En muchos países la carrera profesional de fisioterapia o Kinesiología no incluye en su pensum, la Bioquímica. Esta cátedra es una de las más importantes, ya que de ahí radica el origen del movimiento, las funciones fisiológicas del cuerpo e incluso el comportamiento humano. El fisioterapeuta capacitado en esta área podrá reconocer los elementos básicos que conforman el cuerpo humano, el cual le permitirá usar procedimientos enfocados en la bioquímica de cada paciente y realizar un buen diagnóstico funcional tanto a nivel de órganos como de cada aparato del sistema humano, además conocerá la importancia de las enzimas en cada uno de los procesos bioquímicos.
¿Qué es la Bioquímica?
La bioquímica es una ciencia que se enfoca en la búsqueda de la explicación de muchos fenómenos celulares que ocurren en el organismo. Para entender dichos fenómenos se debe estudiar la composición química tanto de los lípidos como de los carbohidratos, proteínas ácidos nucleicos y otras moléculas presentes en las células, el cual les permiten obtener energía por medio del catabolismo y generar biomoléculas propias a través del anabolismo. Actualmente, la bioquímica forma un papel muy importante en la detección de enfermedades, en el estudio de la evolución de los seres vivos, el comportamiento, la memoria, entre otros.
Conceptos básicos de Bioquímica
En fisioterapia se usan muchos términos, componentes y nos basamos en bioquímica sin saberlo para implementar un programa fisioterapéutico. Para poder entender cómo la bioquímica está involucrada en la fisioterapia se debe explicar los siguientes conceptos.
Biomoléculas
Los seres vivos están formados de diversas moléculas inorgánicas y orgánicas. El agua (molécula inorgánica) representa el 70-95% del peso neto de una célula y los iones como el Ca+2, Na+, Cl-, Mg+2, K+, entre otros, pueden representar hasta 1%. Las moléculas orgánicas como el azufre, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno, carbono y fósforo, junto con la capacidad de formar cuatro enlaces covalentes fuertes con los átomos de carbono de otras moléculas, pueden convertirse en otras moléculas más complejas como aminoácidos, proteínas, hidratos de carbono, ácidos grasos y ácidos nucleicos.
Aminoácidos
Existen 20 aminoácidos estándar en las proteínas y algunos de ellos tienen funciones particulares en los seres vivos, como mensajeros químicos (glicina, melatonina, la serotonina, el acido γ-aminobutírico o GABA), neurotransmisores, hormonas (tiroxina un derivado de la tirosina y ácido indol acético un derivado del triptófano), son precursores de diversas moleculas complejas que contienen nitrógeno como los ácidos nucleicos, y sirven como intermediarios metabólicos, tal es el caso de la arginina, la citrulina y ornitina que son componentes del ciclo de la úrea, el cual es el principal mecanismo para eliminar los desechos nitrogenados del organismo.
Péptidos
Son moléculas señalizadoras que usa el organismo para regular sus complejas actividades, como la homeostasis, síntesis de proteínas y de ADN, metabolismo de fármacos, transporte de aminoácidos, regulación de la ingestión de alimento y peso corporal, regulación de la presión sanguínea y alivio del dolor. Los péptidos surgen de la unión de dos o más aminoácidos por medio de un enlace peptídico. Ejemplo de péptidos son: la hormona oxitocina, la hormona de crecimiento, el glucagón, insulina, vasopresina, entre otros.
Proteínas
Son moléculas complejas que poseen una enorme cantidad de funciones: tienen propiedades notables como catalizadores (las enzimas son proteínas pero no todas las proteínas son enzimas) de reacciones bioquímicas, son estructurales ya que proporciona sostén y protección (elastina y el colágeno), participa en todos los movimientos de la célula por ejemplo: la actina, la miosina, tubulina, entre otros. Una extensa variedad de proteínas son protectoras como la queratina, fibrinógeno, trombina e inmunoglobulina.
La regulación es otra de sus funciones un ejemplo de esto es el glugagón y la insulina, ambos regulan la concentración de glucosa en la sangre, y la hormona de crecimiento. La proteínas de membrana como la Na+/K+ ATPasa actúa como transportadores, igual que la hemoglobina que transporta oxigeno y lipoproteínas LDL y HDL que transporta lípidos desde el hígado y el intestino a otros órganos. El almacenamiento de nutrientes es un papel fundamental en el organismo, la caseína de la leche de los mamíferos son reservas importantes de nitrógeno orgánico, la ovoalbúmina del huevo, la zeína de los vegetales, entre otras.
