Znajdź zawartość

Nowe badania sugerują, że ssaki – a przynajmniej myszy i świnie – mogą oddychać za pomocą... jelit. Okazało się bowiem, że u zwierząt mających problemy z oddychaniem, podawanie tlenu przez odbyt pomaga je ustabilizować. Tlen jest wchłaniany przez tkankę jelit. Odkrycie może pewnego dnia prowadzić do opracowania ratującej życie metody przezodbytniczej wentylacji ludzi, u których nie można podać tlenu w tradycyjny sposób. Wygląda to na szalony pomysł. Jednak dane są przekonujące, mówi Sean Colgan, gastroenterolog z University of Colorado, który nie był zaangażowany we wspomniane badania. Ssaki oddychają przez usta i nos, a tlen jest rozprowadzany w organizmie za pośrednictwem płuc. Wiemy jednak, że istnieją zwierzęta wodne, jak ogórki morskie czy ryby sumokształtne, które do oddychania używają jelit. Wiemy też, że ludzkie jelita łatwo wchłaniają lekarstwa. Nie wiadomo było jednak, czy tlen może przenikać z jelit ssaków do ich krwi. Takanori Takebe, gastroenterolog z Cincinnati Children's Hospital i jego zespół prowadzili badania na myszach i świniach, u których wywołano hipoksję (niedobór tlenu w tkankach). W jednej z grup znajdowało się 11 myszy. Czterem z nim jelita oskrobano, by zmniejszyć grubość wyściółki i poprawić absorpcję tlenu. Następnie 4 zwierzętom z oskrobanymi jelitami i 4 z nieoskrobanymi wprowadzono przez odbyt czysty tlen. Wszystkie 11 myszy nie miały dostępu do tlenu, którym mogły oddychać w sposób tradycyjny. Trzy myszy, które nie otrzymały w ogóle tlenu przeżyły średnio 11 minut. Myszy, którym nie oskrobano jelit i podawano tlen przez odbyt, przeżyły średnio 18 minut. Z kolei 75% myszy, kórym oskrobano jelita i podawano tlen przez odbyt, przeżyło cały trwający godzinę eksperyment. Takebe i jego zespół chcieli jednak zrezygnować z trudnego i niebezpiecznego procesu skrobania jelit. Zastąpili więc tlen związkami perfluorokarbonowymi (PFC), które zawierają dużo tlenu i są używane podczas operacji jako środki krwiozastępcze. Jako, że perfluorokarbony są gęste, mogą też pomóc w wypłukaniu śluzu z jelit. Naukowcy wprowadzili perfluorokarbony do odbytów trzech myszy i siedmiu świń z hipoksją. Jako grupę kontrolną wykorzystano dwie myszy i pięć świń, którym wprowadzono sól fizjologiczną. W grupie kontrolnej saturacja spadła. Tymczasem u myszy, którym wprowadzono PFC powróciła do normy. Z kolei u świń saturacja zwiększyła się o około 15%, hipoksja minęła, a temperatura oraz kolor skóry i kończyn powróciły do normy w ciągu kilku minut. Badania dowodzą, że ssaki mogą wchłaniać tlen przez odbyt i że nowa metoda jest bezpieczna. Jej bezpieczeństwo musi jeszcze zostać przetestowane na ludziach. Takebe uważa, że metoda ta przyda się tam, gdzie zawodzą tradycyjne metody podawania tlenu. Z takimi przypadkami mieliśmy do czynienia np. podczas pandemii COVID-19. Markus Bosmann, pulmonolog z Boston University, który nie był zaangażowany w badania, mówi, że nawet jeśli nowa metoda jest bezpieczna, będzie ona zdecydowanie mniej efektywna od tradycyjnych metod. Ponadto, jeśli kiedykolwiek będzie używana na ludziach, prawdopodobnie jej stosowanie będzie ograniczone czasowo. Wprowadzanie tlenu do jelit prawdopodobnie zabije mikrobiom, niezbędny do trawienia. « powrót do artykułu

Sposób, w jaki oddychamy, może wpłynąć na to, jak dobrze nasze wspomnienia się skonsolidują (wzmocnią i ustabilizują). Jeśli po zapoznaniu się z zestawem zapachów oddychamy przez nos, a nie przez usta, lepiej zapamiętamy wonie. Nasze badanie pokazuje, że kiedy w okresie konsolidowania wspomnień [podczas transferu doświadczenia do pamięci długotrwałej] oddychamy przez nos, lepiej zapamiętujemy zapachy - podkreśla dr Artin Arshamian z Karolinska Institutet. Nikt tego wcześniej nie zademonstrował. Podczas eksperymentu przy 2 okazjach ochotnicy uczyli się 12 zapachów. Później proszono