CC BY
385
МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ. ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПОСТУЛАТЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СТРАТЕГИЯ И ТАКТИКА РАЗВИТИЯ
Медицинская элементология является научным направлением, пограничным (на стыке) со многими уже вполне сформировавшимися дисциплинами. Объективная самодостаточность этих дисциплин и определенная профессиональная кастовость ее представителей, безусловно, являются фактором, отнюдь не способствующим становлению медицинской элементологии как нового направления в естествознании.
Наука по определению - это сфера человеческой деятельности, в функции которой входит выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. Непосредственные цели науки - описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых ею законов.
Выделяя медицинскую элементологию (лат. текста от те&сиБ - врачебный, лечебный и е1етепШт - первоначальная простейша я составная часть сложного целого) в отдельное научное направление, прежде всего необходимо определиться с предметом изучения. Становление медицины, как, впрочем, и всех естественных наук, было всегда тесно привязано к методам исследования; во времена, когда человек, интересующийся состоянием здоровья другого индивида, был вооружен лишь органами чувств (зрением, слухом, вкусом, обонянием и осязанием), началось накопление знаний, круг которых можно обозначить как органолептическую симптоматику. Появление знаний в области анатомии человека самым непосредственным образом связано с изобретением ножа, в последующей специальной модификации называемого скальпелем. Наличие ножа, однако, является необходимым, но недостаточным условием для анатомических исследований. Известно, что запрет под страхом смерти прикасаться ножом к живому или мертвому телу в Китае надолго задержал развитие знаний о строении человека в этой стране. В Месопотамии и Египте - странах, где практиковалось мумифицирование, - первые представления об органах тела человека были описаны в клинописных табличках и иероглифами еще в IV тысячелетии до новой эры. Зачатки физиологии как раздела медицины можно при желании увидеть уже в работах Леонардо да Винчи, когда в практике научного эксперимента появились первые примитивные физические методы исследования. Однако настоящее становление этой науки заслуженно связано с именем Гарвея (первая половина 17 века). За точку отсчета истории морфологии можно принять изобретение микроскопа (голландец Захария Янсен, около 1590), так же как и первые публикации микроскопических исследований живых организмов, выполненные натуралистами 17-го века -
итальянцем Марчело Мальпиги и голландцем Антони Левенгуком. Зарождению биохимии как науки предшествовало появление аналитических методов органической химии в XIX веке.
Таким образом, прослеживая ход развития медицины, выявляется четкая закономерность «от целого к все более детальному, первоначально простейшему, то есть элементарному» (организм - системы, органы, ткани - клетки и субклеточные структуры - биологические молекулы). Следующий закономерный шаг в исследовании живых организмов - это атомарный уровень или, другими словами, уровень химических элементов. Известно, что исследованием элементного состава органов, тканей и жидкостей человека начали заниматься еще алхимики, и, следовательно, этот раздел знаний имеет, казалось бы, вековую историю. К настоящему времени количество опубликованных статей на тему содержания химических элементов в тканях и жидкостях тела человека исчисляется десятками тысяч, а число монографий - сотнями. В последние десятилетия число публикаций нарастает лавинообразно. И тем не менее этот раздел знаний свое собственное название «Медицинская элементология» приобретает лишь в конце XX века, и при этом его легитимность пока еще остается весьма условной. В чем же причина сложившейся ситуации?
Основная причина, задерживающая становление медицинской элементологии как самостоятельной научной дисциплины, возможно, кроется в сложности предмета исследования, который может быть определен как:
- изучение закономерностей содержания и распределения химических элементов в организме человека, в его различных системах, органах, тканях, жидкостях, клетках, субклеточных структурах и биологических молекулах, в условиях постоянного контакта и обмена со средой обитания, с учетом пола, национальности, расы, профессии, социального статуса, бытовых традиций и вредных привычек индивида;
- определение роли и степени участия химических элементов в строительстве и нормальном функционировании организма на всех уровнях его организации в периоды зарождения, формирования, зрелости и инволюции организма, в условиях
постоянного контакта и обмена со средой обитания;
- исследование сдвигов в содержании химических элементов в организме на всех уровнях его организации при изменении условий в среде обитания, экстремальных нагрузках и внешних воздействиях, а также при различных патологических состояниях.
