Blau de metilè i hormesi: per què les corbes de resposta a la dosi poden canviar de direcció

Una rata rep 4 mil·ligrams per quilogram de blau de metilè després d'aprendre a reconèixer un objecte, i l'endemà el recorda. Una altra rata en rep 50 i amb prou feines fa girar la roda d'exercici. La molècula és la mateixa. La direcció de l'efecte, no. Qualsevol persona que hagi llegit més d'uns quants articles sobre el blau de metilè s'ha trobat amb aquesta inversió, i té un nom: hormesi, una resposta bifàsica en què les exposicions baixes i altes desplacen el mateix paràmetre en direccions oposades.

El nom només és útil si se sap què promet i què no. Aquest article repassa quatre conjunts de dades publicats sobre el blau de metilè, cadascun amb el seu propi paràmetre, interval de concentracions i disseny experimental, i mostra per què la química del colorant fa plausibles aquestes inversions. Acaba amb l'advertiment que les dades imposen: una corba que arriba al màxim en un experiment descriu aquell experiment, no és un mètode per triar una dosi personal.

El patró té un nom, i el nom és més limitat del que sembla

Southam i Ehrlich van encunyar el terme hormesi el 1943, i Calabrese i Baldwin li van donar la seva forma quantitativa moderna: una resposta bifàsica adaptativa, produïda directament o mitjançant una compensació després d'una alteració de l'homeòstasi. Fixeu-vos en què falta en aquesta definició. La paraula beneficiós no hi apareix. L'hormesi diu que la corba canvia de direcció, res més.

La forma que es veu depèn del paràmetre representat a l'eix vertical. Quan el paràmetre és una funció positiva, com ara l'activitat enzimàtica, l'ús d'oxigen o la puntuació de memòria, l'estimulació a dosis baixes seguida d'inhibició a dosis altes dibuixa una U invertida. Quan el paràmetre és una cosa negativa, com ara la incidència d'una malaltia, la reducció a dosis baixes seguida d'un augment a dosis altes dibuixa una J o una U. La mateixa relació, una ordenada diferent. La major part dels treballs sobre el blau de metilè mesuren funcions positives, de manera que aquest article parla de corbes en U invertida, entenent que la lletra de l'alfabet és una elecció de representació gràfica.

La revisió de 2008 que va recopilar les respostes hormètiques del blau de metilè concreta la magnitud. En comportament, fisiologia i bioquímica, les respostes dins de la zona d'estimulació arriben aproximadament al 130–160 per cent del control, amb una mitjana propera al 140, abans de tornar al nivell del control i després caure per sota a mesura que la dosi continua augmentant. Aquest interval resumeix molts experiments, no és una propietat de la molècula. Cada corba que es presenta a continuació té el seu propi màxim en les seves pròpies unitats.

Per què aquesta molècula en particular hauria d'invertir l'efecte

El blau de metilè no és un simple donador d'electrons. És un transportador reversible. La forma blava oxidada accepta electrons i es converteix en la forma reduïda incolora, i la forma reduïda pot cedir aquests electrons a etapes posteriors. El relleu d'electrons que hi ha darrere d'aquestes corbes es descriu en l'explicació de com el blau de metilè mou electrons, i aquí tot gira al voltant d'aquest transport reversible.

A concentracions baixes, aquest cicle ofereix a la respiració una via alternativa. El colorant reduït es pot oxidar a la citocrom-oxidasa, l'enzim terminal de la cadena de transport d'electrons, i augmentar-ne la velocitat catalítica, juntament amb l'ús d'oxigen i la capacitat respiratòria. A concentracions més altes, la mateixa química àvida d'electrons comença a competir amb la cadena normal en lloc d'ajudar-la: desvia electrons de la seva ruta habitual, consumeix oxigen directament i genera espècies reactives d'oxigen en lloc d'energia útil. Un petit transportador catalític, més flux; un embornal competidor excessiu, menys. La química fa plausible un canvi de direcció, però no garanteix res sobre on arribarà al màxim un paràmetre concret.

