Informacije

Ubija li mehanički udar životinje?

Ubija li mehanički udar životinje?


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.

Čuo sam da gubitak krvi mnogo ubija ubijene životinje. Ali nekoliko sam puta čuo da mehanički udar ubija životinje. Na primjer u ovom videu (počinje se reproducirati na pravom mjestu; relevantno od 14:35 do 15:03).

Da gubitak krvi ubija životinju čini se prilično očiglednim jer mozak ne može funkcionirati bez opskrbe kisikom i ne može se snabdjeti kisikom ako nema krvi koja prenosi kisik.

Ako se mehanički udar primijeni na glavu, to se također čini donekle razumnim. Pretpostavljam da bi moglo biti da šok uništi žile u mozgu. Ali osim udarca glavom: Postoji li biološki razlog zašto životinja nije mogla nastaviti živjeti nakon što je doživjela mehanički udar uslijed udara malim projektilom (udarac kamiona koji može ubrzati cijelu životinju ne brojati)?


S malim projektilom uvijek ćete dobiti neku silu smicanja: izravno zahvaćena tkiva ubrzat će se brže od susjednih tkiva itd. To može uzrokovati kidanje mnogih tkiva, uključujući krvne sudove, ali i drugih tkiva.

U kontekstu mozga, efekti traumatskih ozljeda mozga su stalno područje istraživanja, na primjer vidi ovdje.


Proteini toplotnog udara

Abstract

Proteini toplotnog šoka (HSP) su specifični proteini koji nastaju kada su ćelije nakratko izložene temperaturama iznad njihove normalne temperature rasta. Sinteza HSP -a univerzalni je fenomen koji se javlja u svim proučenim biljnim i životinjskim vrstama, uključujući i ljude. HSP-ove proizvode i prokariotske ćelije, odnosno bakterijske i arhejske. Budući da HSP -ove mogu izazvati i oksidanti, toksini, teški metali, slobodni radikali, virusi i drugi stresori, ponekad se nazivaju i „proteini stresa“. Većina HSP-ova su molekularni pratioci, koji obično promiču samosastavljanje novo sintetiziranih polipeptidnih lanaca proteina u prirodnu prostornu strukturu, skup njihovih kompleksa i njihov transport kroz membrane, kao i njihovo sudjelovanje u transdukciji signala. Ne -smrtonosno povećanje temperature iznad fiziološke norme za biološku vrstu potiskuje sintezu proteina u stanici, aktivira faktor toplinskog šoka (HSF) i pojačava transkripciju gena toplinskog šoka, dok izlaganje smrtonosnoj temperaturi pokreće apoptozu ili programiranu ćelijsku smrt. Zauzvrat, HSP -ovi inhibiraju apoptozu i osiguravaju stanicama toplinsku stabilnost ako se stres ponovo pojavi. Prateći to, pratioci sprječavaju nepovratnu agregaciju nerazvijenih proteina i pomažu u obnavljanju njihove izvorne strukture i/ili razgradnji denaturiranih proteina. Odgovor na toplotni šok je oslabljen kako se stanica vraća u normalu nakon uklanjanja stresa, HSF se transformira u svoj neaktivan oblik i transportira u citoplazmu, a 'markirani preinicijacijski kompleksi' se akumuliraju u promotorima gena koji kodiraju HSP. Polimorfizmi gena HSP povezani su s upalnim, autoimunim, kardiovaskularnim i neurodegenerativnim bolestima i, konačno, starenjem.


Da li mehanički udar ubija životinje? - Biologija

(Ovo je moj ulaz u prvo “specijalno izdanje ” The Giant's##8217s Shoulders, nazvano “The Leviathan ’s Shoulders ”, s naglaskom na okeane i život u okeanima. Post je zapravo o riječnom stvorenju, ali, hej, još uvijek je vodena!)

Na ovom blogu sam proveo dosta vremena pričajući o Michaelu Faradayu (1791-1867) i njegovim naučnim dostignućima. Njegova temeljita istraživanja o prirodi elektriciteta i magnetizma otvorila su put svim modernim elektromagnetima, kao i optici, i s pravom se smatra jednim od najvećih eksperimentalista svih vremena. Među njegovim monumentalnim djelima su zapažanje da mijenjanje magnetskih polja inducira električna polja (elektromagnetska indukcija) i opažanje da na polarizaciju svjetlosti može utjecati primijenjeno magnetsko polje (Faradayjeva rotacija).

Iako je prirodno misliti o Faradeju kao o istraživaču isključivo elektriciteta, u njegovoj eri je proučavanje elektriciteta bilo povezano sa gotovo svim aspektima prirodnih nauka. Kasnih 1700 -ih Luigi Galvani je pokazao da se amputirana žabina noga može pokrenuti električnom stimulacijom, pokazujući vezu između biološke funkcije i električne energije. Do 1800. bilo je poznato da se kemijske reakcije mogu izazvati električnom energijom, u procesu poznatom kao elektroliza. Faraday je 1834. objavio temeljne rezultate o elektrolizi. Električna energija mogla bi se povezati s termodinamikom promatranjem da električna struja zagrijava žicu kroz koju prolazi ( Jouleova grijanja) ovaj proces je bio prilično misteriozan jer niti podrijetlo topline (kretanje atoma) niti električne energije (elektroni) nisu ustanovljeni u Faradayjevo vrijeme.

Električna energija mogla se proizvesti atmosferskim, kemijskim i mehaničkim sredstvima, a nikako nije bilo očito da su ti različiti izvori manifestacije istog fundamentalnog električnog fenomena. (U stvari, sam Faraday je napravio značajnu količinu istraživanja kako bi pokazao da su svi oblici električne energije zapravo isti.)

Stoga se moglo očekivati ​​da će istraživač električne energije upasti u prilično različita područja proučavanja. Godine 1839. Faraday je objavio naučne rezultate jednog od svojih pohoda, “Obavijest o karakteru i smjeru električne sile Gymnotusa,” u Filozofskim transakcijama Kraljevskog društva (str. 1-12).

Šta je “Gymnotus”? Čini se da se taksonomija vrste mijenjala tokom godina, ali se u ovom trenutku čini da se odnosi na ono što je nekada bilo poznato kao Gymnotus electricusili električna jegulja (izvor slike):

U modernoj taksonomiji električna jegulja je Electrophorus electricus, i dio je veće porodice Gymnotidae (riba nož), koja također uključuje sve vrste koje su sada svrstane u rod Gymnotus. Sve ribe noževi posjeduju posebne bioelektrične organe, iako je električna jegulja (zapravo nije jegulja ”) jedina koja je razvila ove električne organe kao oružje za lov.

Električna jegulja je slatkovodna riba koja se nalazi u vodama južnoameričkih rijeka, posebno rijeka Amazon i Orinoko. Mogu doseći do 8 stopa u dužinu i 45 kilograma u težinu, a udišući zrak — često izlaze na površinu radi gutljaja zraka.

Jegulje se hrane gotovo svim malim stvorenjima koja mogu dobiti: prvenstveno ribama, ali i vodozemcima, pticama, pa čak i malim sisavcima. Oni su u stanju omamiti svoj plijen (i odbiti grabežljivce) stvaranjem značajnog električnog udara i potencijalne razlike do 600 volti, što bi pod pravim okolnostima moglo biti fatalno za čovjeka. Ove šokove proizvode specijalizirani organi u jegulji koji sadrže ćelije zvane elektrocite, od kojih se svaki ponaša kao mala baterija koja sadrži razliku potencijala od oko 0,55 volti. Jegulja ima otprilike 6000 ovih elektrocita, a njihova električna energija se može oslobađati po volji.

Proučavanje stvorenja kao što je električna jegulja bilo je od posebnog interesa za istraživače Faradayevog doba jer su pružili uvid u rad samih živih bića za koje su znanstvenici dugo sumnjali da električna energija igra vitalnu ulogu u nervnom sistemu, iako je tačna priroda ta uloga je i dalje bila kontroverzna. Da citiram Faradayev uvod#8217 (sve reference i citati su uklonjeni radi jasnoće):

Koliko god da su divni zakoni i fenomen elektriciteta kada su nam evidentni u neorganskoj ili mrtvoj materiji, njihov interes jedva može da podnese bilo kakvo upoređivanje sa onim što se vezuje za istu silu kada je povezano sa nervnim sistemom i sa životom i iako je nejasnoća koja za sadašnjost okružuje subjekt može zasad također prikriti njegovu važnost, svaki napredak u našem znanju o ovoj moćnoj moći u odnosu na inertne stvari, pomaže da se ta nejasnost rasprši i da se istakne nadmoćniji interes ove vrlo visoke grane Fizička filozofija. Zaista smo, ali na pragu onoga što možemo, bez pretpostavke, vjerovati da je čovjeku dopušteno da zna o ovoj stvari, a mnogi ugledni filozofi koji su pomogli u objavljivanju ove teme, osjećali su se, što je vrlo evidentno u njihovim spisima do posljednjeg trenutka da je tako.

Osim što je bio nevjerojatan eksperimentator, Faraday je bio i divan pisac, što pokazuje gornji odlomak.

Za razliku od mnogih drugih njegovih djela, međutim, Faraday nije baš pronašao nove temelje, kako je i sam primijetio:

Postojanje životinja koje mogu dati isti potres živom sistemu kao električna mašina, naponska baterija i grmljavina, sa svojim navikama koje su nam obznanili RICHER, S ’GRAVESENDE, FIRMIN, WALSH, HUMBOLDT, & ampc . & ampc., postalo je sve važnije identificirati živu moć koju posjeduju, sa onom koju čovjek može pokrenuti na djelovanje iz inertne materije, i po njemu nazvanu električna energija. S Torpedom je to učinjeno do savršenstva, a smjer struje sile određen ujedinjenim i uzastopnim radom WALSH-a, CAVENDISH-a, GALVANI-ja, GARDINI-ja, HUMBOLDT-a i GAY-LUSSAC-a, TODD-a, Sir HUMPHRY DAVY, dr. DAVY, BECQUEREL i MATTEUCCI.

Gymnotus je također eksperimentiran u istu svrhu, a istraživanja WILLIAMSON -a, GARDEN -a, HUMBOLDT -a, FAHLBERG -a i GUISANIJA -a otišla su jako daleko u pokazivanju identiteta električne sile u ovoj životinji sa električnom energijom koja se pobuđuje uobičajenim sredstvima i dva potonja filozofa su čak dobila iskru.

“torpedo” je još jedan izraz za električnu zraku, rod zraka koji, poput električne jegulje, može proizvesti trzaje za lov ili odbranu. Torpeda su morske životinje raznih vrsta sa širokim geografskim rasprostranjenjem, najveći primjerci mogu proizvesti potres do 220 volti, znatno manje od jegulje. Faraday napominje, međutim, da je torpedo manje izdržljivo stvorenje koje rijetko preživi dugo u zatočeništvu,

Dobivanje Gymnotija stoga je bilo posljedica i podstaknuto, koliko god sam bio počašćen, vrlo ljubaznom komunikacijom od baruna HUMBOLDT -a, 1835. godine prijavio sam se Kolonijalnom uredu, gdje mi je obećana svaka pomoć u nabavci nekih ove ribe i stalno očekuju da će primati vijesti o njima ili o samim životinjama.

Sreća je bila s Faradayom i uskoro mu je ponuđen primjerak za proučavanje:

Gymnotus je u posljednje vrijeme u ovu zemlju donio gospodin PORTER, a kupili su ga vlasnici Galerije u ulici Adelaide: oni su mi odmah najslobodnije ponudili slobodu eksperimentiranja s ribom u naučne svrhe, stavili su je za to vrijeme isključivo u moje raspoloženje, da se (u skladu s uputama HUMBOLDT ’S) njegove moći ne bi mogle narušiti: samo želim da vodim računa o njegovu životu i zdravlju. Nisam polako iskoristio njihovu želju da proslijedim interese znanosti, te sam s velikom zahvalnošću prihvatio njihovu ponudu. Sa ovim Gymnotusom, uz ljubaznu pomoć gospodina BRADLEY-a iz Galerije, gospodina GASSIOT-a i povremeno druge gospode, kao profesora DANIELLA, OWEN-a i WHEATSTONE-a, dobio sam sve dokaze o istovjetnosti njegove moći sa uobičajenom strujom. Sve ovo je već ranije dobijeno sa Torpedom, a nešto, kao šok, krug i iskra, sa Gymnotusom, ali ipak mislim da će kratak izveštaj o rezultatima biti prihvatljiv za Kraljevsko društvo, i dajem ih po potrebi preliminarni eksperimenti u istragama koje se možemo nadati da ćemo pokrenuti kada stigne očekivana opskrba životinja.

Faraday je bio vrlo temeljit eksperimentator iako njegova zapažanja nisu nužno bila revolucionarna, on je želio dati detalje kako bi budući istraživači mogli potvrditi njegove rezultate, a ne nepotrebno ih duplirati. U istom duhu će kasnije ispričati svoje neuspješne pokušaje povezivanja gravitacije i električne energije.

Faraday počinje svoj izvještaj s opisom same životinje i njenog stanja kada ju je primio:

Riba je dugačka 40 centimetara. Uhvaćen je oko marta 1838. godine, donesen je u Galeriju 15. avgusta, ali se nije hranio od trenutka snimanja do 19. oktobra. Od 24. avgusta g. BRADLEY je svake noći stavljao malo krvi u vodu, koja je sledećeg jutra zamenjena slatkom vodom, i na taj način je životinja možda dobila neku ishranu. 19. listopada ubila je i pojela četiri male ribe od tada je prestala krv, a životinja se od tada poboljšavala, konzumirajući u prosjeku jednu ribu dnevno*.

* Konzumirana riba bili su golub, šaran i smuđ.

Pazio je, prema uputama koje je dobio od drugih, da ne iscrpi životinju čestim testiranjem:

Prvi put sam eksperimentirao s njim 3. rujna, kada je očigledno bio trom, ali sam izazvao snažne šokove kad su ruke bile povoljno položene na tijelo. Eksperimenti su rađeni četiri različita dana, omogućavajući periode odmora od mjesec dana do sedmice između svakog. Činilo se da mu se zdravlje neprestano poboljšava, a u tom periodu, između trećeg i četvrtog dana eksperimenta, počeo je jesti.

Prvi put kad sam pročitao taj odlomak, napravio sam dvostruki snimak: Faraday bi testirao šokantnu sposobnost jegulje stavljajući gole ruke na njega. Upamtite da je ovo stvorenje koje proizvodi više od 600 volti po šoku, što je jasno da Faraday nije radio ni pod kakvim OSHA smjernicama!

Ruke bi bile neodgovarajući mjerni uređaj za brojne testove, pa su razvijeni drugi alati:

Pored kazaljki korištene su dvije vrste kolektora. Jedna se vrsta sastojala od bakrene šipke dugačke petnaest inča, koja je imala bakarni disk prečnika jedan i po inč koji je zalemljen na jednom kraju, i bakarni cilindar koji je služio kao ručka, sa velikim kontaktom sa rukom, pričvršćen za drugu , pri čemu je štap od diska prema gore dobro pokriven debelom kaučukovom cijevi kako bi se taj dio izolirao od vode. Po njima se moglo utvrditi stanje pojedinih dijelova ribe dok su u vodi.

Druga vrsta sakupljača imala je namjeru zadovoljiti poteškoće koje je predstavljalo potpuno potapanje ribe u vodu, jer čak ni pri dobivanju same iskre nisam smatrao da je opravdano tražiti uklanjanje životinje u zraku. Bakarna ploča osam inča dugačka i dva i po široka bila je savijena u obliku sedla, kako bi mogla prelaziti preko ribe, i obuhvatiti određeni dio leđa i bokova, a na nju je zalemljena debela bakrena žica. , da bi se električna sila prenijela na eksperimentalni aparat, preko sedla je stavljena jakna od kaučuka, a rubovi su istureni pri dnu, a krajevi su napravljeni tako da se približe tako da u određenoj mjeri odgovaraju tijelu ribe, i donji rubovi su napravljeni tako da opružaju bilo koju vodoravnu površinu na koju su postavljena sedla. Dio žice koji je mogao biti u vodi bio je prekriven kaučukom.

“Caoutchouc ” je drugo ime za indijsku gumu, a služilo je kao izolator. Moja gruba skica ovog drugog kolektora prikazana je ispod:

Gumena jakna i donji rubovi omogućili su da riba bude dobro izolirana od vode dok je “zbijena ” u uređaju:

Ovi provodnici koji su stavljeni preko ribe, prikupljali su snagu dovoljnu da proizvedu mnoge električne efekte, ali kada je, kao u dobijanju iskre, bila potrebna svaka moguća prednost, tada su se staklene ploče postavljale na dno vode, a riba je bila iznad njih, preko njega su stavljeni provodnici sve dok donji rubovi kaučuka nisu nalegli na staklo, tako da je dio životinje unutar kaučuka bio tako dobro izoliran kao da je Gymnotus bio u zraku.

Faradayeva vesla služila su gotovo kao i lopatice za defibrilator#8220, prenoseći naboj from cilj umjesto to meta!

Faradayevi početni testovi uključivali su pokazivanje da je električna energija koju proizvodi Gymnotus iste prirode kao i svi drugi poznati oblici električne energije. Ovo je uključivalo pokazivanje da struja Gymnotus ’ može izvesti isti skup “trikova ” kao i drugi izvori:

Šok. Šok ove životinje bio je veoma snažan kada su ruke postavljene u povoljan položaj, tj. e. jedan na tijelu blizu glave, a drugi blizu repa što su ruke bile bliže u određenim granicama, to je šok bio manje snažan. Diskovni vodiči vrlo su dobro prenijeli šok kada su ruke bile navlažene i nanesene u bliskom dodiru s cilindričnim ručkama, ali rijetko ako su se ručke držale u suhim rukama na uobičajen način.

Galvanometar. Koristeći sedlaste provodnike postavljene na prednje i stražnje dijelove Gymnotusa, galvanometar je bio lako pogođen. Nije bilo posebno osjetljivo jer ploče od cinka i platine na gornjoj i donjoj površini jezika nisu uzrokovale trajni otklon veći od 25 °, ali kad je riba dala snažno pražnjenje, otklon je bio čak 30 °, a u jednom slučaju čak 40°. Skretanje je bilo stalno u određenom smjeru, a električna struja je uvijek išla od prednjih dijelova životinje kroz žicu galvanometra do stražnjih dijelova. Prvi su, dakle, neko vrijeme bili eksterno pozitivni, a drugi negativni.

Pravljenje magneta. Kad je mala spirala koja sadrži dvadeset i dva metra svilene žice namotane na pero, stavljena u krug i žarena čelična igla postavljena u spiralu, igla je postala magnet, a smjer njenog polariteta u svakom je slučaju pokazivao struju od prednjeg do stražnjeg dijela Gymnotusa preko korištenih provodnika.

Hemijsko razlaganje. Lako se postiže polarno raspadanje otopine kalijevog jodida. Tri ili četiri preklopa papira navlaženog u otopini postavljena su između platinske ploče i kraja žice također od platine, koji su spojeni s dva sedlasta vodiča. Kad god je žica bila u spoju sa provodnikom na prednjem dijelu Gymnotusa, jod se pojavio na njegovom kraju, ali kada je povezan sa drugim provodnikom, nijedan nije evoluirao na mjestu na papiru gdje se prije pojavio. Tako da se i ovdje smjer struje pokazao istim kao onaj koji su dali prethodni testovi.

Ovim testom sam uporedio srednji dio ribe s drugim dijelovima ispred i iza nje i ustanovio da je provodnik A, koji je primijenjen na sredinu negativan u odnosu na provodnik B primijenjen na prednje dijelove, bio, naprotiv, pozitivan na njega kada se B primijenio na mjesta blizu repa.Tako da se u određenim granicama vanjsko stanje ribe u trenutku šoka čini takvim, da je bilo koji dati dio negativan prema ostalim dijelovima ispred njega, a pozitivan prema onima koji su iza njega.

Evolucija toplote. Koristeći HARRIS’S termo-elektrometar koji je pripadao gospodinu GASSIOT-u, mislili smo da smo u jednom slučaju, naime, mogli uočiti slabo povišenje temperature, kada je otklon galvanometra bio 40°. Nisam lično posmatrao instrument, a jedan od onih koji su u početku verovali da vide efekat sada sumnja u rezultat.

