Hvorfor er litium bra for både batterier og bipolar lidelse?

Siden 1970-tallet har litium vært en vanlig og effektiv behandling for manisk-depressiv sykdom, også kjent som bipolar lidelse. Men litium er også den sentrale bestanddelen i kraftige moderne batterier som brukes i alt fra mobiltelefoner til elbiler som Teslas. Hva gjør litium effektivt for så forskjellige formål?

De vitenskapsfilosofi anerkjenner stadig oftere at mange viktige forklaringer påkaller mekanismer, som er kombinasjoner av tilkoblede deler hvis interaksjoner gir regelmessige endringer. For eksempel, nevrovitenskap forklarer hvordan hjerner fungerer ved å identifisere hvordan nevronene (delene) som er koblet ved synapser (tilkoblinger), begeistrer og hemmer hverandres avfyring (interaksjoner). På samme måte kan vi undersøke mekanismene som gjør litium bra for batterier og mekanismene som gjør at litium kan påvirke hjernen på måter som reduserer forekomsten av maniske episoder.

Etter hydrogen og helium er litium det tredje enkleste elementet, som bare inneholder tre protoner og tre elektroner. Atommekanismer er godt forstått, for eksempel driften av den elektromagnetiske kraften som holder elektroner tiltrukket av protonene, og den sterke kraften som holder protoner sammen. Molekylære mekanismer er også godt forstått, slik som litium kan kombinere med karbon for å danne litiumkarbonat, det typiske stoffet som gis til mennesker for bipolar lidelse.

Litium er bra for batterier til tre hovedgrunner. For det første er den svært reaktiv fordi den lett mister sin ytterste elektron, noe som gjør det enkelt å få strøm som strømmer gjennom et batteri. For det andre er litium mye lettere enn andre metaller som brukes i batterier, for eksempel bly, noe som er viktig for små gjenstander som telefoner, men også for biler som trenger mange batterier. For det tredje er litium-ion-batterier oppladbare, fordi litiumioner og elektroner lett beveger seg tilbake til negative elektroder.

Det er vanskeligere å spesifisere mekanismene som forklarer hvorfor litium hjelper mennesker med bipolar lidelse. Den beroligende effekten av litium ble oppdaget ved en tilfeldighet på 1940-tallet, men forståelsen av hvordan det fungerer har vært treg å utvikle seg. I følge en fersk anmeldelse av Flavio Guzman, litium hjelper hjernen på tre måter. For det første hjelper det å beskytte en rekke hjerneområder som er viktige for emosjonell funksjon, ved å opprettholde gråstoff i områder som den ventrale prefrontale cortex. For det andre påvirker litium operasjonen av nevrotransmittere på ønskelige måter å motvirke mani ved å redusere dopamin og noradrenalineksitasjon og økende GABA-hemming. For det tredje modulerer litium cellulære signalanlegg ved å påvirke viktige hjernekjemikalier som AC / cAMP og BDNF. Litium hemmer driften av AC / cAMP gjennom konkurranse med magnesium, men jeg har ikke funnet noen vitenskapelig enighet om hvordan litium påvirker nevrotransmittere som dopamin og GABA, og hvordan det har mer utbredte effekter på regioner i hele hjernen.

Kontrasten mellom graden av forståelse av litium i batterier kontra litium ved bipolar lidelse avslører viktige egenskaper ved mekanistisk forklaring. Mekaniske forklaringer trenger ikke alltid være reduktive, helt ned på det mest grunnleggende nivået. Reduksjon fungerer bra for batterier, der proton-elektronstrukturen til litium raskt oversettes til de ønskelige egenskapene til litiumbatterier, som reaktivitet og vekt. Som det derimot er vanlig i medisinske forklaringer, har det tatt flere tiår å utdype de mekanistiske forklaringene på suksessen med litiumbehandling for bipolar lidelse.

Mekanistiske forklaringer trenger ikke å komme på en gang, men kan utvikle seg gradvis etter hvert som mer blir kjent om delene og interaksjonene som fungerer for å gi komplekse effekter.