MEDICINA
Pripremila: Gordana Tomljenović
prof. dr Konstantina Stanković, neurootološki hirurg,
Istraživački prodori u otologiji
Unutrašnje uvo - baterija za napajanje elektronskih pomagala?
Energija iz unutrašnjeg uva i optička slika uva mogle bi da budu od velike koristi u dijagnostici i terapiji gubitka sluha, uverena je prof. dr Konstantina Stanković, neurootološki hirurg, naučnica sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Harvard (SAD)
 Gubitak sluha je u najvećem broju slučajeva povezan za problemima u unutrašnjem uhu. Reč je o takozvanom senzorineuralnom gubitku sluha, što je naučestaliji senzorski nedostatak u ukupnoj svetskoj populaciji - pogađa 275 miliona ljudi - i najučestalija je kongenitalna anomalija jer postoji kod gotovo svakog 500-tog novorođenčeta. Na nedavnom predavanju koje je održala (na Elektrotehničkom fakultetu) u Beogradu, prof. dr Konstantina Stanković, neurootološki hirurg i naučnica sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Harvard, naglasila je da ni danas, u 21. veku, medicina nije u stanju da biopsira unutrašnje uho (iako biopsira svaki drugi deo tela, uključujući i mozak), niti je u stanju da slika ćelije unutar uha.
Uzimanje uzorka tkiva i imidžing ćelija unutrašnjeg uha bili bi od ogromnog značaja za postavljanje dijagnoze na ćelijskom nivou i za lečenje senzorineuralnom gubitku sluha, te ona i njen tim pokušavaju da reše ove probleme. Predavanje prof. Stanković bilo je posvećeno dosadašnjim rezultatima njihovih istraživanja - izvlačenju energije iz unutrašnjeg uha i optičkom imidžingu unutrašnjeg uha.
Jedinstven slušni sistem
Unutrašnje uvo je vrlo sićušno, kompleksno građeno, a smešteno duboko u dnu lobanje, pa je kod čoveka (za dijagnostiku) teško pristupačno. Kod eksperimentalnih životinja je, međutim, otkriveno mnogo činjenica o unutrašnjem uvu. Mnogi biološki procesi u njemu dovedeni su do ekstrema, što ga čini fascinantnom inženjerskom temom, kaže prof. Stanković.
 Jedna od tih fascinantni stvari jeste da su neuroni koji čine slušni nerv podešeni za specifične frekvencije, i neobično su osetljivi. Štaviše, i sam input u uvo je modifikovan od strane mozga, posredstvom jedne neuronske (olivokohlearni neuroni) fidbek petlje ( feedback loop) koja ima nekoliko važnih funkcija. Jedna od njenih funkcija je da prevazilazi dinamički opseg sluha u pojedinačnim vlaknima slušnog nerva (u proseku oko 30 decibela), tako da je uvo sposobno da detektuje više, da čuje i više od 120 decibela intenziteta zvuka; fidbek petlja takođe omogućava detektovanje zvuka u bučnom okruženju i štiti uvo od prevelike buke. Sve to je, komentariše prof. Stanković, sjajan primer kako jedan sistem uveliko prevazilazi sposobnosti svojih sastavnih delova.
Još jedna izvanredna karakteristika unutrašnjeg uva jesu njegove senzorske ćelije. Postoje dve vrste tih ćelija - prave senzorske ćelije u kontaktu sa nervnim vlaknima koja zvučni signal prenose do mozga, i dlakaste ćelije (spoljašnje i unutrašnje). Spoljašnje dlakaste ćelije jedinstvene su po tome što se pokreću u skladu sa audio-frekvencijama, i do 20.000 herca kod ljudi, i 100.000 herca kod slepih miševa. Istraživanja su pokazala da one, dok se mehanički kreću, pojačavaju zvuk za oko 30 do 40 decibela. Vrlo su, pak, osetljive na buku, te ih izlaganje prejakom zvuku (glasni koncerti, na primer) uništava.
Lekar, fizičar, mikrobiolog
Prof. dr Konstantina Stanković aktivan je neurootološki hirurg i naučnica koja se bavi neurologijom uva. Rukovodi laboratorijom na Medicinskom fakultetu Univerziteta Harvard, u Bolnici za oko i uvo, i Opštoj bolnici Masačusetsa, koje su vodeće američke institucije u toj oblasti.
