La relación entre la estructura y la función en biología
Existe una relación de complementariedad entre la forma (estructura) y la función, esta es una característica de la naturaleza y se aplica a todas los objetos, cosas y organismos.
Los antiguos taoístas observaron esta interdependencia y desarrollaron la teoría del yin y yang, que es aplicable a todo lo que existe: 2 fuerzas opuestas que trabajan juntas formando un todo. El yin es sustancia, forma, sostiene, contiene y nutre, representa a la materia. El yang es función, movimiento, acción, protección, representa a la energía.
Pero estos no son conceptos absolutos, son relativos y están en constante intertransformación. La materia se transforma en energía. La energía se materializa. El yin se convierte en yang y el yang se transforma en yin.
En biología se define en términos de parénquima y estroma. Se denomina parénquima al tejido funcional del órgano (por ej.: secreciones glandulares, síntesis de proteínas, etc,); en contraposición, la estroma, son los tejidos de contención y sostén (generalmente, tejido conectivo).
La célula, los tejidos, los órganos y el organismo en su totalidad, presentan una parte funcional y otra de sostén.
Generalizando, podemos entender la tensegridad como un sistema dinámico formado por un campo continuo en tensión que se encuentra envolviendo “islas” o componentes discontinuos en compresión. Así, cambiando los nombres de compresión y tensión por los de atracción y repulsión, o contracción y expansión, una galaxia (estrellas-planetas) o un átomo (núcleo–electrones) pueden considerarse sistemas en tensegridad.
Así simplemente, definimos a la tensegridad, como la relación o mejor dicho, el balance entre dos fuerzas opuestas: tensión y compresión.
Todas las estructuras, desde un artefacto creado por la inteligencia humana o una forma de vida que evolucionó por selección natural durante millones de años, presentan un equilibrio entre 2 fuerzas opuestas y complementarias.
A medida que vamos comprendiendo la naturaleza y a nosotros, como parte de ella, observamos que en todas partes se repite el mismo modelo. En este modelo de un universo organizado en escalas o jerarquías, lo infinitamente grande (galaxias) y lo infinitamente pequeño (átomos) presentan la misma dinámica, el mismo equilibrio de fuerzas: expansión y contracción. Y en el medio de la escala (entre lo grande y lo pequeño) se encuentra la célula, que también puede considerarse un sistema con “integridad tensional”.
En el sistema de tensegridad celular está incluida también la matriz extracelular.
La matriz extracelular (MEC) es el medio que rodea a las células.
Es una sustancia viscosa formada por materiales extracelulares que junto a las células conforman los distintos tipos de tejidos (músculo, hueso, piel, tejido conectivo, etc). A su vez, los tejidos forman órganos y los órganos forman sistemas o aparatos (digestivo, genitourinario, respiratorio, cardiovascular) y el conjunto de estos conforman un organismo.
Diferentes niveles de complejidad, comunicados entre si y que expresan la misma dinámica de fuerzas.
La célula presenta receptores en su membrana, un tipo de proteínas especializadas llamadas integrinas, que además de ser transductoras de señales, anclan la célula a
El mantenimiento de la forma celular y de la tensión intracelular, dependen también de la integridad, la composición química, la estructura de la MEC y las conexiones que tenga con la célula. De hecho la célula y la MEC son parte de un solo organismo.
Esta matriz es una sustancia continua, ramificada, presente en todas partes, que sostiene, envuelve y estructura todas las células y tejidos del cuerpo de una manera dinámica y funcional.
Las características mecánicas de la matriz extracelular como rigidez y deformabilidad, son factores importantes que influyen en la conducta y la dinámica de las células tales como la diferenciación, la multiplicación, la supervivencia y la movilidad (migración).
La transducción mecánica, que es la transformación de fuerzas físicas en reacciones químicas, es capaz de modificar la estructura molecular del citoesqueleto e incluso estimular la formación de tejido, como por ejemplo un epitelio.
Esto resulta un aspecto interesante de la dinámica de la reestructuración del citoesqueleto y la capacidad de regeneración celular.
Las células también tienen "tono", al igual que los músculos, debido a la atracción constante de los filamentos del citoesqueleto. Como la cuerda de una guitarra, su sonido depende de su “estiramiento” y del lugar donde se pulse, es decir, donde se ejerza la presión, (estiramiento y presión).
La tensión que presenta el citoesqueleto de una célula, en un momento dado, está influenciado por la dinámica celular y la forma de su núcleo. Cualquier cambio en las fuerzas intracelulares, derivado de su interacción con el exterior y que provoque cambios en el citoesqueleto, induce a que también se den cambios en la forma del núcleo de la célula.
Las características del núcleo celular, en particular su viscoelasticidad, tienen un papel determinante en las interacciones mecánicas que se dan entre el núcleo, el citoesqueleto y la matriz extracelular, ya que presenta propiedades distintas a las del citoplasma.
Las deformaciones del núcleo modifican no solo su composición química sino también influyen en la estructura y función del ADN (información genética).
Los núcleos celulares también tienen una dinámica propia debida a su composición; cuando una célula va de un lado a otro puede atravesar un diámetro menor al suyo y entonces la deformación del núcleo también está en relación a la deformación que presenta la célula completa. El tamaño y la forma de los núcleos celulares son variables y depende del tipo de célula.
Su dinámica y su composición química están íntimamente relacionadas con las del esqueleto celular (citoesqueleto). De hecho se ha observado que la plasticidad del núcleo de las células cancerosas favorece para que éstas se diseminen con más facilidad que otras.
