¿Os habéis preguntado que tiene que ver la medicina deportiva con la producción de vinos? Pues ambas se pueden relacionar con una molécula química, el lactato, que juega un papel importante en muchas áreas de actividad tales como la industria farmacéutica, cosmética, alimentaria, así como en el campo de la medicina clínica y deportiva.
En medicina, su determinación es útil para el seguimiento de la insuficiencia respiratoria y cardiaca, choques sépticos, trastornos metabólicos y es también un indicador de varias enfermedades [1,2] . En la práctica deportiva, el control del lactato es de gran interés, ya que un incremento de su concentración es una indicación del aumento de oxigenación del organismo y de la capacidad de los deportistas para realizar ejercicio. Por tanto, el análisis de lactato en el momento de la actividad física es de gran importancia para controlar mejor el esfuerzo y resistencia de los atletas. Basados en los resultados de los análisis de sangre, los entrenadores prescriben la intensidad de ejercicio que el atleta debe realizar para ir mejorando su rendimiento [3,4]. Este tipo de entrenamiento se llama “trabajar en el límite láctico”, y tiene por objeto retrasar el incremento de la cantidad de lactato en el organismo durante cada ejercicio, lo que se consigue controlando cada entrenamiento. Es evidente que una persona que quiere participar en una pequeña carrera, no debe tener la misma preparación que una que quiere ganar un maratón, ya que esta última necesitará más resistencia lo que implica trabajar a niveles de lactato más grandes.
Igualmente, en la industria alimentaria el lactato es también de gran importancia, pues su presencia es un indicador de procesos fermentativos por bacterias lácticas y se relaciona con la estabilidad, calidad, frescura y condiciones de almacenamiento de productos tales como vinos, muchos lácteos, salsas de tomate, frutas y zumos envasados [5] . Particularmente dentro del sector alimentario, en la industria del vino, desempeña una función clave en el proceso de vinificación que tiene lugar en las bodegas. Esta molécula surge del proceso de fermentación conocido como fermentación maloláctica, y su concentración va aumentando en el vino a lo largo del proceso. El control de esta transformación es muy importante, ya que el lactato va influir en la acidez del vino, y va proporcionar sensación de suavidad en boca, mejorando el cuerpo y el sabor de la bebida. Además, actúa como conservante natural lo que evita la adición de otros aditivos para este fin. De hecho, la monitorización continua de los niveles de ácido láctico en vinos, es parte de una de las pruebas de calidad para la comercialización que ayuda a prevenir posibles pérdidas económicas [6].
Hoy en día, el control del lactato se lleva a cabo mayoritariamente utilizando una técnica instrumental llamada cromatografía, que se basan en la separación del lactato de otros componentes de las muestras. Esta técnica es tan sensible y precisa como complicada y cara de utilizar. Este tipo de determinaciones además de tener precio elevado, limita la realización
del análisis a laboratorios especializados y exige la preparación y tratamiento de las muestras, lo que conlleva largos tiempos de análisis. Más modestos en cuanto a precisión en los resultados e instrumentación utilizada son los llamados test colorimétricos, que asocian un color a la presencia del lactato, y que son usados como referencia para determinar este compuesto.
Volviendo al ámbito del deporte, los niveles de lactato de los deportistas son medidos rutinariamente a través de análisis de sangre, lo que conlleva que los atletas tengan que interrumpir su actividad para recoger las muestras. Este hecho es otra desventaja del análisis convencional, ya que no permite la medición directa y en un momento concreto de los niveles de lactato, por lo que las determinaciones se ven afectadas por el tiempo necesario para la recogida, preparación y análisis de las muestras de sangre [3,7].
Pero además de la sangre, otros fluidos biológicos como las lágrimas, la saliva o el sudor contienen cantidades importantes de lactato que se incrementan con la actividad física de los individuos. Por tanto, la determinación de lactato en estos fluidos puede ser un método alternativo del control de lactato en el organismo con evidentes ventajas adicionales dado su carácter no invasivo [7–10]. Es obvio que sería interesante disponer de técnicas de análisis que pudieran, por ejemplo, monitorizar el lactato en el sudor. En este sentido, las características de las técnicas electroquímicas se presentan muy atractivas y adecuadas para este fin. Su utilización implica la medida de una pequeña corriente eléctrica, de apenas unos pocos microamperios, que se origina cuando se provoca la oxidación del lactato por la imposición de una diferencia de potencial a un sistema de electrodos que puedan ponerse en contacto con la piel y por tanto con el sudor producido durante el ejercicio.
