मेथिलीन ब्लू और होर्मेसिस: खुराक-प्रतिक्रिया वक्रों की दिशा क्यों बदल सकती है

एक चूहे को किसी वस्तु को पहचानना सीखने के बाद मेथिलीन ब्लू की 4 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम खुराक दी जाती है और अगले दिन उसे वह वस्तु याद रहती है। दूसरे चूहे को 50 दिए जाते हैं और वह अपने दौड़ने वाले पहिए को मुश्किल से घुमाता है। अणु वही है। प्रभाव की दिशा अलग है। जिसने भी मेथिलीन ब्लू पर कुछ से अधिक शोधपत्र पढ़े हैं, उसने इस उलटाव को देखा होगा। इसका एक नाम है: होर्मेसिस, एक द्विचरणीय प्रतिक्रिया जिसमें कम और अधिक संपर्क एक ही मापदंड को विपरीत दिशाओं में ले जाते हैं।

यह नाम तभी उपयोगी है जब आप जानते हों कि इससे क्या अपेक्षा की जा सकती है और क्या नहीं। यह लेख मेथिलीन ब्लू के चार प्रकाशित डेटासेट की पड़ताल करता है। हर डेटासेट का अपना मापदंड, सांद्रता की सीमा और प्रयोगात्मक व्यवस्था है। लेख यह भी बताता है कि इस रंजक का रसायन ऐसे उलटावों को संभव क्यों बनाता है। अंत में वह चेतावनी दी गई है जिस पर ये आँकड़े ज़ोर देते हैं: किसी प्रयोग में चरम पर पहुँचने वाला वक्र उस प्रयोग का वर्णन है, व्यक्तिगत खुराक चुनने की विधि नहीं।

इस पैटर्न का एक नाम है और उसका अर्थ जितना लगता है उससे सीमित है

होर्मेसिस शब्द 1943 में साउथम और एर्लिख ने गढ़ा था। कैलाब्रीज़ और बाल्डविन ने इसे इसका आधुनिक मात्रात्मक रूप दिया: एक अनुकूलनकारी द्विचरणीय प्रतिक्रिया, जो सीधे उत्पन्न होती है या समस्थिति बिगड़ने के बाद उसकी भरपाई से पैदा होती है। ध्यान दें कि इस परिभाषा में क्या नहीं है। इसमें लाभकारी शब्द नहीं आता। होर्मेसिस केवल यह बताता है कि वक्र की दिशा बदलती है, इससे अधिक कुछ नहीं।

दिखने वाला आकार इस बात पर निर्भर करता है कि ऊर्ध्वाधर अक्ष पर कौन-सा मापदंड है। जब मापदंड एंज़ाइम गतिविधि, ऑक्सीजन उपयोग या स्मृति स्कोर जैसा कोई सकारात्मक कार्य होता है, तो कम खुराक पर उत्तेजना और उसके बाद अधिक खुराक पर अवरोध एक उल्टा U बनाते हैं। जब मापदंड कोई प्रतिकूल चीज़ हो, जैसे रोग की घटना-दर, तो कम खुराक पर दमन और उसके बाद अधिक खुराक पर बढ़ोतरी J या U बनाती है। संबंध वही है, ऊर्ध्वाधर अक्ष अलग है। मेथिलीन ब्लू पर अधिकांश शोध सकारात्मक कार्यों को मापते हैं, इसलिए यह लेख उल्टे U वक्रों की भाषा में बात करता है। यह समझना ज़रूरी है कि अक्षर का चुनाव ग्राफ़ बनाने के तरीके पर निर्भर करता है।