Как следует уже из этого, возможно, недостаточно полного определения предмета исследования, медицинская элементология рассматривает организм человека в его непрерывной и тесной взаимосвязи с окружающей средой. Состояние окружающей среды (в самом широком толковании этого понятия - т. е. окружение, в котором человек проживает, работает, отдыхает или лечится) является также предметом исследования других научных дисциплин - экологии, метеорологии, биогеохимии, почвоведения, промышленной гигиены, диетологии, курортологии и др. Использование современных инструментальных методов анализа химических элементов требует привлечения высококвалифицированных химиков-аналитиков и фи-зиков-атомщиков, специализирующихся в области ядерно-физических методов анализа. Огромный объем получаемой информации и сложность обменных процессов как в системе «окружающая среда - человек», так и в системе «тело человека: внутренняя среда - органы, ткани, секреты и экскреты, клетки, субклеточные структуры, биологические молекулы и неорганические соединения» диктует необходимость использования знаний прикладной математики и компьютерных технологий. Сбор образцов тканей и жидкостей организма и привязка информации о содержании химических элементов к показателям состояния здоровья на уровне индивида или популяции требуют вовлечения в процесс исследования содержания химических элементов в субклеточных структурах и биомолекулах и невозможны без генетиков и биохимиков.
Таким образом, медицинская элементология является научным направлением, пограничным (на стыке) со многими уже вполне сформировавшимися дисциплинами. Объективная самодостаточность этих дисциплин и определенная профессиональная кастовость ее представителей, безусловно, являются фактором, отнюдь не способствующим становлению медицинской элементологии как нового направления в естествознании.
Другой, не менее важной, причиной неустояв-шейся легитимности медицинской элементологии является неудовлетворительная методологическая, методическая и метрологическая обеспеченность этой дисциплины, обусловливающая недостаточную достоверность, надежность и убедительность
накопленных и вновь получаемых данных, особенно заметная на результатах отечественных работ, выполненных педиатрами, эндокринологами и другими клиницистами, а также гигиенистами.
Необходимо четко представлять, что результат исследования может считаться научным лишь в том случае, если он воспроизводится. К сожалению, при попытке сопоставления данных о содержании химических элементов, полученных для одного и того же рода биологических объектов и в сходных условиях, они зачастую или плохо согласуются, или вообще противоречат друг другу. Недостаточная воспроизводимость результатов как экспериментальных, так и натурных исследований во многом дезавуирует огромный пласт накопленной информации, препятствует объективной систематизации полученных знаний, без которой невозможно выявление закономерностей и законов, позволяющих давать описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности. Другими словами, плохая воспроизводимость результатов препятствует тому, что позволило бы характеризовать медицинскую элементологию в ее нынешнем виде как строго научную дисциплину.
