Autentificare
Dacă ești abonat medichub.ro, autentificarea se face cu adresa de E-mail și parola pe care le utilizezi pentru a intra în platformă.
Abonează-te la „Viața medicală” ca să ai acces la întreg conținutul săptămânalului adresat profesioniștilor din Sănătate!
#DinRecunostinta
Căutare:
Căutare:
Acasă  »  LIFESTYLE  »  Hi-tech & Gadgets

Flexibilitate ştiinţifică şi descoperiri insolite

Viața Medicală
Dr. Aurel F. MARIN joi, 11 octombrie 2012

Profesorul australian Dirk van Helden este un reputat cercetător, ale cărui principale teme de interes sunt ritmicitatea contracţiilor limfatice, gastrice, cardiace sau uterine, dar şi ritmurile cerebrale, domenii în care a publicat numeroase lucrări în reviste internaţionale bine cotate.
Mai mult, a găsit şi aplicaţii practice pentru unele din descoperirile sale, precum un unguent indicat în faza de prim-ajutor, în urma muşcăturii de şarpe. Mai multe detalii în interviul realizat de dr. Aurel F. Marin în exclusivitate pentru „Viaţa medicală“.

Prof. dr. Dirk van Helden, de la University of Newcastle (Australia) este un reputat cercetător, ale cărui principale teme de interes sunt ritmicitatea contracţiilor limfatice, gastrice, cardiace sau uterine, dar şi ritmurile cerebrale, domenii în care a publicat numeroase lucrări în reviste internaţionale bine cotate. Mai mult, a găsit şi aplicaţii practice pentru unele din descoperirile sale, precum un unguent indicat în faza de prim-ajutor, în urma muşcăturii de şarpe*.
Ar fi, poate, de interes pentru publicul din ţara noastră, unde cercetarea este mai mult un subiect de discuţie decât o activitate reală, de adăugat că profesorul van Helden a obţinut, începând cu 1991, nu mai puţin de 76 de granturi de cercetare, cu o finanţare totală de peste 8,5 milioane de dolari australieni (peste 6,8 milioane de euro).
Prezent luna trecută la Bucureşti, profesorul australian a susţinut o conferinţă la Institutul Naţional „Victor Babeş“ Bucureşti, vizând ritmicitatea contracţiilor şi propagarea semnalului în muşchiul neted şi în cord. De aici a plecat, de altfel, şi conversaţia de mai jos.

 

