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De acuerdo con un estudio realizado más de 7 mil perros domésticos, el tamaño tendría que ver con la inteligencia del can

Una demostración mostró que el dispositivo puede detectar que una pelota blanda para la tensión era suave y determinar que una pelota de plástico era dura

Laura Vargas-Parada es doctora en Investigación Biomédica Básica por la UNAM y tiene casi dos décadas de impartir cátedra en la licenciatura de Biología en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Se dedica a la comunicación de la ciencia habiendo colaborado en diversos medios nacionales e internacionales tanto en prensa escrita como radio y televisión. Desde 2016 dirige la oficina de comunicación del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3).

Esta publicación fue revisada por el comité editorial de la Academia de Ciencias de Morelos.

Un equipo multidisciplinario de investigadores del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) y el Instituto de Física de la UNAM, en colaboración con el Department of Network and Data Science de la Central European University, en Hungría, realizó un análisis utilizando inteligencia artificial y ciencia de redes para estimar el monto de evasión del impuesto al valor agregado (IVA) por la emisión de facturas electrónicas que simulan operaciones que nunca se realizaron.

“El objetivo principal de la investigación fue desarrollar métodos para identificar evasores fiscales y también para estimar cuánto se había evadido”, explicó en entrevista vía correo electrónico Carlos Gershenson, coordinador del Programa de Inteligencia Computacional y Modelación Matemática del C3, investigador del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas y coautor del estudio.

Los académicos estiman que la evasión por emisión de comprobantes fiscales digitales por internet o CFDI fraudulentos alcanzó, durante el periodo 2015 a 2018, un promedio de poco más de 60 mil millones de pesos anuales, de acuerdo al reporte Evasión en IVA: Análisis de redes, que publican en un micrositio web del Servicio de Administración Tributaria (SAT), instancia para la cual realizaron el análisis. Los investigadores encontraron también que la tendencia a la evasión va en aumento, habiendo pasado de los 40 mil millones de pesos en 2015 a 77 mil millones tres años después, lo que representa un incremento del 93%. Esta evasión, de acuerdo a los investigadores, proviene de poco más de 7,677 registros federales de contribuyentes (RFC) de posibles evasores fiscales.

“Esta investigación tiene gran mérito porque utiliza técnicas de inteligencia artificial para proponer una solución de política pública a un problema sensible para países con sistemas fiscales que presentan una debilidad estructural”, dijo Roberto Ponce-López, profesor-investigador del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, quien no participa en este estudio. “Los autores utilizan ciencia de datos para atajar un problema endémico en países en vías de desarrollo. Aplicaciones tecnológicas que cuenten con la capacidad de identificar y contextualizar herramientas desarrolladas en países industrializados para atajar problemas locales requiere de sensibilidad y creatividad”.

Para Tomás Veloz, asesor sobre ciencia de datos en la Contraloría General de la República de Chile y quien no participa en este estudio, este proyecto permite “con una inversión muy pequeña, resolver un problema que impacta de forma importante en el funcionamiento del Estado y en la confianza de la gente en la administración pública”.  

SISTEMAS COMPLEJOS

Para el análisis los científicos utilizaron métodos desarrollados en el estudio de los sistemas complejos que permiten analizar una gran cantidad de datos. En este caso, los datos analizados fueron todos los comprobantes digitales emitidos en México entre enero de 2015 y diciembre de 2018, anonimizados y agregados por mes. Mediante algoritmos que utilizan inteligencia artificial buscaron reproducir los patrones en la actividad de empresas que ya habían sido identificadas por el SAT como Empresas que Facturan Operaciones Simuladas (EFOS) para luego, con análisis estadístico de teoría de redes, “identificar patrones nuevos”, explicó Gershenson.

De esta forma, los científicos desarrollaron una herramienta que no solo permitió detectar patrones en el comportamiento de la emisión de comprobantes fiscales, identificando contribuyentes con comportamientos similares a los evasores fiscales (y por tanto sospechosos), sino también estimar cuántos recursos han evadido. Sobre la metodología, Gerardo Iñiguez, profesor asistente en la Central European University, investigador visitante de la Aalto University, Finlandia, y coautor del estudio, explicó en un mensaje electrónico: “Utilizamos dos métodos basados en algoritmos de aprendizaje de máquinas para detectar posibles EFOS aún no identificados [por el SAT] a partir de una lista de EFOS ya detectados”.

En el primer método de aprendizaje automatizado, los investigadores utilizaron las características de EFOS ya detectados como evasores para entrenar una red neuronal. Una vez que la red neuronal está entrenada, se aplica el mismo algoritmo a todos los RFCs del estudio, encontrando los RFCs más similares a los EFOS ya detectados y, por tanto, sospechosos de la misma actividad de evasión.  “El segundo método actúa de forma similar”, añade Iñiguez, especialista en ciencia social computacional. En este caso, los EFOS ya detectados se usan para entrenar un bosque aleatorio, el cual informa de las características que cualquier otro RFC debe tener para ser considerado sospechoso de ser EFOS.

El aprendizaje de los dos algoritmos (redes neuronales y bosques aleatorios) resulta de la acumulación de información estadística que es lo que permite identificar a los EFOS sospechosos. “Si algún RFC se comporta estadísticamente de forma similar o presenta características similares a los EFOS ya identificados, entonces los algoritmos lo detectan como un RFC sospechoso de ser EFOS”, explica Iñiguez, físico y doctor en ciencias computacionales. Usar dos métodos distintos permite a los investigadores contrastar resultados y hacer más robusta su investigación.

LIMITACIONES

Para Iñiguez, una de las limitaciones de su investigación es que no permite estimar la evasión fiscal en actividad económica que no deja rastro en datos del SAT, como es el caso de la economía informal. En México, el 56% de los empleos son informales y generan el 22% del Producto Interno Bruto (PIB) explicó Ponce-López, especialista en combinar herramientas de análisis espacial con machine learning y bases de datos de gran escala para construir infraestructura informacional, vía correo electrónico. El problema con la evasión fiscal y la informalidad, dijo, es que limitan los recursos que el Estado podría obtener para incrementar las inversiones en salud, educación, infraestructura y programas sociales.

Otra limitación muy relevante, aclara Iñiguez, es que “existe la posibilidad de que algunos contribuyentes honestos se comporten estadísticamente de forma similar a EFOS ya identificados, y por tanto sean clasificados erróneamente como EFOS sospechosos”.

Por ello, para Gershenson, especialista en sistemas evolutivos y adaptativos nos dice que “este tipo de herramientas no reemplazan a los expertos del SAT pero les pueden ayudar a identificar más evasores en menos tiempo, con lo que pueden potencialmente recuperar más recursos públicos”, haciendo más eficiente su lucha contra la evasión fiscal.

Ponce-López considera que una limitante que enfrenta este tipo de estudios es “obtener más registros de los llamados “factureros” para incrementar el tamaño de la base de entrenamiento de la herramienta”. El académico considera que esto podrá solventarse conforme mejore la disponibilidad de información digital robusta y de calidad.

Veloz, quien es también director de modelamiento matemático del Center Leo Apostel for Interdisciplinary Studies en la Vrije Universiteit, en Bélgica, considera que la aplicación de aprendizaje automático en clasificación tiene algunas limitaciones, como la dependencia del método en los datos, esto porque los datos pueden tener múltiples sesgos que ocasionen que la inteligencia artificial aprenda de forma sesgada lo que es una operacion simulada. Esto ocasionaría que el sistema podría no detectar ciertos tipos de operaciones simuladas o, como lo mencionó Iñiguez, podría clasificar como sospechosas ciertas operaciones que no lo son. “Para esto se debe trabajar continuamente en mejorar la manera en que la inteligencia artificial aprende, y eso, puede tomar bastante trabajo”, explica el académico.

