Czy zakłóceniami przepływu energii możemy opisać główne zjawiska patologii?

Założeniem wykładu było przeanalizowanie relacji zachodzących pomiędzy różnymi stanami patologicznymi, a narastającymi zaburzeniami przepływu energii w organizmie. Wykład ograniczono, w kontekście zakłóconego transferu energii, do opisania roli tlenu.

Kompleks enzymatyczny wytwarzający energię (znajdujący się w mitochondriach, które mogą zajmować nawet do 40% objętości komórek) nie jest w 100% sprawny. Około 3% tlenu w komórkach serca i do 10% tlenu w komórkach płucnych, nie dociera do końcowego enzymu redukującego tlen do wody (oksydaza cytochromowa), lecz w formie wolnych rodników tlenowych (WRT) przedostaje się przez błony mitochondriów. Przeciętna komórka ciała człowieka konsumuje dziennie 10¹³ atomów tlenu, tak więc wytworzy się w niej 10^11-12 rodników tlenowych. W objętości 1 cm³ zmieści się 10⁹ komórek przeciętnej wielkości, WRT wytworzy się zatem dziennie 10^20-21, co odpowiada ilości WRT w wypalonych 10^4-5 papierosów.

Proces unieszkodliwiania toksycznych pochodnych tlenu jest absolutnie niezbędny dla przeżycia wszystkich organizmów żyjących w atmosferze 21% tlenu. Średni okres życia wszystkich przebadanych dotąd gatunków małp był ściśle uzależniony od średniej aktywności ich enzymów detoksykujących WRT. Już w roku 1928 Rubner zauważył, że wszystkie przebadane dotąd gatunki ssaków nienależących do naczelnych zużywają około 200±25 kcal na gram tkanki w ciągu całego swego życia. Rubner wykazał, że chociaż krowa, koń, kot, pies, czy świnka morska, różnią się prawie 5-krotnie średnią długością życia, to ich potencjał metaboliczny, czyli ilość energii zużywanej na gram tkanki ciała, a liczony w czasie całego życia, był właściwie identyczny. Różne filogenetyczne grupy mają różny potencjał metaboliczny. I tak, na przykład muchy mają potencjał wielkości 25 kcal, nienaczelne ssaki 200, ludzie 800, a ptaki 1000-1500 kcal.

Najogólniej rzecz ujmując, większe, dłużej żyjące zwierzęta, zużywają mniej kalorii na gram tkanki w danej jednostce czasowej, aniżeli mniejsze, krócej żyjące. Tak więc l gram przeciętnej tkanki ryjówki zużywa dziennie tyle samo kalorii, ile 1 gram porównywalnej tkanki słonia na miesiąc. Pearl podsumował to krótko: „generalnie czas trwania życia zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do szybkości wydatkowania energii”. Nazwano to „teorią szybkości życia”. Pomimo znacznych różnic tempa metabolizmu tlenowego, a co za tym idzie różnej długości życia, wykazano, że każdemu gatunkowi „przysługiwało około miliarda uderzeń serca”. We wszystkich omawianych przypadkach tempo wytwarzania WRT przez mitochondria było proporcjonalne do tempa metabolizmu i odwrotnie proporcjonalne do średniej długości życia danego gatunku.

DNA w każdej komórce szczura (szybki metabolizm) jest uszkadzane dziennie na skutek metabolizmu oksydacyjnego w 100 tys. miejsc (trwałych uszkodzeń jest 1 milion), DNA człowieka natomiast (wolny metabolizm), w 10 tys. miejsc (trwałych uszkodzeń jest 100 tys.). Człowiek dożyć może więc 120 lat, szczur natomiast tylko do lat 2. WRT uszkadzają również błony komórkowe poprzez peroksydację lipidów (LPO). LPO jest procesem lawinowej reakcji łańcuchowej, tzn. jedna nieprawidłowa cząsteczka w połączeniu z prawidłową daje dwie nieprawidłowe cząsteczki. Natychmiast po śmierci człowieka, wówczas gdy następuje zahamowanie wytwarzania zmiataczy WRT, dochodzi do przerwania ich blokady i masywnej LPO. Przez kilka dni po śmierci, ciało „zasysa”, przez skórę, z otoczenia tlen z intensywnością znacznie większą aniżeli podczas normalnego oddychania za życia organizmu. Śmierć, na poziomie molekularnym, wynika z gwałtownie nasilającego się i nieodwracalnego już procesu LPO.

Natężenie stresu oksydacyjnego jest odwrotnie proporcjonalne do długości życia. Opisany w roku 1998 roku gen zwany „methuselah” wydłuża życie jego posiadacza o 35%. Niedawno odkryto kolejny „gen długiego życia”, którego mutacja u muszki owocowej, wydłuża życie dwukrotnie. Obie mutacje polegają na spowolnieniu tempa metabolizmu. Komórki takie wymagają więc mniejszej ilości energii. Gen długowieczności otrzymał nazwę Indy („I am not dead yet”). Mutacja tego genu spowalnia transport składników odżywczych z komórek i do komórek organizmu, a zatem ogranicza przemianę materii. Zmutowane nicienie, o ograniczonej przemianie materii (bezpłodne i o przytępionych zmysłach – ślepota), żyją nawet sześcio- czy ośmiokrotnie dłużej. Przywrócenie tym organizmom zdolności do widzenia, czy rozmnażania się, natychmiast (i proporcjonalnie) skraca średni czas ich życia.

Można założyć, że gdyby szczurom żyjącym dwa lata spowolnić metabolizm do tempa metabolizmu ludzkiego (80-120 lat), ich życie mogłoby się wydłużyć przynajmniej o rząd wielkości, czyli nawet do 20 lat. Analogicznie spowolnienie tempa metabolizmu u człowieka wydłuży

To jest tylko fragment artykułu. Aby przeczytać całość, przejdź do Czytelni medycznej.