   – Aţi prezentat o teorie interesantă, referitoare la oscilaţii, la cuplarea şi sincronicitatea lor. Desigur, există principiile fizicii privind cuplarea oscilaţiilor, dar cum sunt acestea translate într-un sistem biologic?
   – Sistemele oscilatorii cuplate sunt întâlnite frecvent. Ele au fost descoperite de Christiaan Huygens, un savant olandez. Mai aproape de noi, în prima parte a secolului trecut, B. van der Pol şi J. van der Mark au postulat că inima funcţionează ca un oscilator cuplat. Ideea lor a fost întâmpinată cu rezistenţă şi nu a fost dezvoltată. Mai târziu însă, a apărut ideea că tractul gastrointestinal ar funcţiona pe acelaşi principiu. Din cercetările noastre, am găsit un „ceas biologic“ intracelular, care se poate cupla, dar am elucidat şi mecanismul prin care anumiţi muşchi netezi se pot contracta ritmic şi am aprofundat cercetările în această privinţă asupra stomacului. La nivel gastric, am demonstrat că acest „ceas“ se sincronizează şi furnizează un curent electric care generează contracţiile ritmice.
   – Ce se întâmplă, de fapt, la nivel ultrastructural? Care este mecanismul ce stă la baza acestui „ceas“?
   – Reticulul endoplasmic este un organit celular. Corespondentul, în celula musculară, este reticulul sarcoplasmic – o serie de tuburi care se umplu cu ioni de calciu. Pompele specifice generează influxul de calciu în aceste tuburi, care au la capete, la intervale egale, un fel de „adâncituri“ – depozite. Acesta este locul în care se petrece acţiunea, acolo sunt pompele care asigură influxul de calciu extras din sarcoplasmă. Practic, întregul sistem se umple cu calciu în concentraţie foarte mare. Pe lângă pompa de calciu, există şi un canal de calciu, care asigură eliberarea ionilor. Vorbim, deci, de un sistem controlat intern, de influx şi eflux de calciu în aceste depozite, situate la distanţă de un micron unul de altul, în cadrul unei reţele de tuburi. Eliberarea calciului se poate face individual, din fiecare depozit, şi se produce cu ritmicitate. Sistemul funcţionează, practic, prin umplere lentă şi golire rapidă, ca un oscilator de relaxare. Activitatea este ritmică, iar frecvenţa depinde de viteza de umplere şi de cea de eliberare a calciului.
   – Şi cum se cuplează aceste sisteme oscilatorii?
   – Ne-am aflat sub presiunea de a demonstra că este vorba de oscilatoare cuplate, dincolo de a teoretiza pe această temă. Dacă vorbim de oscilatoare cuplate, trebuie să ne gândim la oscilatoare între care există o legătură. Aceasta este uşor de figurat prin arcuri. Întrebarea la care noi a trebuit să găsim răspunsul a fost, deci, care ar putea fi „arcul“ ce uneşte aceste sisteme oscilatorii. Huygens a observat primul cuplarea oscilatoarelor, notând sincronizarea a două pendule fixate una lângă cealaltă, pe acelaşi perete. El a demonstrat că forţa de cuplare era, în acel caz, reprezentată de vibraţia transmisă prin perete, între cele două ceasuri. În cazul nostru, ne-am gândit iniţial că forţa de cuplare ar putea fi eliberarea de calciu dintr-un depozit, ce difuzează către depozitele vecine, declanşând eliberarea ionilor de calciu din acestea. Dar, atunci când am realizat acest model experimental, împreună cu Mohammad Imtiaz, am realizat că nu astfel se face cuplarea respectivă. Am evaluat atunci un al doilea mecanism, electric. În membrana celulară apare o diferenţă de potenţial în urma eliberării calciului din depozite, iar această modificare a voltajului determină eliberarea în continuare a ionilor, printr-un feedback pozitiv. Iar curentul electric este de o mie de ori mai rapid decât difuzia, „arcul“ pe care îl căutam este, deci, mult mai puternic.
   – Aţi găsit, deci, mecanismul de cuplare a canalelor de calciu. Dar depozitele respective există doar în celulele cu contractilitate ritmică?
