ნებისმიერ ბიოლოგიურ პროცესს ენერგია სჭირდება. დაწყებული ნეირონის იმპულსის წარმოქმნითა და ცილის სინთეზით, დასრულებული საჭმლის მონელებითა და სეირნობით, ენერგია მუდმივად მოძრაობს ორგანიზმის ყველა ნაწილში. უჯრედებში ენერგია სხვადასხვა ფორმით გადაადგილდება: ქიმიური, თერმული, მექანიკური ან ელექტრომაგნიტური სახით.
ამ ენერგეტიკულ ნაკადებთან დაკავშირებული მოლეკულური პროცესების აღმოჩენამ მეცნიერებაში მეტაბოლიზმის კვლევის მთელი სფერო შექმნა. მიუხედავად ამისა, ბიომედიცინის დიდ ნაწილში ჯანმრთელობისა და დაავადებების კვლევა მაინც ძირითადად გენებზე, ცილებსა და მოლეკულურ მექანიზმებზეა კონცენტრირებული, ხოლო ენერგიის დინამიკა ხშირად ყურადღების მიღმა რჩება.
ავტორები, მარტინ პიკარდ და ქირტოფერ კემპესი, ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნებულ სტატიაში აღნიშნავენ, რომ მათი აზრით, ბიომედიცინის მკვლევრებმა ენერგიას უფრო მეტი ყურადღება უნდა დაუთმონ. რატომ? იმიტომ, რომ მხოლოდ მოლეკულებზე ფოკუსირება არ არის საკმარისი იმის გასაგებად, თუ რა განსაზღვრავს ბიოლოგიურ პროცესებსა და დაავადებებს. როგორც გარდაცვლილი, ისე ცოცხალი ადამიანი ერთნაირი მოლეკულებისგან, უჯრედებისგან, ქსოვილებისა და ორგანოებისგან შედგება. მთავარი განსხვავება მათ შორის სწორედ ენერგიის ნაკადია.
მოლეკულური გზები, რომლებიც ბიოლოგიის სხვადასხვა პროცესს აკონტროლებს, ინდივიდებსა და სახეობებს შორის განსხვავდება, რადგან ისინი გენეტიკაზეა დამოკიდებული. ამიტომაც ხშირად ხდება, რომ დაავადების მოლეკულური მექანიზმები, რომლებიც ვლინდება თაგვებში, ბუზებში ან ზებრათევზებში, ადამიანებში იგივე შედეგს აღარ იძლევა. ენერგიის ქცევა კი ცოცხალ სისტემებში ფიზიკის ზოგად პრინციპებს ემორჩილება, რომლებიც სხვადასხვა სახეობაში საკმაოდ მსგავსად მოქმედებს.
მაგალითად, ეკოლოგიის მეტაბოლური თეორია ხსნის, რატომ ხარჯავენ დიდი ზომის ძუძუმწოვრების უჯრედები ენერგიას უფრო ნელა, ვიდრე მცირე ზომის ცხოველების უჯრედები. ამის მიზეზია ის, რომ საკვები ნივთიერებებისა და ჟანგბადის მიწოდება ფიზიკური შეზღუდვებით არის განსაზღვრული.
ჟანგბადის გადამტანი სისხლის უჯრედები მოძრაობენ სისხლძარღვებში, სადაც ჰიდრავლიკური წინააღმდეგობა არსებობს. შესაბამისად, დიდ სხეულში სისხლის უჯრედებს ოპტიმალურად გადაადგილებისთვის მეტი დრო სჭირდებათ, ვიდრე პატარა სხეულში. ეს პრინციპი გამოიყენება სხვადასხვა ფიზიოლოგიური, ეკოლოგიური და ევოლუციური მოვლენის ასახსნელად. მაგალითად, ის ხსნის, რატომ ცოცხლობენ დიდი ცხოველები ჩვეულებრივ უფრო დიდხანს და რატომ მრავლდებიან უფრო ნელა მცირე ზომის ცხოველებთან შედარებით.
ავტორთა მოსაზრებით, ჯანმრთელობისა და დაავადებების უკეთ გასაგებად პერსპექტიულია ე.წ. “ენერგეტიკული შეზღუდვების“ თეორიული ჩარჩოს განვითარება. ეს მიდგომა აღწერს, თუ როგორ ანაწილებენ ორგანიზმები თავიანთ შეზღუდულ ენერგიას სხვადასხვა უჯრედულ, ფიზიოლოგიურ და ქცევით პროცესს შორის. ის ორ ძირითად ფაქტს ეფუძნება.
პირველი: ყველა ორგანიზმის ენერგეტიკული რესურსი შეზღუდულია. შეუძლებელია, რომ უფრო მეტი საკვების მიღებამ ენერგიის რაოდენობა უსასრულოდ გაზარდოს. ფიზიკური შეზღუდვები, მაგალითად, ჰიდრავლიკა, განსაზღვრავს, თუ რა სისწრაფით შეიძლება მიეწოდოს ენერგია ორგანიზმს.
