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medisan 2004;8(3):39-45

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REVISIONES

Instituto Superior de Ciencias Mdicas

Los sistemas vivos y las ciencias de las complejidades. Relacin entre soma y red biolgica

 Lic. Mauricio de Jess Pichn Quesada, 1 Dra. Andrea Olimpia Farias Salas 2 y Dra. Sochi Margarita Miyares Quintana

RESUMEN

La primera ciencia de la complejidad que se acerc a la vida como fenmeno universal fue la termodinmica clsica, pero no lograba explicar completamente los fenmenos asociados a la vida misma, debido al carcter lineal de su estructura matemtica, que imposibilitaba describir los sistemas alejados del equilibrio termodinmico (esto ltimo considerado la primera gran caracterstica de los organismos vivos como sistemas); lo ms que tal ciencia poda esclarecer eran aquellos procesos delimitados por flujos dbiles cercanos al equilibrio, en los cuales el sistema termodinmico alcanzaba un estado estacionario con una generacin de entropa mnima (medida del desorden de un sistema), que mantena a este muy prximo al equilibrio. 

Descriptores: dinÁmicas no lineales; fractales; teorÍa del caos
Lmite: humano

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Se torn indispensable una nueva visin de la realidad que tuviera en cuenta el carcter no lineal de la conducta de interconexin e interdependencia de estos sistemas, debido a que estamos rodeados en el mundo real por un comportamiento similar en una gran parte de todo el universo; as surgi, en la Fsica, la Teora de los Sistemas Dinmicos (porque estn sujetos a movimientos y cambios constantes) no Lineales, y el lenguaje matemtico asociado a ella, conocido como Matemticas de la Complejidad.

La Teora de Sistemas Dinmicos no Lineales y sus ramas ms importantes: la Teora del Caos y la de Fractales, en realidad constituyen teoras matemticas -- cuyo aparato es aplicable a una amplia gama de fenmenos de la naturaleza -- que enfatizan su abordaje sobre las cualidades de los sistemas, lo cual marca un viraje radical en el anlisis cientfico, que deja de ser cuantitativo porque centra su atencin en las relaciones funcionales entre los componentes que conforman los patrones sistmicos, de manera que es posible estudiarlos desde la conducta del todo dinmico, conocido como patrn de organizacin, que se basa en la configuracin de relaciones entre los elementos que componen el sistema. Del mismo modo que, en el lenguaje, la letra de una palabra no tiene nada que ver con el significado de esta, los tomos y molculas que constituyen una clula no determinan sus cualidades. Estos patrones sistmicos conforman la red, y al ser analizado el sistema mediante tcnicas matemticas, se logra revelar su comportamiento en grficos de curvas y diagramas que posibilitan acceder a su conducta. 1

La Teora de los Sistemas Dinmicos no Lineales se fundamente en el estudio de la estabilidad, inestabilidad y periodicidad o no periodicidad de las soluciones para las ecuaciones que describen la condicin de los sistemas dinmicos no lineales. 2, 3 

En la fsica clsica, las frmulas relativas a estos sistemas obviaban y linealizaban los efectos no lineales mediante aproximaciones tales, que solo se incluan en las ecuaciones pequeos cambios de los parmetros fsicos del sistema, lo cual no se corresponde enteramente con la realidad, adems de asumirse que causas parecidas provocaban efectos similares, lo que estaba muy lejos de lo cotidiano, como veremos ms adelante en el comportamiento catico.

La no linealidad de la conducta de estos sistemas est determinada por los procesos de retroalimentacin que aparecen en las interacciones entre sus elementos constitutivos, donde el resultado de un proceso es utilizado nuevamente para iniciar el mismo proceso, marcando una iteracin (caracterstica matemtica comn de los atractores extraos y el vnculo entre la teora del caos y la fractal), que puede ser definida por una ecuacin iterativa. 2, 3. De esta manera se pierde la linealidad entre la relacin de la causa y el efecto y la suma de los efectos de las partes ya no nos ofrece la totalidad de la conducta del sistema. 