   – Nu, depozitele care eliberează calciul se găsesc în majoritatea celulelor. Dar voiam să vă spun că am demonstrat practic acest principiu prin decuplarea fizică a sistemelor oscilatorii, realizând înregistrări la nivelul întregii regiuni. Prin experiment şi modelare, am ajuns la convingerea că într-adevăr sistemul funcţionează astfel. Revenind la întrebare, dacă depozitele de calciu există în orice celulă, de ce nu sunt toate sistemele ritmice?… De exemplu, muşchiul scheletic sau miocardul au aceste depozite, dar dacă ar fi să aibă activitate spontană, ar fi un dezastru total. Biologia a găsit o metodă de a evita acest lucru, posibil prin localizarea depozitelor departe de membrana celulară sau prin prevenirea cuplării depozitelor. Muşchiul scheletic are un potenţial membranar de aproximativ –90 mV, în vreme ce o celulă cu activitate contractilă ritmică are un potenţial de –60 mV. La aceste valori, poate activa canalele dependente de voltaj, permiţând cuplarea. Dar la –90 mV, activarea nu este posibilă. La fel se întâmplă şi în miocard, cardiomiocitele au un potenţial de membrană mult mai scăzut decât celulele pacemaker din cord. Şi acesta e doar unul din mecanismele prin care biologia împiedică activitatea spontană a acelor sisteme.
   – Alte mecanisme potenţiale? În creier, de pildă, unde există deja o activitate electrică foarte intensă…
   – În creier, numeroase sisteme sunt active în mod spontan. De fapt, electroencefalograma este un amestec de ritmuri diferite. Creierul este fantastic de activ, dar există, probabil, o sumedenie de decuplări între sisteme – uşor de realizat cu nervii, unde unele grupe se sincronizează, altele nu – şi sunt destule exemple în care grupe care altfel nu sunt sincronizate devin sincronizate. Este un sistem cu adevărat fantastic… Probabil că aceasta va fi următoarea frontieră, să înţelegem ritmurile cerebrale şi cum se sincronizează ele. Am lucrat cu un sistem neuronal, locus ceruleus, implicat în stările de dispoziţie. John Williams şi Alan North au arătat că sistemul este sincronizat şi poate fi decuplat. Noi am încercat să găsim ritmicitatea activităţii acestui sistem şi s-a dovedit a nu fi vorba de acelaşi mecanism de care am vorbit mai devreme, ci de un oscilator din membrana celulară. Dar, indiferent de sistemul de bază, odată pornit, fiecare acţiune este ritmică, deci fiecare celulă oscilează şi, în anumite condiţii, se cuplează. Am început să ne gândim la aspecte patologice – şi aici e vorba de speculaţii – ca expresie a decuplării celulelor. Spre exemplu, în tulburarea bipolară, pacienţii se prezintă cu stări maniacale în crescendo, iar medicul psihiatru încearcă să le controleze. Dacă nu reuşeşte, pacientul poate trece foarte abrupt de la manie severă la depresie profundă. Ne gândim că ar putea fi vorba de un sistem oscilator care merge prea repede. Cu alte cuvinte, celule sunt sincronizate, dar frecvenţa activării este în creştere.
   – Adică se dereglează pacemakerul…
   – Da, şi dacă merge mult prea repede, oscilatoarele nu se mai pot cupla, deoarece ritmul este prea rapid pentru a mai funcţiona comunicarea dintre sisteme. Se desincronizează brusc şi sistemul ajunge într-o perioadă de linişte, iar clinic – persoana intră în depresie. Celulele se activează în continuare, dar nu mai există sincronizare. Este, cum spuneam, o speculaţie, dar ar trebui să ne gândim în termeni simpli.
   – Ar însemna că, aplicând un curent electric, s-ar putea, eventual, reinduce sincronicitatea sistemului?
   – Absolut. Cum văd eu lucrurile: pacientul intră în depresie, iar psihiatrul îi schimbă medicaţia. Dacă aceasta dă roade sau evoluţia naturală ia acest curs, atunci pacientul îşi poate reveni, sistemul se sincronizează din nou şi revine faza maniacală. Aceşti pacienţi pot evolua de la o extremă la alta, mai degrabă decât să progreseze gradual de la un stadiu la următorul. Nu spun că aşa se întâmplă întotdeauna, dar, un astfel de caz este, de fapt, un excelent model pentru explicaţia aceasta. Poate că e greşit, dar este un mod simplu de a înţelege lucrurile şi trebuie să începem cu astfel de abordări, altfel nu vom ajunge nicăieri.
   – În ce ţesuturi aţi studiat sincronicitatea acestor sisteme oscilatorii cuplate?
