informacja i samoorganizacja jako pojĘcia … · stosowane metody jej usuwania polegają na...

5
ALMA MATER 87 C hemicy z Zespołu Nanotechnologii Polimerów i Biomateriałów Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali nową metodę, która umożliwi bezpieczniejsze usuwanie heparyny z krwi pacjentów. Heparyna jest środkiem przeciwzakrzepowym, często uży- wanym podczas zabiegów chirurgicznych. Brak kontroli nad stężeniem heparyny we krwi pacjentów może być niebezpieczny, ponieważ może prowadzić do groźnych krwotoków. Dotychczas stosowane metody jej usuwania polegają na podaniu pacjentowi protaminy, białka wiążącego się z heparyną i hamującego jej działanie. Stosowanie protaminy u pacjentów może mieć jednak poważne skutki uboczne, takie jak reakcje alergiczne, zaburzenia oddychania i obrzęki. ODKRYCIE CHEMIKÓW Badania prowadzone przez dr. Krzysztofa Szczubiał kę (kierownik grupy), prof. Mari ę Nowakowską, mgr Karolinę Zazakowny oraz magi- stranta Kamila Kami ńskiego, doprowadzi ł y do otrzymania nowego ma- teria ł u, miniaturowych granulek (mikrosfer) zbudowanych z substancji pochodzenia naturalnego – chitozanu, biopolimeru otrzymywanego z pancerzy skorupiaków, i genipiny, substancji pozyskiwanej z gardenii, krzewu pochodzenia azjatyckiego. Badacze wykazali, że mikrosfery te wychwytuj ą cząsteczki heparyny z roztworu i w krótkim czasie mogą j ą cał kowicie usunąć. Wyniki swych badań opublikowali w specjalistycz- nym czasopi ś mie naukowym „Biomacromolecules”. Obecnie autorzy pracy kontynuuj ą swe badania we współ pracy z lekarzami, celem umożliwienia zastosowania tego odkrycia w terapii. Red. WSTĘP C złowiek jest samosterującym się biologicznym układem au- tonomicznym – sam się steruje w swoim własnym interesie i ma zdolność do utrzymania tej właściwości z dominującym w tym udziałem psycho-emocjonalnych oddziaływań. W cyberne- tycznej konwencji termi- nologicznej taka denicja osoby nie ma objaśniać, co oznacza słowo „czło- wiek”, ale nadaje nazwę każdemu obiektowi lub zjawisku: nie – jak działa, ale co funkcjonuje i na jakie elementy można po- dzielić układ jako całość, która zawsze ma aktywne względem niej otoczenie. Istotną w tym rolę odgry- wa informacja i samoorga- nizacja, zwłaszcza w odniesieniu do ochrony i ratowania zdrowia i życia człowieka. Ryszard Tadeusiewicz, rozważając te dwa podstawowe pojęcia, podkreśla jednak, że nie istnieje jedna tylko uznawana denicja informacji. Jedna z denicji opisujących infor- INFORMACJA I SAMOORGANIZACJA JAKO POJĘCIA TERMODYNAMICZNEJ MEDYCYNY Rak jest samoorganizującą się komórkową strukturą dysypatywną mację mówi, że informacja to wszystko to, co zmniejsza entropię. W tym stwierdzeniu jest wiele racji i ilościowa teoria informacji, stworzona i rozpowszechniona przez Claude’a E. Shannona, który właśnie tak tę rzecz ujmuje. Oczywiście entropia w tym ujęciu ma szersze znaczenie niż to, którego używają zycy termodynamicy za sprawą Rudolfa Clausiusa, którego koncepcję uzupełnił i roz- winął Ludwig E. Boltz- mann. Pełna denicja po- winna się odwoływać do wzorów matematycznych i skomplikowanych pojęć z zakresu probabilistyki, ale dla naszych rozważań można przyjąć, że entro- pia jest tu rozumiana jako „niepewność wystąpienia danego zdarzenia”. Ciekawą denicję po- daje Wiesław Flakiewicz: Informacja jest czynnikiem, który zwiększa naszą wiedzę o otaczającej nas rzeczywistości. Jednak wadą tej denicji jest niejasność spowodowana wprowa- dzeniem pojęcia wiedzy. Mamy tu do czynienia z denicją, która opiera się na pojęciu szerszym, jakim w stosunku do informacji Prosty system pozwalający prześledzić współzależności między materią, energią i informacją. W pokazanej na rysunku sytuacji system sprawnie działa, bo wszystkie rozważane komponenty są współobecne