         Autoorganizacin y estabilidad 

En los organismos vivos, las relaciones de interaccin entre sus componentes y el continuo intercambio al que estn sujetos con el medio, definen su carcter no lineal, lo cual genera la aparicin de cualidades emergentes que no se explican tomando en cuenta las propiedades de cada una de sus partes. Estas cualidades solo pueden ser determinadas en el patrn de organizacin, o sea, a partir de la visin del sistema como un todo, por lo cual la estrategia cartesiana que hasta el siglo pasado haba imperado en la ciencia y requera la divisin en cada una de las partes para su anlisis y medicin cuantitativa, devena obsoleta para estudiar el fenmeno cualitativo resultante de las funciones de red sistmicas aparecidas en estos sistemas alejados del equilibrio termodinmico.

El concepto de red asociado a estos sistemas se deriva de la propia autoorganizacin sistmica que emerge de la interaccin entre las partes y delimita fronteras de interaccin entre los componentes del sistema, incluidas las iteraciones retroalimentadoras que se desencadenan en estos y los pueden conducir de estados cercanos a la estabilidad a condiciones absolutamente inestables, donde el sistema sobrevivir si la perturbacin no excede de los lmites de flexibilidad y tolerancia que posee, pues de lo contrario se destruir.

La autoorganizacin en tales sistemas constituye una caracterstica fundamental que resulta de la capacidad de flexibilidad autorreguladora otorgada por las relaciones de interdependencia de sus partes ante las perturbaciones externas e iteraciones de retroalimentacin propias, las cuales propician que cualquier situacin (favorable o no) se extienda por toda la red y retorne a su origen a lo largo de cadenas de bucles de retroalimentacin, de modo que el sistema aprender y se regular a s mismo ante las diferentes circunstancias. Esta aparicin espontnea de orden por las regulaciones resultantes de las retroalimentaciones recibe el nombre de autoorganizacin.

En los sistemas dinmicos complejos, as como ocurre en los sistemas vivos, la autoorganizacin se define por 3 caractersticas bsicas:

       Interconexin no lineal entre los componentes del sistema

       Alejada del equilibrio termodinmico

       Creacin de nuevos componentes y modos de conduccin durante el intercambio

Al concepto de autoorganizacin hay que aadir el de estabilidad de la red, el cual indica la potencialidad del sistema para automantenerse en determinados estados por un tiempo especfico, como sucede por ejemplo con el cauce de un ro cuando le lanzamos una piedra, pues como el ro es un sistema catico, el cauce no se ve afectado; pero si las molculas de agua siguieran un curso altamente ordenado, la simple cada de una piedra a ella modificara de forma tal el cauce, que este cambiara radicalmente. 

         Inestabilidad y estructura disipativa 

Los organismos vivos, en tanto sistemas dinmicos no lineales, se conducen como sistemas caticos ante aquellas perturbaciones que les hacen perder la estabilidad y determinan su desarrollo y evolucin.

A medida que un sistema se aleja del equilibrio, los flujos de materia y energa son cada vez ms fuertes, de manera que aumentando considerablemente la disipacin y evolucin del sistema se dirige hacia el encuentro de puntos crticos, donde los flujos lo obligan a ser muy inestable y algunas diferencias mnimas en las variables de las condiciones externas producen conductas capaces de llegar a ser extraordinariamente dismiles, lo cual se conoce como efecto mariposa.

