Wolne rodniki a jedność organizmu

Artykuł po raz pierwszy w języku polskim ukazał się w dwumiesięczniku Nexus w numerze 48 (4/2006)
Tytuł oryginalny: „Free Radicals and the Wholeness of the Organism”, Nexus (wydanie angielskie), vol. 13, nr 3

Dr Roger Taylor

Dziś wiemy już dosyć dużo o świecie życia – bogactwie przepięknych form zwierząt i roślin i tym, jak się one zachowują i na siebie oddziałują. Z drugiej strony, rozkładając je na czynniki, uzyskaliśmy zbiór danych na temat ich anatomii, fizjologii i biochemii, a ostatnio genów. Jednak między tymi dwoma zakresami wciąż rozciąga się ogromna pustka. Brakuje nam wiedzy o podstawach życia. Czym jest w kategoriach fizycznych to, co odróżnia żywą materię od nieożywionej?

Od co najmniej trzydziestu lat zachodzą jednak wielkie zmiany. Można powiedzieć, że ich początkiem było opublikowanie w roku 1944 przez Erwina Schrödingera niewielkiej nowatorskiej książki zatytułowanej What is Life? (Czym jest życie?).¹ Schrödinger był jednym z pierwszych, którzy sugerowali, że do unikalnych własności życia można dotrzeć jedynie poprzez fizykę kwantową. Chociaż przed biologią głównego nurtu jest jeszcze wiele do poznania, obecnie dysponujemy solidną bazą w postaci holistycznej biofizyki, która dostarcza holistycznej medycynie prawdziwie naukowych podstaw, a także nowych spostrzeżeń obejmujących między innymi ekologię i nasze relacje ze światem życia.

WOLNE RODNIKI A KWANTOWA BIOLOGIA

Wolnym rodnikiem może być dowolny atom lub molekuła z nie sparowanym elektronem na zewnętrznej powłoce. Próbując pozyskać inny elektron do pary wolne rodniki wchodzą w reakcje z sąsiednimi molekułami, czyniąc przy tym nierzadko sporo szkód. Według najnowszej literatury dotyczącej zdrowia wolne rodniki są złem i są postrzegane jako przyczyna wielu chorób, a nawet jako główna przyczyna starzenia się. Podczas gdy eksperymenty prowadzone w menzurkach mogą rzeczywiście wskazywać, są one w stanie zniszczyć wiele ważnych biologicznie molekuł, to jednak istnieje obecnie, jak się wkrótce przekonamy, znacząca liczba danych wskazujących na pozytywną rolę wolnych rodników w mechanizmach życia.

Na rzecz tego poglądu usilnie optował profesor biologii Władimir Leonidowicz Woejkow z Państwowego Uniwersytetu im. Łomonosowa w Moskwie. Jest on kontynuatorem zasłużonej i znakomitej rosyjskiej szkoły biologicznej, która była na Zachodzie generalnie ignorowana. Najbardziej przekonujące dane pochodzą z jego własnych eksperymentów. To, co tu piszę, bazuje na jego publikacjach – głównie na artykule „Reactive Oxygen Species, Water, Photons and Life” („Rodzaje reaktywnego tlenu, woda, fotony i życie”).² W tym pouczającym artykule przedstawia on nową koncepcję na temat tego, jak wolne rodniki kooperują holistycznie w tworzeniu żywej istoty, a także nowy i wiarygodny schemat pochodzenia życia. Widzimy, jak wolne rodniki stają się kluczem do zrozumienia głównej (lecz rzadko akceptowanej) tajemnicy biochemii – tego, w jaki sposób różnorodne reakcje chemiczne zostają zintegrowane w jednolitą żywą istotę.