मेथिलीन ब्लू की होर्मेटिक प्रतिक्रियाओं को संकलित करने वाली 2008 की समीक्षा इस पैमाने को स्पष्ट करती है। व्यवहार, शरीरक्रिया और जैवरसायन संबंधी अध्ययनों में उत्तेजक क्षेत्र के भीतर प्रतिक्रियाएँ नियंत्रण समूह की लगभग 130 से 160 प्रतिशत तक पहुँचती हैं, जिनका औसत लगभग 140 है। खुराक बढ़ती रहने पर वे फिर नियंत्रण स्तर तक गिरती हैं और उसके बाद उससे भी नीचे चली जाती हैं। यह सीमा अनेक प्रयोगों का सार है, अणु का कोई स्थायी गुण नहीं। नीचे दिए गए प्रत्येक वक्र का अपने मापन की इकाइयों में अपना चरम है।

खास तौर पर इस अणु का प्रभाव क्यों उलट सकता है

मेथिलीन ब्लू केवल इलेक्ट्रॉन दाता नहीं है। यह एक प्रतिवर्ती वाहक है। इसका ऑक्सीकृत नीला रूप इलेक्ट्रॉन स्वीकार करके रंगहीन अपचयित रूप बन जाता है और यह अपचयित रूप उन इलेक्ट्रॉनों को आगे सौंप सकता है। इन वक्रों के पीछे काम करने वाले इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण का वर्णन उस विवरण में है जो बताता है कि मेथिलीन ब्लू इलेक्ट्रॉनों को कैसे स्थानांतरित करता है। यहाँ पूरी बात इसी वाहक की भूमिका पर निर्भर है।

कम सांद्रता पर यह चक्र श्वसन को एक वैकल्पिक रास्ता देता है। अपचयित रंजक इलेक्ट्रॉन परिवहन शृंखला के अंतिम एंज़ाइम, साइटोक्रोम ऑक्सिडेज़, पर ऑक्सीकृत हो सकता है। इससे एंज़ाइम की उत्प्रेरक कार्य-दर के साथ ऑक्सीजन उपयोग और श्वसन क्षमता भी बढ़ सकती है। अधिक सांद्रता पर यही इलेक्ट्रॉनों को ग्रहण करने वाला रसायन सामान्य शृंखला की सहायता करने के बजाय उससे प्रतिस्पर्धा करने लगता है: इलेक्ट्रॉनों को उनके सामान्य रास्ते से हटाता है, सीधे ऑक्सीजन का उपभोग करता है और उपयोगी ऊर्जा के बजाय प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ उत्पन्न करता है। थोड़ी मात्रा में उत्प्रेरक वाहक होने पर प्रवाह अधिक होता है; अत्यधिक मात्रा में प्रतिस्पर्धी इलेक्ट्रॉन ग्राही होने पर कम। यह रसायन दिशा में बदलाव को संभव बनाता है, लेकिन इससे यह तय नहीं होता कि कोई विशेष मापदंड कहाँ चरम पर पहुँचेगा।

सांद्रता पर इस निर्भरता का स्वतंत्र प्रमाण ऐसी कोशिकाओं से मिलता है जिनमें माइटोकॉन्ड्रिया होते ही नहीं। 1976 के एरिथ्रोसाइट प्रयोगों में 1 माइक्रोमोलर की कम सांद्रता ने हेक्सोज़ मोनोफॉस्फेट शंट को ऐसे मार्ग से उत्तेजित किया जो ऑक्सीहीमोग्लोबिन पर बहुत अधिक निर्भर था। इसके विपरीत, सौ गुना अधिक, 0.1 मिलीमोलर सांद्रता पर ऑक्सीहीमोग्लोबिन की मौजूदगी से बहुत कम फ़र्क पड़ा और इस्तेमाल किए गए तीनों परीक्षणों में हाइड्रोजन पेरॉक्साइड उत्पन्न हुआ। रंजक वही, तंत्र दो, और उनके बीच का अंतर सांद्रता का था। लाल रक्त कोशिकाएँ श्वसन नहीं कर सकतीं, इसलिए यह माइटोकॉन्ड्रिया संबंधी वक्र नहीं है। लेकिन यह दिखाता है कि सांद्रता बढ़ने पर रंजक के ऑक्सीकरण-अपचयन रसायन का स्वरूप बदलता है। माइटोकॉन्ड्रिया संबंधी व्याख्या के लिए ठीक यही आवश्यक है।