Osnovne studije iz fizike i iz molekularne biologije, kao i doktorat iz ovih oblasti, završila je na Masačusetskom tehnološkom institute (MIT), a istovremeno je završila i Medicinski fakultet Univerziteta Harvard, i to sa najvišim počastima (Magna Cum Laude) . Na Harvardu je specijalizirala otolaringologiju, a suspecijalizirala neurootologiju - hirurgiju glave. Članica je izvršnog odbora i predsedništva Američkog društva za sluh. Dobitnica je mnogih priznanja, uključujući godišnju nagradu MIT za žene koje su postigle najviši stepen akademske izuzetnosti i profesionalnog ostvarenja, Henri Asburi Kristijan nagradu za izvanredne rezultate u istraživanju i akademskom radu Medicinskog fakulteta Univerziteta Harvard, nagradu Hauard Hjuz, kao i nagradu Nacionalne organizacije za istraživanja u oblasti sluha SAD. |
Kost koja okružuje unutrašnje uvo takođe je izuzetna, kaže prof. Stanković, zato što je jedina kost koja se ne remodeluje. Naučnica objašnjava da u ljudskom telu uvek postoji balans između gradnje i degradacije kosti, i taj balans definiše remodelovanje kosti; kao primer, ona navodi fizičku aktivnost, vežbanje koje je dobro za čoveka zato što učvršćuje kosti. Kost oko unutrašnjeg uva se, međutim, ne remodeluje zato što bi njeno remodelovanje vodilo gubitku sluha; to je najgušća kost u ljudskom telu, i u izvesnom smislu je jedan od najosetljivijih senzornih organa.
Elektrohemijska energija
Fluidi unutar unutrašnjeg uha takođe su neobično zanimljivi. Jedan je nazvan paralimfa, a po sastavu je vrlo je sličan cerebrospinalnoj tečnosti. Drugi je endolimfa, i vrlo je osoben po tome što je veoma bogat kalijumom. Kalijum se u telu nalazi u ćelijama, u visokim koncentracijama, ali su u endolimfi koncentracije kalijuma daleko veće od ćelijskih. Istraživanja su pokazala da obilan kalijum u endolimfi, u kombinaciji sa elektrogenim pumpanjem kalijuma u kohlearni kanal, zaista efikasno stvara “bateriju” sa oko 100 milivolti pozitivnog DC potencijala. U ljudskom telu ne postoji ništa slično, kaže prof. Stanković. Na hiljade ćelija doprinose stvaranju te ekstraćelijske DC elektrohemijske energije, koja je izuzetno važna za normalan sluh. Ona, naime, omogućava da senzorske ćelije oslobađaju neurotransmitere, što pobuđuje slušni nerv i dovodi do konverzije akustičnih zvukova u električne impulse koji dalje, kroz slušni nerv, putuju ka mozgu.
Elektrohemijsku energiju - endokohlearnu bateriju - prvi put je još pre oko 60 godina opisao Đerđ fon Bekeši, dobitnik Nobelove nagrade za medicinu 1961. godine, za pionirski rad u kojem je objasnio funkcionisanje sistema sluha. Za postojanje endokohlearne baterije se, dakle, zna već decenijama, te su naučnici sad počeli da se bave pitanjemizvlačenja i korišćenja te energije. Prof. Stanković kaže da je njen naučni tim bio zainteresovan da dođe do rešenja zato što već postoji (i brzo se razvija) čitava jedna naučna oblast koja se bavi problemima korišćenja energije iz tela. Ljudsko telo je, naime, ogroman rezervoar energije, i već je pokazano da može da se koristi energija kinetičkog kretanja, toplotna energija i energija iz glukoznih ćelija.
Govoreći o tim istraživanjima, prof. Stanković je napomenula da su ona zahtevalo saradnju prof. Ananta Čandrakasana, stručnjaka za mikrostrujnu i ultraniskostrujnu elektroniku sa čuvenog Masačusteskog tehnološkog institute (MIT), zato što je reč o svega 100 milivolti napona, a to je jako malo u poređenju sa konvencionalnom baterijom od 1,5 volti. Ispitivanja na životinjama, koja su podrazumevala izvlačenje endokohlearnog potencijala pomoću elektroda (jedna u paralimfi, druga u endolimfi) i čipa za izvlačenje energije dala su nekoliko važnih podataka; jedan od njih je da na fizološkom nivou postoji značajna struja koja protiče kroz unutrašnje uvo (oko 30 mikroampera). Prema rečima prof. Stanković, njen tim je pokušavao da izvuče manje od jednog procenta te struje, da ne bi došlo do narušavanja slušnog procesa.
