Aire dins, aire fora

HI HA MÚSCULS QUE S’ENDUEN TOTA LA GLÒRIA. Els culturistes exhibeixen els seus tríceps inflats, els velocistes els seus tous de la cama angulosos. Però al nostre interior tots hi tenim una capa de múscul que fa una feina heroica a l’ombra: el diafragma. Per inspirar, hem d’aplanar aquest múscul amb forma de cúpula. Per expirar, deixem que es torni a relaxar. El diafragma ens aporta oxigen una dotzena de vegades o més cada minut o, el que és el mateix, 500 milions de vegades al llarg d’una vida de vuitanta anys. “Depenem totalment del diafragma -assegura Gabrielle Kardon, biòloga de la Universitat de Utah-. Però cada vegada que respirem el fem servir sense donar-hi cap importància”.

Kardon considera que, a banda de ser un múscul infravalorat, el diafragma també és força intrigant. Tots els mamífers, des dels ornitorincs fins als elefants, en tenen, però la resta d’animals no. “Tenim un mecanisme molt diferent del dels rèptils i les aus per respirar”, explica. Abans que es desenvolupés el diafragma, probablement els nostres ancestres reptilians respiraven com molts dels rèptils actuals: utilitzaven una faixa de múscul per contreure la caixa toràcica. Però, amb l’aparició del diafragma, la respiració va canviar dràsticament.

SANG CALENTA

Els mamífers van adquirir un mitjà més potent i eficient d’obtenir un subministrament estable d’oxigen, de manera que, possiblement, el sorgiment del diafragma va permetre als mamífers desenvolupar un metabolisme de sang calenta. Si no haguéssim disposat de diafragma, potser els humans no hauríem pogut desenvolupar un cervell d’unes dimensions tan grans com l’actual, ja que consumeix molt d’oxigen.

Els científics sospiten que el diafragma va sorgir per mitjà d’un canvi en el desenvolupament dels embrions dels mamífers. Les mutacions van fer que certes cèl·lules embrionàries formessin un múscul completament nou.

Kardon i altres investigadors miren d’entendre aquest canvi i explicar-lo analitzant tot el contrari: per què, en alguns casos, el diafragma no es desenvolupa, fet que té unes conseqüències catastròfiques. Un de cada 2.500 nadons neix amb un forat al diafragma, de manera que el fetge, els intestins i altres òrgans abdominals pressionen els pulmons a través de l’obertura i obstaculitzen el creixement d’aquests òrgans i la respiració del nadó. Prop d’un terç dels nadons que neixen amb hèrnies diafragmàtiques congènites moren i és probable que aquest defecte causi encara més morts abans del naixement.

Els científics han descobert que les mutacions en certs gens poden incrementar el risc de desenvolupar una hèrnia, però tenen dificultats per entendre com aquests gens regeixen la formació del diafragma exactament. Kardon i els seus col·legues han desenvolupat recentment un conjunt de mètodes que els permeten observar el procés amb més precisió. Recentment, han publicat un article sobre la seva recerca a Nature Genetics. Els científics van manipular genèticament ratolins perquè certs tipus de cèl·lules brillessin a l’interior dels embrions de ratolí i van fer un seguiment de les cèl·lules mentre es multiplicaven i migraven.

El diafragma comença a formar-se com un parell de plecs que flanquegen l’esòfag pels costats, segons va descobrir l’equip de Kardon. Els plecs s’expandeixen en dues etapes. “És bonic, des del punt de vista estètic”, comenta la investigadora. En la primera etapa, un conjunt de cèl·lules dels plecs es multiplica i s’expandeix cap enfora, en direcció als costats del cos. Després aquestes cèl·lules s’estenen cap al davant i el darrere del cos. Les cèl·lules esdevenen teixit connectiu i formen una membrana fina que s’estén per sobre el fetge. En una segona etapa, dels plecs en sorgeixen cèl·lules generadores de múscul, les quals segueixen el camí que els ha marcat el teixit connectiu i formen una altra capa que s’estén entre dues membranes de teixit connectiu. “Les cèl·lules que formen el teixit muscular són una mica ximpletes, no fan més que seguir el teixit connectiu”, comenta Kardon.

