CC BY
124
Раздел I.
БИОЛОГИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОРГАНОВ И СИСТЕМ ЧЕЛОВЕКА
УДК 616-003.215; 616.15
САМООРГАНИЗАЦИЯ КРОВИ И ЕЕ ПРЕПАРАТОВ
А.Б. БЕЛЕВИТИН, В.Н. КИДАЛОВ, Б.Л. МАКЕЕВ, А. А.НЕСМЕЯНОВ, А.Э. НИКИТИН, П.Б. ПАНОВ, А.А.ХАДАРЦЕВ, В.Н. ЦЫГАН,
А.В. ЧЕЧЕТКИН*
Приводятся основные причины, механизмы и варианты самоорганизации крови ее препаратов, варианты формирования тезиографиче-ских структур в зависимости от воздействия внешних факторов и от состава кристаллизующихся биологических жидкостей (цельной крови, ее сыворотки, плазмы и других гемопрераратов). Выделены факторы, необходимые для учета при проведении тезиографических тестов. Проведен анализ постоянных, мало меняющихся и неустойчивых динамичных элементов тезиограмм.
Ключевые слова: кровь, тезиограмма, самоорганизация
Основу организма животного или человека составляет соединительная ткань со свойствами биокристаллоида (БК). Согласно гипотезе Е. Ермоленко и Е.А. Перепада [7], основу БК составляют неклеточные компоненты соединительной ткани, являющейся первоосновой организма на доклеточном уровне, где минеральный остов служит матрицей биологических процессов в жидкой среде. БК - это пространственно-ограниченный динамичный объект с упорядоченной или упорядочивающейся структурой, способной к самоорганизации, с учетом внутренних и внешних воздействующих сил. Важнейшим элементом БК на уровне жидких сред, тканей, клеток и субклеточных образований является вода с растворенными в ней веществами, молекулами, имеющими жидкокристаллическое строение. Поскольку в организме идут активные процессы водного обмена, постольку жидкокристаллические и кристаллические ультраструктуры крови, других биологических жидкостей (БЖ) и плазмы клеток обладают высокой подвижностью [13]. БК по своей структуре сравним с минеральным организмом, где растущий или разрушающийся кристалл (в зависимости от функциональной нагрузки) управляет потоком околокристаллической среды [2]. Химический состав БК в БЖ или в клетке определяет функцию и симметрию составляющих их структур. Имеется и обратная связь. В целом БК -композиция околокристаллической среды и кристаллов, проявляющаяся на уровне жидких сред, например, в крови и клетках целостного организма. БК БЖ, так же, как и растущие и разрушающиеся кристаллы, способны управлять потоком околокри-сталлической среды, агрегацией, катализом, биосинтезом - составными элементами процесса самоорганизации. Способности БК регулировать процессы самоорганизации приписывается возможность образования клетки в эволюционном плане [36, 39]. В многоклеточном организме БК жидких сред индуктивно влияют на функцию и развитие отдельных клеток, которые по догадке
Н.К. Кольцова (1904 г). представляют собой коллоидную систему частиц, часто не являющимися аморфными, а представляющими собою мельчайшие кристаллики. Именно он отметил, что в основе клеточных структур лежат ориентированные удлиненные кристаллические частицы и что хромосома - это мицеллярный пучок молекул, растущий подобно кристаллу. Известно предсказание Н.К. Кольцова о том, что когда методы рентгеноструктурного анализа будут усовершенствованы, то при их помощи можно будет «изучить кристаллическую структуру внутриклеточных скелетных твердых структур белкового и иного характера» [8].
Н.К. Кольцов описал механизм химических реакций с точки зрения кристаллического строения клеточных структур. Ныне этот же подход ученые начинают применять к тканям, системам и целому организму, рассматривая его как своеобразный кристалл, вернее кристаллоид, и понимая, важность процессов кристалли-
* Военно-медицинская академия, Санкт-Петербург, Тульский государственный университет
зации и растворения для неживой и живой природы. Исследователи находят ряд аналогий между ростовым слоем кристалла совместно с кристаллообразующей средой и биоорганизмом. Пограничная область кристалла представляется важнейшей частью системы «растущий кристалл - среда» и интегрированной структурой из концентрационного, температурного, динамического слоев. Это область физико-химической регуляции и своеобразный мембранный сортировщик кристаллообразующих частиц, оказывающихся на пути растущего простого или сложнокомпонентного кристалла. В этой зоне наблюдается активный, но не равномерный обмен веществ, поскольку образуются концентрационные волны потоков вещества, и происходит расслоение концентрирующейся жидкости [7]. Растущий слой кристалла вместе с пограничным слоем среды, зоной концентрационных потоков и расслоения жидкой фазы, вместе с физическими полями растущего кристалла может извлекать, превращать и использовать энергию, поступающую извне. В процессе кристаллообразования эта активная зона способна поддерживать и инерционно увеличивать свои энергетические запасы [39].
