CC BY
87
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
© КАРПИН В.А. -
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ПАТОЛОГИИ: СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ
(СООБЩЕНИЕ 2)
В.А. Карпин
(Сургутский государственный университет, ректор - проф. Г. И. Назин)
Резюме. Целью настоящего теоретического исследования явилось выявление основных механизмов формирования и эволюции биологических систем. Показано, что приспособляемость является главным условием выживания и определяет все реакции и свойства организма, а в основе научного анализа приспособительных процессов должен лежать системный подход. В статье предлагается авторская концепция исходных положений для построения теоретической схемы патологического процесса. Рациональный выбор тканевого гомеостаза как элемента сложных биологических систем, определение приспособления в качестве центрального закона биологии, а также обоснование закона приспособительной регенерации тканей позволили прийти к заключению, что именно тканевая регенерация является материальной основой приспособительных процессов в любых условиях жизнедеятельности. Ключевые слова. Биологическая система, тканевый гомеостаз, приспособление.
Создание теоретической схемы в биологии и медицине подразумевает, с одной стороны, выбор ее постулата (т.е. исходного положения, из которого будут выведены все остальные положения теории), а с другой стороны, установление центрального закона биологии, который будет являться стержнем построения такой схемы. Точность теории, ее верифицируемость и фальси-фицируемость во многом будут зависеть от того, как сформулированы эти исходные положения.
В дальнейшем изложении предлагается авторская концепция обсуждаемых исходных положений, которые могут быть использованы для построения оптимальной теоретической схемы общепатологического процесса.
Научное познание механизмов обеспечения жизнедеятельности человеческого организма, как в норме, так и при различных патологических процессах требует, прежде всего, выделения основного закона биологии. С нашей точки зрения, центральным законом биологии является закон приспособления: живой организм формируется, сохраняется и развивается в процессе адаптации к условиям окружающей среды. Приспособляемость является условием выживания в этой среде и определяет все реакции и свойства организма [6]. Она позволяет не только переносить изменения окружающей среды, но и активно перестраивать свои физиологические функции в соответствии с этими изменениями. Познать механизмы приспособления - значит познать сущность живых систем. В свою очередь, в основе научного анализа приспособительных процессов должен лежать системный подход, т. е. анализ жизнедеятельности человеческого организма как биологической системы.
Биологическая система: интеграция приспособительных процессов
С точки зрения сущности жизни ее элементарной единицей является клетка, в принципе способная самостоятельно обеспечить свой метаболизм, развитие и размножение; на это настроены все ее структурно-функциональные элементы. Однако в сложных саморегулирующихся и саморазвивающихся биологических системах, включающих порядка 10 - 10 клеток,
на первый план выступает не самостоятельная организация работы клетки через ДНК, а организация клеточных колоний через механизмы межклеточного взаимодействия. Здесь интересы клетки имманентно подчинены интересам ткани; ДНК подчиняется межклеточным регуляторам.
По мере усложнения многоклеточных организмов появляются группы специализированных клеток, «настроенных» на определенную функцию и часто располагающихся на определенном расстоянии друг от друга. Чтобы свести их в «оркестр» для выполнения слаженных функций, необходим «дирижер». На этом уровне организации биосистемы такую функцию начинают выполнять другие специализированные клетки - гормональные, группирующиеся в эндокринные железы, в свою очередь дифференцирующиеся на несколько подгрупп со специализированными функциями (эндокринная система). Самосохранение системы подразумевает организацию обеспечения ее морфологического гомеостаза, что вызвало к жизни появление специализированных иммунных клеток. Иммунологический надзор за внутренним постоянством многоклеточных популяций организма, а также распознавание и уничтожение проникших извне генетически чужеродных клеток, включая микроорганизмы, являются главной функцией иммунитета. С точки зрения внутренней среды организма такая организация системы вполне самодостаточна.