Spark. Tako je dobivena električna iskra. Dobra magnetno-električna zavojnica, sa jezgrom od mekane željezne žice, imala je jedan kraj brzo do kraja jednog od sakupljača sedla, a drugi pričvršćen na novu čeličnu turpiju, a druga turpija brzo do kraja drugog sakupljač. Jedna osoba je zatim trljala vrh jednog od ovih turpija preko lica druge, dok je druga osoba stavila sakupljače preko ribe i pokušala je potaknuti na akciju. Trenjem datoteka kontakt se vrlo često stvarao i prekidao, a cilj je bio uhvatiti trenutak struje kroz žicu i spiralu, te prekidom kontakta tijekom struje učiniti električnu energiju osjetljivom kao iskru. Iskra se dobijala četiri puta i gotovo svi prisutni su je vidjeli. Da to nije bilo samo pucanje dviju hrpa pokazalo je to što se nije dogodilo kada su turpije trljane zajedno, neovisno o životinji. Od tada sam za donju turpiju zamijenio okretnu čeličnu ploču, izrezanu turpiju na njezinoj strani, a za gornju žicu za turpiju od željeza, bakra i srebra, od čega je sve dobilo iskru.

Ovi testovi nisu samo utvrdili identitet Gymnotus ’ šoka sa uobičajenom električnom energijom, već su dali i uvid u mjesto nastanka naboja i smjer toka. U osnovi, Gymnotus se ponaša kao dugačka voltažna gomila, s pozitivnim krajem na čelu. Kad se udar oslobodi, struja teče od glave do repa (izvor slike jegulje):

Jedan od velikih izazova istraživanja električne energije u doba Faradaya#8217 bio je nedostatak univerzalno prihvaćenih standardnih jedinica — takve jedinice neće biti formalizirane do kasnih 1800 -ih (a ta će se priča pojaviti u kasnijem postu na blogu). Najbolje što su istraživači poput Faradaya mogli učiniti je mjerenje jačine električnih signala u odnosu na neki postojeći i poznati električni izvor:

Mislim da nekoliko daljih, ali kratkih detalja eksperimenata koji se odnose na količinu i raspored električne energije u ovoj divnoj životinji i o njoj neće biti na odmet u ovom kratkom opisu njenih moći.

Kad je udar snažan, to je poput onog velikog Leydenovog akumulatora napunjenog do niskog stupnja, ili onog dobrog naponskog akumulatora od možda stotinu ili više par ploča, od kojih je krug dovršen samo na trenutak. Nastojao sam stvoriti neku ideju o količini električne energije povezivanjem velike Leydenove baterije s dvije mjedene kugle, promjera iznad tri inča, postavljene sedam inča jedna od druge u kadi s vodom, tako da mogu predstavljati dijelove Gymnotusa na koje kolektori su bili primijenjeni, ali da bi se smanjio intenzitet pražnjenja, osam inča dužine šest puta debele vlažne žice umetnuto je na drugom mjestu u krugu, što se smatra neophodnim kako bi se spriječilo lako pojavljivanje iskre na krajevima kolektora , kada su nanesene u vodu blizu loptica, kao što su bile i prije na ribu. Ovako raspoređeni, kada se baterija snažno napuni i isprazni, a ruke stavljene u vodu u blizini loptica, osjetio se šok, vrlo sličan onom od ribe i premda eksperimenti nemaju pretenzija na preciznost, ipak kao što je napetost mogla biti u određenom stupnju imitirani pozivanjem na manje ili više spremnu proizvodnju iskre, a nakon toga se šok može upotrijebiti za ukazivanje je li količina bila približno ista, mislim da možemo zaključiti da je jedno srednje ispuštanje ribe na najmanje jednaka električnoj energiji Leydenove baterije od petnaest staklenki koja sadrži staklo obloženo 3500 kvadratnih inča s obje strane, napunjeno do najvećeg stupnja. Ovaj zaključak koji uzima u obzir veliku količinu električne energije u jednom Gymnotusovom šoku u savršenom je skladu sa stupnjem otklona koji može proizvesti u igli galvanometra, kao i s količinom kemijskog razlaganja proizvedenog u eksperimentima s elektrolizom.

Izjave poput ovih tjeraju me da još više cijenim postignuća istraživača poput Faradaya, koji je uspio naučiti toliko o fizičkom svijetu počevši od tako malo temeljnih principa!

Faraday je također bio zainteresiran za to kako električna energija putuje od glave do repa ribe kroz vodu*, te je smislio niz mjerenja kako bi to proučio:

Budući da u trenutku kada riba želi šok, prednji dijelovi su pozitivni, a stražnji negativni, može se zaključiti da postoji struja od prve do druge kroz svaki dio vode koja okružuje životinju, do znatno udaljena od njegovog tela. Šok koji se stoga osjeća kada su ruke u najpovoljnijem položaju posljedica je vrlo malog dijela samo električne energije koju životinja ispušta u ovom trenutku, daleko najvećeg dijela koji prolazi kroz okolnu vodu. Ova ogromna vanjska struja mora biti praćena nekim efektom unutar ribe koji je ekvivalentan struji čiji je smjer od repa prema glavi, a jednak je zbiru svih ovih vanjskih sila. Da li proces razvoja ili pobuđivanja elektriciteta u ribi uključuje proizvodnju ove unutrašnje struje (koja ne mora nužno biti tako brza i trenutna kao vanjska), trenutno ne možemo reći, ali u trenutku šoka životinja očigledno ne osjeća električnu senzaciju koju izaziva kod onih oko sebe.

Faraday koristi sljedeći simpatični dijagram kako bi pomogao čitatelju da vizualizira njegov opis:

Ne mogu ništa bolje nego jednostavno citirati njegovo objašnjenje eksperimenata:

Uz pomoć priloženog dijagrama navest ću nekoliko eksperimentalnih rezultata koji ilustriraju struju oko ribe i pokazat će uzrok razlike u karakteru šoka uzrokovanog različitim načinima na koje je osoba povezana sa životinjom, ili njegov položaj se u odnosu na to promijenio. Veliki krug predstavlja kadu u kojoj je životinja zatvorena, promjer joj je četrdeset šest inča, a dubina vode u njoj tri inča i pol poduprta je na suhim drvenim nogama. Figure predstavljaju mjesta na kojima su primijenjene ruke ili disk provodnici, a gdje su blizu figure životinje, to implicira da je ostvaren kontakt sa ribom. Označit ću različite osobe s A, B, C i ampc., A biće koje je potaknulo ribu na akciju.

Kad je jedna ruka bila u vodi, šok se osjetio samo u toj ruci, koji god dio ribe na koji je nanesena nije bio jako jak i bio je samo u dijelu uronjenom u vodu. Kada su šaka i dio ruke bili unutra, osjetio se šok u svim uronjenim dijelovima.

Kad su obje ruke bile u vodi na istom dijelu ribe, ipak je šok bio relativno slab i samo u dijelovima uronjenim. Ako su ruke bile na suprotnim stranama, kao na 1, 2 ili na 3, 4 ili 5, 6, ili ako je jedna bila iznad, a druga ispod na istom dijelu, učinak je bio isti. Kada su se sakupljači diskova koristili u tim položajima, osoba koja ih drži nije osjetila nikakav učinak (a to odgovara opažanju GAY-LUSSAC-a na Torpedima), dok su druge osobe, s obje ruke u udaljenosti od ribe, osjetile znatnih šokova.

Kada su obje ruke ili disk kolektori primijenjeni na mjestima razdvojenim dijelom dužine životinje, kao na 1, 3, ili 4, 6, ili 3, 6, tada su jaki udari koji se protežu gore po rukama, pa čak i do grudi eksperimentatora, se dogodilo, iako se druga osoba s jednom rukom na bilo kojem od ovih mjesta osjećala relativno malo. Šok se mogao postići na dijelovima vrlo blizu repa, kao na 8, 9. Mislim da je bio najjači na oko 1 i 8. Kako su se ruke približavale, efekat se smanjivao, sve dok nisu bili u istoj poprečnoj ravni, , kao što je prije opisano, osjetljivo samo u uronjenim dijelovima.

B je stavio ruke na 10, 11, najmanje četiri inča od ribe, dok je A dodirnuo životinju staklenom šipkom kako bi je uzbudio na akciju. B je brzo doživio snažan šok. U drugom eksperimentu slične vrste, s obzirom na nepotrebnost dodirivanja ribe, nekoliko osoba je doživjelo šokove nezavisno jedna od druge, pa je A bio na 4, 6 B na 10, 1 C na 16, 17 i D na 18, 19 svi su bili šokirani odjednom, A i B vrlo snažno, C i D slabo. Vrlo je korisno, dok eksperimentira s galvanometrom ili drugim instrumentalnim aranžmanima, da jedna osoba drži ruke u vodi na umjerenoj udaljenosti od životinje, ali može znati i dati informacije kada je došlo do pražnjenja.

Kada je B imao obe ruke na 10, 11 ili na 14, 15, dok je A imao samo jednu ruku na 1, ili 3, ili 6, prvi je osetio jak šok, dok je drugi imao samo slab, iako je bio u kontaktu sa ribom. Ili ako je A imao obje ruke na 1, 2 ili 3, 4, ili 5, 6, efekat je bio isti.

Ako je A imao ruke na 3, 5, B na 14, 15 i C na 16, 17, A je primio najjači šok, B sljedeći moćan, a C najslabiji.

Kad je A uzbudio Gymnotusa svojim rukama u 8, 9, dok je B bio u 10, 11, potonji je imao mnogo jači šok od prvog, iako je prvi dodirnuo i uzbudio životinju.

A je uzbuđivao ribu jednom rukom na 3, dok je B imao obje ruke na 10, 11 (ili uzduž), a C je imao ruke na 12, 13 (ili preko) A je imao udarac ubodom u uronjenu ruku samo je B imao snažan udar u ruke C osjetio, ali blagi učinak u uronjenim dijelovima.

Eksperimenti koje sam upravo opisao takve su prirode da zahtijevaju mnogo ponavljanja prije nego što se opći rezultati izvedeni iz njih mogu smatrati utvrđenim, niti se pretvaram da kažem da su nešto više od naznaka smjera djelovanja sile. Uopće nije nemoguće da riba ima moć bacanja svakog od svoja četiri električna organa zasebno u akciju, pa tako u određenoj mjeri usmjerava udar, tj. Može imati sposobnost izazivanja električne struje iz jedne stranu, i istovremeno drugu stranu svog tijela dovesti u takvo stanje da bude kao neprovodnik u tom pravcu. Ali mislim da su izgledi i rezultati takvi da zabranjuju pretpostavku da on ima bilo kakvu kontrolu nad pravcem struja nakon što uđu u tečnost i supstance oko njega.

Ovi eksperimenti su fascinantni i stvaraju zabavnu sliku: Faraday i do tri pomoćnika stalno ubijaju ruke u vodu i zabijaju se **. (Ne mogu a da ne zamislim kako Faraday govori poput Christophera Guesta u ovom klasičnom video klipu: “Šta ti je ovo uradilo? Reci mi. I zapamti, ovo je za potomstvo, pa budi iskren. Kako se osjećaš?” ))

Pored proučavanja električnih snaga Gymnotusa, Faraday se također prepustio nekim amaterskim zapažanjima ponašanja:

Ovaj Gymnotus može da omami i ubije ribu koja se nalazi u veoma različitim položajima u odnosu na sopstveno telo, ali jednog dana kada sam ga video da jede, njegovo delovanje mi se učinilo neobično. Živa riba dugačka oko pet centimetara, ulovljena prije pola minute, bačena je u kadu. Gymnotus se istog trenutka okrenuo na takav način da je formirao zavojnicu s ribom, potonja koja predstavlja promjer preko nje prošao je šok, i tu je u trenu riba udarila nepomično, kao grom, usred vode, njegova strana pluta prema svjetlosti. Gymnotus je napravio par poteza u potrazi za svojim plijenom, koji je otkrio da je zasjekao, a zatim je potražio još. Dana mu je druga manja riba, koja je povrijeđena u transportu, davala samo male znake života, i to je progutao odjednom, očito ne šokirajući je. Namotavanje Gymnotusa oko plijena imalo je, u ovom slučaju, svaki izgled namjeran sa svoje strane, kako bi se povećala snaga udara, a radnja je očigledno izuzetno prikladna za tu svrhu, u potpunosti u skladu s bušotinom -poznati zakoni pražnjenja struja u masama provodne materije i iako riba ne može uvijek primijeniti ovu vještinu u praksi, vrlo je vjerovatno da je svjestan njene prednosti, te joj može pribjeći u slučaju potrebe.

Gymnotus se čini razumnim kada šokira životinju, svjestan toga, vjerovatno, mehaničkim impulsom koji prima, uzrokovanim grčevima u koje je bačena. Kada sam ga dodirnuo rukama, zadavao mi je šok za šokom, ali kada sam ga dodirnuo staklenim šipkama, ili izolovanim provodnicima, on je dao jedan ili dva udarca, osjetili su drugi kako drže ruke u daljini, ali je onda prestao vršiti utjecaj, kao da je svjestan da nema željeni učinak. Opet, kada su ga nekoliko puta dodirnuli s dirigentima, radi eksperimenata na galvanometru ili drugom aparatu, i izgleda da je mlitav ili ravnodušan, i da nije voljan da udari, a ipak ga dodiruju rukama, oni, grčevitim pokretom, obavijestili su ga da je prisutna osjetljiva stvar i brzo je pokazao svoju moć i spremnost da zadivi eksperimentatora.

Završavajući svoj članak, Faraday objašnjava da bi razumijevanje Gymnotusa moglo imati implikacije na razumijevanje svih živih bića:

To je primijetio GEOFFROY ST. HILAIRE, da se električni organi Torpeda, Gymnotusa i sličnih riba ne mogu smatrati u biti povezanima s onima koji su od velike i izravne važnosti za život životinje, već pripadaju zajedničkim tegumentima, a također ima Utvrđeno je da su takvi Torpedi koji su lišeni upotrebe svojih osebujnih organa nastavili funkcije života jednako dobro kao i one u kojima im je bilo dopušteno ostati. Ovo me, uz druga razmatranja, navodi na to da pogledam ove dijelove u nadi da bi se oni mogli pomnim istraživanjem pokazati kao vrsta prirodnog aparata, pomoću kojih možemo primijeniti načela djelovanja i ponovnog djelovanja u istraživanju priroda nervnog uticaja.

Anatomski odnos nervnog sistema prema električnom organu evidentno iscrpljivanje nervne energije tokom proizvodnje električne energije u tom organu naizgled ekvivalentna proizvodnja električne energije proporcionalno količini nervne sile koja se troši konstantnim smerom proizvedene struje, sa Njegov odnos prema onome za što vjerujemo da je jednako konstantan smjer živčane energije bačene u akciju u isto vrijeme, sve me navodi na uvjerenje da to nije nemoguće, ali da je, pri prolasku električne energije po sili, reakcija natrag na nervni sistem koji joj pripada, i da bi se možda izvršila obnova, u većoj ili manjoj meri, onoga što životinja potroši u činu uzbuđivanja struje. Imamo analogiju u odnosu na toplinu i magnetizam. SEEBECK nas je naučio kako toplotu pretvoriti u električnu energiju, a PELTIER nam je u posljednje vrijeme dao striktno obrnuto od ovoga i pokazao nam kako pretvoriti električnu energiju u toplinu, uključujući i njen odnos toplog i hladnog. OERSTED je pokazao kako trebamo da pretvorimo električne u magnetne sile, a ja sam imao zadovoljstvo da dodam drugi član pune relacije, tako što sam ponovo reagovao i pretvarao magnetne u električne sile. Tako da možda u tim organima, gdje je priroda osigurala aparate pomoću kojih životinja može naprezati i pretvoriti nervnu u električnu silu, mi bismo, s tog gledišta, mogli imati moć koja je daleko veća od moći same ribe -pretvori električno u nervnu silu.

Nekima se ovo može učiniti kao vrlo divlji pojam, jer pretpostavlja da je nervna moć u određenom stupnju analogna takvim moćima kao što su toplina, električna energija i magnetizam. Pretpostavljam, međutim, samo kao razlog za izvođenje određenih eksperimenata, koji će, kako daju pozitivne ili negativne rezultate, regulirati daljnja očekivanja. A s obzirom na prirodu nervne moći, taj njen napor koji se prenosi duž živaca do različitih organa koje oni potiču na djelovanje, nije izravno načelo života i stoga ne vidim prirodni razlog zašto nam to ne bi trebalo dopustiti u određenim slučajevima utvrditi, kao i posmatrati njen tok. Mnogi filozofi misle da je moć električna energija. PRIESTLEY je iznio ovo gledište 1774. godine u vrlo upečatljivoj i posebnoj formi, kako u pogledu običnih životinja, tako i onih električnih, poput Torpeda. Dr. WILSON PHILIP smatra da je uzročnik određenih živaca električna energija modificirana vitalnim djelovanjem. MATTEUCCI misli da je nervna tekućina ili energija, barem u živcima koji pripadaju električnim organima, električna. MM. PREVOST i DUMAS smatraju da se elektricitet kreće u nervima koji pripadaju mišićima, a M. PREVOST navodi prekrasan eksperiment, u kojem je čelik magnetiziran, kao dokaz ovog gledišta koji, ako treba da se potvrdi daljim posmatranjem i od strane drugih filozofa , od najveće je važnosti za napredak ove visoke grane znanja. Sada, iako još nisam uvjeren činjenicama da je nervna tekućina samo električna energija, ipak mislim da bi agens u nervnom sistemu mogla biti neorganska sila i ako postoje razlozi za pretpostavku da je magnetizam viši odnos sila od električna energija, pa se može zamisliti, da nervna moć može biti još uzvišenijeg karaktera, a opet nadohvat eksperimenta.

Mnogo je diskusija u tim paragrafima, koje ću pokušati rezimirati. Mnogi istraživači Faradejevog doba snažno su sumnjali (ispravno) da je nervni sistem upravljan strujom ili, drugim riječima, da je električna energija “princip života”. Ova sumnja izazvana je, između ostalih, već pomenutim istraživanjem Galvanija. Faraday nije bio voljan ići tako daleko da tretira ljudsko tijelo kao čisto električni uređaj, ali je mislio da bi “nervna tekućina” mogla biti još jedna fundamentalna sila, podložna zakonima kao što su elektricitet, magnetizam i gravitacija. Nervna sila bi se tada mogla povezati sa elektricitetom, baš kao što je magnetizam povezan sa strujom.

Faraday čak sugerira neke mogućnosti za buduće eksperimentiranje zasnovano na ovom principu:

Vrsta eksperimenta koju sam dovoljno hrabar da predložim je sljedeća.Ako se Gymnotus ili Torpedo umorio od čestih naprezanja električnih organa, da li bi slanje struja slične snage onima koje emituje, ili drugih stupnjeva sile, bilo kontinuirano ili povremeno u istom smjeru kao one koje šalje, vratiti mu moći i snagu brže nego da je prepušten svom prirodnom odmoru?

Da li bi slanje struja u suprotnom smjeru brzo iscrpilo ​​životinju? Mislim da postoji razlog da se vjeruje da Torpedo (a možda i Gymnotus) nisu previše uznemireni ili uzbuđeni električnim strujama koje se šalju samo kroz električne orgulje, pa se čini da te eksperimente nije teško izvesti.

To su neki od eksperimenata koje konformacija i odnos električnih organa ovih riba sugeriše kao racionalne u svom izvođenju, a obećavajuće u iščekivanju. Drugi možda ne misle o njima kao ja, ali mogu samo za sebe reći, to su bila sredstva u mojoj moći, oni su prvi koje bih napravio.

Sam Faraday očito se nije upuštao u još mnogo eksperimenata na električnim ribama. Mi smo na neki način sretni što nije, jer je jedno od njegovih najvećih otkrića (Faradayeva rotacija) još uvijek bilo u njegovoj budućnosti. Njegovo bavljenje biologijom, međutim, daje nam fascinantan uvid u to kako su različita polja prirodnih nauka bila usko isprepletena u to doba kada su elektricitet i magnetizam još bili relativno misteriozni fenomeni.

M. Faraday, “Obavještenje o karakteru i smjeru električne sile Gymnotusa, ” Phil. Trans. Roy. Soc. 129 (1839), 1-12

* Riba koja je lovila čekajući da eksperimentalni fizičar stavi ruke na glavu i rep vjerojatno ne bi preživjela dugo.