В биологии и медицине процессы кристаллизации и растворения, важнейшие для функционирования организма БЖ, изучаются в тезиографических тестах с целями диагностики изменения функционального состояния организма, оценки неблагоприятных отклонений в реактивности организма, изменений его эндоэкологии [3, 17, 25].
Формирование в процессе дегидратации специфических тезиографических структур (СТС), то есть кристаллитов, кристаллов, аморфных элементов БЖ отражают результат взаимодействия природных программ кристаллизации из раствора, имеющих характер самоорганизации [29]. Упомянутые СТС крови и других жидких сред отличаются полиморфизмом. Под влиянием изменений внутренней среды организма, внешних естественных и антропогенных физических и химических факторов, других различных по силе воздействия на кристаллизующуюся БЖ, они организуются, формируются и располагаются в препарате, теряющем воду в виде тезиограмм (ТЗГ), обладающих рядом свойств открытых информационных систем [12, 16].
Живой организм, как открытая система, информационно взаимодействует с внешними электромагнитными полями и излучениями, воздействия которых записываются структурными элементами организма и входят в круговорот информационного метаболизма [34,38]. Активное исследование ТЗГ крови, ее плазмы, сыворотки и др. препаратов показало, что эти препараты представляют собой комплекс кристаллоидов и кристаллов сформировавшихся вследствие дегидратации [15]. Общая структура ТЗГ любой БЖ представляет собой результат самоорганизации сложнокомпонентного биораствора и клеточных взвесей. Эти препараты формируются в процессе дегидратации по законам информационных паттернов, организующихся в специфических земных условиях под влиянием внутреннего химсостава БЖ и воздействия физических факторов внешней среды[37].
Исследования физических процессов кристаллизации привели к пониманию того, что характерное для ТЗГ БЖ формирование СТС начинается в биообъекте с нанометрового и молекулярного уровней, с изменения величины электрических зарядов ионов и макромолекул, в том числе молекул, которые обладают свойствами жидких кристаллов, электретов и являются полупроводниками или диэлектриками, представляют собой диполи и имеют возможность образовывать различные домены [21, 40]. Физические свойства начальных СТС при изменении электрического статуса макромолекул обусловливают возможность генерации ими электромагнитных и акустических полей и волн. Последние могут играть информационную роль в физиологических процессах в процессах организации составных частей организма,
а также в процессах самоорганизации его жидких биосред вне организма, включая внеклеточные и внутриклеточные жидкости. Фильтрационная функция эритроцитов может приводить к накоплению в эритроцитах различных веществ [9], наличие которых может изменять процесс кристаллизации.
Исследование ТЗГ крови и др. БЖ относится к методу системной кристаллографии, которому присущ ряд сложностей. Они состоят в том, что исследователи имеют дело с многокомпонентным по составу солей и органических веществ БК, а также в большом разнообразии способов тезиографии (фоновая тезио-графия, постдегидратационная тезиография [12], аутотезиогра-фия или собственно тезиография чистых БЖ без каких либо добавок, ксерогелеграфия [14, 24] ) и т.п. Трудность расшифровки механизмов самоорганизации ТЗГ-препаратов состоит и в том, что ТЗГ БЖ состоят не только из чистых кристаллов отдельных солей, но и из кристаллитов, по определению Финеана [33], представляющих собой химеры из кристаллов и околокристалличе-ской среды, а в процессе их самоорганизации налицо сложные по динамике изменения солевых и органических компонентов [27].