მეორე: თითოეულ სისტემასა და ფუნქციას ენერგიის გარკვეული რაოდენობა სჭირდება, რომლის შემცირება ყოველთვის მარტივად არ არის შესაძლებელი. მაგალითად, ტვინს სხეულის მთლიანი ენერგიის დაახლოებით 20% შეიძლება სჭირდებოდეს, ხოლო საჭმლის მონელებას – 10–15%.
თუ სხეულის ყველა სისტემა ერთდროულად მაქსიმალური დატვირთვით იმუშავებს, მათი ჯამური ენერგეტიკული მოთხოვნა მთლიან ენერგეტიკულ რესურსს გადააჭარბებს. ამიტომ, სხეულის ყველა სისტემა ერთდროულად სრულ დატვირთვაზე ვერ იმუშავებს. ორგანიზმს მუდმივად უწევს სხვადასხვა ფუნქციებს შორის ენერგიის გადანაწილება. თუ რომელიმე პროცესს ჩვეულებრივზე მეტი ენერგია სჭირდება, ეს ენერგია მან სხვა პროცესებიდან უნდა “აიღოს“. ასეთ გადაწყვეტილებებს ენერგეტიკულ კომპრომისებს უწოდებენ.
არსებობს მტკიცებულებები, რომ ეს ჩარჩო ბევრ ფიზიოლოგიურ მოვლენას ხსნის. მაგალითად, ახალგაზრდა ქალ სპორტსმენებს, როდესაც ისინი ძალიან ინტენსიურად ვარჯიშობენ, ზოგჯერ მენსტრუაცია უჩერდებათ. სავარაუდოდ, ორგანიზმი ენერგიას სპორტულ აქტივობაზე მიმართავს და რეპროდუქციული ფუნქციებისთვის ნაკლები რესურსი რჩება.
ანალოგიურად, ამაზონის შუარ ტომის ბავშვებში, რომლებიც ბავშვობიდან მუდმივად ებრძვიან ინფექციებსა და პარაზიტებს, ხშირად აღინიშნება ზრდის შეფერხება. იმუნური სისტემის ხანგრძლივ აქტივაციას შეიძლება იმდენი ენერგია სჭირდებოდეს, რომ ზრდისთვის ნაკლები რესურსი დარჩეს.
როდესაც ადამიანს ვირუსული ინფექცია აქვს, ის ხშირად თავს ცუდად გრძნობს, სახლში დარჩენა სურს და დროებით ცუდ განწყობასაც განიცდის. ეს შეიძლება ნაწილობრივ იმით აიხსნას, რომ იმუნური სისტემა ენერგიას აქტიურად იყენებს ინფექციასთან საბრძოლველად.
ნებისმიერი პროცესი – დაბერებიდან დაწყებული კიბოს ზრდით დასრულებული – რომელიც მნიშვნელოვან ენერგიას მოითხოვს, შეიძლება აიხსნას არა მხოლოდ მოლეკულური ცვლილებებით, არამედ ენერგეტიკული ფაქტორებითაც. თუ მკვლევრები თავიანთ სამუშაოს ენერგეტიკული კუთხით შეხედავენ, მათ შეიძლება დაავადებების პრევენციისა და მკურნალობის ახალი გზები აღმოაჩინონ.
მეცნიერებმა შეიძლება დაიწყონ მარტივი კითხვების დასმა:
-
რამდენ ენერგიას მოითხოვს ესა თუ ის ფუნქცია ან დაავადება?
-
რომელი სხვა პროცესები ეჯიბრება ამ ენერგიას?
-
არის თუ არა ეს მოვლენა ენერგეტიკული შეზღუდვის შედეგი?
-
რამდენ ენერგიას მოითხოვს მკურნალობის გვერდითი ეფექტები?
-
რომელი ქცევები შეიძლება ეჯიბრებოდეს ორგანიზმის ენერგიას გამოჯანმრთელების პროცესში?
რა თქმა უნდა, ყველა დაავადების ენერგეტიკული პერსპექტივიდან განხილვა ბევრ მეცნიერს შესაძლოა ზედმეტად გაბედულ ნაბიჯად მოეჩვენოს. მოლეკულურმა კვლევებმა მართლაც რადიკალურად შეცვალა ჩვენი ცოდნა ბიოლოგიის შესახებ და მათ გარეშე დღეს არ გვექნებოდა მრავალი წამალი ინფექციების, კიბოს ზოგიერთი ფორმისა და თრომბის წინააღმდეგ.
მაგრამ არსებობს სფეროები, სადაც მრავალწლიანი და ძვირადღირებული მოლეკულური კვლევების მიუხედავად, ეფექტიანი მკურნალობა ჯერ კიდევ არ გვაქვს. მაგალითად: ალცჰაიმერის დაავადება, ფსიქიკური ჯანმრთელობის ზოგიერთი პრობლემა და კიბოს გარკვეული ფორმები. შესაძლოა მომავალში ადამიანის ენერგეტიკული მდგომარეობა ჯანმრთელობის ისეთივე მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი გახდეს, როგორიც დღეს ვიტამინების დეფიციტი ან გენეტიკური მუტაციებია.
