Fisikak Medikuntzaren zailtasunak gainditzen lagun dezake?

Fernando Plazola

Badirudi Fisika eta Medikuntza, elkarrengandik oso urrun daudela, bi zientzia esparru hauek oso desberdinak baitira. Hala ere, Medikuntzako Nobel sariak arakatzen baditugu, ohartuko gara Medikuntzako Nobel saria jaso dutela fisikako metodologian oinarrituriko medikuek edota fisikariek beraiek ere.

Izan ere, arlo honetako Medikuntzako Nobel saria lortu zuen lehena, Allvar Gullstrand suediarra, 1910 eta 1911 urteetan Fisikako Nobel saria hartzeko hautagai ere izendatu zen. 1911. urtean, Fisikako Nobel Batzordeak, Gullstrand batzordeko parte zelarik, iradoki zuen Fisikako Nobel saria Gullstrandentzat berarentzat izan behar zuela. Aldi berean, Medikuntzako Nobel Batzordea ere bere izena Medikuntzako Nobel sarirako kontuan hartzen ari zen. Fisikako Nobel sariari uko egin zion, aipaturiko Medikuntzakoa hartzeko.

Gullstrand da Nobel Sari bat ukatu eta beste bat onartu duen zientzialari bakarra. Gutxitan ukatu da Nobel Sari bat; 3 sarituk ukatu dute Nobel Saria soilik: Literaturako Nobel saria Boris L. Pasterna errusiarrak 1958ean, Jean-Paul Sartre idazle frantsesak 1964ean, eta Pakearen Nobel saria Le Duc Tho Vietnamdarrak 1973an.

Azpimarratzekoa da 1921ean, Fisikako Nobel sariaren Batzordeko partaidea zelarik, Albert Einsteinek batzordetik bertatik alde egin zuela Fisikan Nobel saria erlatibitate orokorraren teoriarengatik ez jasotzeko. Izan ere, Gunllstrandek erlatibitatearen teoria okertzat jotzen zuen.

1. Irudia: 1911ko Medikuntzako Nobel sariduna, Allver Gullstrand. (Argazkia: Wikipedia – domeinu publiko argazkia)

Allvar Gullstrand Suediarrak 1911n Medikuntzako Nobel saria jaso zuen, argiaren begi barneko ingurunean zeharreko errefrakzioa matematika arloan ikertzeagatik. Hau fisikaren metodologian oinarrituriko ikerketa ez bada, zer ote da bestela?! Izan ere, 1914ean, Nobel Saria jaso eta handik 3 urtera, oftalmologiako kirurgia utzi eta tresna optikoei buruzko ikerketetara bideratu zuen bere lana. Egun, oftalmologian erabiltzen diren hainbat tresna berak diseinatutakoak dira, adibidez okulista guztien mahai gainean dagoen biomikroskopioa.

2. irudia: Biomikroskopia.

11 urte igaro behar izan ziren fisikaren metodologiarekin loturiko ikerketa bati Medikuntzako Nobel saria berriro eman arte. Muskuluak lanean jartzean gertatzen diren tenperatura aldaketei buruz egindako ikerketekin lotua. Hain zuzen ere, Archibald Vivian Hill matematikan lizentziaturiko ingelesak jaso zuen. Izan ere, teknika oso doiak garatu behar izan zituen 0.003ºC mailako tenperatura-aldaketa txikiak segundo ehunen ordenako denboretan neurtu ahal izateko. Archibald V. Hillek, era berean, nerbio-inpultsuak igarotzean eragindako bero-sorrera fenomenoa aurkitu zuen eta bere ikerketek gogotsu indartu zuten biofisikaren esparrua. Esan ohi da berari esker gertatu dela biofisikaren hedapen zabala.