Upload: vankhue

Post on 27-Feb-2019

221 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

ALMA MATER 87

Chemicy z Zespołu Nanotechnologii Polimerów i Biomateriałów Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali

nową metodę, która umożliwi bezpieczniejsze usuwanie heparyny z krwi pacjentów.

Heparyna jest środkiem przeciwzakrzepowym, często uży-wanym podczas zabiegów chirurgicznych. Brak kontroli nad stężeniem heparyny we krwi pacjentów może być niebezpieczny, ponieważ może prowadzić do groźnych krwotoków. Dotychczas stosowane metody jej usuwania polegają na podaniu pacjentowi protaminy, białka wiążącego się z heparyną i hamującego jej działanie. Stosowanie protaminy u pacjentów może mieć jednak poważne skutki uboczne, takie jak reakcje alergiczne, zaburzenia oddychania i obrzęki.

ODKRYCIE CHEMIKÓWBadania prowadzone przez dr. Krzysztofa Szczubiałkę (kierownik

grupy), prof. Marię Nowakowską, mgr Karolinę Zazakowny oraz magi-stranta Kamila Kamińskiego, doprowadziły do otrzymania nowego ma-teriału, miniaturowych granulek (mikrosfer) zbudowanych z substancji pochodzenia naturalnego – chitozanu, biopolimeru otrzymywanego z pancerzy skorupiaków, i genipiny, substancji pozyskiwanej z gardenii, krzewu pochodzenia azjatyckiego. Badacze wykazali, że mikrosfery te wychwytują cząsteczki heparyny z roztworu i w krótkim czasie mogą ją całkowicie usunąć. Wyniki swych badań opublikowali w specjalistycz-nym czasopiśmie naukowym „Biomacromolecules”. Obecnie autorzy pracy kontynuują swe badania we współpracy z lekarzami, celem umożliwienia zastosowania tego odkrycia w terapii. Red.

WSTĘP

Człowiek jest samosterującym się biologicznym układem au-tonomicznym – sam się steruje w swoim własnym interesie

i ma zdolność do utrzymania tej właściwości z dominującym w tym udziałem psycho-emocjonalnych oddziaływań. W cyberne-tycznej konwencji termi-nologicznej taka defi nicja osoby nie ma objaśniać, co oznacza słowo „czło-wiek”, ale nadaje nazwę każdemu obiektowi lub zjawisku: nie – jak działa, ale co funkcjonuje i na jakie elementy można po-dzielić układ jako całość, która zawsze ma aktywne względem niej otoczenie. Istotną w tym rolę odgry-wa informacja i samoorga-nizacja, zwłaszcza w odniesieniu do ochrony i ratowania zdrowia i życia człowieka. Ryszard Tadeusiewicz, rozważając te dwa podstawowe pojęcia, podkreśla jednak, że nie istnieje jedna tylko uznawana defi nicja informacji. Jedna z defi nicji opisujących infor-

INFORMACJA I SAMOORGANIZACJA JAKO POJĘCIA TERMODYNAMICZNEJ MEDYCYNY

Rak jest samoorganizującą się komórkową strukturą dysypatywną

mację mówi, że informacja to wszystko to, co zmniejsza entropię. W tym stwierdzeniu jest wiele racji i ilościowa teoria informacji, stworzona i rozpowszechniona przez Claude’a E. Shannona, który właśnie tak tę rzecz ujmuje. Oczywiście entropia w tym ujęciu ma szersze znaczenie niż to, którego używają fi zycy termodynamicy za sprawą Rudolfa Clausiusa, którego koncepcję uzupełnił i roz-

winął Ludwig E. Boltz-mann. Pełna defi nicja po-winna się odwoływać do wzorów matematycznych i skomplikowanych pojęć z zakresu probabilistyki, ale dla naszych rozważań można przyjąć, że entro-pia jest tu rozumiana jako „niepewność wystąpienia danego zdarzenia”.

