Steady-state water exchange in neural tissue is primarily passive and through the phospholipid bilayer
नवजात चूहों की रीढ़ की हड्डी पर लो-फील्ड, हाई-ग्रेडिएंट डिफ्यूजन एक्सचेंज स्पेक्ट्रोस्कोपी (DEXSY) का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि तंत्रिका ऊतक में स्थिर-अवस्था जल विनिमय मुख्य रूप से एक निष्क्रिय प्रक्रिया है जो सक्रिय परिवहन या आयन चैनलों के बजाय फॉस्फोलिपिड बाइलेयर और ज्यामितीय इंट्रासेल्युलर मार्गों के माध्यम से होती है।
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कल्पना कीजिए कि आपका शरीर एक हलचल भरा शहर है, और हर एक कोशिका एक छोटा, आत्मनिर्भर अपार्टमेंट बिल्डिंग है। इन इमारतों के अंदर, पानी जीवनधारा है, जो सब कुछ सुचारू रूप से चलाने के लिए अंदर और बाहर बहता है। लंबे समय से, वैज्ञानिक एक विशिष्ट रहस्य से उलझे हुए हैं: यह पानी वास्तव में इन कोशिकीय अपार्टमेंट्स की दीवारों को कैसे पार करता है? क्या यह एक निष्क्रिय प्रक्रिया है, जैसे पानी का एक छिद्रपूर्ण स्पंज के माध्यम से रिसना, या यह एक सक्रिय, ऊर्जा-खपत वाला काम है, जैसे गेटों के माध्यम से पानी को धकेलने वाले नन्हे पंपों की एक टीम? यह प्रश्न कोशिकीय जीव विज्ञान और तंत्रिका विज्ञान के केंद्र में स्थित है। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता "MRI" नामक एक विशेष प्रकार के "चुंबकीय कैमरे" का उपयोग करते हैं। हड्डियों या अंगों की तस्वीरें लेने के बजाय, यह कैमरा ट्रैक करता है कि पानी के अणु कैसे हिलते-डुलते हैं और कोशिकाओं के अंदर और बाहर स्थान बदलते हैं। यह मापने के माध्यम से कि यह अदला-बदली कितनी तेजी से होती है, वैज्ञानिक पता लगा सकते हैं कि क्या कोशिकाएं स्वस्थ हैं, क्या वे सूज रही हैं, या क्या उनके आंतरिक "पंप" सही ढंग से काम कर रहे हैं। इस बात को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि जब ये जल प्रवाह गलत हो जाते हैं, तो यह गंभीर मस्तिष्क चोटों या बीमारियों का कारण बन सकता है।
अब, आइए उस विशिष्ट वैज्ञानिक टीम के बारे में जानें कि उन्होंने पानी के इन प्रवाहों के बारे में एक बहुत ही विशेष स्थान में क्या खोजा: नवजात चूहों की रीढ़ की हड्डी (स्पाइनल कॉर्ड)। वे एक लंबे समय से चले आ रहे विवाद को सुलझाना चाहते थे। पिछले कुछ अध्ययनों ने सुझाव दिया था कि पानी केवल कोशिका की दीवारों के पार नहीं तैरता है; इसके बजाय, यह "सक्रिय रूप से चक्रित" (एक्टिवली साइकलिंग) हो सकता है, यानी आयनों (छोटे आवेशित कणों) की सवारी करता है जिन्हें कोशिका की ऊर्जा मशीनों द्वारा पंप किया जा रहा है। यह ऐसा था जैसे यह सोचना कि पानी को एक व्यस्त दरबान द्वारा दरवाजे के माध्यम से ले जाया जा रहा है। हालांकि, यह नया अध्ययन बताता है कि दरबान वास्तव में पानी को नहीं ले जा रहा है। इसके बजाय, पानी ज्यादातर दीवार के माध्यम से खुद ही चुपके से निकल जाता है, निष्क्रिय रूप से, जैसे कोई भूत ईंट के माध्यम से फिसल रहा हो।