Una limitante más, en opinión de Ponce-López, es la capacidad institucional para poder aprovechar este tipo de herramientas, ya que sólo podrá ser útil “en la medida en que el SAT haga uso de ella”, lo cual requiere importantes cambios organizacionales y de procedimientos. “El cambio organizacional suele ser un reto aún más complicado que el reto tecnológico”, agrega el académico en entrevista vía correo electrónico.

Ponce-León destaca, sin embargo, que la investigación es en sí misma ya una muestra del grado de colaboración logrado entre los autores y el personal encargado de recolectar y clasificar la información fiscal de millones de contribuyentes. “El análisis y la especificación de los distintos modelos ilustra un grado importante de colaboración entre la parte técnica y los funcionarios públicos. Esto último representa un caso exitoso de colaboración y transformación organizacional”, menciona el experto.

TEORÍA DE REDES PARA IDENTIFICAR OTROS PATRONES DE EVASIÓN

El análisis estadístico de teoría de redes implica definir una red donde cada nodo es un RFC y un enlace dirigido describe un comprobante fiscal (CFDI) entre dos contribuyentes. La estructura de la red indica entonces toda la actividad económica entre RFCs en México de acuerdo al SAT, mes por mes en varios años. Al estudiar las propiedades estadísticas de la estructura de esta red (medidas de conectividad, centralidad, etc.) es posible identificar el patrón típico de nodos y enlaces que se encuentra alrededor de un EFOS ya identificado por el SAT. Buscando otros RFCs en la red que tengan una estructura similar a su alrededor es lo que permite identificar los RFCs sospechosos de ser EFOS, explicó Iñiguez.

Por lo anterior, los investigadores consideran que en un futuro y en colaboración con el SAT, será necesario realizar un análisis más avanzado de teoría de redes con el fin de detectar “patrones típicos de colaboración entre contribuyentes (motifs temporales) que estén relacionados con actividades de evasión”. Un motif es un patrón específico entre un número pequeño de nodos (por ejemplo, 3 conexiones entre 3 nodos: un triángulo). Un motif temporal es un motif que también tiene información de los momentos en que los enlaces (en este caso transacciones entre RFCs) aparecen.

La idea es buscar estos patrones específicos que aparecen comúnmente alrededor de un EFOS (por ejemplo, un triángulo o algo más complicado) y buscar otros RFCs que tengan patrones similares en la red a su alrededor. De esta forma puede medirse de forma específica cómo los EFOS interactúan con otros RFCs, buscar esa misma estructura en otras partes de la red, y así identificar con más detalle las prácticas típicas que promueven la evasión fiscal, como el uso de RFCs genéricos y la auto-facturación en círculos de evasores. Esto será fundamental para “crear sistemas automáticos de detección y monitoreo de EFOS sospechosos”, explica Iñiguez.

Un aspecto importante de esta investigación es que una vez que se entrena al sistema también es posible identificar nuevos patrones de evasión. “Nuestro análisis nos permitirá identificar (en el futuro) métodos de evasión más sofisticados. Uno de ellos es circularidad, digamos que el siguiente paso en complejidad de la auto-facturación: en vez de facturarse a sí mismo, un EFOS podría facturar a otro RFC, que factura a otro RFC, y así varias veces hasta facturar al EFOS inicial (formando un círculo), lo cuál hace la identificación de evasión fiscal más difícil. Este tipo de comportamientos o patrones estadísticos (de hecho un motif) es algo que puede ser descubierto a través de herramientas de análisis de redes como las que nosotros estamos usando”, explicó Iñiguez.

RELEVANCIA

La relevancia de este estudio es “gigante”, dice Veloz. “Desde un punto de vista histórico, la poca integración de la ciencia en el quehacer del mundo público ha sido un obstáculo importante para el desarrollo de los países y del acercamiento a la justicia social”, escribó en mensaje electrónico el también director de la Fundación para el Desarrollo Interdisciplinario de la Ciencia, la Tecnología y las Artes, en Santiago de Chile. “Es urgente vincular la ciencia y el mundo académico en general en los procesos del mundo público para poder lograr resultados más eficientes. La ciencia de los datos me parece que es la llave para permitir dicha vinculación, pues usando las herramientas de esta investigación se puede agilizar tremendamente el trabajo, e incluso, lograr resultados que ningún equipo de personas podría, pues el procesamiento de datos masivos está fuera del alcance de la información que somos capaces de manejar como seres humanos”.

Para el especialista en modelamiento matemático, ciencia de datos y estudios interdisciplinarios, este tipo de análisis es de los más “comprobadamente útiles”:  el uso de datos masivos para clasificación automatizada de conductas ilegales. Para el académico chileno, con la información que provee esta herramienta, el personal del SAT podrá ganar eficiencia en su trabajo. Algo conocido como inteligencia de negocio. “Con una inversión de recursos relativamente pequeña, los organismos públicos pueden vincularse a cientistas de datos que permitan realizar inteligencia de negocios y mejorar tremendamente sus procesos. En el futuro esperemos que esto se establezca para poner el conocimiento especializado al servicio de los procesos del Estado”, dijo.

CIENCIA PARA RESOLVER PROBLEMAS

A principios de junio, las autoridades fiscales dieron a conocer que habían logrado recuperar casi 28 mil millones de pesos por evasión y fraude, de acuerdo a una nota publicada por el periódico El Universal. Las empresas identificadas por el SAT, para evitar ser procesadas, debieron reparar el daño ocasionado al erario público además de aceptar públicamente su mal proceder a través de edictos publicados en periódicos de circulación nacional. La identificación de RFCs sospechosos permitió al SAT dar un paso en contra de la evasión fiscal. Y aunque este órgano administrativo no lo ha dicho públicamente, es muy probable que parte de estos logros se deban a la acertada decisión que tomó de invertir en investigación. Un ejemplo para otras instancias en el país que podrían beneficiarse del conocimiento científico y tecnológico para la resolución de problemas de interés nacional.

Esta columna se prepara y edita semana con semana, en conjunto con investigadores morelenses convencidos del valor del conocimiento científico para el desarrollo social y económico de Morelos. Desde la Academia de Ciencias de Morelos externamos nuestra preocupación por el vacío que genera la extinción de la Secretaría de Innovación, Ciencia y Tecnología dentro del ecosistema de innovación estatal que se debilita sin la participación del Gobierno del Estado.

Nota: Una versión previa de este artículo se publicó en la sección de Noticias del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) de la UNAM. https://www.c3.unam.mx/noticias/noticia174.html

BIBLIOGRAFÍA

Evasión en IVA: Análisis de redes. http://omawww.sat.gob.mx/gobmxtransparencia/Paginas/documentos/estudio_opiniones/Evasion_en_IVA_Analisis_de_Redes.pdf

Recupera el SAT 28 mil millones de pesos de empresas evasoras.

https://www.eluniversal.com.mx/cartera/recupera-el-sat-28-mil-millones-de-pesos-de-empresas-evasoras

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Recuerdo haber discutido con directivos de una escuela de Medicina. Yo alegaba la importancia de enseñar estadística a los médicos para que pudieran distinguir anécdotas y coincidencias de correlaciones y causas reales. La respuesta fue –¿para qué enseñarles estadística a nuestros alumnos? Lo importante es que aprendan y apliquen los protocolos. Pero Medicina no es la única carrera donde se menosprecian las disciplinas matemáticas. Al final de una charla sobre Matemáticas y Sociedad que impartí años atrás en una escuela de Antropología una estudiante me criticó, –ay profe, cómo se le ocurrió un título tan malo, quienes escogimos esta carrera no queremos saber nada de matemáticas. No es raro incluso, escuchar a algún ingeniero confesar a sus alumnos –desde que terminé la carrera, jamás he realizado una integral. Sin embargo, las Matemáticas tienen esta capacidad de meterse en todos los aspectos de nuestra vida, nos gusten o no, a veces con consecuencias de vida o muerte. Este es el caso de la pandemia de la enfermedad Covid-19 provocada por el virus SARS-Cov-2 que ha trastocado nuestras vidas las últimas semanas. No hay más remedio que recurrir a las matemáticas para entender cómo se propaga una epidemia y para poder prever las consecuencias de nuestras acciones, así como las consecuencias de nuestras omisiones.

