August Krogh: Descubridor del Mecanismo de Regulación del Motor Capilar y Pionero en la Fisiología de la Microcirculación (1920)

Tarjeta de información Nobel

• Año del Premio: 1920
• Campo: Fisiología o Medicina
• Justificación del premio: Por el descubrimiento del mecanismo de regulación del flujo sanguíneo en los capilares.
• Nacimiento: 15 de noviembre de 1874, Grenaa, Dinamarca
• Muerte: 13 de septiembre de 1949, Copenhague, Dinamarca
• Nacionalidad: Danesa
• Institución: Universidad de Copenhague

Vida y Educación

Schack August Steenberg Krogh nació el 15 de noviembre de 1874 en la pequeña ciudad de Grenaa, en la península de Jutlandia, Dinamarca. Su padre, Viggo Krogh, era constructor naval, mientras que su madre, Marie Drechmann, era hija de un cervecero. Criado en esta ciudad costera con una sólida tradición marítima y artesanal, Krogh desarrolló desde temprana edad una fascinación por la naturaleza y los animales. Las horas que pasó junto al mar le inculcaron un hábito de observación natural que más tarde influiría en su orientación hacia la fisiología comparativa.

Tras completar su educación secundaria en Aarhus, Krogh se matriculó en la Universidad de Copenhague en 1893. Inicialmente tenía la intención de estudiar física y matemáticas, pero se inclinó hacia la biología bajo la influencia del profesor de zoología William Sørensen. En 1897 se unió al laboratorio de Christian Bohr (padre del renombrado físico Niels Bohr), entonces profesor de fisiología en la universidad. Este encuentro marcó profundamente la carrera científica de Krogh. Bohr estaba llevando a cabo investigaciones significativas en fisiología respiratoria y formó a Krogh en este campo.

En 1903, Krogh recibió su doctorado de la Universidad de Copenhague con una tesis sobre el mecanismo de la respiración cutánea en ranas. Este trabajo fue un ejemplo temprano del enfoque de fisiología comparativa y fue la primera evidencia del rigor metodológico que caracterizaría toda la carrera de Krogh. En 1916, fue nombrado profesor de zoofisiología en la Universidad de Copenhague, puesto que ocupó hasta el final de su vida.

La vida personal de Krogh estuvo entrelazada con su carrera científica. Se casó con Marie Jorgensen en 1905. Marie era una científica destacada por derecho propio y participó activamente en muchos de los proyectos de investigación de Krogh. Colaboraron especialmente en estudios en los campos del metabolismo y la fisiología de la nutrición. Esta asociación científica es considerada uno de los esfuerzos conjuntos más productivos en la historia de la ciencia. La pareja tuvo cuatro hijos.

Trabajo científico

La carrera científica de August Krogh se caracteriza por un rango excepcionalmente amplio de investigaciones fisiológicas. Realizó trabajos pioneros en fisiología respiratoria, intercambio de gases, circulación capilar, fisiología comparativa, fisiología de insectos y metabolismo. Una característica distintiva del enfoque de Krogh fue seleccionar el organismo experimental más adecuado para cada cuestión fisiológica que buscaba investigar. Este principio sería formulado posteriormente como el principio de Krogh: para cada problema biológico hay un organismo óptimo en el que se puede estudiar de manera más conveniente.

Los primeros trabajos de Krogh se centraron en la fisiología respiratoria. Su mentor, Christian Bohr, argumentaba que el intercambio de gases en los pulmones ocurría mediante un mecanismo de secreción activa. Krogh probó esta hipótesis con experimentos meticulosos y finalmente demostró que su mentor estaba equivocado: el intercambio de gases en los pulmones se logra por difusión pasiva, no por secreción activa. Esta audaz conclusión científica fue una fuerte evidencia de la independencia intelectual y el rigor experimental de Krogh. Refutar la teoría de su mentor no fue una decisión fácil, pero Krogh consideraba más importante seguir los datos que la lealtad personal.