Ciekawą defi nicję po-daje Wiesław Flakiewicz: Informacja jest czynnikiem,

który zwiększa naszą wiedzę o otaczającej nas rzeczywistości. Jednak wadą tej defi nicji jest niejasność spowodowana wprowa-dzeniem pojęcia wiedzy. Mamy tu do czynienia z defi nicją, która opiera się na pojęciu szerszym, jakim w stosunku do informacji

Prosty system pozwalający prześledzić współzależności między materią, energią i informacją. W pokazanej na rysunku sytuacji system sprawnie działa, bo wszystkie

rozważane komponenty są współobecne

88 ALMA MATER

jest wiedza. Bardziej rozbudowaną defi nicję proponuje Iwona Bartczak: Informacja to nie jakiś obiektywny fakt, lecz obiekt o takiej zawartości, jaką nada mu ludzkie rozumienie spraw, których ta informacja dotyczy. Takim sformułowaniem autorka kładzie ogromny nacisk na interpretacyjny aspekt informacji – tłumaczy, że informacja de facto powstaje w człowieku. Jasno można odczytać, że informacja będzie zależeć od człowieka, dzięki któremu powstaje.

Informację można także określić jako budowlę, wzo-rzec zespalający dane i pozwalający na ich zrozumienie. Taka de-finicja, choć bardzo intuicyjna, świetnie oddaje zależności da-nych i informacji. War-to zauważyć, że z tych samych danych można uzyskać różne, a cza-sem sprzeczne infor-macje. To interpretacja, analiza, przetwarzanie danych wpływa na informację, jaka z nich powstanie. To fi ltry, przez jakie przepuszczane są dane, wpływają na końcową postać informacji: okoliczności, w jakich powstały, doświadczenia i/lub metody osób lub maszyn przetwarzających te dane, a nawet spo-sób, w jaki zostały zakomunikowane.

Informacja dla zarządzania jest szczególnym rodzajem in-formacji. Pozwala na realizację takich funkcji zarządzania, jak planowanie, organizowanie, przewodzenie i kontrolowanie. Efek-tywne zarządzanie jest możliwe tylko wtedy, kiedy posiadamy informację o organizacji i jej otoczeniu. Im bardziej wiarygodna informacja i im więcej jej jest – tym bardziej wzrastają szanse na optymalną decyzję. Dlatego wszelkie totalitaryzmy wprowadzają cenzurę, a wszelkie zamachy stanu zaczy-nają się od blokowania kanałów przepływu informacji. Mając in-formację, a przynaj-mniej łatwy dostęp do niej, człowiek może podejmować racjo-nalne decyzje. Ma materiał do przeana-lizowania. W dodatku może odpowiednio wcześnie podjąć działania zapobiegające powstaniu pewnych sytuacji. Na przykład wiedza zdegradowała doktrynalne uznawanie piorunów za zjawisko nadprzyrodzone na rzecz wyładowań elektrycznych, co nie zmieniło ich istoty, ale zamiast zanosić modły do sił nadprzyrodzonych, zaczęto instalować piorunochrony.

SAMOORGANIZACJA

Ryszard Tadeusiewicz przypomina, że generalną zasadą w przyrodzie jest zasada entropii, czyli rosnącego chaosu. Lo-kalnie mogą przebiegać samorzutne procesy o malejącej entropii, na przykład procesy samoorganizacji czasowej lub przestrzennej.

Napędzane one są przez towarzyszący im wzmożony wzrost en-tropii w innych obszarach. W układzie wraz z otoczeniem entropia sumarycznie więc rośnie. Reakcje samoorganizacji wymagają szczególnie silnie ujemnej energii swobodnej. Ponieważ energia swobodna jest czasem interpretowana jako miara odchylenia od równowagi, można sformułować to jako warunek dostatecznie dużego odchylenia od równowagi. Ponieważ procesy te są bar-dzo niezwykłe, czasem używane jest określenie procesy głęboko niezrównoważone. Ich przykładem może być samoorganizacja

molekularna – proces spontanicznego samopo-rządkowania cząsteczek w struktury ponadczą-steczkowe zwane su-permolekularnymi. Tak więc ogólnie naturalne procesy wiodą do nie-uchronnej destrukcji. Lokalnie jednak możliwe są enklawy zmniejszania się entropii, a więc sa-moistnego tworzenia

się struktur o wyższym stopniu uporządkowania. To właśnie jest samoorganizacja.