Необходимо четко представлять также, что основной информационной единицей в медицинской элементологии является количественно выраженное содержание того или иного химического элемента в исследуемом биологическом объекте. Само по себе наличие химических элементов присуще всем объектам как живой, так и неживой природы и, следовательно, не является специфичным для живых организмов. Специфичным может быть лишь их количество и соотношения. Однако только в последние десятилетия XX столетия появились действительно количественные и метрологически обеспеченные методы анализа содержания химических элементов в биологических объектах, которые позволили приступить к изучению содержания большого числа химических элементов в организме человека практически на всех уровнях его организации. Среди этих методов прежде всего следует упомянуть (используя международно принятые аббревиатуры) такие спектральные методы, как АЛБ, 1СР-ЛЕБ и 1СР-МБ, ядерно-физические методы - ШЛА, XRF, РГСБ, РЮБ, SRXRF, сочетание которых позволяет в инструментальном варианте (без предварительного концентрирования или сепарации) определять в биологических образцах до 60-ти и более химических элементов. Обычно для проведения анализа этими методами достаточно навесок массой 50-100 мг, но определение многих элементов возможно и при использовании миллиграммовых количеств вещества. Это позволяет исследовать содержание микроэлементов в ма-
териале пункционных и аспирационных биопсий, мазков, соскобов, а также микролитровые количества жидкости, например капли крови из пальца, сока предстательной железы, пота, слюны малых слюнных желез, слез и т. д. Возможность использования малых количеств материала очень важна и при исследовании некоторых биосубстратов, получаемых биохимическими методами разделения: центрифугированием, хроматографией и т. д. Применение ядерно-физических методов не только расширяет доступный определению круг химических элементов, но открывает дополнительные уникальные возможности изучения биологических объектов. Эти методы не требуют разрушения и утилизации образца при проведении анализа, что позволяет полностью исключить возможность привнесения химических элементов в образец или их потерь в процессе пробоподготовки. Это свойство делает ядерно-физические методы наиболее надежными и придает им статус референтных. Помимо этого, поскольку образец не утилизируется, то ядерно-физические методы могут успешно сочетаться с другими аналитическими методами. Помимо определения валовых количеств химических элементов такие ядерно-физические методы, как электронно-зондовый рентгенфлуоресцентный микроанализ (EPXRMA), PIXE и ионно-зондовая микроскопия с регистрацией вторичных ионов, позволяют также исследовать и их распределение по морфологическим структурам. Абсолютной прерогативой ядерно-физических методов является возможность in vivo определения содержания некоторых химических элементов в организме человека. Так современный уровень развития INAA и XRF уже позволяет определять in vivo во всем теле, некоторых органах и тканях содержание таких элементов, как H, C, N, O, Na, P, Cl, K, Ca, Zn, Sr, Cd, I, Pb. Существуют теоретические и технологические предпосылки для значительного расширения возможностей методов in vivo анализа в недалеком будущем.
Итак, с учетом объективных вышеприведенных трудностей какие первоочередные действия, на наш взгляд, следовало бы предпринять, чтобы способствовать скорейшему окончательному формированию медицинской элементологии как самостоятельной научной дисциплины и придать новый импульс ее успешному и продуктивному развитию?
1. На основе накопленной информации и исходя из логически оправданных построений принять основные постулаты медицинской элементо-логии (от лат. postulatum - требование; утверждение, принимаемое в рамках какой-либо научной теории за истинное, хотя и недоказуемое ее средствами, и потому играющее в ней роль аксиомы):
- в биосфере, включая среды обитания, содер-
жатся все природные химические элементы, имеющиеся на планете Земля (к настоящему времени таких насчитывается 88: всего известно 109 элементов, из них 21 - искусственно полученные);
- все живые организмы, включая человека, являются полуоткрытыми системами, поскольку осуществляется непрерывный обмен между ними и средой (средами) обитания. Отсюда и из постулата 1 следует, что в тканях и жидкостях живых организмов присутствуют все химические элементы, имеющиеся на планете Земля;
- во всех живых организмах, включая человека, осуществляется гомеостаз химических элементов, т. е. на всех уровнях их организации (внутренняя среда, органы, ткани, клетки и т. д.) содержание химических элементов поддерживается на определенных уровнях. Эти уровни могут изменяться с возрастом и под воздействием различных экзогенных и эндогенных факторов, следуя, однако, определенным закономерностям и лишь в определенных пределах;
- процессы филогенеза и онтогенеза происходили и происходят в постоянном контакте живых организмов со всеми химическими элементами сред обитания, поэтому ни один из земных химических элементов не может рассматриваться как безучастный (синоним - несущественный) для организма и тем более быть обозначенным как ксенобиотик;
- гигантское разнообразие и специфичность биохимических реакций, протекающих в живых организмах, позволяют предположить, что Ее Величество Природа использовала все имеющиеся у нее средства, включая весь набор химических элементов, для их реализации. Такие характеристики, как «полезность» или «бесполезность», для того или иного химического элемента определяются лишь уровнем знаний о степени его вовлеченности в биохимические процессы. Наши знания в этой области пока еще остаются крайне ограниченными, и мы являемся свидетелями того, что по мере приобретения новых знаний круг биологически «полезных» химических элементов постоянно расширяется;
- полезное (эссенциальное) или вредное (токсическое) действие химического элемента определяется лишь уровнем его содержания в организме. Прав был Парацельс (Paracelsus, настоящее имя Филипп Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, 1493-1541, врач и естествоиспытатель, один из основателей ятрохи-мии), когда заключил, что ничто в природе не является ядом. Любое натуральное вещество ядом делает только его доза.