Wszystkie procesy biochemiczne są transakcjami energii. Musimy przy tym wiedzieć, że energia jest pakowana w dokładnie określone porcje zwane kwantami. Zawartość energetyczna (lub „rozmiar”) kwantu jest mierzona w elektronowoltach i zależy od częstotliwości, stąd kwant światła widzialnego jest większy od kwantu podczerwieni lub mikrofali. Molekuła absorbująca kwant magazynuje energię w formie wyższego stanu energetycznego. W przypadku kwantu podczerwieni są to różnorodne stany molekularnych wibracji. Z kolei kwant światła widzialnego ma wystarczająco energii do wypchnięcia elektronu z jego stanu podstawowego (lub orbitalnego) na orbitę o wyższej energii. Mówimy wtedy, że molekuła jest w stanie pobudzenia elektronowego (electron-excited state; w skrócie EES), lecz wszystkie stany podwyższonej energii są niestałe i po chwili energia jest ponownie wyzwalana w postaci kwantu o odpowiedniej częstotliwości. Stąd po przypadku wystąpienia EES-u elektron przeskakuje z powrotem na swoją stałą orbitę i zostaje wyzwolony kwant energii. Ten kwant może być bezpośrednio przeniesiony na inną molekułę (gdzie może wziąć udział w reakcji chemicznej) albo być wyemitowany w postaci fotonu lub promieniowania elektromagnetycznego. Z kolei wyemitowany foton może być zaabsorbowany przez inną molekułę lub ulec rozproszeniu w postaci ciepła.

W większości reakcji biochemicznych, tych badanych w probówce, zwykle dochodzi do transakcji kwantów podczerwieni a nie światła widzialnego. Jest to jeden z powodów, dla których na Zachodzie generalnie wciąż nie docenia się znaczenia światła w żywej istocie. Inaczej jest w Rosji, gdzie wykorzystuje się prace Aleksandra Gurwicza – uczonego, który zostanie z czasem doceniony jako jeden z największych na świecie biologów. Już w latach 1920. odkrył, że dzieląca się komórka wytwarza ultrasłabe promieniowanie świetlne (określane obecnie mianem biofotonów), które może stymulować mitozę w komórkach. Już wtedy było dla niego oczywiste, że to światło zawiera w sobie sygnał informacyjny. To odkrycie wspierało jego teorie pola biologicznej organizacji, które znacznie wyprzedziły swój czas.

Od tamtego czasu wielu naukowców z innych krajów wniosło swój wkład w rozwój czegoś, co można nazwać biologią kwantową. Mimo iż nie zostało to ostatecznie udowodnione, ku zadowoleniu biologii głównego nurtu, cała ta praca prowadzi do wniosku, że żywa istota jest unifikowana poprzez oddziaływanie fali kwantowej, w taki sam sposób, jak atom lub molekuła. (Jako dalszą lekturę z tego zakresu polecam znakomitą książkę dr Mae-Wan Ho zatytułowaną The Rainbow and the Worm: The Physics of Organisms).³ W koncepcji tej światło odgrywa główną rolę, zaś pobudzone elektrony zamiast być związane z pojedynczymi atomami lub molekułami są uważane za zdelokalizowane i wspólne dla dużych zespołów molekuł, a być może całego organizmu. Co więcej, wraz z zanikiem EES-u (stanu pobudzenia elektronowego) są one stale regenerowane, co oznacza, że w normalnych warunkach organizm magazynuje w sobie dużo światła.

RODZAJE REAKTYWNEGO TLENU

Jak to światło jest generowane? Właśnie w tym momencie na scenę wkraczają wolne rodniki. Profesor Woejkow podkreśla, że żadna zwykła reakcja biochemiczna nie ma wystarczającej energii do generowania światła. Można tego dokonać tylko poprzez reakcje wolnych rodników.

Wszystkie rodniki o biologicznym znaczeniu pochodzą z tlenu. Głównymi są tu: anion nadtlenku O^-₂ i rodnik hydroksylowy OH^-. Ponadto mamy tu do czynienia z elektroniczną rearanżacją molekularnego tlenu zwanego tlenem singletowym – ¹O₂ (jednoatomowy tlen charakteryzujący się wysoką reaktywnością – przyp. tłum.). Nie będąc rodnikiem ma on stosunkowo dużą reaktywność. Wszystkie one razem wzięte są nazywane rodzajami reaktywnego tlenu (reactive oxygen species; w skrócie ROS). Ważne są również pewne molekuły, które łatwo rozpadają się na ROS-y, a konkretnie nadtlenek wodoru (woda utleniona) i ozon. Wszystkie one są generowane przez szereg enzymatycznych i nieenzymatycznych mechanizmów, które traktowano początkowo jako związane z komórkami układu immunologicznego, zwłaszcza leukocytami. Z tego też powodu jedyną funkcją, jaką przypisywano wolnym rodnikom, było zabijanie mikrobów. Okazało się jednak, że te mechanizmy (ich lista stale rośnie) są wszechobecne w całym organizmie.