** Faradayev samo-električni udar nije sasvim bolji od priče o Jacku Barnesu za mazohističko samo-eksperimentiranje, ali je blizu…


Dva otvorena vrata

Iako poznati ljudski koronavirusi mogu zaraziti mnoge tipove stanica, svi oni uglavnom uzrokuju respiratorne infekcije. Razlika je u tome što četiri koja uzrokuju prehlade lako napadaju gornje respiratorne puteve, dok MERS-CoV i SARS-CoV imaju više poteškoća da se tamo zadrže, ali su uspješniji u inficiranju ćelija u plućima.

SARS-CoV-2, nažalost, može oba učiniti vrlo efikasno. To mu daje dva mjesta za uporište, kaže Shu-Yuan Xiao, patolog sa Univerziteta u Čikagu, Ilinois. Susjedov kašalj koji vam šalje deset virusnih čestica mogao bi biti dovoljan da izazove infekciju u vašem grlu, ali cilije nalik dlakama koje su tamo pronađene vjerojatno će obaviti svoj posao i očistiti napadače. Ako je komšija bliže i iskašljava 100 čestica prema vama, virus bi mogao da stigne sve do pluća, kaže Xiao.

Čija je strategija za koronavirus najbolje funkcionirala? Naučnici traže najefikasnije politike

Ovi različiti kapaciteti mogu objasniti zašto ljudi sa COVID-19 imaju tako različita iskustva. Virus može početi u grlu ili nosu, izazivajući kašalj i ometajući okus i miris, a zatim tamo završiti. Ili bi mogao proći do pluća i oslabiti taj organ. Kako dospijeva dolje, kreće li se stanicu po ćeliju ili se nekako ispire, nije poznato, kaže Stanley Perlman, imunolog sa Sveučilišta Iowa u Iowa Cityju koji proučava koronaviruse.

Clemens-Martin Wendtner, infektolog na minhenskoj klinici Schwabing u Njemačkoj, kaže da bi to mogao biti problem s imunološkim sistemom koji dozvoljava virusu da se ušunja u pluća. Većina zaraženih ljudi stvara neutralizirajuća antitijela koja su prilagođena imunološkom sistemu da se vežu s virusom i blokiraju ga da uđe u ćeliju. No, čini se da neki ljudi to ne mogu napraviti, kaže Wendtner. To je možda razlog zašto se neki oporave nakon tjedan dana blagih simptoma, dok drugi dobiju kasnu bolest pluća. Ali virus također može zaobići ćelije grla i otići ravno u pluća. Tada bi pacijenti mogli dobiti upalu pluća bez uobičajenih blagih simptoma poput kašlja ili niske tjelesne temperature koji bi inače bili na prvom mjestu, kaže Wendtner. Posjedovanje ove dvije točke infekcije znači da SARS-CoV-2 može pomiješati prenosivost koronavirusa obične prehlade sa smrtnošću MERS-CoV i SARS-CoV. "To je nesretna i opasna kombinacija ovog soja koronavirusa", kaže on.

Sposobnost virusa da se inficira i aktivno razmnožava u gornjim dišnim putevima bilo je iznenađujuće, s obzirom na to da njegovom bliskom genetskom srodniku, SARS-CoV, nedostaje ta sposobnost. Wendtner je prošlog mjeseca objavio rezultate 8 eksperimenata u kojima je njegov tim uspio uzgojiti virus iz grla devet osoba s COVID-19, pokazujući da se virus tamo aktivno razmnožava i zarazan. To objašnjava ključnu razliku između bliskih rođaka. SARS-CoV-2 može izbaciti virusne čestice iz grla u pljuvačku čak i prije nego što simptomi počnu, a one se onda lako mogu prenijeti s osobe na osobu. SARS-CoV je bio mnogo manje efikasan u tom skoku, prolazio je tek kada su simptomi bili u potpunosti izraženi, što je olakšavalo obuzdavanje.

Ove razlike dovele su do određene zabune oko smrtnosti SARS-CoV-2. Neki stručnjaci i medijski izvještaji opisuju ga kao manje smrtonosnu od SARS-CoV jer ubija oko 1% ljudi koje zarazi, dok je SARS-CoV ubio otprilike deset puta većom stopom. Ali Perlman kaže da je to pogrešan način na koji se to gleda. SARS-CoV-2 je mnogo bolji u zarazi ljudi, ali mnoge infekcije ne napreduju u pluća. "Kad jednom uđe u pluća, to je vjerojatno jednako smrtonosno", kaže on.

Ono što radi kada dospije u pluća je u nekim aspektima slično onome što rade respiratorni virusi, iako mnogo toga ostaje nepoznato. Poput SARS-CoV i gripe, on inficira i uništava alveole, male vrećice u plućima koje prenose kisik u krvotok. Kako se stanična barijera koja dijeli ove vrećice od krvnih žila razbija, tekućina iz krvnih žila curi unutra, blokirajući kisik da stigne u krv. Druge ćelije, uključujući bela krvna zrnca, dodatno začepljuju dišne ​​puteve. Snažan imunološki odgovor sve će to ukloniti kod nekih pacijenata, ali prekomjerna reakcija imunološkog sistema može pogoršati oštećenje tkiva. Ako su upala i oštećenje tkiva preozbiljni, pluća se nikada ne oporavljaju i osoba umire ili joj ostaju ožiljci na plućima, kaže Xiao. "S patološkog gledišta, ovdje ne vidimo mnogo jedinstvenosti."

Kao i kod SARS-CoV, MERS-CoV i životinjskih koronavirusa, oštećenja ne prestaju s plućima. Infekcija SARS-CoV-2 može izazvati pretjerani imunološki odgovor poznat kao citokinska oluja, što može dovesti do otkazivanja više organa i smrti. Virus može zaraziti i crijeva, srce, krv, spermu (kao i MERS-CoV), oko i možda mozak. Oštećenje bubrega, jetre i slezene uočeno kod osoba oboljelih od COVID-19 ukazuje na to da se virus može prenijeti u krvi i inficirati različite organe ili tkiva, kaže Guan Wei-jie, pulmolog sa Instituta za respiratorno zdravlje Guangzhou u Medicinskom centru Guangzhou Univerzitet u Kini, institucija hvaljena zbog svoje uloge u borbi protiv SARS-a i COVID-19. Virus bi mogao inficirati različite organe ili tkiva gdje god dotok krvi dospio, kaže Guan.

Ali iako se genetski materijal iz virusa pojavljuje u ovim različitim tkivima, još nije jasno da li je tu štetu nanijela virus ili citokinska oluja, kaže Wendtner. “U našem centru su u toku obdukcije. Uskoro će doći još podataka ”, kaže on.

Bilo da inficira grlo ili pluća, SARS-Cov-2 probija zaštitnu membranu stanica domaćina pomoću svojih proteina sa šiljcima (vidi „Smrtonosni napadač“). Prvo, domena proteina koja se vezuje za receptor se vezuje za receptor koji se zove ACE2, koji se nalazi na površini ćelije domaćina. ACE2 se izražava u cijelom tijelu na sluznici arterija i vena koje prolaze kroz sve organe, ali je posebno gusta na stanicama koje oblažu alveole i tanko crijevo.

Iako su tačni mehanizmi i dalje nepoznati, dokazi ukazuju na to da nakon što se virus veže, ćelija domaćin razbija protein šiljaka na jednom od svojih namjenskih 'mjesta cijepanja', izlažući fuzijske peptide - male lance aminokiselina koji pomažu otvoriti ćelije domaćina membranu tako da se membrana virusa može spojiti s njom. Jednom kada genetski materijal napadača uđe u ćeliju, virus preuzima molekularnu mašineriju domaćina kako bi proizveo nove virusne čestice. Zatim, ti potomci izlaze iz ćelije kako bi otišli i inficirali druge.


Odbrambeni mehanizmi i urođeni imunitet

Sljedeće točke ističu šest najboljih odbrambenih mehanizama uključenih u urođeni imunitet. Odbrambeni mehanizmi su: 1. Fizičke (ili mehaničke) i hemijske barijere 2. Upala 3. Fagocitoza 4. Sistem komplementa 5. Antibakterijske supstance 6. Antivirusne supstance.

Mehanizam # 1. Fizičke (ili mehaničke) i hemijske barijere:

Fizičke (ili mehaničke) barijere domaćina u saradnji sa hemijskim barijerama (sekretima) deluju kao prva linija odbrane od patogenih mikroorganizama i stranih materijala. Ove barijere uključuju kožu, mukozne membrane, respiratorni sistem, gastrointestinalni trakt, genitourinarni trakt, oko, bakteriocine i beta-lizin i druge polipeptide.

Koža, sluznice, respiratorni sistem, gastrointestinalni trakt, genitourinarni trakt i oči su prepreke koje pružaju fizičku i hemijsku odbranu (npr. Želudačni sokovi, lizozim, laktoferin, glikoproteini, urea itd.) U saradnji. Osim toga, bakteriocini i beta-lizin i drugi polipeptidi su obrambene kemikalije protiv mikroorganizama.

Netaknuta koža je vrlo efikasna fizička ili mehanička barijera koja blokira ulazak mikrobnih patogena u tijelo. Uz nekoliko izuzetaka, mikroorganizmi ne uspijevaju prodrijeti u kožu jer se njezin vanjski sloj sastoji od debelih, usko zbijenih stanica zvanih keratinociti koje proizvode keratine.

Keratini su skleroproteini koji se sastoje od glavnih komponenti kose, noktiju i vanjskih stanica kože. Ovi skleroproteini se ne mogu lako enzimski razgraditi od strane mikroorganizama. Oni se opiru ulasku vode koja sadrži mikrobe i stoga funkcioniraju kao fizička barijera za mikroorganizme.

Osim direktne prevencije penetracije, kontinuirano osipanje vanjskih epitelnih stanica kože uklanja mnoge od onih mikrobnih patogena koji uspijevaju prianjati na površinu kože.

2. Sluznice:

Sluznice različitih tjelesnih sistema, poput respiratornog, gastrointestinalnog, genitourinarnog i oka, sprječavaju invaziju mikroorganizama uz pomoć njihovog netaknutog slojevitog pločastog epitela i mukoznih sekreta, koji tvore zaštitni omotač koji je otporan na prodiranje i zarobljava mnoge mikroorganizme.

3. Respiratornog sistema:

Prosječna osoba dnevno udahne oko 10.000 mikroorganizama obično brzinom od osam mikroorganizama u minuti. Ovi mikroorganizmi se talože na vlažnim, ljepljivim površinama sluznice respiratornog trakta. Mukocilijarno ćebe respiratornog epitela hvata mikroorganizam promjera manjeg od 10 μm i transportuje ih cilijarnim djelovanjem dalje od pluća.

Mikroorganizmi veći od 10 μm obično su zarobljeni dlačicama i cilijama koje oblažu nosnu šupljinu i udaraju prema ždrijelu, tako da se sluz sa zarobljenim mikroorganizmima pomiče prema ustima i izbacuje. Kašljanje i kihanje također pomažu uklanjanju mikroorganizama iz respiratornog trakta.

Oni čiste respiratorni sistem od mikroorganizama tako što nasilno izbacuju vazduh iz pluća kroz usta, odnosno nos. Slina takođe ispire mikroorganizme iz usta i nazofaringealnih područja u želudac.

4. Gastrointestinalni sistem:

Mikroorganizmi mogu uspjeti doći do želuca. Mnoge od njih uništava želučani sok želuca. Želudačni sok je mješavina hlorovodonične kiseline, proteolitičkih enzima i sluzi i vrlo je kiseo sa pH 2 do 3. Ovaj sok je normalno dovoljan da ubije većinu mikroorganizama i uništi njihove toksine.

Nadalje, normalna mikrobna populacija debelog crijeva je izuzetno značajna jer ne dozvoljava stvaranje patogenih mikroorganizama u njemu.

Radi praktičnosti, mnogi komenzalistički mikroorganizmi u crijevnom traktu luče metaboličke produkte (npr. Masne kiseline) koji sprječavaju nastanak “ neželjenih ” mikroorganizama u traktu. U tankom crijevu, međutim, mikrobne patogene često ubijaju različiti enzimi gušterače, žuč i enzimi u crijevnim sekretima.

5. Genitourinarni sistem:

Bubrezi, ureteri i mokraćna bešika su sterilni u normalnim uslovima. Bubrežna sržina je toliko hipertonična da dozvoljava samo nekoliko mikroorganizama da prežive.

Urin uništava neke mikroorganizme zbog niskog pH i prisutnosti uree i drugih krajnjih produkata metabolizma poput mokraćne kiseline, hipurične kiseline, mucina, masnih kiselina, enzima itd. Donji urinarni trakt ispire se urinom uklanjajući potencijalne mikroorganizme. Kisela sredina (pH 3 do 5) vagine također daje odbranu jer je nepovoljna za većinu mikroorganizama za uspostavljanje.

Konjunktiva oka ocrtava unutrašnju površinu svakog kapka i izloženu površinu očne jabučice. To je specijalizirana epitelna membrana koja izlučuje sluz i održava se vlažnom kontinuiranim djelovanjem ispiranja suza koje luče suzne žlijezde. Suze sadrže lizozim i laktoferin i tako djeluju kao fizičke i kemijske barijere.

Površine kože i sluznice nastanjene su normalnom mikrobnom florom. Od toga mnoge bakterije sintetiziraju i oslobađaju otrovne proteine ​​(na primjer, kolicin, stafilokokcin) pod vodstvom svojih plazmida. Ovi otrovni proteini nazivaju se bakteriocini, koji ubijaju druge srodne vrste i na taj način pružaju adaptivnu prednost u odnosu na druge bakterije.

8. Beta-lizin i drugi polipeptidi:

Trombociti u krvi oslobađaju kationski polipeptid nazvan beta-lizin, koji remeti plazma membranu određenih gram-pozitivnih bakterija i ubija ih. Leukin, cekropini, plakini i fagocitin su neki drugi kationski polipeptidi koji ubijaju specifične gram-pozitivne bakterije. Antibakterijski faktor prostate, polipeptid koji sadrži cink, važna je antimikrobna kemikalija koju luče izvaljene žlijezde kod muškaraca.

Mehanizam # 2. Upala (upalni odgovor):

Upala (L. Inflammatio = zapaliti) je urođena (nespecifična) odbrambena reakcija tijela na patogenu infekciju ili ozljedu tkiva i pomaže pri lokalizaciji infekcije ili ozljede na njegovom lokalnom području. Mnoge klasične karakteristike upale opisane su već 1600. godine prije nove ere u spisima egipatskih papirusa.

U prvom veku nove ere, rimski lekar Celsus je opisao četiri kardinalna znaka upale kao crvenilo (rubor), otok (tumor), toplotu (boja) i bol (dolor). U drugom veku nove ere, drugi lekar, Galen je dodao peti znak: izmenjenu funkciju (functio laesa).

1. Glavni događaji koji rezultiraju kardinalnim znakovima:

Slijede glavni događaji koji dovode do kardinalnih znakova upale:

(i) Crvenilo i vrućina (porast temperature) lokaliziranog područja posljedica su vazodilatacije (povećanja promjera krvnih žila) obližnjih kapilara koja se javlja jer se žila koja nosi krv dalje od zahvaćenog područja sužava što dovodi do nakupljanja kapilarne mreže.

(ii) Oticanje tkiva nastaje uslijed nakupljanja eksudata u području infekcije ili ozljede. Povećanje propusnosti kapilara olakšava priliv tečnosti i ćelija iz napunjenih kapilara u tkivo. Tečnost koja se akumulira (eksudat) ima mnogo veći sadržaj proteina od tečnosti koja se normalno oslobađa iz vaskularnog sistema.

(iii) Bol je posljedica lize krvnih stanica. Lizom se pokreće proizvodnja prostaglandina i bradikinina, kemijskih tvari koje mijenjaju prag i intenzitet reakcije živčanog sistema na bol. Bol vjerojatno ima zaštitnu ulogu jer obično uzrokuje da pojedinac zaštiti inficirano ili povrijeđeno područje.

2. Mehanizam odbrane:

Upalni odgovor je skupni pojam koji predstavlja složeni slijed događaja tokom upale. Počinje kada oštećene ćelije tkiva oslobađaju upalne medijatore
(hemikalije). Među inflamatornim medijatorima su različiti serumski proteini koji se nazivaju proteini akutne faze, a glavni proteini akutne faze su histamin i kinini.

Proteini akutne faze vezuju se za receptore na obližnjim kapilarama i venulama, uzrokujući vazodilataciju i povećanu permeabilnost što rezultira prilivom fagocita (npr. neutrofila, limfocita, monocita i makrofaga) iz krvi u tkiva.

Emigracija fagocita je proces u više koraka (slika 44.14) koji uključuje prianjanje stanica na endotelni zid krvnih žila (marginacija), nakon čega slijedi njihova emigracija između endotelnih stanica u tkiva (dijapedeza ili ekstravazacija) i na kraju , njihova migracija kroz tkivo do mjesta invazije (hemotaksa).

Kako se fagocitne stanice nakupljaju na mjestu ozljede i počinju fagocitirati mikrobne patogene, tijekom ovog procesa oslobađaju litičke enzime koji normalno oštećuju obližnje zdrave stanice. Mrtve ćelije domaćina, mrtve fagocitne ćelije, mrtvi mikrobni patogeni i tjelesna tekućina zajedno tvore supstancu koja se zove gnoj (upalni eksudat).

Kada se proteini akutne faze vežu za receptore na obližnjim kapilarama i venulama i uzrokuju vazodilataciju i povećanu propusnost, potonji omogućuju enzimima sistema zgrušavanja krvi da uđu u tkivo. Ovi enzimi aktiviraju enzimsku kaskadu koja rezultira taloženjem nerastvorljivih niti fibrina, glavnog sastojka krvnog ugruška.

Vlakna fibrina zidaju ozlijeđeno područje od ostatka tijela i služe za sprječavanje širenja infekcije. Nakon što se upalni odgovor povuče i gnoj se ukloni, zaraženo ili ozlijeđeno područje napunjeno je novim tkivima koja započinju normalnu funkciju.

Mehanizam # 3. Fagocitoza:

Fagocitoza (Gk. Phagein = jesti cyte = ćelija i osis = proces) je proces tokom kojeg su velike čestice i mikrobne ćelije zatvorene u fagocitnoj vakuoli ili fagosomu i progutane. Djeluje kao visoko učinkovita stanična barijera protiv patogenih mikroorganizama, a nadoknađuje se apsorpcijom i probavom mikroorganizama od strane različitih stanica u odbrambenom sistemu tijela.

Osim što doprinosi obrani, fagocitoza pomaže određenim stanicama, pa čak i organizmima (npr. protozoama) da dobiju svoje hranjive tvari. Međutim, fagocitoza je bilo slučajno otkriće E. Metchnikoffa (porijeklom iz Ukrajine) 1884. godine, koji je predložio da su pokretne stanice ličinki morskih zvijezda aktivno tražile i progutale strane čestice prisutne u njihovom okruženju.

Sljedeći redovi posvećeni su u kontekstu uloge fagocitoze u urođenoj (nespecifičnoj) odbrani domaćina:

1. Prepoznavanje i prianjanje mikroorganizama:

Fagocitne ćelije (neutrofili, monocitni makrofagi i dendritične ćelije) koriste dva temeljna molekularna mehanizma za prepoznavanje mikrobnih patogena i njihovo prianjanje na plazmatsku membranu fgocita:

(i) Opsoninsko-zavisno (opsoničko) prepoznavanje (zvano opsonizacija) i

(ii) Opsonin-nezavisno (neopsonično) prepoznavanje.

Prepoznavanje ili opsonizacija ovisna o opsoninu (Gk. Opson = pripremiti žrtvu) je proces u kojem fagocitne ćelije lako prepoznaju mikrobne patogene koji su obloženi komponentama seruma (antitijela, posebno lgG1 i lgG3, komplement C3b, i antitijela i komplement C3b) zvani opsonini.

Opsonini funkcioniraju kao most između mikroorganizma i fagocita vezujući se za površinu mikroorganizma na jednom kraju i za specifične receptore na površini fagocita na drugom (slika 44.15) i povećavaju fagocitozu višestruko. U jednoj studiji radi praktičnosti, stopa fagocitoze mikroorganizma bila je 4000 puta veća u prisutnosti opsonina nego u njegovom odsustvu.