ich, by przez godzinę oddychali nosem (z zaklejonymi ustami) bądź przez usta (z nosem zaciśniętym klamerką). Następnie naukowcy prezentowali im stare i nowe (12) zapachy i pytali, które pochodziły z poprzedniej sesji. Okazało się, że osoby, które między sesjami uczenia i rozpoznawania oddychały przez nos, pamiętały wonie lepiej. Następnym krokiem jest zmierzenie, co dzieje się w mózgu podczas oddychania i jak wiąże się to z pamięcią. Wcześniej było to praktycznie niemożliwe, bo elektrody trzeba by wprowadzić bezpośrednio do mózgu. Obeszliśmy jednak ten problem i wspólnie z Johanem Lundströmem pracujemy nad nowymi sposobami pomiaru aktywności opuszki węchowej bez wprowadzania elektrod. Wcześniejsze badania wykazały, że receptory w opuszce węchowej nie tylko wykrywają zapachy, ale i zmiany w samym przepływie powietrza. W poszczególnych fazach wdechu i wydechu aktywują się różne części mózgu. Nie wiadomo jednak, na jakiej zasadzie zachodzi synchronizacja oddychania i aktywności mózgu i jak to oddziałuje na mózg, a więc i na nasze zachowanie. Idea, że oddychanie wpływa na zachowanie, nie jest nowa. Wiedza na ten temat towarzyszy nam od tysięcy lat w takich dziedzinach, jak np. medytacja. Dotąd nikt jednak nie wykazał naukowo, co dokładnie dzieje się w mózgu. Teraz mamy narzędzia, które [miejmy nadzieję] ujawnią nowe kliniczne fakty. Naukowcy sądzą, że gdy wspomnienia są odtwarzane i wzmacnianie podczas konsolidacji, oddychanie przez nos ułatwia komunikację między sieciami sensorycznymi i pamięciowymi. « powrót do artykułu

Płody emydur Murraya dostrajają się tętna braci i sióstr, dzięki czemu wszystkie żółwie wylęgają się jednocześnie. Możliwe też, że jako wskazówkę wykorzystują ilość emitowanego przez inne jaja dwutlenku węgla. Dr Ricky Spencer i zespół z University of Western Sydney zauważyli, że emydury Murraya (Emydura macquarii) wyczuwają, jak zaawansowany jest rozwój innych osobników i dostosowują się do najlepszych. Świadomość tego, co słychać u innych i przyspieszenie metaboliczne powodują, że osobniki, które wyklułyby się w opustoszałym już gnieździe, przychodzą na świat w zapewniającej bezpieczeństwo grupie. Emydury składają jaja w płytkich gniazdach. Układają się one w kilka warstw. Temperatura w okolicy wierzchnich jaj jest aż o 6 stopni wyższa niż w pobliżu jaj z najniższej warstwy, co znacznie skraca czas inkubacji tych pierwszych. Synchronizacja wylęgu nie powinna więc występować, a występuje. W grę musi zatem wchodzić jakiś mechanizm doganiania rodzeństwa z górnych warstw. Gdyby żółwiki z dołu były mniej rozwinięte niż szczęściarze z cieplejszych wierzchnich warstw, wolniej by się poruszały, stając się łatwym łupem dla drapieżników. Tymczasem zespół Spencera nie zauważył różnicy między osobnikami z poszczególnych warstw. Wcześniejszy wyląg nie wydawał się ograniczać sprawności nerwowo-mięśniowej. Zupełnie inaczej mają się sprawy u innych zwierząt, u których część młodych wylęga się przed terminem, by wszystkie mogły pojawić się jako grupa: żółwi malowanych (Chrysemys picta), u których niższa sprawność nerwowo-mięśniowa wcześniaków utrzymuje się nawet do 9 miesięcy czy przepiórek japońskich (Coturnix japonica), u których rozwojowi maruderzy stają na własnych nogach kilka godzin później. Emydury Murraya przyspieszają wzrost, zużywając w krótszym czasie więcej składników odżywczych z woreczka żółtkowego od spoczywającego w cieple rodzeństwa. [Po wylęgu] żółwie mają spory woreczek żółtkowy. Dysponując zapasami żółtka, nie muszą żerować jeszcze przez kilka tygodni, jednak u osobników, które przyspieszyły wzrost, woreczek jest mniejszy. Skąd płody z chłodniejszych warstw wiedzą, jak przyspieszyć metabolizm? Spencer i inni spekulują, że mogą polegać na tętnie, które wywołuje drgania w leżących na sobie jajach. Niewykluczone też, że chodzi o emitowany przez oddychające