Informácie

Zabíja mechanický šok zvieratá?

Zabíja mechanický šok zvieratá?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Počul som, že strata krvi zabíja zastrelené zvieratá, veľa. Ale párkrát som počul, že mechanický šok zabíja zvieratá. Napríklad v tomto videu (začne sa hrať na správnom mieste; relevantné od 14:35 do 15:03).

Táto strata krvi zabíja zviera sa zdá byť celkom zrejmá, pretože mozog nemôže fungovať bez prísunu kyslíka a nemôže byť zásobovaný kyslíkom, ak nie je k dispozícii žiadna krv, ktorá by kyslík prenášala.

Ak je mechanický šok aplikovaný na hlavu, zdá sa to tiež trochu rozumné. Hádam sa môže stať, že šok zničí cievy v mozgu. Ale inak ako na strelu do hlavy: Existuje biologický dôvod, prečo zviera nemohlo pokračovať v živote po tom, čo utrpelo mechanický šok v dôsledku zasiahnutia malým projektilom (zasiahnutie nákladným vozidlom, ktoré je schopné zrýchliť celé zviera, nie? počítať)?


S malým projektilom vždy získate určitý druh strihových síl: priamo zasiahnuté tkanivá sa zrýchlia rýchlejšie ako susedné tkanivá atď. To môže spôsobiť roztrhnutie mnohých tkanív, vrátane krvných ciev, ale aj iných tkanív.

V kontexte mozgu sú účinky traumatického poranenia mozgu stálou oblasťou výskumu, pozri napríklad tu.


Proteíny tepelného šoku

Abstrakt

Proteíny tepelného šoku (HSP) sú špecifické proteíny, ktoré sa vyrábajú, keď sú bunky krátkodobo vystavené teplotám vyšším ako je ich normálna teplota rastu. Syntéza HSP je univerzálny jav, ktorý sa vyskytuje u všetkých študovaných rastlinných a živočíšnych druhov vrátane ľudí. HSP sú tiež tvorené prokaryotickými bunkami, konkrétne bakteriálnymi a archaeanskými. Pretože HSP môžu byť tiež indukované oxidantmi, toxínmi, ťažkými kovmi, voľnými radikálmi, vírusmi a inými stresovými faktormi, niekedy sa im hovorí „stresové proteíny“. Väčšina HSP je molekulárnych chaperónov, ktoré normálne podporujú vlastnú montáž novo syntetizovaných polypeptidových reťazcov proteínov do natívnej priestorovej štruktúry, zostavenie ich komplexov a ich transport cez membrány, ako aj ich účasť na transdukcii signálu. Neletálne zvýšenie teploty nad fyziologickú normu biologického druhu potláča syntézu bielkovín v bunke, aktivuje faktor tepelného šoku (HSF) a zvyšuje transkripciu génov tepelného šoku, pričom vystavenie letálnej teplote iniciuje apoptózu alebo programovanú bunkovú smrť. HSP zase inhibujú apoptózu a poskytujú bunkám tepelnú stabilitu, ak sa znova objaví stres. Chaperóny pritom zabraňujú ireverzibilnej agregácii rozložených proteínov a pomáhajú pri obnove ich natívnej štruktúry a/alebo degradácii denaturovaných proteínov. Odozva na tepelný šok je oslabená, keď sa bunka vráti do normálu po odstránení stresu, HSF sa transformuje do svojej neaktívnej formy a je transportovaný do cytoplazmy a v promotoroch génov kódujúcich HSP sa akumulujú „záložkové preiniciačné komplexy“. Polymorfizmy génu HSP sú spojené so zápalovými, autoimunitnými, kardiovaskulárnymi a neurodegeneratívnymi ochoreniami a nakoniec so starnutím.


Zabíja mechanický šok zvieratá? - Biológia

(Toto je môj vstup do prvého “special edition ” of The Giant ’s Shoulders, daboval “The Leviathan ’s Shoulders ”, s dôrazom na oceány a život v oceáne. Príspevok je vlastne o riečnom tvorovi, ale hej, je to stále vodné!)

Strávil som veľa času rozprávaním o Michaelovi Faradayovi (1791-1867) a jeho vedeckých úspechoch na tomto blogu. Jeho dôkladné skúmanie povahy elektriny a magnetizmu vydláždilo cestu pre celú modernú elektromagnetiku aj optiku a je právom považovaný za jedného z najväčších experimentátorov všetkých čias. Medzi jeho monumentálne diela patrí pozorovanie, že meniace sa magnetické polia indukujú elektrické polia (elektromagnetická indukcia) a pozorovanie, že polarizácia svetla môže byť ovplyvnená aplikovaným magnetickým poľom (Faradayova rotácia).

Hoci je prirodzené myslieť na Faradaya ako na samotného výskumníka elektriny, v jeho dobe sa štúdium elektriny spájalo s takmer každým aspektom prírodných vied. Koncom 18. storočia Luigi Galvani ukázal, že amputované žabie stehno sa môže pohybovať pomocou elektrickej stimulácie, čím demonštruje spojenie medzi biologickou funkciou a elektrinou. V roku 1800 bolo známe, že chemické reakcie môžu byť vyvolané elektrinou, v procese známom ako elektrolýza Faraday sám publikoval základné výsledky o elektrolýze v roku 1834. Elektrina mohla byť spojená s termodynamikou pozorovaním, že elektrický prúd ohrieva drôt, ktorým prechádza ( Jouleovo zahrievanie) bol tento proces dosť záhadný, pretože ani pôvod tepla (atómový pohyb) ani elektriny (elektrónov) nebol stanovený vo Faradayovom čase.

Elektrinu bolo možné vyrábať atmosférickými, chemickými a mechanickými prostriedkami a nebolo vôbec zrejmé, že tieto rôzne zdroje sú prejavmi rovnakého základného elektrického javu. (V skutočnosti sám Faraday vykonal značné množstvo výskumov, aby dokázal, že všetky formy elektriny sú v skutočnosti rovnaké.)

Od výskumného pracovníka v oblasti elektriny sa preto dá očakávať, že urobí nájazdy do celkom rozmanitých oblastí štúdia. V roku 1839 Faraday publikoval vedecké výsledky jedného zo svojich výpadov, “Všimnutie si charakteru a smeru elektrickej sily Gymnotu, ” vo Filozofických transakciách Kráľovskej spoločnosti (s. 1–12).

Čo je “Gymnotus ”? Zdá sa, že taxonómia druhu sa v priebehu rokov zmenila, ale v súčasnosti sa zdá, že odkazuje na to, čo bolo známe ako Gymnotus electricusalebo elektrický úhor (zdroj obrazu):

V modernej taxonómii je elektrický úhor Electrophorus electricus, a je súčasťou väčšej rodiny Gymnotidae (fishfish), ktorá zahŕňa aj všetky druhy, ktoré sú teraz zaradené do rodu Gymnotus. Všetky nožnice majú špeciálne bioelektrické orgány, aj keď elektrický úhor (v skutočnosti nie “eel ”) je jediný, ktorý vyvinul tieto elektrické orgány ako zbraň na lov.

Elektrický úhor je sladkovodná ryba nachádzajúca sa vo vodách juhoamerických riek, najmä riek Amazonky a Orinoka. Môžu dosiahnuť dĺžku až 8 stôp a hmotnosť 45 libier a dýchajú vzduch a#8212 často vychádzajú na povrch, aby prehltli vzduch.

Úhory sa živia takmer všetkými malými tvormi, ktoré môžu dostať: predovšetkým rybami, ale aj obojživelníkmi, vtákmi a dokonca aj malými cicavcami. Sú schopní omráčiť svoju korisť (a odraziť predátorov) generovaním značného elektrického šoku a rozdielom potenciálu až 600 voltov, čo by za správnych okolností mohlo byť pre človeka potenciálne smrteľné. Tieto šoky sú produkované špecializovanými orgánmi v úhoroch, ktoré obsahujú bunky nazývané elektrocyty, z ktorých každý funguje ako malá batéria obsahujúca asi 0,15 voltový potenciálový rozdiel. Úhor má zhruba 6 000 týchto elektrocytov a ich elektrickú energiu je možné ľubovoľne uvoľniť.

Štúdium tvorov, ako je úhor elektrický, bolo pre výskumníkov z Faradayovej doby osobitným záujmom, pretože poskytovali pohľad na fungovanie živých tvorov. Vedci už dlho predpokladali, že elektrina hrá v nervovom systéme zásadnú úlohu, aj keď presná povaha Táto úloha bola stále kontroverzná. Citujem Faradayov úvod (všetky odkazy a citácie boli kvôli prehľadnosti odstránené):

Aj keď sú nám zákony a javy elektriny zrejmé v anorganickej alebo mŕtvej hmote, ich záujem je sotva možné porovnať s tým, čo sa spája s rovnakou silou, keď je spojené s nervovým systémom a so životom, a napriek nejasnosti, ktorá pre súčasnosť obklopuje predmet, môže na čas tiež zakryť jeho dôležitosť, každý pokrok v našich znalostiach o tejto mocnej sile vo vzťahu k inertným veciam pomôže rozptýliť túto temnotu a výraznejšie stanoviť prevyšujúci záujem tejto veľmi vysokej vetvy Fyzikálna filozofia. Skutočne sme len na prahu toho, o čom môžeme bez prezieravosti veriť, že je človeku dovolené vedieť o tejto veci a mnohí významní filozofi, ktorí pomáhali pri objasňovaní tejto témy, to pocítili, ako je veľmi zrejmé z ich spisov. do posledného momentu, kedy je to tak.

Ako ukazuje vyššie uvedená pasáž, Faraday bol nielen úžasným experimentátorom, ale bol aj skvelým spisovateľom.

Na rozdiel od mnohých iných svojich diel však Faraday neprebiehal úplne novým smerom, ako sám poznamenal:

Existencia zvierat, ktoré sú schopné otrasom živého systému ako elektrický stroj, voltážna batéria a hromová búrka, o ktorých sa dozvedeli od našich spoločností RICHER, S ’GRAVESENDE, FIRMIN, WALSH, HUMBOLDT, & ampc . A tak začalo byť stále dôležitejšie identifikovať živú silu, ktorú majú, s tou, ktorú môže človek vyvolať z inertnej hmoty, a ktorú pomenoval elektrina. S Torpedom sa to podarilo k dokonalosti a smer prúdu sily určili zjednotené a postupné práce WALSH, CAVENDISH, GALVANI, GARDINI, HUMBOLDT a GAY-LUSSAC, TODD, Sir HUMPHRY DAVY, Dr. DAVY, BECQUEREL a MATTEUCCI.

Na rovnaký účel sa experimentovalo aj s Gymnotusom a výskumy WILLIAMSONA, GARDENA, HUMBOLDTA, FAHLBERGA a GUISANIHO zašli veľmi ďaleko v tom, že ukázali identitu elektrickej sily v tomto zvierati s elektrinou vybudenou bežnými prostriedkami a dvaja ďalší filozofi dokonca získali iskru.

“torpedo ” je ďalší termín pre elektrický lúč, rod lúčov, ktoré môžu, podobne ako elektrický úhor, vytvárať chvenie na lov alebo obranu. Torpéda sú morské živočíchy rôznych druhov so širokým geografickým rozšírením, pričom najväčšie exempláre dokážu vyvolať otras až 220 voltov, čo je výrazne menej ako úhor. Faraday však poznamenáva, že torpédo je menej odolné stvorenie, ktoré len zriedka prežije dlho v zajatí,

Získať Gymnoti bolo teda vecou dôsledkov a keďže som bol poctený veľmi milou komunikáciou od baróna HUMBOLDTA, podnietil som sa v roku 1835 na koloniálny úrad, kde mi bola sľúbená všetka pomoc pri obstaraní niektorých tieto ryby a neustále očakávajú, že budú dostávať správy o nich alebo o samotných zvieratách.

Šťastie bolo s Faradayom a čoskoro mu bol ponúknutý exemplár na štúdium:

V poslednej dobe pán PORTER do tejto krajiny priniesol Gymnotus a kúpili ho majitelia galérie na ulici Adelaide: okamžite mi najliberálnejšie ponúkli slobodu experimentovania s rybami na vedecké účely, na ktorý čas ju umiestnili výlučne na mám k dispozícii, že (v súlade s pokynmi HUMBOLDT ’S) nemusí dôjsť k narušeniu jeho právomocí: iba chcem, aby som mal ohľad na jeho život a zdravie. Neváhal som využiť ich želanie presadzovať záujmy vedy as veľkou vďakou som ich ponuku prijal. S týmto Gymnotom, s láskavou pomocou pána BRADLEYHO z Galérie, pána GASSIOTA a občas aj iných pánov, ako sú profesori DANIELL, OWEN a WHEATSTONE, som získal všetky dôkazy o identite jeho sily s bežnou elektrinou. Všetky tieto boli získané predtým s Torpedom a niektoré, ako šok, okruh a iskra, s Gymnotom, ale napriek tomu si myslím, že krátky prehľad výsledkov bude pre Kráľovskú spoločnosť prijateľný a dám ich podľa potreby. predbežné experimenty k vyšetrovaniam, ktoré dúfame, že zavedú, keď dorazí očakávaný prísun zvierat.

Faraday bol veľmi dôkladný experimentátor, hoci jeho pozorovania neboli nevyhnutne prelomové, chcel poskytnúť podrobnosti, aby budúci výskumníci mohli potvrdiť jeho výsledky a zbytočne ich neduplikovať. V rovnakom duchu neskôr rozprával o svojich neúspešných pokusoch o prepojenie gravitácie a elektriny.

Faraday začína svoju správu popisom samotného zvieraťa a jeho stavu, keď ho dostal:

Ryba je dlhá štyridsať palcov. Chytili ho asi v marci 1838, bol prinesený do galérie 15. augusta, ale od jeho zajatia až do 19. októbra sa už neživil. Od 24. augusta dával pán BRADLEY večer do vody trochu krvi, ktorá bola na druhý deň ráno vymenená za čerstvú, a tak zviera snáď dostalo nejakú potravu. 19. októbra zabila a zjedla štyri malé ryby, odvtedy bola krv prerušená a zviera sa odvtedy zlepšuje a skonzumuje v priemere jednu rybu denne*.

* Jedené ryby boli gudgei, kapry a ostrieže.

Podľa pokynov, ktoré dostal od ostatných, bol opatrný, aby zviera nevyčerpával častým testovaním:

Prvýkrát som s tým experimentoval 3. septembra, keď bol zjavne malátny, ale spôsobil silné šoky, keď boli ruky priaznivo naklonené k telu. Experimenty sa uskutočňovali v štyroch rôznych dňoch, pričom medzi nimi bola povolená prestávka od mesiaca do týždňa. Zdá sa, že jeho zdravie sa neustále zlepšuje a práve v tomto období, medzi tretím a štvrtým dňom experimentu, začal jesť.

Pri prvom čítaní tohto odseku som urobil dvojitý záber: Faraday otestoval šokujúcu schopnosť úhora položením holých rúk na ňu. Pamätajte si, že toto je zviera, ktoré produkuje viac ako 600 voltov na šok, Faraday zjavne nefungoval podľa žiadnych pokynov OSHA!

Ruky by však boli pre množstvo testov neadekvátnym meracím zariadením, preto boli vyvinuté ďalšie nástroje:

Okrem rúk boli použité dva druhy zberačov. Jeden druh pozostával z medenej tyče dlhej pätnásť palcov s medeným kotúčom s priemerom jeden palec a pol na tvrdo spájkovaným na jednom konci a medeného valca, ktorý slúžil ako držadlo s veľkým kontaktom s rukou, pripevnené k druhému. Tyč od disku smerom hore je dobre pokrytá hrubou kaučukovou rúrkou, ktorá izoluje túto časť od vody. Podľa nich bolo možné zistiť stavy jednotlivých častí rýb vo vode.

Ostatné druhy zberačov boli určené na to, aby splnili ťažkosti, ktoré predstavuje úplné ponorenie rýb do vody, a to dokonca aj vtedy, keď sa získala samotná iskra. Nemyslel som si, že by som oprávnil požiadať o odstránenie kachľového zvieraťa do vzduchu. Medená platňa osem palcov dlhá a dva a pol široká široká, bola ohnutá do sedlového tvaru, aby mohla prechádzať cez rybu a uzatvárať určitý rozsah chrbta a bokov, a bol k nej prispájkovaný hrubý medený drôt. Na prenos elektrickej sily do experimentálneho prístroja sa cez sedlo navliekol plášť z plátkového kaučuku, pričom okraje vyčnievali zospodu a konce sa zbiehali tak, aby do určitej miery zapadali do tela ryby a spodné okraje boli pritlačené k akémukoľvek vodorovnému povrchu, na ktorý boli umiestnené sedlá. Časť drôtu, ktorá môže byť vo vode, bola pokrytá kaučukom.

“Caoutchouc” je iný názov pre indickú gumu a slúžil ako izolant. Môj hrubý náčrt tohto druhého zberateľa je uvedený nižšie:

Gumový plášť a spodné okraje umožnili rybám dobrú izoláciu od vody, zatiaľ čo “clamped ” v zariadení:

Tieto vodiče umiestnené nad rybu zhromaždili energiu dostatočnú na vytvorenie mnohých elektrických efektov, ale keď, ako pri získavaní iskry, boli potrebné všetky možné výhody, potom sa na dno vody umiestnili sklenené dosky a ryby boli nad nimi. vodiče sa naň dávali, kým spodné okraje kaučuku neležali na skle, takže časť zvieraťa v kaučuku bola teda takmer rovnako izolovaná, ako keby bol Gymnotus vo vzduchu.

Faradayove lopatky slúžili takmer ako “reverzné” defibrilačné lopatky, ktoré prenášali náboj od cieľ namiesto toho do cieľ!

Faradayove počiatočné testy zahŕňali demonštráciu, že elektrina vyrobená Gymnotusom má rovnakú povahu ako všetky ostatné známe formy elektriny. To zahŕňalo ukazovanie, že elektrina Gymnotus’ dokáže vykonávať rovnakú sadu “trikov” ako iné zdroje:

Šok. Šok tohto zvieraťa bol veľmi silný, keď boli ruky umiestnené do priaznivej polohy, t.j. e. jeden na tele v blízkosti hlavy a druhý v blízkosti chvosta, čím bližšie boli ruky pri sebe v určitých medziach, tým menší bol šok. Diskové vodiče veľmi dobre prenášali šok, keď boli ruky navlhčené a aplikované v tesnom kontakte s valcovými držadlami, ale len málokedy, ak boli rukoväte držané v suchých rukách bežným spôsobom.

Galvanometer. Pomocou sedlových vodičov nanesených na prednú a zadnú časť Gymnotusu bol galvanometer ľahko zasiahnutý. Nebolo to zvlášť jemné, pretože zinkové a platinové platne na hornej a dolnej ploche jazyka nespôsobili trvalé vychýlenie viac ako 25°, no pri silnom výboji bola odchýlka až 30°, a to v jednom prípad dokonca 40 °. Odchýlka bola neustále v danom smere, elektrický prúd bol vždy z predných častí zvieraťa cez drôt galvanometra do zadných častí. Prvé boli preto na čas externe pozitívne a druhé negatívne.

Výroba magnetu. Keď bola do obvodu vložená malá špirála obsahujúca dvadsaťdva stôp hodvábneho drôtu navinutého na brko a do špirály bola umiestnená žíhaná oceľová ihla, z ihly sa stal magnet a smer jej polarity v každom prípade naznačoval prúd. z predných do zadných častí Gymnotus cez použité vodiče.

Chemický rozklad. Polárny rozklad roztoku jodidu draselného sa dá ľahko dosiahnuť. Tri alebo štyri záhyby papiera navlhčeného v roztoku sa umiestnili medzi platinovú platňu a koniec drôtu tiež z platiny, pričom tieto boli spojené s dvoma sedlovými vodičmi. Kedykoľvek bol drôt v spojení s vodičom na prednom diele Gymnotu, jód sa objavil na jeho konci, ale keď bol spojený s druhým vodičom, na mieste na papieri, kde sa predtým objavil, sa nevyvinul žiadny. Aby sa tu opäť ukázal smer prúdu ako u predchádzajúcich testov.

Týmto testom som porovnal strednú časť ryby s ostatnými časťami pred ňou a za ňou a zistil som, že vodič A, ktorý bol priložený do stredu, bol záporný voči vodiču B priloženým na predné časti, bol naopak pozitívne, keď bol B aplikovaný na miesta blízko chvosta.Takže v určitých medziach sa stav ryby zvonka v čase šoku javí ako taký, že akákoľvek daná časť je negatívna pre ostatné časti pred ňou a pozitívne pre tie, ktoré sú za ňou.

Vývoj tepla. S použitím termoelektrometra HARRIS’S pána GASSIOTA sme si mysleli, že v jednom prípade, a to, že pri vychýlení galvanometra o 40° sme schopní pozorovať slabé zvýšenie teploty. Sám som nástroj nepozoroval a jeden z tých, ktorí najprv verili, že vidia účinok, teraz pochybuje o výsledku.

Spark. Takto bola získaná elektrická iskra. Dobrá magneto-elektrická cievka s jadrom z mäkkého železného drôtu mala jeden koniec rýchlo pripevnený na koniec jedného zo sedlových kolektorov a druhý pripevnený k novému oceľovému pilníku bol ďalší pilník rýchlo pripevnený na koniec druhého zberateľ. Jedna osoba potom pretrela hrot jedného z týchto súborov cez tvár druhému, zatiaľ čo druhá osoba položila zberače na rybu a snažila sa ju podnietiť k činnosti. Trením pilníkov sa veľmi často vytváral a lámal kontakt a cieľom bolo zachytiť moment prúdu cez drôt a špirálu a prerušením kontaktu počas prúdu urobiť elektrinu senzitívnou ako iskra. Iskra sa získala štyrikrát a takmer všetci prítomní ju videli. To, že to nebolo spôsobené obyčajným opotrebovaním dvoch hromád, sa ukázalo tým, že k nemu nedošlo, keď sa pilníky šúchali o seba nezávisle od zvieraťa. Odvtedy som za dolný pilník nahradil otočný oceľový plech, na jeho povrchu brúsený pilník, a za horné pilníkové drôty zo železa, medi a striebra, u ktorých bola získaná iskra.

