मिथिलीन ब्लू आणि हॉर्मेसिस: मात्रा-प्रतिसाद वक्रांची दिशा का बदलू शकते

एका उंदराला एखादी वस्तू ओळखायला शिकल्यानंतर मिथिलीन ब्लूची 4 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम मात्रा दिली जाते, आणि दुसऱ्या दिवशी त्याला ती आठवते. दुसऱ्या उंदराला 50 दिले जातात, आणि तो त्याचे धावण्याचे चाक जेमतेम फिरवतो. रेणू तोच आहे. परिणामाची दिशा मात्र तीच नाही. मिथिलीन ब्लूवरील मोजके संशोधनलेख वाचण्यापलीकडे गेलेल्या प्रत्येकाला हा उलटफेर आढळला आहे, आणि त्याला एक नाव आहे: हॉर्मेसिस. हा द्विचरणीय प्रतिसाद आहे, ज्यात कमी आणि जास्त संपर्कपातळ्या एकाच मापनपरिणामाला विरुद्ध दिशांनी बदलतात.

हे नाव काय सांगते आणि काय सांगत नाही हे माहीत असेल तरच ते उपयोगी ठरते. हा लेख मिथिलीन ब्लूचे चार प्रकाशित डेटासंच तपासतो. प्रत्येकाचा मापनपरिणाम, सांद्रतेची व्याप्ती आणि प्रयोगरचना वेगळी आहे. या रंगद्रव्याचे रसायनशास्त्र असे उलटफेर शक्य का करते हेही तो दाखवतो. शेवटी, हे आकडे आवर्जून अधोरेखित करतात तो इशारा मांडला आहे: एखाद्या प्रयोगात शिखर गाठणारा वक्र हा त्या प्रयोगाचे वर्णन असतो, वैयक्तिक मात्रा निवडण्याची पद्धत नव्हे.

या नमुन्याला नाव आहे, आणि त्याचा अर्थ वाटतो त्यापेक्षा मर्यादित आहे

हॉर्मेसिस हा शब्द 1943 मध्ये साउथम आणि एर्लिख यांनी तयार केला. कॅलाब्रेसे आणि बाल्डविन यांनी त्याला आधुनिक परिमाणात्मक स्वरूप दिले: समस्थिती बिघडल्यानंतर थेट किंवा भरपाई करणाऱ्या प्रक्रियेतून निर्माण होणारा अनुकूलनात्मक द्विचरणीय प्रतिसाद. या व्याख्येत काय नाही ते लक्षात घ्या. त्यात लाभदायक हा शब्द नाही. हॉर्मेसिस एवढेच सांगते की वक्राची दिशा बदलते.

तुम्हाला दिसणारा आकार उभ्या अक्षावर कोणता मापनपरिणाम आहे यावर अवलंबून असतो. मापनपरिणाम हा विकराची सक्रियता, ऑक्सिजनचा वापर किंवा स्मरणशक्तीचा गुणांक यांसारखे सकारात्मक कार्य असेल, तर कमी मात्रेतील उत्तेजनानंतर जास्त मात्रेतील अवरोधनामुळे उलटा U तयार होतो. मापनपरिणाम रोगाचे प्रमाण यासारखी वाईट गोष्ट असेल, तर कमी मात्रेतील दमनानंतर जास्त मात्रेतील वाढीमुळे J किंवा U तयार होतो. संबंध तोच, उभ्या अक्षावरील मापन वेगळे. मिथिलीन ब्लूवरील बहुतेक संशोधन सकारात्मक कार्ये मोजते, म्हणून हा लेख उलट्या U-आकाराच्या वक्रांबद्दल बोलतो; मात्र कोणते अक्षर दिसते हे आलेख मांडण्याच्या निवडीवर अवलंबून असते हे ध्यानात ठेवून.

