Metilen mavisi və hormezis: doza-cavab əyriləri niyə istiqamətini dəyişə bilər

Bir siçovula bir obyekti tanımağı öyrəndikdən sonra hər kiloqram bədən çəkisinə 4 milliqram metilen mavisi verilir və ertəsi gün o, həmin obyekti xatırlayır. Başqa bir siçovula 50 verilir və o, qaçış çarxını güclə fırladır. Molekul eynidir. Təsirin istiqaməti isə yox. Metilen mavisi haqqında bir neçə elmi məqalədən çox oxuyan hər kəs bu əksinə çevrilmə ilə rastlaşıb. Bunun bir adı var: hormezis — aşağı və yüksək məruzqalma səviyyələrinin eyni son göstəricini əks istiqamətlərə yönəltdiyi ikifazalı cavab.

Bu ad yalnız nəyin vəd edildiyini və nəyin vəd edilmədiyini bildikdə faydalıdır. Bu məqalə metilen mavisi haqqında dərc edilmiş dörd məlumat toplusunu nəzərdən keçirir. Hər birinin öz son göstəricisi, konsentrasiya diapazonu və eksperimental şəraiti var. Məqalə həmçinin boyanın kimyəvi xüsusiyyətlərinin belə əksinə çevrilmələri niyə mümkün etdiyini göstərir. Sonda məlumatların tələb etdiyi xəbərdarlıq verilir: bir təcrübədə zirvəyə çatan əyri həmin təcrübənin təsviridir, fərdi doza seçmək üsulu deyil.

Bu qanunauyğunluğun adı var və mənası göründüyündən daha dardır

Hormezis terminini 1943-cü ildə Southam və Ehrlich irəli sürüb, Calabrese və Baldwin isə ona müasir kəmiyyət tərifini veriblər: birbaşa və ya homeostaz pozulduqdan sonra kompensasiya yolu ilə yaranan adaptiv ikifazalı cavab. Bu tərifdə nəyin olmadığını nəzərə alın. Burada faydalı sözü yoxdur. Hormezis əyrinin istiqamət dəyişdirdiyini bildirir, bundan artıq heç nə demir.

Gördüyünüz forma şaquli oxda hansı son göstəricinin yerləşdiyindən asılıdır. Son göstərici ferment aktivliyi, oksigen istifadəsi və ya yaddaş göstəricisi kimi müsbət bir funksiya olduqda, aşağı dozada stimullaşma və ardınca yüksək dozada inhibisiya tərs U yaradır. Son göstərici xəstəliklərin rastgəlmə tezliyi kimi mənfi bir hal olduqda, aşağı dozada zəifləmə və ardınca yüksək dozada güclənmə J və ya U yaradır. Əlaqə eynidir, ordinat isə fərqlidir. Metilen mavisi üzrə işlərin əksəriyyəti müsbət funksiyaları ölçür. Buna görə bu məqalədə tərs U əyrilərindən danışılır, amma əlifba hərfinin qrafikin qurulması ilə bağlı seçim olduğu nəzərə alınır.

Metilen mavisinin hormetik cavablarını toplayan 2008-ci il icmalı miqyası konkretləşdirir. Davranış, fiziologiya və biokimya üzrə stimullaşdırıcı zonadakı cavablar nəzarət səviyyəsinin təxminən 130–160 faizinə çatır, orta göstərici isə 140-a yaxındır. Doza artmağa davam etdikcə cavablar yenidən nəzarət səviyyəsinə, sonra isə onun altına düşür. Bu diapazon molekulun bir xüsusiyyəti deyil, çoxsaylı təcrübələrin xülasəsidir. Aşağıdakı hər əyrinin öz ölçü vahidlərində öz zirvəsi var.

Niyə məhz bu molekul təsirin istiqamətini dəyişə bilər

Metilen mavisi sadə elektron donoru deyil. O, geri dönən elektron daşıyıcısıdır. Oksidləşmiş mavi forma elektronları qəbul edərək rəngsiz reduksiya olunmuş formaya çevrilir, reduksiya olunmuş forma isə bu elektronları zəncirin sonrakı mərhələlərinə ötürə bilər. Bu əyrilərin arxasındakı elektron ötürülməsi metilen mavisinin elektronları necə daşıdığına dair izahda təsvir edilir və burada əsas məsələ məhz bu daşıyıcılıq dövrüdür.