Однако жизнедеятельность биологической системы зависит также и от постоянно изменяющегося состояния окружающей среды, и выжить в таких динамических условиях, подчас экстремальных, можно только выработав определенные приспособительные механизмы и структуры. На определенном этапе усложнения биосистемы на первое место в борьбе за ее выживаемость вышла быстрота реакции (в том числе и двигательной) на постоянно или периодически изменяющиеся внешние факторы, что неизбежно привело к возникновению и развитию нервной системы как формы организации, обеспечивающей, с одной стороны, быстроту и качество адаптации организма к внешней среде, а с другой
стороны - сохранение постоянства внутренней среды организма. Нервные влияния обеспечивают защитно-приспособительную и компенсаторную перестройку относительно самостоятельно протекающих обмена веществ, обновления структур и функции клеток организма. Взаимозависимость функции, структуры и обмена веществ в клетке, сопряженность их изменений под влиянием нейромедиатора, действие которого реализуется через единый рецепторный аппарат, является одним из важнейших механизмов сохранения нормальной деятельности как системы в целом, так и ее частей [22].
Таким образом, в живой системе можно выделить три основных иерархических уровня организации:
I КЛЕТКА ----------------- МЕТАБОЛИЗМ
II ТКАНЬ------------------- ГОМЕОСТАЗ
III ОРГАНИЗМ--------------АДАПТАЦИЯ
Программа на I-м и II-м уровнях жестко
детерминирована, в то время как на III-м уровне заложена лишь принципиальная программа с широким диапазоном выбора принятия решений, т.к. все варианты внешних возмущающих воздействий предусмотреть невозможно. Такая система способна самообучаться и саморазвиваться.
В биологических системах различают два основных типа регуляции: регуляцию по отклонению и регуляцию по возмущению [16, 20].
Регуляция по отклонению. Система, использующая этот принцип регуляции, способна определять разность между задаваемым и фактическим значением регулируемой величины. Эта разность используется регулятором для выработки регулирующего воздействия на объект, которое уменьшает отклонение фактического значения регулируемой величины от заданного значения. Система использует для регуляции механизм отрицательной обратной связи, с помощью которого регулятор получает информацию о текущем фактическом значении регулируемой величины и при отклонении ее от заданного значения нормализует это отклонение в замкнутом контуре обратной связи. Это основной принцип сохранения гомеостаза в текущем режиме функционирования биологической системы.
Регуляция по возмущению. Этот тип регуляции система использует при переходе из стационарного состояния в режим повышенного функционирования. Поскольку фактическое значение регулируемой величины в данной ситуации не оказывает воздействия на регулятор, здесь отсутствует замкнутый контур реагирования; наоборот, чем больше нагрузка, тем больше отклонения регулируемых параметров от исходных величин. По мере прекращения нагрузки система вновь переключается на регуляцию по отклонению, что приводит к восстановлению гомеостаза.
Принцип иерархии. При действии возмущающих факторов в биологической системе происходит поочередное включение регуляторных механизмов разных уровней, начиная с низших. Сначала регуляция осуществляется за счет локальных механизмов, затем по мере увеличения степени, длительности или стойкости отклонения регулируемых параметров от нормы происходит расширение приспособительных процессов вплоть до подключения систем, контролирующих работу целостного организма. Эта иерархичность основана на принципе пороговых эффектов: локальные механизмы контроля имеют более низкий порог чувствительности к изменениям внутренней среды, чем системные [14]. «От
местной регуляции к общей» - таков универсальный закон гомеостатического управления в системе.