Fascinacija uhom
“Priroda je, uveren sam, ne bez razloga ostavila naše uši otvorenim, ne stavljajući im poklopce, ne zatvarajući ih bilo kakvim drugim ogradama, kao što je to učinila sa jezikom, sa očima i sa nekim drugim delovima tela. Cilj tome je, rekao bih, da smo svaki dan i svaku noć, neprestano, spremni da čujemo, da slušamo, i da smo tako u svakom trenutku sposobni da učimo. Jer, od svih ljudskih čula, čulo sluha je najpodesnije za prijem znanja o umetnostima, o naukama i o profesionalnim disciplinama.” (Odlomak iz knjige “Gargantua i Pantagruel”, Fransoa Rablea)
Govoreći o svojim naučnim istraživanjima, prof. dr Konstantina Stanković je upravo ovim citatom započela svoje nedavno predavanje o neurootološkim istraživanjima koje je održala na beogradskom Elektrotehničkom fakultetu. Kazala je da je to jedan od njenih omiljenih citata iz dela francuskog pisca i fizičara Rablea, koji je u tim rečenicama sažeo svu svoju fascinaciju uhom, koju ona, kako je kazala, u potpunosti deli sa njim. |
Energiju koju su izvukli, naučnici su koristili za napajanje jednog radiotransmitera, u kome se prenos energije odvijao u gigaherc opsegu (slično mobilnim telefonima), u trajanju do pet sati. Za rad tog sistema bilo je neophodno inicijalno pokretanje, ali nakon toga se, prema rečima prof. Stanković, rad sistema dalje samoodržavao, pri čemu je radiotransmiter u potpunosti bio napajan iz unutrašnjeg uva. Bila je to prva demonstracija izvlačenja energije iz elektrohemijskog predajnika u telu, koja je takođe pokazala da se izvlačenje energije može izvesti bez narušavanja slušnog procesa.
Šta je bio cilj ovih napora? Prof. Stanković je, u odgovoru na ovo pitanje, podsetila na lokaciju unutrašnjeg uva. Ono je smešteno na samo nekoliko milimetara od mozga, na nekoliko milimetara od karotidne arterije, pri čemu facijalni nerv prolazi direktno kroz unutrašnje uvo. Vizija naučnika je da se energija iz unutrašnjeg uva koristi u dijagnostici ne samo slušnog dela sistema već i dijagnostici obližnjih sistema, što uključuje i mozak. Naučnici veruju da ta mala energija (u nanovoltima) može da se koristi i terapijski, za napajanje uređaja koji dopremaju lekove (u regenerativnoj terapiji uva, na primer), kako bi se izbeglo korišćenje spoljašnje baterije. Prof. Stanković smatra da će to biti moguće, pogotovo kad se ima u vidu da ti uređaji ne zahtevaju stalni rad, već se uključuju periodično, možda nekoliko puta dnevno.
Optički imidžing
Govoreći o istraživanju mogućnosti dijagnostičkog, optičkog imidžinga unutrašnjeg uva, prof. Stanković se prvo osvrnula na kliničke motive za taj rad. Pokazala je audiograme slušnih testova troje pacijenata sa različitim oštećenjima sluha kod kojih su sve dijagnostičke procedure - pa i skener i magnetna rezonanca - za rezultat imale normalne nalaze. Dijagnostičke procedure koje se danas koriste nisu, dakle, dovoljno osetljive da pokažu šta se zaista događa u unutrašnjem uvu, u kome, podsetila je, postoji i više vrsta senzorskih ćelija čije oštećenje dovodi do gubitka sluha.
Da bi se u budućnosti terapija mogla prilagoditi svakom individualnom pacijentu - takozvana personalizovana medicina je već u velikom zamahu - treba da se precizno utvrdi šta se događa u uhu. Pokazalo se, kaže prof. Stanković, da su optička sredstva savršena za te svrhe, zato što pružaju sliku mnogo veće prostorne rezolucije. Taj deo istraživanja rađen je u saradnji sa švajcarskim stručnjakom, fizičarem Dimitrijem Psaltisom. Upotrebom dvofotonske mikroskopije, naučnici su uspeli da vide dlakaste ćelije unutrašnjeg uha, pa i neurone, te je shvaćeno da bi optički imidžing bio veoma koristan u dijagnostici problema unutrašnjeg uva.
Gordana Tomljenović
Kompletni tekstove sa prilozima potražite u magazinu "PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
|