Las gráficas nos ayudan a visualizar datos

En la Figura 1 se muestra una gráfica de la evolución del número acumulado de casos confirmados de covid-19 detectados en México. Como referencia, se muestra también la curva correspondiente a China. En la gráfica es claro que cada día hay más personas que han sido infectados por esta nueva enfermedad. En México el número de infectados diarios también aumenta cada día, lo cual es motivo de preocupación. Puede parecer reconfortante que el ritmo de crecimiento en México es menor que lo que fue en China, donde surgió la pandemia. Sin embargo, en China se controló y revirtió finalmente, mientras que en México aún no.

Figura 1. Número de casos totales confirmados en México y China como función del número de días transcurridos a partir de tener 25 casos.

Gráficas como la Figura 1, las hemos visto hasta en la sopa a últimas fechas, pero tienen varios problemas. Por un lado, no nos permiten extrapolar hacia el futuro y predecir cuál será nuestra situación dentro de unas semanas. ¿Seguirá creciendo el número de infectados a una velocidad cada vez mayor? O, de manera opuesta ¿llegaremos a una saturación del número de casos totales y a una disminución en el número de casos nuevos? Es difícil saberlo de observar la gráfica. Otro problema radica en cómo comparar el desarrollo de la enfermedad en distintos países. La enfermedad empezó en China antes que en México, de manera que, ¿a partir de cuándo empezamos a contar los días transcurridos en ambos lugares? En la gráfica anterior empecé a contar el tiempo cuando el número de casos llegó a 25, en fechas distintas para cada país, pero no hay nada mágico en dicho número y bien pude empezar en otro punto. Cambiar la fecha en que iniciamos la gráfica es como mover la curva hacia la derecha o la izquierda, lo cual vuelve difícil saber si vamos peor o mejor que otros.

Muchos datos y cómo cambian: Ecuaciones diferenciales

Una forma más adecuada de presentar la evolución de la epidemia es concentrando nuestra atención en el número de nuevas infecciones cada día, en la velocidad con la que aparecen nuevos casos, y graficándolos no como función del tiempo sino como función del número total de casos. En Física llamamos rimbombantemente Espacio Fase a aquel en que estudiamos la relación entre cómo cambiamos (por ejemplo, cuál es nuestra velocidad) y cómo estamos (por ejemplo, cuál es nuestra posición). Muchos análisis se facilitan al estudiar el espacio fase en lugar del Espacio de Configuración.

Para saber qué esperamos encontrar en el espacio fase, hagamos un primer modelo matemático, aunque sea simplista, sobre la propagación de una enfermedad. Una persona se infecta sólo por estar en contacto, directo o indirecto, con un enfermo. Mientras más enfermos haya, más probable es que nos encontremos a uno durante nuestro quehacer y más probable es que nos enfermemos. Por tanto, el número de casos diarios ha de ser proporcional al número total de infectados. En el lenguaje del cálculo diferencial esto se puede escribir como dI(t)/dt=a I(t), donde I(t) es el número de infectados al tiempo t y a es una constante. Quienes no saben cálculo, interpreten los símbolos “dI(t)/dt” simplemente como el número diario de nuevos casos. Ecuaciones como la anterior se conocen como ecuaciones diferenciales. Ésta, en particular, es una de las ecuaciones más simples y su solución es un crecimiento exponencial, I(t)= exp (at), cada vez más rápido, cualitativamente como la parte inicial de la gráfica anterior.

¿Cómo distinguir un crecimiento exponencial de otros crecimientos acelerados y saber si en algún sentido hemos empezado a vencer a la pandemia? Una idea muy simple es tomar el logaritmo de nuestra ecuación diferencial log( dI(t)/dt )=log( a I(t) ). Usar logaritmos nos ayudan a manejar fácilmente números muy grandes empleando números más pequeños. Por ejemplo, el logaritmo (base 10) de 10 es igual a 1, mientras que el logaritmo de 100 es igual a 2 y como ya lo supondrá el lector, logaritmo de 1000 es apenas igual a 3. Además, el logaritmo es una función que tiene una propiedad muy útil: al aplicarlo a un producto obtenemos la suma de los logaritmos de los multiplicandos. Por ejemplo, log( xy )=log( x )+ log( y ) para cualesquiera dos números x y y. Por lo tanto, pasar de 1 a 10, de 10 a 100 y de 100 a 1000, intervalos cada vez mayores, se representa por pasos del mismo tamaño cuando tomamos el logaritmo. La ranita saltarina que nos enseñó a sumar puede ayudarnos a multiplicar cuando empleamos escalas logarítmicas. Algunos ingenieros y arquitectos maduros recordarán con cierta nostalgia las reglas de cálculo que les permitían hacer multiplicaciones sumando distancias, sin usar calculadoras, computadoras ni teléfonos inteligentes, y sin recurrir siquiera al lápiz y papel. Empleando gráficas logarítmicas podemos visualizar procesos que empiezan lentamente pero que gradualmente adquieren velocidades enormes, como una pandemia que empieza con unos cuantos enfermos, pero que en pocas semanas se vuelven cientos, miles, decenas de miles o, tristemente, más.

La pandemia usando ecuaciones diferenciales y logaritmos

Aplicando el logaritmo a nuestra ecuación diferencial y empleando la propiedad anterior, obtenemos log( dI(t)/dt )=log( I(t) ) + log( a ). Quienes hayan estudiado geometría analítica reconocerán aquí la ecuación de una línea recta, de la forma y=mx+b, en la cual la pendiente m toma el valor 1. Esto significa que durante un crecimiento exponencial, la gráfica logarítmica del número diario de infectados contra el número acumulado es una línea recta con la misma inclinación para todos los países.

En la Figura 2 se muestran gráficas logarítmicas del número diario de casos confirmados como función del número total de casos para varios países que han seguido estrategias distintas contra el Covid-19. Notamos que todos los países empiezan esencialmente siguiendo una línea recta, la misma para todos ellos. Las curvas para algunos países se van acostando ligeramente conforme pasa el tiempo y el número de casos se acumula, y para unos pocos, los que han logrado controlar la enfermedad, descienden abruptamente hacia el lado derecho de la gráfica.  Es interesante notar, al recorrer la gráfica de izquierda a derecha, que México (la línea roja con círculitos llenos) abandonó muy pronto esta línea recta con pendiente m=1  acostándose ligeramente, pero alcanzando una nueva recta con pendiente m=0.75. Esto quiere decir que afortunadamente abandonamos la perniciosa fase de crecimiento exponencial y seguimos una ley de potencia más benévola. Desafortunadamente, nos hemos estabilizado en un comportamiento (la nueva línea recta) que, además de habernos llevado a superar el número de casos en China, de seguir inalterado como en el último mes, ¡nos llevará a superar el número de casos de Alemania, Italia, España y quizás EUA!

Figura 2. Número de casos de covid-19 confirmados cada día vs. número total de casos para diversos países. Cada punto representa cinco días transcurridos. La curva roja con círculos sólidos corresponde a México.

¿Cómo podemos modelar la evolución de una epidemia?

