El sulfuro de hidrógeno, compuesto identificado mediante la fórmula química H2S, se ha convertido en uno más de los compuestos con múltiples caras. Derivado de la substancia volcánica por excelencia, el azufre, es tóxico por inhalación, está presente en muchos olores, particularmente los más ofensivos, podrá llegar a ser un importante medicamento y, finalmente, se ha descubierto que desempeña un papel clave en la lucha contra el envejecimiento.

Rui Wang, en un artículo publicado el 2010 en Investigación y Ciencia, enfatizaba el rol dual del sulfuro de hidrógeno, en el sentido de ser tanto un gas tóxico como un compuesto beneficioso para el organismo. Es, por un lado, el peligro más relevante en explotaciones mineras relacionadas con el petróleo y el carbón, pero por otro, se ha demostrado efectivo en la lucha contra los infartos y otras patologías.

Muestra, en este sentido, una función comparable al NO, el óxido nítrico; no en vano el propio NO y el H2S, junto con el monóxido de carbono, el CO, conforman una tripleta estelar de compuestos, conocida como gasotransmisores. Se trata de substancias con amplias funciones señalizadoras en múltiples ámbitos de nuestro organismo, entre las que destacan las de vasodilatación, regulación inmunitaria y neurotransmisión.

El abanico de funcionalidades no acaba ahí. Pasados poco más de cuatro años del artículo de Wang, la investigación más reciente muestra que la función del H2S se adivina mucho más amplia, pues todo apunta a que será un compuesto estrella en la lucha contra el envejecimiento.

Vulcano

Pero, visto con una cierta perspectiva, en realidad parece imposible que compuestos directamente derivados del azufre puedan tener propiedades beneficiosas para el organismo humano. El azufre es el elemento infernal por excelencia; Booker T. Washington, educador y ex–esclavo afroamericano, quizás el primer gran líder de la minoría negra, afirmó, a finales del siglo XIX, que "no puedo imaginar cómo debe ser el infierno, pero las minas de azufre en Sicilia son lo más próximo que llegaré a ver en toda mi vida". Fuego, calor y explosiones caracterizan los ambientes infernales: uno de los componentes principales de la explosiva pólvora es precisamente el azufre. Otra mezcla explosiva es la del sulfuro de hidrógeno y ácido nítrico concentrado.

El azufre confiere el característico tono amarillento a los cráteres i géiseres.  Cuando el azufre funde, adopta un color anaranjado.

No sorprenderá entonces la afirmación de que una buena parte del azufre es de origen volcánico: el interior de la Tierra contiene 100 veces más azufre que la corteza. Globalmente, el azufre representa el 3 % de la masa del planeta. Podría parecer que no es mucho, pero en realidad da para dos lunas...

El color amarillento característico del elemento aparece así alrededor de cráteres, y también en las fuentes termales, cuyo olor a "aguas sulfurosas", tan conocido como desagradable, no se debe al azufre como tal, sino directamente al sulfuro de hidrógeno. El satélite de Júpiter Io muestra una superficie con coloraciones que van del amarillo al naranja, que corresponde a formas sólidas y líquidas del azufre. A nadie extrañará, entonces, que el nombre del parque volcánico de Yellowstone signifique, literalmente, piedra amarilla.

Debido a este origen del compuesto químico, el término vulcanización designa el calentamiento del caucho con azufre. Este tratamiento confiere mayor elasticidad al material, es decir, mayor capacidad de recuperar la forma original después de una deformación, y abre la puerta a la enorme utilidad tecnológica del caucho. La elasticidad aumenta debido a que el azufre se inserta entre las cadenas del poliisopreno, el polímero que conforma el caucho, de modo que actúa de puente de unión entre las cadenas.

Esta función del azufre, como puente, también se da en las uñas y el pelo. La queratina, proteína principal, contiene aminoácidos con azufre, que permiten la formación del nexo entre cadenas. Por cierto, esta propiedad impide que puedan digerirse, y explica el olor característico que emiten al quemar.

Olores

Ya que hablamos de olores, la expresión "¡Huele a azufre!" es una de las frases que identifican el infierno en las representaciones navideñas, donde suele dramatizarse la lucha entre ángeles y demonios, entre el bien y el mal. Quizá por el mal genio asociado a Satanás, Lucifer y compañía, la expresión "sulfurarse" significa enfadarse, enrabietarse o sofocarse. Aunque aquellos relacionados con la actividad vinícola proponen otro origen. Las barricas nuevas son quemadas con azufre, tanto para desinfectarlas como para proporcionar una mayor capacidad conservante. La quema se realiza en interiores, por lo que el ambiente se torna pronto muy sofocante, y de ahí la expresión...

El olor a huevos podridos se debe exclusivamente al sulfuro de hidrógeno, y proviene de la acción bacteriana sobre las proteínas del huevo.