Los electrodos serigrafiados (SPE) son pequeños dispositivos, producidos a través de la impresión de tintas conductoras en un substrato, capaces de permitir el paso de las corrientes eléctricas generadas en reacciones de oxidación o reducción que se desarrollen en la superficie de los mismos. Los substratos para impresión pueden ser muy versátiles, pudiendo ser textiles o plásticos flexibles. Este hecho, abre la posibilidad de un análisis directo del sudor a través de una prenda de vestir en contacto con el cuerpo, si nos movemos en el campo de la medicina deportiva, o por otra parte, desarrollar un etiquetado inteligente que informe de la calidad de un caldo si nos encontramos en la industria alimentaria. Entre las características más destacables de los SPE, cabe señalar su alta sensibilidad, rapidez de respuesta y bajo coste [11].
En este marco, hemos desarrollado un sensor altamente estable para la medida de lactato basado en la generación de una pequeña señal eléctrica en los electrodos, que es posteriormente evaluada por un equipo de medida. Un “medidor” estándar es un dispositivo externo a los electrodos, con un tamaño y peso que dificulta su portabilidad. Actualmente, estamos trabajando en la obtención de un prototipo final de medida directa de lactato en sudor para deportistas, usando nuestros electrodos serigrafiados impresos en tela y acoplando un mini-medidor de corriente de forma que la medida sea obtenida de forma directa, en tiempo real durante el entrenamiento, para que el sistema sea capaz de analizar el lactato en sudor directamente en la piel de los deportistas.
En la construcción del dispositivo hemos depositado en la superficie del sensor de medida una enzima llamada lactato oxidasa, que tiene una elevada especificidad para determinar la presencia de lactato. Las enzimas están presentes en los organismos y son capaces de transformar moléculas específicas en otras más simples. En este caso la lactato oxidasa va a degradar el lactato en otras dos moléculas, el piruvato y el peróxido de hidrógeno. Este último, es la especie que nos dará una señal eléctrica, al oxidarse, por la aplicación de un pequeño potencial, hasta oxígeno, permitiendo determinar el lactato presente.
El biosensor desarrollado, que podemos llamar así por tratarse de un sensor al que se ha incorporado un elemento de naturaleza biológica (la enzima), ha permitido determinar el contenido de lactato presente en distintos tipos de muestras, tales como sudor, saliva, así como en vinos tintos y blancos.
Para estar seguros de los resultados, hemos comparado los valores obtenidos con nuestro biosensor con los obtenidos en un análisis cromatográfico y hemos comprobado que coinciden. Así hemos podido validar nuestro sensor para el análisis de este tipo de muestras.
Este pequeño dispositivo, demuestra tener muchas ventajas frente a las técnicas analiticas usadas actualmente, entre las que cabe destacar su precisión y sensibilidad su bajo costo de produción su facilidad de uso y su versatilidad para el análisis de diferentes tipos de muestras. Particularmente interesante, es su utilización en el campo de la medicina deportiva, donde a las ventajas señaladas se puede añadir su carácter no invasivo, y la posibilidad de llevar a cabo una monitorización eficiente para el control del lactato.
Bibliografía:
L.B. Gladden. J Physiol. 558 (2004) 5–30. [2] S. Cairns, Sport. Med. 36 (2006) 279–291.
M.L. Goodwin, J.E. Harris, A. Hernández, L.B. Gladden. J. Diabetes Sci. Technol. 1 (2007) 558–69.R.A. Robergs, F. Ghiasvand, D. Parker. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 287 (2004) R502-16.
A. Lonvaud-Funel. Antonie van Leeuwenhoek, Int. J. Gen. Mol. Microbiol. 76 (1999) 317–331.
S. Pérez, E. Fàbregas. Analyst. 137 (2012) 3854.
C.S. Pundir, V. Narwal, B. Batra. Biosens. Bioelectron. 86 (2016) 777–790.
S. Wolfe, G. Cage, M. Epstein, L. Tice, H. Miller, R.S. Gordon. J. Clin. Invest. 49 (1970) 1880–4.
M.J. Buono, N.V.L. Lee, P.W. Miller. J. Physiol. Sci. 60 (2010) 103–107.
J.M. Green, R.C. Pritchett, T.R. Crews, J.R. McLester, D.C. Tucker, Eur. J. Appl. Physiol. 91 (2004) 1–6.
O.D. Renedo, M.A. Alonso-Lomillo, M.J.A. Martínez. Talanta. 73 (2007) 202–219.
