopo estable carbono 13 y el isótopo radiactivo carbono 14, y en el caso del hidrógeno, entre el isótopo estable deuterio (hidrógeno 2) y el isótopo radiactivo tritio (hidrógeno 3). Si ambos tipos de instrumentos de medida (el espectrómetro de masas y el equipo medidor de radiación) están disponibles, la elección del trazador está determinada por el llamado factor de dilución, que es una medida de la concentración del material trazador necesario para la detección. Generalmente, los trazadores radiactivos pueden ser detectados en cantidades mucho menores que los trazadores estables. Por ejemplo, el carbono 13 constituye el 1,108% del carbono natural, y un cambio de un 0,001% en su abundancia puede ser detectado fácilmente. En otras palabras, un trazador carbono 13 puro, sería detectable después de ser diluido de 100.000 a 1 millón de veces con carbono 12 natural. Así, si una molécula de azúcar fuera marcada con un isótopo de carbono 13 puro, el trazador podría ser detectado sólo en experimentos que no contuvieran más de 100.000 a 1 millón de átomos sin marcar.
En cambio, el carbono 14 radiactivo puede ser detectado a concentraciones de unas 25 desintegraciones por minuto en una muestra de carbono de 1 gramo. Basándose en la velocidad de desintegración del carbono 14 puro, que tiene una vida media de unos 5.760 años, la cantidad de carbono 14 detectable en la muestra de carbono es de unas 0,04 partes por 1.000 millones, que corresponden a un factor de dilución de 25.000 millones. Sin embargo, al ser material radiactivo, las medidas de seguridad imponen normalmente un límite superior a la concentración que podría usarse experimentalmente. Aunque el deuterio no es radiactivo, consideraciones similares conducen a unos límites de dilución de 1 millón aproximadamente para el deuterio y 10 billones para el tritio. El deuterio afecta al tejido vivo porque es dos veces más pesado que el hidrógeno ordinario. Sin embargo, en experimentos, pequeños animales de laboratorio han sobrevivido con un 20 a un 30% de su fluido corporal formado por agua pesada (D2O).
La disponibilidad de los isótopos trazadores estables depende de los procedimientos de separación de isótopos y de las existencias naturales. En principio, todas las separaciones de isótopos pueden ser realizadas por un instrumento que funciona según el principio del espectrómetro de masas. Ciertos isótopos se pueden separar por procesos de difusión gaseosa, como es el caso del uranio, y por diferentes procesos de destilación, como en el caso del hidrógeno. Los procedimientos de separación más prácticos suponen repetidas reacciones de intercambio de isótopo, y tienen como resultado la separación de los isótopos pesados de los ligeros. La mayoría de las preparaciones de deuterio, carbono 13 y nitrógeno 15 se realizan de esta manera.
Los trazadores radiactivos se preparan normalmente bombardeando con neutrones el elemento estable, el cual captura los neutrones para formar los isótopos más pesados que se desintegran emitiendo partículas beta. En la preparación de carbono 14, el siguiente elemento más pesado, en este caso el nitrógeno, es bombardeado con neutrones porque el neutrón capturado produce la expulsión de un protón, formando así el isótopo radiactivo del elemento con número atómico inmediatamente inferior.
Véase también Datación.
(Encarta)
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