Tieto testy stanovili nielen identitu nárazu Gymnotus ’ s bežnou elektrickou energiou, ale poskytli aj prehľad o mieste pôvodu náboja a smere toku. V podstate Gymnotus pôsobí ako dlhá voltaická hromada s kladným koncom na hlave. Keď sa šok uvoľní, prúd prúdi z hlavy do chvosta (zdroj obrázku úhora):

Jednou z veľkých výziev výskumu elektriny vo Faradayovej ére bol nedostatok všeobecne akceptovaných štandardných jednotiek a takéto jednotky by neboli formalizované až do konca 19. storočia (a tento príbeh sa objaví v neskoršom blogovom príspevku). To najlepšie, čo môžu výskumníci ako Faraday urobiť, je zmerať silu elektrických signálov v porovnaní s niektorým existujúcim a známym elektrickým zdrojom:

Myslím si, že niekoľko ďalších, ale krátkych podrobností o experimentoch týkajúcich sa množstva a rozloženia elektriny v tomto nádhernom zvierati ao tomto nádhernom zvierati nebude v tomto krátkom prehľade jeho síl na mieste.

Keď je šok silný, je to podobné ako s veľkou batériou Leyden nabitou na nízky stupeň alebo s dobrou voltovou batériou, ktorá má asi sto alebo viac párov dosiek, z ktorých je obvod dokončený iba na chvíľu. Snažil som sa vytvoriť si predstavu o množstve elektriny spojením veľkej batérie Leyden s dvoma mosadznými guľami s priemerom viac ako tri palce umiestnenými sedem palcov od seba vo vani s vodou, aby mohli predstavovať časti Gymnotu, ku ktorým kolektory boli aplikované, ale na zníženie intenzity výboja boli inde v okruhu vložené osem palcov dlhé šesťkrát hrubšie zmáčané reťazce, čo sa považovalo za potrebné, aby sa zabránilo ľahkému vzniku iskier na koncoch kolektorov , keď boli aplikované vo vode blízko loptičiek, tak ako predtým na ryby. Keď to bolo takto usporiadané, keď bola batéria silne nabitá a vybitá a ruky vložené do vody v blízkosti loptičiek, bolo cítiť šok, ktorý sa veľmi podobal tomu od rýb, a hoci experimenty nemajú žiadny nárok na presnosť, napriek tomu napätie mohlo byť do určitej miery napodobňovaný odkazom na viac-menej pripravenú produkciu iskry a potom použiť šok na označenie, či množstvo bolo približne rovnaké, myslím, že môžeme dospieť k záveru, že jediné stredné vypustenie ryby je pri najmenej rovnaká ako elektrická energia z batérie Leyden z pätnástich pohárov obsahujúcich 3500 štvorcových palcov skla potiahnutého na oboch stranách, nabitého na najvyšší stupeň. Tento záver rešpektujúci veľké množstvo elektriny v jednom šoku Gymnotus je v dokonalom súlade so stupňom vychýlenia, ktoré môže spôsobiť ihla galvanometra, a tiež s množstvom chemického rozkladu produkovaného pri elektrolytických experimentoch.

Vďaka takýmto vyhláseniam si ešte viac vážim úspechy vedcov ako Faraday, ktorí sa dokázali dozvedieť toľko o fyzickom svete, počnúc tak málo základnými princípmi!

Faraday sa tiež zaujímal o to, ako sa elektrina pohybuje od hlavy k chvostu ryby cez vodu*, a navrhol sériu meraní, aby to študoval:

Keďže v momente, keď ryba chce šok, sú predné časti kladné a zadné záporné, možno usúdiť, že cez každú časť vody, ktorá zviera obklopuje, preteká prúd z prvej do druhej. značnú vzdialenosť od svojho tela. Šok, ktorý je pociťovaný, keď sú ruky v najpriaznivejšej polohe, je teda dôsledkom veľmi malej časti iba elektriny, ktorú zviera v súčasnosti vypúšťa, zďaleka najväčšej časti prechádza okolitou vodou. Tento obrovský vonkajší prúd musí byť sprevádzaný nejakým účinkom v rybe, ktorý je ekvivalentný prúdu, ktorého smer je od chvosta k hlave a ktorý sa rovná súčtu všetkých týchto vonkajších síl. Či proces evolúcie alebo vzrušenia elektrickej energie v rybách zahŕňa produkciu tohto vnútorného prúdu (ktorý nemusí byť nevyhnutne taký rýchly a okamžitý ako externý), nemôžeme v súčasnosti povedať, ale v čase šoku zviera zrejme necíti elektrický vnem, ktorý spôsobuje vo svojom okolí.

Faraday používa nasledujúci rozkošný diagram, ktorý má čitateľovi pomôcť predstaviť si jeho popis:

Nemôžem urobiť nič lepšie, ako jednoducho citovať jeho vysvetlenie experimentov:

Pomocou sprievodného diagramu uvediem niekoľko experimentálnych výsledkov, ktoré ilustrujú prúd okolo rýb, a ukážem príčinu rozdielu v charaktere šoku spôsobeného rôznymi spôsobmi, akými je osoba spojená so zvieraťom, alebo jeho postavenie sa vzhľadom na to zmenilo. Veľký kruh predstavuje vaňu, v ktorej je zviera uzavreté, jeho priemer je štyridsaťšesť palcov a hĺbka vody v ňom tri palce a pol je podopretá na suchých drevených nohách. Obrázky predstavujú miesta, kde boli použité ruky alebo vodiče disku, a kde sú v blízkosti postavy zvieraťa, znamená to, že došlo k kontaktu s rybou. Označím rôzne osoby podľa A, B, C a podobne, A je osoba, ktorá vzrušila rybu k akcii.

Keď bola jedna ruka vo vode, šok bol cítiť iba v tejto ruke, akákoľvek časť ryby, na ktorú bola aplikovaná, nebola veľmi silná a bola iba v časti ponorenej do vody. Keď bola ruka a časť ramena dnu, šok bol cítiť vo všetkých ponorených častiach.

Keď boli obe ruky vo vode v tej istej časti ryby, šok bol stále pomerne slabý a iba v častiach ponorených. Ak boli ruky na opačných stranách, ako na 1, 2 alebo na 3, 4 alebo 5, 6, alebo ak bola jedna v tej istej časti hore a druhá nižšie, účinok bol rovnaký. Keď boli zberače diskov použité v týchto polohách, osoba, ktorá ich držala, nepocítila žiadny účinok (a to zodpovedá pozorovaniu GAY-LUSSAC na torpédoch), zatiaľ čo ostatné osoby s oboma rukami v určitej vzdialenosti od ryby cítili značné šoky.

Keď boli obe ruky alebo kotúčové zberače aplikované na miestach oddelených časťou dĺžky zvieraťa, napríklad 1, 3 alebo 4, 6 alebo 3, 6, potom došlo k silným otrasom siahajúcim po ramenách a dokonca aj na prsníka experimentátora, hoci iná osoba s jednou rukou na ktoromkoľvek z týchto miest sa cítila pomerne málo. Náraz mohol byť dosiahnutý v častiach veľmi blízko chvosta, ako pri 8, 9. Myslím, že bol najsilnejší asi pri 1 a 8. Keď sa ruky priblížili k sebe, účinok sa zmenšil, až kým nebol v rovnakej priečnej rovine. , ako už bolo popísané, rozumné len v častiach ponorených.

B položil ruky na 10, 11, najmenej štyri palce od ryby, zatiaľ čo A sa dotkol zvieraťa sklenenou tyčinkou, aby ho nabudilo k činnosti B, rýchlo dostalo silný šok. V inom experimente podobného druhu, pokiaľ ide o nutnosť dotýkať sa rýb, niekoľko osôb dostalo šoky nezávisle od seba, takže A bolo pri 4, 6 B pri 10, 1 C pri 16, 17 a D v 18, 19. všetci boli šokovaní naraz, A a B veľmi silne, C a D slabo. Pri experimentovaní s galvanometrom alebo inými prístrojovými zariadeniami je veľmi užitočné, aby jedna osoba držala ruky vo vode v primeranej vzdialenosti od zvieraťa, aby vedela a poskytla informácie, keď došlo k vybitiu.

Keď mal B obe ruky na 10, 11 alebo 14, 15, zatiaľ čo A mal iba jednu ruku na 1, alebo 3 alebo 6, prvý pocítil silný šok, zatiaľ čo druhý mal len slabý, hoci bol v kontakte s rybou. Alebo ak mal A obe ruky na 1, 2 alebo 3, 4 alebo 5, 6, efekt bol rovnaký.

Ak mal A ruky 3, 5, B 14, 15 a C 16, 17, A dostal najsilnejší šok, B ďalší silný a C najslabší.

Keď A vzbudil Gymnota rukami o 8, 9, zatiaľ čo B o 10, 11, druhý mal oveľa silnejší šok ako prvý, hoci prvý sa dotkol a vzrušil zviera.

A vzrušil rybu jednou rukou na 3, zatiaľ čo B mal obe ruky na 10, 11 (alebo pozdĺž) a C mal ruky na 12, 13 (alebo naprieč) A mal pichací šok v ponorenej ruke, len B mal a silný náraz do rúk C cítil, ale mierny účinok v ponorených častiach.

Experimenty, ktoré som práve opísal, sú takej povahy, že vyžadujú veľa opakovaní, kým sa všeobecné výsledky z nich získané môžu považovať za zavedené, ani nepredstieram, že hovorím, že sú niečím viac než len naznačením smeru sily. Nie je vôbec nemožné, že ryba môže mať schopnosť vrhnúť každý zo svojich štyroch elektrických orgánov oddelene do činnosti, a tak do určitej miery usmerniť šok, tj. Môže mať schopnosť spôsobiť, že elektrický prúd bude vychádzať z jedného strane a súčasne uvedie druhú stranu svojho tela do takého stavu, že bude v tomto smere ako nevodivý. Ale myslím si, že zdanie a výsledky sú také, že zakazujú domnienku, že má akúkoľvek kontrolu nad smerom prúdov potom, čo vstúpili do tekutiny a látok okolo neho.

Tieto experimenty sú fascinujúce a vytvárajú zábavný obraz: Faraday a až traja asistenti opakovane strkajú ruky do vody a makajú**. (Nemôžem si pomôcť, ale nedokážem si predstaviť, ako Faraday hovorí ako Christopher Guest v tomto klasickom videoklipe: “Čo ti to urobilo? Povedz mi. A pamätaj, že je to pre potomkov, takže buď úprimný. Ako sa cítiš?” )

Okrem štúdia elektrických síl Gymnotusu sa Faraday oddával aj niektorým amatérskym pozorovaniam správania:

Tento Gymnotus môže omračovať a zabíjať ryby, ktoré sú v rôznych pozíciách, než je jeho vlastné telo, ale jedného dňa, keď som ho videl jesť, sa mi jeho pôsobenie zdalo zvláštne. Živá ryba dlhá asi päť palcov, ulovená nie pol minúty predtým, bola spustená do vane. Gymnotus sa okamžite otočil takým spôsobom, že vytvoril zvitok obklopujúci rybu, ktorý predstavoval priemer naprieč ním, prešiel nárazom a v okamihu bola ryba nehybne zasiahnutá, akoby bleskom, uprostred. vody, jeho strana sa vznáša ku svetlu. Gymnotus urobil jednu alebo dve zákruty, aby vyhľadal svoju korisť, ktorú, keď zistil, že zasiahol, a potom začal hľadať ďalšie. Bola mu daná druhá menšia ryba, ktorá bola zranená pri transporte, ale javila len malé známky života, a to ihneď prehltol, zrejme bez toho, aby to šokoval. Zvinutie Gymnota okolo jeho koristi malo v tomto prípade každý dojem, že je z jeho strany úmyselné, aby sa zvýšila sila šoku, a akcia je na tento účel evidentne mimoriadne vhodná, pretože je v úplnom súlade so studňou. -známe zákony vypúšťania prúdov v masách vodivých látok a aj keď ryba túto umelosť nemusí vždy uviesť do praxe, je veľmi pravdepodobné, že si je vedomá jej výhod a v prípade potreby sa k nej môže uchýliť.

Gymnotus sa zdá byť rozumný, keď šokoval zviera, pričom si ho bol vedomý pravdepodobne mechanickým impulzom, ktorý dostane, spôsobeným kŕčmi, do ktorých je uvrhnutý. Keď som sa ho dotkol rukami, dával mi šok za šokom, ale keď som sa ho dotýkal sklenenými tyčami alebo izolovanými vodičmi, udelil jeden alebo dva výboje, ktoré ostatní cítili tak, že majú ruky na diaľku, ale potom prestal. pôsobiť tak, ako keby si bol vedomý, že nemá požadovaný účinok. Opäť, keď bol niekoľkokrát dotknutý vodičmi, na experimentoch na galvanometri alebo inom zariadení, a zdá sa, že je lenivý alebo ľahostajný a nie je ochotný dávať šoky, ale dotýkajú sa ho rukami, kŕčovitým pohybom, informovali ho, že je prítomná citlivá vec, a on rýchlo ukázal svoju silu a ochotu prekvapiť experimentátora.

Na záver svojho článku Faraday vysvetľuje, že porozumenie Gymnotu by mohlo mať dôsledky pre porozumenie všetkým živým tvorom:

Poznamenal to GEOFFROY ST. HILAIRE, že elektrické orgány rýb Torpedo, Gymnotus a podobných rýb nemožno považovať za bytostne spojené s tými, ktoré majú vysoký a priamy význam pre život živočícha, ale patria skôr k bežným obalom a má tiež bolo zistené, že také torpéda, ktoré boli zbavené používania svojich zvláštnych orgánov, pokračovali v životných funkciách rovnako dobre ako v tých, v ktorých im bolo dovolené zostať. Tieto skutočnosti, spolu s inými úvahami, ma vedú k tomu, aby som sa pozrel na tieto časti s nádejou, že sa pri dôkladnom skúmaní môžu ukázať ako druh prírodného aparátu, pomocou ktorého môžeme pri vyšetrovaní uplatňovať zásady akcie a opakovanej akcie. povaha nervového vplyvu.

Anatomický vzťah nervového systému k elektrickému orgánu, evidentné vyčerpanie nervovej energie počas výroby elektriny v tomto orgáne, zdanlivo ekvivalentná výroba elektriny v pomere k množstvu nervovej sily spotrebováva konštantný smer produkovaného prúdu s jeho vzťah k tomu, o čom sa môžeme domnievať, že je rovnako konštantný smer nervovej energie, ktorá sa súčasne spúšťa do činnosti, ma vedie k presvedčeniu, že to nie je nemožné, ale že pri prechode elektriny na silu cez orgán dôjde k spätnej reakcii. môže dôjsť k nervovému systému, ktorý k nemu patrí, a že možno dôjde k obnove, vo väčšej alebo menšej miere, k tomu, čo zviera vynaloží pri vzrušujúcom prúde v noci. Máme analógiu vo vzťahu k teplu a magnetizmu. SEEBECK nás naučil, ako dochádzať k teplu na elektrickú energiu, a spoločnosť PELTIER nám v poslednom čase na to dala prísny opak a ukázala nám, ako premeniť elektrickú energiu na teplo vrátane vzťahu tepla a chladu. OERSTED ukázal, ako by sme mohli prevádzať elektrickú energiu na magnetické sily, a mal som radosť z pridania druhého člena celého vzťahu opätovnou reakciou a premenou magnetickej sily na elektrickú. Možno teda v týchto orgánoch, kde príroda poskytla aparát, pomocou ktorého môže zviera vyvíjať a premieňať nervovú na elektrickú silu, dokážeme z tohto pohľadu disponovať silou ďaleko presahujúcou silu samotných rýb. -previesť elektrický prúd na nervovú silu.

Niekomu sa to môže zdať veľmi divoký pojem, pretože predpokladať, že nervová sila je do určitej miery analogická s takými silami, akými sú teplo, elektrina a magnetizmus. Predpokladám to však len ako dôvod na uskutočnenie určitých experimentov, ktoré podľa toho, či dávajú pozitívne alebo negatívne výsledky, budú regulovať ďalšie očakávania. A pokiaľ ide o povahu nervovej energie, jej namáhanie, ktoré je prenášané nervami do rôznych orgánov, ktoré excitujú do činnosti, nie je priamym princípom života, a preto nevidím žiadny prirodzený dôvod, prečo by nám nemalo byť dovolené v určitých prípadoch určiť, ako aj sledovať jeho priebeh. Mnoho filozofov si myslí, že silou je elektrina. PRIESTLEY predložil tento názor v roku 1774 vo veľmi nápadnej a zreteľnej forme, pokiaľ ide o bežné zvieratá aj tie, ktoré sú elektrické, ako napríklad Torpedo. Dr. WILSON PHILIP sa domnieva, že činidlom v určitých nervoch je elektrina modifikovaná životne dôležitým pôsobením. MATTEUCCI si myslí, že nervová tekutina alebo energia, v nervoch patriacich prinajmenšom k elektrickému orgánu, je elektrina. MM. PREVOST a DUMAS zastávajú názor, že elektrina sa pohybuje v nervoch patriacich svalom a M. PREVOST uvádza krásny experiment, pri ktorom bola magnetizovaná oceľ, na dôkaz tohto názoru, ktorý, ak by to malo byť potvrdené ďalším pozorovaním a inými filozofmi , je nanajvýš dôsledkom pokroku v tejto vysokej oblasti znalostí. Teraz, keď ešte nie som presvedčený faktami, že nervová tekutina je iba elektrina, stále si myslím, že činiteľom v nervovom systéme môže byť anorganická sila, a ak existujú dôvody predpokladať, že magnetizmus je vyšší vzťah sily ako elektrinu, takže si možno dobre predstaviť, že nervová sila môže byť ešte vznešenejšieho charakteru, a predsa v dosahu experimentu.

V týchto odsekoch je veľa diskusií, ktoré sa pokúsim zhrnúť. Mnoho vedcov z Faradayovej éry silne podozrievalo (správne), že nervový systém poháňaný elektrickou energiou alebo inými slovami, že elektrina je „životným princípom“#8221. Toto podozrenie vyvolal okrem iného už spomínaný Galvaniho výskum. Faraday nebol ochotný ísť tak ďaleko, že by sa k ľudskému telu správal ako k čisto elektrickému zariadeniu, ale domnieval sa, že “nervous fluid ” môže byť ďalšou základnou silou, ktorá podlieha zákonom rovnako ako elektrina, magnetizmus a gravitácia. Nervová sila by potom mohla byť spojená s elektrinou, rovnako ako magnetizmus je spojený s elektrinou.

Faraday dokonca navrhuje niekoľko možností pre budúce experimentovanie založené na tomto princípe:

Typ experimentu, ktorý by som mohol odvážne navrhnúť, je nasledujúci.Ak by bol Gymnotus alebo Torpedo unavený častým namáhaním elektrických orgánov, vysielalo by prúdy podobnej sily ako tie, ktoré vydáva, alebo iných stupňov sily, či už nepretržite alebo prerušovane v rovnakom smere ako tie, ktoré vysiela, obnoviť mu jeho sily a sily rýchlejšie, ako keby bol ponechaný svojmu prirodzenému odpočinku?

Mohlo by vyslanie prúdov opačným smerom zviera rýchlo vyčerpať? Myslím si, že je dôvod domnievať sa, že Torpedo (a možno aj Gymnotus) nie je veľmi rušené alebo vzrušované elektrickými prúdmi vysielanými iba cez elektrický orgán, takže tieto experimenty sa nezdajú byť veľmi ťažké.

Toto sú niektoré z experimentov, ktoré konformácia a vzťah elektrických orgánov týchto rýb naznačuje ako racionálne z hľadiska ich výkonu a sľubné v očakávaní. Ostatní na nich možno nemyslia ako ja, ale ja môžem len za seba povedať, že to boli prostriedky, ktoré som mal k dispozícii, sú úplne prvé, ktoré by som urobil.

Sám Faraday sa zrejme nepustil do mnohých ďalších experimentov na elektrických rybách. Máme v istom zmysle šťastie, že to neurobil, pretože jeden z jeho najväčších objavov (Faradayova rotácia) bol ešte len v jeho budúcnosti. Jeho fušovanie do biológie nám však poskytuje fascinujúci obraz toho, ako boli rôzne oblasti prírodných vied úzko prepojené v tom období, keď elektrina a magnetizmus boli ešte relatívne záhadné javy.

M. Faraday, “Upozornenie na charakter a smer elektrickej sily Gymnotus,” Phil. Trans. Roy. Soc. 129 (1839), 1-12

* Ryba, ktorá lovila čakaním na experimentálneho fyzika, aby jej položil ruky na hlavu a chvost, by pravdepodobne neprežila dlho.

** Faradayov samovražda elektrickým prúdom celkom neporazí príbeh Jacka Barnesa o masochistickom self-experimentovaní, ale blíži sa#8230


Dve otvorené dvere

Hoci známe ľudské koronavírusy môžu infikovať mnoho typov buniek, všetky spôsobujú predovšetkým respiračné infekcie. Rozdiel je v tom, že štyri, ktoré spôsobujú prechladnutie, ľahko zaútočia na horné dýchacie cesty, zatiaľ čo MERS-CoV a SARS-CoV majú ťažšie udržanie sa tam, ale sú úspešnejšie pri infekcii buniek v pľúcach.