La desviacin hacia un estado completamente nuevo puede estabilizar an ms su comportamiento, aunque muestre una tendencia cada vez mayor a la disipacin, de forma que la estabilidad se logra a costa de un alto nivel entrpico, si bien en este caso la relacin entre entropa y orden es contemplada bajo una nueva perspectiva, lo que define paralelamente un nuevo concepto para describir la autoorganizacin en sistemas abiertos, lejos del equilibrio: las estructuras disipativas, que adems de mantener el estado estable lejos del equilibrio, pueden incluso evolucionar. 2, 4

Todos los sistemas van del orden al desorden; y para comprobarlo basta analizar hechos tan cotidianos como que los animales enferman, envejecen y mueren; las vasijas de cristal se rompen al caer, los equipos electrodomsticos se descomponen, y as sucesivamente, porque tienden al estado de mxima probabilidad o mximo desorden. Este estado es el atractor del equilibrio trmico, y una vez que se alcanza, el sistema no se aleja ms de l; aunque en ocasiones, debido al movimiento aleatorio de las molculas, el sistema puede pasar por otros estados que oscilarn a su alrededor y solo permanecer en tales condiciones durante poco tiempo. En la estructura disipativa tambin se propendeal estado de mxima probabilidad, que sigue siendo el de mxima generacin entrpica, salvo que en este el sistema gana en orden y puede mantener la estabilidad.

La Teora de las Estructuras Disipativas puede explicar los fenmenos alejados del equilibrio en todos los sistemas dinmicos no lineales, incluidos los sistemas vivos, donde las molculas y los procesos en los que estas se involucran, no se encuentran en estado de movimiento aleatorio, sino de equilibrio termodinmico, debido al cual, si se moviesen en forma predeterminada, terminaran existiendo zonas ms calientes o ms fras y no habra equilibrio alguno; por tanto, como el caos se asocia con equilibrio, ello explica entonces aquellos movimientos moleculares en los que estas se entrelazan a travs de mltiples bucles de retroalimentacin cuyas ecuaciones (no lineales) ya no son gobernadas por atractores puntuales.

Un atractor est dado por uno o ms valores donde las iteraciones del sistema tienden a estabilizarse, es decir: el conjunto de valores donde la funcin f(x) se estabiliza cuando el nmero de iteraciones y tiende a infinito; con otras palabras: el atractor es una condicin que hace que el movimiento se dirija hacia l, lo cual significa que el movimiento de un sistema es atrado hacia un estado final, denominado atractor. Es muy probable que todos los movimientos caticos de los sistemas posean su atractor, pero resulta extremadamente complejo determinarlo desde el punto de vista matemtico. Como ejemplo de atractor del organismo humano para contraer algunas enfermedades no infecciosas se puede citar al genoma; y de otros casos, el modo de vida del individuo, incluida su proyeccin mental.

La estructura disipativa permanece alejada del equilibrio mediante una serie de bifurcaciones. En esos puntos pueden producirse espontneamente estados de orden, 6 en el sentido de la probabilidad de los estados en que se encuentra el sistema, aunque la entropa total de este ltimo contine aumentando, lo cual no significa un incremento en desorden, sino que los estados de orden y desorden convergen en una danza de creacin simultnea, conocida como intermitencia, donde el caos se deriva del orden y viceversa, y lo simple alterna con lo complejo. 3

Desde el punto de vista filosfico, el concepto de complejidad surge cuando se empieza a disponer de las tcnicas matemticas necesarias para discernir el comportamiento de los sistemas, que marcan su trascendencia epistemolgica. As, comienza a emerger desde los aos 70 un novedoso paradigma cientfico que aborda el comportamiento sistmico como una realidad universal compleja, pero inevitable de asumir si se aspira a comprender la magnitud de los fenmenos universales, partiendo de una nueva dimensin para su estudio, ms all del marco cartesiano. 

         Irreversibilidad y redes energticas 

El qumico y fsico ruso Ilya Prigogine, Premio Nobel de Qumica en 1977 y profesor de la Universidad Libre de Bruselas (Blgica), se percat en la dcada de los 70 de la importancia que revestan las prdidas por disipacin en los sistemas alejados del equilibrio, al definir estas la irreversibilidad de los procesos que ocurren en dichos sistemas. 5 La irreversibilidad se convierte entonces en el mecanismo que extrae orden del caos, 2 segn palabras del propio cientfico. Los procesos irreversibles de retroalimentacin positiva en los sistemas qumicos alejados del equilibrio combinan 2 mecanismos diferentes: las reacciones qumicas y el flujo de molculas por gradiente de concentracin. Las ecuaciones que describen tales procesos, se conocen como ecuaciones de reaccin difusin.

