लेख
मेथिलीन ब्लू र हर्मेसिस: मात्रा–प्रतिक्रिया वक्रहरूले किन दिशा बदल्न सक्छन्
एउटा मुसालाई कुनै वस्तु चिन्न सिकेपछि 4 milligrams per kilogram मेथिलीन ब्लू दिइन्छ, र भोलिपल्ट उसले त्यो सम्झन्छ। अर्को मुसालाई 50 दिइन्छ, र उसले आफ्नो दौडने पाङ्ग्रा मुस्किलले घुमाउँछ। अणु उही हो। प्रभावको दिशा भने उही छैन। मेथिलीन ब्लूसम्बन्धी केहीभन्दा बढी शोधपत्र पढेका जोकोहीले यो उल्टो प्रभाव देखेका हुन्छन्, र यसको एउटा नाम छ: हर्मेसिस। यो एक द्विचरणीय प्रतिक्रिया हो, जसमा कम र उच्च सम्पर्कले एउटै मापनयोग्य परिणामलाई विपरीत दिशामा धकेल्छन्।
यो नामले के जनाउँछ र के जनाउँदैन भन्ने थाहा भए मात्र यो उपयोगी हुन्छ। यस लेखले मेथिलीन ब्लूका चार प्रकाशित तथ्याङ्क समूहको समीक्षा गर्छ। प्रत्येकको आफ्नै मापनयोग्य परिणाम, सांद्रताको दायरा र प्रयोगात्मक व्यवस्था छ। साथै, यस रञ्जकको रसायनशास्त्रले यस्ता उल्टो प्रभाव किन सम्भव बनाउँछ भन्ने देखाउँछ। अन्त्यमा यसले तथ्याङ्कले जोड दिने चेतावनी प्रस्तुत गर्छ: कुनै एउटा प्रयोगमा उच्चतम बिन्दुमा पुग्ने वक्र त्यही प्रयोगको वर्णन हो, व्यक्तिगत मात्रा छान्ने विधि होइन।
यो ढाँचाको नाम छ, र त्यसको अर्थ सुन्दा लाग्नेभन्दा सीमित छ
हर्मेसिस शब्द साउथम र एरलिखले 1943 मा प्रस्तुत गरेका थिए, र क्यालाब्रेसे र बाल्डविनले यसलाई आधुनिक परिमाणात्मक स्वरूप दिए: प्रत्यक्ष रूपमा वा आन्तरिक सन्तुलन बिग्रिएपछि हुने क्षतिपूर्तिमार्फत उत्पन्न अनुकूलनकारी द्विचरणीय प्रतिक्रिया। यो परिभाषामा के छैन भन्ने ध्यान दिनुहोस्। यसमा लाभदायक भन्ने शब्द छैन। हर्मेसिसले वक्रले दिशा बदल्छ भन्ने मात्र जनाउँछ, त्यसभन्दा बढी केही होइन।
देखिने आकार ठाडो अक्षमा कुन परिणाम राखिएको छ भन्नेमा निर्भर हुन्छ। परिणाम एन्जाइमको सक्रियता, अक्सिजनको उपयोग वा स्मृतिको अङ्कजस्तो सकारात्मक कार्य हो भने, कम मात्रामा उत्तेजना र त्यसपछि उच्च मात्रामा अवरोध हुँदा उल्टो U आकार बन्छ। परिणाम रोगको घटनादरजस्तो नकारात्मक कुरा हो भने, कम मात्रामा दमन र त्यसपछि उच्च मात्रामा वृद्धि हुँदा J वा U आकार बन्छ। सम्बन्ध उही हो, ठाडो अक्षमा राखिएको परिमाण फरक हो। मेथिलीन ब्लूसम्बन्धी अधिकांश अध्ययनले सकारात्मक कार्यहरू मापन गर्छन्, त्यसैले यस लेखले उल्टो U आकारका वक्रहरूको चर्चा गर्छ। यहाँ अक्षरको आकार आलेख बनाउँदाको छनोट मात्र हो भन्ने बुझ्नुपर्छ।