Los epidemiólogos son esa especie extraña de médicos que sí recurren entusiastamente a las matemáticas, y desarrollan modelos matemáticos típicamente basados en ecuaciones diferenciales. El modelo más simple es conocido como SIR debido a que consiste en tres ecuaciones diferenciales acopladas para obtener cómo evolucionan en el tiempo tres importantes números: el número de personas susceptibles (S), infectadas (I) y recuperadas (R).

1. El número de personas susceptibles disminuye cada vez que una persona se enferma. El número de nuevos contagios es proporcional al número de veces que una persona susceptible se encuentra con una persona infectada, y por tanto, es proporcional a cuántos susceptibles hay y a la probabilidad I/N de que sus contactos estén infectados, donde N es el tamaño de la población. Escribimos esto como la ecuación dS(t)/dt=-b S(t)I(t)/N, donde b es alguna constante.
2. Cada vez que una persona susceptible se enferma, aumenta el número de infectados. Cada vez que un infectado se recupera (por simplicidad, pero con pésimo tacto, en este modelo se llama recuperados no sólo a quienes se curan, sino también a quienes fallecen), disminuye el número de infectados. Mientras más enfermos haya, más personas se recuperarán cada día. Resumimos esto como dI(t)/dt=(b S(t)/N-g)I(t), donde g es otra constante, cuyo significado es la fracción de los enfermos que se recuperan en un día.

Cuando apenas inicia la epidemia, toda la población es susceptible S(0)=N. Por tanto, el factor bS(t)/N-g toma el valor inicial b-g=g(R0-1), el cual se mantiene casi constante mientras no haya muchos casos, como en la primera ecuación diferencial que presentamos arriba y que condujo al crecimiento exponencial. Aquí se introdujo la cantidad R0=b/g, que se puede interpretar como el número de personas que son contagiadas por cada enfermo. Por ejemplo, R0=2 significa que un enfermo contagia a dos, que a su vez contagian a cuatro, que contagian a 8, 16, 32… Es claro entonces por qué la fase inicial de una epidemia es exponencial. En el caso del Covid-19, R0 es muy alto, R0=2-2.5, aunque se han reportado estimaciones cercanas a 6. El propósito de las estrategias de control de una epidemia es disminuir R0 y volverlo menor a 1, pues de lograrlo, la epidemia se esfumaría en corto tiempo.

3. El número de personas recuperadas, como vimos en las previas líneas, crece en proporción al número de personas infectadas, dR(t)/dt=gI(t).

Estudiando el comportamiento de los datos epidemiológicos se pueden asignar valores a los parámetros mencionados arriba y resolver las ecuaciones diferenciales para poder predecir el comportamiento futuro de la epidemia y poder planear y tomar decisiones. En la Figura 3 se muestra el número de personas enfermas simultáneamente como función del tiempo transcurrido desde el primer caso, calculadas para México (nota 1) para distintos valores del parámetro R0. Por ejemplo, R0=2 llevaría a un pico a los 4 meses de alrededor de veinte millones. Nuestro sistema médico y hospitalario no tiene la capacidad para atender este número de pacientes simultáneamente. Los resultados son extremadamente sensibles al valor de R0. Si resultase más grande, alrededor de 3, como inicialmente se estimó, llegaríamos a la tercera parte de nuestra población enferma simultáneamente. Si lo lográramos bajar a alrededor de 1.25, la duración de la epidemia sería mucho mayor, pero el número de casos simultáneamente enfermos bajaría a dos millones; enorme, pero mucho menor. Es a esto a lo que se le ha llamado aplanar la curva.

Figura 3. Número de enfermos activos como función de los días transcurridos desde el primer caso.

De la solución de las mismas ecuaciones diferenciales se puede obtener el número total de casos, que es la simple suma I+R de todos los enfermos y todos los recuperados. Mostramos estos en la Figura 4, que ilustra que de no disminuir R0 casi toda la población enfermaría tras pocos meses, mientras que bajando R0 a 1.25, tras un par de años sólo se habría enfermado la tercera parte de la población.

Figura 4. Número total de casos como función de los días transcurridos desde el primer caso.

Efectos del confinamiento y desconfinamiento

No es fácil manipular R0, parámetro que depende de qué tan contagiosa es la enfermedad, cuánto tarda un enfermo en recuperarse y a cuánta gente se encuentra en ese tiempo. En México hemos recurrido al distanciamiento social, a tratar de disminuir el número de contagios manteniendo a la población aislada lo más posible unos de otros. Hay modelos matemáticos análogos al SIR que incorporan explícitamente este distanciamiento. Por ejemplo, el modelo SIRC introduce una tercera categoría de población, que es la población confinada (C). Cada día hay una fracción c de personas susceptibles que, quizás gracias a campañas mediáticas, por convencimiento o por coacción, se confinan, evitando enfermarse y contagiar a otros. Sin embargo, hay una fracción d de estas personas confinadas que cada día se reintegran al grupo de susceptibles, quizás por la necesidad de trabajar, de ir de compras, por no creer que vivimos una gran crisis de salud o por simple inconciencia. En la Figura 5 muestro el número de enfermos activos calculado con el modelo SIRC suponiendo un parámetro R0=3 y suponiendo que el porcentaje d de confinados que cada día regresan a la normalidad es del 10%. Notamos que una variación muy pequeña del parámetro de confinamiento c produce cambios enormes en la duración de la epidemia y en el número máximo de enfermos activos. Por ejemplo, al pasar c de 0.15 a 0.17 el número máximo de enfermos bajaría en un millón, de 1.7 millones a 700 mil. La misma sensibilidad se obtiene para el parámetro de desconfinamiento d. Por lo tanto, es importantísimo no permitir que baje el primero ni que suba el segundo hasta que hayamos superado la crisis o hasta que se implementen otros métodos para controlarla, como sería hacer pruebas para identificar contagiados, aislarlos y aislar a sus contactos, permitiendo a los recuperados regresar a una actividad normal.

Figura 5. Enfermos activos como función del tiempo desde el primero, calculado con el modelo SIRC para distintos valores de los parámetros c con d=0.1.

En resumen, todas las profesiones requieren de las matemáticas, como nos ha enseñado esta crisis sanitaria. En este artículo mostré cómo visualizar mejor los datos existentes para poder identificar fácilmente sus tendencias, y como elaborar modelos simples que permiten ayudar a tomar decisiones y monitorear las consecuencias de las mismas.

Agradezco el apoyo de DGAPA-UNAM bajo el proyecto IN111119.

Esta columna se prepara y edita semana con semana, en conjunto con investigadores morelenses convencidos del valor del conocimiento científico para el desarrollo social y económico de Morelos. Desde la Academia de Ciencias de Morelos externamos nuestra preocupación por el vacío que genera la extinción de la Secretaría de Innovación, Ciencia y Tecnología dentro del ecosistema de innovación estatal que se debilita sin la participación del Gobierno del Estado.

Referencias

1. Video How To Tell If We're Beating COVID-19 https://www.youtube.com/watch?v=54XLXg4fYsc.
2. Repositorio de datos, gráficas y programas del autor, en https://github.com/wlm/covid.
3. Video de la Conferencia Epidemiología y matemáticas, por Andreu Comas García, https://www.youtube.com/watch?v=v4PS2nnc5-I&feature=youtu.be
4. Sanche et al., Emerging Infectious Diseases 26 (2020) https://doi.org/10.3201/eid2607.200282
5. Castro, Mario, Saúl Ares, José A. Cuesta, and Susanna Manrubia. “Predictability: Can the Turning Point and End of an Expanding Epidemic Be Precisely Forecast?” ArXiv:2004.08842 [Physics, q-Bio], April 19, 2020. http://arxiv.org/abs/2004.08842.

Notas

1. Usé para el parámetro g el valor 1/(6.08 días), ajustado a datos provistos por el gobierno mexicano sobre enfermos activos.