शोधकर्ताओं ने एक चतुर तकनीक का उपयोग किया जिसे DEXSY (डिफ्यूजन एक्सचेंज स्पेक्ट्रोस्कोपी) कहा जाता है, जो पानी के अणुओं के लिए एक हाई-स्पीड स्टॉपवॉच की तरह है। उन्होंने जीवित स्पाइनल कॉर्ड ऊतकों में देखा कि पानी कैसे चलता है जबकि वे वातावरण के साथ प्रयोग कर रहे थे। सबसे पहले, उन्होंने कोशिका के ऊर्जा पंपों (उन "दरबानों") को रोकने की कोशिश की, जिसके लिए उन्होंने 'ओउबैन' (ouabain) नामक पदार्थ का उपयोग किया। यदि वास्तव में पंपों को पानी ले जाने की आवश्यकता थी, तो उन्हें रोकने से पानी का प्रवाह रुक जाना चाहिए था। और क्या हुआ? पानी का प्रवाह नाटकीय रूप से धीमा हो गया। लेकिन यहाँ एक मोड़ है: जब पंप रुके, तो कोशिकाएं अत्यधिक भरे हुए गुब्बारों की तरह सूज भी गईं क्योंकि पानी का संतुलन बिगड़ गया था। शोधकर्ताओं को एहसास हुआ कि पानी का धीमा होना इसलिए नहीं था क्योंकि पंप पानी को ले जा रहे थे; बल्कि इसलिए था क्योंकि कोशिकाएं इतनी बड़ी और भीड़भाड़ वाली हो गईं कि पानी को इधर-उधर जाने में कठिनाई होने लगी।
इसे साबित करने के लिए, उन्होंने कोशिकाओं के बाहर के पानी के साथ एक जादू का खेल खेला। उन्होंने नमकीन पानी को एक शर्करा युक्त घोल (शुगरी सॉल्यूशन) से बदल दिया जो कोशिकाओं के अंदर नहीं जा सकता था। इसने कोशिकाओं को सूजने से रोक दिया, भले ही पंप बंद थे। इस परिदृश्य में, पानी का प्रवाह बिल्कुल भी धीमा नहीं हुआ! यह सुझाव देता है कि "सक्रिय जल चक्रण" (एक्टिव वॉटर साइकलिंग) का विचार—यह विचार कि पानी को पंपों के माध्यम से सक्रिय रूप से ले जाया जा रहा है—संभवतः एक भटकाव (रेड हेरिंग) है। पानी को ले जाया नहीं जा रहा है; यह बस विसरण (डिफ्यूजन) कर रहा है।
टीम ने यह भी खोजा कि इस जल विनिमय की गति इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि कोशिकाओं के बाहर कितनी जगह है। जब कोशिकाएं सिकुड़ी हुई होती हैं (क्योंकि बाहर का पानी बहुत नमकीन होता है), तो बाहर खाली स्थान अधिक होता है, और पानी कोशिका झिल्ली के पार तेजी से दौड़ता है। इस तेज गति को शुरू करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिसे वैज्ञानिकों ने "उच्च सक्रियण ऊर्जा" (हाई एक्टिवेशन एनर्जी) के रूप में मापा। यह उच्च ऊर्जा लागत कोशिका झिल्ली के वसायुक्त, तैलीय परत के माध्यम से घुसने की कोशिश करने वाले पानी की एक पहचान है। दूसरी ओर, जब कोशिकाएं सूजी हुई होती हैं और बाहर का स्थान बहुत कम होता है, तो पानी धीरे चलता है। इस धीमी गति की "कम सक्रियण ऊर्जा" होती है, जो पानी के कोशिका के भीतरी भाग में टकराते हुए घूमने के व्यवहार से मेल खाती है।
तो, बड़ी तस्वीर क्या है? यह शोध पत्र सुझाव देता है कि स्वस्थ, स्थिर अवस्था वाले ऊतकों में, जल विनिमय मुख्य रूप से एक निष्क्रिय प्रक्रिया है। यह एक उच्च-ऊर्जा, सक्रिय परिवहन का काम नहीं है। इसके बजाय, यह दो चीजों का मिश्रण है: कोशिका की वसायुक्त दीवारों से फिसलना (जो तब तेजी से होता है जब बाहर जगह होती है) और कोशिका के आंतरिक विभिन्न हिस्सों के बीच घूमना (जो तब धीमा होता है जब कोशिका में भीड़ होती है)। अध्ययन ने यह भी पाया कि इस बात को मापकर कि पानी कितनी तेजी से अदला-बदली करता है, वैज्ञानिक बिना सुई चुभाए ऊतक की "टोनिसिटी" (नमकीन संतुलन) का पता लगा सकते हैं। यह समझने की दिशा में एक बड़ा कदम हो सकता है कि ऊतक चोट या बीमारी के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे एक जटिल जैविक रहस्य को एक चुंबकीय कैमरे के माध्यम से देखने और मापने योग्य बनाया जा सके।
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