W 1978 roku w oparciu o wyniki własnych wieloletnich badań i danych z zakresu termodynamiki i informacji Rudolf Klimek na przykładzie raka szyjki macicy tak opisał termodynamiczną przyczynę samoorganizacji nowotworów: W trakcie karcynoge-nezy w organizmie dochodzi do powstania nowej, biologicznie odmiennej struktury dysypatywnej, co nie ma miejsca w pozo-stałych chorobach, w których zaburzenie w organizmie dotyczy stanów równowagowych. Struktura dysypatywna zaś powstaje w warunkach odległych od stanu równowagi, jej samoorgani-zowanie pojawia się jako skutek bodźców termodynamicznych,

działających z zewnątrz na układ w warunkach nierównowagi. [...] No-wotwór rozwija się tyl-ko dzięki zwiększaniu entropii w otoczeniu, to jest w organizmie. Oznacza to, że dla utrzy-mania i dalszego swego rozwoju musi zwiększać chaos w organizmie, niszczyć jego strukturę.

[...] W warunkach nierównowagowych koniecznością staje się samoorganizacja struktur bardziej złożonych i uporządkowanych, zaistniałych i, niestety, istniejących dalej tylko kosztem materii i energii organizmu, który sam, jako układ otwarty, nie utrzymał wewnętrznej równowagi termodynamicznej. To nowotworzenie jest zjawiskiem generalnym, obserwowanym także w świecie nie-ożywionym. Miarą chaosu w organizmie jako układzie fi zycznym jest przyrost entropii, hamowanie tego przyrostu prowadzi do przedłużania życia i zapobiega kancerogenezie. W świetle teorii informacji entropia jest miarą niewiedzy o wewnętrznej prze-strzenno-energetycznej strukturze materii, natomiast informacja jest miarą wiedzy. Zadaniem medycyny jest właśnie zwiększanie informacji, która wykazuje ścisły związek ze „złowrogą” entro-

Brak składnika materialnego (turbinki) powoduje, że system nie działa

Także brak składnika energetycznego (płynącej wody) powoduje, że system nie działa

ALMA MATER 89

pią i pozwala na teoretycznie możliwe (im większa informacja, tym mniejsza entropia) zapobieganie nowotworom na etapie bezpośrednio poprzedzającym moment powstania struktur dysy-patywnych. Poznanie czynników warunkujących stany dalekie od równowagi, które można nazywać dysypatogennymi, oraz ocena ich kancerogenności w przypadku każdego rodzaju nowotworu staje się podstawą etiopatogenetycznej profi laktyki nowotworów i ich terapii („Ginekologia Polska” 1978; 49:765–770).

Pierwszą publiczną dyskusję o tym odkryciu zorganizował Stanisław Hodorowicz na Wydziale Chemii UJ; w wyniku tego zawiązał się międzyuczelniany zespół naukowy, który przez następne kilkadziesiąt lat w miejsce morfologicznej, a nawet molekularnej w niej dominacji – wprowadzał do medycyny my-ślenie i postępowanie termodynamiczne za pomocą obrazowania i spektroskopii przez wykorzystanie magnetycznego rezonansu jądrowego, immuno-potencjalizacji sił obronno-napraw-czych w profilakty-ce oraz terapii no-wotworów i stanów przedrakowych oraz szerszego wprowa-dzania fotodyna-micznej diagnostyki i terapii nowotworów jako struktur dysy-patywnych. Po raz pierwszy w historii medycyny ograni-czono negatywny wpływ postępowań lekarskich na otoczenie tkanek nowotworowych, równocześnie zmniejszając albo nawet eliminując rozległe operacje onkologiczne.