मिथिलीन ब्लूचे हॉर्मेटिक प्रतिसाद एकत्र करणारा 2008 मधील आढावा या प्रमाणाचे ठोस चित्र देतो. वर्तन, शरीरक्रियाविज्ञान आणि जैवरसायनशास्त्रातील मापनांमध्ये उत्तेजक क्षेत्रातील प्रतिसाद नियंत्रणाच्या साधारण 130 ते 160 टक्क्यांपर्यंत पोहोचतात; त्यांची सरासरी जवळपास 140 असते. मात्रा वाढत राहिल्यावर हे प्रतिसाद पुन्हा नियंत्रणपातळीपर्यंत आणि नंतर तिच्याखाली येतात. हा पट्टा अनेक प्रयोगांचा सारांश आहे, रेणूचा गुणधर्म नाही. खालील प्रत्येक वक्राचे शिखर त्याच्या स्वतःच्या एककांमध्ये आहे.

विशेषतः या रेणूच्या परिणामांची दिशा का उलटू शकते

मिथिलीन ब्लू हा फक्त इलेक्ट्रॉन देणारा रेणू नाही. तो उलटसुलट चालणारा वाहक आहे. त्याचे ऑक्सिडीकृत निळे रूप इलेक्ट्रॉन स्वीकारून रंगहीन अपचयित रूपात बदलते, आणि अपचयित रूप ते इलेक्ट्रॉन पुढील टप्प्याला देऊ शकते. मिथिलीन ब्लू इलेक्ट्रॉन कसे हलवते याच्या विवेचनात या वक्रांमागील इलेक्ट्रॉन हस्तांतरणाचे वर्णन आहे, आणि इथे ही वाहकाची भूमिकाच संपूर्ण कथनाचा गाभा आहे.

कमी सांद्रतेवर हे चक्र श्वसनाला पर्यायी मार्ग देते. अपचयित रंगद्रव्याचे ऑक्सिडीकरण इलेक्ट्रॉन वाहतूक साखळीतील शेवटचे विकर असलेल्या सायटोक्रोम ऑक्सिडेजपाशी होऊ शकते. त्यामुळे ऑक्सिजनचा वापर आणि श्वसनक्षमता यांच्यासह त्या विकराच्या अभिक्रियेचा दर वाढतो. जास्त सांद्रतेवर हेच इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्यास उत्सुक रसायनशास्त्र नेहमीच्या साखळीला मदत करण्याऐवजी तिच्याशी स्पर्धा करू लागते: इलेक्ट्रॉन त्यांच्या नेहमीच्या मार्गावरून वळवणे, थेट ऑक्सिजन वापरणे आणि उपयोगी ऊर्जा निर्माण करण्याऐवजी प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती निर्माण करणे. कमी प्रमाणातील उत्प्रेरक वाहकामुळे अधिक प्रवाह; अति प्रमाणातील स्पर्धक इलेक्ट्रॉन-ग्राहीमुळे कमी प्रवाह. हे रसायनशास्त्र दिशाबदल शक्य असल्याचे दाखवते, पण कोणत्याही विशिष्ट मापनपरिणामाचे शिखर कुठे येईल याची हमी देत नाही.

सांद्रतेवरील या अवलंबित्वाचा स्वतंत्र पुरावा अशा पेशींमधून मिळतो, ज्यांत माइटोकॉन्ड्रिया मुळीच नसतात. 1976 मधील लाल रक्तपेशींवरील प्रयोगांमध्ये, 1 मायक्रोमोलर या कमी सांद्रतेने ऑक्सिहिमोग्लोबिनवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असलेल्या मार्गाने हेक्सोज मोनोफॉस्फेट शंटला उत्तेजन दिले. त्याच्या शंभरपट जास्त असलेल्या 0.1 मिलिमोलर सांद्रतेवरील प्रतिसाद मात्र ऑक्सिहिमोग्लोबिनच्या उपस्थितीवर जवळजवळ अवलंबून नव्हता, आणि वापरलेल्या तिन्ही चाचण्यांत हायड्रोजन पेरॉक्साइडची निर्मिती दिसली. रंगद्रव्य तेच, यंत्रणा दोन, आणि त्यांना वेगळे करणारा घटक म्हणजे सांद्रता. लाल रक्तपेशी श्वसन करू शकत नाहीत, त्यामुळे हा माइटोकॉन्ड्रियाशी संबंधित वक्र नाही. मात्र सांद्रता वाढल्यावर रंगद्रव्याच्या ऑक्सिडीकरण-अपचयन रसायनशास्त्राचे स्वरूप बदलते हे यातून दिसते, आणि माइटोकॉन्ड्रियाशी संबंधित स्पष्टीकरणासाठी नेमके हेच आवश्यक आहे.