Les cèl·lules que no tenen cap mitocondri aporten proves independents d'aquesta dependència de la concentració. En els experiments amb eritròcits de 1976, una concentració baixa d'1 micromolar va estimular la via de l'hexosa monofosfat mitjançant una ruta que depenia fortament de l'oxihemoglobina, mentre que una concentració cent vegades més alta, de 0.1 mil·limolar, gairebé no depenia de la presència d'oxihemoglobina i generava peròxid d'hidrogen segons els tres assajos utilitzats. El mateix colorant, dos mecanismes, separats per la concentració. Els eritròcits no poden fer respiració mitocondrial, de manera que aquesta no és una corba mitocondrial, però mostra que la química redox del colorant canvia de naturalesa a mesura que augmenta la concentració, que és exactament el que requereix l'explicació mitocondrial.

Quatre corbes, quatre dissenys experimentals

La figura següent representa de nou els quatre conjunts de dades l'un al costat de l'altre. Cada panell conserva els seus propis eixos i condicions, perquè superposar-los en una única escala seria la primera mentida que podria explicar aquest article. El dibuix és esquemàtic; els valors i les condicions exactes són al text.

Panell A: citocrom-oxidasa en un homogenat de cervell de rata. La corba mitocondrial més clara prové d'una font secundària: es representa a la revisió a partir de dades d'homogenats de cervell de rata. L'activitat és aproximadament el 138 per cent de la del control a 0.5 micromolar, torna al nivell del control prop de 5 micromolar i cau per sota del nivell basal prop de 10 micromolar, on els autors suggereixen que el colorant està prenent electrons als complexos normals de la cadena. Homogenat, micromolar, assaig espectrofotomètric. Aquesta frase és tot el context, i la corba no significa res fora d'aquest context.

Panell B: memòria de rates i activitat a la roda d'exercici. En l'estudi sobre la memòria de rates, es van avaluar els efectes d'injeccions úniques posteriors a l'entrenament 24 hores més tard. Les dosis d'1 a 10 mil·ligrams per quilogram van deixar la locomoció i l'alimentació indistingibles de les del grup que rebia solució salina, mentre que de 50 a 100 mil·ligrams per quilogram van reduir dràsticament l'activitat a la roda d'exercici (mediana de 35 enfront de 279 voltes), i la dosi més alta va produir piloerecció, moviments descoordinats i una mort. La dosi de 4 mil·ligrams per quilogram va millorar l'habituació i el reconeixement d'objectes: les rates tractades van dedicar gairebé 10 segons més a l'objecte nou. El consum d'oxigen cerebral va augmentar tant en homogenats exposats a concentracions micromolars baixes de colorant reduït com en cervells extrets 24 hores després d'administrar 1 mil·ligram per quilogram in vivo. Fixeu-vos en la separació: per al comportament es van utilitzar dosis sistèmiques posteriors a l'entrenament; per a l'ús d'oxigen, concentracions en homogenat més una dosi in vivo. Són dos experiments, no una sola corba.

Panell C: laberint en T per a peixos zebra. L'estudi amb peixos zebra va submergir els peixos entrenats durant 12 hores després de l'entrenament en banys amb concentracions nominals de 0.1, 0.5, 5.0 o 10.0 micromolar, comparant-los amb un control de colorant alimentari blau. El grup de 0.5 micromolar va obtenir el millor rendiment, el grup de 5.0 va igualar el control i el grup de 10.0 va obtenir un rendiment pitjor que els grups de dosis més baixes. Aquest panell comporta dues precaucions. La concentració micromolar del bany no és la concentració micromolar de la sang ni del cervell; entre l'aigua de l'aquari i el teixit hi intervenen la distribució i l'acumulació. I el suport estadístic és més feble del que suggereix la forma: la dosi alta diferia dels grups de dosis més baixes, sense que s'informés de cap altra diferència significativa entre grups. La corba és real, però poc precisa.

