Znajdź zawartość

Długotrwałe wibracje mogą być szkodliwe dla zdrowia, czego przykładem osoby pracujące młotem pneumatycznym. Jak się okazuje, odpowiednio dobrane wibracje, podobne do wibracji telefonu komórkowego, ale silniejsze, mogą też być wykorzystane do leczenia, wzmacniają bowiem kości i nie tylko. Utrata tkanki kostnej (osteoporoza) osób starszych jest jedną z powszechniejszych dolegliwości, a złamania kości udowej i urazy stawu biodrowego często prowadzą do unieruchomienia pacjenta, a nawet śmierci. Dlatego wciąż poszukuje się skutecznych terapii. Studium sugerujące, że wibracje są pożyteczne przynajmniej dla osób starszych, przeprowadzono na Medical College of Georgia i opublikowano w periodyku Bone. Karl H. Wenger przez dwanaście tygodni aplikował wibracje osiemnastomiesięcznym samcom myszy - ten wiek odpowiada wiekowi 55-65 lat u człowieka. Codzienna dawka drgań wynosiła trzydzieści minut. Porównanie „wytrząsanych" myszy z grupą kontrolną wykazało wzrost gęstości kości wokół stawu biodrowego oraz kości udowej. Również biomarkery sygnalizujące złamanie kości znacznie redukowane były taką terapią. W przypadku terapii po złamaniach kości terapia wibracyjna przyspieszała zrastanie się kości. Skuteczność tej metody potwierdziły kliniczne próby na ludziach, co ciekawe, wibracje były odczuwane nie jako przykre, lecz kojące i łagodzące ból. Nie jest znany mechanizm tych zjawisk, ale są pierwsze teorie. Naukowcy uważają, że rytmiczne ruchy, wzbudzane wibracjami, stanowią rodzaj gimnastyki dla komórek. Jądro komórkowe, zawieszone wewnątrz komórki na cienkich włóknach, porusza się, napinając je i wzmacniając. Drgania pobudzają również osteoblasty, czyli komórki kościotwórcze. Inny mechanizm działa prawdopodobnie podczas zrastania się złamanych kości. Wibracje, jak się okazało, spowalniają namnażanie się komórek macierzystych, co wydaje się sprzeczne z wynikiem. Jak się jednak sądzi, namnażanie komórek ustępuje miejsca procesowi ich różnicowania się (specjalizacji), przekształcaniu w komórki kostne - a właśnie różnicowanie się komórek jest upośledzone u osób starszych. W badaniu dra Wengera skorzystano jedynie z myszy płci męskiej, ponieważ wcześniejsze doświadczenia Clintona T. Rubina ze State University of New York wykazały, że kobiety po menopauzie nie doświadczają korzystnych dla kości efektów wibracji. Nie koniec to potencjalnych korzyści z takie metody leczniczej. Naukowcy z Medical College of Georgia, we współpracy z Georgia Prevention Institute zajmują się badaniem wpływu drgań na zwiększenie wychwytu glukozy u diabetyków i zwiększenia produkcji insuliny. Inne potencjalne korzyści to zmniejszenie otłuszczenia wątroby i otyłych dzieci zagrożonych cukrzycą. Chociaż wibracje nie wpływają na kondycję serca tak, jak zwykłe ćwiczenia fizyczne, to jednak również wzmacniają mięśnie i sprzyjają utracie wagi.