jaja dwutlenek węgla. Jeśli w gnieździe znajdują się jaja z wyższym tempem przemiany materii, drobne zmiany w wymianie gazowej stanowią wskazówkę dla niezaawansowanych. Zespół zebrał jaja złożone nad rzeką Murray. Po przeniesieniu do laboratorium przez mniej więcej tydzień część inkubowano w temperaturze 30°C, a resztę w temperaturze 26°C. Wtedy właśnie zauważono, że żółwiki z cieplejszej podgrupy miały szybszy metabolizm. Następnie jaja zmieszano. Okazało się, że w ostatnim okresie inkubacji chłodne płody przyspieszyły przemianę materii, w porównaniu do chłodnych płodów z grupy kontrolnej. Zwiększyły przemianę materii niezależnie od temperatury, co pozwoliło im na wcześniejszy wyląg. Australijskie trio zauważyło, że chłodniejsze płody z mieszanych grup przychodziły na świat 2 dni wcześniej niż żółwiki z grupy kontrolnej.

Na niektórych bakteriach występują włosowate struktury komórkowe fimbrie, które jak wtyczka pozwalają im na podłączenie do dużych obwodów biologicznych. Odkrycie zespołu z Uniwersytetu Południowej Kalifornii sugeruje, że kolonie bakteryjne są w stanie przeżyć, komunikować się i dzielić się energią, wykorzystując przewodzące prąd włoski zwane inaczej nanoprzewodami (ang. bacterial/microbial nanowires). To pierwszy pomiar przewodzenia elektronów wzdłuż bakteryjnych nanoprzewodów – chwali się prof. Mohamed El-Naggar. Wiedza o zasadach funkcjonowania kolonii bakteryjnych, np. powstających na zębach biofilmów, jest kluczowa dla opracowania metod ich niszczenia (zwłaszcza że wiele z nich cechuje antybiotykooporność). Niektóre kolonie, np. wykorzystywane w ogniwach paliwowych, są jednak przydatne i tutaj warto z kolei mieć świadomość, w jaki sposób optymalizować warunki środowiskowe mikrobów. Przepływ elektronów w różnych kierunkach jest blisko związany z metabolicznym statusem poszczególnych części biofilmu. Bakteryjne nanoprzewody zapewniają niezbędne połączenia dla przeżycia mikrobiologicznego obwodu. Bakteryjne nanoprzewody (fimbrie) wyglądają jak długie wystające włosy. Podobnie jak ludzkie włosy, składają się głównie z białka. Amerykanie testowali przewodnictwo na kulturach Shewanella oneidensis MR-1. Bakterie te wytwarzają fimbrie w okresach rozmaitych niedoborów. Manipulując warunkami wzrostu, naukowcy uzyskali bakterie z wieloma włoskami. Następnie mikroorganizmy umieszczono na powierzchni usianej miniaturowymi elektrodami. Kiedy nanoprzewód znalazł się między dwiema elektrodami, zamykając obwód, zaczynał płynąć mierzalny prąd. Przewodnictwo było podobne do odnotowywanego w przypadku półprzewodników – umiarkowane, ale znaczące. Gdy członkowie zespołu El-Naggara przecinali fimbrię, przepływ prądu ustawał. Wcześniejsze badania wykazały, że elektrony mogą się przemieszczać wzdłuż nanoprzewodu bakterii, ale nie dowodziły, że fimbrie przewodzą prąd na całej swojej długości. Bakterie oddychają, przekazując elektron akceptorowi, w przypadku Shewanelli jest to żelazo Fe(III), które ulega zredukowaniu. Jeśli nie zapewnimy akceptora elektronów, mikroorganizm umiera. W części przypadków nanoprzewody są jedynym sposobem "pozbywania się" elektronów. Gdy w pobliżu nie ma zbyt wielu akceptorów, fimbrie pozwalają bakteriom na udzielanie pomocy i wysuwanie kolektywnych wypustek do odleglejszych źródeł. Badacze z Uniwersytetu Południowej Kalifornii zauważyli, że Shewanella podłączały się do akceptorów elektronów i do siebie nawzajem, dzięki czemu każdy z członków kolonii mógł oddychać za pośrednictwem sieci nanoprzewodów. Nanoprzewody, których nazwę ukuto nie tak dawno, bo w 2006 r., wydają się rozpowszechnione w świecie bakterii. Współautor najnowszego badania prof. Kenneth Nealson uważa, że transport elektronów wzdłuż nanoprzewodów stanowi szybszą i dogodniejszą formę komunikowania się bakterii niż opisywane dotąd stopniowe uwalnianie substancji sygnałowych.