चार वक्र, चार प्रयोगरचना

खालील आकृतीत चारही डेटासंच शेजारी शेजारी पुन्हा रेखाटले आहेत. प्रत्येक पॅनेलचे स्वतःचे अक्ष आणि प्रयोगस्थिती कायम ठेवली आहे, कारण त्यांना एकाच मापनपट्टीवर एकमेकांवर चढवणे ही या लेखातील पहिली दिशाभूल ठरली असती. रेखाटन संकल्पनात्मक आहे; नेमकी मूल्ये आणि प्रयोगस्थिती मजकुरात दिली आहेत.

पॅनेल A: उंदराच्या मेंदूच्या समांगी मिश्रणातील सायटोक्रोम ऑक्सिडेज. माइटोकॉन्ड्रियाशी संबंधित सर्वात स्पष्ट वक्र मूळ स्रोताऐवजी आढाव्यातून मिळतो. उंदराच्या मेंदूच्या समांगी मिश्रणातील आकड्यांवरून तो रेखाटला आहे: 0.5 मायक्रोमोलरवर नियंत्रणातील सक्रियतेच्या सुमारे 138 टक्के, 5 मायक्रोमोलरच्या आसपास पुन्हा नियंत्रणपातळीवर, आणि 10 मायक्रोमोलरच्या आसपास मूलपातळीपेक्षा खाली. या शेवटच्या सांद्रतेवर रंगद्रव्य साखळीतील नेहमीच्या संकुलांपासून इलेक्ट्रॉन काढून घेत असावे, असे लेखक सुचवतात. समांगी मिश्रण, मायक्रोमोलर, वर्णपट-प्रकाशमितीय चाचणी. एवढाच संपूर्ण संदर्भ आहे, आणि त्याबाहेर या वक्राला काही अर्थ नाही.

पॅनेल B: उंदरांची स्मरणशक्ती आणि चाकावर धावणे. उंदरांच्या स्मरणशक्तीच्या अभ्यासात, प्रशिक्षणानंतर एकदाच दिलेल्या इंजेक्शनचे परिणाम 24 तासांनी तपासले गेले. 1 ते 10 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम मात्रांवर हालचाल आणि अन्नसेवन सलाईन गटापेक्षा वेगळे नव्हते. मात्र 50 ते 100 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम मात्रांवर चाकावर धावणे तीव्रपणे कमी झाले (फेऱ्यांची मध्यिका 35 विरुद्ध 279), आणि सर्वाधिक मात्रेमुळे केस ताठ होणे, समन्वय नसलेल्या हालचाली आणि एका उंदराचा मृत्यू घडला. 4 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम मात्रेमुळे परिचित गोष्टींशी सवय होणे आणि वस्तू ओळखणे सुधारले: उपचार दिलेल्या उंदरांनी नवीन वस्तूवर जवळपास 10 सेकंद अधिक वेळ घालवला. कमी मायक्रोमोलर सांद्रतेतील अपचयित रंगद्रव्याच्या संपर्कात आणलेल्या समांगी मिश्रणात आणि सजीव उंदराला 1 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम दिल्यानंतर 24 तासांनी घेतलेल्या मेंदूंमध्ये, दोन्हीकडे मेंदूचा ऑक्सिजन वापर वाढला. यातील वेगळेपणा लक्षात घ्या: वर्तनासाठी प्रशिक्षणानंतर शरीरव्यापी मात्रा वापरल्या होत्या; ऑक्सिजन वापरासाठी समांगी मिश्रणातील सांद्रता आणि सजीव प्राण्यातील एक मात्रा वापरली होती. हे दोन प्रयोग आहेत, एक वक्र नाही.