1924ean gailu baten aurkikuntzari eman zioten Medikuntzako Nobel saria, elektrokardiogramaren mekanismoaren aurkikuntza egin zuen Willem Einthoven mediku holandarrari hain zuzen. Elektrokardiograma baten bidez, bihotzaren aktibitate elektrikoa denboran zehar grafikoki adierazten da. Gaur egun, oso garrantzitsua da bihotz-zainen gaixotasunak eta alterazio metabolikoak diagnostikatzeko. Jakina denez, elektrokardiograma bat egiteko, gizakiaren bularraldean 10 elektrodo kokatzen dira, belkro-zintekin eutsiak eta kableen bidez aparatuari lotuak; horrelaxe neurtzen dira elektrodoen arteko tentsioak. Era bakun batean esan daiteke deribazio bakoitza bihotzaren aktibitate elektrikoaren “argazki” bat dela, angelu desberdin batetik hartua.

3. irudia: Elektrokardiograma lortzeko era eta bihotzaren aktibitate elektrikoaren “irudiak”

1946. urtera arte Fisikarekin loturiko Medikuntzako Nobel sariak, optika, termodinamika eta seinale elektrikoekin zerikusia dute loturik daude, baina 1946an erradiazio ionizatzaileak, hau da, X izpiak erabili ziren mutazioak eragiteko. Izan ere, Estatu Batuetako Hermann Joseph Muller genetistak Nobel Saria jaso zuen X izpien erradiazioa erabiliz mutazioak sor daitezkeela aurkitzeagatik.

Segidan aipatuko dudan Nobel sarian ere, X izpiak funtsezkoak izan ziren, baina kasu honetan mutazioak sortzeko erabili beharrean, uhinak diren X izpien difrakzioaren bidez molekulen egiturak aurkitzeko erabili ziren. Francis Harry Compton Crick fisikari ingelesari, James Dewey Watson biologo estatubatuarrari eta Maurice Wilkins Zelanda Berriko fisikariari eman zieten 1962. urteko Medikuntzako Nobel saria, bizi-materiaren informazio-transferentziarako oso garrantzi handikoa den azido desoxirribonukleikoen (DNA) molekula-egitura aurkitzeagatik.

Rosalind Elsie Franklin kimikari ingelesak, X izpien difrakzioaren irudietatik abiatuta DNAren egitura bikoitza deskribatu zuten, Wilkinsekin elkarlanean. Hori izango zen geroago Watsonek eta Crickek deskribatuko zutenaren oinarri. Helize bikoitzeko DNA molekularen egiturak aukera eman zion munduari bizitzaren sekretu guztiak ulertzeko.

Lurrean dagoen bizitza osoa, bakterio txikienetik gizakiraino, DNAn oinarrituta dago. Aurkikuntza horri esker, 1962ko Medikuntzako Nobel saria eman zieten 3 gizon zientzialari horiei; Rosalind Franklin zientzialariaren ekarpena funtsezkoa izan zen arren. Izan ere, berak diseinatu eta gauzatu zituen X izpien difrakzioko esperimentuak, eta hori gabe, ez zuten helize bikoitza deszifratzeko aukerarik izango baina ez zuen Nobel saria jaso, jadanik hilda zegoelako.

4. irudia: Rosalind Elsie Franklin zientzialaria eta “Photo 51”. 1951. urtean Rosalind Franklinek eta Raymond Goslingek egin zuten DNA molekularen X izpien difrakzioaren irudia.

Rosalind Franklinek eginiko difraktogramak nolatan heldu ziren Watsonen eta Cricken eskuetara? Halaber, Watsonek Rosalindi buruz esandakoak oso argigarriak izan daitezke. Emakume zientzialari askok jasaten duten diskriminazioaren isla argia dira. Kontua nahiko izango litzateke artikulu oso bat idazteko, baina ez da hori artikulu honen helburua.

Fisikan oinarritutako loturiko Medikuntzako hurrengo bi Nobel sariak egun erietxe handi gehienetan erabiltzen diren tresnekin loturik daude. Lehena, 1979koa, Tomografia Axial Konputerizatuari dagokio, edo hobeto esanda, eskanerra edo TAC tresnari. Berau garatzeagatik eman zieten saria Allan McLeod Cormack fisikari hegoafrikarrari eta Godfrey Newbold Hounsfield ingeniari elektroniko ingelesari. TACen aurkikuntzak mundu osoko medikuntza-diagnostikoa irauli zuen, tumoreen detekziorako eta lokalizaziorako aurrerapen ikaragarria ekarri baitu. Izan ere, medikuei giza gorputzaren barrualdea hiru dimentsioan ikusteko aukera ematen diete. Godfreyk New York Times egunkarian 1973an egin zioten elkarrizketa batean honako hau esan zuen: oso aurrerapen handia izan zen, ikusi baitzuten X izpien informazioaren % 100 atera zitekeela angelu askotatik objektuak eskaneatuta.