ŻYWE ORGANIZMY

Podręczniki biologii komórki, chociaż nie są i nie mogą być w pełni wyczerpujące, liczą tysiące stron. Według Włodzimierza Korohody, który podsumował bardzo szybki rozwój nauk o ży-wych organizmach, ponad 90 procent podawanych informacji opartych jest na wynikach badań prowadzonych w ostatnich 60 latach przez wiele tysięcy uczonych, co doprowadziło do możliwości już nie tylko spekulowania o podstawowych prob-lemach dotyczących życia, występowania żywych organizmów na Ziemi, ale i do analizy ich budowy i czynności na poziomie molekularnym. Dokonano tak wielkich odkryć, jak zidentyfi ko-wanie DNA jako uniwersalnego nośnika informacji i odczytanie pełnego zapisu informacji genetycznej w DNA człowieka. Pozna-no kilka tysięcy nowych białek i obecnie bada się ich organizację i funkcje w żywych komórkach. Wiele spośród hipotez i teorii biologicznych sprzed 50 lat, gdy wielu z nas było studentami, współczesnemu biologowi wydaje się krańcowo naiwne i jest zdumiony, że ktoś w nie wierzył. Często możemy spotkać się z takimi poglądami tych uczonych, którzy sami studiowali przed wielu laty, a potem zdobyli autorytet dzięki osiągnięciom w swoich dziedzinach nauki. To nie zapobiega jednak głoszeniu przez nich poglądów sprzecznych ze sposobem myślenia dzi-siejszej biologii, jak na przykład redukowania życia do funkcji pojedynczych makromolekuł. Włodzimierz Korohoda podkreśla

znaczenie prób zbudowania ab initio żywego układu prokario-tycznej komórki, wywodzącej się z najprostszych i najmniejszych komórek występujących na Ziemi jako zdolnych do samodziel-nego życia jednokomórkowych, prokariotycznych organizmów (układów) – mikoplazm.

Organizm wielokomórkowy, jakim jest człowiek, zbudowany jest z ponad 1014 komórek (liczba ludzi na Ziemi wynosi obec-nie około 6,5 razy 109, a zatem kilkanaście tysięcy razy mniej). Wszystkie komórki takiego organizmu wielokomórkowego są klonem jednej komórki – zygoty i powstały w wyniku kolejnych wegetatywnych podziałów komórkowych (mitotycznych). O tym, że dopiero komórka – jako układ złożony z rozmaitych struktur, pełniących rolę podzespołów, jest układem zdolnym do wyka-zywania wszystkich tych czynności, które nazywamy życiem, świadczy doświadczenie opisane w 1970 roku przez Jamesa

F. Danielliego, Joan Lorch i Kwang W. Jeona. Rozłożyli oni komórkę ameby na trzy części – podzespoły: jądro komórkowe, bło-nę komórkową i mito-chondria. Żaden z tych elementów nie może trwale samodzielnie istnieć jako termodyna-micznie otwarty układ dysypatywny i oczy-wiście nie może sam się powielać, a zatem

nie jest żywy. Jeśli jednak metodą mikromanipulacji połączyli te elementy ze sobą, otrzymali niemal pustą w środku amebę, która okazała się zdolną do odtworzenia wszystkich brakujących elementów swojej budowy i pełnej cytoplazmy, podjęła wszystkie funkcje życiowe i zdolna była do rozmnażania się przez podział. Oczywiście nie było to stworzenie żywego układu komórki ab initio z prostych elementów, ale postępowanie takie, jakie stosują inżynierowie, gdy rozkładają jakiś układ na części – podzespoły, aby potem złożyć je w znowu działający przyrząd. Podobnie postępują dzieci, rozkładając zabawki na części, a potem łącząc je ze sobą. Układ zbudowany z elementów może wykazywać cechy, których nie można przewidzieć, badając poszczególne jego elementy w oderwaniu. Podobnie nie można redukować na przy-kład poznania wiersza lub innego utworu literackiego do badania wyłącznie pojedynczych słów składających się na dany tekst.