पॅनेल C: झेब्राफिशची T-आकाराची भूलभुलैया. झेब्राफिशच्या अभ्यासात प्रशिक्षित माशांना प्रशिक्षणानंतर 12 तास 0.1, 0.5, 5.0 किंवा 10.0 मायक्रोमोलर नाममात्र सांद्रतेच्या द्रावणात बुडवून ठेवले होते. नियंत्रणासाठी निळे खाद्यरंगद्रव्य वापरले होते. 0.5 मायक्रोमोलर गटाची कामगिरी सर्वोत्तम होती, 5.0 गटाची कामगिरी नियंत्रणासारखी होती, आणि 10.0 गटाची कामगिरी कमी मात्रेच्या गटांपेक्षा वाईट होती. या पॅनेलबरोबर दोन सावधगिरीचे मुद्दे आहेत. द्रावणातील मायक्रोमोलर म्हणजे रक्तातील किंवा मेंदूतील मायक्रोमोलर नव्हे; टाकीतील पाणी आणि ऊतक यांमध्ये वितरण आणि संचयाच्या प्रक्रिया येतात. तसेच, आकारावरून वाटते त्यापेक्षा सांख्यिकीय आधार कमकुवत आहे: जास्त मात्रेचा गट कमी मात्रेच्या गटांपेक्षा वेगळा होता, पण गटांमधील इतर कोणतेही सांख्यिकीयदृष्ट्या लक्षणीय फरक नोंदवलेले नव्हते. वक्र खरा आहे, पण ढोबळ आहे.

पॅनेल D: लाल रक्तपेशींतील शंट. मेट्झ आणि सहकाऱ्यांनी मानवी लाल रक्तपेशींमध्ये 1 मायक्रोमोलरची 0.1 मिलिमोलरशी तुलना केली. प्रयोग हवा, कार्बन मोनॉक्साइड आणि शरीरक्रियाशास्त्रीय ऑक्सिजन दाबावर जवळजवळ पूर्ण कार्बॉक्सिहिमोग्लोबिन तयार करणाऱ्या मिश्रणाखाली केले गेले. ऑक्सिहिमोग्लोबिन नसताना कमी मात्रेतील उत्तेजन कोसळले; जास्त मात्रेतील उत्तेजनावर मात्र जवळजवळ परिणाम झाला नाही. पेरॉक्साइड फक्त जास्त मात्रेवर दिसले. हे पॅनेल रसायनशास्त्रीय पुरावा म्हणून इतरांच्या शेजारी योग्य ठरते, एखाद्या सर्वसमावेशक वक्रावरील चौथा बिंदू म्हणून नव्हे: माइटोकॉन्ड्रिया नाहीत, सांद्रतेत शंभरपट अंतर आहे, आणि वायुमिश्रणे जाणीवपूर्वक बदललेली आहेत.

शिखरे एकमेकांशी का जुळत नाहीत, आणि जुळूही नयेत

चार शिखरांची स्थाने अशी आहेत: समांगी मिश्रणात 0.5 मायक्रोमोलर, प्रशिक्षणानंतर इंजेक्शनने दिलेले 4 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम, टाकीच्या पाण्यात 0.5 मायक्रोमोलर, आणि लाल रक्तपेशींमध्ये शंभरपट अंतर असलेली कमी व जास्त सांद्रतेची जोडी. यांपैकी कोणतीही दोन मूल्ये एकाच प्रकारची संख्या मानणे ही वर्गीकरणातील चूक आहे. प्रत्येक मापनपरिणामाचा स्वतःचा वक्र असतो: स्मरणशक्तीसाठी सर्वोत्तम पातळी ऑक्सिडेजची सक्रियता, ऑक्सिजन वापर, हालचाल किंवा पेरॉक्साइड निर्मितीसाठी सर्वोत्तम पातळीशी जुळेलच असे नाही. प्रत्येक सांद्रता-एककाचा अर्थ वेगळा आहे: समांगी मिश्रणातील मायक्रोमोलर, द्रावणातील नाममात्र मायक्रोमोलर, शरीरव्यापी मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅम, प्लाझ्मा, मेंदू आणि माइटोकॉन्ड्रियातील सांद्रता या वेगवेगळ्या राशी आहेत. मिथिलीन ब्लूची माइटोकॉन्ड्रिया आणि मेंदूत साचण्याची प्रवृत्ती त्यांना वेगळेच ठेवते. प्रत्येक प्रतिमानाची औषधगतिकीही वेगळी असते: प्रजाती, देण्याचा मार्ग आणि वेळ हे कोणत्या ऊतकाचा किती रंगद्रव्याशी किती काळ संपर्क येतो ते ठरवतात.