Среди выясненных сведений о самоорганизации БЖ при их дегидратации можно считать понятым ряд явлений: дегидратация БЖ сопровождается ее охлаждением до некой температуры, инициирующей кристаллизацию; кристаллизация в БЖ начинается с формирования первых (аутозатравочных) нано- и микрокристаллических структур; по мере развития процесса кристаллизации концентрация раствора в препарате возрастает; существует зависимость характера кристаллизации жидких сред от парциального давления насыщенного пара растворителя (воды) над раствором; в тезиографических «скульптурных портретах» крови и других БЖ, то есть, в СТС, отражаются изменения происходящие на уровне целостного организма; появление (введение) в БЖ in vivo или in vitro сторонних частиц или появление молекул или частиц аутологичного происхождения ведет к изменению СТС в ТЗГ-препаратах в связи с формированием новых паттернов пространственного порядка химических связей; изменения конфигурации отдельных тезиографических структур могут носить как неспецифический, так и специфический характер, но имеют определенные количественные и временные пределы или ограничения; любые качественные изменения СТС тезиограмм БЖ, связанные с изменениями физико-химического состояния внутренней среды организма либо с изменениями БЖ в процессе дегидратации определенного ее объема in vitro сопряжены с изменениями информационного характера, т.е. в необычных изменениях формы элементов ТЗГ в той или иной мере зашифрованы отклонения от нормы различных физиологических систем.
Для придания ТЗГ-исследованиям строго научного характера требуют уточнения вопросы, связанные с формированием СТС БЖ:
а) разработка алгоритмов оценки собственно ТЗГ или их отдельных СТС при дегидратации сложных по составу БЖ, так как эти оценки в медицинских исследованиях носят характер феноменологического описания по типу «вид патологии - наблюдаемые структуры». Одновременно нужна разработка количественных статистических методов оценки морфологии СТС [19].
б) создания приемлемой терминологии, используемой в описании СТС и процесса тезиографии. Используемая ныне терминология механизма кристаллизации БК типа «клиновидная дегидратация» и такие термины, характеризующие СТС, как «язык Арнольда, «ковер Серпиньского», бляшка, морщина, трещина должны быть заменены в связи с отсутствием их точных определений и количественной оценки. Едва ли может быть признан удовлетворительным ряд умозрительных гипотез об «аутоволновых ритмах», «калибровочной синхронизации», «борьбе осмотических и онко-тических сил» в самоорганизации биоколлоида [29,35];
в) необходимо проведение исследований по выяснению зависимостей высокой изменчивости тезиографических картин БЖ под влиянием химических физических и биологических факторов;
г) важна оценка характера поверхности подложек, на которых формируются ТЗГ, из-за чувствительности процесса самоорганизации БЖ при дегидратации к структуре ее поверхности;
д) для биологии и медицины важно исследовать изменения СТС ТЗГ крови и других БЖ при смене ритмов дня и ночи, при изменении ритмики выполнения работы индивидом, характера питания, функционального состояния под воздействием на организм экстремальных факторов (холода, высоких температур, гравитации, различных излучений и т.д.);
е) большое значение для оценки диагностической значимости тезиографии БЖ имеет исследование влияния на характер СТС внутренних факторов - особенностей обмена веществ (в т.ч, газового и водного), наличия патологических изменений в регулирующих системах организма. Исследования позволят уточнить роль природной технологии кристаллизации и растворения в обеспечении межклеточных отношений, взаимодействия клеток крови и межклеточной среды, уточнить значение энергетических воздействий космической природы, гравитации на систему крови и др. жидкие среды в соответствии с идеями А. Л. Чижевского.
Цель работы - оценка закономерностей самоорганизации крови и гемопрепаратов, проверка чувствительности СТС БЖ к изменению условий формирования динамической фазы ТЗГ -препаратов, включая воздействия внешних факторов среды.
Материалы, методы. Работа проведена при исследовании >350 образцов крови, ее плазмы и гемопрепаратов практически здоровых мужчин среднего возраста (доноров крови и ее компонентов). Анализировалась кровь группы мужчин с заболеваниями внутренних органов (10 чел). Методика описана в публикациях [4,
14, 15]. При оценке ТЗГ, их закономерных изменений, носящих характер информационных паттернов самоорганизации и структурирования, особое внимание уделялось «кристаллографическому портрету» СТС. В горизонтальных кольцевидных формирующихся препаратах ТЗГ выделяли основные зоны: краевую (периферийную), среднюю и центральную, отличающиеся по условиям формирования СТС. В каждой из зон рассматривались лабильные и относительно стабильные элементы. К наиболее устойчиво встречающимся СТС относили наличие концентрического кругового пояска (светлой полосы) по краю ТЗГ, кристаллитов 1-2 порядка (К.1, К.2 - в краевой зоне препарата). В средней и центральной зонах ТЗГ - к таким элементам отнесены кристаллиты 2-го и 3-го, а также 4-о порядка (К2, Кз, К4). Во всех трех зонах регистрировалась форма и площадь участков фации БЖ, заключенных между этими структурами в форме полигональных пластин (ПП), оценивалось появление в участках фации вторичных кристаллов и кристаллитов, их размеры и расположение.
