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domingo, octubre 17, 2021

La Óptica en la lucha contra la pandemia de COVID 19


Por: Alfredo Campos Mejía

El 16 de mayo se celebró el “Día Internacional de la Luz”, conmemoración anual proclamada por la ONU en 2017 para dar a conocer la importancia de la luz y sus tecnologías en el desarrollo sustentable de la sociedad. Ese día, centros de investigación, universidades y organizaciones relacionadas con la Óptica (la ciencia que estudia a la luz) realizan diversas actividades para acercar a la sociedad con este campo del conocimiento y sus aplicaciones. Dicha fecha fue seleccionada para recordar el desarrollo del primer láser por el científico norteamericano Theodore Maiman el 16 de mayo de 1960. En su sexagésimo aniversario, el láser se ha consolidado como un dispositivo de suma importancia en la industria, las comunicaciones, las ciencias de la salud, etc.

Y en ese último campo, la Óptica ha jugado un rol central desde hace varios siglos. Cabe recordar que el descubrimiento del mundo microscópico por el holandés Anton van Leeuwenhoek y el inglés Robert Hooke en el siglo XVII permitió conocer mejor el funcionamiento de nuestro organismo, reconocer a los microbios causantes de muchas de las enfermedades (también hay microorganismos que nos son muy útiles y hasta indispensables), y desarrollar medicamentos para poder curarlas. Aquellos pioneros que se asomaron por primera vez a ese mundo lleno de seres imposibles de ver a simple vista, lo hicieron gracias a los microscopios. Estos instrumentos fueron evolucionando en los siglos siguientes para permitir a los científicos observar con mayor claridad objetos cada vez más pequeños, y el microscopio se convirtió en un instrumento fundamental para la biología y la medicina.

Entre los microorganismos, los más diminutos son los virus. Por ejemplo, el coronavirus SARSCoV-2 causante de la enfermedad llamada Covid-19 ¹ mide entre 50 y 200 nanómetros ²; para visualizar lo que representan unas dimensiones tan pequeñas imagine que para ese coronavirus el cuerpo de un ser humano es tan gigantesco como para nosotros lo es el planeta Tierra. ¿Puede la Óptica ayudarnos a combatir algo tan pequeño?

Efectivamente. En la lucha contra la pandemia de Covid-19, la Óptica se suma a otras ciencias y tecnologías empleadas por científicos para permitir, entre otras cosas: diagnosticar esta enfermedad, monitorear el estado de salud de los pacientes, desinfectar equipo de protección para ser reutilizado por el personal de salud, y reducir la cadena de contagios entre la población. Veamos cómo.

Diagnosticando la enfermedad

Hallar un virus en el cuerpo humano es como “encontrar una aguja en un pajar”, aunque mucho más complicado. Pero si la “aguja” emitiera luz de algún modo, localizarla sería una tarea sencilla. Eso es lo que los científicos hicieron para poder encontrar el material genético del SARS-CoV-2 presente en una muestra de secreciones tomadas de la nariz o garganta de los pacientes: lo han hecho brillar. La prueba utilizada para tal propósito es la conocida como RT-PCR (del inglés “ Real-Time Polymerase Chain Reaction, es decir: “Reacción en Cadena de la Polimerasa en Tiempo Real”)³, técnica de laboratorio utilizada para amplificar secuencias de código genético y detectar la presencia del SARS-CoV-2. En forma muy general, para llevar a cabo esa detección se “pega” al código genético del virus una molécula fluorescente, es decir, que brilla cuando es iluminada con luz de cierto color. A concentraciones bajas del virus, la luz emitida por las moléculas fluorescentes que se han adherido al código genético del virus emiten tan poca luz que es imposible detectarlas. Pero luego de una reacción en cadena que amplifica la cantidad del código genético del virus presente en la muestra la fluorescencia puede detectarse, y a partir de ella, la carga viral puede estimarse. Para ello, es indispensable contar con láseres o LEDs que hagan posible la fluorescencia de las moléculas, y detectores de luz muy sensibles para reconocer la fluorescencia, entre otros componentes ópticos.