चार वक्र, चार प्रयोगात्मक व्यवस्थाएँ

नीचे का चित्र चारों डेटासेट को साथ-साथ फिर से प्रस्तुत करता है। हर पैनल के अक्ष और परिस्थितियाँ अलग रखी गई हैं, क्योंकि उन्हें एक ही पैमाने पर चढ़ाना इस लेख का पहला भ्रामक प्रस्तुतीकरण होगा। चित्र योजनात्मक है; सटीक मान और परिस्थितियाँ पाठ में दी गई हैं।

पैनल A: चूहे के मस्तिष्क होमोजेनेट में साइटोक्रोम ऑक्सिडेज़। माइटोकॉन्ड्रिया संबंधी सबसे स्पष्ट वक्र मूल अध्ययन के बजाय समीक्षा से मिलता है, जिसमें चूहे के मस्तिष्क होमोजेनेट के आँकड़ों को ग्राफ़ में दिखाया गया है: 0.5 माइक्रोमोलर पर नियंत्रण गतिविधि का लगभग 138 प्रतिशत, लगभग 5 माइक्रोमोलर पर फिर नियंत्रण स्तर और लगभग 10 माइक्रोमोलर पर आधार स्तर से नीचे। इस अंतिम सांद्रता पर लेखकों का सुझाव है कि रंजक शृंखला के सामान्य कॉम्प्लेक्सों से इलेक्ट्रॉन छीन रहा है। होमोजेनेट, माइक्रोमोलर, स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक परीक्षण। यही पूरा संदर्भ है और इसके बाहर इस वक्र का कोई अर्थ नहीं है।

पैनल B: चूहों की स्मृति और पहिए पर दौड़ना। चूहों की स्मृति के अध्ययन में प्रशिक्षण के बाद एकल इंजेक्शन दिए गए और 24 घंटे बाद परीक्षण किया गया। 1 से 10 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम की खुराक पर चलने-फिरने और भोजन करने में सलाइन समूह से कोई अंतर नहीं दिखा। वहीं, 50 से 100 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम पर पहिए पर दौड़ना तेज़ी से घटा, जिसका माध्यिका मान 35 बनाम 279 चक्कर था। सबसे अधिक खुराक से रोएँ खड़े होना, असमन्वित गति और एक मृत्यु हुई। 4 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम की खुराक ने अभ्यस्त होने और वस्तु पहचानने में सुधार किया: उपचारित चूहों ने नई वस्तु पर लगभग 10 सेकंड अधिक बिताए। मस्तिष्क की ऑक्सीजन खपत दोनों स्थितियों में बढ़ी: कम माइक्रोमोलर सांद्रता वाले अपचयित रंजक के संपर्क में रखे गए होमोजेनेट में और जीवित चूहों को 1 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम देने के 24 घंटे बाद निकाले गए मस्तिष्कों में। इस अंतर पर ध्यान दें: व्यवहार के लिए प्रशिक्षण के बाद पूरे शरीर में पहुँचने वाली खुराकें इस्तेमाल हुईं, जबकि ऑक्सीजन उपयोग के लिए होमोजेनेट की सांद्रताएँ और जीवित प्राणी में दी गई एक खुराक इस्तेमाल हुई। ये दो प्रयोग हैं, एक वक्र नहीं।