В поддержании гомеостаза целостного организма и реализации его приспособительных процессов участвуют три основные регулирующие системы - нервная, эндокринная и иммунная. Изучение взаимосвязи этих систем в процессе жизнедеятельности привело к формированию новой интегративной области биологии -нейроиммуноэндокринологии. При этом особое внимание уделяется анализу тех закономерностей, которые лежат в основе интеграции каждой из регуля-торных систем в единый управляющий ансамбль [2]. Так, выявлено значительное фенотипическое и функциональное сходство клеток лимфоидной и нервной тканей: сетевая организация функций, клеточная память, синтез сходных биологически активных веществ, одинаковые рецепторные аппараты [1]. Возбуждение центральной нервной системы (ЦНС) оказывает преимущественно стимулирующее влияние на процессы иммуногенеза, а торможение в большинстве случаев снижает его активность. Известно, что ткань лимфоидных органов имеет богатое представительство нервных окончаний как афферентного, так и эфферентного звеньев нервной системы. Симпатическая активация способствует усилению пролиферации и дифферен-цировки иммунокомпетентных клеток, активации фагоцитоза. В целом можно утверждать, что симпатическая иннервация стимулирует иммунный ответ, а парасимпатическая его модулирует. При нормальном иммунном ответе в ранние сроки от его начала происходит активация гипоталамо-гипофизарно-надпо-чечниковой системы. Кортикостероидные гормоны имманентно вовлечены в иммунопоэз и иммуногенез как факторы, контролирующие эти процессы: они индуцируют апоптоз лимфоцитов как в тимусе, так и в периферических тканях; очевидно, именно глюкокорти-костероиды являются материальной основой физиологической супрессии иммунного ответа. Введение эндотоксинов вызывает достаточно быструю неспецифическую ответную реакцию организма с привлечением структур ЦНС: лихорадку, гипералгезию, угнетение поведенческих реакций, определенные гормональные сдвиги. Можно утверждать, что в сложных биосистемах сформирована по сути единая, неразрывная цепь функционирования на нейро-гуморально-иммунном уровне, интегрированная в единый блок функционирования [1,2,11,12,17].
Наиболее демонстративно интегральное взаимодействие трех описываемых систем проявляется в стресс-реакции. Термин «стресс» введен в научную литературу еще в 1936 г. канадским ученым Г. Селье, который определял его как неспецифическую реакцию организма, возникающую в ответ на любой раздражитель. При этом он различал эустресс - синдром, способствующий сохранению здоровья, и дистресс - синдром, приобретающий роль патогенного фактора.
Стресс-реакция - это универсальный биологический механизм реализации приспособительных процессов в живых системах, возникающий при включении «регуляции по возмущению» [7,10,15,18,21]. Она сопровождается определенными сдвигами в элементах и структуре системы, в конечном итоге направленными на ее самосохранение: любое возмущающее внешнее воздействие, выводящее систему из устойчивого равновесия, включает механизмы, противодействующие этому воздействию. По меткому выражению Г. Гегеля,
«живое не дает причине вызвать ее действие» [5. С. 630]. Он утверждал, что «животная субъективность заключается именно в том, что в своем соприкосновении с внешним миром она сохраняет сама себя», что организм реагирует в обратном направлении. Эти положения близки к принципу Ле Шателье: при воздействии внешних факторов, сдвигающих равновесие систем, в них возникают процессы, направленные против нарушения равновесия. В тех элементах системы, где противодействие происходит чаще или становится перманентным, возникает структурная приспособительная перестройка. Противодействие возмущающим внешним факторам является движущей силой приспособительных изменений, направленных на сохранение целостности и жизнедеятельности системы.
Узловым моментом адаптационного процесса, по мнению Ф.З. Меерсона [15], является переход от срочного этапа к долговременному, так как именно этот переход делает возможной жизнь организма в новых условиях, расширяет сферу его обитания в меняющейся внешней среде. Для этого должен реализоваться определенный процесс, обеспечивающий фиксацию приспособительных механизмов. Таким процессом является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, обеспечивающая формирование в клетках системного структурного следа, что приводит к реализации структурных изменений, увеличивающих мощность системы. В результате масса структур возрастает и происходит усиление функциональных возможностей элементов системы.
Приспособление является единством изменения и сохранения признаков организма. Изменяющийся при приспособлении организм не перестает оставаться самим собой, что обеспечивается механизмами сохранения. Диалектика приспособления включает превращение внешнего воздействия во внутреннее состояние организма, при этом именно внутренние связи определяют то, каким образом происходит изменение. Процесс приспособления биосистем рассматривается А.И. Воложиным и Ю.К. Субботиным [4] как единство противоположных механизмов адаптации (изменения) и компенсации (сохранения). В то время как механизмы адаптации изменяют структуру и функции организма под влиянием окружающей среды, механизмы компенсации направлены на их сохранение в результате ответной реакции организма на внешние воздействия.