ენერგიაზე დაფუძნებული კვლევების ერთ-ერთი მთავარი გამოწვევა მისი გაზომვაა. ენერგია მუდმივად იცვლება უჯრედებში, ორგანოებსა და მთელ ორგანიზმში. მიუხედავად ამისა, უკვე არსებობს მეთოდები, რომლებიც ამის საშუალებას იძლევა. მაგალითად, კალორიმეტრიისა და იზოტოპური მარკირების ტექნიკით შესაძლებელია დავადგინოთ, თუ რამდენ ენერგიას ხარჯავს ადამიანი კონკრეტული აქტივობის დროს. ეს მეთოდები ზომავს ჟანგბადის მოხმარებასა და ნახშირორჟანგის წარმოქმნას წუთებიდან დღეებამდე პერიოდში, რაც შეიძლება შეფასდეს ადამიანის სუნთქვის ან შარდის ანალიზით.
მომავალში ამ ტექნიკის დახვეწამ მეცნიერებს შეიძლება საშუალება მისცეს, დეტალურად შეისწავლონ ენერგიის გადანაწილება სხვადასხვა ორგანოსა და პროცესს შორის. ასევე არსებობს ე.წ. “ენერგეტიკული წინააღმდეგობის“ მარკერები, რომლებიც აჩვენებს, თუ რამდენად ეფექტიანად მოძრაობს ენერგია ორგანიზმში. მაგალითად, ერთ უჯრედში ეს შეიძლება შეფასდეს NADH-სა და NAD⁺ მოლეკულების თანაფარდობით, ხოლო მთელ ორგანიზმში – სისხლში ლაქტატის ან GDF15 ცილის დონით.
თუ ენერგიის ნაკადებს უფრო ყურადღებით შევისწავლით, სხვადასხვა დაავადების სფეროში შეიძლება მნიშვნელოვანი აღმოჩენები გაკეთდეს.
-
კიბო: ყველა სიმსივნე მხოლოდ გენეტიკური მუტაციებით ვერ აიხსნება, რადგან ზოგჯერ კიბოს უჯრედები ასეთ ცვლილებებს საერთოდ არ შეიცავს. მაგრამ ყველა სიმსივნურ უჯრედს ერთი საერთო თვისება აქვს – ისინი ძალიან ბევრ ენერგიას მოითხოვენ, რადგან სწრაფად იზრდებიან და იყოფიან. შესაძლოა ენერგიის მოხმარების უკეთ გაგებამ დაგვეხმაროს ისეთი მეტაბოლური და კვებითი სტრატეგიების შექმნაში, რომლებიც სიმსივნურ უჯრედებს “შიმშილით დაასუსტებს“, ხოლო ჯანმრთელ ქსოვილებს ენერგიას შეუნარჩუნებს.
-
შიმშილი და პერიოდული მარხვა: ბევრი ცხოველი ავადმყოფობის დროს ნაკლებ საჭმელს იღებს. საჭმლის მონელებას ენერგია სჭირდება, ამიტომ საკვების დროებითი შეზღუდვა ზოგჯერ ენერგიის ეკონომიას იძლევა. ეს შესაძლოა ხსნიდეს იმას, თუ რატომ მოაქვს პერიოდულ მარხვას გარკვეული ჯანმრთელობის სარგებელი, მაგალითად, სისხლში შაქრის უკეთ კონტროლი და დაღლილობის შემცირება.
-
ალცჰაიმერის დაავადება: კვლევებმა აჩვენა, რომ ეს დაავადება დაკავშირებულია ინსულინის მიმართ რეზისტენტობასთან და ტვინის მეტაბოლური აქტივობის შემცირებასთან. შესაძლოა, დაავადებული ტვინის უჯრედები ენერგეტიკულ დატვირთვას განიცდიან, როდესაც მათ ჩვეულ ფუნქციებთან ერთად ცილების პათოლოგიურ დაგროვებასთან გამკლავებაც უწევთ. თუ მეცნიერები ამ პროცესის ენერგეტიკულ ფასს უკეთ გაიგებენ, შესაძლოა აღმოჩნდეს საერთო მექანიზმი ალცჰაიმერს, ფსიქიკურ დაავადებებსა და მეტაბოლურ სინდრომს შორის.
თუ მეცნიერები ენერგიის როლს უფრო აქტიურად გაითვალისწინებენ, შესაძლოა მომავალში კვლევების ნაწილი აღარ იყოს ორიენტირებული მხოლოდ მოლეკულური მექანიზმების აღწერაზე. ამის ნაცვლად, უფრო მეტი ყურადღება დაეთმობა ორგანიზმის ენერგეტიკულ ბალანსს, რაც შეიძლება გახდეს როგორც პრევენციის, ისე მკურნალობის ახალი საფუძველი.
თუ ენერგიის ეს განზომილება უყურადღებოდ დარჩება, არსებობს რისკი, რომ მეცნიერება ჩიხში შევიდეს და ცხოველურ მოდელებში მიღებული შედეგების ადამიანებზე გადატანა ვეღარ შეძლოს. ჯანმრთელობისა და დაავადებების სრულად გასაგებად საჭიროა ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტის გათვალისწინება: სიცოცხლე, საბოლოოდ, ენერგიის მუდმივი მოძრაობაა.