SARS-CoV-2, bohužiaľ, dokáže oboje veľmi efektívne. To mu dáva dve miesta, kde sa môže uchytiť, hovorí Shu-Yuan Xiao, patológ z University of Chicago, Illinois. Susedov kašeľ, ktorý k vám pošle desať vírusových častíc, môže stačiť na spustenie infekcie vo vašom hrdle, ale chlpaté riasinky, ktoré sa tam nachádzajú, pravdepodobne urobia svoju prácu a odstránia votrelcov. Ak je sused bližšie a kašle na vás 100 častíc, vírus by sa mohol dostať až do pľúc, hovorí Xiao.

Komu koronavírusová stratégia fungovala najlepšie? Vedci lovia najúčinnejšie politiky

Tieto rôzne kapacity môžu vysvetľovať, prečo majú ľudia s COVID-19 také odlišné skúsenosti. Vírus môže začať v hrdle alebo nose, spôsobiť kašeľ a narušiť chuť a vôňu, a potom tam skončiť. Alebo sa môže dostať až do pľúc a oslabiť tento orgán. Ako sa to tam dostane, či sa pohybuje bunka po bunke, alebo sa nejako umyje, nie je známe, hovorí Stanley Perlman, imunológ z University of Iowa v Iowa City, ktorý sa zaoberá štúdiom koronavírusov.

Clemens-Martin Wendtner, lekár pre infekčné choroby na mníchovskej klinike Schwabing v Nemecku, hovorí, že to môže byť problém s imunitným systémom, ktorý vírusu umožňuje vniknúť do pľúc. Väčšina infikovaných ľudí vytvára neutralizačné protilátky, ktoré sú prispôsobené imunitným systémom tak, aby sa naviazali na vírus a zabránili mu preniknúť do bunky. Zdá sa však, že niektorí ľudia ich nedokážu vyrobiť, hovorí Wendtner. To môže byť dôvod, prečo sa niektorí zotavia po týždni miernych symptómov, zatiaľ čo iní sú postihnutí neskorým nástupom ochorenia pľúc. Ale vírus môže tiež obísť bunky hrdla a ísť priamo dole do pľúc. Potom môžu pacienti dostať zápal pľúc bez obvyklých miernych symptómov, ako je kašeľ alebo horúčka nízkeho stupňa, ktoré by inak boli na prvom mieste, hovorí Wendtner. Mať tieto dva infekčné body znamená, že SARS-CoV-2 môže kombinovať prenosnosť bežných chladových koronavírusov s letalitou MERS-CoV a SARS-CoV. "Je to nešťastná a nebezpečná kombinácia tohto kmeňa koronavírusu," hovorí.

Schopnosť vírusu infikovať a aktívne sa reprodukovať v horných dýchacích cestách bola prekvapením, pretože jeho blízkemu genetickému príbuznému, SARS-CoV, táto schopnosť chýba. Minulý mesiac Wendtner publikoval výsledky 8 experimentov, v ktorých jeho tím dokázal kultivovať vírus z hrdla deviatich ľudí s COVID-19, čo ukazuje, že vírus sa tam aktívne reprodukuje a je infekčný. To vysvetľuje zásadný rozdiel medzi blízkymi príbuznými. SARS-CoV-2 dokáže uvoľniť vírusové častice z hrdla do slín ešte predtým, ako začnú príznaky, a tie potom môžu ľahko prechádzať z človeka na človeka. SARS-CoV bol pri tomto skoku oveľa menej účinný, prešiel len vtedy, keď boli symptómy úplne rozvinuté, čo uľahčilo jeho zvládnutie.

Tieto rozdiely viedli k určitému zmätku ohľadom smrteľnosti SARS-CoV-2. Niektorí odborníci a správy z médií ho opisujú ako menej smrteľný ako SARS-CoV, pretože zabíja približne 1 % ľudí, ktorých infikuje, zatiaľ čo SARS-CoV zabíja približne desaťkrát rýchlejšie. Ale Perlman hovorí, že je to nesprávny spôsob, ako sa na to pozerať. SARS-CoV-2 je oveľa lepší pri infikovaní ľudí, ale mnohé infekcie neprechádzajú do pľúc. "Keď sa dostane do pľúc, je to pravdepodobne rovnako smrteľné," hovorí.

Čo to robí, keď sa dostane do pľúc, je v niektorých ohľadoch podobné tomu, čo robia respiračné vírusy, aj keď veľa zostáva neznámych. Rovnako ako SARS-CoV a chrípka infikuje a ničí alveoly, malé vrecká v pľúcach, ktoré prenášajú kyslík do krvného obehu. Keď sa bunková bariéra oddeľujúca tieto vaky od krvných ciev rozpadá, tekutina z ciev uniká dovnútra a bráni kyslíku dostať sa do krvi. Iné bunky, vrátane bielych krviniek, ďalej upchávajú dýchacie cesty. Robustná imunitná odpoveď to u niektorých pacientov vyrieši, ale nadmerná reakcia imunitného systému môže poškodenie tkaniva zhoršiť. Ak je zápal a poškodenie tkaniva príliš závažné, pľúca sa nikdy nezotavia a človek zomrie alebo mu zostanú zjazvené pľúca, hovorí Xiao. "Z patologického hľadiska tu nevidíme veľa jedinečnosti."

A rovnako ako v prípade SARS-CoV, MERS-CoV a zvieracích koronavírusov, poškodenie nekončí v pľúcach. Infekcia SARS-CoV-2 môže spustiť nadmernú imunitnú odpoveď známu ako cytokínová búrka, ktorá môže viesť k zlyhaniu viacerých orgánov a smrti. Vírus môže infikovať aj črevá, srdce, krv, spermie (rovnako ako MERS-CoV), oko a možno aj mozog. Poškodenie obličiek, pečene a sleziny pozorované u ľudí s COVID-19 naznačuje, že vírus sa môže prenášať krvou a infikovať rôzne orgány alebo tkanivá, hovorí Guan Wei-jie, pulmonológ z Guangzhou Institute of Respiratory Health at Guangzhou Medical. Univerzita v Číne, inštitúcia chválená za svoju úlohu v boji proti SARS a COVID-19. Vírus môže byť schopný infikovať rôzne orgány alebo tkanivá kdekoľvek, kam sa krvné zásobenie dostane, hovorí Guan.

Napriek tomu, že sa genetický materiál vírusu objavuje v týchto rôznych tkanivách, zatiaľ nie je jasné, či je poškodenie spôsobené vírusom alebo cytokínovou búrkou, hovorí Wendtner. "V našom centre prebiehajú pitvy." Viac údajov bude čoskoro,“ hovorí.

Či už infikuje hrdlo alebo pľúca, SARS-Cov-2 narúša ochrannú membránu hostiteľských buniek pomocou svojich špičkových proteínov (pozri „Smrteľný útočník“). Najprv sa doména viažuca receptor proteínu zachytí na receptor nazývaný ACE2, ktorý sedí na povrchu hostiteľskej bunky. ACE2 je exprimovaný v celom tele na výstelke tepien a žíl, ktoré prechádzajú všetkými orgánmi, ale je obzvlášť hustý v bunkách lemujúcich alveoly a tenké črevo.

Hoci presné mechanizmy zostávajú neznáme, dôkazy naznačujú, že po prichytení vírusu hostiteľská bunka odstrihne spike proteín na jednom zo svojich vyhradených „miest štiepenia“, čím odhalí fúzne peptidy – malé reťazce aminokyselín, ktoré pomáhajú vypáčiť hostiteľskú bunku. membrána, aby sa s ňou mohla zlúčiť membrána vírusu. Akonáhle sa votrelcov genetický materiál dostane do bunky, vírus ovláda molekulárny mechanizmus hostiteľa na produkciu nových vírusových častíc. Potom tieto potomstvo opustí bunku a ide nakaziť ostatných.


Obranné mechanizmy a vrodená imunita

Nasledujúce body zdôrazňujú prvých šesť obranných mechanizmov, ktoré sa podieľajú na vrodenej imunite. Obrannými mechanizmami sú: 1. Fyzikálne (alebo mechanické) a chemické bariéry 2. Zápal 3. Fagocytóza 4. Systém doplnkov 5. Antibakteriálne látky 6. Antivírusové látky.

Mechanizmus č. 1. Fyzikálne (alebo mechanické) a chemické bariéry:

Fyzické (alebo mechanické) bariéry hostiteľa v spolupráci s chemickými bariérami (sekréty) pôsobia ako prvá obranná línia proti patogénnym mikroorganizmom a cudzím materiálom. Tieto bariéry zahrnujú kožu, sliznice, dýchací systém, gastrointestinálny trakt, urogenitálny trakt, oko, bakteriocíny a beta-lyzín a ďalšie polypeptidy.

Koža, sliznice, dýchací systém, gastrointestinálny trakt, genitourinárny trakt a oči sú prekážkami, ktoré poskytujú fyzickú i chemickú obranu (napr. Žalúdočné šťavy, lyzozým, laktoferín, glykoproteíny, močovina atď.) V spolupráci. Okrem toho sú bakteriocíny a beta-lyzín a iné polypeptidy obrannými chemikáliami proti mikroorganizmom.

Neporušená koža je veľmi účinná fyzická alebo mechanická bariéra, ktorá blokuje vstup mikrobiálnych patogénov do tela. Až na niekoľko výnimiek mikroorganizmy nedokážu preniknúť kožou, pretože jej vonkajšia vrstva pozostáva z hrubých, tesne nahromadených buniek nazývaných keratinocyty, ktoré produkujú keratín.

Keratíny sú skleroproteíny pozostávajúce z hlavných zložiek vlasov, nechtov a vonkajších kožných buniek. Tieto skleroproteíny nie sú enzymaticky ľahko odbúrateľné mikroorganizmami. Odolávajú vstupu vody obsahujúcej mikróby a pôsobia tak ako fyzická bariéra pre mikroorganizmy.

Okrem priamej prevencie penetrácie, nepretržité odlupovanie vonkajších epiteliálnych buniek kože odstraňuje mnohé z tých mikrobiálnych patogénov, ktoré dokážu priľnúť na povrch kože.

2. Sliznice:

Sliznice rôznych telesných systémov, ako sú dýchacie, gastrointestinálne, genitourinárne a očné, zabraňujú invázii mikroorganizmov pomocou ich neporušeného vrstevnatého dlaždicového epitelu a slizničných sekrétov, ktoré tvoria ochranný obal, ktorý odoláva prieniku a zachytáva mnohé mikroorganizmy.

3. Dýchací systém:

Priemerný človek vdýchne asi 10 000 mikroorganizmov denne, zvyčajne rýchlosťou osem mikroorganizmov za minútu. Tieto mikroorganizmy sa ukladajú na vlhkých, lepkavých povrchoch slizníc dýchacích ciest. Mukociliárny obal respiračného epitelu zachytáva mikroorganizmus s priemerom menším ako 10 μm a transportuje ho ciliárnym pôsobením preč z pľúc.

Mikroorganizmy väčšie ako 10 μm sú normálne zachytené chĺpkami a mihalnicami lemujúcimi nosnú dutinu, ktoré bijú smerom k hltanu, takže hlien so zachytenými mikroorganizmami sa pohybuje smerom k ústam a vylučuje sa. Kašeľ a kýchanie tiež pomáha odstraňovať mikroorganizmy z dýchacích ciest.

Čistia dýchací systém mikroorganizmov násilným vypúšťaním vzduchu z pľúc ústami a nosom. Slinenie tiež vypláchne mikroorganizmy z úst a nazofaryngeálnych oblastí do žalúdka.

4. Gastrointestinálny systém:

Mikroorganizmom sa môže dostať do žalúdka. Mnoho z nich je zničených žalúdočnou šťavou žalúdka. Žalúdočná šťava je zmesou kyseliny chlorovodíkovej, proteolytických enzýmov a hlienu a je veľmi kyslá s pH 2 až 3. Táto šťava zvyčajne postačuje na zabitie väčšiny mikroorganizmov a zničenie ich toxínov.

Normálna mikrobiálna populácia hrubého čreva je navyše mimoriadne významná v tom, že neumožňuje v ňom usadiť patogénne mikroorganizmy.

Mnoho komenzalistických mikroorganizmov v črevnom trakte vylučuje metabolické produkty (napr. Mastné kyseliny), ktoré zabraňujú usídleniu mikroorganizmov v trakte. V tenkom čreve sú však mikrobiálne patogény často usmrcované rôznymi pankreatickými enzýmami, žlčou a enzýmami v črevnom sekréte.

5. Urogenitálny systém:

Obličky, močovody a močový mechúr sú za normálnych podmienok sterilné. Medulla obličiek je taká hypertonická, že umožňuje prežiť len málo mikroorganizmom.

Moč ničí niektoré mikroorganizmy kvôli svojmu nízkemu pH a prítomnosti močoviny a ďalších metabolických konečných produktov, ako je kyselina močová, kyselina hippurová, mucín, mastné kyseliny, enzýmy atď. Dolné močové cesty sú prepláchnuté močom, čím sa eliminujú potenciálne mikrobiálne patogény. Kyslé prostredie (pH 3 až 5) vagíny tiež poskytuje obranu, pretože je pre väčšinu mikroorganizmov nepriaznivé, aby sa vytvorila.

Spojivka oka lemuje vnútorný povrch každého očného viečka a exponovaný povrch očnej gule. Je to špecializovaná epiteliálna membrána vylučujúca hlien a je udržiavaná vlhká nepretržitým splachovaním slz vylučovaných slznými žľazami. Slzy obsahujú lyzozým a laktoferín, a tak pôsobia ako fyzikálne, ako aj chemické bariéry.

Povrchy pokožky a slizníc sú obývané normálnou mikrobiálnou flórou. Z toho mnohé baktérie syntetizujú a uvoľňujú toxické proteíny (napr. Kolicín, stafylokokcín) pod vedením svojich plazmidov. Tieto toxické proteíny sa nazývajú bakteriocíny, ktoré zabíjajú ostatné príbuzné druhy, čím poskytujú adaptačnú výhodu voči iným baktériám.

8. Beta-lyzín a iné polypeptidy:

Krvné doštičky uvoľňujú katiónový polypeptid nazývaný beta-lyzín, ktorý narúša plazmatickú membránu určitých grampozitívnych baktérií a zabíja ich. Leukin, cecropins, plakins a fagocytin sú niektoré ďalšie katiónové polypeptidy, ktoré zabíjajú špecifické grampozitívne baktérie. Prostatický antibakteriálny faktor, polypeptid obsahujúci zinok, je dôležitá antimikrobiálna chemikália vylučovaná prostatickými žľazami u mužov.

Mechanizmus # 2. Zápal (zápalová odpoveď):

Zápal (L. inflammatio = zapáliť) je vrodená (nešpecifická) obranná reakcia organizmu na patogénnu infekciu alebo poškodenie tkaniva a pomáha lokalizovať infekciu alebo poranenie v jeho lokálnej oblasti. Mnohé z klasických znakov zápalu boli popísané už v roku 1600 pred Kristom v spisoch egyptského papyrusu.

V prvom storočí nášho letopočtu rímsky lekár Celsus opísal štyri hlavné príznaky zápalu ako sčervenanie (rubor), opuch (nádor), teplo (farba) a bolesť (dolor). V druhom storočí nášho letopočtu, ďalší lekár, Galen pridal piate znamenie: zmenenú funkciu (functio laesa).

1. Hlavné udalosti, ktoré majú za následok kardinálne znaky:

Nasledujú hlavné udalosti, ktoré vedú k hlavným príznakom zápalu:

(i) Začervenanie a teplo (zvýšenie teploty) lokalizovanej oblasti je spôsobené vazodilatáciou (zväčšením priemeru krvných ciev) blízkych kapilár, ku ktorému dochádza, keď sa cieva, ktorá odvádza krv z postihnutej oblasti, stiahne, čo vedie k prekrveniu. kapilárnej siete.

ii) K opuchu tkaniva dochádza v dôsledku nahromadenia exsudátov v oblasti infekcie alebo poranenia. Zvýšenie kapilárnej permeability uľahčuje prítok tekutiny a buniek z preplnených kapilár do tkaniva. Tekutina, ktorá sa hromadí (exsudát), má oveľa vyšší obsah bielkovín ako tekutina normálne uvoľňovaná z cievneho systému.

(iii) Bolesť je spôsobená lýzou krviniek. Lýza spúšťa produkciu prostaglandínov a bradykinínu, chemických látok, ktoré menia prah a intenzitu reakcie nervového systému na bolesť. Bolesť pravdepodobne plní ochrannú úlohu, pretože zvyčajne spôsobuje, že jednotlivec chráni infikovanú alebo poranenú oblasť.

2. Mechanizmus obrany:

Zápalová odpoveď je súhrnný termín predstavujúci komplexný sled udalostí počas zápalu. Iniciuje to vtedy, keď poranené tkanivové bunky uvoľňujú mediátory zápalu
(chemikálie). Medzi zápalové mediátory patria rôzne sérové ​​proteíny nazývané proteíny akútnej fázy, pričom hlavnými proteínmi akútnej fázy sú histamín a kiníny.

Proteíny akútnej fázy sa viažu na receptory na blízkych kapilárach a venulách, čo spôsobuje vazodilatáciu a zvýšenú permeabilitu, čo vedie k prílevu fagocytov (napr. neutrofilov, lymfocytov, monocytov a makrofágov) z krvi do tkanív.

Emigrácia fagocytov je viacstupňový proces (obr. 44.14), ktorý zahŕňa priľnutie buniek k endotelovej stene krvných ciev (marginácia), po ktorej nasleduje ich emigrácia medzi endotelovými bunkami do tkanív (diapedéza alebo extravazácia) a nakoniec , ich migrácia cez tkanivo do miesta invázie (chemotaxia).

Keď sa fagocytárne bunky hromadia v mieste poranenia a začnú fagocytovať mikrobiálne patogény, počas tohto procesu uvoľňujú lytické enzýmy, ktoré normálne poškodzujú blízke zdravé bunky. Mŕtve hostiteľské bunky, mŕtve fagocytárne bunky, mŕtve mikrobiálne patogény a telesná tekutina spoločne tvoria látku nazývanú hnis (zápalový exsudát).

Keď sa proteíny akútnej fázy naviažu na receptory na blízkych kapilárach a žilách a spôsobia vazodilatáciu a zvýšenú priepustnosť, tieto umožňujú enzýmom systému zrážania krvi vstúpiť do tkaniva. Tieto enzýmy aktivujú enzýmovú kaskádu, ktorá vedie k ukladaniu nerozpustných vlákien fibrínu, hlavnej zložky krvnej zrazeniny.

Fibrínové pramene sa stenujú od poranenej oblasti od zvyšku tela a slúžia na zabránenie šírenia infekcie. Akonáhle zápalová reakcia ustúpi a hnis sa odstráni, infikovaná alebo poranená oblasť sa naplní novými tkanivami, ktoré začnú normálnu funkciu.

Mechanizmus # 3. Fagocytóza:

Fagocytóza (Gk. Fagein = jesť cyte = bunka a osis = proces) je proces, počas ktorého sú veľké častice a mikrobiálne bunky uzavreté vo fagocytovej vakuole alebo fagozóme a pohltené. Pôsobí ako vysoko účinná bunková bariéra proti patogénnym mikroorganizmom a je dosiahnutá absorpciou a trávením mikroorganizmov rôznymi bunkami obranného systému tela.

Okrem toho, že fagocytóza prispieva k obrane, pomáha niektorým bunkám a dokonca organizmom (napr. Prvokom) získavať živiny. Fagocytóza však bola náhodným objavom E. Metchnikoffa (rodáka z Ukrajiny) v roku 1884, ktorý naznačil, že pohyblivé bunky lariev hviezdice aktívne vyhľadávajú a pohlcujú cudzie častice prítomné v ich prostredí.

Nasledujúce riadky sú venované v kontexte úlohy fagocytózy vo vrodenej (nešpecifickej) obrane hostiteľa:

1. Rozpoznanie a priľnutie mikroorganizmov:

Fagocytárne bunky (neutrofily, monocytové makrofágy a dendritické bunky) používajú dva základné molekulárne mechanizmy na rozpoznávanie mikrobiálnych patogénov a ich adherenciu na plazmatickú membránu fgocytov:

i) rozpoznávanie (opsonické) závislé od opsonínu (nazývané opsonizácia) a

(ii) Opsonín-nezávislé (neopsonické) rozpoznávanie.

Opsonín-dependentné rozpoznávanie alebo opsonizácia (Gk. opson = pripraviť obeť na) je proces, pri ktorom fagocytujúce bunky ľahko rozpoznávajú mikrobiálne patogény, ktoré sú potiahnuté zložkami séra (protilátky najmä lgG1 a lgG3, komplement C3b a protilátka aj komplement C3b) nazývané opsoníny.

Opsoníny fungujú ako most medzi mikroorganizmom a fagocytom väzbou na povrch mikroorganizmu na jednom konci a na špecifické receptory na povrchu fagocytov na druhom konci (obr. 44,15) a mnohonásobne zosilňujú fagocytózu. V jednej pohodlnej štúdii bola miera fagocytózy mikroorganizmu v prítomnosti opsonínu 4000-krát vyššia ako v jeho neprítomnosti.

Rozpoznávanie nezávislé na opsoníne zahŕňa mechanizmus, ktorý nezahŕňa opsoníny a využíva ďalšie receptory na fagocytárnych bunkách, ktoré rozpoznávajú štruktúry (adhezíny) exprimované na povrchu rôznych mikrobiálnych patogénov (obr. 44,16). Dôležitými z týchto receptorov sú lektíny, polysacharidy, glykolipidy, proteolykány, lyopolysacharidy (LPS), bičík atď.

