Sobre espectros de dopaje que rondan los Juegos Olímpicos de Río2016

Sobre espectros de dopaje que rondan los Juegos Olímpicos de Río2016

Estamos por iniciar uno de los eventos más emocionantes y esperados por la humanidad, Los Juegos Olímpicos, y antes de su arranque el tema del dopaje es protagonista. El escándalo que ha salpicado a la delegación rusa, causándole la eliminación automática de más de la cuerta parte de su delegación, hace prometer que este será un punto de discusión en las actuales contiendas. Es lamentable ver cómo los iconos del trabajo duro y la disciplina flaquean por el reconocimiento y el dinero, mostrando en muchos casos el triste estado de nuestra sociedad. Para empeorar la situación la búsqueda de claridad en las contiendas implica entre otras el empeño de materiales, equipo y gente que podrían estar realizando contribuciones relevantes a la humanidad.

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Tal vez el caso más famoso de dopaje. Lance Armstrong quien confesara luego de ser acusado en 2013. El dopaje sistemático en su equipo muestra lo difícil que aveces es revelar este tipo de tretas.

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Para poner a punto el laboratorio de la Universidad Federal de Río de Janeiro y lograr la certificación necesaria para los juego Olímpicos fueron invertidos en  60 millones de dolares.

La ciencia tristemente entra en las dos caras de la moneda: Por un lado la búsqueda del superhumano ayudado por agentes externos mueve equipos enteros de científicos con motivaciones tal vez no muy sanas. Estos, a la hora de hacer fraude en competencias deben, además, ser capaces de lograr ayudas lo suficientemente imperceptibles para no ser detectadas por las pruebas anti dopaje; Por el otro lado también hay científicos trabajando en sistemas que permitan revelar fraudes con mayor precisión, aunque en este caso el resultado es sólo uno de las muchas aplicaciones que la técnica puede tener.

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Diego Maradona el mundial de fútbol de 1994 momentos antes de que le fuera tomada la muestra que revelaría la presencia de cinco sustancias prohibidas en su orina.

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Mientras la toma de muestras de orina y sangre para las pruebas son bien conocidas por todos, el procedimiento de revelación y análisis posterior es algo que en general ignoramos. En esta entrada trataré de dar un pequeño sabor de cómo trabajan los reveladores de dopaje para los juegos  Olímpicos de Río de Janeiro, siendo una oportunidad más para descubrir un poco de ciencia. Para esto debemos primero hablar de Espectros… sí espectros.

Espectros que no son fantasmas

La detección de agentes de dopaje se realiza a través de espectros.  La palabra espectro tiene básicamente dos significados en el español donde la más conocida es la de fantasma. Sin embargo, también así se llama al conjunto de distintas posibilidades que un fenómeno o situación puede tener. Por ejemplo el espectro de edades en un salón de clase usualmente barre un periodo de alrededor de dos años, y ese espectro cambia de curso en curso. Así para el último año de escuela el espectro estará entre los 16 y los 17 años, mientras que para el primero de la básica estará entre los 6 y los 7 años. Para la escuela entera el espectro se amplia a todo el rango desde los 6 a los 17. De modo que una persona puede, conociendo la edad de un niño, saber más o menos su curso. Esto último es lo que denominamos un filtro, que se encarga de escoger sólo un rango en el espectro de tal forma que los valores que caen dentro del rango permitido por el filtro corresponden a un curso dado. Este es precisamente el truco que vamos a utilizar con el dopaje aunque no con edades sino con distancias y radios de giro como ya veremos.

A la palabra espectro los científicos le hemos dado una particularidad extra pues no solo nos interesa cuales son las posibilidades sino además cual es la recurrencia de cada una. Así por ejemplo sabemos que en el último año pueden haber niños que por una u otra razón llegaron con menos edad, por ejemplo 14 o 15 años, lo que ampliaría el espectro, sin embargo, estos casos son menos frecuentes que los de 16 y 17 años. En forma más precisa las edades más frecuentes son 16 y 17, una información valiosa si queremos saber más sobre el espectro. En efecto con esta información podemos, por ejemplo, distinguir mejor el último curso del penúltimo. En ambos casos su espectro cubre las edades de 15 a 17, pero en el penúltimo curso la edad 15 es mucho más frecuente.

Para un científico un espectro entonces son las posibilidades de una medida junto con la probabilidad, o frecuencia, que cada una de estas tenga. En términos estadísticos esto es lo que se denomina histograma, tan famoso en época de elecciones.