Na Princeton University powstał silikonowy generator prądu, który zbiera energię z naturalnych ruchów ciała, takich jak oddychanie czy spacer. Generator może zapewnić zasilanie rozrusznikom serca, telefonom komórkowym i innym urządzeniom przenośnym. Nowy materiał stworzono z ceramicznych nanowstążek zatopionych w elastycznym silikonie. Urządzenie bardzo wydajnie zmienia energię mechaniczną w elektryczną. W przyszłości buty wykonane z nowego materiału mogą zbierać wystarczająco dużo energii, by zasilać urządzenia przenośne. Z kolei jeśli przymocujemy tego typu materiał w okolicach płuc, ich naturalne ruchy dostarczą energii rozrusznikowi serca, więc zniknie konieczność wymiany baterii w tego typu urządzeniach. Naukowcy z Princeton, Michael McAlpine i Yi Qi, są pierwszymi którym udało się połączyć silikon z nanowstążkami cyrkonianu-tytanianu ołowiu (PZT), piezoelektrycznego materiału ceramicznego. To najbardziej wydajny spośród znanych nam piezoelektryków, gdyż potrafi zamienić w energię elektryczną aż 80% energii mechanicznej. Jak mówi McAlpine PZT jest 100 razy bardziej wydajny od kwarcu, innego materiału piezoelektrycznego. I dodaje oddychanie czy spacerowanie nie generują zbyt dużo energii, a więc trzeba ją pozyskiwać tak efektywnie, jak to tylko możliwe. Dodatkową zaletą materiału autorstwa McApline'a i Qi jest fakt, iż zgina się on pod wpływem prądu elektrycznego, dzięki czemu w przyszłości może być wykorzystywany w mikronarzędziach chirurgicznych. Piękno tkwi w tym, że jest to rozwiązanie skalowalne - stwierdził Yi Qi. W miarę jak będziemy udoskonalali ten materiał, będziemy w stanie produkować coraz większe jego fragmenty, które pozwolą zebrać więcej energii.

W jabłkach i gruszkach występują maleńkie kanaliki powietrzne, które pozwalają im oddychać. To one umożliwiają dostarczanie tlenu i decydują o tym, czy owoce są zdrowe. Badaczom z dwóch jednostek badawczych, Uniwersytetu Katolickiego w Leuven i European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), po raz pierwszy udało się je zwizualizować i w ten sposób potwierdzić ich istnienie (Plant Physiology). W jabłkach wyglądają one jak nieregularne przestrzenie między komórkami, a w gruszkach stanowią sieć połączonych kanałów. Wydawałoby się, że odkrycie ma charakter czysto naukowy (pozwala rozszerzyć wiedzę botaniczną), ale to nieprawda. Dzięki niemu wiadomo, co dzieje się z owocami po zerwaniu i dlaczego gruszki szybko psują się podczas przechowywania. Badacze z Leuven skorzystali z tomografu komputerowego ESRF w Grenoble. Uzyskano w ten sposób obraz próbek owoców (z dokładnością do +/- 1/1000 mm). Kontrast był wystarczająco duży, by odróżnić pustą przestrzeń od komórek. Obrazy są obecnie wykorzystywane w modelach komputerowych do wyliczania zawartości tlenu w poszczególnych komórkach owocowej tkanki. Nadal jest niejasne, jak tworzą się tunele powietrzne wewnątrz owocu i dlaczego jabłka mają struktury przypominające minijaskinie, a gruszki systemy kanałów – opowiada Pieter Verboven z Uniwersytetu Katolickiego w Leuven. Uzyskane obrazy 3D pozwalają jednak stwierdzić, czemu gruszki tak szybko się psują. Mikrokanały są tak małe, że transport tlenu do samego środka owocu jest ograniczony. Wskutek tego komórki szybko doświadczają "bezdechu", gdy stężenie tlenu spada poniżej progu bezpieczeństwa. Zapraszamy też do obejrzenia krótkich filmików z modelami: 1. Wnętrza gruszki (Plant Physiology, American Society of Plant Biologists). 2. Wnętrza jabłka (Plant Physiology, American Society of Plant Biologists). 3. Otoczenia pojedynczej komórki jabłka. 4. Otoczenia pojedynczej komórki gruszki.