Je dôležité poznamenať, že počas rozpoznávania nezávislého na opsoníne môže konkrétny mikrobiálny druh vykazovať viac adhezínov, každý rozpoznaný odlišným receptorom prítomným na fagocytových bunkách.

2. Požitie a trávenie mikroorganizmov:

Priľnavosť mikroorganizmov na plazmatickej membráne fagocytov nasleduje po ich požití a trávení. Priľnavosť indukuje výbežky plazmatickej membrány, nazývané pseudopodia, 10 -krát okolo priľnutých mikroorganizmov.

Fúzia pseudopódií uzatvára mikroorganizmy do štruktúry viazanej na membránu nazývanej fagozóm, ktorá sa pohybuje smerom do vnútra bunky a fúzuje s lyzozómom za vzniku fagolyzozómu (obr. 44.17). Lyzómy prispievajú k fagolyzozómu rôznymi hydrolytickými enzýmami, ako je lyzozým. , fosfolipáza A2, ribonukleázová deoxyribonukleáza a proteázy.

Kyslé vakuolárne pH podporuje aktivitu hydrolytických enzýmov. Hydrolytické enzýmy trávia zachytené mikroorganizmy. Zvyškový obsah po strávení vnútri fagolyzozómu sa potom eliminuje procesom nazývaným exocytóza.

Mechanizmus # 4. Systém komplementu:

Krvné sérum obsahuje veľké množstvo (viac ako 30) sérových proteínov, ktoré cirkulujú v neaktívnom stave a po ich počiatočnej aktivácii špecifickými (adaptívnymi) a nešpecifickými (vrodenými) imunogénnymi mechanizmami interagujú vo vysoko regulovanej kaskáde, v ktorej aktivácia jednej zložky má za následok aktiváciu ďalšej zložky v kaskáde. Táto kaskáda scrum proteínov sa súhrnne nazýva komplementový systém a sérový proteín komplementového systému sa nazýva komplementové proteíny.

Keď sú neaktívne formy komplementových proteínov premenené na aktívne formy rôznymi špecifickými (adaptívnymi) a nešpecifickými (vrodenými) imunologickými mechanizmami, poškodzujú membrány mikrobiálnych patogénov, ktoré ich buď zničia alebo uľahčia ich odstránenie.

Systém komplementu môže pôsobiť ako efektorový systém, ktorý sa spúšťa naviazaním protilátok na určité bunkové povrchy, alebo môže byť aktivovaný reakciami medzi proteínmi komplementu a receptormi stien mikrobiálnych buniek. Reakcie medzi proteínmi komplementu a bunkovými receptormi spúšťajú aktiváciu buniek vrodenej alebo adaptívnej imunity.

Existujú tri cesty aktivácie komplementu:

i) klasická dráha komplementu,

(ii) Alternatívna dráha komplementu a

(iii) Dráha komplementu lektínu.

Aj keď tieto cesty používajú podobné mechanizmy, špecifické proteíny sú jedinečné pre prvú časť každej cesty. Klasická dráha sa podieľa na špecifickej alebo získanej (adaptívnej) imunite, zatiaľ čo alternatívna aj lektínová dráha zohrávajú dôležitú úlohu pri vrodenej (nešpecifickej) imunite.

Mechanizmus # 5. Antibakteriálne látky:

Ľudskí hostitelia vlastnia antibakteriálne látky, pomocou ktorých bojujú s neustálym náporom bakteriálnych patogénov. Tieto antibakteriálne látky si vytvára buď samotný hostiteľ, alebo niektoré pôvodné baktérie. Dôležitými antibakteriálnymi látkami sú lyzozým, bakteriocíny, beta-lyzín a ďalšie polypeptidy.

Lysozým je enzým, ktorý štiepi β-1,4-glykozidové väzby medzi N-acetylglukózamínom a kyselinou N-acetylmuramovou v peptidoglykáne, charakteristickej molekule bakteriálnej bunkovej steny. Toto prerušenie väzby oslabuje bakteriálnu bunkovú stenu.

Voda potom vstúpi do bunky a bunka napučí a nakoniec praskne, čo je proces nazývaný lýza (obr. 44.18). Lysozým sa vyskytuje v telesných sekrétoch vrátane sĺz, slín a iných telesných tekutín a pravdepodobne funguje ako hlavná línia nešpecifickej obrany proti bakteriálnym infekciám.

Mnoho z normálnej bakteriálnej flóry hostiteľského tela syntetizuje a uvoľňuje plazmidom kódované toxické proteíny (napr. Kolicíny, stafylokoky) súhrnne nazývané bakteriozíny, ktoré inhibujú alebo zabíjajú príbuzné druhy baktérií alebo sú dokonca odlišné a môžu poskytovať svojim producentom a adaptačnú výhodu proti iným baktériám. .

Tieto toxické proteíny sa nazývajú bakteriocíny, aby sa odlíšili od antibiotík, pretože majú užšie spektrum účinku ako antibiotiká. Gény produkujúce bakteriocíny sú často prítomné na plazmide alebo transpozóne.

Väčšina bakteriocínov je produkovaná gramnegatívnymi baktériami a sú spravidla pomenované podľa druhov bakteriálnych rodov, ktoré ich produkujú, bakteriocínom produkovaným E. coli je colicin, Bacillus subtilis je substilicin.

E. coli syntetizuje kolicíny. Niektoré kolicíny sa viažu na špecifické receptory na povrchu citlivých buniek a zabíjajú ich narušením niektorých kritických funkcií buniek. Mnoho kolicínov napríklad tvorí kanály v plazmatickej membráne, ktoré umožňujú úniku iónov a protónov draslíka, čo vedie k strate schopnosti bunky vytvárať energiu. Colicin E2 (kódovaný plazmidom col E2) je DNA endonukleáza a štiepi DNA. Colicin E3 (kódovaný plazmidom Col E3) je nukleáza, ktorá reže na konkrétnom mieste v 16S rRNA a inaktivuje ribozómy.

Nedávno sa zistilo, že niektoré baktérie pozitívne na zrno produkujú peptidy podobné bakteriocínu. Napríklad baktérie mliečneho kvasenia produkujú nizín A, ktorý silne inhibuje rast širokého spektra grampozitívnych baktérií.

Beta-lyzín a iné polypeptidy:

Beta-lyzín je katiónový polypeptid syntetizovaný a uvoľňovaný krvnými doštičkami a zabíja niektoré grampozitívne baktérie narušením plazmatických membrán. Medzi ďalšie katiónové polypetidy produkované v hostiteľskom tele patria leukíny, placky, cecropiny a fagocytin. Polypeptid obsahujúci zinok s názvom ‘prostatický antibakteriálny faktor ’ je vylučovaný prostatou u mužov a funguje ako dôležitá antibakteriálna látka.

Mechanizmus # 6. Antivírusové látky:

Výsledok vírusovej infekcie je ovplyvnený virulenciou infekčného kmeňa a rezistenciou udelenou hostiteľom. Mechanizmy rezistencie hostiteľa môžu byť imunologické alebo nešpecifické. Tie zahŕňajú rôzne genetické a fyziologické faktory, ako sú interferóny, reaktívne dusíkaté medziprodukty (RNI), defenzíny a horúčka.

Interferóny sú rodinou hostiteľom kódovaných proteínov produkovaných bunkami po indukcii vírusovými induktormi a sú považované za prvú líniu obrany proti vírusovým útokom. Interferón sám o sebe nemá priamy účinok na vírusy, ale pôsobí na iné bunky toho istého druhu, vďaka čomu sú odolné voči vírusovej infekcii.

Po expozícii interferónu bunky produkujú proteín (proteín inhibujúci transláciu, TIP), ktorý selektívne inhibuje transláciu vírusovej mRNA bez ovplyvnenia bunkovej mRNA. Proteín inhibujúci transláciu (TIP) je v skutočnosti zmesou najmenej troch rôznych enzýmov, a to proteínkinázy, oligonukleotidsyntetázy a ribonukleázy (RNáza).

Tieto enzýmy spoločne blokujú transláciu vírusovej mRNA na vírusové proteíny. Tiež sa predpokladalo, že inhibícia vírusovej transkripcie môže byť tiež zodpovedná za antivírusovú aktivitu interferónu.

Reaktívne dusíkaté medziprodukty:

Nedávno boli nájdené makrofágy (tiež neutrofily a žírne bunky) produkujúce reaktívne dusíkové medziprodukty (RNI). Tieto molekuly zahŕňajú oxid dusnatý (NO) a jeho oxidované formy, dusitany (NO2 –) a dusitany (č3 –) a sú veľmi silnými cytotoxickými látkami.

RNI môžu byť buď uvoľňované z buniek alebo generované v bunkových vakuolách. Makrofágy produkujú RNI z aminokyseliny arginínu. Zistilo sa, že makrofágy ničia vírus herpes simplex pomocou nimi produkovaných RNI.

Definsiny sú širokospektrálne antimikrobiálne peptidy syntetizované myeloidnými prekurzorovými bunkami počas ich pobytu v kostnej dreni a potom sú uložené v cytoplazmatických granulách zrelých neutrofilov.

Defenzíny sa okrem grampozitívnych a gramnegatívnych baktérií a kvasiniek a plesní zameriavajú aj na niektoré vírusy. Antivírusová aktivita defenzínov zahŕňa priamu neutralizáciu obalených vírusov neobalené vírusy nie sú ovplyvnené defensínmi.

Horúčka (zvýšená telesná teplota):

Horúčka je fyziologický faktor a je dôsledkom poruchy hypotalamickej termoregulačnej aktivity, ktorá vedie k zvýšeniu normálnej telesnej teploty. U dospelých ľudí je horúčka definovaná ako orálna teplota nad 98 °F (37 °C) alebo rektálna teplota nad 99,5 °F (37,5 °C).

Takmer v každom prípade existuje špecifická zložka nazývaná ‘endogénny pyrogén’, ktorá priamo spúšťa produkciu horúčky. Tieto pyrogény zahŕňajú interleukín 1 (IL-1), interleukín (IL-6) a tkanivový nekrotický faktor, ktoré sú syntetizované a uvoľňované hostiteľskými makrofágmi v reakcii na patogénne faktory, ktoré zahŕňajú vírusy, baktérie a bakteriálne toxíny. Zistilo sa, že horúčka môže pôsobiť ako prirodzený obranný mechanizmus proti vírusovým infekciám, pretože väčšina vírusov je inhibovaná teplotami nad 39 °C.


4. Mikrovyrobené platformy pre bunkovú lýzu

Mikrofluidika je jednou z nových platforiem pre lýzu buniek v mikro meradle. Mikrofluidika je manipulácia a manipulácia s malými objemami (nano- až pikolitrov) kvapaliny v mikrokanáloch. Vďaka režimu prevádzky v mikroskopickom meradle je mikrofluidika vhodná pre aplikácie, kde je vzorka alebo objem vzorky malý. To znižuje náklady na analýzu v dôsledku nízkej spotreby činidiel [46]. Mikrofluidika tiež umožňuje integráciu rôznych modulov (alebo operácií) do jedného zariadenia. Napríklad bunky môžu byť lyzované a intracelulárne produkty môžu byť priamo následne spracované (PCR alebo izolácia DNA na diagnostiku) v tom istom zariadení [47,48]. Hoci sa za posledných 10 rokov uskutočnilo množstvo prehľadov o bunkovej lýze [7,8,49], niektoré z nedávnych vývojov v tejto oblasti neboli preskúmané. Tento prehľad sa zameria na nedávny vývoj od roku 2014 a bude stručne pokrývať vývoj z predchádzajúceho obdobia, ktorý bol podrobne skúmaný. Niektoré z techník makroškály boli implementované do mikrofabrikovaných zariadení na lýzu buniek. Techniky, ako sú metódy elektrickej lýzy, sú použiteľné iba v mikro meradle. Technológia mikrofluidnej lýzy môže byť široko rozdelená do šiestich typov. Zahŕňajú mechanickú, tepelnú, chemickú, optickú, akustickú a elektrickú lýzu.

4.1. Mechanická lyzácia

Mechanická lýza v mikrofluidike zahŕňa fyzické rozrušenie bunkovej membrány pomocou šmykových alebo trecích síl a tlakových napätí. Berasaluce a kol. [50] vyvinuli metódu založenú na miniaturizovanom šľahaní guľôčok na lýzu veľkých objemov buniek. Guličky zirkónia/oxidu kremičitého boli umiestnené do komory na lýzu buniek spolu s permanentným magnetom a pôsobenie vonkajšieho magnetického poľa spôsobilo pohyb guľôčok vo vnútri komory. Obrázok 7 zobrazuje rôzne komponenty a zariadenie zostavené na lýzu buniek. Staphylococcus epidermidis v tejto štúdii boli použité bunky a skúmali vplyv veľkosti guľôčok, objemu, prietoku a povrchovo aktívnej látky (Tween-20) na účinnosť lýzy. Zistili, že optimálne parametre dosiahli o 43 % vyššiu účinnosť výťažku pri prietoku 60 μL/min v porovnaní so systémom mletia guľôčok mimo triesky.

Miniaturizovaný systém lýzy buniek perličiek: (a) rôzne komponenty: (1) vstup (2) výstup (3) miešací magnet (4) zirkóniové/kremičité guľôčky (5) perličková hrádza (6) rotačný magnet a (7) spojka elektrického motora a (b) obrázok zariadenia na lýzu. Reprodukované so súhlasom [50].

Pham a kol. [51] nedávno použili nanotechnológiu na výrobu nanočapier z čierneho kremíka na lýzu erytrocytov asi za 3 minúty. Vyrobili tieto nanopiliere

Priemer hrotu 12 nm a výška 600 nm na silikónovom substráte s použitím technológie reaktívneho iónového leptania. Autori ukázali, že interakcia erytrocytov kultivovaných na nanopilárnych poliach spôsobuje deformáciu buniek, ruptúru a lýzu vyvolanú stresom za približne 3 minúty. Obrázok 8 ukazuje interakciu erytrocytov s nanoštruktúrami.

Lýza buniek pomocou nanopilierov: (a,b) pohľad zhora a zboku na bunky interagujúce s nanopiliermi a (c) snímky z konfokálnej laserovej skenovacej mikroskopie neporušených, deformovaných a prasknutých buniek. Reprodukované so súhlasom [51].

Mechanická lýza bola demonštrovaná použitím ostňa v nano mierke [52]. Keď sú bunky vytlačené cez malý otvor, vysoké šmykové sily spôsobujú prasknutie bunkovej membrány. Podobný princíp bol použitý aj tam, kde boli vyrobené #an09cnanoknives ” v stene mikrokanálov pomocou modifikovaného hlbokého reaktívneho iónového leptania (DRIE). Vzdialenosť medzi týmito ostrými hranami bola 0,35 μm a šírka kanála bola 3 μm. Sekcia lýzy tohto zariadenia pozostávala z radu týchto “nanoknožov” vzorovaných na mikrokanáli, ako je znázornené na obrázku 9b. Bunky ľudskej promyelocytovej leukémie (HL-60) boli použité na prechod týmto úsekom dostatočnou rýchlosťou. Pridanie tohto vzoru “nanoknives ” zvýšilo množstvo lýzy. Toto zariadenie bolo použité na extrakciu proteínu z vnútra bunky. Odhaduje sa, že až 99 % buniek bolo lyzovaných, ale uvoľnilo sa iba 6 % proteínu.

Mechanická lýza s použitím ostnov v nanorozmeroch: (a) mikrofluidné zariadenie ukazujúce rôzne vstupné a výstupné kanály (b) schéma protihrotov (c) nano nože vyrobené z hlbokého reaktívneho iónového leptania (DRIE) (d) zväčšený obraz nanonožov vzorovaných technikou DRIE a (e) rozmery nano nožov používaných na lýzu buniek. Reprodukované so súhlasom [52].

Alternatívne sa na lýzu v mikromeradle použilo aj mechanické narážanie prostredníctvom kolízie [53,54,55]. Bunky sa suspendujú v roztoku so sklenenými guľôčkami a umiestnia sa na zariadenie s mikrofluidným kompaktným diskom (CD), ktoré sa potom nastaví na rotáciu veľmi vysokou rýchlosťou. Odstredivá sila generovaná rotáciou spôsobuje kolíziu a trenie medzi bunkami a guľôčkami, čo má za následok lýzu buniek. Touto technikou boli lyžované rôzne druhy buniek vrátane cicavcov, baktérií a kvasiniek.

Aj keď je účinnosť mechanickej lýzy veľmi vysoká, tieto metódy rozrušovania majú určité nevýhody pri aplikácii v mikromeradle. Výroba týchto zariadení je náročná a nákladná a zber cieľových materiálov z komplexnej zmesi je veľmi náročný.

4.2. Termálna lyzácia

Pri tepelnej lýze sa bunkám dodáva teplo na denaturáciu membránových proteínov a lýzu buniek. Jednou z výhod termálnej lýzy je jednoduchá integrácia mikrofluidných zariadení, ako je polymerázová reťazová reakcia (PCR). Tepelnú lýzu je možné v týchto zariadeniach vykonávať bez ďalších úprav. Bunky sa spravidla zahrievajú na teplotu 90 ° C a 100 ° C a intracelulárne produkty sa cyklujú pri rôznych teplotách, napríklad v zariadení PCR. Tsougeni a kol. [56] vyrobili mikrofluidné zariadenie, ktoré dokáže zachytávať a lyzovať bunky. Na zachytenie a lýzu baktérií použili tepelnú lýzu pri 95 ଌ počas 10 minút. Nanostruktúry boli vyrobené z poly (metylmetakrylátu) pomocou litografie a plazmového leptania. Mikrofluidné PCR zariadenia, ktoré obsahujú tepelnú lýzu buniek [57,58,59] pozostávajú zo sklenenej komory a odporového ohrievača na ohrev komory.

Tepelná lýza je vo všeobecnosti účinná na mikrofluidnej platforme, tieto zariadenia však nie sú vhodné na prípravu vzorky, kde je vzorka veľkého objemu a bunky sa musia lyžovať z kontinuálneho toku [29]. Bunky však musia byť ošetrené lyzozýmom, aby sa porušila bunková stena a vytvorila sa protoplast baktérií. Pridanie tohto lyzozýmu je časovo náročné a vyžaduje si zložité štruktúry. Okrem toho sa uchovanie enzýmu v zariadení stáva problematickým, keď sa zariadenie musí používať dlhú dobu. Vyššia doba lýzy a zvýšená spotreba energie sú ďalšími nevýhodami tejto metódy.

4.3. Chemická lýza

Metódy chemickej lýzy používajú chemické činidlá, ako sú povrchovo aktívne látky, lyzačné pufre a enzýmy, na rozpustenie lipidov a proteínov v bunkovej membráne na vytvorenie pórov a lýzu buniek. Aj keď sú chemické a enzymatické metódy kategorizované oddelene v metóde makro stupnice, tieto dve techniky sú začlenené do tej istej skupiny pre techniky lýzy buniek v mikro meradle. Buser a kol. [60] lyzovali grampozitívne baktérie (Staphylococcus aureus) a RNA vírus (respiračný syncyciálny vírus) pomocou sušenej zmesi enzýmov (achromopeptidáza). Dokázali lyžovať za menej ako minútu a potom použili jednorazový chemický ohrievač na deaktiváciu enzýmu lýzy. Boli schopní amplifikovať (mimo čip) lyzát bez čistenia a ukázali dôkaz princípu pre diagnostické zariadenie v mieste starostlivosti.

Kashyap a kol. [61] vyvinuli mikrofluidnú sondu na selektívnu lokálnu lýzu adherentných buniek (

300 buniek) na analýzu nukleových kyselín. Hall a kol. [62] použili zariadenie na experiment s lýzou buniek, ktoré malo dve zásobné jamky a tlakovú jamku. Miešanie bunkového a lyzačného roztoku sa kontrolovalo nastavením tlaku v jamkách. Boli použité tri rôzne typy roztoku—Roztok A obsahujúci iba SDS (činidlo na báze detergentu), roztok B obsahujúci povrchovo aktívnu látku, Triton X-100, Tween-20 s enzýmom, ako je lyzozým, proteáza, proteináza K a roztok C obsahujúci antibiotikum s názvom polymyxín B. Na lýzu sa použili gramnegatívne a grampozitívne baktérie.Dospelo sa k záveru, že samotný detergent nie je vhodný na lýzu, zatiaľ čo roztok B, zmes chemických povrchovo aktívnych látok a biologických činidiel, môže dezintegrovať bunkovú membránu a lyzovať rôzne druhy baktérií. Polymyxín B sa však môže potenciálne použiť na platforme lýzy mikrofluidných buniek iba pre gramnegatívne baktérie.

Kim a kol. [63] tiež vyvinuli mikrofluidické zariadenie s dvoma vstupmi a výstupmi, aby vyvinuli optimálne lyzačné činidlo pre gramnegatívne baktérie. Heo a kol. [64] demonštrovali bioreaktor na báze mikrofluidických látok, ktorý bol schopný zachytávať E. coli použitím hydrogélových náplastí. Potom imobilizovaní E. coli bol lyžovaný pomocou SDS, pretože môže preniknúť hydrogélom. Bunková lýza sa uskutočnila do 20 minút. Toto zariadenie bolo schopné lýzy buniek iba pomocou SDS, predchádzajúci však nemohol kvôli kratšiemu času expozície v chemickom prostredí. V ďalšej štúdii Sethu a kol. [65] tiež vyvinuli mikrofluidický čip (obrázok 10) na lýzu erytrocytov s cieľom izolovať leukocyty. Stopercentné zotavenie bolo možné do 40 s. Zariadenie pozostáva z troch vstupných zásobníkov a jedného výstupného zásobníka. Jeden prívod slúžil na prúdenie celej krvi. Druhý vstup bol použitý na lyzačný pufor obsahujúci hlavne oxid hlinitý a s týmto vstupom boli spojené dva bočné kanály, ktoré sa zbiehali, aby nasmerovali celú krv do úzkeho prúdu. To zvyšuje povrchový kontakt medzi lyzačným pufrom a bunkami. Zmes buniek a lyzačného pufra sa potom nechala prejsť dlhým kanálom s množstvom otáčok “U” na zvýšenie pufra. Nakoniec bol na prívod fosfátového pufra použitý tretí vstup na zriedenie vzorky na obnovenie fyziologickej koncentrácie [66,67].