Opsonin-neovisno prepoznavanje uključuje mehanizam koji ne uključuje opsonine i koristi druge receptore na fagocitnim stanicama koje prepoznaju strukture (adhezine) izražene na površini različitih mikrobnih patogena (slika 44.16). Važni od takvih receptora su lektini, polisaharidi, glikolipidi, proteolikani, lipopolisaharidi (LPS), flagelin itd.

Važno je napomenuti da tokom prepoznavanja nezavisnog od opsonina određena mikrobna vrsta može pokazati više adhezina, od kojih svaki prepoznaje poseban receptor prisutan na fagocitnim ćelijama.

2. Gutanje i probava mikroorganizama:

Prianjanje mikroorganizama na plazma membranu fagocita prati njihovo gutanje i probava. Prianjanje izaziva izbočine plazma membrane, koje se nazivaju pseudopodije, 10 u opsegu oko zalijepljenih mikroorganizama.

Fuzija pseudopodije zatvara mikroorganizme unutar membranom ograničene strukture zvane fagosom, koji se kreće prema unutrašnjosti ćelije i stapa se sa lizozomom da bi formirao fagolizozom (slika 44.17). Lizomi doprinose fagolizozomu raznim hidrolitičkim enzimima kao što su , fosfolipaza A2, ribonukleaza deoksiribonukleaza i proteaze.

Kiseli vakuolni pH pogoduje aktivnosti hidrolitičkih enzima. Hidrolitički enzimi probavljaju zarobljene mikroorganizme. Preostali sadržaj nakon probave unutar fagolizozoma se zatim eliminira kroz proces koji se naziva egzocitoza.

Mehanizam # 4. Sistem komplementa:

Krvni serum sadrži veliki broj (preko 30) proteina u serumu koji cirkuliraju u neaktivnom stanju i nakon početne aktivacije pomoću specifičnih (adaptivnih) i nespecifičnih (urođenih) imunogenih mehanizama, međusobno djeluju na visoko reguliran kaskadni način aktivacija jedne komponente rezultira aktivacijom sljedeće u kaskadi. Ova kaskada proteina skruma se zajednički naziva sistem komplementa, a serumski protein sistema komplementa se nazivaju proteini komplementa.

Kada se neaktivni oblici komplementarnih proteina pretvore u aktivne oblike pomoću različitih specifičnih (adaptivnih) i nespecifičnih (urođenih) imunoloških mehanizama, oni oštećuju membrane mikrobnih patogena ili ih uništavaju ili im olakšavaju čišćenje.

Sistem komplementa može djelovati kao efektorski sistem koji se pokreće vezivanjem antitijela na određene ćelijske površine, ili se može aktivirati reakcijama između proteina komplementa i receptora zidova mikroba. Reakcije između proteina komplementa i ćelijskih receptora pokreću aktivaciju ćelija urođenog ili adaptivnog imuniteta.

Postoje tri načina aktivacije komplementa:

(i) Klasični put komplementa,

(ii) Alternativni put komplementa, i

(iii) Lektin komplementni put.

Iako ovi putevi koriste slične mehanizme, specifični proteini su jedinstveni za prvi dio svakog puta. Klasični put je uključen u specifični ili stečeni (prilagodljivi) imunitet, dok i alternativni i lektinski put igraju važnu ulogu u urođenom (nespecifičnom) imunitetu.

Mehanizam # 5. Antibakterijske tvari:

Ljudski domaćini posjeduju antibakterijske supstance pomoću kojih se bore protiv kontinuiranog napada bakterijskih patogena. Ove antibakterijske supstance proizvodi ili sam domaćin ili određene autohtone bakterije. Važne antibakterijske supstance su lizozim, bakteriocini, beta-lizin i drugi polipeptidi.

Lizozim je enzim koji razbija β-1,4-glikozidne veze između N-acetilglukozamina i N-acetilmuraminske kiseline u peptidoglikanu, molekulu potpisnog staničnog zida bakterije. Ovo pucanje veze slabi bakterijsku staničnu stjenku.

Voda tada ulazi u ćeliju, a ćelija bubri i na kraju puca, proces koji se naziva liza (slika 44.18). Lizozim se javlja u tjelesnim izlučevinama, uključujući suze, pljuvačku i druge tjelesne tekućine, i vjerojatno funkcionira kao glavna linija nespecifične odbrane od bakterijskih infekcija.

Mnoge normalne bakterijske flore tijela domaćina sintetiziraju i oslobađaju toksične proteine ​​kodirane plazmidima (npr. Kolicini, stafilokokcin) koji se zajedno nazivaju bakteriozini koji inhibiraju ili ubijaju blisko povezane vrste bakterija ili čak različite i mogu dati svojim proizvođačima i adaptivnu prednost u odnosu na druge bakterije .

Ovi toksični proteini se nazivaju bakteriocini kako bi se razlikovali od antibiotika jer posjeduju uži spektar djelovanja od antibiotika. Geni koji proizvode bakteriocine često su prisutni na plazmidu ili transpozonu.

Većinu bakteriocina proizvode gram-negativne bakterije i općenito su dobile ime po vrsti bakterijskih rodova koji ih proizvode, bakteriocin koji proizvodi E. coli je kolicin, a od Bacillus subtilis je substilicin.

E. coli sintetizira kolicine. Neki kolicini se vežu za specifične receptore na površini osjetljivih ćelija i ubijaju ih ometajući neke kritične ćelijske funkcije. Na primjer, mnogi kolicini tvore kanale u plazma membrani koji omogućuju istjecanje kalijevih iona i protona, što dovodi do gubitka ćelijske sposobnosti stvaranja energije. Kolicin E2 (kodiran plazmidom kola E2) je DNK endonukleaza i cijepa DNK. Kolicin E3 (kodiran plazmidom Col E3) je nukleaza koja reže na određenom mjestu 16S rRNA i inaktivira ribosome.

Nedavno je otkriveno da neke bakterije pozitivne na zrno proizvode peptide slične bakteriocinu. Na primjer, bakterije mliječne kiseline proizvode Nisin A, koji snažno inhibira rast širokog spektra gram-pozitivnih bakterija.

Beta-lizin i drugi polipeptidi:

Beta-lizin je kationski polipeptid koji sintetiziraju i oslobađaju trombociti u krvi, a ubija neke gram-pozitivne bakterije ometajući njihove plazma membrane. Ostali kationski polipetidi proizvedeni u tijelu domaćina uključuju leukine, plakine, cekropine i fagocitin. Polipeptid koji sadrži cink pod nazivom ‘prostatski antibakterijski faktor’ luči prostata kod muškaraca i djeluje kao važna antibakterijska supstanca.

Mehanizam # 6. Antivirusne tvari:

Na ishod virusne infekcije utječe virulencija infektivnog soja i rezistencija koju pruža domaćin. Mehanizmi rezistencije domaćina mogu biti imunološki ili nespecifični. Potonji uključuju različite genetske i fiziološke faktore kao što su interferoni, reaktivni dušični intermedijari (RNI), defenzini i groznica.

Interferoni su porodica proteina kodiranih u domaćinu koje proizvode stanice indukcijom virusnih induktora i smatraju se prvom linijom obrane od virusnih napada. Interferon sam po sebi nema direktan učinak na viruse, ali djeluje na druge stanice iste vrste čineći ih otpornim na virusnu infekciju.

Nakon izlaganja interferonu, stanice proizvode protein (protein koji inhibira translaciju, TIP) koji selektivno inhibira translaciju virusne mRNA bez utjecaja na staničnu mRNA. Protein koji inhibira translaciju (TIP) je zapravo mješavina najmanje tri različita enzima, naime protein kinaze, oligonukleotid sintetaze i ribonukleaze (RNAze).

Ovi enzimi zajedno blokiraju prevođenje virusne mRNA u virusne proteine. Također je predloženo da inhibicija virusne transkripcije može biti odgovorna i za antivirusnu aktivnost interferona.

Reaktivni međuprodukti dušika:

Nedavno je otkriveno da makrofagi (također neutrofili i mastociti) proizvode reaktivne dušikove intermedijere (RNI). Ove molekule uključuju dušikov oksid (NO) i njegove oksidirane oblike, nitrit (NO2 – ) i nitrita (BR3 –), i vrlo su moćni citotoksični agensi.

RNI se mogu ili oslobađati iz ćelija ili stvarati unutar ćelijskih vakuola. Makrofagi proizvode RNI iz aminokiseline arginina. Utvrđeno je da makrofagi uništavaju virus herpes simpleksa uz pomoć RNI koje proizvode.

Definsini su antimikrobni peptidi širokog spektra koje sintetiziraju stanice prekursora mijeloida tijekom boravka u koštanoj srži, a zatim se pohranjuju u citoplazmatskim granulama zrelih neutrofila.

Osim gram-pozitivnih i gram-negativnih bakterija i kvasaca i plijesni, defenzini ciljaju i na neke viruse. Antivirusna aktivnost defensina uključuje direktnu neutralizaciju virusa sa ovojnicom na viruse bez ovojnice defensini ne utječu.

Groznica (povišena tjelesna temperatura):

Groznica je fiziološki faktor i rezultat je poremećaja u termoregulatornoj aktivnosti hipotalamusa što dovodi do povećanja normalne tjelesne temperature. Kod odraslih ljudi groznica se definiše kao oralna temperatura iznad 98°F (37°C) ili rektalna temperatura iznad 99,5°F (37,5°C).

Gotovo u svakom slučaju postoji određeni sastojak koji se naziva ‘endogeni pirogen ’ i koji direktno pokreće proizvodnju groznice. Ti pirogeni uključuju interleukin 1 (IL-1), interleukin (IL-6) i faktor nekroze tkiva koje sintetiziraju i oslobađaju makrofagi domaćini kao odgovor na patogene faktore koji uključuju viruse, bakterije i bakterijske toksine. Utvrđeno je da groznica može djelovati kao prirodni odbrambeni mehanizam protiv virusnih infekcija jer većinu virusa inhibiraju temperature iznad 39°C.


4. Mikroproizvedene platforme za ćelijsku lizu

Mikrofluidika je jedna od novih platformi za lizu ćelija na mikro skali. Mikrofluidika je manipulacija i rukovanje malim količinama (nano- do pikolitri) tekućine u mikrokanalima. Zbog režima rada na mikro skali, mikrofluidika je vrlo pogodna za primjenu gdje je uzorak ili zapremina uzorka mala. Ovo smanjuje cijenu analize zbog male potrošnje reagensa [46]. Mikrofluidika također omogućava integraciju različitih modula (ili operacija) u jedan uređaj. Na primjer, ćelije se mogu lizirati i intracelularni proizvodi mogu biti direktno naknadno obrađeni (PCR ili DNK izolacija za dijagnostiku) unutar istog uređaja [47,48]. Iako je u posljednjih 10 godina postojao niz pregleda o lizi ćelija [7,8,49], neki od nedavnih razvoja na tom području nisu pregledani. Ovaj pregled će se fokusirati na nedavna dešavanja od 2014. nadalje i ukratko će pokriti razvoje od ranije, koji su bili opsežno ispitani. Neke od tehnika na makro skali implementirane su u mikrofabrikovane uređaje za lizu ćelija. Tehnike kao što su metode električne lize primjenjive su samo u mikro skali. Tehnologija mikrofluidne lize može se široko klasifikovati u šest tipova. Oni uključuju mehaničku lizu, termičku lizu, hemijsku lizu, optičku lizu, akustičnu lizu i električnu lizu.

4.1. Mehanička liza

Mehanička liza u mikrofluidici uključuje fizičko narušavanje ćelijske membrane korištenjem sila smicanja ili trenja i tlačnih napona. Berasaluce i dr. [50] razvio je metodu minijaturnog tučenja perlica za lizu velikih količina ćelija. Perle od cirkonijuma/silicijevog dioksida stavljene su u komoru za ćelijsku lizu zajedno sa stalnim magnetom, a aktiviranje vanjskog magnetskog polja uzrokovalo je kretanje kuglica unutar komore. Slika 7 prikazuje različite komponente i uređaje sastavljene za lizu ćelija. Staphylococcus epidermidis U ovoj studiji korištene su ćelije koje su proučavale utjecaj veličine zrna, volumena, brzine protoka i tenzida (Tween-20) na efikasnost liziranja. Otkrili su da optimalni parametri postižu 43% veću efikasnost prinosa pri brzini protoka od 60 μL/min u poređenju sa sistemom za udaranje bez čipova.

Miniaturizirani sistem za lizu ćelija zrnaca: (a) razne komponente: (1) ulaz (2) izlaz (3) magnet za miješanje (4) zrnca od cirkonija/silicijum dioksida (5) pregrada od zrna (6) rotirajući magnet i (7) spojnica za elektromotor i (b) slika uređaja za lizu. Reproducirano uz dozvolu [50].

Pham i dr. [51] nedavno su koristili nanotehnologiju za izradu nano -stubova od crnog silicija za lizu eritrocita za oko 3 minute. Proizveli su ove nano -stubove sa

Promjer vrha od 12 nm i visok 600 nm na silikonskoj podlozi primjenom tehnologije reaktivnog joniziranja. Autori su pokazali da interakcija eritrocita kultiviranih na nanopillarnim nizovima izaziva stresnu deformaciju, pucanje i lizu uzrokovanu stresom za oko 3 min. Slika 8 prikazuje interakciju eritrocita s nanostrukturama.

Liza ćelija pomoću nano stubova: (a,b) pogled odozgo i sa strane na ćelije u interakciji s nano -stupovima i (c) konfokalno lasersko skenirajuće mikroskopiranje slika netaknutih, deformiranih i puknutih ćelija. Reproducirano uz dozvolu [51].

Mehanička liza dokazana je korištenjem bodljikavog nano mjerila [52]. Kada se ćelije proguraju kroz mali otvor, velike sile smicanja uzrokuju pucanje ćelijske membrane. Sličan princip korišten je ovdje gdje su “nanoknives ” izrađeni u zidu mikrokanala korištenjem modificiranog dubokog reaktivnog ionskog jetkanja (DRIE). Udaljenost između ovih oštrih rubova bila je 0,35 μm, a širina kanala 3 μm. Odeljak za lizu ovog uređaja sastojao se od niza ovih “nanoknives ” uzoraka na mikrokanalu kako je prikazano na slici 9 b. Ćelije humane promijelocitne leukemije (HL-60) korištene su za prolazak kroz ovaj odjeljak dovoljnom brzinom. Dodavanje ovog uzorka “nanoknives ” povećalo je količinu lize. Ovaj uređaj je korišten za ekstrakciju proteina iz unutrašnjosti ćelije. Procijenjeno je da je čak 99% ćelije lizirano, ali je otpušteno samo 6% proteina.

Mehanička liza pomoću nanožica: ((a) mikrofluidni uređaj koji pokazuje različite ulazne i izlazne kanale (b) šema bodljikava (c) nano-noževi izrađeni dubokim reaktivnim joniziranjem (DRIE) (d) uvećana slika nano noževa sa uzorkom DRIE tehnikom i (e) dimenzije nano noževa koji se koriste za lizu ćelija. Reproducirano uz dozvolu [52].

Alternativno, mehanički udar putem sudara je također korišten za lizu u mikroskali [53,54,55]. Ćelije su suspendirane u rastvoru sa staklenim perlicama i stavljene na uređaj sa mikrofluidnim kompaktnim diskom (CD), koji je zatim podešen da se rotira velikom brzinom. Centrifugalna sila generirana rotacijom izaziva sudar i trenje između ćelija i zrna, što rezultira liziranjem ćelija. Ovom tehnikom lizirane su različite vrste stanica, uključujući sisavce, bakterije i kvasac.

Iako je efikasnost mehaničke lize vrlo visoka, ove metode prekidanja imaju neke nedostatke u primjeni na mikrorazmjeru. Izrada ovih uređaja je složena, ali i skupa, a prikupljanje ciljnog materijala iz složene smjese vrlo je teško.

4.2. Thermal Lysis

U termalnoj lizi, toplina se dovodi u ćelije kako bi denaturirala membranske proteine ​​i lizirala ćelije. Jedna od prednosti termičke lize je laka integracija mikrofluidnih uređaja, poput lančane reakcije polimeraze (PCR). Termička liza se može izvesti u takvim uređajima bez dodatnih modifikacija. Ćelije se općenito zagrijavaju iznad 90 ଌ, a unutarćelijski proizvodi kruže kroz različite temperature, na primjer u PCR uređaju. Tsougeni i dr. [56] proizveo je mikrofluidni uređaj koji može hvatati i lizirati ćelije. Koristili su termičku lizu na 95 ଌ 10 minuta za hvatanje i lizu bakterija. Nanostrukture su proizvedene u poli(metil metakrilatu) tehnikom litografije i plazma jetkanja. Mikrofluidni PCR uređaji koji imaju ugrađenu termalnu lizu ćelija [57,58,59] sastoje se od staklene komore i otpornog grijača za zagrijavanje komore.

Općenito, termička liza je efikasna na mikrofluidnoj platformi, međutim, ovi uređaji nisu prikladni za pripremu uzorka gdje je uzorak velikog volumena i ćelije moraju biti lizirane iz kontinuiranog protoka [29]. Međutim, stanice moraju biti tretirane lizozimom kako bi se razbio stanični zid i napravio protoplast bakterije. Dodavanje ovog lizozima je dugotrajno i zahtijeva složene strukture. Štaviše, očuvanje enzima unutar uređaja postaje problematično kada se uređaj mora koristiti duže vrijeme. Duže vrijeme raspada i povećana potrošnja energije drugi su nedostaci ove metode.

4.3. Hemijska liza

Metode kemijske lize koriste kemijske reagense kao što su površinski aktivne tvari, puferi za lizu i enzimi za topljenje lipida i proteina u staničnoj membrani za stvaranje pora i liziranje stanica. Iako su kemijske i enzimske metode kategorizirane zasebno u metodi makro razmjera, ove dvije tehnike su uključene u istu skupinu za tehnike liziranja ćelija u mikro razmjeru. Buser et al. [60] lizirane gram-pozitivne bakterije (Staphylococcus aureus) i RNA virus (respiratorni sincicijski virus) koristeći osušenu mješavinu enzima (akromopeptidaza). Bili su u stanju da liziraju za manje od jedne minute, a zatim su koristili hemijski grijač za jednokratnu upotrebu da deaktiviraju enzim za lizu. Bili su u stanju da pojačaju (off-chip) lizat bez prečišćavanja i pokazali su dokaz principa za uređaj za dijagnostiku.

Kashyap i dr. [61] razvili su mikrofluidnu sondu za selektivnu lokalnu lizu slijepljenih stanica (

300 ćelija) za analizu nukleinskih kiselina. Hall i dr. [62] koristili su uređaj za eksperiment liziranja ćelija, koji je imao dva dovodna bunara i bunar pod pritiskom. Miješanje stanične i otopine za lizu kontrolirano je podešavanjem pritiska u jažicama. Korištene su tri različite vrste otopina—Otopina A koja sadrži samo SDS (reagens na bazi deterdženta), otopina B koja sadrži surfaktant, Triton X-100, Tween-20 sa enzimom kao što je lizozim, proteaza, proteinaza K i otopina C koja sadrži antibiotik po imenu polimiksin B. Za lizu su korištene gram-negativne i gram-pozitivne bakterije.Zaključeno je da sam deterdžent nije pogodan za lizu, dok otopina B, mješavina kemijskih tenzida i bioloških reagensa, može razgraditi staničnu membranu i lizirati različite vrste bakterija. Međutim, polimiksin B se potencijalno može koristiti u platformi za lizu mikrofluidnih ćelija samo za gram-negativne bakterije.