MUTACIONS GENÈTIQUES

Com a part del seu experiment, Kardon i els seus col·legues van examinar el gen GATA4, que està relacionat amb les hèrnies diafragmàtiques. Van manipular genèticament embrions de ratolí per desactivar-ne el gen GATA4 només en certs tipus de cèl·lules i en certs moments del seu desenvolupament.

En un assaig, els científics van desactivar el gen GATA4 de les cèl·lules que formen el teixit muscular del diafragma. Als ratolins manipulats genèticament se’ls va formar diafragma. Ara bé, quan els científics van desactivar el gen GATA4 del teixit connectiu, els ratolins van desenvolupar hèrnies. Les cèl·lules de teixit connectiu deuen fer servir aquest gen per deixar un rastre químic per a les cèl·lules generadores del teixit muscular, segons conclou Kardon. Encara que tinguin una còpia del gen GATA4 defectuosa, les cèl·lules de teixit connectiu continuen sent capaces de deixar el rastre, però cada vegada que es divideixen hi ha la possibilitat que també muti una còpia del GATA4 que funcioni correctament. Quan passa això, la cèl·lula que ha mutat i els seus descendents són incapaços de deixar el rastre, cosa que es tradueix en un forat en la capa de múscul. La pressió que exerceix el fetge sobre el diafragma sotmet l’obertura a un estrès molt intens que provoca una ruptura del múscul.

Clifford J. Tabin, genetista de l’Escola de Medicina de Harvard, afirma que el nou estudi proporciona una explicació molecular del desenvolupament de les hèrnies diafragmàtiques com no s’havia vist mai. “Em sembla que és un estudi molt rigorós i que té una gran importància”, opina. D’altra banda, John J. Greer, biòleg de la Universitat d’Alberta, es declara escèptic pel que fa a la possibilitat que la teoria que plantegen els autors de l’estudi expliqui la majoria d’hèrnies. Assenyala que la major part dels casos d’hèrnia diafragmàtica congènita es donen a la zona posterior dreta o posterior esquerra del diafragma, mentre que Kardon i els seus col·legues van generar moltes hèrnies a la zona mitjana o anterior del diafragma dels ratolins que van utilitzar a l’estudi.

En resposta a les crítiques de Greer, l’autora de l’estudi, Kardon, esgrimeix que moltes hèrnies apareixen en altres parts del diafragma, però els metges no les arriben a detectar mai. Com que els pulmons se sostenen sobre la part posterior del diafragma, les hèrnies situades en aquesta zona poden ser perilloses, mentre que les situades en altres zones poden resultar inofensives i no provocar cap molèstia. “Com que no tenen conseqüències mèdiques greus, passen desapercebudes”, explica Kardon.

EVOLUCIÓ EN DUES ETAPES

És possible que, al llarg de l’evolució, el diafragma s’hagi format en dues etapes, d’una manera semblant a com es desenvolupa en un embrió. Kardon apunta que hi ha la possibilitat que, en un primer moment, els avantpassats dels mamífers desenvolupessin una membrana de teixit connectiu amb una sola funció: separar els pulmons de l’abdomen.

Fins a una etapa posterior, no es va formar una capa de múscul entre dues membranes de teixit connectiu, de manera que es va crear una bomba per respirar. És probable que no calguessin gaires mutacions perquè es produís aquesta transició. Les cèl·lules que des del primer salt evolutiu formen el teixit muscular segueixen els rastres químics que deixa el teixit connectiu en altres parts de l’organisme. Així, doncs, quan les cèl·lules de teixit connectiu van començar a formar un protodiafragma, les cèl·lules que formen el teixit muscular ja disposaven de la maquinària molecular necessària per seguir-les. “El mecanisme ja existia -explica Kardon-. Va ser un pas relativament senzill, encara que sembli un abisme insalvable”.