Biofísica

Qué es la biofísica

El nombre combina el griego βίος (bíos, 'vida') con φυσική (physiké, de φύσις, 'naturaleza'), la disciplina que Aristóteles concebía como el estudio de la naturaleza en su conjunto. La voz biophysics fue acuñada por el matemático y estadístico inglés Karl Pearson en 1892, en su obra The Grammar of Science, para designar la aplicación del razonamiento cuantitativo a los seres vivos. Medio siglo después, el físico Erwin Schrödinger publicó What Is Life? (1944), un libro breve que animó a toda una generación de físicos a volcarse en problemas biológicos. La repercusión fue considerable: Max Delbrück, Francis Crick y Maurice Wilkins, entre otros, reconocieron su influencia directa.

Ahora bien, las raíces de la biofísica son bastante anteriores al término mismo. Ya en el siglo XVII, el jesuita alemán Athanasius Kircher dedicó dos capítulos de su Ars Magna Lucis et Umbrae (1646) a la bioluminiscencia animal, un fenómeno que solo puede explicarse en términos de transferencia energética. Y los experimentos de Luigi Galvani con patas de rana a finales del siglo XVIII abrieron el camino de la bioelectricidad, uno de los pilares de la disciplina moderna.

Principios físicos en los sistemas vivos

Los organismos obedecen las mismas leyes que rigen el resto del universo material, pero las combinan de un modo que genera complejidad. La termodinámica, por ejemplo, explica por qué la respiración celular necesita acoplar reacciones exergónicas con reacciones endergónicas para producir ATP en las mitocondrias. Sin ese acoplamiento, la célula no podría mantener su orden interno frente a la tendencia natural al desorden.

La mecánica de fluidos permite modelar el flujo sanguíneo en arterias con estenosis o calcular la resistencia que encuentra el aire al atravesar un bronquiolo parcialmente obstruido. Procesos así no se entienden solo con biología descriptiva; hacen falta ecuaciones. De hecho, la ley de Poiseuille, formulada para tubos rígidos en 1838, sigue siendo la referencia inicial cuando se quiere estimar el caudal en un vaso, con las correcciones que impone la elasticidad de la pared vascular.

Otro campo que la biofísica ha hecho suyo es la difusión a través de membranas. El gradiente electroquímico que mueve iones de sodio y potasio a través de los canales de una neurona es un problema de física, y la ecuación de Nernst lo resuelve con elegancia. Que esa ecuación permita predecir el potencial de reposo de una célula nerviosa con bastante precisión sigue siendo, para quien lo aprende por primera vez, una de las demostraciones más convincentes de que la biología y la física hablan el mismo idioma.

Aplicaciones en medicina y técnicas de imagen

Gran parte de la tecnología diagnóstica que se emplea a diario en la práctica clínica procede directamente de la biofísica. La resonancia magnética aprovecha el comportamiento de los protones del hidrógeno en un campo magnético intenso; la ecografía se basa en la reflexión de ondas sonoras de alta frecuencia en las interfases tisulares; los rayos X generan imágenes porque los tejidos atenúan la radiación de forma diferencial según su densidad. Cada una de esas técnicas nació de un principio físico bien conocido antes de que alguien pensara en aplicarlo a un paciente.

La biomecánica, rama de la biofísica centrada en las fuerzas que actúan sobre los tejidos, ha permitido diseñar prótesis articulares con perfiles de carga que reproducen la cinemática natural de la articulación. Y en el extremo opuesto de la escala, la cristalografía de rayos X (una técnica puramente biofísica) fue la que reveló en 1953 la estructura en doble hélice del ADN, un hallazgo que reconfiguró la biología del siglo XX.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra biofísica?

Del griego βίος ('vida') y φυσική ('ciencia de la naturaleza'). Karl Pearson empleó el término en inglés (biophysics) en 1892. En español se documenta con regularidad a partir de la primera mitad del siglo XX, cuando empezaron a crearse cátedras universitarias con ese nombre en varios países de habla hispana.

¿Es lo mismo biofísica que bioingeniería?

No. La biofísica busca entender los fenómenos biológicos en términos de leyes físicas; la bioingeniería utiliza ese conocimiento (y el de otras disciplinas) para diseñar dispositivos, materiales o procedimientos con aplicación clínica. Se podría decir que la biofísica pregunta «por qué» y la bioingeniería pregunta «cómo construirlo».

¿Qué relación tiene la biofísica con la biología molecular?

Comparten territorio. La biología molecular estudia las macromoléculas que sostienen la vida (ácidos nucleicos, proteínas), y la biofísica aporta métodos cuantitativos para analizar cómo se pliegan, cómo interactúan y qué fuerzas gobiernan su estabilidad. La resolución de la estructura del ADN por Rosalind Franklin, Watson y Crick es, de hecho, un logro de la biofísica molecular tanto como de la biología molecular.

¿Por qué es relevante para la medicina?

Porque la mayoría de las técnicas de imagen y buena parte de los dispositivos que se usan en un hospital (desde el ecógrafo hasta el acelerador lineal de radioterapia) se apoyan en principios biofísicos. Sin la comprensión física del comportamiento de la radiación, del sonido o de los campos magnéticos en los tejidos, esas tecnologías no existirían.

Referencias

1. Real Academia Española. Biofísico, ca. Diccionario de la lengua española.
2. Wikipedia en español. Biofísica.
3. Lifeder. Biofísica: qué es, historia, qué estudia, aplicaciones, conceptos, métodos.
4. Concepto.de. Biofísica: qué es, objeto de estudio, objetivos y ramas.