Ludzie, którzy kupują suplementy z antyutleniaczami, takie jak np. ekstrakt z pestek winogron czy musująca witamina C, mając nadzieję, że zapobiegają zawałowi, nowotworom i innym śmiertelnym chorobom, mogą tak naprawdę tracić pieniądze lub nawet szkodzić swojemu zdrowiu. W latach 90. naukowcy zaczęli podejrzewać, iż główną przyczyną, dla której jedzenie dużych ilości warzyw i owoców zapobiega wyżej wymienionym schorzeniom, jest ich wysokie nasycenie antyutleniaczami, np. beta-karotenem (marchew) lub flawonoidami (czerwone wino). W eksperymentach laboratoryjnych antyoksydanty neutralizowały wolne rodniki — szkodliwe produkty uboczne oddychania, odpowiedzialne za szereg chorób. Niektórzy eksperci, w tym także pionierzy badań nad wolnymi rodnikami, uważają jednak, że antyutleniacze zachowują się całkiem inaczej wewnątrz ludzkiego ciała niż w probówce. Dlatego, wg raportu magazynu New Scientist, kupowane w aptekach i supermarketach suplementy mogą być nieskuteczne. Istnieją nawet orientacyjne dane, według których takie preparaty są szkodliwe dla zdrowia. Alan Crozier, profesor biochemii roślin i odżywiania na Glasgow University, twierdzi, że sytuacja jest bardziej skomplikowana niż wcześniej sądzono. Jeśli ktoś się źle odżywia, przyjmowanie witaminy A lub C niewiele pomoże. Uważam, że ludzie [kupujący suplementy] marnują pieniądze. Chcą wydać na coś pieniądze i ma im to pomóc żyć dłużej. W ogromnej większości przypadków nie ma prawdziwych dowodów na to, który środek pomaga, a który nie. Nic nie przebije zdrowej diety — uważa Crozier, dodając, że wysokie dawki antyutleniaczy mogą być szkodliwe. Jeśli zażywasz dużo suplementów, zaczynają one działać nie jak przeciwutleniacze, lecz jak proutleniacze. Profesor Barry Halliwell z Departamentu Biochemii Narodowego Uniwersytetu Singapurskiego (National University of Singapore), pionier badań nad wolnymi rodnikami, twierdzi, że wydawało się, iż istnieją okoliczności przemawiające za zażywaniem antyutleniaczy. Naukowcy przypuszczali, że przeciwutleniacze wykazują działanie ochronne, a łykanie ich jako suplementów albo jedzenie wzbogaconego nimi pożywienia powinno zmniejszać liczbę poczynionych przez nie szkód oraz ograniczyć choroby. Od tego czasu przeprowadzono wiele prób klinicznych, które nie wykazały żadnych korzystnych efektów przyjmowania suplementów, co sugeruje, że jakiś inny składnik warzyw i owoców pełni funkcję ochronną. Profesor Halliwell przypuszcza, że antyoksydanty z suplementów mogą być zbyt szybko trawione, podczas gdy w postaci naturalnej (z włóknistych owoców i warzyw) pozostają w przewodzie pokarmowym na tyle długo, iż organizm ma szanse z nich skorzystać. Doradza, aby zanim dowiemy się czegoś więcej o antyutleniaczach w suplementach i wzbogacanych pokarmach, skupić się raczej na produktach obfitujących we flawonoidy, a więc na czerwonym winie w umiarkowanych ilościach, herbacie, owocach i warzywach. W latach 90. naukowcy z amerykańskiego National Cancer Institute rozpoczęli 6-letnie badania nad działaniem beta-karotenu, które objęły 18 tysięcy osób z grupy wysokiego ryzyka zachorowania na raka płuc. Po czterech latach porzucili jednak swój projekt, gdy okazało się, że wśród osób przyjmujących suplementy wskaźnik śmiertelności był o 17% wyższy niż w grupie, która ich nie łykała. Halliwell podkreśla ponadto, iż nie wydaje się, by zdrowi ludzie czerpali korzyści z regularnego przyjmowania witaminy C.