Niektóre mikoplazmy żyją w glebie, inne należą do czynni-ków chorobotwórczych, powodując odoskrzelowe zapalenie płuc lub choroby dróg rodnych. Warunkiem funkcjonowania takiej najprostszej komórki jest obecność około 300 genów, z około 500 występujących w mikoplazmach (genom innych bakterii zawiera kilka tysięcy genów, a komórek człowieka około 25 000). W 2008 roku doniesiono, że udało się przeprowadzić syntezę takiego genomu (chromosomu bakteryjnego) zawierającego około 300 genów i wprowadzić go do sterylnej komórki Mycoplasma genitaliom, która wykazała zdolność do rozmnażania i innych czynności życiowych. Tak zrekonstruowano najprostszą żywą komórkę, tworząc jej DNA z prostych związków organicznych – nukleotydów, a więc tworząc genom, który wprowadzony do komórki z uszkodzonym genomem podjął funkcje życiowe.

Rozważany system nie działa także w przypadku, kiedy wszystkie składniki materialne są obecne i nie brakuje składnika energetycznego (płynącej wody), ale popełniono zasadniczy błąd montażowy – montując odwrotnie turbinkę. Czynnikiem, którego w tym przypadku

zabrakło, jest informacja

90 ALMA MATER

Nieprzewidywalne są dzisiaj konsekwencje takich prac, wyka-zujących jednoznacznie, że nie można uważać nawet najbardziej złożonych substancji obecnych w komórkach (kwasów nuklei-nowych, białek lub wirusów) za istoty żywe. Dla współczesnego biologa mówienie o „żywej materii” to tak, jak gdyby ktoś mówił, że radio zbudowane jest z substancji grającej muzykę, a samolot jest zbudowany z substancji latającej. Nie można także utożsamiać nośnika informacji, jakim jest DNA – z samą informacją i całym układem żywym.

KOMÓRKOWA FORMA ŻYCIA

Lekarz w praktycznym działaniu opiera się na bezpośredniej ocenie komórkowych relacji pomiędzy tkankami i narządami. Każda komórka jako żywy czasoprzestrzenny układ stanowi całość będącą czymś więcej niż sumą jej składników i relacji między nimi. Według Rudolfa Klimka o roli każdej z osobna komórki w organizmie, oprócz jej lokalizacji, decyduje nasilenie własnej przemiany materii i energii. Zwraca uwagę odmienna rola komórek o stałej lokalizacji tkankowej w porównaniu z komórkami mobilnymi i bezpośrednio współdziałającymi z sa-profi tycznymi jednokomórkowymi mikroorganizmami. Każda komórka może samodzielnie być początkiem klonu komórek potomnych, a zupełnie wyjątkowo – w razie zagrożenia śmier-cią – ulegać samoorganizacji, by zachować samą istotę życia komórki, jaką jest stała spontaniczna wzajemna zamiana materii i energii z udziałem informacji. Komórka po samoorganizacji ze składników dotychczasowej komórki jest nie tylko wewnętrznie sprawniejsza, ale równocześnie zwiększa dysypację materii i ener-gii w otoczeniu zgodnie z drugą zasadą termodynamiki. Choroba

nowotworowa rozpoczyna się właśnie w momencie zmiany tożsamości genetycznej pojedynczych komórek, których w porę nie wyeliminował wielokomórkowy organizm. Tylko wsparcie medyczne mechanizmów ogólnoustrojowych może zapobiec rozwojowi choroby nowotworowej. Organizm w kontakcie ze wszystkimi obcymi układami, a tym samym i z nowotworami, zwiększa metabolizm swoich komórek w miarę ich zbliżania się do granicy z tymi układami. Własne komórki zwiększają swoje zapotrzebowanie materialno-energetyczne, co przy niewydolności otoczenia coraz bardziej oddala ich stan wewnętrzny od fi zjolo-gicznej równowagi. W efekcie na styku z tkanką nowotworową dominują komórki w stanie dysypatogennym, i to w dodatku coraz bardziej narażone na nowotworową dysypację materii i energii. Potwierdzają to obrazy uzyskane metodami magnetycznego rezonansu jądrowego i indukowanej laserem autofl uorescencji, które wyraźnie różnicują komórki dysypatywne (nowotworowe) od komórek ustroju pozostających jeszcze w stanie dalekim od równowagi (dysypatogennym).