   – Iniţial, am fost foarte interesat de venule, am început prin a observa activitatea depozitelor de calciu la nivelul acestora. Apoi, în timp ce realizam înregistrări ale activităţii venulelor, atenţia mi-a fost atrasă în vecinătate, de contracţia spontană a limfaticelor. „Ce se întâmplă acolo?“ Lucram cu un fiziolog cunoscut, David Hirst. Şi el mi-a spus că nimeni nu ştie foarte bine. Atunci mi-am propus să studiez vasele limfatice, care apoi aveau să mă fascineze. Astfel am ajuns să observ felul în care depozitele intracelulare pot impune activitatea ritmică a unui ţesut.
   – Vorbim de un pacemaker intrinsec…
   – În limfatice, da. În stomac, însă, avem celulele interstiţiale Cajal. Nu avem vreo dovadă că ar exista vreo altă celulă în vasele limfatice, care să condiţioneze cuplarea. Nu ştim încă, dar credem că muşchiul este propriul său pacemaker. Există şi alte celule care joacă un rol în această ritmicitate a contracţiilor, dar credem că rolul lor este de a îmbunătăţi conectivitatea, facilitând ritmul propriu muscular. Imagistica prin care am urmărit ionii de calciu nu a evidenţiat alte celule direct implicate.
   – Spuneaţi de stomac şi de celulele interstiţiale Cajal, prezente în întreg tractul gastrointestinal. Ce rol joacă aceste celule?
   – Am început să lucrez pe acest subiect în 1994, când eram în Japonia. Am găsit atunci că depozitele de calciu stăteau la baza contractilităţii gastrice, asemănător limfaticelor. Se părea că mecanismul ar fi unul ubicuitar. Nu ştim însă sigur cum acţionează celulele interstiţiale Cajal (ICC) în tractul gastrointestinal, fie prin recrutarea musculară, fie prin conducerea contracţiilor. Credem că a doua explicaţie este mai plauzibilă, dat fiind că ICC formează o reţea densă. Noi ne-am concentrat pe ICC intramusculare şi pe rolul acestora în ritmicitatea contracţiilor. Este posibil ca ICC din plexuri să aibă un rol suplimentar, de întărire a contracţiilor, sau să fie dominante, atunci când sunt prezente…
   – Aţi încercat să îndepărtaţi ICC din ţesut, pentru a vedea ce se întâmplă?
   – Există studii de acest fel, iar muşchiul rămâne activ spontan, prin acţiunea canalelor de calciu.
   – Şi contracţiile sunt identice?
   – Nu se mai contractă fără ICC, ceea ce indică foarte clar rolul lor de pacemaker.
   – Referindu-ne la miocard acum, inima are nu unul, ci mai multe structuri de tip pacemaker, la diferite niveluri…
   – Aici ar fi loc de discuţie, cel puţin pentru iniţierea contracţiilor. Nu-mi imaginez cum o singură celulă ar putea porni întreg sistemul. Eu văd lucrurile astfel: câteva celule oscilează, apoi oscilaţiile se cuplează şi apoi semnalele se propagă. Altfel, nu ar fi un voltaj suficient pentru a porni sistemul. Odată pornit, cu siguranţă, conducerea se face pe baza potenţialelor de acţiune, probabil prin reţeaua pacemaker: nodul sinoatrial activează nodul atrioventricular, apoi fasciculul His. Dar mecanismul de pacemaker, în sine, este controlat prin cel puţin două mecanisme – oscilatoarele clasice, de membrană, şi sigur de depozitele intracelulare de calciu. Acestea acţionează simbiotic şi probabil că sunt ţinte diferite ale influxului nervos – inervaţia simpatică nu acţionează primar decât asupra depozitelor.
   – Sunteţi la Bucureşti, aţi susţinut o conferinţă la Institutul „Victor Babeş“. Cu siguranţă, cunoaşteţi descrierea telocitelor ca un nou tip celule interstiţiale, altele decât ICC. Ar putea avea telocitele un rol de pacemaker?
   – De fapt, acesta este unul din motivele pentru care am venit la Bucureşti, doresc să aflu mai multe despre telocite. Din studiile noastre pe vasele limfatice, ne-a fost greu să ne dăm seama ce rol au celelalte celule de la acel nivel. E foarte posibil ca telocitele să fie implicate în conectarea diverselor structuri din muşchiul neted, crescând eficienţa sistemului.
   – E o teorie…
   – Sigur, e o posibilitate, nu ştim mai mult. Dar e plăcut să ajungi în inima „ţării telocitelor“… Este o oportunitate deosebită pentru noi.
   – Referindu-ne la potenţialele aplicaţii ale sincronicităţii contracţiilor musculare netede, cum puteţi utiliza cunoştinţele deja acumulate prin cercetarea fundamentală, în practica clinică?