Enzimas
Son catalizadores biológicos, todas las reacciones bioquímicas están organizadas en una serie de rutas controladas por la concentración y actividad de las enzimas a través del control genético, modificación covalente, regulación alostérica y compartamentalización.
Hidratos de carbono
El metabolismo de los hidratos de carbono o carbohidratos está regido por la glucosa, el cual es un azúcar que sirve como combustible en la mayoría de los organismos, se almacena en forma de glucógeno en animales y almidón en vegetales. Existen varias formas de metabolizar la glucosa, que es el azúcar más común en el organismo, una de ellas es cuando las energías son bajas, la glucosa sufre un proceso de degradación por medio de la glucólisis.
Por otro lado, la glugoneogénesis es una ruta metabólica que sintetiza de novo moléculas de glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos, como por ejemplo lactato, piruvato, glicerol y algunos aminoácidos. Otra forma es por la ruta de las pentosas fosfato, el cual se oxida la glucosa para formar NADPH en la fase oxidativa y en la fase no oxidativa se sintetiza ribosa-5 fosfato, un componente de los nucléotidos y los ácidos nucleicos. Además de la glusosa, hay otros carbohidratos importantes: la frutosa el azúcar de la fruta, lactosa de la leche, maltosa azúcar de la malta, sacarosa la azúcar de la mesa, entre otros.
Ciclo de ácido cítrico:
Los organismos aerobios tienen una gran ventaja sobre los organismos anaerobios debido a su capacidad de obtener energía a partir de moléculas orgánicas. Para usar el oxígeno en este proceso se requieren varias rutas bioquímicas como el ciclo del ácido cítrico, ruta transportadora de electrones y fosforilación oxidativa. Este ciclo oxida totalmente los sustratos orgánicos como la glucosa y loas ácidos grasos para formar CO2, H2O y las coenzimas reducidas NADH Y FADH2. El piruvato producto de de la ruta glucolítica se convierte en acetil-CoA el cual es el sustrato del ciclo del ácido cítrico, quien desempeña además procesos de biosíntesis (gluconeogénesis, aminoácidos y porfirinas).
Lípidos
Son sustancias naturales que se consideran también como ácidos grasos, aceites, fosfolípidos, esteroides y carotenoides, y que además son solubles en disolventes apolares. Realizan un conjunto de funciones interesantes en los seres vivos como lo son: ser la reserva energética primordial del organismo, son componentes estructurales de las membranas biológicas, actúan como hormonas, antioxidantes, pigmentos, factores de crecimiento y vitaminas.
Metabolismo del nitrógeno
Los animales están constantemente sintetizando y degradando el nitrógeno que se encuentra en las proteínas, ácidos nucleicos, y miríadas de otras biomoléculas. Solo unos pocos organismos son capaces de fijar el nitrógeno para formar amoníaco y nitrato. El recambio proteico proporciona a las células flexibilidad metabólica, protección frente a la acumulación de proteínas anómalas y la destrucción oportuna de proteínas durante el desarrollo. La degradación de neurotransmisores es fundamental para la transferencia de información en los animales, por ejemplo, la acetilcolina, catecolaminas y serotonina.
Ácidos nucleicos
La herencia y su mecanismo de transmisión son estudiados por la genética, biología molecular y la bioquímica. La información que se requiere para dirigir todos los procesos vivos está almacenada en las secuencias de nucleótidos del ADN. Las mutaciones (cambios en la estructura del ADN), pueden producirse por colisiones con las moléculas del disolvente, fluctuaciones térmicas, radiación, entre otros. El conocimiento relacionado con la forma en la que las células almacenan, utilizan y heredan la información genética, permiten numerosas aplicaciones médicas como las pruebas diagnósticas y tratamientos.
Relación entre la Bioquímica y la Fisioterapia
En fisioterapia se usa mucho las palabras metabolismo, plasticidad, control motor, fisiología, neurología, entre otras, sin tener consciencia que todas están involucradas tanto en la patología como en el proceso de recuperación o sanación del paciente. Cada acción ejercida por el cuerpo humano, involucra una gran cantidad de procesos bioquímicos que lo regulan y maneja en diferentes niveles. Los organismos multicelulares como el ser humano, debe asegurar la cooperación de todas sus células, tejidos y órganos en cada proceso de regulación, destrucción o recuperación en el organismo. Por ejemplo: las hormonas son utilizadas en el organismo para transmitir una información entre las células y para asegurar el control adecuado del metabolismo, síntesis y secreción de otras hormonas que regulan un mecanismo complejo en cascada que es controlada por el sistema nervioso.