मेथिलीन ब्लूका हर्मेसिससम्बन्धी प्रतिक्रियाहरू सङ्कलन गरेको 2008 को समीक्षाले प्रभावको परिमाण स्पष्ट पार्छ। व्यवहार, शरीरक्रिया र जैवरसायनका अध्ययनहरूमा उत्तेजक क्षेत्रभित्रका प्रतिक्रियाहरू नियन्त्रण समूहको करिब 130 देखि 160 percent सम्म पुग्छन्, औसतमा लगभग 140 हुन्छन्। मात्रा बढ्दै जाँदा ती प्रतिक्रिया फेरि नियन्त्रण स्तर हुँदै त्यसभन्दा तल झर्छन्। यो दायरा धेरै प्रयोगको सारांश हो, अणुको आफ्नै गुण होइन। तलका प्रत्येक वक्रको आफ्नै एकाइमा आफ्नै उच्चतम बिन्दु छ।
विशेष गरी यही अणुले किन उल्टो प्रभाव देखाउन सक्छ
मेथिलीन ब्लू साधारण इलेक्ट्रोन दाता होइन। यो उल्टाउन सकिने प्रक्रियामा इलेक्ट्रोन ओसार्ने वाहक हो। यसको अक्सिकृत नीलो रूपले इलेक्ट्रोन स्वीकारेर रङहीन अपचयित रूप लिन्छ, र अपचयित रूपले ती इलेक्ट्रोनलाई शृङ्खलाको अगाडिको चरणमा हस्तान्तरण गर्न सक्छ। यी वक्रहरूको पछाडि रहेको इलेक्ट्रोन हस्तान्तरण मेथिलीन ब्लूले इलेक्ट्रोन कसरी सार्छ भन्ने विवरणमा वर्णन गरिएको छ, र यहाँको पूरै कुरा यही ओसारपसारमा केन्द्रित छ।
कम सांद्रतामा यो चक्रले कोशिकीय श्वसनलाई वैकल्पिक मार्ग दिन्छ। अपचयित रञ्जक इलेक्ट्रोन परिवहन शृङ्खलाको अन्तिम एन्जाइम, साइटोक्रोम अक्सिडेजमा अक्सिकृत हुन सक्छ। यसले एन्जाइमको कार्यदरसँगै अक्सिजनको उपयोग र श्वसन क्षमता बढाउन सक्छ। उच्च सांद्रतामा त्यही इलेक्ट्रोन ग्रहण गर्न उत्सुक रसायनले सामान्य शृङ्खलालाई सहयोग गर्नुको सट्टा प्रतिस्पर्धा गर्न थाल्छ: इलेक्ट्रोनलाई तिनको सामान्य मार्गबाट मोड्ने, अक्सिजन सीधै खपत गर्ने र उपयोगी ऊर्जा उत्पादन गर्नुको सट्टा प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू उत्पन्न गर्ने। सानो परिमाणमा उत्प्रेरक वाहक हुँदा प्रवाह बढी हुन्छ; अत्यधिक परिमाणमा प्रतिस्पर्धी इलेक्ट्रोन ग्रहणकर्ता हुँदा कम हुन्छ। यो रसायनशास्त्रले दिशाको परिवर्तन सम्भव बनाउँछ, तर कुनै खास परिणाम कहाँ उच्चतम बिन्दुमा पुग्छ भन्ने सुनिश्चित गर्दैन।
सांद्रतामा निर्भरता हुने स्वतन्त्र प्रमाण माइटोकन्ड्रिया हुँदै नभएका कोशिकाबाट पनि आउँछ। 1976 का रातो रक्तकोषसम्बन्धी प्रयोगहरूमा 1 micromolar को कम सांद्रताले अक्सिहिमोग्लोबिनमा निकै निर्भर मार्गमार्फत हेक्सोज मोनोफस्फेट शन्टलाई उत्तेजित गर्यो। त्यसको सय गुणा बढी, 0.1 millimolar सांद्रतामा भने अक्सिहिमोग्लोबिनको उपस्थितिले खासै फरक पारेन र प्रयोग गरिएका तीनै परीक्षण विधिमा हाइड्रोजन पेरोक्साइड उत्पन्न भयो। रञ्जक उही, संयन्त्र दुईवटा, र तिनलाई छुट्याउने कुरा सांद्रता। रातो रक्तकोषले कोशिकीय श्वसन गर्न सक्दैनन्, त्यसैले यो माइटोकन्ड्रियासम्बन्धी वक्र होइन। तर यसले सांद्रता बढ्दै जाँदा रञ्जकको अक्सिडेसन–रिडक्सन रसायनशास्त्रको स्वरूप बदलिन्छ भन्ने देखाउँछ, जुन माइटोकन्ड्रियासम्बन्धी व्याख्याका लागि आवश्यक कुरा हो।