Komórkowa forma życia stanowi cezurę medycyny klinicznej i teoretycznej, ponieważ lekarz ma możliwość bezpośredniej oceny relacji między tkankami i narządami przez obiektywne obrazowanie stanu wewnętrznego tkanek i narządów człowieka, co przywróciło medycynie jej praktyczny zawodowy charakter. Właśnie to oddziela medycynę praktyczną od teoretycznej wie-dzy, w której biochemia, fi zyka, biologia czy socjologia stanowią samodzielne dziedziny z ich jednoznacznie określonymi ścisłymi pojęciami.

Stanisław Hodorowicz, Rudolf Klimek Włodzimierz Korohoda, Ryszard Tadeusiewicz

Optymalną for-mą leczenia

onkologicznego jest usunięcie og-niska nowotworo-wego, tak, by nie pogorszyć funk-cjonowania orga-nizmu człowieka, czyli przeprowa-dzanie terapii, któ-rej celem są tylko komórki nowotwo-rowe bądź tkanka nowotworowa bez

FOTODYNAMICZNA DIAGNOSTYKA I TERAPIA NOWOTWORÓW

JAKO STRUKTUR DYSYPATYWNYCHistotnego wpływu na tkanki zdrowe. Coraz częściej wy-korzys tywanym we współczesnej medycynie narzę-dziem jes t pro-mieniowanie elek-t romagnetyczne – niezależnie czy powstaje z połącze-nia cząstek materii i antymaterii, czy tylko jest emito-wane przez tkanki

ALMA MATER 91

człowieka po ich wzbudzeniu przez fale radiowe lub widzialne światło o relatywnie dużej energii. Zachodzi zatem koniecz-ność zmian w postępowaniach medycznych między innymi z powodu możliwości zastępowania tym promieniowaniem na przykład chirurgicznego usuwania guzów nowotworowych i to bez naruszania powłok ciała. Stanowi to zarazem kolejny dowód na termodynamiczną przyczynę chorób nowotworowych – że nowotwory są efektem naturalnego zjawiska samoorganizacji komórkowych struktur dysypatywnych.

DIAGNOSTYKA FOTODYNAMICZNA

Istotą diagnostyki fotodynamicznej jest ocena widma emitowanego przez tkankę po uprzednim jej wzbudzeniu światłem fioletowym lub ultrafi oletowym. Uzyska-ne w ten sposób widma emisyjne tkanek zdrowych różnią się w istotny sposób od widm emisyjnych uzy-skanych z tkanek przed-nowotworowych, a także nowotworowych. Różnice pomiędzy tymi widmami są charakterystyczne dla poszczególnych długości fal analizowanego spek-trum. W przypadku tych krzywych zwracają uwagę różnice szczególnie widoczne dla poszczególnych długości fal w zakresie widma czerwonego. Biorąc pod uwagę rozwój techniki komputerowej, istnieje możliwość, że przy pomocy odpowiedniego oprogramowania będzie szansa na prawie jed-noczasowe przebadanie kilku milionów punktów ciała, zarów-no w obszarze dwu-, jak i trójwymiarowym, dla przedstawienia tą drogą punktów szczególnie podejrzanych onkologicznie.

Współcześnie znacznie częściej niż „biopsję optyczną” wykonuje się badania obrazowe, pozwalające na zobaczenie tkanek w dwu kolorach. Jeden z kolorów, na przykład zielo-ny, przypisany jest do tkanki zdrowej, a drugi, na przykład czerwony, do tkanki patologicznej. Takie obrazy uzyskuje się poprzez odpowiednie oprogramowanie, w którym obraz z kamery przedstawiany jest we wspomnianych wyżej dwóch pseudokolorach. Pseudokolor zielony jest pochodną trans-formacji widma spektralnego tkanki zdrowej, a pseudokolor czerwony jest pochodną transformacji spektrum uzyskanego poprzez wzbudzenie tkanki patologicznej. Takie badanie nazywa się autofl uorescencyjnym, jeżeli uzyskuje się obrazy tylko poprzez wzbudzenie światłem o większej energii (fi olet lub ultrafi olet). Czasem dla poprawy wizualizacji tkanki pa-tologicznej wykorzystuje się fotouczulacze, mające zdolność emisji światła. Po wzbudzeniu światłem o większej energii w sposób selektywny lokują się w tkance patologicznej (nowotworowej). Tę formę obrazowania nazywa się często diagnostyką fotodynamiczną.

