CC BY
13
34/2003 ШШ
Вестник Ставропольского государственного университета \щ ш
О НОВОМ МЕТОДЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДАПТАЦИОННО-ПРИСПОСОБИТЕЛЬНЫХ РЕЗЕРВОВ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ
Л.Д. Тимченко, Д.А. Арешидзе
ЬИОЛОГИЧЕСШ Ш
В медицине и биологии к настоящему времени сложилась ситуация, при которой математические методы выступают лишь в качестве способа, позволяющего описать небольшой ряд параметров на каком-то определенном этапе наблюдения или эксперимента. Но каждый биологический процесс, находящийся под влиянием внешней и внутренней среды, подвержен строго определенным преобразованиям, подчиняющимся определенным законам, которые могут найти выражение языком математических формул. Прежде всего, таковой факт приложим к гетерогенным морфофункциональным компонентам организма @ тканям и органам.
Орган, а особенно ткань, представляются классической открытой, нелинейной, диссипативной системой, осуществляющей постоянный обмен веществ и энергии с окружающей средой в неравновесных условиях. Биологическая система является конфигурацией элементов, в которых свойства поведения целого являются одномоментно функцией самого элемента и способа их сочетаний и функциональных связей.
В соответствии с биологическим смыслом гетерогенность ткани как системы заключается, в частности, и в том, что при адаптации к неблагоприятным условиям в действие вводится определенное количество резервных структур, что в идеале обеспечивает более быстрое и эффективное приспособление. Утрата адаптационных морфоструктурных резервов
приводит к развитию дезадаптации и, в конечном итоге, к значительному нарушению целостности морфофункциональ-ной системы как целого.
Гетерогенность ткани, с точки зрения информационного подхода к данному вопросу, по мнению ряда авторов [3, 2], заключается в том, что все компоненты системы на данном этапе онтогенеза находятся в том или ином морфофункцио-нальном состоянии, причем количество клеток в каждом из них соответствует функциональной необходимости организма в данный период.
В 90-х годах прошлого столетия В.А. Зыковым была выдвинута гипотеза, согласно которой обычное гисто @ или цитологическое исследование позволяет естествоиспытателю определить сравнительно точно и быстро прогноз относительно адаптационных способностей организма при проведении определенных математических вычислений.
Как известно, клеточное ядро является наиболее лабильным и значимым показателем морфофункционального состояния клетки [1]. Форма и размер ядра являются теми показателями, по которым опытный специалист в состоянии определить функциональное состояние самой клетки, стадию жизненного цикла, в которой клетка и прибывает. Но визуально определяемое состояние ядер даже нескольких десятков клеток не может дать полного представления об адаптационных
и
Тимченко Л.Д., Арешидзе Д.А.
«О новом методе определения адаптационно-приспособительных...»
способностях морфофункциональной системы даже при детальном изучении.
Изменения, происходящие в клетке и видимые при обычной световой микроскопии, весьма разнообразны, но все они сопровождаются изменениями среднего размера ядер или самих клеток (площади поперечного сечения или объема), являющимися интегральным производным двух факторов.
Во-первых, оно может быть связано с истинной функциональной флюктуацией размеров ядер. Во-вторых, изменение средних размеров ядер клеток происходит за счет изменения соотношения ди- и полиплоидных клеток (частичная полиплоидия). И первый, и второй факторы весьма важны для оценки адаптационных резервов органа.
Но при оценке этих критериев в практике трудно достаточно точно учитывать их значимость и степень отклонения от нормы, поскольку подобного рода исследования в клинике производят, как правило, уже тогда, когда нормальное состояние органа отметить при обычном исследовании уже невозможно или крайне трудно. Кроме того, довольно часто в морфологическом, да и любом другом виде исследования трудно провести четкую грань между нормой и патологией. Нельзя забывать и о том, что делать какие-либо выводы без учета индивидуальных особенностей организма, способных оказать влияние на исследуемый объект, так же представляется проблематичным.
Таким образом, вариация размера ядер клеток представляется одним из показателей морфофункциональной гетерогенности, смысл которой заключается в введении в действие резервных структур, обеспечивающих более быструю адаптацию к меняющимся условиям среды.
Предлагаемый нами метод проведения исследования с суждением о степени дезадаптации и уровне резервных возможностей органа лишен вышеуказанных недостатков, прост и не требует какой-либо специальной подготовки исследователя.
Первоначальный этап исследования сводится к простому кариометрическому
анализу. Для этого можно использовать гистологический препарат, мазок или пунктат после соответствующей окраски любым из методов, позволяющим четко прокрасить ядра клеток.
При проведении замеров линейных размеров ядер не имеет значения, в каких единицах они выражаются (условные единицы, мкм и пр.) Как правило, производят замеры двух взаимно-перпендикулярных диаметров.
При дальнейшем подсчете количество ядер должно удовлетворять условиям для последующей точной разбивки полученных результатов на классы.
Предлагаемый нами метод позволяет определить информационную морфологическую емкость, информационную морфологическую энтропию, информационную морфологическую организацию, относительную морфологическую энтропию и избыточность, а также информационную морфологическую эквивокацию.