Число ПП на протяжении К2 характеризовало ячеистость ТЗГ. Этот показатель подсчитывался от периферии к центру по четырем или более центростремительным К2 с последующим вычислением средней величины на препарат. Предположительно этот показатель характеризует наличие белков со слабой способностью к удержанию гидратной оболочки (связанной воды), т.е., отражает различие препаратов по степени гидрофильности их белков. Число ПП может отражать присутствие липофильных компонентов либо других субстанций в водном растворе биосреды. К лабильным и высокоизменчивым элементам радиальнокольцевых ТЗГ БЖ отнесены: число линейных кристаллитов в какой-либо зоне или в выбранном секторе препарата, характер их фрактализации (дихотомии), толщина и длина этих структур-химер, способных к продольному растрескиванию; порядок распространения (направление роста) К2 и К3, способ их соединения в центре препарата (в точку, в линию и др.), вид и форма поздних кристаллов солей, пескообразных налетов или включений, величина занимаемых ими площадей в препарате либо в выбранном числе ПП. При анализе цельной крови, эритро-, лейко- или тромбоци-тарных гемокомпонентов оценивался характер скопления клеточных элементов в ПП. Проводилась денситометрическая оценка равномерности и плотности обезвоженной пленки (фации) в ПП каждой из трех зон ТЗГ. рассчитывался коэффициент поясности -число циркулярных компонентов в ТЗГ, который отражает число и характер распространение волн Белоусова - Жаботинского в период кристаллизации.
Микроскопия препаратов проводилась при помощи электронно-оптических систем на основе люминесцентных микроскопов, снабженных цифровой видеокамерой, соединенной с компьютером. Отдельные препараты изучались при помощи конфокальных микроскопов, позволяющих оценивать спектры флуоресценции элементов ТЗГ. При наблюдении за препаратами ТЗГ БЖ при хранении оценивалась степень деструкции фации в определенном промежутке времени, при этом подсчитывалось число выкрошившихся ПП, косвенно отражающее скорость самоорганизации и дегидратации препарата под влиянием внешних и внутренних условий, важных для кристаллогенеза БЖ.
Для статистической оценки результатов применяли непараметрические критерии и и Q [6].
Результаты. Процессы первичной кристаллизации БЖ (при дегидратации крови и ее препаратов, слезной, спинномозговой, жидкости слюны, мочи, желчи и др.) идут в соответствии с естественными программами и технологией кристаллизации из раствора [12, 30]. Наблюдения показали, что начало формирования ТЗГ характеризуется появлением первичных центров (зерен) кристаллизации в отдельных тонких слоях. Затем кристаллизация распространяется на следующие слои, что ведет к возникновению линейных, столбчатых или дендритных кристаллических структур. В самом начале этого процесса, в еще жидком препарате, наблюдается формирование ряда волновых процессов по типу аутоволн Белоусова - Жаботинского, и лишь на этом фоне по краю препарата, возникают зерна кристаллизации. Из начальных центров кристаллизации развиваются новые элементарные СТС -первичные кристаллиты, которые сначала растут по краю окружности препарата, а затем превращаются в центростремительные линейные структуры, иногда дихотомически делящиеся и ограничивающие своими краями ПП. По окончании 1-й фазы процесса кристаллизации на плоскости подложки возникает характерная кристаллографическая картина - ТЗГ (рис.1) с характерной ориентировкой, зерен, столбчатых и дендритных и аморфных СТС.
