Energieerhaltung und das Rätsel der Heilungsrate des Körpers

Wundheilung ist ein äußerst komplexes Phänomen, dem alle Lebewesen erhebliche Ressourcen widmen. Die Frage, wie die Wundheilung möglichst schnell und effizient erfolgen kann, ist also eindeutig wichtig.

Eines der grundlegenden Rätsel ist, warum die Wundheilung so langsam verläuft, wenn Zellen von selbst sehr schnell wachsen. Zum Beispiel können Fibroblastenzellen, die eine wichtige Rolle bei der Wundheilung spielen, ihre Zahl in nur 10 Stunden verdoppeln, wenn sie unter idealen Bedingungen in einer Petrischale gezüchtet werden. Das ist eindeutig viel schneller, als Wunden im Körper heilen; warum der unterschied?

Heute sagen Peter Apell von der Chalmers University of Technology in Schweden und ein paar Freunde, dass sie eine Antwort mit einem eher unkonventionellen Ansatz ausgearbeitet haben. Diese Jungs studieren Wundheilung unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung. Sie fragen, welche grundlegenden Beschränkungen die Gesetze der Physik der Wundheilung auferlegen und welche Einblicke sie in einen ansonsten sehr komplexen Vorgang geben.



Sie erstellen zunächst ein mathematisches Modell der Energie, die der Stoffwechsel bei der Verarbeitung des Materials benötigt, das zum Füllen der Wundhöhle benötigt wird. Diese lässt sich in drei Teile unterteilen: die Energie, die das Immunsystem benötigt, um Infektionen zu bekämpfen, die Energie, die zum Erhalt des bestehenden Zellgewebes benötigt wird und schließlich die Energie, die zum Wachstum von neuem Gewebe benötigt wird, die vom Verhältnis von Fett und Protein abhängt.

Dieser dritte Anteil ist der entscheidende Faktor. Apell und Co. berechnen, dass das Wachstum neuer Zellen im Durchschnitt etwa 20 Kilojoule pro Gramm neu gewachsenem Gewebe erfordert. Physikalisch bedeutet dies, dass Wunden wie erhebliche Energiesenken wirken, heißt es.

Die verfügbare Energiemenge wird jedoch durch den Gesamtenergiehaushalt des Körpers begrenzt, der nicht überschritten oder gar zu stark ausgeschöpft werden kann.

Appel berechnet, wie viel Energie benötigt wird, um die notwendigen Ressourcen in die Wundhöhle zu transportieren, und vergleicht dies mit der Energie, die für den gesamten Stoffwechsel benötigt wird, der für das Lebewesen selbst charakteristisch ist.

Unter Berücksichtigung all dessen sagt ihr Modell eine Wundheilungszeit von etwa 10 Tagen voraus. Dies entspricht definitiv den gemessenen Heilungszeiten, heißt es.

Sie verwenden das Modell, um eine Reihe weiterer Vorhersagen über Faktoren wie die Geschwindigkeit des Wundverschlusses usw. zu treffen. Anschließend testen sie ihre Vorhersagen an Rattenmodellen der Wundheilung und sagen, dass sie gut passen.

Das Ergebnis ist ein interessanter Einblick in einen enorm komplexen biologischen Prozess. Erstaunlich, was die Gesetze der Physik manchmal bewirken können!

Ref: arxiv.org/abs/1212.3778 : Physik der Wundheilung I: Energieüberlegungen

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