Schéma jednoduchej komory a hadovitého mikrofluidného kanála pre chemickú lýzu. Reprodukované so súhlasom [65].

Aj keď je metóda chemickej lýzy široko používaná v mnohých mikrofluidických zariadeniach, táto metóda vyžaduje ďalší časovo náročný krok na dodanie reagencií. Preto sú potrebné komplexné mikrofluidné štruktúry vrátane vstrekovacích kanálov a mikromiešačov na homogenizáciu vzoriek [66,68]. Po lýze môžu tieto činidlá interferovať s následným testom, pretože je veľmi ťažké oddeliť cieľové molekuly [69]. Skladovanie týchto činidiel je navyše problémom, a preto nie je možné zariadenie dlhší čas používať.

4.4. Optická lýza

Optická lýza buniek zahŕňa použitie laserov a techniky opticky indukovanej dielektroforézy (ODEP), aby sa otvorila bunková membrána. Pri laserovej lýze rázová vlna vytvorená kavitačnou bublinou rozruší bunkovú membránu. Zameraný laserový impulz na rozhraní bunkového roztoku vytvára túto kavitačnú bublinu. Pri ODEP sa na hornom povrchu podložného skla vytvorí vodivá elektróda a fotovodivá vrstva (napríklad amorfný kremík). Nerovnomerné elektrické pole je generované žiariacim svetlom na fotovodivú vrstvu, ktorá potom generuje transmembránový potenciál cez bunkovú membránu, ktorý narušuje bunkovú membránu. Huang a kol. [70] vyvinuli opticky indukovaný mikrofluidický čip na lýzu buniek na lýzu buniek HEK293T a extrakciu neporušeného jadra. Pri použití tohto zariadenia uvádzajú účinnosť lýzy buniek a separácie jadra 78 % a 80 %.

Kremer a kol. [71] lyžovali bunky pomocou optoelektrického zariadenia. Boli schopní lyzovať bunky vybrané na základe tvaru bunky. ODEP použili na lýzu červených krviniek v zmesi červených a bielych krviniek. Vyvinuli metódu, ktorá umožnila tvarovú selektivitu tak, že bunky s odlišnou geometriou budú lyzovať v zmesi typov buniek. Bunka iného tvaru indukuje nejednotné elektrické pole, ktoré sa používa na lýzu. Obrázok 11 zobrazuje schému lyzačného čipu a lýzu buniek rôzneho tvaru.

Zariadenie na optickú lýzu buniek: (a) čip na lýzu buniek pomocou opticky indukovanej dielektroforézy (ODEP) (bd) lýza červených krviniek v zmesi bielych a červených krviniek a (eg) lýza červených krviniek v zmesi červených krviniek a trypanozómov. Reprodukované so súhlasom [71].

Použitie laserového svetla na vyvolanie lýzy sa tiež pokúsilo v mikrofluidických zariadeniach. V jednom prípade bola optická lýza indukovaná aplikáciou nanosekundového 532 nm laserového impulzu [72], ktorý lokálne generuje mikroplazmu. Plazma, ktorá sa zrúti, spôsobuje kavitáciu, expanziu bublín a jej kolaps, ako je popísané v predchádzajúcej časti, sú hlavným dôvodom laserovej lýzy buniek. Rôzne typy bunkových línií, ako je potkacia bazofilná leukémia (RBL) [73], potkanie klokanie (Potorous tridactylis) epiteliálne obličkové bunky (PtK2) [74] a myší pro-B (BAF-3) závislý od interleukínu-3 ] boli lyžované pomocou tejto laserom indukovanej metódy. Všetky tieto experimenty sa však robili pre analýzu jednotlivých buniek. Zistilo sa, že keď bola laserová lýza včlenená do polydimetylsiloxánu (PDMS), mikrokanálová účinnosť lýzy sa znížila [75]. Bolo navrhnuté, že to môže byť spôsobené deformáciou stien PDMS, ktorá rozptýli mechanickú energiu z kolapsu bublín. Z tohto dôvodu bola potrebná vysoká energia.

Na lýzu bunky bolo použité pole ultrafialového (UV) svetla kombinované s oxidom titaničitým [76]. Oxid titaničitý má fotolytické vlastnosti a excitačnú energiu, ktorá spadá do rozsahu ultrafialového žiarenia. Keď sú oxidy titánu excitované sústavou ultrafialových lúčov, elektróny vo valenčnom pásme sú excitované, aby vedú iónové pásmo, čo vedie k párom elektrónov a#dier. Vo vodnom prostredí tieto páry elektrónových dier reagujú s okolitými molekulami a vytvárajú voľné radikály ako OH, O a O2 −. Tieto reagujú s bunkovou membránou a bunky lyzujú. E. coli bunky boli lyžované vyššie uvedenou technikou. Primárnou nevýhodou ultrafialovej lýzy bolo, že čas potrebný na lýzu bunky bol veľmi dlhý (45 minút).

4.5. Akustická lýza

Pri akustickej lýze sa generuje vysokoenergetická zvuková vlna, ktorá sa používa na lýzu buniek. Táto povrchová akustická vlna (SAW) sa vyrába na piezoelektrickom substráte. Interdigitálny prevodník (IDT) sa môže použiť na výrobu SAW elektricky s vlnou šíriacou sa na povrchu od neho. Taller a kol. [77] použili lýzu akustických vĺn na povrchu čipu na detekciu exozomálnej RNA pre štúdiu rakoviny pankreasu. Pomocou tejto techniky dosiahli mieru lýzy 38 %. Obrázok 12 zobrazuje vyrobené zariadenie s prevodníkom SAW.

Mikrofluidné zariadenie na lýzu povrchových akustických vĺn (SAW): (a) montáž zariadenia a (b,c) ako vyrobené zariadenie s kvapalinovým vstupom a výstupom na lýzu exozómov. Reprodukované so súhlasom [77].

Uvádzajú, že lýza exozómov je možná v dôsledku účinkov sily akustického žiarenia a dielektrickej sily pôsobiacej na malé častice [78,79]. Zariadenie SAW bolo vyrobené pomocou štandardnej technológie fotolitografie. Dvadsať párov elektród z titán hliníka bolo navrstvených na povrch piezoelektrického substrátu niobátu lítneho, aby sa vytvoril jednofázový jednosmerný menič SAW. Tento prevodník môže generovať SAW iba v jednom smere. Surové médium bolo vystavené SAW na 30 s pri 1 W výkonu na lýzu. Autori uvádzajú, že účinnosť lýzy 38 % dosiahnutá pomocou tejto metódy bola dostatočná na získanie dostatočného množstva exozómovej RNA na detekciu.

Marentis a kol. [80] lýzovali eukaryotickú bunku aj baktérie pomocou sonikácie. Toto zariadenie pozostáva z mikrofluidného kanála s integrovaným prevodníkom. Kanál bol vyrobený na sklenenom substráte a piezoelektrický menič bol vyrobený nanesením oxidu zinočnatého a zlata na kremenný substrát. Meniče boli poháňané sínusovým zdrojom v rozsahu 360 MHz. Pomocou tohto zariadenia sa získalo 80 % lýzy HL-60 a 50 % lýzy spór Bacillus Subtilis. Nárast teploty v dôsledku pôsobenia ultrazvuku bol zmiernený použitím ľadového balíčka a studeného prsta. Špička ultrazvukového rohu a oblasť kvapaliny sú spojené v mikrofluidnom čipe zvýšením tlaku tekutiny, aby sa zvýšila účinnosť lýzy [81].

Reboud a kol. [82] vyvinuli jednorazový mikrofluidický čip na detekciu parazita Plasmodium berghei hlodavca v krvi. Použili SAW na lýzu červených krviniek a parazitických buniek v kvapke krvi. Pomocou svojho zariadenia uvádzajú účinnosť lýzy buniek viac ako 99,8 %. Xueyong a kol. [83] vyrobili mikrofluidické zariadenie SAW, ktoré môže lýzovať červené krvinky s vysokou účinnosťou (95%).

Sonikácia má však obmedzenia, ako je vytváranie tepla, zložitý mechanizmus, ako aj drahý výrobný proces. V dôsledku tejto nadmernej tvorby tepla bola pozorovaná denaturácia proteínu a nadmerná difúzia obsahu buniek [8,84]. Aby sa skrátil operačný čas, bunky sa pred vystavením ultrazvuku najskôr ošetrili slabým detergentom, ako je digitonín [8,85]. Digitonín oslabil bunkovú membránu a uľahčil lýzu.

4.6. Elektrická lýza

Pri elektrickej metóde sú bunky lýzované tak, že sú vystavené silnému elektrickému poľu. Na bunkovú membránu sa aplikuje elektrické pole, ktoré vytvára transmembránový potenciál. Na vytvorenie pórov v bunkovej membráne je potrebný potenciál vyšší ako prahový potenciál. Ak je hodnota potenciálu nižšia ako prahový potenciál, póry môže bunka znova uzavrieť. Na druhej strane dostatočne vysoký potenciál môže bunku úplne rozpadnúť. Pri takýchto vysokých napätiach sa zistilo, že elektrické pole nemá žiadny vplyv na vnútrobunkové zložky [86]. Elektrické pole je kritickým parametrom na lýzu bunky. Pretože na lýzu buniek je potrebné vyššie elektrické pole, je potrebný generátor vysokého napätia na generovanie tohto vysokého elektrického poľa v makre. Táto metóda teda nie je bežná v makromeradle. Avšak v mikroškále kvôli malej veľkosti zariadení je možné dosiahnuť vyššie elektrické pole pri nižšom napätí. Z tohto dôvodu a ako metóda rýchleho a nereagujúceho postupu lýzy získala elektrická lýza značnú popularitu v mikrofluidickej komunite.

Ameri a kol. [87] použili zdroj jednosmerného prúdu (DC) na lýzu buniek v mikrofluidickom čipe. Obrázok 13 ukazuje výrobu a princíp fungovania ich čipu. Ich zariadenie pozostáva zo skleneného sklíčka potiahnutého povlakom z oxidu india a cínu so vzorom pre elektródy. Polia 6400-Microwell sú vyrobené z polyméru SU-8 fotolitografickou technikou. Vstupné a výstupné kanály sú vytvorené pomocou PDMS polyméru a sú utesnené skleneným sklíčkom s ITO elektródou na meranie impedancie. Červené krvinky (107 buniek/ml) prúdia cez zariadenie rýchlosťou 20 μL/min a na imobilizáciu buniek do mikročipu sa používa dielektroforéza (DEP). Na lýzu bolo do článku aplikované jednosmerné napätie 2 V počas 10 s. Proces lýzy bol monitorovaný pomocou merania impedancie pred a po lýze a pokles impedancie naznačoval úplnú lýzu buniek. Vo svojom zariadení uvádzajú účinnosť lýzy 87%. Autori navrhli zariadenie na lýzu buniek elektrickými poľami a optické bezplatné monitorovanie procesu lýzy na mikrofluidickej platforme, ktoré by mohlo mať potenciálne využitie v oblasti lekárskej diagnostiky.

Elektrické zariadenie na lýzu buniek: (a) výrobný protokol zariadenia (b) princíp fungovania zariadenia a (c) mikrofluidné zariadenie používané v štúdii na lýzu červených krviniek. Reprodukované so súhlasom [87].

Jiang a kol. [88] vyvinuli lacné mikrofluidické zariadenie na lýzu buniek pomocou elektrických polí. Na lýzu buniek s 50% účinnosťou aplikovali 10 V štvorcový impulz. Uvádzajú zariadenie, ktoré malo schopnosť lýzovať články pri oveľa nižšom napätí v porovnaní s komerčne dostupným zariadením pre elektrolyt, ktoré fungovalo pri 1000 V na lýzu 200 μL buniek PK15. Počas lýzy buniek pozorovali tvorbu bublín vo svojom zariadení v dôsledku účinku zahrievania joule. De Lange a kol. [89] lyžovali bunky v kvapôčkach pomocou elektrických polí. Preukázali novú robustnú techniku ​​na lýzu buniek bez detergentov v kvapkách. V ich zariadení bolo na lýzu baktérií aplikované elektrické pole bezprostredne pred zlúčením bunkového prúdu s lyzozýmom a zapuzdrením zmesi do kvapôčok. Uvádzajú, že iba s lyzozýmom je účinnosť lýzy slabá (menej ako 50%), ale v kombinácii s elektrickými poľami boli schopní dosiahnuť až 90% účinnosť lýzy buniek. Obrázok 14 zobrazuje ich mikrofluidné zariadenie na lýzu buniek v kvapkách. Autori naznačujú, že ich zariadenie by sa dalo použiť v aplikáciách, kde by použitie detergentov na lýzu buniek mohlo brániť bunkovej analýze, ako sú väzbové testy alebo štúdium chemickej aktivity proteínov, a v štúdiách hmotnostnej spektroskopie, kde výsledky môžu narušiť činidlá chemickej lýzy.

Mikrofluidné zariadenie na lýzu elektrických článkov: (A) schéma mikrofluidického čipu na výrobu elektrickej lýzy a prúdenia kvapôčok (B) skutočný obraz časti generujúcej kvapôčky a (C.) úplná elektrická lýza s elektroporačnými kanálmi. Reprodukované so súhlasom [89].

Escobedo a kol. [90] ukázali elektrickú lýzu buniek vo vnútri mikrofluidického čipu pomocou ručného korónového zariadenia. Dokázali lyzovať obličkové bunky mláďat škrečka (BHK), vylepšené bunky zeleného fluorescenčného proteínu ľudské bunky CP (eGFP HCP) 116 a neadherované bunky leukémie K562 úplne vnútri mikrofluidného kanála. Do kanála bola vložená kovová elektróda, ktorá slúžila na vybíjanie 10 až 30 kV na lýzu buniek za menej ako 300 ms. Lýza bola hodnotená pozorovaním pred a po zobrazení buniek pomocou mikroskopu s jasným poľom a vysokorýchlostným mikroskopom a tiež fluorescenčnými sondami bunkovej životaschopnosti. Tiež neuvádzajú žiadnu tvorbu bublín počas lýzy, čo naznačuje, že nedochádza k zahrievaniu joulov, čím je táto metóda vhodná na analýzu citlivých proteínov a intracelulárnych zložiek. Obrázok 15 zobrazuje usporiadanie a výsledky štúdie.

Elektrická lýza prostredníctvom ručného plazmového zariadenia: (a) schéma zariadenia. Bunky boli lyžované pomocou ručného korónového zariadenia pôsobením elektrického poľa na vstup zariadenia (b) jasné pole a fluorescenčné obrázky pred a po lýze buniek K562. Reprodukované so súhlasom [90].

Besant a kol. [91] detegovali molekuly mRNA E. coli technikou elektrochemickej lýzy. Aplikovali potenciál 20 V, čo iniciovalo lýzu buniek produkciou hydroxidových iónov z vody na katóde na rozbitie bakteriálnych membrán. Senzorové elektródy boli umiestnené vo vzdialenosti 50 μm, čo stačilo na detekciu molekúl mRNA za 10 minút. Hlásili lýzu a detekciu E. coli mRNA v koncentráciách už 0,4 CFU/μL za 2 minúty, čo bolo relevantné pre klinickú aplikáciu v citlivosti aj v čase.

Gabardo a kol. [92] vyvinuli lacnú a jednoduchú metódu na výrobu viacrozmerných 3D elektród, ktoré by sa dali použiť na lýzu baktérií pomocou kombinácie elektrických a elektrochemických prostriedkov. Tieto elektróny veľkosti mikrónov je možné rýchlo prototypovať pomocou remeselného rezania, polymerizáciou indukovaného vráskania a elektro-depozičných techník. Uvádzajú, že tieto laditeľné elektródy fungovali lepšie v porovnaní s litograficky pripravenými elektródami. Dokázali úspešne extrahovať nukleové kyseliny extrahované z lýzovaných baktérií na mikrofluidnej platforme. Uviedli 95% účinnosť lýzy pri 4 V pomocou svojich elektród. Obrázok 16 zobrazuje štruktúry zariadenia a elektród.

Zariadenie na lýzu baktérií: (a) schéma zariadenia na lýzu (b) skenovacie elektrónové mikrografy: (i) planárny (ii) pokrčený a (iii) elektródy uložené v elektróde (c) cyklické voltametrické skenovanie elektród. Reprodukované so súhlasom [92].

Li a kol. [93] vyvinuli dvojité nanoelektródové elektrické zariadenie na lýzu buniek na lýzu jednotlivých neurónových buniek. Podobne Wassermann a kol. [94] preukázali bunkovú špecifickú lýzu až 75 % z celkového počtu ľudských krviniek pomocou SiO2 pasivované elektródy na lýzu elektrických článkov pri aplikovanom napätí 8 � V. Ma a kol. [95] uviedli 10-násobný nárast mRNA extrahovanej z M. smegmatis použitím elektrickej lýzy v mikrofluidnej platforme v porovnaní s komerčným zariadením na vytváranie guľôčok. Na lýzu baktérií dlhými impulzmi (5 s) použili intenzitu poľa 4000 � V/cm. Uvádzajú, že ich zariadenie môže byť účinné pri uvoľňovaní mRNA z ťažko lyzovateľných buniek.

Islam a kol. [96] ukázali dôkaz koncepcie jednoduchého mikrofluidického zariadenia na elektrickú lýzu väčších objemov vzorky. Na zachytenie a lýzu použili nanopórovú membránu vloženú medzi dva mikrofluidické kanály E. coli baktérie aplikáciou 300 V. Uvádzajú účinnosť lýzy 90 % za menej ako 3 min. Obrázok 17 ukazuje schému zariadenia použitého na lýzu v ich štúdii.

Mikrofluidné zariadenie na lýzu buniek: (a) schéma zariadenia na lýzu buniek a (b) experimentálne nastavenie. Reprodukované so súhlasom [96].

Na lýzu článkov boli použité rôzne typy napätí, ako napríklad striedavý prúd (AC) [97,98], jednosmerné impulzy [99,100,101] a kontinuálne jednosmerné napätie [102]. Spolu s elektrickým poľom je doba expozície buniek v tomto elektrickom poli tiež dôležitým parametrom pre lýzu buniek. Zistilo sa, že bunky môžu byť lyzované použitím vyššieho elektrického poľa na krátku dobu, ako aj nižšieho elektrického poľa na dlhé časové obdobie [103]. Z tohto dôvodu sú v porovnaní s kontinuálnym elektrickým poľom DC potrebné striedavé a jednosmerné impulzy vyššieho elektrického poľa. Pretože elektrické pole závisí od vzdialenosti medzi elektródami, počas striedavých alebo jednosmerných impulzov sa použili elektródy vyrobené z mikrofabrikátov. Prehľad rôznych zariadení na elektrickú lýzu a charakteristík navrhnutého systému je uvedený v tabuľke 4.

Tabuľka 4

Rôzne zariadenia na lýzu buniek používané na lýzu buniek.

OdkazDruhyTyp bunkyVeľkosť bunky (μm)ElektródaTyp napätia (AC/DC)Lysing Voltage (V)
[104]ĽudskýHT-2910ZlatoAC8.5
[97]ĽudskýA43110ZlatoAC20
[98]-Nabitý vezikul FITC-BSA50ITOAC5
[99]-Leukocyty-3DDC impulz10
[100]Ľudskýčervené krvinky6 𠄸Pt drôtDC/AC30 �
[105]BaktérieE. coli-ZlatoJednosmerný impulz50
[106]ŠkrečokCHO10 �Pt drôtDC impulz1200
[106]BaktérieE. coli Pt drôtDC930
[102]Ľudskýčervené krvinky6𠄸Pt drôtDC50
[87]Ľudskýčervené krvinky6𠄸ITODC2
[96]BaktérieE. coli-Pt drôtDC300

Lu a kol. [104] vyvinuli mikrofluidnú elektroporačnú platformu na lýzu ľudských buniek HT-29. Na periodické zintenzívnenie elektrického poľa pozdĺž kanála sa použilo mikrovyrobené pole elektród s pílovitými zubami. Sedemdesiatštyri percentná účinnosť bola získaná pre prevádzkové napätie 8,5 V. Tento spôsob lýzy však nie je vhodný pre baktérie kvôli ich veľkostiam a tvarom.V porovnaní s bunkou cicavcov je na lýzu baktérií potrebné vysoké elektrické pole a dlhšia expozícia. Rosa [105] vyvinula čip na lýzu baktérií pozostávajúci z radu kruhových zlatých elektród. Použili sa DC impulzy a lýza so 17% účinnosťou sa dosiahla použitím operačného napätia 300 V. Táto účinnosť sa zvýšila až na 80% po pridaní enzýmu do bunkového roztoku. V roku 2006 Wang a kol. [107] navrhli aplikáciu kontinuálneho jednosmerného napätia pozdĺž kanála na lýzu buniek. Zariadenie pozostáva z jedného kanála s jednotnou hĺbkou a variabilnou šírkou. Pretože elektrické pole je nepriamo úmerné šírke kanála, v úzkej časti kanála je možné dosiahnuť vysoké elektrické pole. K lýze teda dochádza vo vopred určenej časti zariadenia. Čas vystavenia článku elektrickému poľu sa dá vyladiť zmenou dĺžky tejto úzkej časti. Konfigurácia zariadenia bola optimalizovaná a lýza bola dokončená E. coli baktérie boli možné pri 930 V. Úplný rozpad bunkovej membrány bol pozorovaný, keď bolo elektrické pole vyššie ako 1 500 V/cm. Toto zariadenie bolo veľmi jednoduché a nepotrebovalo žiadne mikrofabrikované elektródy. Ako elektródy boli použité Pt drôty. Na jeho prevádzku bol potrebný iba elektrický generátor. Avšak vytváranie bublín a problém zahrievania Joule nebolo možné úplne odstrániť. Podobný typ zariadenia použil Lee [102], kde bola dĺžka a šírka úzkeho úseku upravená tak, aby lyžovala cicavčiu bunku. Bao a spol. [108] tiež vyvinuli zariadenie na lýzu E. coli pomocou DC impulzov. Uvoľňovanie intracelulárnych materiálov bolo pozorované, keď bolo elektrické pole vyššie ako 1000 V/cm.