Kim i dr. [63] je također razvio mikrofluidni uređaj sa dva ulaza i izlaza kako bi se razvio optimalni reagens za lizu za gram-negativne bakterije. Heo et al. [64] su demonstrirali bioreaktor baziran na mikrofluidima koji je bio sposoban zarobiti E. coli korištenjem hidrogelnih flastera. Zatim imobiliziran E. coli je lizirano korištenjem SDS-a jer može prodrijeti u hidrogel. Liza ćelija je izvršena u roku od 20 minuta. Ovaj uređaj je bio sposoban za lizu ćelija koristeći samo SDS, međutim, prethodni nije mogao zbog kraćeg vremena izlaganja u hemijskom okruženju. U drugoj studiji, Sethu i sur. [65] je također razvio mikrofluidni čip (slika 10) za lizu eritrocita kako bi se izolirao leukocit. Stopostotni oporavak bio je moguć u roku od 40 sekundi. Uređaj se sastoji od tri ulazna rezervoara i jednog izlaznog rezervoara. Jedan ulaz je korišten za protok cijele krvi. Drugi ulaz je korišten za pufer za lizu koji je uglavnom sadržavao aluminij oksid i dva bočna kanala su bila povezana sa ovim ulazom koji su se spajali kako bi usmjerili cijelu krv u uski mlaz. Ovo povećava površinski kontakt između pufera za lizu i ćelija. Mješavina stanica i pufera za lizu je zatim provučena kroz dugačak kanal s brojnim “U ” okretajima kako bi se pojačao tampon. Konačno, treći ulaz je korišten za protok fosfatnog pufera kako bi se uzorak razrijedio za vraćanje fiziološke koncentracije [66,67].

Shema jednostavne komore i serpentinskog mikrofluidnog kanala za kemijsku lizu. Reproducirano uz dozvolu [65].

Iako se metoda hemijske lize široko koristi u mnogim mikrofluidnim uređajima, ova metoda zahtijeva dodatni korak za dostavu reagensa. Stoga su potrebne složene mikrofluidne strukture, uključujući injekcijske kanale i mikromiksere za homogenizaciju uzoraka [66,68]. Nakon lize, ovi reagensi mogu ometati nizvodni test jer je vrlo teško odvojiti ciljne molekule [69]. Osim toga, problem je skladištenje ovih reagensa zbog čega se uređaj ne može koristiti duže vrijeme.

4.4. Optička liza

Optička liza stanica uključuje upotrebu lasera i optički inducirane tehnike dielektroforeze (ODEP) za otvaranje stanične membrane. U laserskoj lizi, udarni val koji stvara kavitacijski mjehurić lizira staničnu membranu. Fokusirani laserski impuls na sučelju ćelijske otopine stvara ovaj kavitacijski mjehurić. U ODEP -u se na gornjoj površini stakla formiraju vodljiva elektroda i fotovodljivi sloj (na primjer amorfni silicij). Neujednačeno električno polje nastaje sjajnim svjetlom na fotovodljivom sloju koji zatim stvara transmembranski potencijal preko stanične membrane remeteći staničnu membranu. Huang i dr. [70] razvio je optički induciran mikrofluidni čip za lizu ćelija za liziranje ćelija HEK293T i ekstrakciju netaknutog jezgra. Oni izvještavaju da je liza ćelija i efikasnost razdvajanja jezgra 78% odnosno 80% koristeći ovaj uređaj.

Kremer et al. [71] je lizirao ćelije koristeći opto-električnu postavku. Uspjeli su lizirati ćelije odabrane na osnovu oblika ćelije. Koristili su ODEP za liziranje crvenih krvnih zrnaca u mješavini crvenih i bijelih krvnih zrnaca. Razvili su metodu koja je omogućila selektivnost oblika tako da ćelije različite geometrije liziraju u mješavini tipova ćelija. Ćelija različitog oblika izaziva neujednačeno električno polje koje se koristi za lizu. Slika 11 prikazuje shemu čiza za lizu i lizu ćelija različitog oblika.

Uređaj za optičku lizu ćelija: (a) čip za ćelijsku lizu pomoću optički inducirane dielektroforeze (ODEP) (bd) liza eritrocita u mješavini bijelih i crvenih krvnih zrnaca i (eg) liza crvenih krvnih zrnaca u mješavini crvenih krvnih zrnaca i tripanosoma. Reproducirano uz dozvolu [71].

Upotreba laserskog svjetla za izazivanje lize također je pokušana u mikrofluidnim uređajima. U jednom slučaju, optička liza je izazvana primjenom nanosekundnog laserskog impulsa od 532 nm [72] koji lokalno generiše mikroplazmu. Kolaps plazme uzrokuje kavitaciju, širenje mjehurića i njegov kolaps, kako je opisano u prethodnom odjeljku, glavni su razlog za lasersku indukciju lize stanica. Različite vrste ćelijskih linija kao što su bazofilna leukemija štakora (RBL) [73], epitelne ćelije bubrega pacova-kengura (Potorous tridactylis) (PtK2) [74] i mišji interleukin-3 ovisni pro-B (BAF-3) [75 ] su lizirane upotrebom ove laserski indukovane metode. Međutim, svi su ti eksperimenti rađeni za analizu pojedinačnih ćelija. Utvrđeno je da se, kada je liza na bazi lasera inkorporirana s polidimetilsiloksanom (PDMS), mikrokanalna efikasnost lize smanjila [75]. Pretpostavljeno je da to može biti posljedica deformacije zidova PDMS-a koja rasipa mehaničku energiju kolapsa mjehurića. Iz tog razloga je bila potrebna velika energija.

Ultraljubičasto (UV) svjetlosno polje u kombinaciji s titanijevim oksidom korišteno je za liziranje ćelije [76]. Titanijev oksid posjeduje fotolitička svojstva i energiju pobude koja spada u UV raspon. Kada su oksidi titana pobuđeni nizom UV svjetla, elektroni u valentnom pojasu su uzbuđeni da vode ionski pojas što rezultira elektronskim – rupicama. U vodenom okruženju, ovi elektronski parovi rupa reagiraju s okolnim molekulima i stvaraju slobodne radikale poput OH, O i O2 −. Oni reaguju sa ćelijskom membranom i liziraju ćeliju. E. coli ćelije su lizirane gornjom tehnikom. Primarni nedostatak ultraljubičaste lize bio je taj što je vrijeme potrebno za lizu ćelije bilo vrlo veliko (45 min).

4.5. Acoustic Lysis

Kod akustične lize stvara se zvučni talas visoke energije koji se koristi za lizu ćelija. Ovaj površinski akustični val (SAW) proizvodi se na piezoelektričnoj podlozi. Međucifrirani pretvarač (IDT) može se koristiti za električnu proizvodnju pile sa valom koji se širi po površini od njega. Taller et al. [77] su koristili na površini čipa lizu akustičnog talasa za detekciju egzosomalne RNK za studiju raka pankreasa. Oni su postigli stopu lize od 38% koristeći ovu tehniku. Slika 12 prikazuje izrađeni uređaj sa SAW pretvaračem.

Mikrofluidni uređaj za lizu površinskih akustičnih valova (SAW): (a) sastavljanje uređaja i (b,c) kao proizvedeni uređaj sa ulazom i izlazom tečnosti za lizu egzosoma. Reproducirano uz dozvolu [77].

Oni navode da je liza egzosoma moguća zbog djelovanja sile akustičnog zračenja i dielektrične sile koja djeluje na male čestice [78,79]. Uređaj SAW izrađen je korištenjem standardne fotolitografske tehnologije. Dvadeset pari titanijum-aluminijumskih elektroda je ucrtano na piezoelektrični litijum niobatni supstrat kako bi se formirao jednofazni jednosmerni SAW pretvarač. Ovaj pretvarač može generirati pilu samo u jednom smjeru. Sirovi medij bio je izložen SAW -u 30 s pri 1 W snage za liziranje. Autori izvještavaju da je efikasnost lize od 38% postignuta ovom metodom bila dovoljna za dobivanje dovoljno egzosomske RNK za detekciju.

Marentis et al. [80] lizirao je eukariotsku ćeliju, kao i bakterije, upotrebom ultrazvuka. Ovaj uređaj se sastoji od mikrofluidnog kanala sa integriranim pretvaračem. Kanal je napravljen na staklenoj podlozi, a piezoelektrični pretvarač napravljen je nanošenjem cinkovog oksida i zlata na podlogu od kvarca. Pretvarači su pokretani sinusoidnim izvorom u rasponu od 360 MHz. Ovim uređajem dobijeno je 80% lize HL-60 i 50% spora Bacillus Subtilis. Porast temperature zbog ultrazvuka je moderiran korištenjem paketa leda i hladnog prsta. Ultrazvučni vrh roga i područje tečnosti spojeni su u mikrofluidni čip povećanjem fluidiziranog pritiska kako bi se povećala efikasnost lize [81].

Reboud i dr. [82] razvili su mikrofluidni čip za jednokratnu upotrebu za otkrivanje parazita malarije glodavaca Plasmodium berghei u krvi. Koristili su SAW da liziraju crvena krvna zrnca i parazitske ćelije u kapi krvi. Oni prijavljuju efikasnost ćelijske lize više od 99,8% koristeći svoj uređaj. Xueyong i dr. [83] su proizveli SAW mikrofluidni uređaj koji može lizirati crvena krvna zrnca s visokom efikasnošću (95%).

Međutim, ultrazvuk ima ograničenja kao što je stvaranje topline, složeni mehanizam, kao i skup proces proizvodnje. Zbog ovog prekomjernog stvaranja topline uočena je denaturacija proteina i pretjerana difuzija ćelijskog sadržaja [8,84]. Kako bi se smanjilo vrijeme rada, ćelije su prvo tretirane nekim slabim deterdžentom kao što je digitonin [8,85] prije izlaganja ultrazvuku. Digitonin je oslabio staničnu membranu i olakšao lizu.

4.6. Električna liza

U električnoj metodi ćelije se liziraju izlaganjem jakom električnom polju. Na ćelijsku membranu se primjenjuje električno polje koje stvara transmembranski potencijal. Potencijal veći od graničnog potencijala potreban je za formiranje pora u ćelijskoj membrani. Ako je vrijednost potencijala niža od graničnog potencijala, ćelija može ponovo zatvoriti pore. S druge strane, dovoljno visok potencijal može potpuno razgraditi ćeliju. Pri tako visokim naponima utvrđeno je da električno polje nema nikakvog utjecaja na unutarćelijske komponente [86]. Električno polje je kritični parametar za lizu ćelije. Kako je za lizu ćelija potrebno veće električno polje, potreban je generator visokog napona da bi se generiralo ovo visoko električno polje u makroskopu. Dakle, ova metoda nije uobičajena u makroskali. Međutim, u mikrorazmjeru zbog male veličine uređaja, veće električno polje može se postići pri nižem naponu. Iz tog razloga i kao metoda za brzu proceduru liziranja bez reagensa, električna liza je postigla značajnu popularnost u mikrofluidnoj zajednici.

Ameri et al. [87] su koristili izvor istosmjerne struje (DC) za lizu ćelija u mikrofluidnom čipu. Slika 13 prikazuje proizvodnju i princip rada njihovog čipa. Njihov uređaj sastoji se od staklenog klizača presvučenog premazom od indijskog kositra oksida uzorkovanog za elektrode. Nizovi 6400-Microwell izrađeni su od polimera SU-8 tehnikom fotolitografije. Ulazni i izlazni kanali stvoreni su pomoću PDMS polimera i zapečaćeni su staklenim stakalcem sa ITO elektrodom za mjerenje impedanse. Crvena krvna zrnca (10 7 ćelija/mL) prolaze kroz uređaj brzinom od 20 μL/min, a dielektroforeza (DEP) se koristi za imobilizaciju ćelija u mikroniz. Na ćeliju je za lizu primijenjen istosmjerni napon od 2 V u trajanju od 10 s. Proces lize nadziran je mjerenjem impedancije prije i poslije lize, a smanjenje impedancije sugeriralo je potpunu lizu stanica. Oni prijavljuju efikasnost lize od 87% u svom uređaju. Autori su predložili uređaj za lizu ćelija pomoću električnih polja i optičko besplatno praćenje procesa lize na mikrofluidnoj platformi koja bi se mogla potencijalno koristiti u području medicinske dijagnostike.

Električni uređaj za lizu ćelija: (a) protokol proizvodnje uređaja (b) princip rada uređaja i (c) mikrofluidni uređaj koji se koristi u studiji za lizu crvenih krvnih zrnaca. Reproducirano uz dozvolu [87].

Jiang et al. [88] razvio je jeftin mikrofluidni uređaj za lizu ćelija koristeći električna polja. Primijenili su kvadratni impuls od 10 V na lizne ćelije sa 50% učinkovitosti. Izvještavaju o uređaju koji je mogao lizirati ćelije na mnogo nižem naponu u usporedbi s komercijalno dostupnim elektropolatornim uređajem koji je radio na 1000 V kako bi lizirao 200 μL ćelija PK15. Uočili su stvaranje mjehurića u svom uređaju tokom lize ćelija zbog efekta zagrijavanja džula. De Lange i dr. [89] su lizirali ćelije u kapljicama koristeći električna polja. Pokazali su robusnu novu tehniku ​​za lizu ćelija bez deterdženta u kapljicama. U njihovom uređaju, električno polje je primijenjeno za liziranje bakterija neposredno prije spajanja ćelijskog toka s lizozimom i inkapsulacije smjese u kapljicama. Oni navode da je sa samim lizozimom efikasnost lize loša (manje od 50%), ali u kombinaciji sa električnim poljima uspjeli su postići do 90% efikasnosti lize ćelija. Slika 14 prikazuje njihov mikrofluidni uređaj za lizu ćelija u kapljicama. Autori sugeriraju da bi se njihov uređaj mogao koristiti u aplikacijama gdje bi upotreba deterdženata za lizu ćelija mogla ometati ćelijsku analizu, kao što su testovi vezivanja ili proučavanje kemijske aktivnosti proteina, te u studijama masene spektroskopije gdje kemijska sredstva za lizu mogu ometati rezultate.

Mikrofluidni uređaj za lizu električnih ćelija: (A) shema električne fluida i mikrofluidnog čipa za stvaranje kapljica protoka (B) stvarna slika dijela stvaranja kapljica i (C) potpuna električna liza sa kanalima za elektroporaciju. Reproducirano uz dozvolu [89].

Escobedo i dr. [90] su pokazali električnu lizu ćelija unutar mikrofluidnog čipa pomoću ručnog korona uređaja. Uspjeli su lizirati bubrežne ćelije beba hrčka (BHK), pojačane zelene fluorescentne proteinske humane CP ćelije (eGFP HCP) 116 i ćelije leukemije K562 koje se nisu prilijepile potpuno unutar mikrofluidnog kanala. U kanal je ugrađena metalna elektroda koja je korištena za pražnjenje 10 do 30 kV za lizu ćelija za manje od 300 ms. Lisa je procijenjena posmatranjem prije i poslije snimaka ćelija pomoću svijetlog polja i mikroskopa velike brzine, kao i pomoću fluorescentnih sondi za preživljavanje ćelija. Oni također izvještavaju da nema stvaranja mjehurića tokom lize, što ukazuje na efekt zagrijavanja džula, pa je ova metoda pogodna za analizu osjetljivih proteina i unutarstaničnih komponenti. Slika 15 prikazuje postavljanje i rezultate studije.

Električna liza kroz ručni plazma uređaj: (a) šema uređaja. Ćelije su lizirane pomoću ručnog uređaja za koronu primjenom električnog polja na ulazu uređaja (b) svijetlo polje i fluorescentne slike prije i poslije lize ćelija K562. Reproducirano uz dozvolu [90].

Besant et al. [91] otkrili mRNA molekule E. coli tehnikom elektrohemijske lize. Primijenili su potencijal od 20 V, koji je pokrenuo ćelijsku lizu proizvodnjom hidroksidnih jona iz vode na katodi kako bi razbili bakterijske membrane. Elektrode senzora postavljene su udaljene 50 μm, što je bilo dovoljno za detekciju molekula mRNA u 10 minuta. Prijavili su lizu i otkrivanje E. coli mRNA pri koncentracijama od 0,4 CFU/μL u 2 minute, što je bilo relevantno za kliničku primjenu i u osjetljivosti i u vremenu.

Gabardo i dr. [92] razvili su jeftinu i jednostavnu metodu za proizvodnju 3D elektroda u više razmjera koje bi se mogle koristiti za bakterijsku lizu korištenjem kombinacije električnih i elektrohemijskih sredstava. Ove mikronske elektrode mogu se brzo izraditi prototipom pomoću zanatskog rezanja, polimerom izazvanog naboranja i tehnika elektrodepozicije. Izvještavaju da su ove podesive elektrode imale bolje performanse u odnosu na litografski pripremljene elektrode. Uspjeli su uspješno ekstrahirati nukleinske kiseline ekstrahirane iz liziranih bakterija na mikrofluidnoj platformi. Oni su prijavili 95% efikasnosti lize na 4 V koristeći svoje elektrode. Slika 16 prikazuje strukturu uređaja i elektroda.

Uređaj za bakterijsku lizu: (a) shema uređaja za lizu (b) skenirajuće elektronske mikrofotografije: (i) planar (ii) naborana i (iii) elektrode nanete elektrode (c) ciklično voltametrijsko skeniranje elektroda. Reproducirano uz dozvolu [92].

Li et al. [93] razvio je uređaj za lizu električnih ćelija s dvostrukom nano-elektrodom za lizu pojedinačnih neuronskih ćelija. Slično, Wassermann et al. [94] su pokazali stanično specifičnu lizu do 75% ukupnih ljudskih krvnih stanica koristeći SiO2 pasivizirane elektrode za lizu električnih ćelija pri primijenjenom naponu od 8 � V. Ma et al. [95] izvijestili su o 10 �-strukom povećanju mRNA ekstrahiranom iz M. smegmatis koristeći električnu lizu na mikrofluidnoj platformi u poređenju sa komercijalnim instrumentom za perle. Koristili su intenzitet polja 4000 � V/cm za liziranje bakterija dugim impulsima (5 s). Izvještavaju da njihov uređaj može biti učinkovit za oslobađanje mRNA iz stanica koje se teško liziraju.

Islam i dr. [96] pokazao je dokaz koncepta jednostavnog mikrofluidnog uređaja za električnu lizu većih volumena uzorka. Koristili su nanoporoznu membranu u sendviču između dva mikrofluidna kanala za hvatanje i lizu E. coli bakterije primjenom 300 V. Izvještavaju o efikasnosti lize od 90% za manje od 3 min. Slika 17 prikazuje shemu uređaja koji se koristi za lizu u njihovom proučavanju.

Mikrofluidni uređaj za lizu električnih ćelija: (a) shema uređaja za lizu ćelija i (b) eksperimentalno postavljanje. Reproducirano uz dozvolu [96].

Za liziranje ćelija korišteni su različiti tipovi napona, poput izmjenične struje (AC) [97,98], istosmjernih impulsa [99,100,101] i kontinuiranih istosmjernih napona [102]. Uz električno polje, vrijeme izlaganja ćelija unutar tog električnog polja također je važan parametar za lizu ćelija. Utvrđeno je da se ćelije mogu lizirati korištenjem većeg električnog polja u kratkom vremenskom periodu, kao i manjeg električnog polja u dužem vremenskom periodu [103]. Iz tog razloga su potrebni AC i DC impulsi većeg električnog polja u odnosu na kontinuirano jednosmjerno električno polje. Kako električno polje ovisi o udaljenosti između elektroda, mikrofabricirane elektrode su korištene tijekom AC ili DC impulsa. Pregled različitih uređaja za električnu lizu i karakteristike projektovanog sistema predstavljen je u Tabeli 4.

Tabela 4

Za liziranje ćelija koriste se različiti uređaji za električnu lizu.