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En un curso de fotografía se han arreglado los participantes por sus edades en intervalos de 10 años. Casi la tercera parte de las personas tienen entre 30 y 39 años. El 72 por ciento de los participantes tiene entre 20 y 49 años.

Existen gran variedad de espectros y cada uno a la vez tiene un gran abanico de aplicaciones prácticas y científicas. El espectro que hoy no atañe es el de masas en una muestra dada, por ejemplo de orina o sangre.

El espectrómetro de masas

El aparato con que se obtiene un espectro es denominado espectrómetro o espectroscopio, aunque este último usualmente se restringe a los espectros concernientes a la radiación electromagnética como la luz visible. Para el análisis de pruebas para dopaje se utiliza el espectrómetro de masas que distingue partículas o moléculas por su masa, o mas precisamente por el valor dado de la razón masa carga eléctrica m/q, y se aprovecha el hecho que la masa prácticamente identifica cada molécula y elemento conocido. La técnica tiene variantes con distintos detalles dependiendo de la aplicación especifica  pero el punto general es la utilización de la interacción de las moléculas con un campo electromagnético donde el más usual el uno magnético, caso que expongo ahora brevemente.

En ausencia de campos eléctricos una partícula con carga q interactua con el campo magnético experimentando una fuerza, fuerza de Lorentz, dada por:

\vec F=\frac{1}{c}q \vec v \times \vec B,

donde c es la velocidad de la luz en el vacío y \vec v es la correspondiente de la partícula. El producto “\times” es una operación entre los vectores \vec v y \vec B que indica que la fuerza que la partícula experimenta es perpendicular a ambos. De la famosa segunda ley de Newton, \vec F=m \vec a, vemos entonces que la aceleración \vec a, que es el cambio en el tiempo de la velocidad, es perpendicular a la velocidad. Se concluye, entonces, que la magnitud de la velocidad no puede cambiar, pues esto indicaría una aceleración en la dirección de la velocidad, y los cambios de velocidad se evidencian sólo en un cambio en su dirección. Suponiendo que \vec B no cambia en el tiempo tenemos que la magnitud de la aceleración también permanece constante en el tiempo. Tenemos entonces un movimiento donde la rapidez (magnitud de la velocidad) es constante y el cambio de su dirección, dado por la aceleración, también es constante en el tiempo. Este es precisamente el movimiento que experimenta una partícula en una trayectoria circular con rapidez constante así que concluimos que las partículas se mueven en círculos.

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Una fuerza de magnitud constante siempre perpendicular a la velocidad causa un movimiento circular uniforme.

Podemos saber el radio del círculo para la trayectoria utilizando la expresión para la aceleración centrípeta como ya lo hiciéramos antes en nuestra cita con Sandra Bullock . Con a_c=v^2/r tenemos de la segunda ley que

m\frac{v^2}{r}=\frac{1}{c}q v B,

de modo que

v=\frac{q}{m} \frac{r B}{c}.

En realidad la velocidad de cada partícula depende de la masa pues cuando son aceleradas antes de entrar al espectrómetro su aceleración es inversa a su masa, nuevamente por la segunda ley de Newton. La aceleración se realiza por medio de un voltaje V que brinda a las partículas una velocidad dada por:

v^2=2\frac{q }{m}V.

Finalmente tenemos entonces

\frac{q}{m} =\frac{2 V c^2}{B^2}\frac{1}{r^2},

Ya que todas las moléculas experimentan el mismo voltaje y campo magnéticos, con c una constante universal, tenemos una relación uno a uno entre la razón q/m y el radio de la trayectoria. Usualmente para aplicaciones de análisis de muestras las moléculas se bombardean con electrones de modo que algunos son atrapados por estas que quedan ionizadas. En general sólo toman un electrón lo que indica que la carga de las moléculas también es la misma para todas e igual a la carga del electrón y los radios de las trayectorias quedan determinadas exclusivamente por la masa de las partículas.

 

Las trayectorias de las dependen de su masa. Las partículas más masivas tienen radios de giro mayores, lo que permite distinguir las distintas partículas por su posición en el detector.

Así, como hiciéramos con los niños y sus cursos escogiendo un rango de edades para evidenciar el curso correspondiente, si queremos conocer la masa de las partículas involucradas debemos escoger un rango de radios (distancias). El detector se encarga de evidenciar la localización de cada partícula y por tanto su masa, mientras un contador graba la recurrencia de cada dato. El resultado entonces se puede graficar haciendo un histograma que nos muestra un espectro de masas como este.

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Espectro de masas para una muestra de piel de un fumador regular luego de consumir café. Se revela la presencia de Nicotina (m/z 163) y cafeína (m/z 195). Tomado de link.