La estructura molecular de las células presenta propiedades vibratorias con armónicos complejos. El ADN recibe y emite información como una antena (ver post: "El lenguaje del ADN")
Los sistemas de tensegridad desempeñan además el papel de osciladores armónicos acoplados.
Las interacciones vibracionales “atraviesan” un “tejido matricial de tensegridad”: matriz nuclear, matriz celular y matriz extracelular (en ambas direcciones), estos diferentes niveles funcionan como uno solo equilibrando las vibraciones propias de la célula con los estímulos y señales que esta gestiona, desde el exterior de la célula hasta el ADN en el núcleo y viceversa.
Este acoplamiento entre los diferentes niveles de organización permite los procesos de amplificación y de atenuación del estímulo o la señal.
El nivel de tensión celular actúa como un modulador mecánico que puede ampliar, modificar o suprimir las informaciones en un sentido o en el otro.
¿Podemos generalizar estos fenómenos a través de todas las escalas estructurales desde la célula hasta el cuerpo entero?
A través de las escalas de organización sucesivas (ver post sobre fractales), los estímulos o las fuerzas que recibe el organismo entero o una de sus partes, se transmiten al nivel celular.
Esta organización jerarquizada posee un papel protector (amortiguador), las fuerzas (expresadas en newton), recibidas a la escala del cuerpo (macronivel), son atenuadas para llegar al orden de los milinewtons (y menos), “comprensibles” para la célula (micronivel). De esta manera, la piel y los tejidos normalmente resisten el estiramiento, y el cuerpo tiene la capacidad de asimilar impactos o choques a veces violentos.
El cuerpo humano forma un sistema automodelado de tensegridad: los huesos, elementos discretos (discontinuos) comprimidos, elevados (contra la fuerza de gravedad) y en equilibrio con la red músculo-fascial tensada que interconecta y sostiene la estructura.
Podemos describir a las fascias como un tejido corporal contínuo, que cumple el papel de “red tensional”: contiene, comunica, vehiculiza información, protege y “tensa” la estructura.
La columna vertebral y la cabeza son una unidad funcional. Este sistema, de partes blandas en tensión y puntales de sostén: como son los huesos, generando compresión, posee todas las características de una estructura de tensegridad.
La columna vertebral con sus ligamentos, fascias y músculos (interespinosos, trapecio, dorsales, lumbares, etc.) funciona como un sistema de tensegridad, en el que las clavículas, las vértebras y las articulaciones sacroilíaca, la escápulohumeral e incluso el hueso hioides en el cuello, están relacionados.
Las partes blandas sostienen, tensan y alinean a la columna. Si la tensión es excesiva el flujo de fuerzas se bloquea y el sistema se vuelve rígido y se desequilibra. Si la tensión es poca o nula, el sistema colapsa, se cae y si los tensores tiran de manera desigual, aparecen deformaciones, torsiones, desbalances, etc.
La correcta posición de la columna vertebral (derecha, estirada, flexible) y la cabeza (en equilibrio sobre los hombros) depende de una “tensión justa o correcta”.
Una de las principales propiedades de la tensegridad es, "la capacidad de disipar las fuerzas y distribuirlas entre todas las partes que componen el sistema, en vez de concentrarlas en aquella que las recibe directamente". Este es un principio fundamental de la “reflexología”.
Otro punto importante es que los sistemas que se autoequilibran consumen menos energía.
En la naturaleza la evolución tiende a la optimización, mayor funcionabilidad (equilibrio dinámico) con un menor gasto de energía.
Las fascias son un camino de acceso directo a las células
El concepto de tejido matricial de tensegridad, desarrollado a propósito de la célula, se encuentra también en la escala macroscópica con la red de fascias.
Por medio de la red fascial se puede acceder a los procesos celulares que relacionan las señales mecánicas recibidas por las membranas a los fenómenos bioquímicos, es decir la transducción mecánica, mediante presiones, manipulaciones y estiramientos como en el caso del shiatsu o la osteopatía.
El citoesqueleto verdadera “fascia intracelular”, funciona como una continuidad de la gran red extracelular de fascias.
El nivel microscópico de la célula con su estructura molecular y el nivel macroscópico de los músculos, fascias y tendones están conectados, son una continuidad, proyecciones de lo mismo pero en diferentes escalas. Es igual para cada parte del cuerpo.
El estado de las partes blandas (músculos, tendones, ligamentos), que representan el sistema de tensión, depende también del estado de los órganos internos, en particular hígado y bazo.
Los huesos, el sistema en compresión, dependen de la energía de los riñones.
La tensión justa y equilibrada del sistema músculo-tendinoso fortalece y protege a los órganos internos. La información viaja en todas las direcciones.
La conciencia mueve la energía y afecta a la materia. Energía y materia se intertransforman sin cesar (E=MC2). La información se desplaza en forma de ondas (en este caso mecánicas) que se propagan y son leídas e interpretadas por las células que a su vez devuelven la señal generando un efecto físicoquímico, el cual reenvía información al medio (retroalimentación o biofeedback).
En
Sin una cierta “tensión” y sin una cierta “presión” no es posible la vida.
La célula depende de su forma y estructura para desarrollarse y vivir. La forma, a su vez, es mantenida y generada por la función.
Estructura y función, 2 aspectos de una única realidad.
Entonces, la mejor manera de mantener la salud y prevenir enfermedades (y en muchos casos curarlas), es con presiones y estiramientos. La práctica regular de chi kung, yoga, masajes y otras disciplinas afines favorecen este propósito.
Simplemente energía e información aplicadas en la dirección correcta.
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