ReferencaVrsteVrsta ćelijeVeličina ćelije (μm)ElektrodaVrsta napona (AC/DC)Lysing Voltage (V)
[104]ČovjekHT-2910GoldAC8.5
[97]ČovjekA43110GoldAC20
[98]-FITC-BSA opterećena vezikula50ITOAC5
[99]-Leukociti-3DDC puls10
[100]Čovjekcrvena krvna zrnca6 𠄸Pt žicaDC/AC30�
[105]BakterijeE. coli-GoldDC puls50
[106]HrčakCHO10 �Pt žicaDC puls1200
[106]BakterijeE. coli Pt žicaDC930
[102]Čovjekcrvena krvna zrnca6 𠄸Pt žicaDC50
[87]Čovjekcrvena krvna zrnca6 𠄸ITODC2
[96]BakterijeE. coli-Pt žicaDC300

Lu et al. [104] su razvili platformu za mikrofluidnu elektroporaciju kako bi lizirali ljudske HT-29 ćelije. Mikroproizvedeni niz elektroda sa zupčastim zupcima korišten je za povremeno pojačavanje električnog polja duž kanala. Efikasnost od 74 posto dobijena je za radni napon od 8,5 V. Međutim, ovaj način lize nije pogodan za bakterije zbog njihove veličine i oblika.U poređenju sa ćelijom sisara, za lizu bakterija potrebno je veliko električno polje i duže izlaganje. Rosa [105] je razvila čip za lizu bakterija koji se sastoji od niza kružnih zlatnih elektroda. Korišteni su istosmjerni impulsi i liza sa 17% efikasnosti postignuta je upotrebom radnog napona 300 V. Ova efikasnost je povećana do 80% nakon dodavanja enzima u ćelijski rastvor. 2006. godine, Wang et al. [107] predlaže primjenu kontinuiranog istosmjernog napona duž kanala za lizu ćelija. Uređaj se sastoji od jednog kanala sa ujednačenom dubinom i promenljivom širinom. Budući da je električno polje obrnuto proporcionalno širini kanala, na uskom dijelu kanala može se postići veliko električno polje. Dakle, do raspada dolazi u unaprijed određeni dio uređaja. Vrijeme izlaganja ćelije električnom polju može se podesiti promjenom dužine ovog uskog presjeka. Konfiguracija uređaja je optimizirana i završena je liza E. coli bakterija je bila moguća na 930 V. Potpuna dezintegracija ćelijske membrane je uočena kada je električno polje bilo veće od 1500 V/cm. Ovaj uređaj je bio vrlo jednostavan i nisu mu trebale mikrofabrikovane elektrode. Pt žice su korištene kao elektrode. Za rad je bio potreban samo generator struje. Međutim, problem stvaranja mjehurića i Joule grijanja nije mogao biti potpuno eliminisan. Sličnu vrstu uređaja koristio je Lee [102] gdje je modificirana dužina i širina uskog dijela kako bi se lizirale stanice sisara. Bao i dr. [108] takođe je razvio uređaj za liziranje E. coli pomoću istosmjernih impulsa. Oslobađanje unutarstaničnih materijala primijećeno je kada je električno polje bilo veće od 1000 V/cm.

Zaključno, električna metoda nudi jednostavan, brz i bez reagensa postupak liziranja za lizu različitih vrsta ćelija. Ova metoda je također pogodna za selektivnu lizu i kompatibilna je s drugim nizvodnim testovima, poput amplifikacije i razdvajanja. Iako je zahtjev u visokom naponu problem u ovoj proceduri, on se može prevladati smanjenjem razmaka između elektroda mikroproizvodnjom. Međutim, stvaranje topline i stvaranje mjehurića veliki je problem za metodu električne lize.

4.7. Poređenje različitih mikrofluidnih tehnologija za ćelijsku lizu

Različite mikrofluidne tehnologije za lizu ćelija upoređuju se u tabeli 5. Prednosti i nedostaci različitih metoda navedeni su za svaku tehniku.

Tabela 5

Poređenje različitih metoda mikrofluidne lize. Efikasnost lize ćelija određena je usrednjavanjem efikasnosti lize iz citiranih referenci. Nisko: 0%�%Srednje: 50%�%Visoko: 80%�%.


Krioprezervacija embrija: međuigra između fundamentalne i empirijske kriobiologije

U desetljeću nakon uspješne krioprezervacije sperme sisavaca 1949., učinjeni su brojni pokušaji krioprezervacije zigota i embrija sisavaca prije implantacije. Sve je propalo. Najveće prijavljeno preživljavanje na temelju cijepanja bilo je 1% za zečje zigote zamrznute polako u 15% glicerola [63]. Godine 1971. Whittingham je prešao na polivinilpirolidon (PVP) kao krioprotektant i izvijestio da je, uz brzo hlađenje pri 60 ° C/min, uspio postići preživljavanje 8-ćelijskih mišjih embrija ohlađenih na -79 ° C i držanih 30 minuta [64]. Međutim, godinu dana kasnije, Whittingham i sur. [4], a kasnije ni drugi [65, 66], nisu mogli ponoviti ove nalaze.

U prethodnoj deceniji, između 1963. i 1971., pojavio se stepen mehaničkog razumijevanja kriobiološke ozljede. Mazur [67] je 1963. godine objavio matematički model zasnovan na fizičko-hemijskim razmatranjima pokazujući da vjerovatnoća IIF-a u ćeliji zavisi od stepena do kojeg je bila podvrgnuta osmotskoj dehidraciji tokom hlađenja, a da zauzvrat zavisi od vodopropusnosti ćelije. ćelije, temperaturni koeficijent ili energija aktivacije te vodopropusnosti i omjer površina: volumen ćelije. Naknadni eksperimenti s kvascima i ljudskim crvenim krvnim zrncima doveli su do takozvane dvofaktorske hipoteze [68], naime, da se ćelije ohlađene prebrzo ubijaju pomoću IIF-a, a stanice koje se hlade presporo ubijaju ozljedom. Posljedica interakcije ova dva faktora je da grafikoni preživljavanja u odnosu na brzinu hlađenja imaju oblik obrnutog "U". Primjer efekata otopine je povećanje koncentracije soli stvaranjem leda koje je kvantitativno opisao Lovelock [69] prije 12 godina. Lovelock [70] je također pokazao da je zaštita od oštećenja smrzavanjem spojeva male molekularne težine, kao što su glicerol ili dimetil sulfoksid, posljedica njihove sposobnosti da koligativno smanje koncentraciju soli na datoj temperaturi ispod nule. Zatim, 19701971., eksperimentalna zapažanja pokazala su da su grafikoni preživljavanja matičnih stanica mišićne srži [71] i ćelija hrčka V79 [72, 73], kao funkcija brzine hlađenja, također pokazali obrnuti U, s najvećim preživljavanjem pri srednjoj, optimalnoj stopi. Ovi podaci su pružili prvu direktnu eksperimentalnu podršku za primenljivost hipoteze o dva faktora na ćelije sisara sa jezgrom.

Whittinghamova 1971. objavljena procedura [64] za mišje embrije nije bila u skladu s ovim konceptima. Fizičko-kemijsko modeliranje pokazalo je da bi se, kako bi se izbjegao IIF, skup ćelija veličine i pretpostavljenih svojstava permeabilnosti mišjih embrija trebao hladiti na <1 ° C/min, a ne na 60 ° C/min [67]. Teorija koja leži u osnovi zaštite od ozljeda s učinkom otopine sporog smrzavanja tvrdi da bi PVP bio nedjelotvoran CPA zbog svoje velike molekularne mase i posljedične nepropusnosti. Kada su Whittingham i dr. [4] redizajnirali su protokol za mišje embrije imajući na umu ove osnove, odmah su postigli visoku preživljavanje.

Dugi niz godina postupak krioprezervacije embrija miša objavljuje Whittingham et al. [4] služio je kao standard za laboratorije kao što je Jackson Laboratory. Godine 1977. Willasen [74] je uveo modifikaciju zasnovanu na eksperimentima s morulama goveda i ovaca, naime, umjesto da polako hladi embrije na -70°C, on ih je polako hladio na -36° (0,3°C/min do -30°). C, zatim 0,1 ° C/min do -36 ° C), nakon čega slijedi uranjanje u tekući dušik. Ta je izmjena bila potpuno kompatibilna i objašnjena temeljnim osnovama. Sporo hlađenje na -36°C bilo je dovoljno da izazove izlazak većine intracelularne zamrznute vode iz ćelije i zaleđivanje spolja, posljedično, malo unutarćelijskog leda se formiralo tokom naknadnog uranjanja u tečni dušik. Mala količina leda ili stakla se očigledno formira tokom poniranja, jer Willasenova procedura generalno zahteva da se embrioni brzo zagreju. Brzo zagrijavanje minimizira devitrifikaciju i minimizira rekristalizaciju malih, već postojećih kristala leda. Kako su izvijestili Leibo i Songsasen [75], i kako je Leibo istaknuo u radionici, Willadsenova sada standardna procedura korištena je za uspješno krioprezerviranje embrija iz 22 vrste sisavaca. U slučaju goveda, ovaca, miševa i ljudi, više od milijun potomaka razvilo se iz embrija krioprezerviranih ovom "jednostavnom" metodom.

Iz ovog uspjeha moglo bi se zaključiti da je problem krioprezervacije embrija riješen za sve vrste, ali to nije slučaj. Standardni postupak, izveden iz kriobioloških osnova, bio je i ostao neuspješan u brojnim slučajevima, a ti su slučajevi važni za očuvanje germplazme. Oni uključuju embrije svinja (uz nekoliko izuzetaka), riba i insekata. U svakoj od ovih vrsta temeljne osnove nisu pogrešne, ali su prekrivene drugim štetnim faktorima ili blokadama. Možda je najvažniji od ovih "drugih faktora" ozljeda koja smrzava. Ako je embrion ili oocit jako osjetljiv na hladnoću, niska brzina hlađenja potrebna za sprječavanje IIF -a može proizvesti tako dugo vrijeme izlaganja niskoj temperaturi da izazove velike ozljede hlađenja. Čini se da se taj sukob odnosi na embrije svinje, zebrice i Drosophila, i do oocita mnogih vrsta. Dokazani ili predloženi lijek u svim ovim slučajevima bio je da se „prebjegne“ ozljeda od hlađenja korištenjem visokih brzina hlađenja da se prođe kroz zonu štetne temperature tako brzo da nema vremena za pojavu ozljede. No, budući da visoke brzine hlađenja obično izazivaju smrtonosni IIF, IIF se mora spriječiti uvođenjem multimolarnih koncentracija CPA kako bi se izazvala vitrifikacija ćelijske vode. To, zauzvrat, može dovesti do ozbiljnih osmotskih i toksičnih problema.

U staničnim tipovima nekih vrsta postoje drugi nadmoćni, ponekad višestruki, štetni čimbenici. Prilikom ovulacije, oociti većine vrsta sisavaca uhapšeni su u metafazi II mejoze, a njihovo hlađenje do temperature blizu 0 ° C uzrokuje rastavljanje mikrotubula i poremećaj mejotičkog vretena [76, 77]. Nadalje, čini se da visoke koncentracije CPA potrebne za vitrifikaciju očvršćuju zonu pellucida, što otežava ili onemogućuje spermi da prodre u jajnu stanicu [78]. U embrionima zebrica jedan veliki problem je što se IIF javlja na približno istoj temperaturi kao i vanjsko smrzavanje [9]. Drugim riječima, voda u embrionu zebrice može podnijeti vrlo malo prehlađenja prije nego što se zamrzne unutar stanice. Bez prehlađivanja, osnovna razmatranja se ne primjenjuju, a klasični pristup sporog zamrzavanja neće uspjeti. Konačno, embrion zebrice je odjeljen u odjeljke, a odjeljci posjeduju značajne barijere propustljivosti za vodu i CPA [79].

Ovo nas ostavlja pred strateškim pitanjem: da li će istraživanje o osnovama dovesti do novih skupova principa za objašnjenje i prevazilaženje nekih ili svih ovih štetnih faktora koji prekrivaju, principa koji vjerovatno nisu povezani sa fizičkim kemijskim osnovama koje su prethodno primjenjivane? Ili obrnuto, da li je vjerojatnije da će empirijska istraživanja dovesti do rješenja? Da se zna odgovor na ovaj par pitanja, onda bi problemi već bili riješeni. Zanimljivo je s tim u vezi da je postojao jaz od 40 godina između krioprezervacije sperme bika i miša, gdje su se istraživanja odvijala empirijski, ali samo jednogodišnji jaz između krioprezervacije miševa i goveđih embrija, gdje je uspjeh u prvom bio uspješan zasnovano na osnovama.

Navodimo jedan primjer koji bi mogao biti novi skup principa koji se primjenjuju na smrzavajuće ozljede. Postoji korelacija između količine unutarstaničnog lipida ili žumanjca koji embriji sadrže i njihove osjetljivosti na rashladne ozljede. Na primjer, rane faze cijepanja goveđih i svinjskih embrija sadrže značajne količine unutrašnjih kapljica lipida i pokazuju visoku osjetljivost na ozljede uslijed hlađenja. Miševi i ljudski embriji sadrže malo očiglednih kapljica lipida i ne pokazuju smrzavajuće ozljede. Zametci zebrica sadrže velike količine žumanjaka i pokazuju visoku osjetljivost na hlađenje. Kada se lipidne kapljice uklone iz embriona svinja diferencijalnim centrifugiranjem i mikropipetiranjem [80], njihova osjetljivost na hlađenje je značajno smanjena. Kada se žumanjak ukloni iz embrija zebrica sličnim postupcima, njihova osjetljivost na hlađenje se također značajno smanjuje [81]. Kakva je uzročno -posljedična veza između intracelularnih lipida i osjetljivosti na rashladnu ozljedu? Da li isti uzrok i posljedica djeluju na intraembrionalno žumance u zebrice, iako nema očite kemijske veze između žumanjaka i kapljica lipida? Omiljena hipoteza je da ozljeda zbog hlađenja nastaje zbog promjena faze lipida u plazma membrani na niskim temperaturama. Ako je tako, zašto bi događaji u intracitoplazmatskim kapljicama lipida utjecali na svojstva plazma membrane?


Obrana biljaka protiv patogena

Biljke se brane od patogena pomoću barijera, sekundarnih metabolita i antimikrobnih spojeva.

Ciljevi učenja

Identificirajte odbrambene reakcije biljaka na patogene

Key Takeaways

Ključne točke

  • Mnoge biljke imaju neprobojne barijere, kao što su kora i voštane zanoktice, ili adaptacije, kao što su trnje i bodlje, da ih zaštite od patogena.
  • Ako patogeni probiju biljne barijere, biljka može reagirati sekundarnim metabolitima, koji su često otrovni spojevi, poput glikol cijanida, koji mogu naštetiti patogenu.
  • Biljke proizvode antimikrobne hemikalije, antimikrobne proteine ​​i antimikrobne enzime koji su u stanju da se bore protiv patogena.

Odgovor odbrane protiv patogena

Patogeni su uzročnici bolesti. Ovi zarazni mikroorganizmi, poput gljivica, bakterija i nematoda, žive od biljke i oštećuju njena tkiva. Biljke su razvile različite strategije da obeshrabre ili ubiju napadače.

Prva linija odbrane kod biljaka je netaknuta i neprobojna barijera sastavljena od kore i voštane kutikule. Obje štite biljke od patogena.

Vanjska zaštita biljaka može biti ugrožena mehaničkim oštećenjima koja mogu predstavljati ulaznu točku za patogene. Ako je prva linija odbrane probijena, biljka mora pribjeći drugačijem skupu odbrambenih mehanizama, kao što su toksini i enzimi. Sekundarni metaboliti su spojevi koji nisu direktno izvedeni iz fotosinteze i nisu potrebni za disanje ili rast i razvoj biljaka. Mnogi metaboliti su toksični i čak mogu biti smrtonosni za životinje koje ih progutaju.

Osim toga, biljke imaju niz inducibilnih obrana u prisutnosti patogena. Osim sekundarnih metabolita, biljke proizvode antimikrobne kemikalije, antimikrobne proteine ​​i antimikrobne enzime koji se mogu boriti protiv patogena. Biljke mogu zatvoriti stomate kako bi spriječile da patogen uđe u biljku. Preosjetljiv odgovor, u kojem biljka doživljava brzu smrt stanica kako bi se izborila sa infekcijom, može pokrenuti biljka ili može koristiti endofitnu pomoć: korijenje oslobađa kemikalije koje privlače druge korisne bakterije da se bore protiv infekcije.

Mehanički napadi i napadi grabežljivaca aktiviraju odbrambene i zaštitne mehanizme u oštećenom tkivu i izazivaju signalizaciju na daljinu ili aktivaciju odbrambenih i zaštitnih mehanizama na mjestima udaljenim od mjesta ozljede. Neke obrambene reakcije javljaju se u roku od nekoliko minuta, dok druge mogu potrajati nekoliko sati.


Fizičke barijere

Fizičke barijere igraju važnu ulogu u sprječavanju prodiranja mikroba u tkiva osjetljiva na infekciju. Na ćelijskom nivou, prepreke se sastoje od ćelija koje su čvrsto spojene kako bi se spriječilo prodiranje napadača u dublje tkivo. Na primjer, endotelne ćelije koje oblažu krvne žile imaju vrlo tijesne spojeve između stanica, blokirajući mikrobe u pristupu krvotoku. Ćelijski spojevi općenito se sastoje od proteina stanične membrane koji se mogu povezati s izvanćelijskim matriksom ili s komplementarnim proteinima iz susjednih stanica. Tkiva u različitim dijelovima tijela imaju različite tipove ćelijskih spojeva. To uključuje čvrste spojeve, desmosome i rasporne spojeve, kako je prikazano na slici ( PageIndex <1> ). Napadajući mikroorganizmi mogu pokušati kemijski razgraditi ove tvari, koristeći enzime poput proteaza koji mogu uzrokovati strukturna oštećenja kako bi stvorili ulaznu točku za patogene.

Slika (PageIndex<1>): Postoji više vrsta ćelijskih spojeva u ljudskom tkivu, od kojih su tri prikazana ovdje. Čvrsti spojevi zakovičavaju dvije susjedne ćelije zajedno, sprječavajući ili ograničavajući razmjenu materijala kroz razmake između njih. Desmosomi imaju srednja vlakna koja djeluju poput pertli, vezujući dvije ćelije zajedno, omogućavajući malim materijalima da prođu kroz nastale prostore. Gap spojevi su kanali između dvije ćelije koji omogućuju njihovu komunikaciju putem signala. (zasluga: izmjena djela Mariana Ruiz Villareal)

Kožna barijera

Jedna od najvažnijih tjelesnih barijera tijela je kožna barijera, koja se sastoji od tri sloja usko zbijenih ćelija. Tanki gornji sloj naziva se epidermis. Drugi, deblji sloj, nazvan dermis, sadrži folikule dlake, znojne žlijezde, živce i krvne žile. Sloj masnog tkiva koji se naziva hipoderma nalazi se ispod dermisa i sadrži krvne i limfne žile (slika ( PageIndex <2> )).

Slika ( PageIndex <2> ): Ljudska koža ima tri sloja, epidermis, dermis i hipodermu, koji pružaju debelu barijeru između mikroba izvan tijela i dubljih tkiva. Odumrle ćelije kože na površini epiderme se neprestano odbacuju, noseći sa sobom mikrobe na površini kože. (kredit: izmjena rada Nacionalnog instituta za zdravlje)

Najviši sloj kože, epidermis, sastoji se od ćelija koje su prepune keratina. Ove mrtve ćelije ostaju kao čvrsto povezani, gusti sloj ljuskastih stanica ispunjenih proteinima na površini kože. Keratin čini površinu kože&rsquos mehanički čvrstom i otpornom na razgradnju bakterijskim enzimima. Keratin također pomaže da se vanjska površina kože učini relativno vodootpornom, što pomaže održavanju površine kože suhom, što smanjuje rast mikroba. Masne kiseline na površini kože i rsquosa stvaraju suho, slano i kiselo okruženje koje inhibira rast nekih mikroba i vrlo je otporno na razgradnju bakterijskim enzimima. Sebum iz uljnih žlijezda u folikulima dlake endogeni je posrednik koji pruža dodatni sloj odbrane pomažući pri zatvaranju pora folikula dlake, sprječavajući bakterije na površini kože i rsquosa da prodru u znojne žlijezde i okolno tkivo. Određeni članovi mikrobioma mogu koristiti enzime lipaze za razgradnju sebuma, koristeći ga kao izvor hrane. Time nastaje oleinska kiselina koja stvara blago kiselo okruženje na površini kože koje je negostoljubivo za mnoge patogene mikrobe. Oleinska kiselina je primjer egzogeno proizvedenog medijatora jer je proizvode rezidentni mikrobi, a ne direktno stanice tijela. Osim toga, mrtve stanice epidermisa često se osipaju, zajedno sa svim mikroorganizmima koji se mogu prilijepiti za njih (deskvamacija). Očišćene ćelije kože neprestano se zamenjuju novim ćelijama odozdo, pružajući novu barijeru koja će se uskoro otkloniti na isti način.

Znoj (znoj) daje malo vlage epidermi, što može povećati potencijal za rast mikroba. Iz tog razloga, više mikroba se nalazi na regijama kože koje proizvode najviše znoja, poput kože ispod pazuha i prepona. Međutim, osim vode, znoj sadrži i tvari koje inhibiraju rast mikroba, poput soli, lizozima i antimikrobnih peptida. Sebum također služi za zaštitu kože i smanjenje gubitka vode. Iako neki od lipida i masnih kiselina u sebumu inhibiraju rast mikroba, sebum sadrži spojeve koji hrane određene mikrobe.U ušima cerumen (ušni vosak) ispoljava antimikrobna svojstva zbog prisustva masnih kiselina, koje snižavaju pH na između 3 i 5.