Aşağı konsentrasiyalarda bu dövr hüceyrə tənəffüsünə alternativ yol təklif edir. Reduksiya olunmuş boya elektron daşıma zəncirinin son fermenti olan sitoxrom oksidazada oksidləşə bilər. Bu, oksigen istifadəsi və tənəffüs tutumu ilə yanaşı fermentin reaksiya dövrlərinin sürətini də artırır. Daha yüksək konsentrasiyalarda eyni elektrona meyilli kimyəvi proses normal zəncirə kömək etmək əvəzinə onunla rəqabətə başlayır: elektronları adi yollarından yayındırır, oksigeni birbaşa sərf edir və səmərəli enerji istehsalı əvəzinə reaktiv oksigen növləri yaradır. Az miqdarda katalitik daşıyıcı — daha çox axın; həddindən artıq rəqabət aparan elektron qəbuledicisi — daha az axın. Kimyəvi xüsusiyyətlər istiqamət dəyişikliyini mümkün edir, lakin hər hansı konkret son göstəricinin harada zirvəyə çatacağına zəmanət vermir.

Konsentrasiyadan asılılığa dair müstəqil sübut ümumiyyətlə mitoxondrisi olmayan hüceyrələrdən gəlir. 1976-cı ilin eritrosit təcrübələrində 1 mikromolyar aşağı konsentrasiya oksihemoqlobindən güclü şəkildə asılı olan bir yol vasitəsilə heksoza monofosfat şuntunu stimullaşdırırdı. Yüz dəfə yüksək olan 0.1 millimolyar konsentrasiyada isə oksihemoqlobinin mövcudluğu demək olar ki, əhəmiyyət daşımırdı və istifadə olunan hər üç analiz üsulu hidrogen peroksidin yaranmasını göstərirdi. Eyni boya, konsentrasiya ilə ayrılan iki mexanizm. Eritrositlər hüceyrə tənəffüsü həyata keçirə bilmir, buna görə bu, mitoxondrial əyri deyil. Lakin konsentrasiya artdıqca boyanın oksidləşmə-reduksiya kimyasının xarakterinin dəyişdiyini göstərir — mitoxondrial izah üçün də məhz bu tələb olunur.

Dörd əyri, dörd eksperimental şərait

Aşağıdakı şəkil dörd məlumat toplusunu yan-yana yenidən təsvir edir. Hər panel öz oxlarını və şərtlərini saxlayır, çünki onları eyni miqyasda üst-üstə qoymaq bu məqalənin yol verə biləcəyi ilk təhrif olardı. Şəkil sxematikdir; dəqiq qiymətlər və şərtlər mətndə verilir.

Panel A: siçovul beyninin homogenatında sitoxrom oksidaza. Ən aydın mitoxondrial əyri ikinci mənbədən gəlir: icmalda siçovul beyni homogenatının məlumatları əsasında çəkilmiş qrafikdə 0.5 mikromolyarda aktivlik nəzarət səviyyəsinin təxminən 138 faizinə çatır, təxminən 5 mikromolyarda nəzarət səviyyəsinə qayıdır, təxminən 10 mikromolyarda isə başlanğıc səviyyəsindən aşağı düşür. Müəlliflər həmin nöqtədə boyanın elektronları zəncirin normal komplekslərindən uzaqlaşdırdığını ehtimal edirlər. Homogenat, mikromolyar, spektrofotometrik analiz. Bütün kontekst bu cümlədir və əyri onun xaricində heç bir məna daşımır.