Mimo iż receptory odpowedzialne za odczuwanie drobnych wibracji są znane od lat, dokładny mechanizm ich działania pozostawał przez wiele lat niejasny. Ich zagadkę rozwiązali dopero naukowcy z Centrum Medycyny Molekularnej im. Maxa Delbrücka (MDC): dr Jing Hu oraz prof. Gary Lewin. Jak donoszą na łamach czasopisma EMBO Journal, aktywność badanego przez nich receptora jest ściśle zależna od krótkiego białkowego łącznika pomiędzy samym receptorem oraz otaczającą go macierzą pozakomórkową. Receptor analizowany przez dr. Hu i prof. Lewina należy do tzw. mechanoreceptorów związanych z kanałami jonowymi, co oznacza, że ich aktywacja przez bodźce mechaniczne prowadzi do uwolnienia jonów określonych pierwiastków w reakcji (w tym przypadku są nimi właśnie drobne wibracje wierzchnich warstw skóry). Żadne z prowadzonych dotychczas badań nie potrafiły jednak wyjaśnić, dlaczego receptor ten nie jest w stanie działać sam, co sugerowało, że jego aktywność jest zależna od innego, nieznanego wówczas czynnika. Tajemniczego towarzysza udało się odkryć dopiero teraz. Dr Hu oraz prof. Lewin zidentyfikowali niewielkie białko, którego cząsteczki są z jednej strony umocowane w ścianie kanału jonowego, z drugiej zaś - zakotwiczone w macierzy pozakomórkowej (kompleksie złożonym m.in. z pochodnych białek i wielkocząsteczkowych węglowodanów wypełniającym przestrzeń pomiędzy komórkami). Jak wykazały testy in vitro zarówno na fragmentach mysiej skóry, jak i na hodowlach neuronów, aktywność receptora wibracji ustaje całkowicie po zniszczeniu cząsteczek odkrytego białka za pomocą odpowiednio dobranego enzymu. Zdolność do wykrywania drgań powraca dopiero po 12 godzinach, które są potrzebne na wytworzenie nowych cząsteczek badanej proteiny. Wiele wskazuje na to, że obniżenie produkcji lub trwałości odkrytego białka może prowadzić m.in. do upośledzenia dotyku występującego u osób starszych. Przeprowadzone badania mogą także pomóc osobom cierpiącym na różnego rodzaju zaburzenia objawiające się nadmierną wrażliwością nawet na delikatny kontakt ciał obcych z ich skórą.

Z mechaniki kwantowej znamy pojęcie superpozycji, czyli dwóch różnych stanów lub pozycji jednocześnie przyjmowanych przez obiekt. Superpozycja to niezwykle delikatny stan, który może zostać "zniszczony" przez jakikolwiek kontakt ze światem zewnętrznym. Dlatego też zjawisko superpozycji występuje w fizyce kwantowej, ale nie obserwujemy go już w naszym świecie. Wiemy, że atomy czy kwanty mogą znajdować się superpozycji. Obecnie największymi obiektami, które udało się naukowcom wprowadzić w stan superpozycji są molekuły. Oriol Romero-Isar z Instytutu Maksa Plancka uważa jednak, że może wraz ze swoim zespołem wprowadzić w stan superpozycji niewielkie formy życia. Wcześniej jednak jako eksperymentalny model posłuży wirus grypy, gdyż jest on w stanie przetrwać w próżni, a więc można przeprowadzić eksperyment, nie obawiając się, że superpozycja zostanie zaburzona przez cząsteczki powietrza. Uczeni chcą użyć skrzyżowanych promieni dwóch laserów. W miejscu krzyżowania się światła powstaje "zagłębienie optyczne", w którym zostanie uwięziony wirus. Następnie, dzięki odpowiednio dobranej częstotliwości promieni, fotony będą absorbowały energię wibrującego wirusa z okolicy jego środka ciężkości tak długo, aż mikroorganizm znajdzie się w najniższym możliwym stanie energetycznym. Gdy już tak się stanie, będzie gotowy do przyjęcia superpozycji. Tę można uzyskać wysyłając foton w kierunku pułapki. Foton zostanie jednocześnie odbity od pułapki i trafi do niej, wprowadzając ją w superpozycję. To z kolei powinno spowodować, że uwięziony wirus będzie jednocześnie znajdował się w najniższym stanie energetycznym i jakimś wyższym stanie energetycznym. Opracowali naprawdę sprytny eksperyment i, jak sądzę, możliwy do przeprowadzenia - chwali swoich niemieckich kolegów Peter Knight z Imperial College London. Romero-Isart już spekuluje, że podobnemu eksperymentowi uda się poddać niesporczaki, bardzo małe zwierzęta wodne, które są w stanie przeżyć w bardzo niekorzystnych warunkach.