Un caso clsico de proceso irreversible que fundamenta a la vida misma, son las reacciones qumicas de un tipo especial, identificadas como bucles catalticos, puesto que no habr inestabilidad qumica simplemente porque el sistema est alejado del equilibrio, sino que esta se produce por medio de una reiterada retroalimentacin autoamplificadora, que se origina en tales reacciones y es capaz de llevar al sistema qumico a situaciones de inestabilidad que le confieren mayor complejidad a su organizacin en los sucesivos puntos de bifurcacin, al aumentar sustancialmente la cantidad de energa consumida y a su vez disipada. Es as que se convierte en una nueva estructura en cuanto a orden (estructura disipativa), por lo que la relacin entre incremento de la entropa y orden creciente, aparentemente contradictorias (son caractersticas bsicas de los sistemas vivos), se resuelve satisfactoriamente con la definicin de estructura disipativa realizada por Prigogine. 2

En las nuevas ciencias de la complejidad, la asociacin que haca la fsica clsica en cuanto a que solo el equilibrio engendraba el orden, es rota de forma crucial al asociarse el no equilibrio al orden.

Desde el punto de vista orgnico, las redes energticas son el resultado de la organizacin de millones de pares electrnicos y portadores de carga positivos, que estructuran un patrn de organizacin estable. Las fluctuaciones continuas, alejadas del equilibrio en las bifurcaciones, y la reiteracin de bucles de retroalimentacin como iteraciones repetidas en las ecuaciones, hacen que un mnimo error por una aproximacin en los clculos, redunde en la aparicin de una gran incertidumbre; y ambas situaciones conducen a que sea imposible predecir la conducta de tal sistema.

El comportamiento catico es una caracterstica intrnseca de las estructuras disipativas. Ninguno de nosotros sabe cunto nos afectar maana el viento que nos golpea hoy suavemente en la cara, si en el momento de ocurrirnos esto nos encontramos fuera de la estabilidad; es decir, en el punto crtico de estabilidad. La conducta catica impredecible de las estructuras disipativas libera la potencialidad de nuestro organismo de desarrollo frente a las noxas patgenas y es adems responsable de la evolucin de este, pues si en la bifurcacin se vuelve a alcanzar la estabilidad, debido a que la agresin qued dentro de los lmites instantneos permisibles de tolerancia del sistema -- lo cual depende, como ya hemos dicho, de las condiciones imperantes cuando se instal --, se desencadenarn mecanismos y procesos tales que desarrollarn nuevas estructuras en este bajo un nuevo orden.

En el punto de bifurcacin, la estructura disipativa puede destruirse o pasar a uno o varios nuevos estados de orden; pero el camino que tomar entonces, depender del estado anterior a la aparicin del punto crtico y de la gestacin misma del umbral de estabilidad por el intercambio, o sea, de la cantidad de energa de la perturbacin. Aqu la sensibilidad es extrema a los ruidos provenientes del entorno, que se manifiestan como pequeas fluctuaciones aleatorias y determinan la conducta a seguir por el sistema en su propia autoorganizacin. Es por ello que en los sistemas vivos existe la interrelacin permanente entre los antecedentes previos de desarrollo del sistema y su propia estructura. El mdico conoce, por su experiencia clnica, que la evolucin de las enfermedades tiene mucho que ver con los precedentes patolgicos a la aparicin de los primeros sntomas.

