La tixotropía y el milagro de la «licuefacción» de la sangre de San Jenaro en Nápoles

La física de los fluidos no newtonianos contiene fenómenos tan curiosos como la tixotropía: la transición isoterma gel-sol (sólido a líquido) por agitación mecánica, con retorno al estado inicial tras el reposo. La tixotropía explica el milagro de la «licuefacción» de la sangre de San Jenaro en Nápoles (así como la de otros muchos santos cuyas reliquias son menos conocidas). Esta explicación se publicó en Nature en 1991. Con su propia sangre la confirmó el biológo molecular Giuseppe Geraci (Universidad Federico II de Nápoles). Como la tixotropía es una propiedad bien conocida de la sangre, la ciencia no tiene dudas al respecto.

El «milagro» se repite tras veces al año: el sábado anterior al primer domingo de mayo, el 19 de septiembre y el 16 de diciembre; de hecho, a veces falla, un mal presagio para muchos napolitanos. En la reliquia la supuesta sangre del mártir se conserva en dos ampollas de vidrio, la más pequeña solo con unas gotas, siendo la más grande la que muestra la licuefacción. La masa reseca rojiza adherida a un lado de la ampolla se licúa y permanece en estado líquido durante varios días; por cierto, los fieles pueden besar el relicario durante ocho días, lo que aprovecha un sacerdote para moverlo y garantizar que la «sangre» siga en estado líquido. El resto del tiempo está almacenada bajo llave en reposo dentro de la Capilla del Tesoro de la Catedral.

Los interesados en más información pueden disfrutar de Giuseppe Geraci, “Il miracolo di San Gennaro: esperienze e considerazioni di un biologo molecolare,” Rendiconto dell’Accademia delle Scienze Fisiche e Matematiche di Napoli LXXVII: 141-152 (2010) [PDF], en italiano, pero fácil de entender. También Luigi Garlaschelli, Franco Ramaccini, Sergio Della Sala, “Working bloody miracles,” Nature 353: 507 (10 Oct 1991), doi: 10.1038/353507a0;  Michael Epstein, Luigi Garlaschelli, “Better Blood Through Chemistry: A Laboratory Replication of a Miracle,” Journal of Scientific Exploration 6: 233-246 (1992), [PDF]; Luigi Garlaschelli, Franco Ramaccini, Sergio Della Sala, “A “miracle” diagnosis,” Chemistry in Britain 30: 123-125 (1994), [PDF].

Los interesados en más información sobre la tixotrofía pueden consultar Howard A. Barnes, “Thixotropy—a review,” Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 70: 1-33 (1997), doi: 10.1016/S0377-0257(97)00004-9, y sobre la tixotrofía de la sangre en el libro de Antonio Fasano, Adélia Sequeira, “Hemomath: The Mathematics of Blood,” Springer (2017); este último libro es la fuente donde me enteré que existía este «milagro» y que la tixotropía lo explica.

La tixotropía se observa como un descenso continuo de la viscosidad con el tiempo de cizalla hacia una viscosidad de equilibrio y su recuperación posterior cuando cesa el flujo. El retorno a la viscosidad inicial no es completo si la sustancia tixotrópica no está en reposo un tiempo suficiente antes de volver a aplicar la cizalla. Para observar la histéresis en la viscosidad el proceso debe realizarse en condiciones isotermas.

La explicación molecular o microscópica de la tixotropía es la siguiente. Las sustancias tixotrópicas son de naturaleza coloidal, con tendencia a formar geles. La viscosidad depende del equilibrio entre la atracción debida a las fuerzas de van der Waals y la repulsión debido a las fuerzas electrostáticas; así aparece un barrera de potencial que impide que las partículas se aproximen demasiado unas a otras. Gracias a ello, fuerzas de enlace tan débiles como las de van der Waals son capaces de permitir la formación de un estado agregado de alta viscosidad (que se asemeja a un sólido ya que no fluye como un líquido). La aplicación de una cizalla o de un esfuerzo mecánico destruye los débiles enlaces y la viscosidad del estado agregado se reduce; los fragmentos pequeños aún agregados colisionan entre sí por los esfuerzos mecánicos y térmicos, con lo que se fragmentan en trozos aún menores, reduciendo de forma progresiva la viscosidad. Tras un cierto tiempo, a una velocidad de cizalla dada, se establece un equilibrio dinámico y la sustancia tixotrópica se comporta como un fluido con una baja viscosidad de equilibrio (que se asemeja a un líquido fluido que puede formar gotas). El proceso se revierte en estado de reposo.

El interés de Geraci nació por la aparente pérdida de peso de la reliquia en las medidas que se realizaron en 1902 y 1904. ¿Un milagro? Obviamente, no. Pero decidió repetir dichas medidas con una balanza de precisión entre septiembre de 1979 y septiembre de 1983 (con la ayuda de Monseñor Luigi Petito). El peso se mantuvo más o menos constante en unos 1091 gramos (las fluctuaciones observadas son achacables al estrés asociado al propio proceso de medida en la Catedral de Nápoles, muy diferente del trabajo tranquilo de un laboratorio).