ЗОНЫ В ТЗГ-ПРЕПАРАТЕ
А Б В Г
Рис 1. Расположение кристаллитов и кристаллов в ТЗГ-плазмы крови донора А - расположение СТС в препарате (схема), Б -фото СТС краевой зоны, В - то же в средней зоне препарата, г -центральная зона препарата, световая микроскопия, ув. Х20
Образование такой структуры в общих чертах можно объяснить тем, что испарение молекул воды с поверхности «куполообразного» жидкого препарата ведет к возникновению градиента концентраций растворенных в препарате веществ. Под действием гравитации и сил сцепления между молекулами кристаллизующейся пробы, а также между молекулами биопробы и подложки, на которой расположен препарат, в объеме капли возникают неустойчивости Бернара для концентрирующихся при испарении микрочастиц, что ведет к появлению в препарате видимых даже при небольшом увеличении аутоволн. Такие волны считают концентрационными самоорганизующимися структурами с развитой системой связей дальнего порядка [5, 15, 22].
Если в БЖ имеются (либо привнесены) соли, например натрия хлорид, то при расположении такой капли на стекле наиболее высокие концентрации солейбудут возникать в самой тонкой периферической части капли, так как там испарение будет идти значительно быстрее, чем на поверхности капли. При этом наблюдатель видит на периферии капли биокристаллоида образование кольцевидной светлой зоны, здесь же начинают «выпадать в осадок» некоторые длинноцепочечные молекулы белков в смеси с липидами и сахарами, которые распространяются по окружности близко к периферии препарата, формируя кристаллиты 1-го порядка (Кх). Затем процесс изменения концентраций быстро нарастает, и при этом сложные и длинные белковые молекулы меняют свое концентрическое направление на центростремительное, то есть рост таких кристаллитов (кристаллитов 2го порядка - К2) принимает радиальный характер. От К2 могут отходить ответвления - перемычки - К3 и кристаллиты следующих порядков. Это происходит потому, что линейные и нелинейные «каналы» формируются с неравномерными скоростями в зонах с разными градиентами концентраций. Это и вынуждает их ветвиться или образовывать фрактальные структуры. В итоге препарат покрывается сеткой фрактальной структуры, в «петлях» которой располагаются ПП оставшейся компоненты плазмы, обедненной белками (т.н. фации). При испарении концентрационные градиенты в зонах формирования ПП образуют микроскопические «вихри» и заставляют различные по химической структуре вещества занимать специфические зоны в препарате, где они и выпадают в осадок при пересыщении раствора. В жидкости, сложной по составу с преобладанием солей, последние занимают
среднюю и центральную часть ТЗГ-препарата, а преимущественно органические молекулы - более периферическую его часть.
Дегидратация органических составных частей идет медленнее, и после испарения основной части свободной воды начинает активизироваться процесс «борьбы субстратов» за связанную воду. В итоге планкоподобные отложения белков - линейные кристаллиты - раскалываются продольно, а процесс ретракции превращает их в своего рода каналы или трещины.
Крупные кристаллиты в пробах плазмы крови здорового человека или животного растут в центростремительном направлении, пока не сходятся в центре капли (в препаратах среднего и крупного объема). Этим завершается формирование первичных СТС ТЗГ, которые формируют единый комплекс распределения элементов минимум по трем основным зонам, которые хорошо визуализируются в относительно однородных средах (сыворотке крови, плазме). В процессе бурного роста кристаллитов и кристаллов солей навстречу друг другу, при их слиянии на стыках появлялись полости с газами или жидкостью, в которых вторично, мог идти процесс кристаллизации. При кристаллизации таких БЖ, как моча, желчь, слюна и других, в смеси с солями металлов, сахарами нередко образовывались игольчатые (видманштетто-вые) структуры.
В цельной крови на образование описанной ТЗГ-структуры влияет наличие форменных элементов. В таких препаратах формируются ТЗГ, структура которых соответствует структуре, описанной в пятидесятых годах прошлого века как проба (тест) Болена. В препаратах цельной крови, в отличие от сыворотки или плазмы, на процесс самоорганизации ТЗГ искажающее влияние оказывает присутствие клеток. При этом отдельные клетки могут играть роль центров кристаллизации, но больше проявляется влияние вышедшего в плазму крови из эритроцитов гемоглобина и др. компонентов клеточного содержимого. В этом случае в состав линейных кристаллитов, образованных фибрином и другими белками, имеющими длинные линейные размеры, поступает железосодержащий белок - гемоглобин. Это изменяет характер дихотомии (фрактализации) линейных кристаллитов, сокращая их линейные размеры. У линейных кристаллитов цельной крови появляется значительно большее число остроконечных выпячиваний в наружные стороны и отростков, которые вследствие присутствия ионов железа становятся более оптически плотными.