Un caso más complejo es el del espectro del viento solar tomado por la sonda SOHO .

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En el espectro de masas del viento solar se revelan elementos como Oxigeno (masa 16), SIlicio (masa 28), Calcio (masa 40) y Hierro (masa 56). Tomado de link.

En los anteriores el análisis se realiza comparando calibraciones previas que permiten revelar la presencia de elementos según los picos observados. Dicho esto se tienen dos características que hacen más práctico un espectrómetro: su sensibilidad, que permite detectar elementos muy poco abundantes, y su resolución, que permite distinguir picos causados por dos partículas de masa similar. En el mundo de la trampa por dopaje se busca siempre lograr que la abundancia de los elementos prohibidos en la sangre y orina, sea inferior a los que pueden ser detectados. De no ser posible esto entonces se trata de camuflar estos elementos de modo que no puedan ser distinguidos de los permitidos, aprovechando que las sustancias organicas en general tienen masas muy similares. Por fortuna, los avances tecnológicos también logran mejorar las técnicas cada Olimpiada, así por ejemplo se cuentan por decenas los casos de muestras archivadas que en años pasados pasaron las pruebas sin problema y ahora se observan dopadas. La resolución del espectrómetro está dada por la distancia mínima entre picos que se pueden diferenciar, y para dos masas la distancia entre picos está dada por:

r_1^2-r^2_2=\frac{2cV}{qB^2 }(M_2-M_1).

Para aumentar esta diferencia podemos o bien disminuir el campo magnético B, lo que implicaría trayectorias más amplias y por tanto un equipo más grande, o aumentar el voltaje V. Cuando se llega a el límite práctico de esta simple complementación se opta entonces por combinar distintas fases de medición, por ejemplo rompiendo las moléculas luego de la primera fase de medición de modo que es posible revelar su estructura interna. Todos estos y más serán implementados en el laboratorio de la Universidad Federal de Río de Janeiro en la actual versión de los Olímpicos, donde serán analizados más de 6000 muestras de sangre y orina durante las justas, implementando un espectrómetro tipo cuadrupolar.

En este caso la situación en ligeramente distinta pero nuevamente es la interacción entre las cargas y el campo lo que divide espacialmente las partículas según su masa,

Nunca antes se había logrado un nivel de detección como el que se tiene ahora, por lo que no sería de extrañar el aumento de los deportistas hallados en la trampa, aunque todos esperamos que luego de la situación con Rusia este no sea el caso. Por el contrario, ojalá en estos Olímpicos los protagonistas sean sólo los deportistas, que con su trabajo diario, arduo  y apasionado nos motivan a todos a buscar el máximo nivel en cada cosa que hacemos.

Nos estamos leyendo.

Debo agradecer la atenta lectura, correcciones y sugerencias de Daniel Gallego del Institudo Catalán de Investigaciones Químicas.

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La Ciencia como una actividad social

“La ciencia es motor de la innovación, que a su vez es eje fundamental del desarrollo social”Mkc

Han pasado ya tres meses a mi llegada al país después de una corta estancia de investigación en el departamento de astronomía de la universidad de Chicago. Al comienzo recordé el atraso científico que vive el país con respecto a otras naciones. Pero al mirar más profundamente entendí que el atraso es cultural, puesto que no entendemos a ninguna escala que si no existe una inversión económica constante y considerable hacia la ciencia nunca tendremos el desarrollo social que nos lleve a ser una sociedad de primer mundo. Una de las razones de la limosna que, nuestros gobiernos y empresas, han otorgado lo largo de los últimos años para el desarrollo de la ciencia en el país es el desconocimiento del quehacer científico por parte de la comunidad en general y su desinterés por el desarrollo de la ciencia en el país. La culpa de ello es ocasionada por una desconexión social que tenemos entre los que hacen ciencia y los que se dedican a otras actividades. A los primeros no les gusta hablarles a los segundos y estos a su vez no les gusta escuchar a los primeros. Esto provoca que los recursos asignados para el desarrollo de la innovación en ciencia en el país sean escasos y en ocasiones queden asignados en pocas manos.