Al desarrollar el concepto de la constante de difusión, Krogh permitió modelar matemáticamente el intercambio de gases en los pulmones. Medió las tasas de difusión de oxígeno y dióxido de carbono a través de la membrana pulmonar y demostró que estos valores eran suficientes para satisfacer las necesidades metabólicas. Este trabajo sentó las bases de la fisiología respiratoria.

Desde la década de 1910 en adelante, la investigación de Krogh se centró gradualmente en la circulación capilar. El desencadenante de este cambio fue su esfuerzo por comprender cómo los tejidos satisfacen su demanda de oxígeno. Si el oxígeno es transportado por difusión, entonces la distribución del oxígeno dentro de los tejidos depende directamente de la estructura y función de la red capilar. Para investigar esta cuestión, Krogh utilizó tejidos transparentes como el mesenterio de la rana, donde la red capilar podía observarse directamente bajo el microscopio.

El descubrimiento que condujo al Premio Nobel

El descubrimiento por el que Krogh recibió el Premio Nobel fue la demostración de que la circulación capilar tiene un mecanismo regulador activo. A principios del siglo XX, la opinión predominante era que los vasos capilares eran estructuras pasivas y elásticas y que el flujo sanguíneo era regulado únicamente por cambios en la presión de las arteriolas. Se creía que los capilares carecían de capacidad para regular el flujo sanguíneo por sí mismos.

Al observar directamente las redes capilares bajo el microscopio en músculo y mesenterio de rana, Krogh hizo un descubrimiento revolucionario. Observó que en tejidos en reposo, la gran mayoría de los capilares estaban cerrados o no presentaban flujo sanguíneo. Cuando el tejido se activaba (por ejemplo, al contraerse un músculo), los capilares previamente cerrados se abrían y el flujo sanguíneo aumentaba drásticamente. Esta observación demostró que el flujo sanguíneo capilar no es un proceso pasivo, sino un mecanismo regulado activamente.

Krogh examinó a fondo el mecanismo de regulación capilar. Demostró que la apertura y cierre de los capilares estaba controlada por la contracción y relajación de las células musculares lisas en las paredes de los capilares o esfínteres precapilares. Un aumento en el metabolismo tisular conducía a la liberación de factores químicos locales (metabolitos), que desencadenaban la apertura de los capilares. Este mecanismo aseguraba que las necesidades de oxígeno de los tejidos aumentadas se satisfacían con precisión.

Krogh también reveló el aspecto cuantitativo de la regulación capilar. Demostró que el número de capilares activos en un músculo en reposo es solo una pequeña fracción del número total de capilares. Durante la actividad muscular, el número de capilares activos aumenta dramáticamente, acortando la distancia de difusión y optimizando la distribución de oxígeno. Al modelar este proceso matemáticamente, Krogh desarrolló el concepto del cilindro de Krogh: cada capilar suministra oxígeno a un volumen tisular definido a su alrededor, y a medida que se abren más capilares, este volumen se reduce y mejora la oxigenación.

El descubrimiento de la regulación capilar por Krogh tuvo consecuencias de gran alcance en campos como la fisiología del ejercicio, la patofisiología del choque y la perfusión tisular. Cómo aumenta el flujo sanguíneo en los músculos durante el ejercicio, por qué se altera la microcirculación en el choque y por qué la oxigenación tisular puede ser insuficiente en enfermedades crónicas se volvieron comprensibles a la luz del descubrimiento de Krogh.

El Premio y sus Consecuencias

En 1920, el Premio Nobel de Fisiología o Medicina fue otorgado a August Krogh por el descubrimiento del mecanismo de regulación del sistema capilar. Krogh recibió el premio en persona durante la ceremonia en Estocolmo. En su discurso de aceptación, detalló la fisiología de la circulación capilar y su enfoque experimental, haciendo hincapié en la importancia de elegir el modelo experimental adecuado en la investigación fisiológica.

Después del Premio Nobel, Krogh amplió su investigación. Realizó estudios amplios sobre la fisiología de los insectos, incluyendo investigaciones pioneras sobre el sistema respiratorio de los insectos (el sistema traqueal), la osmorregulación y el metabolismo. Su libro de 1924 Fisiología Respiratoria Comparada se convirtió en la obra de referencia estándar en el campo.