Jednym z najważniejszych i najtrudniejszych zadań, z jakimi musi się zmierzyć ekipa ratowników docierających na miejsce katastrofy, jest szybkie odnalezienie poszkodowanych wymagających natychmiastowej pomocy. Problem ten może już niedługo pozostać przykrym wspomnieniem dzięki wynalazkowi rozwijanemu przez badaczy z firmy Boeing oraz Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Problem z odszukaniem najbardziej poszkodowanych wynika z faktu, iż wielu rannych nie jest w stanie wezwać pomocy, a nawet jeżeli osoby te zdają się być w dość dobrym stanie, nie daje to gwarancji, że nie doszło u nich do poważnych uszkodzeń wewnętrznych. Rozwiązaniem tego problemu może być aparat do szybkiej oceny czynności układu krążenia. Prototyp opracowany przez amerykańskich ekspertów działa w oparciu o laserową wibrometrię dopplerowską. Technika ta, stosowana obecnie m.in. w wykrywaczach min oraz niektórych przyrządach lotniczych, polega na ocenie szybkości ciał na podstawie pomiaru ich wibracji. W przypadku układu krążenia źródłem drgań jest, oczywiście, bijące serce, wprawiające krew w ruch o niejednostajnym, pulsującym rytmie. Najlepszą jakość sygnału udaje się uzyskać podczas obserwacji szyi, gdyż przebiegają tam duże, dobrze "widoczne" tętnice szyjne. Odczyty o zadowalającej jakości udaje się jednak uzyskać także podczas obserwacji głowy, podbrzusza, a nawet stóp. Wibrometr radzi sobie także w warunkach dalekich od idealnych, np. wtedy, gdy poszkodowany jest ubrany w wiele warstw ubrań. Pierwszy egzemplarz urządzenia jest w stanie ocenić stan pacjenta w czasie 30 sekund, zaś jego zasięg wynosi około 4 metrów. Niestety, aparat jest dość duży i mierzy ok. 38x21x15 cm, w związku z czym konieczna będzie jego miniaturyzacja. Mimo to, wynalazcy nie tracą optymizmu. Ich zdaniem, komercjalizacja przyrządu powinna nastąpić już w przyszłym roku.

Jak przekazać komuś na odległość, że chce się z nim spędzić resztę życia, gdy nie ma się do dyspozycji poczty ani dostępu do Internetu? Słonie afrykańskie wykorzystują w tym celu... "pozytywne wibracje". Mówiąc ściślej, wytwarzają drgania gruntu, które mogą przebyć kilka kilometrów i dotrzeć do odległego adresata. U ludzi sprawa wydaje się prosta: sygnałem o gotowości do zbliżenia są czułe słowa lub dotyk. Z pewnością jest to przyjemne, lecz u słoni nie znalazłoby zastosowania ze względu na stosunkowo niskie zagęszczenie osobników. Zamiast tego, wytwarzają one drgania gruntu, które mogą być odebrane nawet z odległości kilku kilometrów. Za ich odbiór odpowiadają dwa układy: jeden zlokalizowany w stopach i drugi, znajdujący się w uchu środkowym. Niezwykły system działa dzięki zestrojeniu kości zwierzęcia z drganiami gruntu wywołanymi przez "miłosne wibracje". W tym przypadku sygnał jest odbierany przez podeszwę stopy, a następnie przekazywany za pośrednictwem kości aż do ucha środkowego. Druga, niezależna metoda detekcji drgań jest oparta na wyjątkowo wysokiej czułości stóp słoni. Dzięki wyspecjalizowanym komórkom, ogromne ssaki są w stanie wykryć najdrobniejsze ruchy podłoża. Jeśli mają one odpowiednią częstotliwość, są traktowane jako sygnał gotowości do rozrodu. Sam fakt celowego wytwarzania i odbierania drgań ziemi został odkryty wiele lat temu, lecz dopiero teraz udało się zidentyfikować precyzyjnie struktury anatomiczne odpowiedzialne za to niezwykłe zachowanie. Nigdy dotąd nie udało się także wyjaśnić niektórych zachowań słoni. Ustawiają się w taki sposób, który najbardziej odpowiada przewodzeniu [dźwięku] przez kości, nie zaś mechanizmowi somatosensorycznemu [czyli bezpośredniemu odbiorowi wibracji przez stopy - przyp. red.] - tłumaczy dr Caitlin O'Connell-Rodwell z Uniwersytetu Stanforda, autorka odkrycia. Swoje wnioski