Los resultados encontraron en seis de los participantes material genético del virus.

En medio de la extenuante cuarentena por el coronavirus que tiene a millones en el mundo en sus casas, un buen plan para una noche de esta semana puede ser voltear a mirar el cielo.

Alrededor de veinte sociedades científicas de México demandaron al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) que informe con total transparencia el estado de los fondos y el destino de los recursos asignados al rubro. Advirtieron que en este momento de crisis sanitarias es fundamental garantizar los recursos para la ciencia y la tecnología.

Agrupaciones de científicos que afilian a más de ocho mil investigadores emitieron un pronunciamiento para exigir con fundamento en la ley de Ciencia y Tecnología que se rindan cuentas claras sobre el manejo de los recursos depositados en cada uno de los fideicomisos y los fondos existentes.

Explicaron que esta inquietud se deriva de la publicación del decreto presidencial del pasado 2 de abril de 2020 relativo a la extinción de fideicomisos dependientes de la administración pública federal.

En un documento enviado a Carmen Peza Casares, directora de investigación científica del Conacyt, expresaron la incertidumbre generada por la referida disposición.

“El Consejo es la instancia responsable de liderar la defensa de dichos fondos y se le demanda no claudicar en esa obligación… dichos fondos resultan vitales para los diferentes grupos de investigación científica del país y que, de desaparecer, solo profundizarían la brecha existente entre disciplinas, entre grupos consolidados y en formación, así como entre universidades nacionales y estatales, entre otros”.

Hicieron notar que la creación de los citados fondos “ha sido fruto de la madurez de la comunidad científica mexicana y refleja su diversidad y complejidad por lo cual desaparecerlos llevaría a una falsa percepción de simplicidad y homogeneidad de la investigación en México, así como a la inevitable creación de cuellos de botella en el acceso a los recursos”.

Las sociedades firmantes, entre ellas la Academia de Ciencias de Morelos, A.C.; la Sociedad Mexicana de Inmunología, la Sociedad Mexicana de Bioquímica, la Sociedad Mexicana de Ciencias Fisiológicas, la Unión Geofísica Mexicana, A.C., la Asociación Mexicana de Microbiología, la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería, la Delegación Morelos de la SMBB, el Instituto Avanzado de Cosmología, A.C., la Academia de Investigación en Biología de la Reproducción, A.C., la Sociedad Mexicana de Cristalografía, A.C., el Consejo Mexicano de Ciencias Sociales, A.C., el Consejo Mexicano de Investigación Educativa, A.C., la Red ProCienciaMx, la Academia de Ingeniería de México, el Comité Mexicano de Ciencias Históricas, el Colegio de Etnólogos y Antropólogos Sociales, A.C., la Sociedad Química de México, A.C. y la Sociedad Mexicana de Biología del Desarrollo, señalaron que en este momento es vital no afectar los recursos destinados a la ciencia y la tecnología.

Por último, en el comunicado, expresaron su adhesión al exhorto de diferentes bancadas parlamentarias: “al exhorto emitido por los líderes de todas las fracciones políticas de la Cámara de Diputados, en el sentido de la necesidad de garantizar los recursos para ciencia y tecnología como fundamental para enfrentar la crisis sanitaria”.

Más nítidas que ninguna anterior, las imágenes proporcionan evidencia de que la fragmentación de cometas es probablemente común e incluso podría ser ese el mecanismo dominante por el cual mueren sus núcleos.

Los científicos llevan más de cuatro años trabajando en un sensor versátil de biomoléculas, que por su versatilidad podría servir para la enfermedad del coronavirus.

El premio a la profesora distinguida es convocado por la Academia de Ciencias de Morelos y esta casa editorial.

Temixco.- La Academia de Ciencias de Morelos (Acmor) reconoció la labor de La Unión de Morelos y agradeció el apoyo de esta casa editorial en la divulgación y comunicación de la ciencia, al organizar de manera conjunta el Premio al Profesor Distinguido.

Brenda Valderrama Blanco, presidenta de la prestigiada agrupación de investigadores, informó que esta semana se hizo entrega formal de un reconocimiento a la profesora Angélica Ocampo Jaimes por su destacada labor como promotora de la ciencia.

La ceremonia se realizó en el plantel de educación media superior a distancia 02 ubicado en la comunidad indígena de Cuentepec, municipio de Temixco.

Brenda Valderrama agradeció a La Unión de Morelos por confiar en el proyecto de divulgación y comunicación de la ciencia que lleva a cabo la ACMor, así como por ser coorganizadores del Premio al Profesor Distinguido.

Raymundo Nájera Medina, director del Colegio de Bachilleres del Estado de Morelos, felicitó a la docente distinguida por la dedicación para impulsar el desarrollo de los estudiantes en el área de ciencias y añadió que continuará el apoyo de esta institución para la formación de una juventud culta y productiva.

En este sentido, también agradeció a la ACMor por su colaboración y compromiso para que los jóvenes de esta unidad educativa se interesen por esta rama del conocimiento, la cual, aseguró, les cambiará la percepción del mundo y los impulsará a lograr sus metas.

A través de un comunicado, la Academia de Ciencias de Morelos informó que la docente distinguida, reconoció el apoyo recibido por la ACMor en 2015 para asistir a "Semilleros de la Investigación" en representación de México, un evento realizado en Colombia, así como en 2018 en la "Expocytar" en Argentina.

La presidenta hizo notar que, desde hace más de una década, la Unión de Morelos y la Acmor entregan dichos premios, y se distinguen ejemplos como el de esta docente. Celebró que en esta ocasión sea una mujer el ejemplo a seguir por su pasión por la ciencia y la educación.

Asimismo, invitó a los profesores a continuar promoviendo la formación académica de estudiantes con talento en diferentes disciplinas científicas e hizo un llamado a los jóvenes a continuar aprovechando la experiencia de sus docentes.

A través de un mensaje escrito, el ingeniero Ricardo Estrada, director de La Unión de Morelos agradeció a la Academia de Ciencias de Morelos y a su presidenta, la doctora Brenda Valderrama, ser socios en este proyecto.

También manifestó su esperanza esperanza de que en nuestra sociedad abunden más personas como la profesora Angélica Ocampo Jaimes y recordó el ingeniero Mario Estrada Elizondo, fue un promotor entusiasta de este premio y estaría orgulloso de quien el lunes lo recibió.

“La felicito nuevamente, profesora, pero sobre todo a quienes tienen el privilegio de ser sus alumnos.

Confío en que con ellos y con usted podamos construir un mundo en el que las distancias físicas y sociales se puedan reducir drásticamente”.

Al evento acudieron los doctores Alejandro Sánchez Flores, Mariano López de Haro y Enrique Galindo Fentanes, así como profesores, alumnos e invitados de la comunidad.

Autoridades estatales encabezan la presentación del libro editado por el CCyTEM y que busca acercar al público al periodismo científico y la divulgación de la ciencia.

La titular de la Secretaría de Desarrollo Económico y del Trabajo (SDEyT), Ana Cecilia Rodríguez González, presidió la presentación del libro “Presente, pasado y futuro de la ciencia” (vista desde el periodismo), impulsado por el Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Morelos (CCyTEM).
Rodríguez González mencionó que el libro es el resultado del esfuerzo del CCyTEM y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), a través del Fondo Institucional de Fomento Regional para el Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación (Fordecyt), para acercar al público en general al periodismo científico y la divulgación de la ciencia.
“Estas actividades de comunicación especializada son fundamentales en la era del conocimiento, pues son los vehículos por medio de los cuales nos informamos y podemos contar con elementos para tomar mejores decisiones”, expresó.
Por su parte, el director del CCyTEM, José Francisco Pulido Macías, puntualizó la importancia de que la ciencia tuviera un libro que acercara más a las personas. Hizo énfasis en los cambios que ha sufrido la ciencia a través del tiempo; también agradeció a los encargados de la realización del libro, en especial a Iván Carrillo, el editor del ya mencionado libro.
Al concluir la presentación, Iván Carrillo agradeció al presidium y motivó a los asistentes y a todas las personas a leer el libro ya que es una aventura milenaria, de una búsqueda de la verdad, “es una pequeña ventana al gran universo del conocimiento humano”.
En el evento estuvo la diputada y secretaria de la Comisión de Ciencia, Tecnología e Innovación por la LXIV Legislatura Federal, Alejandra Pani Barragán.