Do infekcije može doći kada je kožna barijera narušena ili slomljena. Rana može poslužiti kao ulazna tačka za oportunističke patogene, koji mogu inficirati tkivo kože koje okružuje ranu i eventualno se proširiti na dublja tkiva.

Mike, vrtlar iz južne Kalifornije, nedavno je primijetio malu crvenu izbočinu na lijevoj podlaktici. U početku nije mnogo razmišljao o tome, ali ubrzo je narastao, a zatim se ulcerirao (otvorio), postajući bolna lezija koja se protezala preko velikog dijela njegove podlaktice (Slika (PageIndex<3>)). Otišao je u hitnu ustanovu, gdje je ljekar pitao o njegovom zanimanju. Kada je rekao da je pejzažist, liječnik je odmah posumnjao na slučaj sporotrihoze, vrste gljivične infekcije poznate kao bolest vrtlara ruža jer često pogađa pejzaže i ljubitelje vrtlarstva.

U većini slučajeva, gljivice ne mogu izazvati infekcije kože kod zdravih osoba. Gljive rastu vlakna poznata kao hife, koja nisu posebno invazivna i mogu se lako držati podalje od fizičkih prepreka kože i sluznica. Međutim, male rane na koži, poput onih uzrokovanih trnjem, mogu otvoriti otvor za oportunističke patogene poput Sporothrix schenkii, gljiva koja živi u zemljištu i uzročnik bolesti vrtlara ruža i rsquos. Nakon što probije kožnu barijeru, S. schenkii može inficirati kožu i podložna tkiva, stvarajući ulcerirane lezije poput Mike&rsquos. Uz to, drugi patogeni mogu ući u inficirano tkivo, uzrokujući sekundarne bakterijske infekcije.

Na sreću, bolest vrtlara ruže se može liječiti. Liječnik Mike & rsquos mu je napisao recept za neke lijekove protiv gljivica, kao i kurs antibiotika za borbu protiv sekundarnih bakterijskih infekcija. Njegove lezije su na kraju zacijelile, a Mike se vratio na posao s novim poštovanjem za rukavice i zaštitnu odjeću.

Slika ( PageIndex <3> ): Bolest vrtlara i rsquos može se pojaviti kada se gljivica Sporothrix schenkii probija kožu kroz male posjekotine, kao što ih može nanijeti trnje. (lijevo kredit: izmjena rada Elise Samo kredit desno: izmjena rada centara za kontrolu i prevenciju bolesti)

Barijere u oku

Iako oko i koža imaju različitu anatomiju, oboje su u direktnom dodiru s vanjskim okruženjem. Važna komponenta oka je nazolakrimalni drenažni sistem, koji služi kao kanal za tekućinu oka, nazvan suze. Suze teku iz vanjskog oka u nosnu šupljinu putem suznog aparata, koji se sastoji od struktura uključenih u proizvodnju suza (slika ( PageIndex <4> )). Suzna žlijezda, iznad oka, luči suze kako bi oko održavalo vlažnost. Postoje dva mala otvora, jedan na unutrašnjoj ivici gornjeg kapka i jedan na unutrašnjoj ivici donjeg kapka, blizu nosa. Svaki od ovih otvora naziva se lacrimal punctum. Zajedno, ove suzne tačke skupljaju suze iz oka koje se zatim prenose kroz suzne kanale u rezervoar za suze zvane suzna vrećica, poznata i kao dakrocista ili suzna vrećica.

Iz vrećice suzna tečnost teče kroz nazolakrimalni kanal do unutrašnjeg nosa. Svaki nazolakrimalni kanal nalazi se ispod kože i prolazi kroz kosti lica u nos. Hemikalije u suzama, kao što su defenzini, laktoferin i lizozim, pomažu u sprečavanju kolonizacije patogena. Lizozim cijepa vezu između NAG i NAM u peptidoglikanu, komponenti ćelijskog zida u bakterijama. Djelotvorniji je protiv gram-pozitivnih bakterija, kojima nedostaje zaštitna vanjska membrana povezana s gram-negativnim bakterijama. Laktoferin inhibira rast mikroba hemijskim vezivanjem i hvatanjem željeza. Ovo učinkovito izgladnjuje mnoge mikrobe kojima je za rast potrebno željezo. Osim toga, mucini olakšavaju uklanjanje mikroba s površine oka.

Slika ( PageIndex <4> ): Lacrimalni aparat uključuje strukture oka povezane sa proizvodnjom suza i drenažom. (kredit: izmjena rada od strane & ldquoEvidence Based Educator Inc. & rdquo/YouTube)

Sluzne membrane

Sluznice koje oblažu nos, usta, pluća te mokraćni i probavni trakt pružaju još jednu nespecifičnu barijeru protiv potencijalnih patogena. Sluznice se sastoje od sloja epitelnih stanica povezanih tijesnim spojevima. Epitelne stanice luče vlažnu, ljepljivu tvar koja se naziva sluz, koja prekriva i štiti krhke ćelijske slojeve ispod nje i hvata krhotine i čestice, uključujući mikrobe. Sluzi sadrže i antimikrobne peptide.

U mnogim regijama tijela mehanička djelovanja služe za ispiranje sluzi (zajedno sa zarobljenim ili mrtvim mikroorganizmima) iz tijela ili dalje od potencijalnih mjesta infekcije. Na primjer, u respiratornom sistemu udisanje može unijeti mikrobe, prašinu, spore plijesni i druge sitne ostatke u zraku u tijelo. Nosna šupljina je obložena dlačicama koje zadržavaju velike čestice, poput prašine i polena, i sprečavaju njihov pristup dubljim tkivima. Nosna šupljina je također obložena mukoznom membranom i Bowman&rsquos žlijezdama koje proizvode sluz kako bi se uhvatile čestice i mikroorganizmi za uklanjanje, sloj poznat kao mukocilijarna deka. Viskoznost i kiselost ovog sekreta inhibira vezivanje mikroba za osnovne ćelije. Gornji respiratorni sistem je pod stalnim nadzorom limfoidnog tkiva povezanog sa sluznicom (MALT), uključujući adenoide i krajnike. Ostala odbrana sluzokože uključuje izlučena antitijela (IgA), lizozim, surfaktant i antimikrobne peptide zvane defenzini. Epitelne ćelije koje oblažu gornje dijelove respiratornog trakta nazivaju se epitelne ćelije s trepavicama jer imaju dlakave priveske poznate kao cilije. Kretanje cilija izbacuje sluz napunjenu ostacima i dalje iz pluća. Izbačena sluz se zatim proguta i uništi u želucu, ili se iskašljava, ili kihne (slika (PageIndex<5>)). Ovaj sistem uklanjanja često se naziva mukocilijarnim pokretnim stepenicama.


Slika ( PageIndex <5> ): Ova skenirajuća elektronska mikrografija prikazuje epitelne ćelije s trepavicama i nonciliated iz ljudskog dušnika. Mukocilijarni eskalator odbija sluz od pluća, zajedno sa ostacima ili mikroorganizmima koji bi mogli biti zarobljeni u ljepljivoj sluzi, a sluz se pomiče do jednjaka gdje se može ukloniti gutanjem.

Mukocilijarna pokretna stepenica je toliko efikasna barijera za mikrobe da su pluća, najniži (i najosetljiviji) deo respiratornog trakta, dugo smatrana sterilnim okruženjem kod zdravih osoba. Tek nedavno su istraživanja pokazala da zdrava pluća mogu imati malu normalnu mikrobiotu. Poremećaj mukocilijarnih pokretnih stepenica zbog štetnih učinaka pušenja ili bolesti poput cistične fibroze može dovesti do povećane kolonizacije bakterija u donjem dijelu respiratornog trakta i čestih infekcija, što naglašava važnost ove fizičke barijere za odbranu domaćina. Na kraju, vanjska površina pluća zaštićena je dvoslojnom pleuralnom membranom, koja štiti pluća i obezbjeđuje podmazivanje kako bi se omogućilo plućima da se lako kreću tokom disanja. Takođe su zaštićeni alveolarnim makrofagima. Ovi fagociti učinkovito ubijaju sve mikrobe koji uspijevaju izbjeći drugu odbranu.

Kao i respiratorni trakt, probavni trakt je ulazni portal kroz koji mikrobi ulaze u tijelo, a sluznice koje oblažu probavni trakt pružaju nespecifičnu fizičku barijeru protiv unesenih mikroba. Čini se da nekoliko faktora djeluje protiv toga da usta budu gostoljubiva za određene mikrobe. Na primjer, žvakanje omogućava mikrobima da se bolje miješaju sa pljuvačkom kako bi se lakše progutali ili ispljunuli. U usnoj šupljini slina sadrži medijatore poput enzima laktoperoksidaze i lizozima koji mogu oštetiti mikrobne stanice. Lizozim je dio prve linije odbrane u urođenom imunološkom sistemu i cijepa veze između N-acetilglukozamina (NAG) i N-acetilmuramske kiseline (NAM) u bakterijskom peptidoglikanu. Osim toga, u gingivalnim prostorima proizvode se tekućine koje sadrže imunoglobuline i fagocitne ćelije. Želudac je izuzetno kisela sredina (pH 1,5&ndash3,5) zbog želučanih sokova koji razgrađuju hranu i ubijaju mnoge progutane mikrobe, što pomaže u sprječavanju infekcije od patogena. Dalje, crijevni trakt obložen je epitelnim ćelijama, ispresijecan peharskim stanicama koje izlučuju sluz (slika ( PageIndex <6> )). Ova sluz se miješa s materijalom dobivenim iz želuca, hvatajući mikrobe i ostatke iz hrane.

Slika ( PageIndex <6> ): Peharne ćelije proizvode i luče sluz. Strelice na ovoj mikrografiji ukazuju na peharske ćelije koje luče sluz (povećanje 1600 ⨯) u crijevnom epitelu. (mikrografska slika: Mikrografska slika koju su dali Regenti Medicinskog fakulteta Univerziteta u Michiganu, kopija 2012)

Peharaste ćelije, koje su modifikovane jednostavne kolonaste epitelne ćelije, takođe oblažu GI trakt (slika (PageIndex<6>)). Vrčaste ćelije luče mucin koji stvara gel, koji je glavna komponenta sluzi. Proizvodnja zaštitnog sloja sluzi pomaže u smanjenju rizika od prodiranja patogena u dublja tkiva. Mali agregati donjeg limfoidnog tkiva u ileumu, nazvani Peyer & rsquos flasteri, otkrivaju patogene u crijevima putem mikrofoldnih (M) ćelija, koje prenose antigene iz lumena crijeva do limfocita na Peyer & rsquos flasterima kako bi izazvale imunološki odgovor. Peyer & rsquos flasteri tada luče IgA i druga antitijela specifična za patogene u crijevni lumen kako bi pomogli u održavanju crijevnih mikroba na sigurnom nivou.

Mehaničko djelovanje peristaltike, serije mišićnih kontrakcija u probavnom traktu, pomiče naslaganu sluz i drugi materijal kroz crijeva, rektum i anus, izlučujući materijal fecesom. U stvari, izmet se sastoji od približno 25% mikroba, 25% epitelnih stanica razmrvljenog sloja, 25% sluzi i 25% probavljene ili neprobavljene hrane. Konačno, normalna mikrobiota pruža dodatnu prepreku infekciji putem različitih mehanizama. Na primjer, ovi organizmi nadmašuju potencijalne patogene za prostor i hranjive tvari unutar crijeva. To je poznato kao isključivanje konkurencije. Članovi mikrobiote također mogu lučiti proteinske toksine poznate kao bakteriocini koji su u stanju da se vežu za specifične receptore na površini osjetljivih bakterija.

Endotelija

Epitelne stanice koje oblažu urogenitalni trakt, krvne žile, limfne žile i neka druga tkiva poznate su kao endotelija. Ove čvrsto zbijene ćelije pružaju posebno efikasnu barijeru na liniji fronta protiv osvajača. Endotelija krvno-moždane barijere, na primjer, štiti centralni nervni sistem (CNS), koji se sastoji od mozga i kičmene moždine. CNS je jedno od najosjetljivijih i najvažnijih područja tijela, jer mikrobna infekcija CNS -a može brzo dovesti do ozbiljne i često smrtonosne upale. Ćelijski spojevi u krvnim žilama koji putuju kroz CNS neki su od najužih i najtvrđih u tijelu koji sprječavaju prolazne mikrobe u krvotoku da uđu u CNS. Ovo održava cerebrospinalnu tečnost koja okružuje i kupa mozak i kičmenu moždinu sterilnom u normalnim uslovima.

Međutim, i kod muškaraca i kod žena, bubrezi su sterilni. Iako urin sadrži neke antibakterijske komponente, bakterije će rasti u urinu izostavljene na sobnoj temperaturi. Stoga, prvenstveno ispiranje održava uretere i mjehur bez mikroba. Ženski reproduktivni sistem koristi laktat, egzogeno proizveden hemijski posrednik, koji inhibira rast mikroba. Ćelije i slojevi tkiva koji čine vaginu također proizvode glikogen, razgranati i složeniji polimer glukoze.

  1. Opišite kako funkcioniše mukocilijarna pokretna stepenica.
  2. Koje druge odbrane imaju zajedničko za svako tijelo?
  3. Navedite dva mjesta na kojima biste pronašli endotel.

Antimikrobni peptidi

Antimikrobni peptidi (AMP) su posebna klasa nespecifičnih ćelijskih medijatora sa širokim spektrom antimikrobnih svojstava. Neke AMP -ove tijelo rutinski proizvodi, dok se drugi primarno proizvode (ili proizvode u većim količinama) kao odgovor na prisutnost invazivnog patogena. Istraživanje je počelo istraživati ​​kako se AMP -ovi mogu koristiti u dijagnostici i liječenju bolesti.

AMP-ovi mogu izazvati oštećenje stanica u mikroorganizmima na različite načine, uključujući nanošenje oštećenja membrana, uništavanje DNA i RNA ili ometanje sinteze stanične stijenke. Ovisno o specifičnom antimikrobnom mehanizmu, određeni AMP može inhibirati samo određene grupe mikroba (npr. gram-pozitivne ili gram-negativne bakterije) ili može biti šire djelotvoran protiv bakterija, gljivica, protozoa i virusa. Mnogi AMP se nalaze na koži, ali se mogu naći iu drugim dijelovima tijela.

Porodicu AMP -a koji se nazivaju defenzini mogu proizvesti epitelne ćelije u cijelom tijelu, kao i ćelijska odbrana, poput makrofaga i neutrofila. Defenzini se mogu lučiti ili djelovati unutar ćelija domaćina, bore se protiv mikroorganizama oštećujući njihove plazma membrane. AMP -ove koji se nazivaju bakteriocini egzogeno proizvode određeni članovi rezidentne mikrobiote u gastrointestinalnom traktu. Geni koji kodiraju ove vrste AMP -a često se prenose na plazmide i mogu se prenijeti između različitih vrsta unutar rezidentne mikrobiote bočnim ili vodoravnim prijenosom gena. Postoje brojni drugi AMP u cijelom tijelu. Karakteristike nekoliko značajnijih AMP-ova sažete su u tabeli (PageIndex<2>).

Tabela ( PageIndex <2> ): Karakteristike odabranih antimikrobnih peptida (AMP)
AMP Tajno od Mjesto tijela Patogeni inhibirani Način djelovanja
Bakteriocini Stalna mikrobiota Gastrointestinalni trakt Bakterije Oštetiti membranu
Cathelicidin Epitelne ćelije, makrofagi i drugi tipovi ćelija Skin Bakterije i gljivice Ometa membranu
Defensins Epitelne ćelije, makrofagi, neutrofili Po celom telu Gljive, bakterije i mnogi virusi Oštetiti membranu
Dermicidin Znojne žlezde Skin Bakterije i gljivice Ometa integritet membrane i ionske kanale
Histatini Pljuvačne žlijezde Usnoj šupljini Gljive Poremećaj unutarstanične funkcije

Zašto se antimikrobni peptidi (AMP) smatraju nespecifičnom odbranom?

Mehanička odbrana

Osim fizičkih prepreka koje sprječavaju razmnožavanje mikroba, tijelo ima i niz mehaničkih obrana koje fizički uklanjaju patogene iz tijela, sprječavajući ih da se nastane. Već smo raspravljali o nekoliko primjera mehaničke obrane, uključujući osipanje stanica kože, izbacivanje sluzi mukocilijarnim pokretnim stepenicama i izlučivanje izmeta kroz crijevnu peristaltiku. Drugi važni primjeri mehaničke obrane uključuju ispiranje urina i suza, koje služe za odvođenje mikroba iz tijela. Ispiranje urina je u velikoj mjeri odgovorno za normalno sterilno okruženje urinarnog trakta, koje uključuje bubrege, uretere i mokraćnu bešiku. Urin koji izlazi iz tijela ispire prolazne mikroorganizme, sprječavajući ih da se nastanu. Oči također imaju fizičke barijere i mehaničke mehanizme za sprječavanje infekcija. Trepavice i kapci sprječavaju da prašina i mikroorganizmi iz zraka dođu do površine oka. Svi mikrobi ili ostaci koji prođu ove fizičke barijere mogu biti isprani mehaničkim djelovanjem treptanja, koje okupa oko u suzama, ispirući ostatke (Slika (PageIndex<7>)).

Slika ( PageIndex <7> ): Suze ispiru mikrobe s površine oka. Urin ispire mikrobe iz urinarnog trakta dok prolazi kroz njih, tako da je urinarni sistem normalno sterilan.

Navedite dvije mehaničke obrane koje štite oči.

Mikrobiom

U različitim regijama tijela rezistentna mikrobiota služi kao važna odbrana prve linije od napada patogena. Zauzimanjem staničnih veznih mjesta i konkurencijom za dostupne hranjive tvari, rezidentna mikrobiota sprječava kritične rane korake vezivanja i širenja patogena koji su potrebni za uspostavu infekcije. Na primjer, u vagini se članovi rezidentne mikrobiote natječu s oportunističkim patogenima poput kvasca Candida. Ovo takmičenje sprečava infekcije ograničavanjem dostupnosti hranljivih materija, čime se inhibira rast Candida, držeći stanovništvo pod kontrolom. Slična nadmetanja se javljaju između mikrobiote i potencijalnih patogena na koži, u gornjim respiratornim putevima i u gastrointestinalnom traktu. Rezidentna mikrobiota takođe doprinosi hemijskoj odbrani urođene nespecifične odbrane domaćina.

Važnost normalne mikrobiote u odbrani domaćina naglašena je povećanom osjetljivošću na zarazne bolesti kada se mikrobiota poremeti ili eliminira. Liječenje antibioticima može značajno iscrpiti normalnu mikrobiotu gastrointestinalnog trakta, pružajući prednost patogenim bakterijama da se koloniziraju i uzrokuju infekciju proljeva. U slučaju proljeva uzrokovanog Clostridium difficile, infekcija može biti teška i potencijalno smrtonosna. Jedna strategija za lečenje C. difficile infekcija je fekalna transplantacija, koja uključuje prijenos fekalnog materijala od davatelja (testiran na moguće patogene) u crijeva pacijenta primatelja kao metoda obnavljanja normalne mikrobiote i suzbijanje C. difficile infekcije.

Tablica ( PageIndex <3> ) daje sažetak fizičke odbrane o kojoj se govori u ovom odjeljku.

Tabela (PageIndex<3>): Fizička odbrana nespecifičnog urođenog imuniteta


Kako se kaže "Bismillah" kada se kokoši klanja savremenim mehaničkim uređajima?

Davanje životinji strujnog udara prije klanja može ubiti životinju ako je napon visok, ili može izgubiti svijest, a da je ne ubije, ako je napon nizak ili umjeren.

Ako ga ubije, nije ga dozvoljeno jesti jer je to "mrtvo meso" (životinja koja nije zakoljena na odgovarajući način) prema konsenzusu fukahe. Ako ga ne ubije, a odmah nakon toga se zakolje na odgovarajući šerijatski način, tada je halaal i dozvoljeno ga je jesti.