Organizm cały czas wytwarza duże ilości ROS-ów. Na ten cel przeznaczanych jest od 10 do 20 procent całego tlenu, jaki wdychamy. Oprócz tego należy wziąć pod uwagę również inne fakty, na przykład to, że mózg człowieka zużywa około 20 procent tlenu, jaki wchłaniamy, mimo iż ma stosunkowo niewiele mitochondriów. Jak wiadomo, mitochondria są miejscem, w którym tlen jest zużywany do generowania molekuł energii ATP, a to oznacza, że większość tlenu zużywanego przez mózg musi przechodzić inną drogę metaboliczną.

Godne odnotowania są też obserwacje innego wybitnego rosyjskiego biologa, Erwina Bauera, z roku 1935, który zebrał dane na temat całkowitej konsumpcji tlenu w okresie całego życia przez wiele różnych gatunków i podzielił je przez średnią wagę każdego z nich. Wskaźnik ten, nazwany przezeń „współczynnikiem Rubnera”, rośnie kilka tysięcy razy w obrębie sekwencji rozpoczynającej się od prymitywnych jamochłonów, a kończącej na naczelnych. Współczynnik ten jest w rzeczywistości jedynym znanym ilościowym parametrem definiującym ewolucyjny postęp. Należy tu podkreślić, że w przypadku Homo sapiens współczynnik ten jest dziesięciokrotnie większy niż u pozostałych naczelnych.

Ta obserwacja może sugerować, że skoro bardziej rozwinięte organizmy posiadają bardziej złożony system kontroli, to mogą magazynować w swoich ciałach więcej światła, a to oznacza, że potrzebują więcej tlenu do generowania ROS-ów.

Te fakty nie pasują jednak do dominującego obecnie poglądu głoszącego, że wolne rodniki są po prostu szkodliwymi błędami metabolizmu. To, że są wytwarzane w takich ilościach, może oznaczać tylko, że pełnią ważną funkcję i, chociaż mogą w zasadzie szkodzić, istnieje szereg środków, które pozwalają niemal całkowicie tego uniknąć in vivo. Jednym z nich jest to, że są one wytwarzane dokładnie tam, gdzie są potrzebne, i zostają natychmiast zużyte, tak że ich stężenie w organizmie w danym momencie jest bardzo małe. Kolejnym jest to, że rodniki mogą się nawzajem neutralizować i dlatego nie wykorzystane ROS-y reagują głównie ze sobą, zamiast niszczyć biologiczne makromolekuły. Wreszcie istnieje wsparcie obronne w postaci różnych przeciwutleniaczy, takich jak witaminy C i E. Przykładem wydajności tych mechanizmów może być to, że podczas pewnych metod ozonowej terapii próbka krwi zostaje wymieszana z ozonem a następnie wstrzyknięta z powrotem do organizmu, a mimo to nie ma żadnego wpływu na żywą krew. Ta sama ilość ozonu wywołałaby spustoszenie wśród wyizolowanych protein krwi w roztworze.

Aby zrozumieć główną funkcję ROS-ów, musimy jeszcze raz podkreślić tajemniczą doskonałość biologicznej organizacji nawet pojedynczej komórki. Charakterystyczna jedność organizmu musiała istnieć od samego początku, to znaczy na długo, zanim wyewoluowały molekularne sygnały, takie jak hormony i neuroprzekaźniki. Takiej jedności nie można było uzyskać wyłącznie przy zastosowaniu molekularnych sygnałów, ponieważ potrzebują one czasu na dyfundowanie w kierunku swoich receptorów. Wydaje się, że konieczna była sieć dosłownie natychmiastowej komunikacji, którą jest to, co obecnie określa się jako pole zdelokalizowanych elektronów pobudzonych energią świetlną, zwane obecnie często polem fotonowym.

Co więcej, jak utrzymuje dr Mae-Wan Ho, aby wszystkie procesy życiowe pasowały do siebie, muszą również łączyć się w jednym, złożonym, rytmicznym porządku, w którym najszybsze rytmy (a te są bardzo szybkie – transfer rezonansowej energii pomiędzy molekułami trwa 10^–14 sekundy) są zagnieżdżone w coraz to wolniejszych, takich jak fale mózgowe, rytm serca i cykle hormonalne, aż do najwolniejszego – cyklu życia. Tak więc rytmiczne oscylacje są probierzem biologicznej organizacji, ponieważ są wskaźnikiem kolektywnego zachowania wśród molekuł, które będąc w izolacji od siebie zachowywałyby się w sposób przypadkowy.