badaczka opiera na badaniach prowadzonych w Namibii. Wykorzystywała w nich głośniki, które wytwarzały jednocześnie dźwięki i drgania sejsmiczne, które nagrano uprzednio podczas obserwacji samic słoni afrykańskich w okresie rui. Zwabione samce ustawiały się zawsze prostopadle do kierunku rozchodzenia się dźwięków. To nie przypadek - ustawienie obojga uszu równolegie do kierunku propagacji fali pozwala na dokładniejsze określenie miejsca jej emisji. W przypadku metody somatosensorycznej idealna byłaby pozycja równoległa do kierunku rozchodzenia się fali, gdyż odległość między przednimi i tylnymi łapami jest wówczas większa, niż pomiędzy prawą i lewą stroną ciała zwierzęcia. Im dalej zaś są położone od siebie dwa "odbiorniki", tym dokładniej można ustalić położenie źródła sygnału. Wydawać by się mogło, że to dość skomplikowany mechanizm, lecz... na tym nie koniec. Po wstępnym namierzeniu samicy, samiec przyciska do ziemi także swój tułów. W ten sposób może odebrać wibracje z jeszcze większą czułością, co zwiększa prawdopodobieństwo na wykonanie poprawnego "pomiaru". Dalsze badania dr O'Connell-Rodwell wykazały, że reakcja samca na charakterystyczne wibracje zależała od poziomu hormonów płciowych. Zwierzęta, które wyraźnie szykowały się do rozrodu, natychmiast ustawiały się w sposób optymalny dla odbioru sygnałów. Pozostałe zwyczajnie ignorowały je i odchodziły od wodopoju. A co z samicami? One także odbierają sygnały wysyłane przez osobniki męskie, a do tego wszystko wskazuje na to, że to one inicjują kontakt. Do odbioru sygnałów znacznie rzadziej wykorzystują jednak własny tułów - zamiast tego korzystają wyłącznie z mechanizmu somatosensorycznego oraz detekcji drgań przewodzonych przez kości. Trzeba przyznać, że szukanie partnera na odległość wymaga nie lada odwagi... przecież tyle razy ostrzegano nas, że nigdy nie wiadomo, kto jest po drugiej stronie ;-)

Chociaż naukowcy nie są pewni, czy wirusy można uznać za formę życia, poświęcają sporo czasu na wynajdywanie nowych metod ich zabijania. Najnowszy sposób na pozbycie się niebezpiecznych cząstek materii organicznej to wibracje. Badacze z Arizona State University posłużyli się modelem matematycznym, aby znaleźć częstotliwości, które mogą doprowadzić do unieszkodliwienia prostych wirusów. Odpowiednio dobrane wibracje potrafią bowiem uszkodzić kapsyd (białkową powłokę) wirusa, bez której ten ostatni nie może atakować komórek. Praca Amerykanów pozwoli lepiej wykorzystać inne niedawne odkrycie, dzięki któremu wiemy, że impuls światła laserowego odpowiednio dobranej częstotliwości potrafi wywołać opisane wibracje. Jeśli znana jest częstotliwość rezonansowa, do zniszczenia wirusa wystarcza wygenerowanie serii impulsów świetlnych o tej częstotliwości i wypełnieniu 25%. Problemem było jednak znalezienie właściwej częstotliwości – szukano jej metodą prób i błędów. Dzięki wspomnianemu modelowi można ją znaleźć poprzez analizę wibracji każdego spośród milionów atomów wirusowej powłoki. Naukowcy musieli rozwiązać także inny problem: symulacja tak dużej liczby atomów pochłaniałaby kilkaset terabajtów pamięci operacyjnej komputera. Na szczęście znaleźli oni znacznie mniej pamięciożerną metodę wykonania obliczeń. Dla pokazania możliwości modelu, badacze obliczyli najskuteczniejszą częstotliwość dla wirusa nekrozy tytoniu (60 GHz). Obecnie pracują oni nad analizą bardziej skomplikowanych powłok, a ponadto zastanawiają się, jak za pomocą wysokich częstotliwości likwidować wirusy znajdujące się w ludzkim ciele. Gra jest warta świeczki, ponieważ metoda ta nie szkodzi normalnym komórkom (wpadają one w rezonans przy znacznie niższych częstotliwościach), a ponadto wirusy raczej nie będą w stanie wykształcić odporności na ultradźwięki.