   – Unul din obiectivele noastre era acela de a găsi o terapie pentru limfedem. Am început prin a căuta agenţi care să amelioreze funcţia limfatică. Problema, în multe cazuri de limfedem, este că sunt abolite contracţiile vasului. Se crede, în general, că ar fi vorba de un blocaj, dar, la fel de bine, poate că diverse leziuni afectează funcţia limfaticelor. De exemplu, iradierea plexului brahial… Nervii sunt esenţiali pentru funcţia limfatică. Am început, aşadar, prin a testa substanţe care să amelioreze fluxul limfatic. Şi ne-am gândit că, poate, veninul de şarpe conţine activatori. Am studiat, deci, veninul unui şarpe foarte periculos, şarpele brun(Pseudonaja textilis) şi alte câteva. Veninul de şarpe are molecule foarte mari, care nu pot ajunge în circulaţie decât prin vasele limfatice. Speram să găsim un accelerator, în venin, care să scurteze tranzitul veninului prin limfatice. Nu a fost cazul, frica fiind probabil cel mai bun accelerator, însă am găsit un agent protector, un blocant al receptorilor muscarinici de la nivelul endoteliului limfatic. Principiul este următorul: prin muşcătură, sunt distruse terminaţii nervoase, care conţin acetilcolină; aceasta este eliberată interstiţial şi ajunge în circuitul limfatic. La acel nivel, stimulează receptorii muscarinici endoteliali, ceea ce duce la eliberarea oxidului nitric, având ca efect dilatarea vasului şi pierderea contractilităţii acestuia. Am presupus că acesta este un mecanism important, dacă este blocat de veninul şarpelui, care astfel îşi protejează „livrarea“ pe care o face prin intermediul vaselor limfatice. Am schimbat atunci abordarea şi am vrut să vedem ce se întâmplă dacă aplicăm un donor de oxid nitric pe piele, dacă putem opri cumva mecanismul protector din veninul de şarpe. Sigur nu va fi de folos în limfedem, dar poate să fie util în muşcăturile de şarpe.
   – Aţi trecut în extrema cealaltă…
   – Flexibilitate ştiinţifică, nu-i aşa? Am căutat şi am găsit o cremă deja disponibilă pe piaţă, indicată în cu totul alt scop. Am încercat acel unguent în două studii, unul pe şobolani, cu venin, celălalt pe subiecţi umani, cu un trasor limfatic. Am observat că aplicaţiile topice deasupra locului muşcăturii au ca efect reducerea cu 300% a debitului limfatic. La şobolanii la care am aplicat acest tratament, timpul de supravieţuire, după injectarea veninului, a fost cu 50% mai mare. Credem că această cremă ar putea fi foarte utilă la om.
   – Orice venin de şarpe conţine un blocant muscarinic?
   – Nu pot afirma asta, dar noi am studiat mai multe tipuri de venin. Cu siguranţă că sunt multe.
   – Bănuiesc că nici nu contează foarte mult, atâta vreme cât crema activează eliberarea de oxid nitric la nivelul vasului limfatic şi se obţine limfoplegie.
   – Aşa este, nu contează, efectul este acelaşi: scade debitul limfatic local şi le oferă celor muşcaţi de şarpe mai mult timp pentru a obţine ajutor. Desigur, aici mai este loc şi de o altă discuţie. Dacă veninul este foarte toxic, distrugerile tisulare sunt importante. Dar alegerea ar fi între membrul inferior şi viaţă…
   – Revenind la limfedem, aţi găsit vreo soluţie?
   – Evident că soluţia de care spuneam anterior nu poate da rezultate în limfedem. Cu toate acestea, studiul nostru arată cât sunt de accesibile vasele limfatice, prin intermediul pielii. Suntem foarte siguri, în prezent, şi deja am obţinut unele rezultate cu unii agonişti, că putem controla activitatea limfatică şi creşte debitul acestora. Însă trebuie să identi­ficăm agentul perfect, care să acţioneze doar la nivelul vaselor limfatice, fără alte efecte secundare, precum hipertensiunea arterială.
   – Dar studiile acestea au fost realizate pe subiecţi normali, cu vase integre. În limfedem, există deja o patologie subiacentă, ceea ce ar putea să afecteze absorbţia unui medicament aplicat topic.
   – Cu siguranţă că ar fi afectată, iar vasele limfatice ar putea fi într-atât de afectate încât să nu mai răspundă. Suntem încă departe de a fi găsit o soluţie. Dar cred că importanţa limfaticelor subcutanate este subestimată. Este un capitol prea puţin studiat, spre exemplu nu se pune prea mult accentul pe importanţa integrităţii nervoase pentru fluxul limfatic.