पैनल C: ज़ेब्राफ़िश की T-भूलभुलैया। ज़ेब्राफ़िश अध्ययन में प्रशिक्षित मछलियों को प्रशिक्षण के बाद 12 घंटे तक 0.1, 0.5, 5.0 या 10.0 माइक्रोमोलर की नाममात्र सांद्रता वाले घोल में रखा गया। तुलना के लिए नीले खाद्य रंग वाला नियंत्रण समूह था। 0.5 माइक्रोमोलर समूह का प्रदर्शन सबसे अच्छा रहा, 5.0 समूह नियंत्रण के बराबर रहा और 10.0 समूह का प्रदर्शन कम खुराक वाले समूहों से खराब रहा। इस पैनल के साथ दो सावधानियाँ जुड़ी हैं। घोल की माइक्रोमोलर सांद्रता रक्त या मस्तिष्क की माइक्रोमोलर सांद्रता नहीं है; टैंक के पानी से ऊतक तक पहुँचने में वितरण और संचय की भूमिका होती है। इसके अलावा, सांख्यिकीय प्रमाण वक्र के आकार से जितने मज़बूत लगते हैं, उतने हैं नहीं: अधिक खुराक वाला समूह कम खुराक वाले समूहों से अलग था, लेकिन समूहों के बीच कोई अन्य सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर दर्ज नहीं किया गया। वक्र वास्तविक है, लेकिन उसका स्वरूप मोटे तौर पर ही स्पष्ट है।

पैनल D: एरिथ्रोसाइट शंट। मेट्ज़ और सहकर्मियों ने मानव लाल रक्त कोशिकाओं में 1 माइक्रोमोलर की तुलना 0.1 मिलीमोलर से की। प्रयोग हवा, कार्बन मोनोऑक्साइड और ऐसे गैस मिश्रण में किए गए जो शरीरक्रियात्मक ऑक्सीजन दाब पर लगभग पूरे हीमोग्लोबिन को कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन में बदल देता था। ऑक्सीहीमोग्लोबिन के बिना कम खुराक की उत्तेजना बहुत घट गई; अधिक खुराक की उत्तेजना पर बहुत कम असर पड़ा। पेरॉक्साइड केवल अधिक खुराक पर दिखाई दिया। यह पैनल अन्य पैनलों के साथ रसायन के प्रमाण के रूप में रखा गया है, किसी एक सार्वभौमिक वक्र के चौथे बिंदु के रूप में नहीं: यहाँ माइटोकॉन्ड्रिया नहीं थे, सांद्रताओं में सौ गुना अंतर था और गैस मिश्रणों को नियंत्रित रूप से बदला गया था।

चरम एक जैसे क्यों नहीं हैं और होने भी नहीं चाहिए

इन चार चरमों के स्थान हैं: होमोजेनेट में 0.5 माइक्रोमोलर, प्रशिक्षण के बाद इंजेक्शन से दिए गए 4 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम, टैंक के पानी में 0.5 माइक्रोमोलर और लाल रक्त कोशिकाओं में सौ गुना अंतर वाली कम और अधिक सांद्रताओं की एक जोड़ी। इनमें से किन्हीं दो को एक ही संख्या मानना अलग श्रेणियों की मात्राओं को एक मानने की गलती है। हर मापदंड का अपना वक्र होता है: स्मृति के लिए सर्वोत्तम स्तर का ऑक्सिडेज़ गतिविधि, ऑक्सीजन खपत, चलने-फिरने या पेरॉक्साइड उत्पादन के सर्वोत्तम स्तर से मेल खाना आवश्यक नहीं है। हर सांद्रता इकाई का अर्थ अलग है: होमोजेनेट की माइक्रोमोलर सांद्रता, घोल की नाममात्र माइक्रोमोलर सांद्रता, पूरे शरीर को दी गई मिलीग्राम प्रति किलोग्राम खुराक तथा प्लाज़्मा, मस्तिष्क और माइटोकॉन्ड्रिया की सांद्रताएँ अलग-अलग मात्राएँ हैं। माइटोकॉन्ड्रिया और मस्तिष्क में जमा होने की मेथिलीन ब्लू की प्रवृत्ति इन अंतरों को बनाए रखती है। हर मॉडल की अपनी औषधगतिकी भी होती है: प्रजाति, देने का मार्ग और समय तय करते हैं कि किस ऊतक का कितने रंजक से कितनी देर तक संपर्क होगा।