Durante tres días se realizaron diversas actividades, tales como trueque de libros, tianguis cultural, exposiciones, entre muchas otras.

Coatlán del Río.- Con gran participación se llevaron a cabo las séptimas Jornadas de Ciencia y Arte en el municipio, los días 2, 3 y 4 de enero, denominadas “Pensar para ser diferente”. Así lo informó Mario Flores Saldaña, director de Cultura y Recreación del municipio, promotor de estas jornadas.

El también director y fundador del colectivo Cirián “Ciencia + Arte = Comunidad” explicó que estas jornadas contaron con pláticas, talleres, poesía, música, ensayo, ciencia, sones, comida, pintura, cuento, trova, matemáticas, danza, exposiciones, tianguis, arte, ecología, cartonería, cine, libros, trueque, entre muchas otras actividades, que se desarrollaron a la par de la fiesta tradicional de este lugar, pero que es una iniciativa del Colectivo Cirián “Ciencia + Arte = Comunidad”, que tiene el objetivo de presentar una serie de actividades fusionando el arte y la ciencia con la participación ciudadana.

Recordó que esta iniciativa surgió con la idea de mostrar otras actividades culturales que no se daban tanto en la localidad, como en la capital del estado, donde se cuenta con mucha oferta cultural que no llegaba a Coatlán, “y decidimos organizarnos como grupo y promover la ciencia y el arte en nuestro municipio”, recordó.

Flores Saldaña resaltó la participación de diversos colectivos de la región y del estado en general que se sumaron a la promoción de la ciencia y el arte, actividades que se desarrollaron durante los días 2, 3 y 4 de enero en el zócalo municipal y en un café del municipio.

Entre las distintas acciones realizadas destacaron el trueque de libros y el tianguis cultural. Además, la inauguración de la exposición fotográfica “Hibridación espontánea”, del artista Pablo Peña, de Cuernavaca, se realizó en las instalaciones de un café que está ubicado a pocos metros del zócalo; así como la presentación del libro “María de los hongos”.

Además se presentó la intervención grabada por la artista visual Belem Maytorena Espinoza, de la Ciudad de México; el taller “Solucionadores de Coatlán, haciendo por mi comunidad”; la plática “¡Oh no, matemáticas!”, a cargo de la comunicadora de la ciencia y matemática Monserrat Matías, entre muchos otros eventos.

La Dra. Georgina Hernández Montes es Química Farmacobióloga egresada de la Facultad de Química de la UNAM. Actualmente es parte de la Red de Apoyo a la Investigación (RAI) de la UNAM y se ha especializado en el área de bioinformática.

Esta publicación fue revisada por el comité editorial de la Academia de Ciencias de Morelos.

La Asamblea General de las Naciones Unidas declaró al 2019 como el año internacional de la tabla periódica de los elementos químicos debido a que este año se conmemora el 150 aniversario de su creación por parte del científico ruso Dimitri Mendeléyev. Es por ello que, a lo largo del año, en esta columna dedicamos varios números a explicar la importancia de los diferentes elementos químicos en nuestra vida diaria. En esta ocasión y para cerrar este ciclo de columnas hablaremos del Zinc, que es otro de los elementos esenciales para la vida.

La palabra "zinc" viene del alemán zink, que en español puede traducirse como pico o diente, y tiene mucho que ver con la apariencia del mineral. Es un metal color blanco azulado, que en contacto con el aire arde produciendo una llama verde azulada. Esta característica hace que se encuentre en combinación con otros elementos, los más comunes son el sulfuro de zinc (ZnS) que comúnmente se llama esfalerita, la smithsonita, que es carbonato de zinc (ZnCO₃) y la hemimorfita, que es un silicato de zinc (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O).

Es el 23avo elemento más abundante en la corteza terrestre, está en la familia de los elementos que se denominan metales de transición y la característica principal de estos elementos es que pueden ser estables por sí mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento, pero el zinc no es estrictamente un metal de transición. Este elemento tiene el número atómico 30, un peso atómico de 65.38 y un estado de oxidación +2, lo que significa que tiene una gran tendencia a donar electrones cuando se combina con otros elementos (Figura 1).

Figura 1. Símbolo y configuración electrónica del zinc. Tomada de https://www.vectorstock.com/royalty-free-vector/symbol-and-electron-diagram-for-zinc-vector-6241053

Un poco de historia

El uso de aleaciones con zinc es muy antiguo, la más común es el latón, que es una combinación entre calamina (una fuente importante de zinc) y cobre. Las piezas más antiguas datan de piezas de los años 1000-1500 a. C. s en Canaán. Otros objetos con alto contenido de zinc también han sido encontrados en la antigua región de Transilvania. Gracias a algunos registros se sabe que los romanos también fabricaron latón, ya que en el año 30 a. C. Plinio y Dioscórides describe el procedimiento para la obtención de aurichalcum, que es como se conocía al latón, mediante el calentamiento en un crisol de una mezcla de cadmia (calamina) con cobre para fabricar objetos. En la India, gracias a la obra Rasarnava, que data del año 1200 de nuestra era, también se conoce el procedimiento que utilizaban para la fundición y extracción de zinc impuro.

Por muchos siglos se desconoció que el zinc era un metal diferente, se propone que Paracelso, el famoso alquimista, médico y astrólogo austriaco que vivió entre 1493 y 1541, fue el primero en sugerir que el zincum era un nuevo metal y que sus propiedades diferían de las de los metales conocidos. Y no fue sino hasta 1742 que el zinc fue aislado por primera vez por el químico Anton von Swab y posteriormente por el químico Andreas Marggraf, quien repitió y documentó ampliamente el proceso en 1746, considerándose su trabajo como el inicio de la metalurgia del zinc.

En 1743 se fundó en Bristol el primer establecimiento para la fundición del metal a escala industrial, pero fue hasta 1813 que se desarrolló un procedimiento para su extracción y se estableció la primera fábrica en el continente europeo.

Aplicaciones

La aplicación más importante del zinc es en el galvanizado del acero para protegerlo de la corrosión. Este recubrimiento tiene la capacidad de protegerlo aun cuando se generen grietas en el mismo. Otro de los usos populares es en las baterías para computadoras, que se denominan de zinc-aire, y cuya característica principal es que se lleva a cabo una reacción de oxidación del zinc con el oxígeno del aire. También tiene un papel fundamental en la industria aeroespacial para la fabricación de misiles y cápsulas espaciales. También se utiliza mucho en la fabricación de maquinaria, vehículos y componentes electrónicos. Finalmente, uno de los usos poco relacionados a los anteriores, es como ingrediente en la industria cosmética, ya que se usa como un agente para dar volumen y como coloración en algunos productos, e incluso se usa como protector de la piel y como bloqueador solar. En la Figura 2 se ilustra el porcentaje de usos para el zinc.

Figura 2. Ilustración de las aplicaciones y usos del zinc. Tomada de https://www.azsa.es/es/CalidadyProductos/todo-sobre-el-zinc/Paginas/Principales-Aplicaciones-del-Zinc.aspx

El zinc en la alimentación

Las principales fuentes de zinc en la dieta son las proteínas de origen animal. Las carnes de res, cerdo y cordero contienen mayor cantidad de zinc que el pescado, mientras que la carne oscura de un pollo contiene más cantidad de zinc que la carne blanca. Otras fuentes buenas de zinc son las nueces, los granos enteros, las legumbres y la levadura.