El gas sulfuro de hidrógeno se disuelve un poco en agua: hasta 4 gramos del compuesto pueden disolverse en un litro del líquido, a la temperatura y presión ambientales. Este es uno de los motivos por los que lo olemos con facilidad. Su olor es tan conocido como desagradable, el olor a huevos podridos. En realidad, es una suerte que se detecte con facilidad y que no sea precisamente placentera la experiencia. El gas es tóxico, pero al identificarse con facilidad, podemos tomar medidas para impedir su efecto. Reconocemos el olor cuando en el aire hay más de 0,0047 ppm de H2S, es decir, tan sólo 47 partes por cada diez mil millones, o un poco menos de 5 partes por cada mil millones. Lo digamos como lo digamos, no es una gran cantidad.

Los antiguos estudiantes de Química, de una cierta edad, estamos muy familiarizados con el sulfuro de hidrógeno y su olor. Una de las etapas básicas de la marcha analítica, el proceso sistemático de análisis de una muestra, se basaba en el tratamiento de esa muestra con H2S. Ni que decir tiene que esa etapa la realizábamos a toda velocidad, pues cuanto más tiempo nos llevara, mayor contacto tendríamos con el agradable olorcito.

Actualmente, el procedimiento ha sido eliminado del currículum, principalmente para evitar el uso de un gas potencialmente tóxico. El H2S ha sido substituido por el compuesto tioacetamida, así como por procedimientos directos de identificación de cada componente y por métodos instrumentales de análisis.

¿Por qué identificamos el olor del H2S con el olor a "huevos podridos"? La acción de bacterias sobre las proteínas del huevo genera el sulfuro de hidrógeno como residuo, y de ahí el olor característico. El proceso no es exclusivo de los huevos. De ahí que muchos alimentos, combinados con la acción de la bacterias que pueblan nuestros intestinos, generen sulfuro de hidrógeno y otros derivados, y confieran a nuestras emisiones flatulentas sus fragancias características.

¿Qué tienen en común huevos, ajos, cebollas, puerros, coles y coliflores, entre otros? Que de algún modo u otro pueden emitir substancias cuyo olor es más o menos ofensivo, pero en todos los casos se debe a compuestos que contienen azufre. Ya hemos mencionado el caso de los huevos. En los ajos y cebollas, el olor característico se produce al pelarlos o morderlos, puesto que es entonces cuando, al romper las paredes de las células de los vegetales, ciertas proteínas entran en contacto, y degradan, compuestos como la aliína. En el caso de ajos, la degradación produce alicina, la responsable del "olor a ajo" de nuestro aliento, mientras que en las cebollas se forma sulfóxido de tiopropanal, la substancia que nos hace llorar.

Tóxico

El azufre está involucrado en uno de los temas estrella relacionados con la toxicidad ambiental. La lluvia ácida, una amenaza ecológica que todavía es importante en los países en vías de desarrollo, es causada por la quema de combustibles con elevado contenido en azufre. Los óxidos de azufre que resultan de la combustión son gases acidificantes, por lo que las gotas del agua de lluvia son bastante más ácidas allí donde han difundido los gases sulfurosos.

La molécula de sulfuro de hidrógeno, formada por azufre en en centro, y hidrógeno en los extremos.  Su comportamiento es muy diferente al azufre, como ocurre siempre al comparar diferentes compuestos químicos.  La modificación que representa la unión con los dos átomos de hidrógeno provoca que sus propiedades cambien completamente.

El sulfuro de hidrógeno puede afectar al organismo si es inhalado o se pone en contacto con los ojos, la piel, la nariz o la garganta. También puede afectarlo si se ingiere:

  • a partir de 1000 ppm, la inhalación de vapores de sulfuro de hidrógeno puede causar pérdida de conciencia y muerte;
  • la inhalación de concentraciones más bajas, a partir de 350 ppm, puede provocar dolor de cabeza, mareos y deseos de vomitar;
  • a partir de 20 ppm, la exposición al sulfuro de hidrógeno puede causar la pérdida temporal del sentido del olfato e irritación en los ojos, nariz o garganta. Por este motivo, no debe usarse el olor de este gas como un medio de advertencia, ya que su presencia puede disminuir el sentido del olfato;
  • La exposición máxima permitida por las autoridades sanitarias, de referencia sobre todo en los entornos profesionales, ha sido fijada en 10 ppm durante 8 horas.

El sulfuro de hidrógeno actúa impidiendo la respiración celular, puesto que se enlaza al hierro del centro activo de ciertas proteínas en las mitocondrias. Si el H2S se encuentra en cantidades pequeñas, otros enzimas son capaces de degradarlo y eliminar su actividad tóxica. Pero, a partir de 350 ppm, estas proteínas no pueden eliminarlo a suficiente velocidad, y se inicia así su acumulación y su efecto tóxico.