Como ha sido entendido por otras naciones, la actividad científica requiere de una gran inversión pública y privada para ejercitar la creatividad que lleve a la producción de conocimiento que de solución de las necesidades de los ciudadanos de una nación. No se debe restringir los recursos para investigaciones de ciertas áreas de la ciencia pues estaríamos cayendo en una monopolización de los recursos y en una desigualdad que entraría en contradicción con los pilares de nuestro estado social de derecho. Claro está que los científicos tienen como obligación mostrar periódicamente sus resultados tanto a la comunidad científica como al público general utilizando un lenguaje que sea adecuado para su comprensión y usando los diferentes canales de comunicación que el país ha establecido para tal fin. Esta comunicación es fundamental puesto que los científicos debe ser capaces de hacer entender a la sociedad, de la que hacen parte, la relevancia y las implicaciones del su actuar. Por su parte la comunidad necesita proveer unas efectivas condiciones para el aumento del conocimiento científico que lleve a la innovación, la cual tiene un papel importante en el desarrollo económico de cualquier nación.

Siguiendo las ideas del Manifiesto de Manchester, la relación entre la ciencia y la sociedad en un país como Colombia debe ser esencialmente una de reciprocidad, de mutuos beneficios y mutuas acciones. En donde la comunidad (políticos, empresarios y personas naturales) tiene la responsabilidad hacia la ciencia como el colectivo que recibe los beneficios y debe ser el mayor inversionista de sus actividades. Bajo este marco queda claro el papel que debe desarrollar Colciencias como intermediario de este proceso en los casos que sea necesario su intervención. Así la ciencia dejará de ser un juego de niños para volverle una labor profesional reconocida y realmente financiada por la sociedad.

El manifiesto de Manchester es impulsado por los premios Nobel Sir John Sulston y Joseph Stiglitz. Este proporciona varias ideas del manejo de la ciencia de las cuales me sentí inspirado en la escritura de esta nota de opinión.
http://www.isei.manchester.ac.uk/TheManchesterManifesto.pdf

Por: M.Sc. Camilo Delgado-Correal
Físico Colombiano

Una protesta

Me disculpo de antemano si alguien considera que este no es el espacio para esto pero la Física y la académica están, en todo modo, enmarcadas en un contexto social que, por tanto, no debe ser ignorado. Está publicación está motivada por un suceso reciente en la UPTC.

Ayer se hicieron públicos los perfiles aceptados para el concurso docente UPTC I-2013. El resultado aunque era de esperarse no deja de ser indignante, que es lo que me impulsa a hacer este breve manifiesto. Escribo esta carta abierta esperando no herir el orgullo uptecista de muchos amigos, el cual muchas veces me cuesta trabajo entender. Espero que tampoco aleje personas valiosas que quisieron o querrán trabajar en la UPTC. La escribo también inconsciente de los efectos sobre los “favores” de “amigos” o “enemigos” en cargos administrativos.

Para contextualizar la universidad abrió concurso público para docentes de planta con unas seis plazas para ser tomadas en la facultad de ciencias. El concurso tuvo la peculiaridad que se divulgó con tres meses de anticipación, mucho más largo que los anteriores, lo cual es muy bueno, pero tal vez no lo suficiente para universidad que sigue siendo invisible en el exterior. Las cosas ya se veían mal cuando en la convocatoria se adicionó deliberadamente como requisito mínimo un año de experiencia laboral. No suena tan mal hasta que se aclara que las estancias postdoctorales no contaban como tal, y que incluso en el caso de ser aceptadas estas debían ser debidamente certificadas ante notario. Si la experiencia era en el extranjero entonces alguna oficina en el país de origen debía legalizar la certificación, sin contar con la traducción y legalización de documentos oficiales no colombianos. Con esperanza en la siempre posible doble visión de las reglas de juego un podría igual aplicar al concurso con una carta de las instituciones donde se realizaron las estancias.

Bien, la resolución de convocatoria además mencionaba, vagamente, que los títulos otorgados en el exterior debían ser legalizados ante el ministerio de educación colombiano. Por un lado los entiendo, porque estamos en un país donde los títulos se ganan con amistades y demandas (aunque lo mismo sucede con los concursos por “méritos” así que se podrían ahorrar muchas resoluciones y parafernalia para hacer parecer legal el procedimiento). Pero nuevamente está fuera de sentido si se tiene en cuenta que a un extranjero no le va a interesar legalizar un título en Colombia sino hasta estar seguro que tiene trabajo acá. Incluso los colombianos que intenten hacerlo les es prácticamente imposible pues el proceso de legalización se demora en promedio seis meses, y cómo ya habíamos dicho el concurso se anunció hace tres meses. Pensarán que estas personas pueden venir por un año, para adquirir un año de experiencia mientras legaliza el título y luego concursa nuevamente si hay otro concurso. No lo van a hacer por dos simples razones: primero porque si vienen a trabajar será en instituciones más inteligentes que los absorban y exploten sin tantas trabas, y segundo porque muy seguramente estas instituciones serán mucho más visibles a nivel internacional, lo que no es de extrañar si tienen mejor visión sobre sus concursos docentes, luego no tienen grandes motivos para volver a mirar hacia la UPTC.