इथेच मिथिलीन ब्लूच्या सुरक्षिततेमध्ये मात्रा आणि देण्याच्या मार्गाची भूमिका महत्त्वाची ठरते. कारण या संशोधनलेखांतील जास्त मात्रेचे परिणाम—हालचालींचे दमन, समन्वय नसलेल्या हालचाली, एका उंदराचा मृत्यू, पेरॉक्साइड निर्मिती—हे त्यांच्या स्वतःच्या प्रयोगरचनांतील विषारीपणाचे संकेत आहेत, इतर कोणासाठी सुरक्षिततेच्या मर्यादा नव्हेत. तसेच, उंदरातील 4 मिलिग्रॅम प्रति किलोग्रॅमचे रूपांतर मानवी वापराच्या योजनेत करावेसे वाटणाऱ्या कोणाही व्यक्तीने आधी प्राण्यांवरील निष्कर्षांचा मानवी पुराव्याशी काय संबंध आहे ते वाचले पाहिजे: वेगवेगळ्या प्रजातींमध्ये साधे मिलिग्रॅम-प्रति-किलोग्रॅम रूपांतर अपुरे आहे.

टाळायची चूक

उलटा U आकर्षक वाटतो, कारण त्यावर आदर्श बिंदू दाखवलेले मात्रा ठरवण्याचे डायल असल्यासारखे दिसते. तो तसा नाही. एका प्रयोगरचनेत एका मापनपरिणामाचे काय झाले हे हॉर्मेसिस सांगते. अशी चार वर्णने एकत्र केली तर चार एककप्रणालींमधील चार शिखरे मिळतात, जे डायलच्या अगदी उलट आहे. या वक्रांचा प्रामाणिक वापर तुलना करण्यासाठी आणि सावधगिरीसाठी आहे: सांद्रतेनुसार परिणाम उलटतील अशी अपेक्षा ठेवा, प्रत्येक मापनपरिणाम स्वतःच्या बिंदूवर उलटेल अशी अपेक्षा ठेवा, आणि एका प्रयोगाचे शिखर वापरून वेगळ्या प्रजातीतील, देण्याच्या मार्गातील, ऊतकातील किंवा उद्देशासाठीची मात्रा योग्य ठरवणाऱ्या कोणत्याही दाव्यावर संशय घ्या. प्रयोगातील नमुने आणि वैयक्तिक मात्रा ठरवण्याचे निर्णय यांतील फरक हाच या संपूर्ण लेखाचा मुद्दा आहे; तो दुर्लक्षित होऊ नये म्हणून पुन्हा सांगितला आहे.

पुढचा मात्रा-प्रतिसाद संशोधनलेख कसा वाचावा

तुम्हाला आढळणाऱ्या मिथिलीन ब्लूच्या जवळजवळ प्रत्येक वक्राला चार प्रश्न लागू पडतात. उभ्या अक्षावर कोणता मापनपरिणाम आहे, आणि त्याची दिशा उलटल्यास U तयार होईल की J. आडवा अक्ष प्रत्यक्षात कोणती सांद्रता दाखवतो: द्रावणातील नाममात्र सांद्रता, समांगी मिश्रणातील, प्लाझ्मातील, अंदाजित मेंदूतील, की दिलेली शरीरव्यापी मात्रा. कोणत्या प्रतिमानातून आणि कोणत्या वेळापत्रकातून तो मिळाला: समांगी मिश्रण, प्रकाश चालू किंवा बंद असतानाचे पेशी संवर्धन, प्रशिक्षणापूर्वी किंवा नंतर मात्रा दिलेले प्रशिक्षित प्राणी, आणि चाचणी कधी केली. तसेच नियंत्रण काय होते: सलाईन, निळे खाद्यरंगद्रव्य, वाहक माध्यम; आणि संशोधनलेखातील सांख्यिकी प्रत्येक जोडीनुसार केलेल्या तुलनेच्या दाव्याला आधार देते की फक्त एकूण आकाराला. या चारही प्रश्नांची उत्तरे देणारा संशोधनलेख तुमच्या वेळेच्या उपयोगाचा आहे. त्यांशिवाय शिखर नोंदवणाऱ्या लेखाने तुम्हाला पत्त्याशिवाय एक संख्या दिलेली असते.