Záverom možno povedať, že elektrická metóda ponúka jednoduchý, rýchly a bez reagencií lýzový postup na lýzu rôznych druhov buniek. Táto metóda je tiež vhodná na selektívnu lýzu a je kompatibilná s inými následnými testami, ako je amplifikácia a separácia. Aj keď požiadavka vysokého napätia je pri tomto postupe problémom, dá sa prekonať zmenšením medzery medzi elektródami pomocou mikrovýroby. Generovanie tepla a tvorba bublín je však hlavným problémom metódy elektrickej lýzy.

4.7. Porovnanie rôznych mikrofluidických technológií pre lýzu buniek

V tabuľke 5 sú porovnané rôzne mikrofluidné technológie na lýzu buniek. Pri každej technike sú uvedené výhody a nevýhody rôznych metód.

Tabuľka 5

Porovnanie rôznych metód mikrofluidnej lýzy. Účinnosť lýzy buniek sa stanovila spriemerovaním účinnosti lýzy z citovaných odkazov. Nízka: 0 %� % Stredná: 50 %� % Vysoká: 80 %� %.


Kryokonzervácia embrya: Súhra medzi fundamentálnou a empirickou kryobiológiou

V desaťročí po úspešnej kryokonzervácii cicavčích spermií v roku 1949 bolo urobených niekoľko pokusov o kryokonzerváciu preimplantačných zygotov a embryí. Všetko zlyhalo. Najvyššie uvádzané prežitie na základe štiepenia bolo 1% pre králičie zygoty zmrazené pomaly v 15% glycerole [63]. V roku 1971 Whittingham prešiel na polyvinylpyrolidón (PVP) ako kryoprotektant a oznámil, že pomocou rýchleho chladenia na 60 ° C/min bol schopný dosiahnuť prežitie 8-bunkových myších embryí ochladených na -79 ° C a držaných 30 minút. [64]. O rok neskôr však Whittingham a spol. [4] a následne ďalší [65, 66] nedokázali tieto zistenia zopakovať.

V predchádzajúcom desaťročí, v rokoch 1963 až 1971, sa objavil stupeň mechanického chápania kryobiologického poškodenia. V roku 1963 publikoval Mazur [67] matematický model založený na fyzikálno-chemických úvahách, ktorý ukazuje, že pravdepodobnosť IIF v bunke závisí od stupňa, v akom prešla osmotickou dehydratáciou počas chladenia, a že zase závisí od priepustnosti vody pre bunku. bunka, teplotný koeficient alebo aktivačná energia tejto priepustnosti vody a pomer povrchu a objemu bunky. Následné experimenty s kvasinkami a ľudskými červenými krvinkami viedli k takzvanej dvojfaktorovej hypotéze [68], a to, že bunky chladené príliš rýchlo sú usmrcované IIF a bunky chladené príliš pomaly sú usmrcované poškodením v dôsledku účinku roztoku. Dôsledkom interakcie týchto dvoch faktorov je, že grafy prežitia vs. rýchlosť ochladzovania majú tvar obráteného „U“. Príkladom účinkov roztoku je zvýšenie koncentrácie soli tvorbou ľadu, ktoré kvantitatívne popísal Lovelock [69] pred 12 rokmi. Lovelock [70] tiež ukázal, že ochrana proti poškodeniu mrazom zlúčeninami s nízkou molekulovou hmotnosťou, ako je glycerol alebo dimetylsulfoxid, bola spôsobená ich schopnosťou koligatívne znižovať koncentráciu soli pri danej teplote pod nulou. Potom, v roku 19701971, experimentálne pozorovania ukázali, že grafy prežitia kmeňových buniek myšej drene [71] a buniek V79 [72, 73] škrečka, ako funkcia rýchlosti chladenia, tiež vykazovali obrátené U, s najvyšším prežitím pri strednej, optimálnej rýchlosti. Tieto údaje poskytli prvú priamu experimentálnu podporu pre aplikovateľnosť dvojfaktorovej hypotézy na jadrové bunky cicavcov.

Whittinghamov postup publikovaný v roku 1971 [64] pre myšie embryá nebol v súlade s týmito konceptmi. Fyzikálno-chemické modelovanie ukázalo, že aby sa predišlo IIF, zostava buniek s veľkosťou a predpokladanými permeabilnými vlastnosťami myších embryí by sa musela ochladiť na < 1 °C/min, nie na 60 °C/min [67]. Teória, ktorá je základom ochrany pred poškodením účinkom pomalého zmrazovania, tvrdila, že PVP by bol neúčinný CPA kvôli jeho vysokej molekulovej hmotnosti a následnej nepriepustnosti. Keď Whittingham a spol. [4] prepracovali protokol pre myšie embryá s ohľadom na tieto základy, okamžite získali vysoké prežitie.

Kryokonzervácia myších embryí publikovaná Whittinghamom a kol. [4] slúžili ako štandard pre laboratóriá, ako je Jackson Laboratory. V roku 1977 Willadsen [74] predstavil modifikáciu založenú na experimentoch s morušou hovädzieho dobytka a oviec, a to skôr, než aby embryá pomaly chladil na -70 ° C, ale pomaly ich ochladzoval na -36 ° (0,3 ° C/min až -30 ° C) C, potom 0,1 ° C/min až -36 ° C), po čom nasleduje ponorenie do tekutého dusíka. Táto modifikácia bola úplne kompatibilná a vysvetliteľná základnými základmi. Pomalé chladenie na -36 ° C bolo dostatočné na to, aby väčšina intracelulárnej zmraziteľnej vody vytiekla z bunky a externe zamrzla, v dôsledku čoho sa počas následného ponorenia do kvapalného dusíka vytvoril malý intracelulárny ľad. Počas prepadu sa zjavne vytvorí malé množstvo ľadu alebo skla, pretože pri Willadsenovom postupe sa spravidla vyžaduje rýchle zahriatie embryí. Rýchle zahriatie minimalizuje devitrifikáciu a minimalizuje rekryštalizáciu malých, už existujúcich kryštálikov ľadu. Ako uviedli Leibo a Songsasen [75], a ako Leibo na workshope poukázal, Willadsenov teraz štandardný postup bol použitý na úspešnú kryokonzerváciu embryí z približne 22 druhov cicavcov. V prípade hovädzieho dobytka, oviec, myší a ľudí sa z embryí kryokonzervovaných touto „jednoduchou“ metódou vyvinulo viac ako milión potomkov.

Z tohto úspechu by sa dalo usúdiť, že problém kryokonzervácie embryí bol vyriešený pre všetky druhy, ale nie je tomu tak. Štandardný postup odvodený z kryobiologických základov bol a stále je v mnohých prípadoch neúspešný a tieto prípady sú dôležité pre zachovanie zárodočnej plazmy. Patria sem embryá ošípaných (až na niekoľko výnimiek), rýb a hmyzu. V každom z týchto druhov nie sú základné chyby nesprávne, ale sú prekryté inými škodlivými faktormi alebo blokádami. Asi najdôležitejším z týchto „ďalších faktorov“ je mrazivé zranenie. Ak je embryo alebo oocyt veľmi citlivé na chlad, nízka rýchlosť chladenia potrebná na zabránenie IIF môže spôsobiť také dlhé časy pôsobenia nízkej teploty, ktoré môžu spôsobiť vážne chladenie. Zdá sa, že tento konflikt sa týka embryí ošípaných, zebrafish a Drosophilaa oocytom mnohých druhov. Osvedčeným alebo navrhovaným riešením vo všetkých týchto prípadoch bolo „predbehnúť“ chladivé zranenie použitím vysokých rýchlostí chladenia na prechod cez poškodzujúcu teplotnú zónu tak rýchlo, že nie je čas na zranenie. Pretože však vysoké rýchlosti chladenia normálne indukujú letálny IIF, je potrebné zabrániť IIF zavedením multimolárnych koncentrácií CPA na indukciu vitrifikácie bunkovej vody. To zase môže spôsobiť vážne osmotické a toxické problémy.

V bunkových typoch niektorých druhov existujú ďalšie prekrývajúce sa, niekedy viaceré, škodlivé faktory. Pri ovulácii sú oocyty väčšiny druhov cicavcov zastavené v metafáze II meiózy a ich ochladzovanie na teploty blízke 0 °C spôsobuje rozklad mikrotubulov a rozrušenie meiotického vretienka [76, 77]. Okrem toho sa zdá, že vysoké koncentrácie CPA potrebné na vitrifikáciu spevňujú zona pellucida, čo sťažuje alebo znemožňuje spermiám preniknúť do vajíčka [78]. U embryí zebra je jedným z hlavných problémov to, že IIF sa vyskytuje približne pri rovnakej teplote ako vonkajšie mrazenie [9]. Inak povedané, voda v embryu zebra môže tolerovať veľmi malé podchladenie, kým intracelulárne zmrzne. Bez podchladenia neplatia zásadné úvahy a klasický prístup pomalého zmrazovania neuspeje. Embryo zebra je nakoniec rozdelené na kompartmenty a tieto oddelenia majú významné bariéry priepustnosti pre vodu a CPA [79].

Ostáva nám teda strategická otázka: povedie výskum základov k novým súborom zásad, ktoré by vysvetlili a prekonali niektoré alebo všetky tieto škodlivé prekrývajúce faktory, zásady, ktoré pravdepodobne nesúvisia s fyzikálno -chemickými základmi, ktoré sa uplatňovali predtým? Alebo naopak, empirické štúdie vedú častejšie k riešeniam? Ak by bola známa odpoveď na túto dvojicu otázok, problémy by už boli vyriešené. V tomto ohľade je zaujímavé, že medzi kryokonzerváciou býka a myších spermií existovala 40-ročná medzera, kde výskum pokračoval empiricky, ale iba 1-ročná medzera medzi kryokonzerváciou myších a hovädzích embryí, kde bol úspech v prvom prípade založené na základoch.

Uvádzame jeden príklad, ktorý by mohol predstavovať nový súbor zásad aplikovaných na zranenie spôsobené chladom. Existuje korelácia medzi množstvom intracelulárneho lipidu alebo žĺtka, ktoré embryá obsahujú, a ich náchylnosťou na poškodenie chladom. Napríklad počiatočné štádia štiepenia embryí hovädzieho a ošípaného obsahujú značné množstvo vnútorných lipidových kvapôčok a vykazujú vysokú citlivosť na mrazivé poranenie. Myšie a ľudské embryá obsahujú niekoľko zdanlivých lipidových kvapiek a nevykazujú žiadne mrazivé poranenie. Embryá zebrafish obsahujú veľké množstvo žĺtka a vykazujú vysokú citlivosť na chladenie. Keď sú lipidové kvapky odstránené z embryí ošípaných diferenciálnou centrifugáciou a mikropipetovaním [80], ich citlivosť na chladenie je výrazne znížená. Keď sa podobnými postupmi odstráni žĺtok z embryí zebričiek, podstatne sa zníži aj ich citlivosť na chladenie [81]. Aký je kauzálny vzťah medzi intracelulárnymi lipidmi a náchylnosťou na poškodenie ochladzovaním? Funguje rovnaká príčina a následok s intraembryonálnym žĺtkom u zebrafish, aj keď medzi žĺtkom a lipidovými kvapôčkami neexistuje žiadny zjavný chemický vzťah? Uprednostňovanou hypotézou je, že k poraneniu ochladením dochádza v dôsledku zmien lipidovej fázy v plazmatickej membráne pri nízkych teplotách. Ak je to tak, prečo by mali udalosti v intracytoplazmatických kvapôčkach lipidov ovplyvniť vlastnosti plazmatickej membrány?


Ochrana rastlín proti patogénom

Rastliny sa bránia proti patogénom pomocou bariér, sekundárnych metabolitov a antimikrobiálnych zlúčenín.

Učebné ciele

Identifikujte obranné reakcie rastlín na patogény

Kľúčové informácie

Kľúčové body

  • Mnohé rastliny majú nepreniknuteľné bariéry, ako je kôra a vosková kutikula, alebo prispôsobenia, ako sú tŕne a tŕne, ktoré ich chránia pred patogénmi.
  • Ak patogény narušia bariéry rastlín, rastlina môže reagovať sekundárnymi metabolitmi, ktoré sú často toxickými zlúčeninami, ako je glykolkyanid, ktoré môžu poškodiť patogén.
  • Rastliny produkujú antimikrobiálne chemikálie, antimikrobiálne proteíny a antimikrobiálne enzýmy, ktoré sú schopné bojovať proti patogénom.

Reakcie obrany proti patogénom

Patogény sú pôvodcami chorôb. Tieto infekčné mikroorganizmy, ako sú huby, baktérie a nematódy, žijú z rastliny a poškodzujú jej tkanivá. Rastliny vyvinuli rôzne stratégie na odradenie alebo zabíjanie útočníkov.

Prvou obrannou líniou rastlín je neporušená a nepreniknuteľná bariéra zložená z kôry a voskovej kutikuly. Obidve chránia rastliny pred patogénmi.

Vonkajšia ochrana rastlín môže byť narušená mechanickým poškodením, ktoré môže poskytnúť vstupný bod pre patogény. Ak dôjde k porušeniu prvej obrannej línie, rastlina sa musí uchýliť k inému súboru obranných mechanizmov, ako sú toxíny a enzýmy. Sekundárne metabolity sú zlúčeniny, ktoré nie sú priamo odvodené z fotosyntézy a nie sú potrebné na dýchanie alebo rast a vývoj rastlín. Mnoho metabolitov je toxických a môže byť dokonca smrteľné pre zvieratá, ktoré ich požijú.

Rastliny majú navyše množstvo indukovateľných obranných schopností v prítomnosti patogénov. Okrem sekundárnych metabolitov rastliny produkujú antimikrobiálne chemikálie, antimikrobiálne proteíny a antimikrobiálne enzýmy, ktoré sú schopné bojovať proti patogénom. Rastliny môžu uzavrieť stomaty, aby zabránili vstupu patogénu do rastliny. Hypersenzitívnu reakciu, pri ktorej rastlina zažije rýchlu bunkovú smrť, aby sa ubránila infekcii, môže byť iniciovaná rastlinou alebo môže použiť pomoc endofytov: korene uvoľňujú chemikálie, ktoré priťahujú ďalšie prospešné baktérie na boj proti infekcii.

Mechanické poranenie a útoky predátorov aktivujú obranné a ochranné mechanizmy v poškodenom tkanive a vyvolávajú diaľkovú signalizáciu alebo aktiváciu obranných a ochranných mechanizmov na miestach vzdialenejších od miesta poranenia. Niektoré obranné reakcie nastanú v priebehu niekoľkých minút, iné môžu trvať niekoľko hodín.


Fyzické bariéry

Fyzické bariéry hrajú dôležitú úlohu v prevencii mikróbov dostať sa do tkanív, ktoré sú náchylné na infekciu. Na bunkovej úrovni bariéry pozostávajú z buniek, ktoré sú pevne spojené, aby zabránili útočníkom preniknúť do hlbšieho tkaniva. Napríklad endotelové bunky, ktoré lemujú krvné cievy, majú veľmi tesné spojenia medzi bunkami, ktoré blokujú mikróbom prístup k krvnému obehu. Bunkové spojenia sú spravidla zložené z proteínov bunkovej membrány, ktoré sa môžu spájať s extracelulárnou matricou alebo s komplementárnymi proteínmi zo susedných buniek. Tkanivá v rôznych častiach tela majú rôzne typy bunkových spojení. Patria sem tesné spoje, desmozómy a medzery, ako je znázornené na obrázku ( PageIndex <1> ). Vnikajúce mikroorganizmy sa môžu pokúsiť tieto látky chemicky odbúrať pomocou enzýmov, ako sú proteázy, ktoré môžu spôsobiť štrukturálne poškodenie, a vytvoriť tak vstupný bod pre patogény.

Obrázok ( PageIndex <1> ): V ľudskom tkanive existuje niekoľko typov bunkových spojení, z ktorých tri sú uvedené tu. Tesné spoje spájajú dve susedné bunky dohromady, čím bránia alebo obmedzujú výmenu materiálu cez priestory medzi nimi. Desmozómy majú stredné vlákna, ktoré fungujú ako šnúrky do topánok, spájajú dve bunky, čo umožňuje malým materiálom prechádzať výslednými priestormi. Spoje medzier sú kanály medzi dvoma bunkami, ktoré umožňujú ich komunikáciu prostredníctvom signálov. (kredit: úprava diela Mariana Ruiz Villareal)

Kožná bariéra

Jednou z najdôležitejších fyzických prekážok tela a rsquos je kožná bariéra, ktorá sa skladá z troch vrstiev tesne zabalených buniek. Tenká horná vrstva sa nazýva epidermis. Druhá, hrubšia vrstva, nazývaná dermis, obsahuje vlasové folikuly, potné žľazy, nervy a krvné cievy. Vrstva tukového tkaniva nazývaná hypodermis leží pod dermis a obsahuje krvné a lymfatické cievy (obrázok ( PageIndex <2> )).

Obrázok (PageIndex<2>): Ľudská koža má tri vrstvy, epidermis, dermis a hypodermis, ktoré poskytujú hrubú bariéru medzi mikróbmi mimo tela a hlbšími tkanivami. Odumreté kožné bunky na povrchu epidermis sa neustále vylučujú, pričom so sebou nesú mikróby na povrch pokožky a rsquos. (kredit: úprava práce Národným inštitútom zdravia)

Najvyššia vrstva pokožky, epidermis, pozostáva z buniek nabitých keratínom. Tieto odumreté bunky zostávajú ako pevne spojená, hustá vrstva bunkových šupiek naplnených proteínmi na povrchu kože. Vďaka keratínu je povrch pokožky a rsquosu mechanicky pevný a odolný voči degradácii bakteriálnymi enzýmami. Keratín tiež pomáha urobiť vonkajší povrch pokožky relatívne vodotesným, čo pomáha udržať povrch pokožky suchý, čo obmedzuje mikrobiálny rast. Mastné kyseliny na povrchu pokožky a rsquosu vytvárajú suché, slané a kyslé prostredie, ktoré inhibuje rast niektorých mikróbov a je vysoko odolné voči rozkladu bakteriálnymi enzýmami. Kožný maz z olejových žliaz vo vlasových folikuloch je endogénny mediátor, ktorý poskytuje dodatočnú vrstvu obrany tým, že pomáha utesniť póry vlasového folikulu a zabraňuje baktériám na povrchu pokožky a rsquos preniknúť do potných žliaz a okolitého tkaniva. Niektorí členovia mikrobiómu môžu používať lipázové enzýmy na degradáciu kožného tuku a používajú ho ako zdroj potravy. Produkuje sa kyselina olejová, ktorá na povrchu pokožky vytvára mierne kyslé prostredie, ktoré je pre mnohé patogénne mikróby nehostinné. Kyselina olejová je príkladom exogénne produkovaného mediátora, pretože je produkovaný rezidentnými mikróbmi a nie priamo bunkami tela. Odumreté bunky epidermis sa navyše často vylučujú spolu s akýmikoľvek mikróbmi, ktoré sa na ne môžu prichytiť (deskvamácia). Odpadnuté kožné bunky sa neustále nahrádzajú novými bunkami zospodu, čím sa vytvára nová bariéra, ktorá sa čoskoro stratí rovnakým spôsobom.

Pot (pot) dodáva epidermis určitú vlhkosť, čo môže zvýšiť potenciál pre mikrobiálny rast. Z tohto dôvodu sa viac mikróbov nachádza v oblastiach kože, ktoré produkujú najviac potu, ako je koža podpazušia a slabín. Pot však okrem vody obsahuje aj látky, ktoré brzdia mikrobiálny rast, ako sú soli, lyzozým a antimikrobiálne peptidy. Sebum tiež slúži na ochranu pokožky a zníženie straty vody. Aj keď niektoré lipidy a mastné kyseliny v kožnom tuku brzdia mikrobiálny rast, kožný tuk obsahuje zlúčeniny, ktoré poskytujú výživu určitým mikróbom.V ušiach cerumen (ušný vosk) vykazuje antimikrobiálne vlastnosti vďaka prítomnosti mastných kyselín, ktoré znižujú pH na hodnotu 3 až 5.

K infekcii môže dôjsť vtedy, ak je narušená alebo porušená kožná bariéra. Rana môže slúžiť ako vstupný bod pre oportúnne patogény, ktoré môžu infikovať kožné tkanivo obklopujúce ranu a prípadne sa rozšíriť do hlbších tkanív.