En 1981 descubrió que había otra reliquia que parecía contener sangre humana en el Monasterio de Camaldoli en Nápoles. Se le pidió que analizara el contenido de dicha reliquia; aceptó porque pensó que le ayudaría a comprender lo que sucede con la de San Jenaro. La pequeña ampolla camaldolense contenía una especie de laca roja que se solidificó cuando fue abierta. El análisis en laboratorio del espectro de esta sustancia muestra que es similar al de las hemoproteínas (máximo a 404 nm, con dos picos menores a 572 nm y 538 nm). La electroforesis mostró el patrón típico de las proteínas del suero sanguíneo (con bandas para las globinas alfa y beta de la hemoglobina y la albúmina sérica, así como otras bandas asociadas a otras globulinas). Junto a otras pruebas enzimáticas, su conclusión fue que el contenido de la ampolla era sangre humana. La prueba del carbono 14 permitió datar el contenido en 433 años.

El cambio de sólido a líquido del contenido de la reliquia llevó a Geraci a tomar una muestra de su propia sangre en un tubo de ensayo. Con ella estudió su cambio de fase de estado sólido a líquido por agitación mecánica. Así descubrió la tixotropía de la sangre, un fenómeno que ignoraba hasta entonces. Tras mostrar en múltiples ocasiones su experimento a sus colegas y alumnos, así como a los periodistas, el frasco acabó rompiéndose. La fotografía del tubo de ensayo junto a la requilia camaldolense  corresponde a una de dichas demostraciones. Se ve el estado solidificado en reposo de su propia sangre. Si se agita el tubo de ensayo, la sangre acaba licuándose. Además, incluyo esta otra fotografía del experimento de Luigi Garlaschelli et al. para la revista Chemistry in Britain (1994).

Puede parecer extraño que los espectros del contenido de la reliquia no permitan confirmar si se trata de sangre. Epstein y Garlaschelli nos lo ilustran con esta figura que compara el espectro de la sangre reciente (Fresh Blood) con la sangre vieja (Old Blood). Como se ve se suavizan los picos característicos de la sangre hasta casi hacerse irreconocibles, salvo que se obtenga un espectro de buena calidad. En los análisis espectrales de la requilia de San Jenaro siempre se ha trabajado con muy baja calidad, de ahí que aún haya dudas.

Volviendo a la reliquia de San Jenaro, ¿contiene sangre? En 1902 se realizó un análisis poco riguroso que concluyó que sí. En 1989 se realizó un análisis espectroscópico algo más riguroso que también concluyó que sí. Pero hay serias dudas en ambos casos pues se realizaron a través del cristal de la reliquia, lo que puede haber falseado la conclusión. La opinión de Geraci es que se trata de sangre humana, pero que sin la extracción de una muestra es casi imposible verificar su hipótesis. Siendo la sangre humana fácil de obtener, lo más probable es que lo sea. Como la primera mención a la sangre de San Jenaro es de 1389 y el mártir falleció en el 305, casi seguro que no es sangre de San Jenaro y la reliquia es otro producto más del medievo; por supuesto, algo irrelevante, salvo para los creyentes en los «milagros».

Espero que esta pieza te anime a profundizar en el campo de la tixotropía y, en general, de la reología de los fluidos no newtonianos. Un campo realmente apasionante y que reserva muchas sorpresas a propios y extraños.



4 Comentarios

  1. ¿Que características tiene el almidón de papas? Acá en Chile se le llama “Chuño”. No lo he medido, pero da la impresión de tixotropia cuando se mezcla con la cantidad justa de agua fría…

  2. vaya por delante que, como apunta el Sr. Francis, habria que hacer un análisis riguroso del “líquido de San Jenaro” por ejemplo un EEF (espectro electroforético) y ver que inmunoglobulinas contiene, entre otros componentes, y por descontado el patrón típico de la sangre.
    Mucho me temo que ese líquido no tenga los precisos y justos componentes de la sangre, la sangre no es un fluido tixotrópico, a pesar de las características que apunta el Sr. Francis para fluidos no newtonianos que podrían coincidir con los de la sangre, pero esta tiene otros componentes que invalidan esas características, por ejemplo las plaquetas o ciertas proteínas que pueden anular esas fuerzas físicas o características de dichos fluidos. Puede que San Jenaro fuese hemofílico o lo que contenga la reliquia sea Kechup (fluidos no newtonianos) pero ya nos gustaría que la sangre con una sencilla fuerza de cizalla se volviera líquida.

  3. … tal vez Geraci era también hemofílico.

    El cambio de sólido a líquido del contenido de la reliquia llevó a Geraci a tomar una muestra de su propia sangre en un tubo de ensayo. Con ella estudió su cambio de fase de estado sólido a líquido por agitación mecánica. Así descubrió la tixotropía de la sangre, un fenómeno que ignoraba hasta entonces.

  4. Me ha encantado el artículo Francis. Precisamente en mi tesis trato esta clase de fenómenos, aunque en un contexto menos místico jajaja, la modelización numérica de la fluidificación de geomateriales, por ejemplo el caso de depósitos de ciertos materiales (Ej. La bentonita) en las laderas de una montaña que a la acción de un terremoto se fluidifican y se empiezan a deslizar produciendo durante su propagación grandes pérdidas materiales y humanas. La verdad es que cómo bien dices, es todo un reto, porque son materiales que inicialmente se comportan como sólidos (Pequeñas deformaciones) para súbitamente con la acción de un terremoto por ejemplo empezar a comportarse como un fluido (grandes deformaciones), es que este comportamiento el hace que las técnicas numéricas clásicas dejen de funcionar apropiadamente y tengamos que recurrir a técnicas como el material point method (que es lo que hago en mi tesis 😝).

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 25 abril, 2019
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Historia • Nature • Noticias • Physics • Science
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