Panell D: la via de l'hexosa monofosfat dels eritròcits. Metz i els seus col·laboradors van comparar 1 micromolar amb 0.1 mil·limolar en eritròcits humans sota aire, monòxid de carboni i una mescla que produïa una proporció gairebé total de carboxihemoglobina a una pressió fisiològica d'oxigen. L'estimulació a dosis baixes es va desplomar sense oxihemoglobina; la de dosis altes gairebé no se'n va veure afectada. El peròxid només va aparèixer a la dosi alta. Aquest panell pertany al costat dels altres com a exemple de química, no com a quart punt d'una suposada corba mestra: sense mitocondris, una diferència de concentració de cent vegades i mescles de gasos manipulades.

Per què els màxims no coincideixen, ni haurien de coincidir

Els quatre màxims se situen a 0.5 micromolar en un homogenat, 4 mil·ligrams per quilogram injectats després de l'entrenament, 0.5 micromolar a l'aigua de l'aquari i una parella de concentracions baixa i alta separades per un factor de cent en eritròcits. Tractar-ne dos com si fossin el mateix valor és un error de categoria. Cada paràmetre té la seva pròpia corba: l'òptim per a la memòria no ha de coincidir necessàriament amb l'òptim per a l'activitat de l'oxidasa, el consum d'oxigen, la locomoció o la producció de peròxid. Cada unitat de concentració significa una cosa diferent: la concentració micromolar de l'homogenat, la concentració micromolar nominal del bany, els mil·ligrams sistèmics per quilogram i les concentracions plasmàtiques, cerebrals i mitocondrials són magnituds diferents, i la tendència del blau de metilè a acumular-se als mitocondris i al cervell manté aquestes diferències. Cada model hi afegeix la seva pròpia farmacocinètica: l'espècie, la via i el moment determinen quin teixit entra en contacte amb quina quantitat de colorant i durant quant de temps.

Aquí també és important el paper de la dosi i la via d'administració en la seguretat del blau de metilè, ja que els efectes de les dosis altes en aquests articles —reducció de l'activitat motora, moviments descoordinats, una rata morta, generació de peròxid— són senyals de toxicitat en els seus propis dissenys experimentals, no marges de seguretat per a ningú més. I qualsevol persona que tingui la temptació de convertir 4 mil·ligrams per quilogram en una rata en una pauta per a humans hauria de llegir primer com es relacionen les troballes en animals amb les proves en humans: una simple conversió de mil·ligrams per quilogram entre espècies és inadequada.

L'error que cal evitar

La U invertida és seductora perquè sembla un regulador de dosificació amb el punt òptim marcat. No ho és. L'hormesi descriu què li va passar a un paràmetre en un disseny experimental. Si s'apleguen quatre descripcions d'aquest tipus, s'obtenen quatre màxims en quatre sistemes d'unitats, que és justament el contrari d'un regulador. L'ús honest d'aquestes corbes és comparatiu i de precaució: cal esperar que els efectes s'inverteixin amb la concentració, esperar que cada paràmetre s'inverteixi en el seu propi punt i desconfiar de qualsevol afirmació que prengui el màxim d'un experiment per justificar una dosi en una altra espècie, via, teixit o finalitat. La distinció entre els patrons experimentals i les decisions de dosificació personal és la idea central de tot aquest article, repetida una vegada més perquè no passi desapercebuda.

Com llegir el pròxim article sobre resposta a la dosi

Quatre preguntes serveixen per a gairebé totes les corbes del blau de metilè que trobareu. Quin paràmetre hi ha a l'eix vertical, i la seva inversió dibuixaria una U o una J? Quina concentració indica realment l'eix horitzontal: la nominal del bany, la de l'homogenat, la plasmàtica, l'estimada al cervell o la dosi sistèmica administrada? Quin model i quina seqüència temporal l'han produïda: homogenat, cultiu cel·lular amb els llums encesos o apagats, animals entrenats que reben la dosi abans o després de l'entrenament, i avaluats quan? I quin era el control: solució salina, colorant alimentari blau, vehicle; i les estadístiques de l'article donen suport a cada afirmació de comparació per parelles o només a la forma general? Un article que respon les quatre preguntes mereix el vostre temps. Un que presenta un màxim sense aquestes respostes us ha donat un número sense adreça.