Una de las contribuciones significativas de Krogh en la década de 1920 fue desarrollar la técnica para trazar procesos metabólicos utilizando agua pesada (óxido de deuterio). Fue pionero en el uso de técnicas de trazadores isotópicos en la investigación fisiológica. Este enfoque más tarde formaría la base de la medicina nuclear y la imagenología metabólica.

En 1922, durante una visita a Canadá, Krogh se enteró del descubrimiento de la insulina por parte de Frederick Banting y Charles Best. El hecho de que su esposa Marie fuera diabética le generó un interés personal especial en el tema. A su regreso a Dinamarca, cofundó el Laboratorio de Insulina Nórdico (Nordisk Insulinlaboratorium) junto con Hans Christian Hagedorn. Este laboratorio fue la primera institución europea en producir insulina a nivel industrial y, posteriormente, se convirtió en la base de la compañía Novo Nordisk. En la actualidad, Novo Nordisk es uno de los mayores fabricantes de medicamentos para la diabetes a nivel mundial.

Krogh se vio profundamente afectado por los efectos de la Segunda Guerra Mundial en Dinamarca. Durante la ocupación alemana (1940-1945), las oportunidades de investigación estaban limitadas. Krogh falleció el 13 de septiembre de 1949, a la edad de setenta y cuatro años, en Copenhague.

Legado e Impacto Actual

El legado científico de August Krogh ha dejado profundas huellas en muchos subcampos de la fisiología. El descubrimiento de la regulación del motor capilar forma la base de la fisiología de la microcirculación. Hoy en día, los trastornos de la microcirculación desempeñan un papel central en la patofisiología de diversas condiciones clínicas como la diabetes, la hipertensión, la sepsis y las heridas crónicas.

El modelo de cilindro de Krogh sigue siendo ampliamente utilizado para el análisis matemático de la oxigenación tisular. En la biología tumoral, el modelo de difusión capilar de Krogh continúa sirviendo como una referencia fundamental para comprender la angiogénesis y las regiones hipóxicas. Las estrategias antiangiogénicas en el tratamiento del cáncer dependen del conocimiento de la regulación de la red capilar.

El principio de Krogh es considerado un principio metodológico fundamental en los campos de la fisiología comparativa y la biología experimental. El principio de seleccionar un organismo experimental según la pregunta de investigación forma la base del concepto de organismo modelo.

El papel de la fundación de Novo Nordisk refleja la visión de Krogh para convertir los descubrimientos científicos en aplicaciones industriales. Hoy en día, Novo Nordisk proporciona insulina y otros tratamientos para la diabetes a millones de personas en todo el mundo.

Hechos poco conocidos

• Krogh refutó experimentalmente la teoría de secreción pulmonar de su mentor, Christian Bohr, demostrando que la honestidad científica debe prevalecer sobre la lealtad personal. Este coraje es considerado un ejemplo importante de ética científica.
• La esposa de Krogh, Marie, fue una socia activa en muchas de sus investigaciones. Realizaron conjuntamente estudios en metabolismo y fisiología nutricional.
• Krogh utilizó parte de su premio Nobel para ayudar a establecer una instalación de producción de insulina. Esta inversión se convirtió en la base de Novo Nordisk.
• El principio de Krogh es un precepto metodológico ampliamente conocido y aún aplicado entre los biólogos. Recomienda elegir el organismo modelo más adecuado para cada pregunta biológica.
• Krogh también realizó trabajos pioneros en fisiología de insectos. Sus investigaciones sobre el sistema respiratorio traqueal y los mecanismos osmorreguladores de los insectos ayudaron a sentar las bases de la entomología.
• Christian Bohr fue el padre del famoso físico Niels Bohr. Como mentor de Krogh, está indirectamente vinculado a la historia de dos familias ganadoras del Premio Nobel.
• Krogh era un excepcional constructor de instrumentos. Diseñó y construyó muchos de sus instrumentos experimentales con sus propias manos; este talento práctico le dio una gran ventaja para desarrollar sus enfoques experimentales originales.