Istotą diagnostyki onkologicznej jest również określa-nie stopnia złośliwości nowotworu za pomocą jednostek względnych nasycenia fl uorescencją tkanki patologicznej. Konkretne liczby określonego rejonu badanej tkanki wskazują

też optymalne miejsce pobrania wycinka do badań histopato-logicznych.

TERAPIA FOTODYNAMICZNA

Terapia fotodynamiczna polega na dodatkowym zaburzeniu stanu termodynamicznego patologicznej (nowotworowej) tkanki poprzez selektywne wprowadzenie fotouczulacza do tkanek nowotworowych oraz jego wzbudzenie poprzez zadziałanie światłem o długości fali najbardziej absorbowanej przez fotouczulacz. Konsekwencją akcji fotodynamicznej jest wzbudzenie fotouczulacza oraz powstanie aktywnego tlenu singletowego, co skutkuje bezpośrednim efek-tem cytotoksycznym poprzez destrukcję lub apoptozę komórek, uszkodzeniem naczyń guza poprzez aktywację czynników pro-

agregacyjnych, odpowiedzią zapalną poprzez aktywację makrofagów i leukocytów oraz odpowiedzią immunolo-giczną poprzez wzmocnienie obrony przeciwnowotworo-wej. W przypadku fotouczu-laczy, mających selektywne powinowactwo do naczyń, uruchomienie kaskady fotody-namicznej rozpoczyna procesy prowadzące do uszkodzenia śródbłonka naczyń i urucho-mienia procesów prowadzą-cych do ich zamknięcia, co

powoduje zniszczenie układu krwionośnego doprowadzającego krew do guza. Taką formę terapii z wykorzystaniem fotouczulacza wprowadzonego bezpośrednio do naczyń guza stosuje się w terapii raka prostaty, uzyskując efekty po 15-minutowej terapii fotodyna-micznej.

Najważniejszą rzeczą jest fakt działania fotodynamicznego wybiórczo na tkankę nowotworową, co umożliwia wykorzystanie tej formy terapii także jako postępowania estetycznego, na przykład w zmianach patologicznych skóry. Ważną rzeczą jest możliwość wielokrotnego stosowania terapii fotodynamicznej, ponieważ przy zachowaniu właściwego reżimu terapeutycznego jest bezpieczna dla zdrowych tkanek. Istotne z punktu widzenia całości terapii onkologicznej jest stosowanie terapii fotodynamicznej przed i po leczeniu chirurgicznym, przed i po leczeniu promieniami rentge-na, a także przed i po, a nawet w trakcie leczenia cytostatycznego wraz z możliwością oceny leczenia z zastosowaniem diagnostyki fotodynamicznej.

Przedstawione przykłady wykorzystania i zrozumienia wiedzy na temat promieniowania elektromagnetycznego w procesach diagno-styki i terapii wskazują na nową jakość współczesnej medycyny.

Aleksander SierońL I T E R A T U R A :A. Ślęzak, A. Sieroń, Zarys termodynamiki medycznej, α-medica press, Bielsko-Biała 1998.

A. Sieroń, red., Zarys fotodynamicznej diagnostyki i terapii nowotworów, α-medica press, Bielsko-Biała 1997.

H. Podbielska, A. Sieroń, W. Stręk, red., Diagnostyka i terapia fotodynamiczna, Urban & Partner, Wrocław 2004.

B. Pruszyński, red., Radiologia, PZWL, Warszawa 2006.R. Klimek, J.M. Madej, A. Sieroń, Rak, nowotwory a choroby nowotworowe, RK, Kraków 2006.

Przerzut z destrukcją kostną czwartej kości śródstopia