Zahradník Mike z južnej Kalifornie si nedávno všimol malú červenú hrčku na ľavom predlaktí. Spočiatku o tom príliš nepremýšľal, ale čoskoro sa zväčšil a potom ulceroval (otvoril sa), z čoho sa stala bolestivá lézia, ktorá sa tiahla cez veľkú časť jeho predlaktia (obrázok (PageIndex<3>)). Išiel do zariadenia urgentnej starostlivosti, kde sa ho lekár spýtal na jeho povolanie. Keď povedal, že je krajinár, lekár okamžite mal podozrenie na sporotrichózu, typ plesňovej infekcie známej ako choroba ružových záhradníkov, pretože často postihuje krajinárov a nadšencov záhradníctva.

Vo väčšine prípadov huby nemôžu spôsobiť kožné infekcie u zdravých jedincov. Huby rastú vlákna známe ako hýfy, ktoré nie sú obzvlášť invazívne a dajú sa ľahko udržať na uzde fyzickými bariérami kože a slizníc. Malé rany na koži, ako napríklad tŕne, však môžu poskytnúť otvor pre oportúnne patogény, ako napr. Sporothrix schenkii, pôdna huba a pôvodca choroby ružový záhradník a rsquos. Akonáhle naruší kožnú bariéru, S. schenkii môže infikovať kožu a pod ňou ležiace tkanivá a spôsobiť ulcerované lézie ako Mike&rsquos. Pri zmiešaní môžu do infikovaného tkaniva vstúpiť ďalšie patogény, čo spôsobuje sekundárne bakteriálne infekcie.

Našťastie je choroba ružového záhradníka a rsquosu liečiteľná. Lekár Mike & rsquos mu napísal recept na niektoré antifungálne lieky a tiež kurz antibiotík na boj proti sekundárnym bakteriálnym infekciám. Jeho lézie sa nakoniec zahojili a Mike sa vrátil do práce s novým uznaním rukavíc a ochranného oblečenia.

Obrázok ( PageIndex <3> ): Ružová záhradník a choroba rsquos sa môžu vyskytnúť, keď je huba Sporothrix schenkii narúša pokožku malými rezmi, ktoré môžu spôsobiť tŕne. (kredit vľavo: úprava diela Elisa Self kredit vpravo: úprava diela Centra pre kontrolu a prevenciu chorôb)

Bariéry v oku

Napriek tomu, že oko a koža majú výraznú anatómiu, sú v priamom kontakte s vonkajším prostredím. Dôležitou súčasťou oka je nazolakrimálny drenážny systém, ktorý slúži ako kanál pre tekutinu oka nazývanú slzy. Slzy tečú z vonkajšieho oka do nosnej dutiny slzným aparátom, ktorý je zložený zo štruktúr zapojených do tvorby slz (obrázok ( PageIndex <4> )). Slzná žľaza nad okom vylučuje slzy, aby oko zostalo vlhké. V blízkosti nosa sú dva malé otvory, jeden na vnútornom okraji horného viečka a jeden na vnútornom okraji dolného viečka. Každý z týchto otvorov sa nazýva slzný bod. Spoločne tieto slzné bodky zbierajú slzy z oka, ktoré sú potom prenášané cez slzné kanály do rezervoáru sĺz nazývaného slzný vak., tiež známy ako dacrocyst alebo slzný vak.

Z vaku slzná tekutina prúdi nasolakrimálnym kanálom do vnútorného nosa. Každý nasolakrimálny kanál je umiestnený pod kožou a prechádza cez kosti tváre do nosa. Chemikálie v slzách, ako sú defenzíny, laktoferín a lyzozým, pomáhajú predchádzať kolonizácii patogénmi. Lysozým štiepi väzbu medzi NAG a NAM v peptidoglykáne, zložke bunkovej steny v baktériách. Je účinnejšia proti grampozitívnym baktériám, ktorým chýba ochranná vonkajšia membrána spojená s gramnegatívnymi baktériami. Lactoferrin inhibuje mikrobiálny rast chemickou väzbou a sekvestráciou železa. V dôsledku toho hladuje mnoho mikróbov, ktoré na svoj rast vyžadujú železo. Okrem toho mucíny uľahčujú odstraňovanie mikróbov z povrchu oka.

Obrázok (PageIndex<4>): Slzný aparát zahŕňa štruktúry oka spojené s tvorbou a odtokom sĺz. (kredit: úprava práce & ldquoEvidence Based Medical Educator Inc. & rdquo/YouTube)

Slizničné membrány

Sliznice lemujúce nos, ústa, pľúca a močové a tráviace ústrojenstvo predstavujú ďalšiu nešpecifickú bariéru proti potenciálnym patogénom. Sliznice sa skladajú z vrstvy epiteliálnych buniek spojených tesnými spojmi. Epitelové bunky vylučujú vlhkú, lepkavú látku nazývanú hlien, ktorá pokrýva a chráni krehkejšie bunkové vrstvy pod ňou a zachytáva zvyšky a častice vrátane mikróbov. Sekréty hlienu tiež obsahujú antimikrobiálne peptidy.

V mnohých oblastiach tela mechanické činnosti slúžia na vypláchnutie hlienu (spolu s uväznenými alebo mŕtvymi mikróbmi) z tela alebo preč od potenciálnych miest infekcie. Napríklad v dýchacom systéme môže vdychovanie priniesť do tela mikróby, prach, spóry plesní a iné drobné nečistoty vo vzduchu. Nosová dutina je vystlaná chĺpkami, ktoré zachytávajú veľké častice, ako je prach a peľ, a bránia ich prístupu do hlbších tkanív. Nosová dutina je tiež lemovaná sliznicou a Bowmanovými žliazkami, ktoré produkujú hlien, ktorý pomáha zachytávať častice a mikroorganizmy pri odstraňovaní. Je to vrstva známa ako mukociliárna prikrývka. Viskozita a kyslosť tejto sekrécie inhibuje mikrobiálne prichytenie k podkladovým bunkám. Horný dýchací systém je pod neustálym dohľadom lymfoidného tkaniva (MALT) spojeného so sliznicou vrátane adenoidov a mandlí. Medzi ďalšie slizničné obranné mechanizmy patria sekretované protilátky (IgA), lyzozým, povrchovo aktívna látka a antimikrobiálne peptidy nazývané defensíny. Epitelové bunky lemujúce horné časti dýchacieho traktu sa nazývajú riasnaté epitelové bunky, pretože majú chlpaté prívesky známe ako riasinky. Pohyb mihalníc vyháňa hlien naložený troskami von a preč z pľúc. Vylúčený hlien sa potom prehltne a zničí v žalúdku, alebo sa vykašle alebo kýchne (obrázok ( PageIndex <5> )). Tento systém odstraňovania sa často nazýva mukociliárny eskalátor.


Obrázok ( PageIndex <5> ): Tento skenovací elektrónový mikrograf zobrazuje riasnaté a neliciované epiteliálne bunky z ľudskej priedušnice. Mukociliárny eskalátor tlačí hlien preč z pľúc spolu so všetkými úlomkami alebo mikroorganizmami, ktoré môžu byť zachytené v lepkavom hliene, a hlien sa pohybuje hore do pažeráka, kde ho možno odstrániť prehltnutím.

Mukociliárny eskalátor je tak účinnou bariérou pre mikróby, že pľúca, najnižšia (a najcitlivejšia) časť dýchacích ciest, boli dlho považované za sterilné prostredie u zdravých jedincov. Len nedávno výskum naznačil, že zdravé pľúca môžu mať malú normálnu mikrobiotu. Narušenie mukociliárneho eskalátora škodlivými účinkami fajčenia alebo chorôb, ako je cystická fibróza, môže viesť k zvýšenej kolonizácii baktériami v dolných dýchacích cestách a častým infekciám, čo zdôrazňuje dôležitosť tejto fyzickej bariéry pre obranu hostiteľa. Nakoniec je vonkajší povrch pľúc chránený dvojvrstvovou pleurálnou membránou, ktorá chráni pľúca a zaisťuje mazanie, ktoré umožňuje pľúcam ľahký pohyb počas dýchania. Sú tiež chránené alveolárnymi makrofágmi. Tieto fagocyty účinne zabíjajú všetky mikróby, ktorým sa podarí vyhnúť sa iným obranným systémom.

Rovnako ako dýchacie cesty, aj tráviaci trakt je vstupným portálom, cez ktorý sa do tela dostávajú mikróby, a sliznice lemujúce tráviaci trakt poskytujú nešpecifickú fyzickú bariéru proti prijatým mikróbom. Zdá sa, že niekoľko faktorov pôsobí proti tomu, aby boli ústa pohostinné pre určité mikróby. Žuvanie napríklad umožňuje mikróbom lepšie sa zmiešať so slinami, aby ich bolo možné ľahšie prehltnúť alebo vypľuť. Sliny v ústnej dutine obsahujú mediátory, ako sú enzýmy laktoperoxidázy a lyzozým, ktoré môžu poškodiť mikrobiálne bunky. Lysozým je súčasťou prvej obrannej línie vrodeného imunitného systému a štiepi väzby medzi N-acetylglukozamínom (NAG) a kyselinou N-acetylmuramovou (NAM) v bakteriálnom peptidoglykáne. V gingiválnych priestoroch sa navyše produkujú tekutiny obsahujúce imunoglobulíny a fagocytárne bunky. Žalúdok je extrémne kyslé prostredie (pH 1,5 až 3,5) vďaka žalúdočným šťavám, ktoré rozkladajú potravu a zabíjajú mnoho požitých mikróbov, čo pomáha predchádzať infekcii patogénmi. Ďalej dolu je črevný trakt lemovaný epiteliálnymi bunkami, popretkávanými pohárkovými bunkami vylučujúcimi hlien (obrázok ( PageIndex <6> )). Tento hlien sa mieša s materiálom prijatým zo žalúdka a zachytáva potravinové mikróby a nečistoty.

Obrázok ( PageIndex <6> ): Pohárikovité bunky produkujú a vylučujú hlien. Šípky na tejto mikrofotografii ukazujú na pohárikové bunky vylučujúce hlien (zväčšenie 1600⨯) v črevnom epiteli. (mikrofotografia kreditu: Mikrofotografia poskytnutá lekármi školy Regents of University of Michigan a kópia 2012)

Pohárové bunky, ktoré sú modifikovanými jednoduchými stĺpcovými epiteliálnymi bunkami, tiež lemujú GI trakt (obrázok ( PageIndex <6> )). Pohárové bunky vylučujú mucín tvoriaci gél, ktorý je hlavnou zložkou hlienu. Produkcia ochrannej vrstvy hlienu pomáha znižovať riziko, že sa patogény dostanú do hlbších tkanív. Malé agregáty podkladového lymfoidného tkaniva v ilea, nazývané Peyer & rsquos náplasti, detegujú patogény v črevách prostredníctvom mikrofoldových (M) buniek, ktoré prenášajú antigény z lúmenu čreva do lymfocytov na Peyer & rsquos náplastiach, aby indukovali imunitnú odpoveď. Peyer&rsquosove náplasti potom vylučujú IgA a iné patogénne špecifické protilátky do črevného lúmenu, aby pomohli udržať črevné mikróby na bezpečnej úrovni.

Mechanické pôsobenie peristaltiky, séria svalových kontrakcií v tráviacom trakte, posúva uvoľnený hlien a iný materiál cez črevá, konečník a konečník, pričom materiál vylučuje stolicou. V skutočnosti sú výkaly zložené z približne 25% mikróbov, 25% oddelených epiteliálnych buniek, 25% hlienu a 25% natrávenej alebo nestrávenej potravy. Napokon normálna mikrobiota poskytuje dodatočnú bariéru proti infekcii prostredníctvom rôznych mechanizmov. Tieto organizmy napríklad prekonávajú potenciálne patogény v priestore a živinách v čreve. Toto je známe ako konkurenčné vylúčenie. Členovia mikrobioty môžu tiež vylučovať proteínové toxíny známe ako bakteriocíny, ktoré sú schopné viazať sa na špecifické receptory na povrchu citlivých baktérií.

Endotelia

Epitelové bunky lemujúce urogenitálny trakt, krvné cievy, lymfatické cievy a niektoré ďalšie tkanivá sú známe ako endotel. Tieto tesne zabalené bunky poskytujú obzvlášť účinnú bariéru v prvej línii proti útočníkom. Endotel hematoencefalickej bariéry napríklad chráni centrálny nervový systém (CNS), ktorý pozostáva z mozgu a miechy. CNS je jednou z najcitlivejších a najdôležitejších oblastí tela, pretože mikrobiálna infekcia CNS môže rýchlo viesť k vážnemu a často smrteľnému zápalu. Bunkové spojenia v cievach cestujúcich cez CNS sú jedny z najtesnejších a najtvrdších v tele a zabraňujú vstupu akýchkoľvek prechodných mikróbov v krvnom obehu do CNS. To udržuje cerebrospinálny mok, ktorý obklopuje a obmýva mozog a miechu, za normálnych podmienok sterilný.

U mužov i žien sú však obličky sterilné. Hoci moč obsahuje niektoré antibakteriálne zložky, baktérie budú rásť v moči vynechanom pri izbovej teplote. Preto je to predovšetkým splachovací účinok, ktorý udržuje močovody a močový mechúr bez mikróbov. Ženský reprodukčný systém používa laktát, exogénne vyrobený chemický mediátor, na inhibíciu mikrobiálneho rastu. Bunky a tkanivové vrstvy tvoriace vagínu tiež produkujú glykogén, rozvetvený a komplexnejší polymér glukózy.

  1. Popíšte, ako funguje mukociliárny eskalátor.
  2. Akú ďalšiu obranu majú jednotlivé telesné lokality spoločné?
  3. Vymenujte dve miesta, kde by ste našli endoteliu.

Antimikrobiálne peptidy

Antimikrobiálne peptidy (AMP) sú špeciálnou triedou nešpecifických mediátorov odvodených z buniek so širokospektrálnymi antimikrobiálnymi vlastnosťami. Niektoré AMP sú rutinne produkované telom, zatiaľ čo iné sú primárne produkované (alebo produkované vo väčších množstvách) v reakcii na prítomnosť invázneho patogénu. Výskum začal skúmať, ako možno AMP použiť pri diagnostike a liečbe chorôb.

AMP môžu indukovať poškodenie buniek v mikroorganizmoch rôznymi spôsobmi, vrátane spôsobením poškodenia membrán, zničením DNA a RNA alebo interferenciou so syntézou bunkovej steny. V závislosti od špecifického antimikrobiálneho mechanizmu môže konkrétny AMP inhibovať iba určité skupiny mikróbov (napr. gram-pozitívne alebo gram-negatívne baktérie) alebo môže byť širšie účinný proti baktériám, hubám, prvokom a vírusom. Mnoho AMP sa nachádza na koži, ale možno ich nájsť aj v iných oblastiach tela.

Skupina AMP nazývaných defenzíny môže byť produkovaná epitelovými bunkami v celom tele, ako aj bunkovou obranou, ako sú makrofágy a neutrofily. Defenzíny sa môžu vylučovať alebo pôsobiť vo vnútri hostiteľských buniek, ktoré bojujú proti mikroorganizmom poškodzovaním ich plazmatických membrán. AMP nazývané bakteriocíny sú produkované exogénne niektorými členmi rezidentnej mikrobioty v gastrointestinálnom trakte. Gény kódujúce tieto typy AMP sú často prenášané na plazmidoch a môžu sa prenášať medzi rôznymi druhmi v rámci rezidentnej mikroflóry prostredníctvom laterálneho alebo horizontálneho prenosu génov. V celom tele je množstvo ďalších AMP. Charakteristiky niekoľkých významnejších AMP sú zhrnuté v tabuľke ( PageIndex <2> ).

Tabuľka (PageIndex<2>): Charakteristiky vybraných antimikrobiálnych peptidov (AMP)
AMP Vylúčil Stránka tela Patogény inhibované Spôsob účinku
Bakteriocíny Rezidentná mikrobiota Gastrointestinálny trakt Baktérie Narušiť membránu
katelicidín Epitelové bunky, makrofágy a ďalšie typy buniek Koža Baktérie a huby Narušuje membránu
Obrany Epitelové bunky, makrofágy, neutrofily Po celom tele Huby, baktérie a mnoho vírusov Narušiť membránu
Dermicidín Potné žľazy Koža Baktérie a huby Narúša integritu membrány a iónové kanály
Histatíny Slinné žľazy Ústna dutina Huby Narušiť intracelulárnu funkciu

Prečo sú antimikrobiálne peptidy (AMP) považované za nešpecifické obrany?

Mechanická obrana

Okrem fyzických bariér, ktoré zabraňujú prenikaniu mikróbov do tela, má telo množstvo mechanických obranných mechanizmov, ktoré fyzicky odstraňujú patogény z tela a bránia im v usadení sa. Už sme diskutovali o niekoľkých príkladoch mechanickej obrany, vrátane vylučovania kožných buniek, vylučovania hlienu cez mukociliárny eskalátor a vylučovania výkalov črevnou peristaltikou. Medzi ďalšie dôležité príklady mechanickej obrany patrí splachovací účinok moču a sĺz, ktoré slúžia na prenos mikróbov z tela. Splachovací účinok moču je do značnej miery zodpovedný za normálne sterilné prostredie močového traktu, ktoré zahŕňa obličky, močovody a močový mechúr. Moč vylučovaná z tela vyplavuje prechodné mikroorganizmy a bráni im v usadení sa. Oči majú tiež fyzické bariéry a mechanické mechanizmy na prevenciu infekcií. Mihalnice a očné viečka zabraňujú prachu a vzdušným mikroorganizmom dostať sa na povrch oka. Všetky mikróby alebo úlomky, ktoré sa dostanú cez tieto fyzické bariéry, môžu byť vyplavené mechanickým pôsobením žmurkania, ktoré zaleje oči slzami a zmyje úlomky (obrázok (PageIndex<7>)).

Obrázok (PageIndex<7>): Slzy vypláchnu mikróby z povrchu oka. Moč pri priechode vyplavuje mikróby z močových ciest, močový systém je normálne sterilný.

Vymenujte dve mechanické obrany, ktoré chránia oči.

Mikrobiálna flóra

V rôznych oblastiach tela slúži rezidentná mikrobiota ako dôležitá obrana prvej línie proti inváznym patogénom. Rezidentná mikrobiota prostredníctvom svojho obsadenia väzbových miest pre bunky a konkurencie o dostupné živiny zabraňuje kritickým počiatočným krokom prichytenia a proliferácie patogénu potrebného na vznik infekcie. Napríklad vo vagíne členovia rezidentnej mikroflóry súťažia s oportúnnymi patogénmi, ako sú kvasinky Candida. Táto konkurencia zabraňuje infekciám obmedzením dostupnosti živín, a tým inhibuje rast Candida, udržať populáciu na uzde. Podobné konkurencie sa vyskytujú medzi mikrobiotou a potenciálnymi patogénmi na koži, v horných dýchacích cestách a v gastrointestinálnom trakte. Rezidentná mikrobiota tiež prispieva k chemickej obrane vrodenej nešpecifickej obranyschopnosti hostiteľa.

Dôležitosť normálnej mikrobioty v obrane hostiteľa je zdôraznená zvýšenou citlivosťou na infekčné choroby, ak je mikrobiota narušená alebo eliminovaná. Liečba antibiotikami môže významne poškodiť normálnu mikrobiotu gastrointestinálneho traktu, čo predstavuje výhodu pre kolonizáciu patogénnych baktérií a spôsobenie hnačkovej infekcie. V prípade hnačky spôsobenej Clostridium difficile, infekcia môže byť závažná a potenciálne smrteľná. Jedna stratégia liečby C. difficile infekcie je fekálna transplantácia, ktorá zahŕňa prenos fekálneho materiálu od darcu (vyšetreného na potenciálne patogény) do čriev príjemcu ako spôsob obnovenia normálnej mikroflóry a boja proti C. difficile infekcie.

Tabuľka ( PageIndex <3> ) poskytuje súhrn fyzických obran, o ktorých sa hovorí v tejto časti.

Tabuľka ( PageIndex <3> ): Fyzická obrana nešpecifickej vrodenej imunity


Ako sa povie „Bismillah“ pri zabíjaní kurčiat modernými mechanickými zariadeniami?

Dať zvieraťu elektrický šok pred zabitím môže zviera usmrtiť, ak je napätie vysoké, alebo môže spôsobiť stratu vedomia bez toho, aby ho usmrtilo, ak je napätie nízke alebo stredné.

Ak ho zabije, nie je dovolené ho jesť, pretože je to „mŕtve mäso“ (zviera, ktoré nebolo zabité správnym spôsobom) podľa konsenzu fuqaha ‘. Ak ho nezabije a hneď potom ho zabije správnym šar’i spôsobom, potom je to halaal a je dovolené ho zjesť.

DR.Muhammad al-Ashqar (nech ho Alah zachová) povedal:

Ak bol elektrický šok smrteľný, potom je zviera ako zviera, ktoré bolo „ubité na smrť“ (a teda haraam, ako je uvedené v al-Maa’idah 5: 3). Ak to spôsobilo stratu vedomia bez zabitia a potom bolo zviera zabité správnym spôsobom shar’i, potom je to halaal. Ak nebolo správne zabité, ale bolo stiahnuté z kože a rozrezané bez zabitia, potom to nie je halaal.

Záverečný citát od Majallat Majma‘ al-Fiqh al-Islami. Vydanie č. 10, zv. 1, str. 339

Islamská rada Fiqh (Majma‘ al-Fiqh al-Islami) zastáva názor, že nie je dovolené dávať kurčatám elektrické šoky pred ich zabitím, pretože skúsenosti ukázali, že to vedie k smrti značného počtu z nich.