Panel B: siçovul yaddaşı və qaçış çarxında hərəkət. Siçovul yaddaşı tədqiqatında öyrətmədən sonra edilən birdəfəlik inyeksiyaların təsiri 24 saat sonra yoxlanılıb. Hər kiloqrama 1–10 milliqram dozada hərəkət aktivliyi və qidalanma fizioloji məhlul verilən qrupdan fərqlənmirdi. Hər kiloqrama 50–100 milliqram dozada isə qaçış çarxında hərəkət kəskin azalırdı (median 279 dövrəyə qarşı 35 dövrə), ən yüksək doza tüklərin dikləşməsinə, koordinasiyasız hərəkətə və bir ölümə səbəb olurdu. Hər kiloqrama 4 milliqram doza alışmanı və obyekt tanımanı yaxşılaşdırırdı: maddə verilən siçovullar yeni obyektə təxminən 10 saniyə daha çox vaxt ayırırdı. Beynin oksigen istehlakı həm aşağı mikromolyar konsentrasiyalı reduksiya olunmuş boyaya məruz qalan homogenatda, həm də in vivo hər kiloqrama 1 milliqram verildikdən 24 saat sonra götürülən beyinlərdə artırdı. Ayrılığı nəzərə alın: davranış üçün öyrətmədən sonrakı sistemik dozalar, oksigen istifadəsi üçün isə homogenat konsentrasiyaları və bir in vivo doza tətbiq olunub. Bunlar bir əyri deyil, iki təcrübədir.

Panel C: zebra balıqlarında T-labirint. Zebra balığı tədqiqatında öyrədilmiş balıqlar öyrətmədən sonra 12 saat ərzində nominal konsentrasiyaları 0.1, 0.5, 5.0 və ya 10.0 mikromolyar olan vanna məhlullarında saxlanılıb; nəzarət kimi mavi qida boyası istifadə edilib. 0.5 mikromolyar qrupu ən yaxşı nəticəni göstərib, 5.0 qrupu nəzarətlə eyni nəticəni verib, 10.0 qrupu isə aşağı dozalı qruplardan daha pis nəticə göstərib. Bu panelə dair iki xəbərdarlıq var. Vannadakı mikromolyar konsentrasiya qandakı və ya beyindəki mikromolyar konsentrasiya deyil; akvarium suyu ilə toxuma arasında paylanma və yığılma prosesləri dayanır. Üstəlik, statistik sübut əyrinin formasının düşündürdüyündən zəifdir: yüksək dozalı qrup aşağı dozalı qruplardan fərqlənirdi, lakin qruplar arasında başqa əhəmiyyətli fərqlər bildirilməyib. Əyri realdır, amma dəqiq deyil.

Panel D: eritrosit şuntu. Metz və həmkarları insan eritrositlərində 1 mikromolyar ilə 0.1 millimolyarı hava, karbon monoksid və fizioloji oksigen təzyiqində demək olar ki, tam karboksihemoqlobin əmələ gətirən qarışıq şəraitində müqayisə ediblər. Oksihemoqlobin olmadıqda aşağı dozada stimullaşma kəskin azalırdı; yüksək dozada stimullaşma isə demək olar ki, dəyişmirdi. Peroksid yalnız yüksək dozada yaranırdı. Bu panel digərlərinin yanında ümumi bir əyrinin dördüncü nöqtəsi kimi deyil, kimyəvi proses nümunəsi kimi yer alır: mitoxondri yoxdur, konsentrasiyalar arasında yüzqat fərq var, qaz qarışıqları məqsədli şəkildə dəyişdirilib.