2. Провести ревизию используемых терминов, дать четкие формулировки всем основным понятиям и избавиться от исторически обусловленного
груза неоднозначных и неверных определений. Например:
- медицинская элементология как часть биологической (биотической) элементологии;
- химический элемент (отказаться от всякой количественной классификации, целиком привязанной к конкретному объекту исследования и потому вносящей лишь путаницу при каких-либо обобщениях: макро-, микро-, ультрамикро-, следовые и т. д.; отказаться от всякой качественной классификации химических элементов и их определений: биоэлементы, атомовиты, «металлы жизни», эссенциальные, токсические, ксенобиотические и т. д.);
- эссенциальный, физиологический, токсический - эти определения использовать только для характеристики количества (дозы) химического элемента, поступающего (вводимого) в организм, или для характеристики уровня его содержания в биологическом объекте;
- биологический объект - часть живой природы, ставшая предметом изучения (в медицинской элементологии: все тело, орган, ткань, жидкость, клетки, секреты, экскреты и т. д.). Биологический субстрат - часть биологического объекта, выделенная путем биохимических приемов сепарации, или биологический объект, подвергшийся превращению способами биохимического воздействия, или сочетание того или другого. Биологическая среда - биологическое окружение чего-либо (отсюда следует, что волосы и ногти могут быть отнесены к биологическим средам), а плазма, сыворотка, внеклеточная жидкость, лимфа являются составляющим внутренней среды, т. е., являются биосредой;
- (химический) элементоз, вместо ранее введенного понятия микроэлементоз (существование понятия микроэлементоз предполагает правомерность словообразования макроэлементоз или, например, ультрамикроэлементоз, что вносит только путаницу, так же, как и условная количественная классификация химических объектов в биологических образцах), например цинковый, медный элементоз и т. д.;
- гипоэлементоз или гиперэлементоз для определения недостатка или избытка того или иного элемента. Отсюда образуются удобные и понятные словосочетания, например цинковый гипоэлемен-тоз или свинцовый гиперэлементоз.
Другие часто используемые понятия, например элементный статус организма, требуют детальной конкретизации и четкости определения.
3. Регламентировать методологические подходы при планировании натурных и экспериментальных исследований, в зависимости от их масштабов,
целей и задач.
4. Унифицировать способы отбора, хранения и подготовки к анализу образцов для каждого вида биологических объектов, отказавшись от старых технологических приемов, неизбежно приводящих к искажению результатов определения содержания химических элементов. Узаконить унифицированные способы путем издания соответствующих методических рекомендаций, утвержденных Министерством здравоохранения и социальной защиты.
5. Сделать обязательным в практике исследований в области медицинской элементологии проведение оценки качества результатов анализа в соответствии с Приказом Минздрава РФ от 07. 02. 2000 №45. В каждом отчете или материале, представляемом к публикации или на обсуждение, сделать обязательным приведение данных оценки метрологических характеристик (повторяемость, воспроизводимость, прецизионность, правильность, точность и др.), использовать единую терминологию соответствующую Государственному стандарту (ГОСТ ИСО 5725-2002), которая максимально приближена к международной. Ввиду практического отсутствия стандартных отечественных материалов сравнения, необходимых для оценки правильности и точности результатов анализа содержания химических элементов в биологических образцах, рекомендовать использование стандартных международных материалов сравнения (SRM) или SRM других стран (США, Германии, Японии, Китая и др.), которые широко используются в международной аналитической практике. При этом матрица используемого SRM должна максимально соответствовать матрице исследуемого биологического объекта.
