Oszczędzanie energii i zagadka szybkości zdrowienia organizmu

Leczenie ran to niezwykle złożone zjawisko, któremu wszystkie stworzenia poświęcają znaczne środki. Tak więc pytanie, w jaki sposób można przeprowadzić gojenie ran tak szybko i skutecznie, jak to tylko możliwe, jest bardzo ważne.

Jedną z podstawowych zagadek jest to, dlaczego gojenie się ran przebiega tak wolno, gdy same komórki rosną bardzo szybko. Na przykład komórki fibroblastów, które odgrywają ważną rolę w gojeniu się ran, mogą podwoić swoją liczbę zaledwie 10 godzin, gdy rosną w petridish w idealnych warunkach. To wyraźnie znacznie szybciej niż gojenie się ran w ciele; dlaczego różnica?

Dzisiaj Peter Apell z Chalmers University of Technology w Szwecji i kilku kumpli twierdzą, że opracowali odpowiedź, stosując raczej niekonwencjonalne podejście. Ci faceci badają gojenie się ran z punktu widzenia oszczędzania energii. Pytają, jakie podstawowe ograniczenia prawa fizyki nakładają na gojenie się ran i jakie daje to wgląd w skądinąd niezwykle złożony proces.

Zaczynają od stworzenia matematycznego modelu energii wykorzystywanej przez metabolizm do przetwarzania materiału potrzebnego do wypełnienia jamy rany. Można to podzielić na trzy części: energię niezbędną do zwalczania infekcji przez układ odpornościowy, energię niezbędną do utrzymania istniejącej tkanki komórkowej i wreszcie energię niezbędną do wzrostu nowej tkanki, która zależy od proporcji tłuszczu i białka.

Ta trzecia frakcja jest czynnikiem decydującym. Apell i wsp. obliczyli, że wzrost nowych komórek wymaga średnio około 20 kilodżuli na gram nowej wyhodowanej tkanki. W sensie fizycznym oznacza to, że rany działają jak znaczne pochłaniacze energii, mówią.

Ale ilość dostępnej energii jest ograniczona całkowitym budżetem energetycznym organizmu, którego nie można przekroczyć ani nawet zbyt mocno wykorzystać.

Appel następnie obliczył, ile energii potrzeba, aby przenieść niezbędne zasoby do jamy rany i porównał ją z energią potrzebną do uruchomienia metabolizmu jako całości, co jest charakterystyczne dla samego stworzenia.

Biorąc to wszystko pod uwagę, ich model przewiduje czas gojenia się rany na około 10 dni. Mówią, że jest to zdecydowanie zgodne z mierzonymi czasami gojenia.

Wykorzystują ten model do przeprowadzenia szeregu innych prognoz dotyczących czynników, takich jak szybkość zamykania się ran i tak dalej. Następnie testują swoje przewidywania na szczurzych modelach gojenia się ran i twierdzą, że są one dobrze dopasowane.

Rezultatem jest interesujący wgląd w niezwykle złożony proces biologiczny. Zdumiewające, co czasem potrafią prawa fizyki!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1212.3778 : Fizyka gojenia się ran I: Rozważania energetyczne

ukryć