Medicamento

El uso del sulfuro de hidrógeno como agente terapéutico se está investigando muy activamente, en la actualidad. Desde trabajos que experimentan sobre diferentes tipos de animales, como ratones y cerdos, hasta las primeras pruebas en humanos, se ha comprobado que la administración del compuesto, en diferentes formatos, tiene efectos tales como:

  • Relajación de células musculares lisas del sistema vascular, para la prevención y tratamiento de la hipertensión y ataques de corazón;
  • Inhibición de la inflamación, promoción del crecimiento celular, y preservación de la función de las mitocondrias, en la enfermedad de alzhéimer;
  • Se postula también que el uso del gas puede inhibir el crecimiento de las células tumorales, en cánceres de próstata, de pecho y de colon.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la mayoría de los medicamentos que puedan derivarse de los anteriores estudios se encuentran todavía en fase experimental. Por ello, deberá esperarse algunos años para verificar si esta nueva hornada de tratamientos son realmente efectivos.  Por otro lado, el compuesto puede tener también un efecto perjudicial: un exceso de H2S en el páncreas incrementa la muerte de las células que segregan insulina, causando así diabetes.

Diagrama artístico que esquematiza el rol del sulfuro de hidrógeno en la lucha contra la inflamación de un órgano, en este caso el colon.  Extraído de: http://notproperlydone.com/home/gallery/scientific-illustration

Sorpresas te da la vida

Con estos antecedentes, se podrá entender ahora la relativa sorpresa ante el hecho de que un derivado del azufre sea un causante principal de mayor longevidad. Se trata entonces de un ejemplo más, que ilustra la complejidad de la naturaleza en general, y de la química de la vida en particular.

¿Cómo puede ser que comiendo menos vivamos más y, al menos en parte, gracias a derivados del azufre? Se trata de un complejo juego de proteínas, y de su función como acelerantes de los procesos que proporcionan energía al cuerpo humano, en el interior de las células.

En el intrincado proceso de obtención de energía, a nivel celular, el oxígeno desempeña una función primordial, como sabemos. Quizá no es tan conocido que, para disponer de esta energía, el oxígeno se transforma químicamente, principalmente en agua.

Pero esta última no es el único compuesto que se forma. Junto con el agua, se forman en proporción minoritaria, pero importante, especies poco conocidas, como los radicales hidroxilo y superóxido, así como el compuesto peróxido de hidrógeno, más conocido como agua oxigenada.

Dicho de otra forma, la obtención de energía no es un proceso perfecto, sino que genera una cierta fracción de residuos. Éstos son, además, compuestos con una elevada capacidad para degradar el entorno, y los agentes principales del denominado estrés oxidativo, una de las principales causas del complejo entramado de procesos que conocemos como envejecimiento.

Las dietas basadas en la restricción calórica, paradójicamente, tienen la peculiaridad de permitir la fabricación de compuestos, como el sulfuro de hidrógeno, que son eficaces agentes en la lucha contra el estrés oxidativo. Estas substancias capturan rápidamente los derivados reactivos del oxígeno, e impiden así su acción patológica.

¿Por qué menos alimento da lugar a más sulfuro de hidrógeno? La razón es que menos alimento significa menos suministro de aminoácidos, los componentes de las proteínas. En particular, cuando se suministra menos cisteína, un aminoácido que contienen azufre, se activa un gen, una vía alternativa que suplementa este aminoácido a partir de la metionina, otro aminoácido con azufre. Esta nueva vía tiene la particularidad de generar sulfuro de hidrógeno como residuo.

Este residuo es una molécula de pequeño tamaño, capaz de actuar a nivel de la célula, del tejido e incluso a nivel de órgano, por lo que su capacidad de actuación se prevé elevada y, además, genérica.

Estas son las conclusiones a las que han llegado en un estudio reciente, publicado en la prestigiosa revista Cell (C. Hine et al. Endogenous hydrogen sulfide production is essential for dietary restriction benefits, Cell 160 (2015), 1–13).

En este estudio se ha investigado la producción neta de sulfuro de hidrógeno, a nivel celular, en animales simples como moscas de la fruta, gusanos y ratones, sometidos a restricción calórica, y cómo esta mayor cantidad del compuesto se corresponde con un incremento en la esperanza de vida.

Por supuesto, la extensión de los resultados a los seres humanos no es directa, por lo que el estudio tan solo marca una prueba preliminar. No obstante, la maquinaria científica no se detendrá en este punto, por lo que podemos tener la seguridad que esta misma maquinaria generará estudios adicionales, con animales más complejos y finalmente con seres humanos.

Podría ser, entonces, que tengamos que sulfurarnos para vivir más, pero no en sentido figurado.

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Xavier Giménez Font
Xavier Giménez Font

Profesor titular del Departamento de Ciencia de Materiales y Química Física, y miembro del Instituto de Quimica Teórica y Computacional, Universidad de Barcelona. Docente en química ambiental y química física de materiales, e investigador en simulación computacional de reacciones químicas con aplicación a I+D, y en innovación docente.  Divulgador científico, autor del libro El aire que respiramos (UB Edicions, 2018). 

Sobre este blog

La química de nuestro entorno desde una perspectiva global, que incluye su relación con las demás ramas de la ciencia, la tecnología, e incluso las disciplinas humanísticas. También se harán pequeñas incursiones en el mundo de la educación universitaria. Siempre al alcance de todos. Verás que la química es compleja, su mundo también, pero no tanto como pudiera parecer...

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