X izpien bidez gorputzaren barnean lortutako irudietan oinarritutako diagnostikoa XX. mendearen hasieratik erabili izan da. Hala ere, erradiografia klasikoek ez dute erliebea behatzen uzten edo X izpiak zeharkatzen dituzten ehunak argi eta garbi bereizten. Eskanerrak oker horiek konpontzen ditu, X izpien irudi kopuru oso handia atereaz (bai segidan gailua bira eraziz, bai aldi berean hainbat igorle eta detektagailuren bidez).

5. irudia: Allan McLeod Cormack eta Godfrey Newbold Hounsfield, 1979ko Medikuntzako Nobel saridunak eta TAC/Eskaner tresna.

2003an, Peter Mansfield fisikari britainiarrak eta Paul Christian Lauterbur kimikari estatubatuarrak jaso zuten Medikuntzako Nobel saria, erresonantzia magnetiko nuklearraren irudietarako tresna asmatu eta garatzeagatik, hau da, Erietxetako Erresonantzia magnetikoa (erresonantzia) edo erresonantzia magnetikoaren irudia (MRI) esan ohi duguna asmatzeagatik.

Atomoen nukleoak eremu magnetiko indartsu batean kokatzen baditugu, nukleoek eremu magnetiko horren inguruan biratuko dute maiztasun jakin batekin, eremu horren balioaren proportzionala den maiztasun batekin hain zuzen.

Nukleoen energia handitu daiteke (kitzikapen nuklearra), biraketaren maiztasun bera duten irrati-uhinak xurgatzen badituzte. Prozesu honi erresonantzia nuklearra deitzen zaio. Deskitzikatzen direnean, hau da, jatorrizko edo oinarrizko egoerara itzultzen direnean, nukleoek irrati-uhinak igortzen dituzte, eta haien bidez identifikatzen dira nukleo jakin horiek.

Fenomeno hori 1946an aurkitu zuten Felix Bloch eta Edward Mills Purcell estatubatuarrek hidrogeno atomoen nukleoetarako, hots, protoietarako; horregatik jaso zuten Fisikako Nobel saria 1952an. Horrez gain, kimikako beste bi Nobel sari lortu dira fenomeno horri esker. 1991. urtean Suitzako Richard Enrsti Nobel saria eman zioten, “erresonantzia magnetiko nuklearreko espektroskopia handiko bereizmenaren metodologiaren garapenean egindako ekarpenagatik”; 2002an Kurt Wüthrichi eman zitzaion, hau ere suitzarra, “erresonantzia magnetikoaren espektroskopia, makromolekula biologikoen hiru dimentsioko egitura zehazteko konponbidea garatzeagatik”.

6. irudia: 2003ko Medikuntzako Nobel saridunak, Paul Christian Lauterbur eta Peter Mansfield.

Beraz, aurreko prozedura erabilita irrati-uhinen detekzioak hidrogenoa topatzeko aukera ematen digu eta ez hori bakarrik, hidrogeno kopurua ere zehaztu daiteke bolumen unitateko. Ur molekula hidrogeno eta oxigeno atomoez osatuta dago. Beraz, ur molekulak hidrogenoa duenez, urak hidrogenoaren erresonantzia magnetikoari erantzuten dio. Giza gorputzaren pisuaren bi heren inguru ura da eta ur kopuru handi honek azaltzen du zergatik diren erresonantzia magnetikoko irudiak medikuntzan hain baliagarriak. Nukleoetako oszilazioen desberdintasun txikiak antzeman eta prozesamendua informatiza daiteke eta horrela ikertu den gorputz-arloaren ehun eta organoen irudi zehatzak sor daitezke. Era horretan, aldaketa patologikoak dokumenta daitezke.