Luego, como si no fuera posible, la situación empeoró cuando la universidad, unos días antes de cerrar la recepción de documentos, modificó la resolución que regía el concurso, haciendo pública estas modificaciones sólo el último día. Con preocupación primero se ve que varios perfiles fueron modificados, lo que genera la pregunta si estos fueron realmente estudiados según las necesidades de las escuelas o porque apareció un posible interesado que no entraba con el perfil anterior. Segundo, que se hace explícito el requerimiento de los títulos convalidados por el ministerio de educación. Entendería yo que una vez una regla ha sido escrita y no es completamente clara se debe beneficiar la lectura menos restrictiva de esta, no hacer una modificación de última hora para beneficiar a… no sé, la verdad no sé a quién o qué quieren beneficiar con esto. A la universidad no y eso es claro. La universidad de hecho en su estatuto docente tiene contemplado el caso de docentes con título extranjero y les da, además de un año de prueba luego de ganar el concurso, el plazo de presentar la convalidación del título dentro de los dos años siguientes a firmar su contrato. Cumplido el plazo, si no se ha presentado el contrato deja de tener validez. Con esta medida se nota nuevamente un intento desesperado desde el consejo académico, y con beneplácito de las decanaturas, de frenar la admisión de gente nueva que venga con ideas de afuera. Tal vez porque así todos seguimos convencidos que vamos bien, aunque sea todo lo contrario.

Son medidas tontas en un medio tonto. Colombia está lejos de ser potencia generando nuevo conocimiento, lo que se ve reflejado en la aun bajísima densidad de Doctores (Ph.D.) y la necesidad de emigración que tienen la gran mayoría de nuestros estudiantes para poder realizar sus estudios de posgrado. Una vez afuera son muy pocas las motivaciones que se tienen para regresar, y si no fuéramos románticos latinoamericanos con lazos familiares que piden los abrazos, débiles con la comida paisana, depresivos con el frio, un poco altruistas, amantes de la montaña, el verde y el mar, difícilmente miraríamos atrás a tratar de hacer ciencia con muy poco, pero sobre todo con muy pocos. Ya algunos lugares han entendido que muchos quieren volver, por las anteriores razones y porque afuera tampoco es tan fácil, pero la UPTC es de las últimas (por algo el porcentaje de docentes extranjeros es prácticamente nulo) que sigue en la tónica de poner trabas para absorber gente que quiere invertir capital extranjero en Colombia. ¡Sí, están invirtiendo capital extranjero! no sólo por el conocimiento que traen sino porque sus estudios los costeó otro país, y a diferencia de todas las demás inversiones que vemos su producto será casi exclusivamente para Colombia.

Para resaltar un caso particular debo mencionar que para la Escuela de Física se presentaron alrededor de 12 perfiles, concursando por una plaza, lo cual es causa de alegría pues creo que nunca se había visto una respuesta tan grande. De estos sólo cuatro fueron admitidos y los demás rechazados, muy seguramente por los motivos antes mencionados y muy a pesar de una petición explícita por parte de algunos profesores de la Escuela para aceptar perfiles aun sin estos requisitos. Hicimos esta petición porque consideramos que una universidad que apenas ocupa el puesto 5 mil y punta en el ranking internacional de universidades apenas tiene criterio para exigir a una persona que viene de una de las mejores en el raking, digamos la Universidad Nacional de México, quinta en Latinoamérica, una convalidación para admitir que cumple con el requisito de ser Doctor. Más en estos tiempos cuando es tan fácil corroborar información con certeza, por ejemplo la producción de impacto de una persona está tan lejos como un click en el computador. Así la UPTC, con docentes con un índice de impacto h que no sobrepasa el 7 (siendo precisos el índice de impacto promedio de la UPTC está muy lejos de alcanzar la unidad), según Scopus, acaba de descartar personas con impacto h del orden de 15.

Creo que esto deja más o menos claro el origen de mi indignación, que debería ser compartida por cualquier persona que desee el beneficio de la UPTC. Y aunque nos queda el alivio que aun hay cuatro concursantes, que seguramente vendrán con muchos ánimos para aportar a la Escuela, también debe ser claro cómo la universidad debe cambiar si quiere de verdad creerse el cuento de ser acreditada de calidad.

Respetuosamente,

Diego Gallego

Docente Escuela de Física