En la nueva perspectiva, donde se incluyen autoorganizacin, sensibilidad mnima a los cambios, historia anterior, creatividad y orden creciente en complejidad, se manifiestan algunas de las caractersticas de los sistemas vivos en los alejados del equilibrio; pero no es menos cierto que la capacidad de autoorganizacin de estos reviste matices complejos, porque define una estructura estable, cuya red de componentes posee la potencialidad de autorrplica y produccin continua de los elementos de la propia red.

La necesidad de aire, agua e ingredientes slidos en el ser humano forma parte del intercambio implcito que delimita los patrones de autoorganizacin de este; as, mientras una cantidad dada de flujo de materia y energa determina un patrn de organizacin estable, otros volmenes marcarn la diferencia, el sistema saldr de la estabilidad y engendrar un patrn diferente, que implicar su evolucin hacia un nuevo estado estable o a la destruccin. Por tal razn se le adjudica tanta importancia a la respiracin misma en las culturas orientales, puesto que la entrada del aire no solo representa la adquisicin del oxgeno que ser utilizado por el organismo, sino que al inspirar desencadenamos un gradiente hacia el exterior de las corrientes de portadores de cargas, pues los propios cambios mecnicos desencadenan ondas que afectan la red y, por ende, la estructura orgnica; al espirar ocurre el mismo fenmeno fsico, pero en sentido inverso, de manera que propicia una condicin virtual de entrada de corrientes de portadores de cargas.

Cada situacin de intercambio engendra un patrn propio en la red y, de igual modo, la ingestin de alimentos determinar una estructura (corporeizacin fsica del patrn de organizacin) concreta de la organizacin del sistema vivo; as, comidas ms sanas promovern la estabilidad y alimentos insanos favorecern lo contrario, pues los cambios en la red y la estructura del organismo dependern cada vez ms de las condiciones iniciales en que ocurre el intercambio.

Un proceso similar aparece en las inmediaciones de la membrana celular, donde se origina inicialmente la estructura de la red biolgica del organismo. Debido a interacciones entre los portadores de cargas negativa -- fundamentalmente de los electrones libres -- y positiva, respectivamente, adems de los intercambios en membrana se presentan pequeos movimientos (oscilaciones) que terminan constituyendo ondas para cada tipo de portador, de forma muy similar a la gnesis del fonn (unidad quntica de energa vibracional en los cristales, producida por las ondas trmicas y cortas de sonido en el slido), pero en un medio diferente y con otros matices. El suministro continuo de energa y materia desde el medio exterior provoca movimientos energticos organizados por el sistema, al devenir cada clula una estructura disipativa, que en conjunto forman la red y cuya organizacin es el resultado de las inestabilidades a que se ve sometida cada una de ellas por el intercambio continuo.

Dado que en la naturaleza todo est interconectado y el proceso de medicin, el observador y lo observado constituyen un todo nico, se impone trascender la bsqueda de la individualidad y asumir al sistema como un todo cualitativo, en pos de las relaciones que conforman el patrn de organizacin de este, es decir, sus funciones sistmicas.

Las funciones sistmicas que le confieren las cualidades del todo al sistema, se esconden y gestan en cada una de las interconexiones y relaciones de los elementos entre s; y cuando estas se pierden, es preciso restituir las condiciones conducentes a que el sistema retome en su dinmica a la estabilidad e interacciones de la red, lo cual significa restablecer al todo sistmico (patrn de organizacin) dentro de parmetros que propicien su retorno a la dinmica estable. Es obvio que si logramos conducir al sistema a una bifurcacin donde reaparezca la dinmica estable de la red, entonces automticamente esta influir sobre la estructura disipativa (aqu vemos que, en el sistema, el vnculo fuerte entre estructura y patrn de organizacin lo constituye el intercambio de materia y energa, de modo que la dinmica sistmica depender enteramente de este flujo).