Órganos del cuerpo humano
Tienen diversas funciones que contribuyen a una función óptima y equilibrada del organismo. El intestino delgado realiza la digestión de nutrientes como los carbohidratos, lípidos y proteínas, además proporciona moléculas suficientemente pequeñas para que puedan absorberse en el organismo (azúcares, ácidos grasos y aminoácidos). La absorción de nutrientes por los enterocitos del intestino delgado es vital e involucra enzimas, mecanismos de transporte de agua, minerales, vitaminas y otras sustancias a la linfa y sangre, que luego son distribuidas por todo el cuerpo.
Esto requiere una gran cantidad de energía, aunque se utiliza un poco de glucosa, la mayoría de la energía la aporta la glutamina, el cual se obtiene de la proteína degradada del alimento. Es importante este conocimiento en fisioterapia, ya que si el paciente está en ayunas, la glutamina la obtendrá de la sangre arterial, el cual modificará la presión arterial y por ende, afectaría la sesión de rehabilitación.
Por otro lado, el hígado tiene gran flexibilidad metabólica y dentro de sus funciones está el de reducir las fluctuaciones de la disponibilidad de nutrientes, ya que constantemente se producen drásticas variaciones alimentarias. Por ejemplo: si el paciente hace un cambio en su dietas de carbohidratos abundantes a proteínas, incrementa en cuestión de horas la síntesis de enzimas que se requieren para el metabolismo de aminoácidos.
Músculo Esquelético
Cabe destacar que, el músculo esquelético necesita de ATP para la contracción muscular, que durante el ayuno y la inanición prolongada, parte de la proteína del músculo se degrada para proporcionar aminoácidos al hígado para activar la gluconeogénesis y necesita mantener un buen flujo sanguíneo para que el músculo cardíaco utilice la glucosa en la alimentación y los ácidos grasos en ayunas. El tejido adiposo posee la función de almacenamiento de energía en forma de triacilgliceroles, por lo que los adipocitos almacenan grasas provenientes del alimento y del metabolismo del hígado o bien, degradan la grasa almacenada para formar ácidos grasos y glicerol a la circulación.
Cerebro
El cerebro no proporciona energía al cuerpo pero si utiliza glucosa como único combustible, almacena poco glucógeno por lo que depende mucho de la glucosa en la sangre. Los riñones filtran el plasma sanguíneo liberándolo de sustancias nocivas para la salud, además reabsorbe electrólitos, azúcares y aminoácidos, regula el pH sanguíneo y el contenido de agua en el cuerpo. Debido a estas funciones, no sorprende que la mayoría de la energía generada en este órgano, se consuma durante el transporte de dichas sustancias.
Ejercicio físico
Durante el ejercicio físico las fuentes energéticas que el músculo necesita para contraerse la consiguen por medio de dos estrategias metabólicas: metabolismo anaeróbico y metabolismo aeróbico. Los ejercicios intensos y cortos requieren del metabolismo anaeróbico, el cual utiliza la glucólisis para generar ATP y lograr las contracciones musculares. En este tipo de ejercicio el cuerpo consume el oxígeno tan rápido de lo que puede suministrar el sistema cardiovascular, cuando el oxígeno se agota, la concentración de lactato comienza a elevarse. Cuando las concentraciones de ácido láctico llega al umbral, las células musculares no responden a la estimulación nerviosa. En cambio, cuando la contracción muscular se produce a un ritmo que permite el suministro de oxigeno adecuado, el metabolismo es aeróbico y la actividad puede mantenerse a tal punto que permite inducir cambios sustanciales en el metabolismo.
Cuando se dispone de suficiente oxigeno, el músculo utiliza dos combustible primarios: la glucosa y los ácidos grasos. También se requiere una pequeña cantidad de glucosa debido a que éste se convierte en oxalacetato, el cual es necesario para el ciclo del ácido cítrico (es un conjunto de reacciones bioquímicas que utilizan los organismos aerobios para liberar energía química almacenada en el grupo acetilo de dos carbonos de la acetil-CoA provenientes de la degradación de los carbohidratos, lípidos y algunos aminoácidos).