Из вышеизложенного следует, что биологическую систему необходимо рассматривать как интегральный комплекс механизмов, имманентно детерминированных на реализацию приспособительных процессов, конечной целью которых является обеспечение как самосохранения живых организмов, так и их эволюционного развития.
Тканевый гомеостаз: материальная основа приспособительных процессов
Истинность любого теоретического построения в конечном итоге зависит от «точки отсчета», т.е. от исходного положения. Рациональный подход к его установлению определяет теория систем.
В такой сложной биологической системе, как человеческий организм, обычно различают последовательно молекулярный, клеточный, тканевый, органный иерархические уровни, причем различные научные дисциплины изучают проблемы биологии и медицины на разных уровнях (молекулярная биология, цитология, гистология, органная патология и т. д.).
Как уже упоминалось ранее, в теории систем основополагающую роль играет правильное определение термина «элемент»: это далее неделимый компонент системы на данном уровне его рассмотрения. Фундаментальная значимость принципа системности заключается в том, что он требует выбора соответствующего иерархического уровня биологической системы в качестве отправной точки для общетеоретических суждений. В современных биологических науках живые организмы изучаются преимущественно на молекулярном и клеточном иерархических уровнях. Но правомочно ли считать молекулу или клетку элементом целостной сложноорганизованной биосистемы? С нашей точки зрения, таким элементом является ткань.
Действительно, клетка является элементарной структурно-функциональной единицей живой материи. Но в условиях многоклеточного организма клетки объединяются в функциональные системы - ткани, структурно-функциональные свойства которых не могут быть сведены к простой совокупности свойств отдельных клеток, а характеризуются рядом качественно новых признаков, являющихся результатом гистогене-тических процессов. Чтобы выполнять свои функции в соответствии с потребностями и приспособительными потенциями ткани, клетка должна активно воспринимать тканевое окружение и изменять свою активность в зависимости от состояния тканевого гомеостаза. Плазмолемма с помощью рецепторного аппарата связывает внутриклеточную среду с тканевой, делая клетку лишь относительно автономным элементом ткани [3].
До сих пор некоторые исследователи недооценивают и даже игнорируют ткань как структурный уровень иерархической организации живых систем. Актуальной задачей современной гистологии является создание теории ткани как системы закономерностей развития строения и функционирования структур тканевого уровня. В эту теорию должны войти закономерности эволюции тканей, гистогенеза, тканевой регуляции, тканевого гомеостаза, реактивности и регенерации тканей и др. [13].
Р. К. Данилов [9] выделяет три основных критерия, характеризующих ткань:
Ткань - система с упорядоченным взаимодействием и взаимозависимостью подчиненных элементов.
Ткань - особый уровень организации живого вещества, главным элементом которого являются клетки.
Ткань обладает внутренней определенностью, то есть способностью предсказуемо изменять свои свойства.
Формирование в процессе развития живого организма определенной клеточной системы с вышеперечисленными свойствами позволяет высказаться в пользу возникновения ткани как самостоятельного уровня организации биосистемы.
Все вышеизложенное позволяет нам выдвинуть следующий постулат для построения теоретической схемы общепатологического процесса: элементом сложной саморазвивающейся биологической системы является ткань.
Сбалансированными механизмами деления, роста, дифференциации и гибели составляющих ткань как подсистему клеточных элементов поддерживается в биологической системе тканевый гомеостаз. Жизнь организма, работа его органов и систем сопровождается заменой старых структур новыми, их обновлением или регенерацией. По мнению И.В. Давыдовского [8], регенерация есть самовоспроизведение, омоложение
элементарных структур, относящиеся к числу простейших феноменов жизни. Он считал, что «регенерация как процесс формообразовательный и детерминированный отражает широкий общебиологический принцип саморегуляции, структурности и целостности», т.е. системности, и является одним из
важнейших факторов приспособительной эволюции организмов во внешней среде. Д.С. Саркисов и Л.И. Аруин [19] утверждают, что именно регенерация является материальной основой приспособительных процессов, которые обеспечивают сохранение гомеостаза в меняющихся условиях жизнедеятельности.