चार वक्र, चार प्रयोगात्मक व्यवस्था
तलको चित्रले चार तथ्याङ्क समूहलाई छेउछेउमा पुनः रेखाङ्कन गरेको छ। प्रत्येक खण्डले आफ्नै अक्ष र प्रयोगात्मक अवस्था कायम राखेको छ, किनकि सबैलाई एउटै मापनमा खप्ट्याउनु यस लेखले गर्न सक्ने पहिलो भ्रामक प्रस्तुति हुने थियो। चित्र योजनात्मक हो; ठ्याक्कै मान र अवस्थाहरू पाठमा दिइएका छन्।
खण्ड A: मुसाको मस्तिष्क होमोजिनेटमा साइटोक्रोम अक्सिडेज। सबैभन्दा स्पष्ट माइटोकन्ड्रियासम्बन्धी वक्र मूल तथ्याङ्कबाट नभई समीक्षामा मुसाको मस्तिष्क होमोजिनेटका तथ्याङ्कका आधारमा बनाइएको आलेखबाट आउँछ: 0.5 micromolar मा नियन्त्रण सक्रियताको करिब 138 percent, लगभग 5 micromolar मा नियन्त्रण स्तरमा फिर्ता र लगभग 10 micromolar मा आधाररेखाभन्दा तल। त्यस उच्च सांद्रतामा रञ्जकले शृङ्खलाका सामान्य कम्प्लेक्सहरूबाट इलेक्ट्रोन खोसिरहेको हुन सक्ने लेखकहरूको सुझाव छ। होमोजिनेट, micromolar, स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक परीक्षण। यही वाक्य यसको सम्पूर्ण सन्दर्भ हो, र त्यसबाहिर यो वक्रको कुनै अर्थ छैन।
खण्ड B: मुसाको स्मृति र पाङ्ग्रामा दौडने गतिविधि। मुसाको स्मृतिसम्बन्धी अध्ययनमा प्रशिक्षणपछि एकपटक इन्जेक्सन दिइयो र 24 hours पछि परीक्षण गरियो। 1 देखि 10 milligrams per kilogram सम्मका मात्रामा हिँडडुल र खाना खाने व्यवहार सलाइन समूहबाट छुट्याउन नसकिने थियो। तर 50 देखि 100 milligrams per kilogram ले पाङ्ग्रामा दौडने गतिविधि तीव्र रूपमा घटायो, जसको मध्यिका 35 बनाम 279 परिक्रमा थियो। सबैभन्दा उच्च मात्राले रौँ ठाडो हुने, असमन्वित चाल र एउटा मुसाको मृत्यु हुने परिणाम ल्यायो। 4 milligram per kilogram को मात्राले अभ्यस्तीकरण र वस्तु पहिचानमा सुधार ल्यायो: पदार्थ दिइएका मुसाले नयाँ वस्तुमा झन्डै 10 seconds बढी बिताए। कम micromolar सांद्रताको अपचयित रञ्जकको सम्पर्कमा ल्याइएको होमोजिनेट र जीवित मुसालाई 1 milligram per kilogram दिएपछि 24 hours मा निकालिएका मस्तिष्क, दुवैमा मस्तिष्कको अक्सिजन खपत बढ्यो। यीबीचको भिन्नता ध्यान दिनुहोस्: व्यवहारको परीक्षणमा प्रशिक्षणपछि शरीरभरि पुग्ने मात्रा दिइएको थियो; अक्सिजन उपयोगको परीक्षणमा होमोजिनेटका सांद्रतासँगै जीवित मुसालाई दिइएको एउटा मात्रा प्रयोग गरिएको थियो। यी दुई प्रयोग हुन्, एउटै वक्र होइनन्।