7. irudia: Hainbat bidetatik lortutako MRI adibideak: T1 ponderazioa (spin-sarea), T2 ponderazioa (spin-spin) eta PD (protoi-dentsitate) ponderazioa.

MRI oso abantailatsua da, oso segurua delako eta kalterik sortzen ez duelako. Hala ere, protesi magnetiko bat duten pazienteak edo taupada-markagailu bat daramatenak ezin dira MRIren bidez aztertu, eta bestalde, klaustrofobia pairatzen duten pazienteek eragozpenak eragin ditzakete esplorazioan.

Gaur egun, gorputzaren organo ia guztiak aztertzeko MRI erabiltzen da. Teknika bereziki baliotsua da garunaren eta bizkarrezurreko medularen irudi xeheak lortzeko. Garuneko trastorno ia guztiek alterazioak eragiten dituzte uraren edukian, eta hori oso ondo irudikatzen da MRI irudietan. Uraren edukia % 1etik beherako aldaketa nahikoa da aldaketa patologikoa antzemateko. Hala eta guztiz ere, MRI-ekipamendua oso garestia da, oso handia, eta oso astuna; eremu magnetiko altuak behar ditu (gutxienez Tesla baten ordenakoa, Lurraren eremu magnetikoarekin alderatuz 10.000 aldiz handiagoa), eta horrexegatik kokatzen dira ospitale handietako erresonantzia-geletan.

MRI eramangarriak garatzea abantaila gehigarri bat izango litzateke, eta horrek ahalbidetuko luke larrialdi-geletan, anbulatorioetan eta medikalizatutako anbulantzietan erabilita, medikuntza zerbitzua hobetzea. Zientzia eta Teknologia Fakultatea tresna eramangarrien garapena lantzen ari da, eta aipatutako ekipoaren lehen prototipoa lortzekotan dabiltza.

Gaur egun, minbiziaren aurkako terapia berri bat (hipertermia magnetikoa) garatzen ari dira Zientzia eta Teknologia Fakultateko Fisika eta Kimikako ikertzaileak, Medikuntza Fakultateko ikertzaileak eta Galdakaoko Ospitaleko medikuntza klinikoko ikertzaileak. Terapia berri honek honako urrats hauek eskatzen ditu: 1) nanopartikula magnetiko egokiak sintetizatu behar ditu; 2) nanopartikulak inokulatu behar dira tumorean ondo koka daitezen; 3) irrati-maiztasuneko tresna elektromagnetiko bat garatu behar da; tresna horrek, abian jartzen denean, ahalmena izan beharko du nanopartikula magnetikoek nahiko bero askatuta tumoreen erretzea eragiteko

Terapia hau erabat garatzen denean, posible izango da inguruko ehun osasuntsuari kalterik eragin gabe minbizi-zelulak “erretzea”. Terapia hori gauzatzen bada, sortuko dituen bigarren mailako efektuak erradioterapiak eta kimioterapiak sortzen dituenak baino askoz txikiagoak izango dira eta halaber, askoz merkeagoa izango da prozedura.

Gehiago jakiteko:

  • Ravin, James G. (1999). Gullstrand, Einstein, and the Nobel Prize. MD Arch Ophthalmol. 117(5):670-672. DOI:10.1001/archopht.117.5.670
  • Angulo, Eduardo (2014). El caso de Rosalind Franklin. Mujeres con Ciencia.
  • Alonso-Valdesueiro, J. et al., (2018). Design, Construction, and Characterization of a Magic Angle Field Spinning RF Magnet. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, PP(99), 1-10. DOI:10.1109/TIM.2018.2884606
  • Périgo, E.A. et al., (2015). Fundamentals and advances in magnetic hyperthermia. Applied Physics Reviews, 2(4), 041302. DOI:10.1063/1.4935688

———————————————————————————-

Egileaz: Fernando Plazaola Katedraduna da UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Elektrizitate eta Elektronika Sailean.

———————————————————————————-

Eman iritzia

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>