Esa relacin entre estructura y patrn de organizacin es el principio de todas las terapias, incluidas las de imposicin de manos: pretender cambiar por diferentes vas el flujo que se intercambia, pues en estas el campo energtico de la mano influye sobre el intercambio de la red y puede o no desviar el estado de ella hacia una inestabilidad, en dependencia de la cantidad de energa portada por el campo de la mano del terapeuta, a partir de la cual se desencadenarn en el sistema ciertos cambios hasta retomar o no a un estado estable. Si la imposicin es efectiva y los niveles de intercambio varan bruscamente, pueden observarse en los pacientes reacciones vagales fuertes, que se corresponden con los nuevos estados de inestabilidad por los que transcurre el sistema hacia un nuevo orden estructural y de la red. Estas reacciones duran intervalos distintos en cada paciente, en dependencia del grado de sensibilidad a las condiciones iniciales de cada cual; o sea, del estado del sistema, que a su vez depender totalmente del estado inicial antes de la imposicin, adems de la cantidad de energa por instante de tiempo (potencia energtica) que entrega el terapeuta.

Lgicamente, en el estado inicial resulta muy importante para cualquier tratamiento que se aplique, el grado de aceptacin consciente de la actividad en la cual se ver inmersa la persona afectada, dado que la mente es una funcin sistmica e influye notablemente sobre el estado de la red; por ello, asumir responsablemente el plan teraputico puede garantizar mejoras espectaculares, en menor grado cuando se cumple a medias e incluso ser nulo el resultado cuando no se confa en la eficacia de las medidas prescritas y, por supuesto, se incumplen de una manera u otra.

Conviene sealar que va amplindose el nmero de autores que, al igual que nosotros, han mostrado un inters particular por este asunto. 7 - 11

CONCLUSIONES

Sobre la base de las nuevas perspectivas sistmicas y en especial de las teoras de los sistemas no lineales y del caos, respectivamente, es posible discernir la relacin indisoluble entre estructura (soma) y patrn de organizacin del sistema (red biolgica) a partir del intercambio de materia y energa, que lo convierte en un sistema abierto, con las caractersticas de estructura disipativa durante las inestabilidades, a lo cual responden todos los seres vivos y constituyen el fundamento del origen, evolucin y desarrollo de la vida en nuestro planeta. 

ABSTRACT

The alive Systems and the Complexities Sciences. Relationship Between Soma and Biological Net

The first complexity science that came closer to life as a universal phenomenon was the classic thermodynamic, but it could not explain completely the phenomena associated to life itself, due to the lineal character of its mathematical structure that could not describe the systems far from the thermodynamic balance, (the latter considered the first great characteristic of the alive organisms as systems); the most that such a science could clarify were those processes defined by weak flows near to balance, in which the thermodynamic system reached an stationary state with a generation of minimum entropy (measurement of the system disorder) that kept it very close to balance.  

Subject headings: nonlynear dynamics; fractals; chaos theory
Limit: human 

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

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11.  Goldberger AL. Nonlinear Dynamics, Fractals, and Chaos Theory: Implications for neuroautonomic heart rate control in health and disease [Biblioteca Virtual de la Salud] < http://www.physionet.org/tutorials/ndc/> [consulta: 5 feb 2005].

 Dra. Andrea O. Farias Salas. Facultad de Medicina No.1, Instituto Superior de Ciencias Mdicas Avenida de las Amricas s/n entre Calle I y Calle E, Reparto Fomento, Santiago de Cuba


1 Licenciado en Física
2
Especialista de II Grado en Fisiología. Profesora Consultante
3 Especialista de I Grado en Medicina General Integral
.
Profesora Asistente

CÓMO CITAR ESTE ARTÍCULO

Pichín Quesada M de J, Fariñas Salas AO, Miyares Quintana SM Los sistemas vivos y las ciencias de las complejidades. Relación entre soma y red biológica [artículo en línea]. MEDISAN 2004;8(3). <http://bvs.sld.cu/revistas/san/vol8_3_04/san07304.htm> [consulta: fecha de acceso].

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