खण्ड C: जेब्राफिसको T-आकारको भूलभुलैया। जेब्राफिस अध्ययनमा प्रशिक्षित माछालाई प्रशिक्षणपछि 12 hours सम्म 0.1, 0.5, 5.0 वा 10.0 micromolar नाममात्र सांद्रता भएका घोलमा डुबाइयो, र नीलो खाद्य रञ्जक प्रयोग गरिएको नियन्त्रण समूहसँग तुलना गरियो। 0.5 micromolar समूहले सबैभन्दा राम्रो प्रदर्शन गर्यो, 5.0 समूह नियन्त्रण समूहसरह थियो, र 10.0 समूहले कम मात्रा पाएका समूहभन्दा कमजोर प्रदर्शन गर्यो। यस खण्डसँग दुई सावधानी जोडिएका छन्। घोलको micromolar सांद्रता रगत वा मस्तिष्कको micromolar सांद्रता होइन; ट्याङ्कीको पानीबाट तन्तुसम्म पुग्दा वितरण र सञ्चयको भूमिका हुन्छ। साथै, आकारले सुझाउनेभन्दा सांख्यिकीय प्रमाण कमजोर छ: उच्च मात्रा पाएको समूह कम मात्रा पाएका समूहभन्दा फरक थियो, तर समूहहरूबीचका अरू कुनै सांख्यिकीय रूपमा उल्लेखनीय भिन्नता प्रतिवेदन गरिएको थिएन। वक्र वास्तविक हो, तर मोटामोटी छ।
खण्ड D: रातो रक्तकोषको शन्ट। मेट्ज र सहकर्मीहरूले मानव रातो रक्तकोषमा हावा, कार्बन मोनोअक्साइड र शारीरिक अवस्थाअनुरूप अक्सिजन दबाबमा लगभग पूर्ण कार्बोक्सिहिमोग्लोबिन बनाउने ग्यास मिश्रणको वातावरणमा 1 micromolar र 0.1 millimolar को तुलना गरे। अक्सिहिमोग्लोबिन नभएपछि कम मात्राको उत्तेजना लगभग हरायो; उच्च मात्राको उत्तेजनामा भने खासै असर परेन। पेरोक्साइड उच्च मात्रामा मात्र देखा पर्यो। यो खण्डलाई अरूसँगै रसायनशास्त्रको उदाहरणका रूपमा राख्नुपर्छ, कुनै एउटै समग्र वक्रको चौथो बिन्दुका रूपमा होइन: यहाँ माइटोकन्ड्रिया छैनन्, सांद्रतामा सय गुणाको अन्तर छ र ग्यास मिश्रणहरू नियन्त्रित रूपमा बदलिएका छन्।
उच्चतम बिन्दुहरू किन मिल्दैनन्, र मिल्नु पनि हुँदैन
यी चार उदाहरणका उच्चतम बिन्दु वा तुलना क्रमशः होमोजिनेटमा 0.5 micromolar, प्रशिक्षणपछि इन्जेक्सनबाट दिइएको 4 milligrams per kilogram, ट्याङ्कीको पानीमा 0.5 micromolar र रातो रक्तकोषमा सय गुणाको अन्तर भएका कम तथा उच्च सांद्रताको जोडीमा छन्। यीमध्ये कुनै दुईलाई एउटै सङ्ख्याका रूपमा लिनु फरक श्रेणीका परिमाणलाई एउटै ठान्ने त्रुटि हो। प्रत्येक परिणामको आफ्नै वक्र हुन्छ: स्मृतिका लागि उपयुक्त बिन्दु अक्सिडेजको सक्रियता, अक्सिजन खपत, हिँडडुल वा पेरोक्साइड उत्पादनका लागि उपयुक्त बिन्दुसँग मिल्नैपर्छ भन्ने छैन। सांद्रताको प्रत्येक एकाइले फरक कुरा जनाउँछ: होमोजिनेटको micromolar, घोलको नाममात्र micromolar, शरीरभरि पुग्ने milligrams per kilogram मात्रा, प्लाज्मा, मस्तिष्क र माइटोकन्ड्रियाका सांद्रता फरक परिमाण हुन्। माइटोकन्ड्रिया र मस्तिष्कमा जम्मा हुने मेथिलीन ब्लूको प्रवृत्तिले तिनलाई अलग राख्छ। प्रत्येक नमुनाले आफ्नै औषधिगत गतिकी थप्छ: प्रजाति, दिने मार्ग र समयले कुन तन्तु कति रञ्जकसँग कति समयसम्म सम्पर्कमा आउँछ भन्ने निर्धारण गर्छन्।