Dr.Muhammed al-Ashqar, neka ga Allah sačuva, je rekao:

Ako je strujni udar bio smrtonosan, onda je životinja poput one koja je “prebijena do smrti” (i stoga haram, kao što je spomenuto u Al-Maa’idah 5:3). Ako je zbog toga izgubila svijest a da je nije ubila, a životinja je nakon toga zaklana na pravilan šerijatski način, onda je to halaal. Ako nije zaklano kako treba, ali je oguljeno i isječeno a da nije zaklano, onda nije halaal.

Završni citat iz Majallat Majma‘ al-Fiqh al-Islamija. Izdanje br. 10, vol. 1, str. 339

Islamsko vijeće za fikh (Majma al-Fikh al-Islami) smatra da nije dopušteno davati kokošima električne šokove prije klanja, jer je iskustvo pokazalo da to dovodi do smrti znatnog broja njih.

U izjavi Islamskog fikhskog vijeća, izdatoj tokom njegove desete konferencije u Džedi u Kraljevini Saudijskoj Arabiji u periodu 23-28 safara 1418. hidžretske 28. juna-3. jula 1997. godine, stoji sljedeće:

Životinje koje su nakon omamljivanja zaklane na pravilan šerijatski način su halaal i mogu se jesti ako su ispunjeni tehnički uslovi koji potvrđuju da životinja nije bila mrtva prije nego što je zaklana. Stručnjaci su ih trenutno definirali na sljedeći način:

1.Elektrode treba postaviti na sljepoočnice ili na čelo i potiljak

2. Napon bi trebao biti između 100 i 400 volti

3. Struja bi trebala biti između 0,75 i 1 ampera za ovce, između 2 i 2,5 ampera za goveda.

4. Električnu struju treba primijeniti između 3 i 6 sekundi.

(c) nije dopušteno omamiti životinju koja je namijenjena za klanje upotrebom pištolja ili pištolja u zarobljeništvu, ili plinovima.

(d) Nije dopušteno omamljivanje pilića električnim udarom, jer je iskustvo pokazalo da to dovodi do smrti znatnog broja njih prije klanja.

(e) Nije haram jesti životinje koje su propisno zaklane nakon omamljivanja upotrebom mješavine ugljičnog dioksida i zraka ili kisika, ili upotrebom pištolja koji ne prodire, što ne dovodi do smrti životinje prije nje je pravilno zaklan. Kraj citata.

Dr. Muhammad al-Hawaari je izjavio da omamljivanje pilića strujnim udarom dovodi do zastoja srca u 90% slučajeva i do smrti u 10%.

Vidjeti Majallat Majma al-Fikh al-Islami, br. 10, vol. 1, str. 411, 583

Na osnovu toga, morate pogledati električni udar o kojem ste pitali. Ako će to dovesti, kako je Vijeće rekao, do uginuća značajnog broja pilića koji nisu odvojeni od živih pilića, onda ih nije dozvoljeno ubijati strujom. Ali ako električni udar koristi niski napon koji ne dovodi do toga, klanje je halaal.

Reći "Bismillah" je uslov klanja da bude halaal, i ne odriče se se u slučaju zaborava ili neznanja, prema ispravnijem naučnom gledištu. Vidi odgovor na pitanje br. 85669.

Osnovni princip u odnosu na izgovaranje “Bismille” je da se to mora učiniti za svaku pojedinu životinju s namjerom da se zakolje na odgovarajući način.

No, u slučaju mehaničkih uređaja koji kolju veliki broj pilića u kratkom vremenskom periodu, učenjaci su se razlikovali u pogledu načina izgovaranja "Bismille" koji je bitan za klanje koje je halaal. Postoji nekoliko mišljenja:

1.Da je dovoljno da osoba koja upravlja mašinom jednom kaže „Bismillah“ ako zakolje određeni broj pilića u jednom neprekidnom vremenskom periodu. Ovo je navedeno u fetvama koje je izdao Stalni komitet i u saopćenju Islamskog fikhskog vijeća.

2. Da je dovoljno da "Bismillah" jednom izgovori osoba koja upravlja mašinom, pod uslovom da su određene kokoške koje će zaklati ispred njega, kao da su poredane na pokretnoj traci i slično. Ovo je navedeno u fetvama koje je izdao šejh Ibn 'Usejmin (neka mu se Allah smiluje).

3. Izgovaranje „Bismillah“ pri korištenju ovih mašina nije moguće, stoga nije dopušteno koristiti ove mašine za halaal klanje.

Ispravniji stav je prvi, iz sljedećih razloga:

U Fataawa al-Lajnah ad-Daa’imah stoji:

Koja je presuda o mehaničkom klanju, u kojem se na desetine pilića istovremeno ubija mašinama, izgovarajući samo jednom "Bismillah"? Ako osoba ručno kolje veliki broj pilića, je li prihvatljivo da samo jednom kaže „Bismillah“ ili to mora reći za svako pojedinačno?

Prvo: dozvoljeno je klanje pomoću savremenih mašina pod uslovom da su (oštrice) oštre i da su jednjak i dušnik prerezani.

Drugo: ako mašina zakolje određeni broj pilića u istom kontinuiranom vremenskom periodu, prihvatljivo je da osoba koja upravlja mašinom jednom kaže „Bismillah“ kada počne s radom s namjerom klanja, sve dok osoba mašinom upravlja musliman ili kitaabi (židovski ili kršćanski).

Treće: ako osoba kolje ručno, mora reći „Bismillah“ posebno za svako pile koje zakolje, jer je svako pile zaseban entitet.

Četvrto: Klanje se mora obaviti u klanici, a dušnik i dvije vene, ili jedna od njih, moraju se presjeći.

Bakr Abu Zayd, Saalih al-Fawzaan, 'Abdullah ibn Ghadyaan,' Abd al-'Azeez ibn 'Abdullah Aal Ash-Shaykh

Završni citat iz Fataawa al-Lajnah ad-Daa’imah, 22/463

Takođe piše (22/462): da li je dozvoljeno reći "Bismillah" kada upravljate mašinom koja radi jedan ponovljeni pokret. Imajte na umu da se podrazumijeva da se samo jednom kaže „Bismillah“ pri pokretanju mašine za klanje.

Odgovor: prihvatljivo je da osoba koja upravlja mašinom jednom prilikom uključivanja izgovori "Bismillah" za određeni broj (kokošaka) u namjeri da ih zakolje, sve dok je onaj koji njome upravlja musliman ili Jevrejin ili hrišćanin.

'Abdullah ibn Ghadyaan,' Abd ar-Razaaq 'Afeefi,' Abd al-'Azeez ibn 'Abdullah ibn Baaz. Kraj citata.

U gore citiranoj izjavi Islamskog fikhskog vijeća kaže se:

8. Osnovno načelo je da se klanje peradi i drugih životinja vrši ručno, ali nema ništa loše u korištenju mehaničkih uređaja za klanje peradi sve dok su ispunjeni uvjeti šerijatskog klanja navedeni u stavku 2. Prihvatljivo je reći „Bismillah“ jednom za svaku seriju koja će se zaklati u kontinuiranoj sesiji, ali ako je došlo do prekida, mora se ponoviti „Bismillah“. Kraj citata.

Ali u saopštenju Vijeća nije precizirano da izgovaranje “Bismillah” mora doći od onoga ko upravlja mašinom.

Dr. Muhammad Sulaymaan al-Ashqar je rekao: Izgovaranje "Bismillah" u slučaju velikog broja, ako ih treba zaklati ručno na islamski način, može biti iscrpljujuće za klanjača. Na primjer, ako osoba ima zadatak da zakolje 1200 pilića na sat po stopi od jedne kokoši svake tri sekunde, tada bi morala izgovoriti „Bismillah wa Allahu ekber“ 1200 puta u satu, što bi bilo iscrpljujuće i vrlo teško, i takve opterećujuće poteškoće treba izbjeći u islamu jer Allah, dž.š., kaže (tumačenje značenja): "i nije vam stavio vjeru na teškoće" [al-Hadž 22:78].

Stoga je Vijeće za fetve u Kuvajtu, čiji sam član bio u vrijeme kada je ova fetva izdata, navelo da je prilikom klanja većeg broja živine dovoljno reći "Bismillah" nad njima jednom, na početku, ako je zadatak nastaviti kontinuirano bez zaustavljanja. Ako iz nekog razloga dođe do pauze, tada klanič mora za ostatak ponovo reći „Bismillah“.

Završni citat iz Majallat Majma‘ al-Fiqh al-Islami, broj br. 10, vol. 1, str. 346.

Šejhu Ibn 'Usejminu, Allah mu se smilovao, postavljeno je sljedeće pitanje:

Otišao sam u posjet Nacionalnoj peradarskoj farmi i vidio sam kako kolju kokoši na početku suspendiraju piliće tako da se ne mogu kretati, a zatim prelaze preko klaonice koja ih kolje bez riječi "Bismillah". Pitao sam: Zašto ne kažeš “Bismillah”? Rekao je: Zato što kažem “Bismillah” kada uđem, a ne mogu to reći za petsto hiljada kokošaka. Pa kad počnem, kažem: “Bismillah, Allahu ekber”, i to je dovoljno. Rekao sam, koga si pitao? Rekao je: Učenjaci su mi dali fetvu u tom smislu i dozvolili.

Ne znam, šejhe, da li je ova radnja dozvoljena?

On je odgovorio: Neophodno je reći "Bismillah" nad nečim konkretnim, bilo da je to jedno ili više njih. Na primjer, ako poređa hiljadu pilića, onda kada pali mašinu kaže, "Bismillah", to je dovoljno. Zatim, ako postroji još hiljadu pilića, na primjer, i pokrene stroj, a noževi se počnu kretati, dovoljno je da kaže "Bismillah" za ovu seriju. A ako se za njega sprema još jedna grupa, treba da kaže “Bismillah” za to.

Ispitivač: On kaže: “Kažem 'Bismillah' jednom i to je dovoljno”?

Šejh: Mislite dok se mašina ne zaustavi? Ne, to nije dopušteno, jer se "Bismillah" mora reći preko nečeg konkretnog.

Ispitivač: Još jedno pitanje, o šejh. Posjetili smo i farme Astra u Tabooku, gdje su klali prepelice. Šta oni rade? Objesili su ove ptice, nakon što su ih objesili, prelaze preko mašine koja prska vodu po pticama i donekle ih omamljuje, zatim prelaze preko nečeg poput zida na kojem je napisano: "Bismillah Allahu ekber", pa odlaze mašini koja im seče glave. Odgovorna osoba je rekla da je to prihvatljivo. Je li prihvatljivo da se upišu riječi "Bismillah ve Allah ekber"?

Šejh: Sve je to neznanje i sada ti, Allah te blagoslovio, moraš prijaviti šta ste vi i vaša braća vidjeli u potpisanoj izjavi i poslati je Dar al-Ifta'u, i reći im kada ste to vidjeli, da li je to je bilo ove godine ili prije nekoliko godina, tako da možete izvršiti svoju dužnost po ovom pitanju.

Ispitivač: O šejhi, kažu da im je grupa šejhova dala fetvu dopuštajući to.

Šejh: Ne, neki šejhovi su izdali fetvu govoreći nešto drugo osim ovoga. Možda je izdao fetvu govoreći ono što sam rekao, a to je da on može prikupiti seriju i zatim uključiti mašinu za ovu seriju, čak i ako ne kaže "Bismillah" za svaku pojedinu pticu. Sličan je slučaj kada vidi jato ptica i upuca ih i kaže "Bismillah", a dvadeset ptica padne - u tom slučaju su halaal.

Ono što se čini najvjerovatnijim slučajem, a Allah najbolje zna, jeste da ono što je šejh (Allah mu se smilovao) spomenuo o izgovaranju "Bismillah" za svaku konkretnu grupu ptica koje se zakolju, nije bitno, jer izgovoriti "Bismillah ”Jednom u ovom slučaju analogno je onome što se radi pri lovu. Prilikom lova nije bitno reći "Bismillah" za svaku konkretnu metu, nego je "Bismillah" povezano s oružjem. Dakle, ako je osoba rekla "Bismillah" nad svojim oružjem u namjeri lova, a uhvati nešto osim onoga na što je ciljala, to je i dalje halaal.

Ovdje ćemo citirati neke korisne riječi od šejha Muhammeda Taqija al-'Uthmaanija (neka ga Allah sačuva) koje potvrđuju ono što smo gore rekli o principu da "Bismillu" treba reći nad određenom životinjom (ili serijom) i da " Bismillah” samo jednom od strane osobe koja upravlja mašinom je svojevrsni ustupak koji se razlikuje od osnovnog principa, po analogiji sa onim što se radi u lovu. On objašnjava da nema smisla da neko stoji pored mašine i kaže „Bismillah“ dok njome zapravo ne upravlja.

Rekao je (Allah mu se smilovao):

Što se tiče izgovaranja "Bismillah", vrlo je teško koristiti ovu metodu. Prvi problem je identificirati ko vrši klanje, jer je izgovaranje “Bismille” obavezno na klaonici u tolikoj mjeri da ako čovjek kaže “Bismillah”, tada drugi čovjek klanje, to nije dopušteno. Dakle, pitanje je: ko je klanac u slučaju ove mašine? Mogli bismo reći da se onaj koji prvi pokreće mašinu smatra klaonicom, jer se funkcija mašine može pripisati samo onoj koja njome upravlja, jer mašine nisu živa bića kojima se mogu pripisati radnje. Dakle, radnja se pripisuje onome ko ih koristi, a on postaje izvršilac pomoću mašine. Ali ovde je problem u tome što osoba koja koristi mašinu na početku dana, na primer, samo je jednom pokrene, zatim mašina nastavlja da radi tokom radnog vremena, a ponekad radi i dvadeset četiri sata, režući vratove hiljadama pilića. Dakle, ako je osoba koja ga je uključila na početku dana samo jednom rekla „Bismillah“, je li taj pojedinačni izgovor „Bismille“ dovoljan za hiljade pilića koji se kolju tokom dana nakon uključivanja mašine? Očigledno značenje kur'anskog teksta (tumačenje značenja) “Ne jedite (o vjernici) ono (meso) na kojem nije izgovoreno Allahovo ime” (al-An'aam 6:121) ukazuje da svaka životinja trebalo bi odvojeno izgovarati Allahovo ime i odmah nakon toga zaklati. Iz ovoga proizilaze odredbe fukahe koje ukazuju na to da se Allahovo ime mora spominjati nad svakom životinjom ili za svaku radnju.

Ove fraze sam spomenuo u svom istraživanju i iz njih sam zaključio da većina imama koji propisuje da se Allahovo ime treba izgovoriti u vrijeme klanja, navodi da se to izgovara nad određenom životinjom, i to na vrijeme klanja, i ne smije biti značajnog intervala između izgovaranja Allahovog imena i čina klanja. Ovi uslovi nisu ispunjeni u metodi opisanoj u slučaju mašina. Ako onaj ko ga uključi prvi put kaže "Bismillah" jednom, to znači da nije rekao "Bismillah" preko određene životinje, a između njegovog izgovaranja "Bismillah" i njegovog klanja hiljada pilića može biti duga interval koji može trajati cijeli dan ili dva dana. Čini se da je slučaj da ovaj jedini izraz "Bismillah" nije dovoljan za klanje svih ovih životinja.

Onda sam vidio neke klaonice u Kanadi, gdje imaju čovjeka koji stoji pored rotirajućih noževa i neprestano govori: “Bismillah Allahu ekbar”. I pomislio sam: s obzirom na njegovu izreku “Bismillah” koja ima bilo kakvu težinu u šerijatskom smislu postoje sljedeći problemi:

1. Riječ "Bismillah" trebao bi izgovoriti klaničar, a ovaj čovjek koji stoji pored rotirajućeg noža nema nikakve veze s procesom klanja, ne upravlja mašinom niti okreće nož, a pilići mu se ne približavaju. On je radije čovjek koji je potpuno odvojen od procesa klanja i njegovo izgovaranje Allahovog imena ne dolazi od klaonice.

2. Određeni broj pilića dolazi do rotacionog noža za nekoliko sekundi. Ovaj čovjek koji tu stoji ne može izgovoriti Allahovo ime nad svakom od ovih pilića bez intervala.

3. Ovaj čovjek koji stoji je čovjek, on nije automatska mašina. Dakle, on ne može učiniti ništa osim da kaže “Bismillah”. Možda će morati učiniti stvari koje će ga odvratiti od izgovora „Bismillah“, a tokom toga će desetine pilića proći kroz rotirajući nož.

Postoji još jedna zabrinutost koju treba primijetiti u vezi sa temom izgovaranja "Bismillah" nad mašinama, što je povlačenje analogije između uključivanja mašine i puštanja lovačkog psa. Nije obavezno reći "Bismillah" kada životinja plijen ugine, već se mora reći kada puštate psa, a može postojati duži interval između puštanja psa i smrti plijena, a lovački pas može ubiti nekoliko životinja nakon što su jednom puštene. Stoga se čini da je izgovaranje „Bismille“ jednom dovoljno da se svi oni smatraju halaalima. Ibn Kudama, Allah mu se smilovao, je rekao: Ako lovac kaže "Bismillah" nad jednim plijenom (kada pušta svog psa), a zatim uhvati drugog, to je halaal, a ako kaže "Bismillah" preko jedne strijele i odapeo onda uzme drugu i ispali (bez riječi “Bismillah”), ono što njome uhvati (druga strijela) nije halaal.

Ono što smo gore spomenuli ima veze sa nužnošću, a u pitanju o kojem se raspravlja, nema potrebe. Međutim, ako pomislimo na potrebu da se proizvede velika količina u kratkom vremenu, što je posljedica povećanog stanovništva i porasta broja potrošača, malog broja klaonica, te činjenice da je šeriat odustao od uvjeta preciziranja plijena u slučaju lova jer je pretežak, kako je rekao Ibn Kudaamah (Allah mu se smilovao), a u takvim slučajevima šerijat dopušta ustupke za izbjegavanje teškoća, u tom slučaju možemo uporediti pitanje raspravlja se o pitanju nužnosti (kao u slučaju lova) u pogledu spominjanja Allahovog imena, kako bi se izbjegle teškoće i ljudima olakšalo. Međutim, nisam sasvim siguran u ovaj zaključak, ali sam ga htio iznijeti na raspravu učenjacima kako bi o tome odlučili, a do sada nisam izdao nikakvu fetvu na toj osnovi, posebno kada imamo odgovarajuću alternativu okretni nož koji će zadovoljiti sve proizvodne potrebe u isto vrijeme. Ta je alternativa ukloniti okretni nož iz stroja i zamijeniti ga sa četiri muškarca muslimana koji bi mogli naizmjence presjecati grla pilićima, spominjući Allahovo ime, svaki put kad viseći pilići prođu pored njih.

To je nešto što sam predložio velikoj klaonici na ostrvu Reunion, i oni su to uradili. Iskustvo pokazuje da to nimalo nije smanjilo stopu proizvodnje, jer su ti ljudi prerezali grla kokošaka u istom vremenskom roku kao i rotirajućim nožem.

Završni citat iz šejha Muhammeda Taqija al-‘Uthmaanija, Majallat Majme ‘al-Fiqh al-Islami, br. 10, vol. 1, str. 541-544

1.Mora se izbjegavati omamljivanje pilića strujnim udarom i nije dozvoljeno da organizacija koja nadzire klanje to dozvoli osim ako ne može biti sigurna da to neće dovesti do ubijanja nijedne kokoši.

2. Dovoljno je da rukovatelj strojem kaže "Bismillah" pri uključivanju, a to se mora ponoviti nakon svake pauze.

3. Nema smisla da petorica muškaraca pored mašine izgovore „Bismillah“, već je ovo gubljenje vremena koje treba zaustaviti.

4. Organizacije koje nadziru islamsko klanje moraju obratiti pažnju na uslove i bitne smjernice po tom pitanju, a ne biti nemarni u njihovoj primjeni. I treba da pokušaju da organizuju da se klanje obavlja ručno umjesto mašinama, u skladu sa sugestijom šejha Muhameda Takija al-'Uthmaania. To je kako bi se uklonili problemi povezani s električnim udarom i izgovaranjem „Bismillah“, te kako bi se izbjegla mogućnost da se klanje nekih pilića izvrši na neprikladan način prilikom prelaska preko rotirajućeg noža, zbog razlika u veličini među pilićima. Ovo je problem na koji su ukazivali neki istraživači.


Pogledajte video: Top 7: Najludjih Borbi Zivotinja Uhvacenih Na Kameri (Decembar 2022).