Potrząsanie myszą zapobiega przybieraniu na wadze. W ramach, delikatnie mówiąc, nietypowych eksperymentów naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Nowego Jorku na krótki czas umieszczali zwierzęta na wibrującej platformie. Zabieg ten ograniczał ponoć rozwój komórek tłuszczowych aż o 20%. Studium trwało 4 miesiące. Wielu ekspertów odnosi się sceptycznie zarówno do planu badań, jak i wyciągniętych na tej podstawie wniosków. Dlatego chcieliby się dowiedzieć, czy udałoby się je powtórzyć. Wcześniejsze eksperymenty Clintona Rubina wykazały, że u zwierząt umieszczanych na drgającej płytce dochodzi do wzmocnienia kośćca. Wg Rubina, wibracje doprowadzają w jakiś sposób do tego, że komórki macierzyste szpiku przekształcają się w komórki kostne. W artykule opublikowanym pod koniec zeszłego roku w Journal of Clinical Investigation Amerykanin dywagował, że te same komórki mogą też mieć zdolność przeobrażania się w komórki tłuszczowe. Wyciągnął z tego prosty wniosek, że potrząsanie myszą zapobiegnie zwiększaniu się masy ciała, wpływając za to korzystnie na kondycję kości. Aby przetestować tę hipotezę, zespół Rubina napromieniował zwierzęta, eliminując w ten sposób ich własne komórki szpikowe. Następnie przeprowadzono zabieg przeszczepu od myszy wytwarzającej wewnątrz komórek (także szpiku) fluoryzujące na zielono białka. Potem przez 6 tygodni połowę zoperowanych gryzoni codziennie na 15 minut stawiano na drgającej 90 razy na sekundę płytce (przyspieszenie wynosiło 0,2 G). U osobników tych w tkance tłuszczowej występowało mniej jarzących się na zielono komórek. W drugiej części eksperymentu myszy wytrząsano nie przez 6, lecz przez 15 tygodni. Po upływie tego czasu skany wykazały, że na ich tułowiu występuje o 27% mniej tłuszczu niż w grupie kontrolnej. Amato Garcia z Uniwersytetu Stanforda podkreśla, że takie oddziaływanie na komórki jest możliwe, ponieważ są one wyposażone w różnego rodzaju receptory, które mogą także reagować na zmiany ciśnienia powstające podczas drgań. Inni zgłaszają wątpliwości. Przypominają, że nie kontrolowano m.in. ilości pożywienia konsumowanego przez obie grupy myszy. Bruce Spiegelman twierdzi ponadto, że fluoryzujące komórki w tkance tłuszczowej wcale nie musiały być zróżnicowanymi komórkami macierzystymi szpiku, ale komórkami układu odpornościowego. Powstają one w szpiku, a następnie dość często przebywają właśnie w tkance tłuszczowej. Rubin przyznaje, że nie ma pojęcia, czy eksperymentalna terapia sprawdziłaby się również w przypadku ludzi. Poza tym, wg niego, wibracje wpływają na tempo formowania się nowych komórek tłuszczowych, a nie na przemianę materii.