Vo vyhlásení islamskej rady Fiqh, vydanom počas jej desiatej konferencie v Džidde v Saudskom kráľovstve v období 23.-28. safar 1418 AH/28. júna-3. júla 1997 n. L., Sa uvádza nasledovné:

Zvieratá, ktoré sú po omráčení zabité správnym spôsobom Shar’i, sú halaal a môžu byť konzumované, ak sú splnené technické podmienky, ktoré zaisťujú, že zviera nebolo mŕtve pred jeho zabitím. Odborníci ich v súčasnosti definujú takto:

1. Elektródy by mali byť umiestnené na spánkoch alebo na čele a zadnej časti hlavy

2. Napätie by malo byť medzi 100 a 400 voltov

3. Prúd by mal byť medzi 0,75 a 1 ampérom pre ovce, medzi 2 a 2,5 ampérmi pre hovädzí dobytok.

4. Elektrický prúd by mal pôsobiť 3 až 6 sekúnd.

c) nie je dovolené omráčiť zviera, ktoré je určené na zabitie, pomocou pištole alebo závorovej pištole alebo pre plyn.

d) Nie je prípustné omračovať kurčatá elektrickým prúdom, pretože skúsenosti ukázali, že to vedie k úhynu značného počtu z nich pred zabitím.

e) Nie je haraamom jesť zvieratá, ktoré boli zabité správne po omráčení použitím zmesi oxidu uhličitého a vzduchu alebo kyslíka, alebo použitím neprenikajúcej závorovej pištole, ktorá nevedie k smrti zvieraťa pred ním je riadne zabitý. Koniec citátu.

Dr. Muhammad al-Hawaari uviedol, že omráčenie kurčiat elektrickým prúdom vedie v 90 % prípadov k zástave srdca a v 10 % k smrti.

Pozri Majallat Majma ‘al-Fiqh al-Islami, vydanie č. 10, roč. 1, s. 411,583

Na základe toho sa treba pozrieť na to, o aký zásah elektrickým prúdom ide. Ak to povedie, ako uviedla Rada, k smrti značného počtu kurčiat, ktoré nie sú oddelené od živých kurčiat, nie je dovolené ich usmrtiť elektrickým prúdom. Ale ak elektrický prúd používa nízke napätie, ktoré k tomu nevedie, potom je porážka halaal.

Povedať „Bismillah“ je podmienkou zabitia ako halaalu a v prípade zabudnutia alebo ignorácie sa podľa správnejšieho vedeckého názoru neodkladá. Pozri odpoveď na otázku č. 85669.

Základným princípom slova „Bismillah“ je, že sa musí vykonať pre každé jednotlivé zviera s cieľom zabiť ho správnym spôsobom.

Ale v prípade mechanických zariadení, ktoré zabíjajú veľké množstvo kurčiat v krátkom časovom období, sa vedci rozchádzajú, pokiaľ ide o spôsob, akým sa hovorí „Bismillah“, ktorý je nevyhnutný na to, aby porážka bola halaal. Existuje niekoľko názorov:

1. Že stačí, keď osoba obsluhujúca stroj raz povie „Bismillah“, ak zabije niekoľko sliepok v jednom nepretržitom časovom období. Toto bolo uvedené vo fatwách vydaných Stálym výborom a vo vyhlásení, ktoré vydala Islamská rada Fiqh.

2. Že stačí, aby „Bismillah“ povedal jedenkrát osoba obsluhujúca stroj, pod podmienkou, že konkrétne kurčatá, ktoré ide zabiť, sú pred ním, napríklad ak sú zoradené na dopravnom páse a podobne. Toto bolo uvedené v fatwách, ktoré vydal Shaykh Ibn ‘Uthaymeen (nech sa nad ním Alah zmiluje).

3. Hovorenie „Bismillah“ pri použití týchto strojov nie je možné, preto nie je dovolené používať tento stroj na porážku halaalom.

Správnejší pohľad je prvý, a to z nasledujúcich dôvodov:

Vo Fataawa al-Lajnah ad-Daa'imah sa píše:

Aké je rozhodnutie o mechanickom zabíjaní, pri ktorom stroje naraz zabijú desiatky kurčiat a pri ktorých sa povie „Bismillah“ iba raz? Ak niekto zabíja veľké množstvo kurčiat ručne, je pre neho prijateľné povedať „Bismillah“ len raz, alebo to musí povedať za každé jednotlivo?

Po prvé: je dovolené zabíjať pomocou moderných strojov za predpokladu, že (čepele) sú ostré a že sú prerušené pažerák a priedušnica.

Po druhé: ak stroj zabíja niekoľko kurčiat v rovnakom nepretržitom časovom úseku, je prijateľné, aby osoba obsluhujúca stroj raz povedala „Bismillah“, keď ho začne obsluhovať s úmyslom zabiť, pokiaľ osoba stroj obsluhuje moslim alebo kitaabi (židovský alebo kresťanský).

Po tretie: ak osoba zabíja ručne, musí povedať „Bismillah“ oddelene pre každé kura, ktoré zabíja, pretože každé kura je samostatná entita.

Po štvrté: Zabitie sa musí vykonať na bitúnku a musí sa rezať priedušnica a dve žily, alebo jedna z nich.

Bakr Abu Zayd, Saalih al-Fawzaan, ‘Abdullah ibn Ghadyaan, ‘Abd al-’Azeez ibn ‘Abdullah Aal ash-Shaykh

Záverečný citát z Fataawa al-Lajnah ad-Daa’imah, 22/463

Tiež sa tam píše (22/462): je dovolené povedať „Bismillah“ pri obsluhe stroja, ktorý robí jeden opakovaný pohyb. Vezmite prosím na vedomie, že to znamená povedať „Bismillah“ iba raz, keď spustíte stroj na zabíjanie.

Odpoveď: je prijateľné, aby osoba, ktorá obsluhuje stroj, raz povedala „Bismillah“ pri spustení pre niekoľko (kurčiat) s úmyslom zabiť ich, pokiaľ je ten, kto ho obsluhuje, moslim alebo Žid alebo kresťan.

‘Abdullah ibn Ghadyaan, ‘Abd ar-Razaaq ‘Afeefi, ‘Abd al-‘Azeez ibn ‘Abdullah ibn Baaz. Koniec citátu.

Vo vyššie uvedenom vyhlásení islamskej rady Fiqh sa uvádza:

8. Základnou zásadou je, že zabíjanie hydiny a iných zvierat sa má vykonávať ručne, ale nie je nič zlého používať mechanické zariadenia na zabíjanie hydiny, pokiaľ sú splnené podmienky zabíjania šar’i uvedené v odseku 2. A je prijateľné povedať „Bismillah“ raz pre každú dávku, ktorá sa má zabiť v nepretržitom sedení, ale ak došlo k prerušeniu, potom sa musí opakovať „Bismillah“. Koniec citátu.

Ale vyhlásenie Rady nešpecifikovalo, že slovo „Bismillah“ musí pochádzať od toho, kto stroj obsluhuje.

Doktor Muhammad Sulaymaan al-Ashqar povedal: Povedať „Bismillah“ v prípade veľkého počtu osôb, ak majú byť ručne zabité islamským spôsobom, môže byť pre zabíjača vyčerpávajúce. Napríklad, ak má niekto za úlohu zabiť 1200 kurčiat za hodinu rýchlosťou jedno kura každé tri sekundy, potom by musel za hodinu povedať „Bismillah wa Allahu akbar“ 1200-krát, čo by bolo vyčerpávajúce a veľmi ťažké. a takýmto ťažkým ťažkostiam sa v islame treba vyhýbať, pretože Alah, nech je vyvýšený, hovorí (výklad významu): „a neuložil na vás v náboženstve žiadne ťažkosti“ [al-Hajj 22:78].

Preto Rada fatvy v Kuvajte, ktorej som bol členom v čase vydania tejto fatvy, uviedla, že pri zabíjaní veľkého množstva hydiny stačí na začiatku nad ňou povedať „Bismillah“, ak je úlohou pokračovať nepretržite bez zastavenia. Ak z nejakého dôvodu dôjde k prestávke, potom bitúnok musí vo zvyšku znova povedať „Bismillah“.

Záverečný citát z Majallat Majma ‘al-Fiqh al-Islami, vydanie č. 10, zv. 1, s. 346.

Shaykh Ibn ‘Uthaymeen (nech sa nad ním Alah zmiluje) dostal nasledujúcu otázku:

Išiel som navštíviť Národné hydinové farmy a videl som, ako na začiatku zabili kurčatá, pozastavili kurčatá tak, aby sa nemohli pohybovať, potom prešli okolo bitkára, ktorý ich zabil bez toho, aby povedal „Bismillah“. Spýtal som sa: Prečo nepoviete „Bismillah“? Povedal: Pretože hovorím „Bismillah“, keď vchádzam a nemôžem to povedať pre päťstotisíc kurčiat. Takže keď začnem, poviem: „Bismillah, Allahu akbar“, a to stačí. Povedal som: Koho ste sa pýtali? Povedal: Učenci mi dali fatvu na tento účel a povolili to.

Neviem, ó Shaykh, či je toto opatrenie prípustné?

Odpovedal: Je dôležité povedať „Bismillah“ o niečom konkrétnom, či už je to jedno alebo viac. Ak napríklad zoradí tisíc sliepok, pri spustení stroja povie: „Bismillah“, to stačí. Potom, ak zoradí napríklad ďalších tisíc sliepok, spustí stroj a nože sa dajú do pohybu, stačí, aby pre túto dávku povedal „Bismillah“. A ak je pre neho pripravená ďalšia dávka, mal by za to povedať „Bismillah“.

Otazník: Hovorí: „Poviem raz ‚Bismillah‘ a to stačí“?

Shaykh: Myslíš, kým sa stroj nezastaví? Nie, to nie je prípustné, pretože „Bismillah“ sa musí povedať nad niečím konkrétnym.

Tazateľ: Ďalšia otázka, O Shaykh. Boli sme navštíviť aj farmy Astra v Tabooku, kde zabíjali prepelice. Čo robia? Zavesia tieto vtáky, potom, čo ich zavesia, prejdú cez stroj, ktorý na vtáky strieka vodu a trochu ich omráči, potom prejdú cez niečo ako stenu, na ktorej je napísané „Bismillah wa Allahu akbar“, potom idú na stroj, ktorý im odreže hlavy. Zodpovedná osoba povedala, že je to prijateľné. Je prijateľné mať napísané slová „Bismillah wa Allah akbar“?

Shaykh: To všetko je nevedomosť a teraz, nech vás Alah žehná, musíte oznámiť, čo ste vy a vaši bratia videli, v podpísanom vyhlásení a poslať to Dar al-Ifta' a povedať im, keď to uvidíte, či to bolo tento rok alebo pred niekoľkými rokmi, aby ste si v tejto záležitosti mohli splniť svoje povinnosti.

Tazateľ: Ó Šajch, hovoria, že skupina šejkov im dala fatvu, ktorá to umožňuje.

Shaykh: Nie, niektorí shaykhovia vydali fatvu, ktorá hovorí niečo iné ako toto. Možno vydal fatvu hovoriacu o tom, čo som povedal, teda že môže zozbierať dávku a potom zapnúť stroj pre túto dávku, aj keď nepovie „Bismillah“ pre každého jednotlivého vtáka. Je to podobné ako v prípade, keď vidí kŕdeľ vtákov, zastrelí ich a povie „Bismillah“ a padne dvadsať vtákov – v tom prípade sú halaal.

Čo sa zdá byť najpravdepodobnejšie, a Alah vie najlepšie, je, že to, čo šejk (nech sa s ním Alah zmiluje) povedal o vyslovení „Bismillah“ pre každú konkrétnu skupinu zabíjaných vtákov, nie je podstatné, pretože povedať „Bismillah“ ”Raz je v tomto prípade analogické tomu, čo sa robí pri love. Pri love nie je nevyhnutné povedať „Bismillah“ pre každý konkrétny cieľ, ale povedať, že „Bismillah“ je spojené so zbraňou. Takže ak niekto povedal o svojej zbrani „Bismillah“ s úmyslom lovu a chytil niečo iné, ako na čo zameral, je to stále halaal.

Tu budeme citovať niekoľko užitočných slov od Shaykha Muhammada Taqi al-'Uthmaaniho (nech ho Alah zachová), čo potvrdzuje to, čo sme už vyššie povedali o zásade, že „Bismillah“ by sa malo hovoriť o konkrétnom zvierati (alebo dávke) a o tom, že „ Bismillah“ len raz zo strany osoby obsluhujúcej stroj je akýmsi ústupkom, ktorý sa líši od základného princípu analogicky s tým, čo sa robí pri love. A vysvetľuje, že nemá zmysel, aby niekto stál vedľa stroja a hovoril „Bismillah“, keď ho v skutočnosti neobsluhuje.

Povedal (nech sa nad ním Alah zmiluje):

Pokiaľ ide o otázku „Bismillah“, je to pri použití tejto metódy veľmi ťažké. Prvým problémom je identifikovať, kto robí porážku, pretože povedať „Bismillah“ je pre zabíjajúceho povinné do takej miery, že ak muž povie „Bismillah“, potom zabíja iný muž, to nie je prípustné. Otázka teda znie: Kto je bitkárom v prípade tohto stroja? Mohli by sme povedať, že ten, kto prvý raz spustí stroj, je považovaný za zabijaka, pretože funkciu stroja možno prisúdiť len tomu, kto ho obsluhuje, pretože stroje nie sú vnímajúce bytosti, ktorým možno pripísať činy. Činnosť sa teda pripisuje tomu, kto ich používa, a ten sa prostredníctvom stroja stáva konateľom. Problém je tu však v tom, že človek, ktorý napríklad používa stroj na začiatku dňa, ho spustí iba raz, potom stroj pokračuje v prevádzke počas pracovnej doby a niekedy beží aj dvadsaťštyri hodín, pričom podrezáva tisíce ľudí. kurčiat. Ak teda osoba, ktorá ho zapla na začiatku dňa, povedala „Bismillah“ iba raz, stačí tento jediný výrok „Bismillah“ na tisíce kurčiat, ktoré sa zabíjajú celý deň po zapnutí stroja? Zjavný význam koránskeho textu (výklad významu) „Nejedzte (ó veriaci) toho (mäsa), na ktorom nebolo vyslovené Alahovo meno“ [al-An'aam 6:121] naznačuje, že každé zviera by malo byť nad ním vyslovené meno Alaha oddelene a malo by byť ihneď potom zabité. Od toho sa odvíjajú rozhodnutia fuqaha, ktoré naznačujú, že meno Alah by malo byť uvedené pri každom zvierati alebo pri každej akcii.

Tieto frázy som spomenul vo svojom výskume a vyvodil som z nich záver, že väčšina imámov, ktorí stanovujú, že meno Alaha by malo byť vyslovené v čase zabíjania, uvádza, že by sa malo hovoriť o konkrétnom zvierati a že by malo byť na čase zabitia a nemal by existovať žiadny významný interval medzi vyslovením mena Alaha a aktom zabitia. Tieto podmienky nie sú splnené v metóde opísanej v prípade strojov. Ak ten, kto ho prvýkrát zapne, raz povie „Bismillah“, znamená to, že nepovedal „Bismillah“ o konkrétnom zvierati a medzi jeho výrokom „Bismillah“ a zabitím tisícok sliepok môže trvať dlho. interval, ktorý môže trvať celý deň alebo dva dni. Zdá sa teda, že tento jediný výrok „Bismillah“ nestačí na zabitie všetkých týchto zvierat.

Potom som videl niekoľko bitúnkov v Kanade, kde stoja vedľa rotujúcich nožov muž a neustále hovorí: „Bismillah Allahu akbar“. A pomyslel som si: pokiaľ ide o jeho výrok „Bismillah“, ktorý má akúkoľvek váhu v zmysle šarí, existujú nasledujúce problémy:

1. Slová „Bismillah“ by mal vysloviť zabiják, tento muž, ktorý stojí vedľa rotujúceho noža, nemá nič spoločné s porážkovým procesom, keď neobsluhuje stroj ani neotáča nožom, a kurčatá sa k nemu nepribližujú. Je to skôr muž, ktorý je úplne oddelený od procesu zabíjania a jeho vyslovenie mena Alah nepochádza od zabijaka.

2. Niekoľko kurčiat prichádza k rotujúcemu nožu v priebehu niekoľkých sekúnd, tento muž, ktorý tam stojí, nemôže vysloviť meno Alaha nad každým z týchto kurčiat bez prestávok.

3. Tento muž, ktorý stojí, je človek, nie je automatický stroj. Nemôže teda urobiť žiadnu inú akciu okrem slova „Bismillah“. Možno bude musieť urobiť veci, ktoré ho odvedú od slova „Bismillah“, a počas toho môžu rotujúcim nožom prejsť desiatky kurčiat.

V súvislosti s témou „Bismillah“ nad strojmi je potrebné poznamenať ešte jednu vec, ktorá predstavuje analógiu medzi zapnutím stroja a vypustením poľovného psa. Nie je povinné hovoriť „Bismillah“, keď korisť uhynie, treba to povedať skôr pri vypustení psa a medzi vypustením psa a smrťou koristi môže byť dlhý interval a poľovný pes môže zabiť niekoľko zvierat po jednom prepustení. Zdá sa teda, že jednorazové vyslovenie „Bismillah“ stačí na to, aby boli všetci považovaní za halaal. Ibn Qudaamah (nech je s ním Alah milosrdný) povedal: Ak lovec povie „Bismillah“ o jednej koristi (keď pustí svojho psa), ale potom chytí inú, je to halaal, a ak na jednu šípku povie „Bismillah“ potom si vezme ďalší a vystrelí (bez toho, aby povedal „Bismillah“), to, čo s ním zachytí (druhá šípka), nie je halaal.

To, čo sme uviedli vyššie, súvisí s nevyhnutnosťou a v predmetnom probléme nie je žiadna potreba. Ak však vezmeme do úvahy potrebu vyrobiť veľké množstvo v krátkom čase, je to kvôli zvýšenému počtu obyvateľov a nárastu počtu spotrebiteľov, malému počtu bitúnkov a skutočnosti, že sharee'ah upúšťa od tejto podmienky. špecifikovať korisť v prípade lovu, pretože je to príliš ťažké, ako povedal Ibn Qudaamah (nech sa nad ním Alah zmiluje) a v takýchto prípadoch sharee'ah umožňuje ústupky, ktoré môžu odvrátiť ťažkosti, v takom prípade môžeme problém porovnať v diskusii k otázke nevyhnutnosti (ako v prípade lovu) v súvislosti s uvedením mena Alaha, aby sa predišlo ťažkostiam a ľuďom sa veci uľahčili. Nie som si však celkom istý týmto záverom, ale chcel som to predložiť na diskusiu vedcom, aby o tom rozhodli, a doteraz som na tomto základe nevydal žiadnu fatvu, najmä keď máme vhodnú alternatívu k otočný nôž, ktorý splní všetky výrobné potreby súčasne. Alternatívou je odstrániť otočný nôž zo zariadenia a nahradiť ho štyrmi moslimskými mužmi, ktorí by sa mohli striedať v podrezávaní hrdiel sliepok a pri každom mene, keď okolo nich prejdú zavesené kurčatá, uviedli meno Alah.

To je niečo, čo som navrhol veľkému bitúnku na ostrove Réunion a oni to urobili. Skúsenosti ukazujú, že to vôbec neznížilo rýchlosť výroby, pretože títo ľudia podrezali hrdlá kurčiat v rovnakom časovom rámci ako otočný nôž.

Záverečný citát od Shaykh Muhammad Taqi al-‘Uthmaani, Majallat Majma‘ al-Fiqh al-Islami, vydanie č. 10, zv. 1, s. 541-544

1. Je potrebné zabrániť usmrcovaniu kurčiat elektrickým prúdom a nie je dovolené, aby to organizácia, ktorá dohliada na zabíjanie, povolila, pokiaľ si nie sú istí, že to nevedie k usmrteniu žiadneho z kurčiat.

2. Obsluhe stroja stačí pri zapnutí povedať „Bismillah“ a musí sa to zopakovať po akejkoľvek prestávke.

3. Nemá zmysel, aby piati muži vedľa stroja hovorili „Bismillah“, skôr je to strata času, ktorú treba zastaviť.

4. Organizácie, ktoré dohliadajú na islamské zabíjanie, musia venovať pozornosť podmienkam a základným usmerneniam v tejto záležitosti a nesmú byť pri ich uplatňovaní ľahostajní. A mali by sa pokúsiť zariadiť, aby sa zabíjanie vykonávalo ručne namiesto strojov, v súlade s návrhom šejka Muhammada Taqi al-‘Uthmaaniho. Je to tak, aby sa odstránili problémy súvisiace s elektrickým prúdom a slovom „Bismillah“, a aby sa zabránilo možnosti zabitia niektorých kurčiat nevhodne pri prechode cez rotujúci nôž z dôvodu rozdielov vo veľkosti medzi kurčatami. Toto je problém, na ktorý poukázali niektorí výskumníci.


Pozri si video: Smiech = Elektrický Šok w. Šokassie (Septembra 2022).


Komentáre:

  1. Burke

    Som si istý, prepáčte, ale nemohli ste poskytnúť viac informácií.

  2. Joseph

    I find that you are not right. Som si istý. We will discuss it. Write in PM.

  3. Enea

    Myslím, že sa robia chyby. Musíme diskutovať. Napíšte mi do PM, hovorí to s vami.

  4. Abbot

    Myslím, že nemáš pravdu. Som si istý. Píšte do PM, budeme komunikovať.

  5. Muramar

    Plne zdieľam jej názor. V tomto nič nie je dobrý nápad. Pripravený vás podporiť.



Napíšte správu