यहीँ मेथिलीन ब्लूको सुरक्षामा मात्रा र दिने मार्गको भूमिका पनि महत्त्वपूर्ण हुन्छ। यी शोधपत्रमा देखिएका उच्च मात्राका प्रभावहरू—गतिविधि दबिनु, असमन्वित चाल, एउटा मुसाको मृत्यु र पेरोक्साइड उत्पादन—आफ्नै प्रयोगात्मक व्यवस्थाभित्र विषाक्तताका सङ्केत हुन्, अरू कसैका लागि सुरक्षित सीमाका प्रमाण होइनन्। मुसामा 4 milligrams per kilogram लाई मानिसका लागि प्रयोग तालिकामा रूपान्तरण गर्न इच्छुक जोकोहीले पहिले जनावरका निष्कर्ष मानवसम्बन्धी प्रमाणसँग कसरी सम्बन्धित हुन्छन् भन्ने पढ्नुपर्छ: प्रजातिहरूबीच milligram-per-kilogram को साधारण रूपान्तरण पर्याप्त हुँदैन।
बच्नुपर्ने गल्ती
उल्टो U आकर्षक देखिन्छ, किनकि त्यसमा सबैभन्दा उपयुक्त बिन्दु चिनाइएको मात्रा मिलाउने डायलजस्तो आभास हुन्छ। तर यो त्यस्तो होइन। हर्मेसिसले एउटा प्रयोगात्मक व्यवस्थामा एउटा परिणाममा के भयो भन्ने वर्णन गर्छ। यस्ता चार वर्णन एक ठाउँमा राख्दा चार एकाइ प्रणालीमा चार उच्चतम बिन्दु पाइन्छन्, जुन एउटै डायलको ठीक विपरीत हो। यी वक्रहरूको इमानदार उपयोग तुलनात्मक र सावधानीमूलक हुन्छ: सांद्रतासँगै प्रभाव उल्टिन सक्छ भन्ने अपेक्षा गर्नुहोस्, प्रत्येक परिणाम आफ्नै बिन्दुमा उल्टिन सक्छ भन्ने अपेक्षा गर्नुहोस्, र एउटा प्रयोगको उच्चतम बिन्दुलाई अर्को प्रजाति, मार्ग, तन्तु वा उद्देश्यका लागि मात्रा उचित ठहर्याउन प्रयोग गर्ने कुनै पनि दाबीमा अविश्वास गर्नुहोस्। प्रयोगात्मक ढाँचा र व्यक्तिगत मात्रा निर्धारणका निर्णयबीचको भिन्नता नै यस सम्पूर्ण लेखको मुख्य कुरा हो; छुट्न नदिन यसलाई फेरि भनिएको हो।
अर्को मात्रा–प्रतिक्रिया शोधपत्र कसरी पढ्ने
तपाईंले भेट्ने मेथिलीन ब्लूका लगभग हरेक वक्रमा चार प्रश्न लागू हुन्छन्। ठाडो अक्षमा कुन परिणाम छ, र त्यसको उल्टो प्रतिक्रियाले U बनाउँछ कि J? तेर्सो अक्षले वास्तवमा कुन सांद्रता बताउँछ: घोलको नाममात्र सांद्रता, होमोजिनेट, प्लाज्मा, अनुमानित मस्तिष्क सांद्रता वा शरीरभरि पुग्ने गरी दिइएको मात्रा? कुन नमुना र समयक्रमले त्यो परिणाम उत्पादन गरेको हो: होमोजिनेट, बत्ती बालेको वा निभाएको अवस्थामा कोशिका संवर्धन, प्रशिक्षणअघि वा पछि पदार्थ दिइएका प्रशिक्षित जनावर, र परीक्षण कहिले गरिएको थियो? अनि नियन्त्रण के थियो: सलाइन, नीलो खाद्य रञ्जक वा पदार्थ दिने माध्यम? शोधपत्रको सांख्यिकीय विश्लेषणले प्रत्येक जोडीबीचको दाबीलाई समर्थन गर्छ कि समग्र आकारलाई मात्र? यी चारै प्रश्नको उत्तर दिने शोधपत्रमा समय लगाउनु सार्थक हुन्छ। यी विवरण नदिई उच्चतम बिन्दु मात्र बताउने शोधपत्रले तपाईंलाई ठेगानाविनाको सङ्ख्या दिएको हुन्छ।