Las frutas y las verduras no son buenas fuentes, porque el zinc en las proteínas vegetales no está tan disponible para el consumo humano como el zinc de las proteínas animales. Por lo tanto, las dietas bajas en proteínas y las dietas vegetarianas tienden a ser bajas en zinc. Los multivitamínicos y suplementos alimenticios también tienen cantidades importantes de zinc en forma de sulfatos, acetatos o gluconatos. Así mismo algunos medicamentos como pastillas, aerosoles y geles nasales para resfriados también contienen zinc. Por lo que si se mantiene una dieta adecuada se pueden mantener sin ningún problema las concentraciones adecuadas de zinc en el organismo.

El zinc dentro del cuerpo humano

El zinc es un elemento esencial para todos los seres vivos y en los humanos es el segundo elemento más importante en sus procesos biológicos después del hierro. Está presente en todos los tejidos y secreciones corporales en concentraciones relativamente altas. El 85% se encuentra en los músculos y huesos, el 11% en la piel y el hígado, y el resto en otros tejidos, siendo las concentraciones más altas en la próstata y el ojo. El contenido total de zinc del plasma suele ser de aproximadamente 100 g de zinc por cada 100 ml de plasma, dependiendo de la edad, el sexo, la hora del día y si hay un embarazo.

A nivel molecular el zinc protege a las estructuras biológicas del daño causado por los radicales libres mediante diferentes mecanismos. Por ejemplo, es un componente esencial de la superóxido dismutasa, una proteína que funciona como un agente protector para los tioles.

El zinc tiene varias funciones específicas (Figura 3) en las proteínas que realizan funciones químicas (enzimas) en los organismos. El papel catalítico significa que el metal está directamente involucrado en las reacciones enzimáticas, es decir, en las transformaciones mediadas por enzimas. Si algún agente elimina los iones de zinc, las enzimas pierden sus propiedades catalíticas. Típicamente, el átomo de zinc está unido a tres o cuatro ligandos, que comprenden aminoácidos, siendo la histidina la más frecuente, seguida de ácido glutámico, ácido aspártico y cisteína. Cuando participa como co-catalizadores puede estar presente o no en una enzima, ya que no son indispensables la actividad enzimática ni para la estabilidad. Finalmente, cuando participa como un factor estructural, mantienen la estructura de las diferentes proteínas para que esta realicen sus funciones.

Figura 3. Representación de la organización del átomo zinc para realizar sus diferentes funciones. Tomada de https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007%2F978-1-4614-1533-6_182

Papel fisiológico del zinc

Como ya se mencionó, el ion de zinc tiene un papel catalítico, estructural y regulador muy importante. Está involucrado en muchos procesos biológicos como la homeostasis, que es el mantenimiento del equilibrio de todos los procesos biológicos. También en la respuesta inmune, en el estrés oxidativo, en la protección cuando el organismo se encuentra expuesto a metales tóxicos, en la apoptosis o muerte celular programada y en el envejecimiento.

La homeostasis de este metal está relacionada con cambios en la absorción y secreción de zinc, excreción urinaria y su distribución en tejidos y células. Para la absorción hay dos posibilidades dependiendo de varios factores, incluida la cantidad de zinc, el tipo de alimento consumido y los requerimientos corporales. Si la ingesta de zinc es baja, la absorción se lleva a cabo principalmente mediante un proceso mediado por transportadores que son secretados por el páncreas. En la luz intestinal el zinc proviene de dos fuentes: la dieta y los jugos digestivos. La presencia de ácido fítico, calcio y metales traza como el cadmio, el mercurio o el cobre, retarda su absorción, pero la presencia de glucosa en la luz intestinal ayuda a su absorción. Lo más probable es que la absorción se produzca mediante difusión pasiva y procesos mediados por el transportador para este metal, aumentando la entrada de zinc en relación con los requerimientos del cuerpo. Algunas enfermedades pueden causar una mala absorción de este metal tal como el síndrome de intestino corto, enfermedad celíaca, enfermedad de Crohn, VIH y fístulas enterocutáneas.

Debido a que el zinc no se almacena en el cuerpo este se puede excretar de diferentes maneras, incluidos los intestinos, los riñones, el integumento y el semen. Aunque la ruta principal de excreción es el intestino, también se pierden pequeñas cantidades de zinc en la orina, la piel descamada, el crecimiento del cabello, el semen y la menstruación. En comparación con todos los órganos, el cerebro contiene los niveles más altos de zinc en el cuerpo con una posible excepción de los islotes β pancreáticos. El nivel más alto de este elemento en el cerebro se encuentra en la materia gris del cerebro anterior, llegando a 60-90 partes por millón. Aproximadamente el 80% del zinc cerebral total existe como metaloproteínas de zinc, mientras que el resto existe principalmente en vesículas presinápticas, los altos niveles de zinc sináptico están presentes principalmente en los sistemas límbicos que son los encargados de regular las respuestas fisiológicas y emocionales de nuestro cuerpo.

El zinc y la salud

Tanto la deficiencia como el exceso de zinc pueden causar severos problemas en la salud. Por ejemplo, entre los síntomas de deficiencia temporal podemos encontrar: infecciones frecuentes, hipogonadismo en hombres, pérdida de cabello, pérdida de apetito, problemas en el sentido del gusto y olfato, llagas en la piel, crecimiento lento, dificultad para ver en la oscuridad y heridas que tardan mucho en sanar. Mientras que los síntomas en caso de intoxicación debido a la ingesta de un exceso de zinc son: diarrea, cólicos abdominales y vómito en un lapso de 3 a 10 horas después de la ingestión. Aunque los síntomas desaparecen poco tiempo después de suspender la ingesta puede generar una deficiencia de cobre o hierro.

La deficiencia prolongada de zinc genera los estados patológicos más significativos que involucran un metal en el cuerpo humano. El riesgo de deficiencia de zinc afecta aproximadamente al 50% de la población mundial debido a que existen poblaciones cuyas dietas contienen altas concentraciones de fitato, que es un poderoso quelante. Es decir, un quelante es un compuesto que puede pegar, en este caso, al zinc. Se da este efecto, debido a que ciertas dietas son a base de muchos cereales y bajas en proteínas de origen animal. Los sistemas de órganos que se conocen clínicamente como afectados por una deficiencia severa de zinc incluyen los sistemas nervioso central, gastrointestinal, inmune, epidérmico, reproductivo y esquelético. La deficiencia de zinc puede provocar la muerte de niños con acrodermatitis enteropática, una enfermedad hereditaria por deficiencia de zinc que se manifiesta por calvicie, piel ulcerada e hipertrófica, desgaste muscular, diarrea crónica y genera infecciones recurrentes causadas por un recuento bajo de linfocitos debido a la atrofia.

El zinc también tiene un papel muy importante en el desarrollo de las enfermedades cardiovasculares, debido a que participa en la formación de las células del corazón y por lo tanto una deficiencia materna de este elemento puede causar problemas en el desarrollo. Por otro lado, también se ha documentado que participa en el mantenimiento de la presión arterial, así como en el desarrollo de la aterosclerosis. También se ha descrito que tiene un papel importante en el desarrollo de la diabetes tipo 2, ya que participa en la síntesis, almacenamiento y secreción de la insulina y la disminución de los niveles de zinc afecta negativamente la producción de insulina. Finalmente, un campo que todavía está en estudio es la participación del zinc en las enfermedades mentales como la depresión y el Alzheimer.