यहीं मेथिलीन ब्लू की सुरक्षा में खुराक और देने के मार्ग की भूमिका भी महत्वपूर्ण होती है। इन शोधपत्रों में अधिक खुराक के प्रभाव, जैसे गति का दमन, असमन्वित गति, एक चूहे की मृत्यु और पेरॉक्साइड बनना, अपनी-अपनी प्रयोगात्मक व्यवस्थाओं में विषाक्तता के संकेत हैं। वे किसी अन्य के लिए सुरक्षा की सीमाएँ नहीं हैं। जो भी चूहे में 4 मिलीग्राम प्रति किलोग्राम को मनुष्य के लिए खुराक-योजना में बदलने के बारे में सोच रहा हो, उसे पहले यह पढ़ना चाहिए कि पशुओं के निष्कर्ष मानव प्रमाणों से कैसे संबंधित हैं: प्रजातियों के बीच केवल मिलीग्राम प्रति किलोग्राम के आधार पर रूपांतरण पर्याप्त नहीं है।

जिस गलती से बचना चाहिए

उल्टा U आकर्षक लगता है क्योंकि यह किसी खुराक नियंत्रक जैसा दिखाई देता है जिस पर सर्वोत्तम बिंदु चिह्नित हो। लेकिन यह ऐसा नहीं है। होर्मेसिस बताता है कि एक प्रयोगात्मक व्यवस्था में एक मापदंड के साथ क्या हुआ। ऐसे चार विवरण साथ रखने पर चार इकाई प्रणालियों में चार चरम मिलते हैं, जो खुराक नियंत्रक होने के ठीक विपरीत है। इन वक्रों का सही उपयोग तुलना और सावधानी के लिए है: अपेक्षा रखें कि सांद्रता के साथ प्रभाव उलट सकते हैं, हर मापदंड अपने अलग बिंदु पर उलट सकता है और ऐसे किसी भी दावे पर संदेह करें जो एक प्रयोग के चरम का इस्तेमाल किसी दूसरी प्रजाति, देने के मार्ग, ऊतक या उद्देश्य के लिए खुराक को उचित ठहराने में करता है। प्रयोगात्मक पैटर्न और व्यक्तिगत खुराक के निर्णयों के बीच अंतर ही इस पूरे लेख का मुख्य बिंदु है। इसे दोबारा इसलिए कहा गया है ताकि यह छूट न जाए।

अगला खुराक-प्रतिक्रिया शोधपत्र कैसे पढ़ें

मेथिलीन ब्लू के लगभग हर वक्र पर चार प्रश्न लागू होते हैं। ऊर्ध्वाधर अक्ष पर कौन-सा मापदंड है और उसका उलटाव U बनाएगा या J। क्षैतिज अक्ष वास्तव में कौन-सी सांद्रता बताता है: घोल की नाममात्र सांद्रता, होमोजेनेट, प्लाज़्मा, मस्तिष्क की अनुमानित सांद्रता या पूरे शरीर को दी गई खुराक। किस मॉडल और समय-क्रम से यह वक्र बना: होमोजेनेट, प्रकाश में या अंधेरे में कोशिका संवर्धन, प्रशिक्षित पशुओं को प्रशिक्षण से पहले या बाद में दी गई खुराक और किस समय किया गया परीक्षण। और नियंत्रण क्या था: सलाइन, नीला खाद्य रंग या वाहक माध्यम; साथ ही, क्या शोधपत्र के सांख्यिकीय परिणाम जोड़ीवार तुलना के हर दावे का समर्थन करते हैं या केवल समग्र आकार का। जो शोधपत्र इन चारों के उत्तर देता है, वह आपका समय देने योग्य है। जो इनके बिना केवल एक चरम बताता है, उसने आपको संदर्भ के बिना एक संख्या दी है।