Monitoreando la función respiratoria de los pacientes día y noche

Algunas de las personas que padecen Covid-19 pueden llegar a desarrollar un cuadro grave en poco tiempo, en el que sus pulmones sufren un daño que les dificulta respirar y que puede poner en riesgo su vida. Detectar por tanto que su función respiratoria se está llevando adecuadamente resulta vital. Los pulmones permiten llevar oxígeno del aire al torrente sanguíneo. Sin este elemento químico, las células de nuestro cuerpo no pueden realizar sus actividades. Para las personas que tienen un daño pulmonar, inhalar y exhalar no garantiza que el oxígeno respirado pase a la sangre en cantidades suficientes. Afortunadamente, el nivel de oxigenación de la sangre se puede monitorear de manera sencilla, precisa y en forma no invasiva mediante un pulso-oxímetro, que es un dispositivo que se suele colocar en la punta de un dedo, y que usa un LED rojo, otro infrarrojo y sensores ópticos para determinar el nivel de oxigenación a partir de la absorción de la luz por la sangre. En caso de que éste caiga por debajo de cierto umbral, se puede brindar al paciente la atención inmediata, suministrándole oxígeno o apoyándole con un ventilador.

Desinfección de equipo de protección

Luego de atender a personas enfermas por Covid-19 en los hospitales, es necesario esterilizar el equipo de protección, los instrumentos y el equipo médico, así como diferentes superficies para poder recibir a otros pacientes de manera rápida y segura. Una desinfección sin necesidad de tocar a los objetos, rociarlos con líquidos o agentes químicos puede realizarse con luz ultravioleta (UV). Pero no toda la radiación UV es igual. La luz del Sol contiene radiación ultravioleta que se ha dividido en tres grupos denominados: UVA, UVB y UVC. La mayoría de la radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra es UVA, y las exposiciones prolongadas a ella pueden provocar envejecimiento de la piel, manchas y hasta cáncer de piel. Luego sigue la luz UVB, que provoca el bronceado, pero a exposiciones altas también quemaduras e incluso cáncer en la piel. Ambos tipos de luz ultravioleta pueden ser bloqueados mediante cremas con filtros solares. Pero la radiación UVC es la más energética, tanto que es capaz de provocar un daño al código genético de las células de las personas, de bacterias e incluso de virus. Afortunadamente para nosotros la luz UVC es bloqueada en la atmósfera por la capa de ozono. Sin embargo, se han desarrollado lámparas, llamadas germicidas, que emiten luz UVC, y que son capaces de eliminar bacterias e inactivar virus con exposiciones de alrededor de un minuto a ciertas intensidades luminosas. Mediante un diseño adecuado y con las medidas de seguridad necesarias, la luz UVC puede contribuir a la desinfección de objetos y superficies.

Reducción de la cadena de contagios

Las autoridades sanitarias han recomendado a la población una serie de medidas higiénicas y de distanciamiento social para reducir al máximo los contagios por Covid-19 y con ello la propagación de la enfermedad. Sin embargo, durante la realización de muchas actividades, resulta inevitable que grupos de personas permanezcan juntos incluso durante varias horas, como es el caso de pasajeros de transporte urbano, de autobuses, de aviones, etc. Resultaría ideal poder identificar rápidamente y de forma sencilla a una persona enferma para evitar que pudiera contagiar a las demás, pero esto no es posible en la actualidad. Sin embargo, uno de los síntomas de Covid-19 es la fiebre, que es un mecanismo de defensa del cuerpo en respuesta, entre otras causas, a una infección. Este síntoma puede ser detectado mediante cámaras termográficas, que son las utilizadas en las cámaras de visión nocturna. Estas cámaras detectan el calor que desprenden los objetos en forma de radiación infrarroja y permiten conocer la temperatura del rostro de una persona sin necesidad de tocarla, para determinar si presenta una temperatura corporal elevada. De esta manera, se podría evitar que una persona potencialmente enferma (podría ser de Covid-19) estuviera en cercanía con mucha gente, lo que contribuiría a reducir la cadena de contagios. Tras dar positivo a una temperatura corporal elevada, la persona en cuestión sería abordada por personal sanitario para confirmar la existencia de fiebre y darle atención. El uso apropiado de este tipo de sistemas requiere de una adecuada calibración para tener el menor porcentaje de error en la determinación de los casos sospechosos, y se trabaja para lograr monitorear al mayor número de personas en el menor tiempo posible.

 

  1. COronaVIrus Disease 2019, es decir, la enfermedad (disease en inglés) provocada por un coronavirus de la que nos enteramos en el año 2019. Ese coronavirus es el SARS-CoV-2.
  2. Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro, o la millonésima parte de un milímetro.

3. Las polimerasas son enzimas capaces de replicar un ácido nucleico, y son muy importantes en la división celular.

Columna del CIO
El Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) es uno de los Centros públicos de investigación pertenecientes al Conacyt. Se especializa en óptica y fotónica (estudio de la luz y su interacción con la materia) www.cio.mx

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