Si bien desde hace varios años se estudia la importancia del zinc en nuestra salud, aún hay muchas cosas por descubrir, por lo que como siempre en esta columna invitamos a los lectores a apoyar la ciencia tanto básica como aplicada para que podamos beneficiarnos de los avances científicos.

El 2019 ha sido propuesto por la Organización de las Naciones Unidas como el Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos por lo que la Academia de Ciencias de Morelos ha decidido dedicarle una serie de artículos preparados por especialistas de diferentes disciplinas. Sirva este artículo para despertar su curiosidad y que nos permitan compartir con ustedes nuestro amor por los elementos y su máxima representación, la Tabla Periódica.

Esta columna se prepara y edita semana con semana, en conjunto con investigadores morelenses convencidos del valor del conocimiento científico para el desarrollo social y económico de Morelos. Desde la Academia de Ciencias de Morelos externamos nuestra preocupación por el vacío que genera la extinción de la Secretaría de Innovación, Ciencia y Tecnología dentro del ecosistema de innovación estatal que se debilita sin la participación del Gobierno del Estado.

Ligas de interés

https://es.wikipedia.org/wiki/Zinc

https://www.quiminet.com/articulos/conozca-los-usos-y-aplicaciones-del-zinc-en-las-industrias-3374559.htm

https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/002416.htm

En el envío de la semana anterior revisamos el origen del actual plátano de mesa, así como los grandes beneficios que conlleva el comer este maravilloso fruto. Hoy, nuestro amigo ingeniero agrónomo nos comparte un segundo artículo escrito por Lachlan Gilbert sobre estudios realizados por investigadoras de la University of New South Wales (UNSW) quienes proponen una nueva forma de convertir los desechos de las plantaciones de plátanos en material de empaque, el cual no sólo sería biodegradables, sino también reciclable. Veamos de que se trata…

En 29 de noviembre pasado en el boletín digital de la UNSW se publicó una idea que parece un poco descabellada, fabricar bolsas de “plástico” biodegradables hechas de plantas de plátano, lo cual podría resolver dos problemas de desechos industriales en uno. Aquí transcribimos dicho artículo.

La profesora asociada Jayashree Arcot y la profesora Martina Stenzel estaban buscando formas de convertir los desechos agrícolas en algo que pudiera agregar valor a la industria de la que provenía y al mismo tiempo resolver problemas a los productores.

Encontraron que un buen candidato era la industria de cultivo de banano que, según la Dra. Arcot, produce grandes cantidades de desechos orgánicos, pues sólo el 12% de la planta es utilizada (la fruta), mientras que el resto se desecha después de la cosecha.

"Lo que hace que el negocio de cultivo de plátano sea particularmente ineficiente en comparación con otros cultivos de frutas es el hecho de que la planta muere después de cada cosecha", dijo el profesora Arcot, de la Escuela de Ingeniería Química de la  UNSW.

"Estábamos particularmente interesados ​​en los pseudotallos, básicamente el tronco carnoso en capas de la planta, que se corta después de cada cosecha y se descarta principalmente en el campo. Parte se usa para textiles, algunos como composta, pero aparte de eso, todo lo demás es un gran desperdicio ".

Las profesoras Arcot y Stenzel se preguntaron si los pseudotallos serían fuentes valiosas de celulosa, un componente estructural importante de las paredes celulares de las plantas, que podrían usarse en envases, productos de papel, textiles e incluso aplicaciones médicas como la cicatrización de heridas y administración de medicamentos.

Utilizando un suministro confiable de material del pseudotallo de las plantas de plátano cultivadas en el Royal Botanic Garden de Sydney, el dúo de investigadoras se puso a trabajar en la extracción de celulosa para probar su idoneidad como alternativa de empaque.

"El contenido del seudotallo es 90% de agua, por lo que el material sólido termina reduciéndose hasta aproximadamente un 10%", dijo la profesora Arcot. "Trajimos el seudotallo al laboratorio y lo cortamos en pedazos, lo secamos a temperaturas muy bajas en un horno de secado y luego lo molimos en un polvo muy fino".

La profesora Stenzel continuó:

"Enseguida tomamos este polvo y lo lavamos con un tratamiento químico muy suave. Esto aísla lo que llamamos nanocelulosa, que es un material de alto valor con una amplia gama de aplicaciones. Una de esas aplicaciones que nos interesó mucho fue el empaque, particularmente "envases de alimentos de un sólo uso donde la mayoría termina en el basurero".

Cuando se procesa, el material tiene una consistencia similar al papel de hornear.

La profesora Arcot dijo que dependiendo del grosor deseado, el material podría usarse en varios formatos diferentes en el empaque de alimentos. "Hay algunas opciones en este momento, podríamos hacer una bolsa de compras, por ejemplo", dijo.

"O dependiendo de cómo vertimos el material y de cuán grueso lo hagamos, podríamos hacer las bandejas que se usan para la carne y la fruta. Excepto, por supuesto, en lugar de ser espuma, es un material que no es tóxico, es biodegradable y reciclable ".

La profesora asociada Arcot dijo que ella y la profesora Stenzel han confirmado en diferentes pruebas que el material se descompone orgánicamente después de poner “películas” del material de celulosa en el suelo durante seis meses. Los resultados mostraron que las láminas de celulosa estaban en camino de desintegrarse en las muestras de suelo.

"El material también es reciclable. Uno de nuestros estudiantes de doctorado demostró que podemos reciclar esto tres veces sin ningún cambio en las propiedades", dijo la profesora Arcot.

Las pruebas con alimentos han demostrado que no presenta riesgos de contaminación.

"Probamos el material con muestras de alimentos para ver si había alguna filtración en las células", dijo el profesor Stenzel. "No vimos nada de eso. También lo probé en células de mamíferos, células cancerosas, células T y no es tóxico para ellos. Entonces, si las células T son felices, porque generalmente son sensibles a cualquier cosa eso es tóxico, entonces quiere decir que es muy benigno ".

Otros usos de los desechos agrícolas que el dúo ha analizado son la industria del algodón y la industria del cultivo de arroz: han extraído celulosa de los desechos de algodón recolectados de las desmotadoras de algodón y las cáscaras de arroz.

"En teoría, puedes obtener nanocelulosa de cada planta, es sólo que algunas plantas son mejores que otras porque tienen un mayor contenido de celulosa", dijo la profesora Stenzel.

"Lo que hace que las plantas de plátano sean tan atractivas, además de la calidad del contenido de celulosa, es el hecho de que son una planta anual", agregó la profesora Arcot.

Las investigadores dicen que para que el pseudotallo de plátano sea una alternativa realista para la fabricación de bolsas de plástico y el envasado de alimentos, tendría sentido que la industria del plátano comience el procesamiento de los seudotallo en polvo que luego podrían vender a los proveedores de envases.

"Si esta industria pudiera unirse, y les dicen a sus agricultores o productores que hay un gran valor en el uso de esos pseudotallos para convertirlos en un polvo que luego podrían vender, esa sería una opción excelente para ellos y para nosotros ", dijo la profesora Arcot.

Y en el otro extremo de la cadena de suministro, si los fabricantes de envases actualizan sus máquinas para poder fabricar la película de nanocelulosa en bolsas y otros materiales de envasado de alimentos, entonces los pseudoartículos de plátano tendrían una posibilidad real de hacer que el envasado de alimentos sea mucho más sustentable.

"Lo que realmente queremos en esta etapa es un socio de la industria que pueda analizar cómo podría mejorarse esto y cuán barato podemos hacerlo", dijo el profesor Stenzel.

La profesora Arcot estuvo de acuerdo. "Creo que las compañías de embalaje estarían más dispuestas a probar este material si supieran que el material está disponible de inmediato".

Fuente:

https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/packaging-made-banana-plants-peeling-alternative