Затем производится разбивка полученных данных на классы. Удобнее проводить этот этап при помощи компьютера с использованием программы
«VideoTest» специализированной для морфологических исследований, поскольку процедура не составит большого труда, а точность разбивки существенно возрастет. На этом этапе важно отметить незанятые классы, что при дальнейших расчетах весьма важно.
Для последующего анализа имеющегося объекта необходимым является вычисление информационной морфологической емкости, т.е. максимальное структурное разнообразие, при котором система в состоянии функционировать и сохранять структурную целостность. Для этого применяется формула Нтах = 1о[М1, где М - количество занятых классов.
Примечательно, что данный параметр, вычисляемый при использовании реального количества занятых классов, позволяет отразить структурное разнообразие для данного органа с учетом индивидуальных особенностей организма.
Затем необходимым является расчет реального структурного разнообразия Н. Реальное структурное разнообразие, по
34/2003
Вестник Ставропольского государственного университета
нашему мнению, является тем параметром, который ясно иллюстрирует степень детерминированности морфофункцио-нальной системы во времени и пространстве с учето] всех действующих факторов внешней или внутренней среды.
Для этого применяется формула информационной энтропии Шеннона Н = -£_Рйо[2Р, где ^Р @ сумма вероятностей пребывания диаметров ядер клеток в одном из представленных классов. Вероятность пребывания системы в каждом конкретном состоянии вычисляется по формуле Пуассона, Р,=(а'/И)ра, где а @ дисперсия; 1о[2Р' @ логарифм вероятности пребывания в одном из возможных классов. Вероятность пребывания системы в любом из возможных состояний рассчитывается по формуле Р=1/п, где п @ количество классов, т.е. возможных состояний.
Выбор именно энтропии Шеннона в качестве параметра, определяющего фактическое структурное разнообразие, определяется тем, что в классической термодинамике энтропия @ это степень беспорядка в какой-либо системе. Термодинамическая энтропия
уменьшается, когда уменьшается однородность системы, следовательно, в живых организмах имеет место снижение энтропии. Поэтому, по нашему мнению, структурную информацию можно измерить и косвенным образом, при помощи термодинамических сообра-женийЗная максимальное и фактическое структурное разнообразие, можно рассчитать информационную морфологическую организацию, т.е. разницу между максимально возможным и реальным структурным разнообразием (реализованное структурное разнообразие). Этот параметр, по нашему мнению, отображает состояние адаптационных возможностей системы на данный момент. О = Нтах - Н.
Следует учитывать, что при достижении О = Нтах система считается полностью детерминированной, но такое соотношение допустимо только теоретически, в случае реализации генетической программы без воздействия на ткань внешних и внутренних факторов. При достижении
Н— Нтах система перестает функционировать как таковая, происходит потеря функциональной взаимосвязанности её элементов. Такое соотношение нами было отмечено при исследовании гистопрепа-ратов различного рода опухолей, некроза и т.п.
Так же мы можем определить и относительную морфологическую энтропию Л = Н/Нтах. Высокий уровень энтропии свидетельствует о неупорядоченности системы и значительном снижении уровня её структурной целостности, как следствие, и о снижении адаптивных способностей органа.
Тесно взаимосвязанной с относительной морфологической энтропией является информационная морфологическая избыточность, которую можно определить по формуле Я = (О/Нтах) X 100%. Низкий уровень этого параметра является свидетельством снижения количества структурных элементов, способных выступать в качестве морфофункционально-го резерва ткани и органа в целом.
Ранее проведенные исследования позволяют нам утверждать, что в условиях нормы относительная морфологическая энтропия мала, а информационная морфологическая избыточность наоборот, велика, достигая уровня в 70-75%.
Зная эти данные, исследователь может рассчитать информационную морфологическую эквивокацию.
норме —Япри патологии.
Информационная морфологическая эквивокация позволяет оценить патологическое состояние и границы нормы.
Таким образом, предлагаемый нами метод является концептуально новым, позволяет дать точный прогноз относительно адаптационных возможностей органа и организма в целом при проведении различных видов гистологических или цитологических исследований как в практике, так и при любых других исследования, связанных с оценкой уровня адаптации организма.
Тимченко Л.Д., Арешидзе Д.А.
«О новом методе определения адаптационно-приспособительных.»
ЛИТЕРАТУРА
1. Автандилов Г.Г. Морфометрия в патологии /Г.Г. Автандилов. -М.: Медицина, 1973. -248 с.
2. Зыков В.А. Изменчивость соединительнотканного каркаса матки / В. А. Зыков - Владивосток: Изд-во АН СССР, 3990Сар4исов Д. С. Очерки по структурным основам гомеостаза / Д. С. Саркисов. - М.: Медицина, 1977. - 352 с.
Об авторах
Тимченко Людмила Дмитриевна, доктор ветеринарных наук, профессор, академик РАЕН,
профессор кафедры общей биологии СГУ, область научных интересов: выявление адаптационных способностей органов и тканей на клеточном и тканевом уровне. Автор и соавтор 175 научных публикаций, 2 монографий. Арешидзе Давид Александрович, кандидат биологических наук, зав. каф. ЕНД МГОПУ СФ им. М.А. Шолохова, выпускник СГУ. Автор и соавтор 15 публикаций. Область научных интересов: выявление адаптационных способностей органов и тканей на клеточном и тканевом уровне.