Al intensificarse la actividad física, comienza la liberación de ácidos grasos de los tejidos adipocitos (gracias al sistema simpático que produce la liberación de adrenalina y noradrenalina en las glándulas suprarrenales, el cual activan la enzima lipasa). Finalmente, el glucógeno muscular se agota y se utiliza glucosa que procede del glucógeno hepático. Si la actividad física dura mucho y es intensa, las reservas de glucógeno se agotan casi en su totalidad y las células musculares dependerían de la oxidación de los ácido grasos para seguir proporcionándole energía al cuerpo para las contracciones musculares activas.
Diabetes
Otro ejemplo de cómo la bioquímica influye en fisioterapia es cuando las personas que tiene Diabetes sufren de problemas metabólicos producido por la síntesis insuficiente de insulina, un aumento de la destrucción de la insulina o una acción ineficaz de la insulina, conllevando a un fallo de las células del organismo para adquirir glucosa de la sangre. La hiperglicemia es uno de sus síntomas, la glucosuria (glucosa en la orina) y la diuresis osmótica (pérdida excesiva de agua y electrólitos). Además, son propensos a la insuficiencia renal, infarto del miocardio, ACV ó ECV, ceguera y neuropatías.
Anemia falciforme
Es una enfermedad humana caracterizada por la forma de luna en cuarto creciente, de los eritrocitos (glóbulos rojos) que hace que el transporte de oxígeno no sea suficiente para la demanda de la persona en cualquier actividad de esfuerzo en la que se encuentre. Bioquímicamente y genéticamente, se debe a la substitución de un aminoácido que codifica la síntesis de la cadena ß de la hemoglobina. La células falciformes duran la mitad del tiempo que las células normales, produciéndose la anemia y acumulándose cuando se hallan desoxigenadas bloqueando los capilares que lo transportan.
Otros
Saber cómo está formado el colágeno, el cual es una proteína fibrosa, proporciona información sobre todos los tejidos del cuerpo humano como los huesos, vasos sanguíneos, tendones, ligamentos, piel, córnea, facilita la comprensión de el proceso de cicatrización, regeneración tisular, cómo actúan dichos tejidos en exposición a distintos agentes físicos, según lo requiera el paciente.
El conocimiento de dichos procesos y enfermedades obliga no solo a conocer la composición química del organismo, sino las transformaciones que tienen lugar en el mismo y los principios que los controlan. De este modo, también es factible describir la fisioterapia como una de las ramas de las ciencias de la salud, dedicada al estudio de la vida y de las enfermedades musculoesqueléticas que afectan a las personas y también se encarga de investigar el origen y desarrollo de los trastornos musculoesqueléticos, además de evaluar su evolución antes y después del tratamiento fisioterapéutico con el fin de reinsertarlo funcionalmente a su vida cotidiana.
Gracias a los métodos bioquímicos descubiertos, se han podido determinar las causas de diversas enfermedades que afectan tanto la psicofisiología como el aparato musculoesquelético del individuo, y a su vez, dar soluciones en diferentes campos de la ciencia. En este caso, han ayudado a encontrar soluciones para encontrar las terapias apropiadas para el paciente, donde la salud de estos, depende de un óptimo equilibrio de las reacciones bioquímicas que ocurren en su cuerpo.
Considerando al paciente desde su estructura básica y material en base a su química, se hace necesaria su estudio conjuntamente con otras disciplinas como biología, física, fisiología y las ciencias sociales. La fisioterapia usa varios métodos de tratamiento, obteniéndose en cada uno resultados óptimos y efectivos que ayudarán a mejorar las lesiones. Además corregirán algún daño colateral que se pueda dar, es por ello que se puede decir que, la fisioterapia es un tratamiento integral que abarca un gran campo con resultados positivos con terapias y métodos personalizados de acuerdo a cada caso.
Conclusión
La profesión de fisioterapia no debe basarse solamente en el estudio de la generación del movimiento, sino también debe partir del estudio de la sustancias químicas que conforman la base para la ejecución del movimiento corporal humano, comprender su estructura y el funcionamiento de átomos, cómo y por qué se producen, funcionamiento de las hormonas en nuestro cuerpo, las cuales producen increíbles efectos para nuestro desarrollo físico y fisiológico.
No olvidar que en un tratamiento integral es necesario la combinación de terapias y métodos bioquímicos que ayudan de proporcionarle el soporte científico que permitirá construir un conocimiento claro, tanto de los distintos fenómenos moleculares asociados a procesos vitales del organismo humano como a su interacción con el medio en que está incorporado y algunos de estos ayudan son: hidroterapia, magnetoterapia, electroterapia, ultrasonido, termoterapia, fototerapia, crioterapia, masoterapia, entre otros.