PATHOLOGY COMMON THEORY: VITALITY SECURITY SYSTEM. POINTS OF DEPARTURE OF THEORY (REPORT № 2)
V. A. Karpin (Surgut State University, Surgut, Russia)
The aim of this theoretic research is discovery of basic mechanisms of biologic systems formation and evolution. This is shown that adaptation is the main condition of living organisms survival and it defines all their reactions and qualities. The system approach must be taker as the scientific analysis principle. This article proposes the author's conception of initial regulations using to construction of theoretic scheme of pathologic process. Rational choice of tissue homeostasis as element of complex biologic systems, definition of adaptation as the central biologic law, basis of adaptive tissue regeneration law allow to conclude that just the tissue regeneration is the material basis of adaptive processes in the all conditions of living.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов В.В. Интеграция иммунной и нервной систем. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. -168 с.
2. Акмаев И.Г. Нейроиммуноэндокринные взаимодействия: их роль в дисрегуляторной патологии. // Пат. физиол. - 2001. - № 4. - С.3-10.
3. Боровая Т.Г., Данилов Р.К. Основы учения о клетке. // Рук-во по гистологии. В 2 т. - СПб.: СпецЛит, 2001. - Т. 1. - С.22-74.
4. Воложин А.И., Субботин Ю.К. Болезнь и здоровье: две стороны приспособления. - М.: Медицина, 1998.
- 480 с.
5. Гегель Г. Наука логики. - М.: Мысль, 1998. - 1072 с.
6. Голицын Г.А., Левич А.П. Вариационные принципы в научном знании. // Философские науки. - 2004. - № 1. - С.105-136.
7. Горизонтов П.Д., Бобков Ю.Г., Вартанян М.Е. и др. Стресс. // БМЭ. - 3-е изд. - 1985. - Т. 24. - С.309-315.
8. Давыдовский И.В. Общая патология человека. - М.: Медицина, 1969. - 611 с.
9. Данилов Р.К. Общие принципы клеточной организации, развития и классификации тканей. // Рук-во по гистологии. В 2 т. - СПб: СпецЛит, 2001.
- Т. 1. - С.95-105.
10. Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Стресс: интегральный неспецифический нейрогуморальный ответ. // Основы общей патологии. - СПб: ЭЛБИ, 1999. - Ч. 1. - С.490-544.
11. Игнатьева Г.А. Иммунная система и патология. // Пат физиол. - № 1. - С.40-41.
12. Иммунофизиология / Под. Ред. Е.А. Корневой. -СПб.: Наука, 1993. - 684 с.
13. Клишов А.А. Гистология как наука. // Руководство по гистологии. В 2 т. - СПб: СпецЛит, 2001. - Т. 1. -С.14-21.
14. Лекявичус Э. Элементы общей теории адаптации. -Вильнюс: Мокслас, 1986. - 273 с.
15. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. -М.: Наука, 1981. - 278 с.
16. Новосельцев В.Н., Сельков Е.Е. Биологическая система. // БМЭ. - 3-е изд. - 1976. - Т. 3. - С.147-157.
17. Ноздрачев А.Д., Колосова Л.И., Моисеева А.Б., Рябчикова О.В. Роль периферической нервной системы в реализации связи иммунной системы с мозгом. // Рос. физиол. журн. - 2000. - Т. 86, № 6. -С.728-742.
18. Пшенникова М.Г. Феномен стресса. // Пат. физиол. -2000. - № 2. - С.24-31.
19. Саркисов Д.С., Аруин Л.И. Обновление структур организма. // Структурные основы адаптации и компенсации нарушенных функций. / Под ред. Д.С. Саркисова. - М.: Медицина, 1987. - С.20-30.
20. Саркисов Д.С., Пальцев М.А., Хитров Н.К. Общая патология человека. - М.: Медицина, 1995. - 272 с.
21. Хаитов Р.М., Лесков В.П. Иммунитет и стресс. // Рос. физиол. журн. - 2001. - Т. 87, № 8. - С.1060-1072.
22. Хитров Н.К. Нервная система и воспаление. // Воспаление. / Под ред. В. В. Серова и В. А. Паукова. - М.: Медицина, 1995. - С.262-286.