   – Poate fi limfedemul rezultatul pierderii pacemakerului, aşa cum se întâmplă în tractul gastrointestinal, în acalazia cardiei, de exemplu?
   – Absolut! Exact acesta este mecanismul. Tocmai de aceea este atât de important să înţelegem mecanismul de funcţionare al pacemakerului. Noi ţintim acest mecanism, pentru că dereglarea pacemakerului duce la pierderea funcţiei de pompă. Vasele limfatice propulsează conţinutul în două moduri: prin comprimarea vaselor limfatice în timpul contracţiilor musculare, al diverselor mişcări.
   – Un mecanism pasiv…
   – Iar al doilea mod este unul activ, de pompă. Acesta este cel mai important, deoarece am devenit tot mai sedentari. Din fericire, rămâne activ mecanismul muscular şi există tehnici prin care pacienţii cu limfedem pot învăţa să maximizeze aportul acestuia, prin masaj. Revenind însă la cauzele limfedemului, pierderea funcţiei de pompă este cea mai plauzibilă. Obstrucţia nu explică bine patologia, deoarece limfa are tendinţa de a forma alte canale destul de repede, în cazul în care întâlneşte un baraj. Cu alte cuvinte, în limfedem vorbim de afectarea unităţii limfatice, prin lezarea nervului sau de alte cauze.
   – Cum vedeţi lucrurile evoluând din acest stadiu?
   – Muşcăturile de şarpe sunt o problemă de sănătate publică în ţările în curs de dezvoltare. Aproximativ 100.000 de oameni mor anual din această cauză, iar 400.000 ajung la amputaţii, în toată lumea. Colaborăm, în prezent, cu alţi cercetători interesaţi de domeniu şi împreună vom încerca, pe principiul opririi fluxului limfatic, să dezvoltăm noi soluţii terapeutice. Într-o primă fază, acestea vor încetini limfa, pentru ca o altă clasă de substanţe, administrate tot prin aplicaţii topice, să neutralizeze veninul. Dacă vom reuşi să inactivăm agenţii necrotizanţi, metaloproteinazele din venin, atunci prelungirea timpului de intervenţie în caz de muşcătură de şarpe ar putea să fie salvatoare de vieţi, dar şi de membre. De partea cealaltă, cu limfedemul, încercăm să înţelegem cât mai bine mecanismele, rolul şi importanţa nervilor…
   – Controlul nervos asupra limfaticelor este atât de important?
   – Da, chiar dacă literatura de specialitate este foarte săracă la acest capitol.
   – Adică aţi găsit variaţii importante prin denervarea vaselor limfatice?
   – Da, am făcut acest studiu pe şobolani şi ne pregătim să publicăm rezultatele. Diferenţele sunt uriaşe. Eu sunt surprins că acest aspect nu este aproape deloc abordat în literatură. Sigur, se ştie că inervaţia joacă un rol, dar subiectul pare ignorat şi nu înţeleg de ce. Până şi vasele limfatice mari sunt jalnic reprezentate în majoritatea tratatelor.
   – Într-adevăr, nici în facultate nu se insistă prea mult pe limfatice.
   – Cei mai mulţi medici nici măcar nu ştiu că vasele limfatice sunt active spontan, se cunoaşte doar mecanismul pasiv… Sunt foarte multe aspecte care nu au fost explorate încă, deci pentru noi e o bună oportunitate de cercetare.

 

*A pharmacological approach to first aid treatment for snakebite. Saul ME, Thomas PA, Dosen PJ, Isbister GK, O’Leary MA, Whyte IM, McFadden SA, van Helden DF.
Nat Med. 2011 Jun 26;17(7):809-11

Ilustraţiile provin din colecţia prof. dr. Dirk van Helden şi prezintă contracţii ale va­selor limfatice (obţinute cu substanţă de contrast) la animale de laborator.

Abonează-te la Viața Medicală

Dacă vrei să fii la curent cu tot ce se întâmplă în lumea medicală, abonează-te la „Viața Medicală”, săptămânalul profesional, social și cultural al medicilor și asistenților din România!
  • Tipărit + digital – 200 de lei
  • Digital – 129 lei
Titularii abonamentelor pe 12 luni sunt creditați astfel de:
  • Colegiul Medicilor Stomatologi din România – 5 ore de EMC
  • Colegiul Farmaciștilor din România – 10 ore de EFC
  • OBBCSSR – 7 ore de formare profesională continuă
  • OAMGMAMR – 5 ore de EMC
Află mai multe informații despre oferta de abonare.