Zirvələr niyə üst-üstə düşmür və niyə düşməməlidir

Dörd zirvə homogenatda 0.5 mikromolyara, öyrətmədən sonra inyeksiya edilən hər kiloqrama 4 milliqrama, akvarium suyunda 0.5 mikromolyara və eritrositlərdə bir-birindən yüz dəfə fərqlənən aşağı-yüksək konsentrasiya cütünə uyğun gəlir. Bunlardan hər hansı ikisini eyni kəmiyyət kimi qəbul etmək kateqoriya səhvidir. Hər son göstəricinin öz əyrisi var: yaddaş üçün optimal nöqtə oksidaza aktivliyi, oksigen istehlakı, hərəkət aktivliyi və ya peroksid istehsalı üçün optimal nöqtə ilə uyğun gəlməyə bilər. Hər konsentrasiya vahidi fərqli məna daşıyır: homogenatdakı mikromolyar konsentrasiya, vannanın nominal mikromolyar konsentrasiyası, sistemik olaraq hər kiloqrama milliqram, plazma, beyin və mitoxondrial konsentrasiyalar fərqli kəmiyyətlərdir. Metilen mavisinin mitoxondrilərdə və beyində yığılmağa meyilli olması da bu fərqləri saxlayır. Hər modelin öz farmakokinetikası var: növ, yeridilmə yolu və vaxt hansı toxumanın nə qədər boya ilə nə müddətə təmasda olacağını müəyyən edir.

Metilen mavisinin təhlükəsizliyində dozanın və yeridilmə yolunun rolu da məhz burada əhəmiyyət daşıyır. Çünki bu məqalələrdəki yüksək doza təsirləri — hərəkət aktivliyinin zəifləməsi, koordinasiyasız hərəkət, bir siçovulun ölümü, peroksid yaranması — öz eksperimental şəraitlərində toksiklik siqnallarıdır, başqaları üçün təhlükəsizlik hədləri deyil. Siçovulda hər kiloqrama 4 milliqramı insan üçün qəbul rejiminə çevirmək istəyən hər kəs əvvəlcə heyvanlarda əldə olunan nəticələrin insanlara dair sübutlarla necə əlaqələndiyini oxumalıdır: növlər arasında sadə milliqram/kiloqram çevirməsi yetərli deyil.

Yol verilməməli səhv

Tərs U cəlbedicidir, çünki üzərində ən əlverişli nöqtə işarələnmiş doza tənzimləyicisinə bənzəyir. Amma belə deyil. Hormezis bir eksperimental şəraitdə bir son göstəricinin necə dəyişdiyini təsvir edir. Belə dörd təsviri bir araya gətirsəniz, dörd vahid sistemində dörd zirvə alarsınız; bu isə tənzimləyicinin tam əksidir. Bu əyrilərdən dürüst istifadə müqayisə və ehtiyatlılıq tələb edir: konsentrasiya ilə təsirlərin əksinə çevrilməsini, hər son göstəricinin öz nöqtəsində istiqamət dəyişməsini gözləyin və bir təcrübənin zirvəsini başqa növ, yeridilmə yolu, toxuma və ya məqsəd üçün dozanı əsaslandırmağa götürən hər bir iddiaya şübhə ilə yanaşın. Eksperimental qanunauyğunluqlarla fərdi doza qərarları arasındakı fərq bütün bu məqalənin əsas məğzidir; nəzərdən qaçmaması üçün bir daha vurğulanır.

Növbəti doza-cavab məqaləsini necə oxumalı

Qarşılaşacağınız demək olar ki, hər metilen mavisi əyrisinə dörd sual tətbiq etmək olar. Şaquli oxda hansı son göstərici var və onun istiqamət dəyişikliyi U, yoxsa J yaradardı? Üfüqi ox əslində hansı konsentrasiyanı göstərir: vannanın nominal konsentrasiyasını, homogenatı, plazmanı, beyindəki təxmini konsentrasiyanı, yoxsa verilmiş sistemik dozanı? Nəticə hansı model və zamanlama ilə əldə edilib: homogenat, işıqların yandırıldığı və ya söndürüldüyü hüceyrə kulturası, öyrətmədən əvvəl və ya sonra maddə verilən öyrədilmiş heyvanlar; yoxlama nə vaxt aparılıb? Nəzarət kimi nə istifadə olunub: fizioloji məhlul, mavi qida boyası, daşıyıcı mühit; məqalənin statistikası hər cüt müqayisə üzrə iddianı dəstəkləyirmi, yoxsa yalnız ümumi formanı? Dörd sualın hamısına cavab verən məqalə vaxtınıza dəyər. Bunları açıqlamadan zirvə bildirən məqalə isə sizə ünvanı olmayan bir rəqəm verib.