6. Выражать все результаты исследований в области медицинской элементологии в соответствии с принятой Государственным стандартом системой единиц СИ ^1). При этом размерность приводимых значений должна строго соответствовать названиям используемых единиц.
7. Обозначить минимальный объем статистической обработки цифровых данных, обязательный при публичном представлении результатов исследований в области медицинской элементологии. Унифицировать обозначения математических величин, приняв за основу обозначения, принятые в международной практической практике.
Для скорейшей реализации предложений по пп. 1-7 рекомендовать Министерству здравоохранения и социальной защиты РФ, РФФИ и другим научным фондам принимать к рассмотрению отчеты, оформленные в соответствии с Решением Российского общества медицинской элементологии, принятым по пп. 1-7. К публикации в научном
журнале общества принимать только материалы, также оформленные в соответствии с этим решением. Было бы целесообразным с подобным предложением обратиться и к редакционным советам других российских медицинских, биологических и экологических журналов, публикующих статьи по разделу «медицинская элементология».
Научным диссертационным советам рекомендовать принимать к апробации только те диссертационные работы, посвященные проблемам медицинской элементологии, исследования по которым выполнены в аккредитованных Министерством здравоохранения и социального развития РФ и Госстандартом РФ лабораториях и испытательных центрах, лицензированных по лабораторной диагностике (все клинические исследования) с использованием соответствующих современному уровню развития науки аналитических методов. В будущем надо стремиться к тому, чтобы соискатели-клиницисты, в диссертационных работах которых предполагается описание, интерпретация или обсуждение результатов определения элементного состава биосубстратов или объектов среды обитания, проходили специальные курсы повышения квалификации по медицинской элементологии при кафедрах аналитической химии, медицинской химии, токсикологической химии вузов после утверждения темы диссертационного исследования (до начала сбора материала).
В качестве основной стратегической задачи медицинской элементологии можно считать разработку нового медицинского языка, новой парадигмы медицинских знаний, позволяющей по информации о содержании химических элементов в организме человека получать дополнительные характеристики его состояния. Логическим следствием этой стратегической задачи является разработка новых методов лечения и профилактики заболеваний, базирующихся на научно обоснованной коррекции произошедших в организме сдвигов элементного гомеостаза. Если такая стратегия медицинской элемен-тологии будет принята научным сообществом, то ее первоочередными тактическими задачами следует рассматривать получение надежной информации о нормальных (т. е. характерных для здорового организма) диапазонах значений содержания всех доступных анализу химических элементов, прежде всего в биологических объектах, обычно используемых в диагностической практике (кровь цельная, плазма и клетки крови, мочи, волосы, слюна, материалы тканевых биопсий и т. д.). Эти данные должны быть получены для здоровых (отсутствие жалоб и клинической симптоматики при эпидемиологических исследованиях или патологоанатомическая верификация при исследовании аутопсийного материала)
жителей России с учетом возрастной динамики, пола, национальности и расы, региона проживания (на первых порах хотя бы крупное деление по географическому признаку: Север и Юг Европейской части России, Восточная Сибирь, Центральная Сибирь, Забайкалье, Западная Сибирь и Приморский край; по климатическому признаку: Север и Юг; по антропогенной нагрузке: промышленный город и сельская местность). Как это ни парадоксально, но в России до сих пор нет официально признанных стандартных национальных диапазонов значений ни по одному из химических элементов ни для одной из жидкостей, тканей или органов тела человека.
Настала пора принятия судьбоносных решений для медицинской элементологии. Настала пора решительных продуманных и скоординированных действий всех приверженцев этой новой, интересной и многообещающей научной дисциплины.