Визуализация СТС ТЗГ цельной крови с помощью оптоэлектронной техники дает своеобразные картины при использовании освещения в диапазоне длин волн видимого света и при освещении препаратов ультрафиолетовым светом. При больших увеличениях (с объективами более х40) хорошо видна фрактали-зация линейных структур кристаллитов. Обнаружены заметные отличия в СТС препаратов цельной крови у здоровых доноров и у больных анемиями или онкологическими заболеваниями (рис. 2).
А Б В Г Д
Рис.2. Тест Болена. А - структура ТЗГ донора, ув. Х 6, Б - структура средней зоны ТЗГ донора при световой микроскопии, ув х 20, в - то же, при освещении средней зоны препарата УФ - лучами, Г - СТС средней зоны препарата у больного анемией, Д - то же у онкобольного
В отличие от препаратов цельной крови в ее плазме и сыворотке нет искажающего кристаллизацию влияния клеток, и поэтому формируется типичная кольцевидно-фрактальная структура, в которой между кристаллитами Кі, К2 и К 3 располагаются гидрофильные пленки ПП. При дальнейшей структуризации и старении СТС ТЗГ продолжают терять связанную воду, и в них вновь образуются зоны с полиморфными или округлыми солевыми и смешанными квазипериодическими микроскопическими включениями (рис. 3), часть из которых имеет периодический характер и формируется по механизму «дилатона - компрессона» [31,32].
Рис.3 СТС в тезиографическом препарате плазмы крови донора А - Кольцевидно-фрактальная структура СТС плазмы крови донора, Б - квазипериодическиое (кратерообразное) расположение микроскопических включений в фации плазмы на площади полигональной пластины, В - включения в фации периодического характера по типу «дилатона-компрессона (показаны стрелками)
Процесс формирования линейных и кристаллических структур в ТЗГ-препаратах сопровождается появлением плоскостей и пластинок кристаллического вещества. А, как известно [10], если имеет место возбуждение пластин малых размеров, соизмеримых с длиной волны изгибами и колебаниями, (что наблюдается в процессе кристаллизации БЖ), то при благоприятном соотношении параметров возбуждения (длина волны, частота возбуждения, размер пластины, модуль упругости), на поверхности пластины в местах пересечения узловых линий образуются вращающиеся акустические зоны, обусловленные взаимодействием поверхностных и объемных волн. По-видимому, эти зоны инициируют образование соответствующих волн, способных захватывать микрообъемы веществ и формировать микровихри, которые в процессе более полной дегидртации препарата, как бы «застывают», формируя вихреподобные структуры в виде восьмерок, свастик, что и было обнаружено ранее [15]. В этом явлении внимание ученых привлекают измерения размеров вихревых структур и значений скорости образования и их развития [11, 20].
Первая фаза формирования ТЗГ БЖ, связанная с быстрой дегидратацией описана выше. Во вторую медленную и последующие фазы структуры тезиограмм теряют остаточную воду. В это время начинается деструкция первичной ТЗГ-структуры и продолжается формирование истинных кристаллов солей, присутствовавших в БЖ. Начало второй фазы наиболее заметно при наблюдении самых крупных кристаллитов - К и К2. В конце первой фазы этим СТС обычно присущи линейность и высокая оптическая плотность. Однако постепенно эти кристаллиты уплотняются, а продолжающаяся ретракция фации ПП растягивает эти линейные структуры в противоположные стороны. Поэтому происходит их растрескивания вдоль длинных осей, и они становятся похожими по структуре на каналы или «трещины», как они описаны в других работах. Этот процесс идет с разной скоростью в препаратах цельной крови и в препаратах других БЖ. Он ускоряется в случае, если раствор содержит большее количество различных солей.
В медицинской и биологической практике, для того, чтобы результаты ТЗГ-теста были воспроизводимы, при их оценке не следует выбирать наиболее изменчивые показатели. Целесообразно выделять и делать упор на анализе наиболее стабильные и регулярно проявляющиеся признаки. При этом наилучшую воспроизводимость демонстрируют препараты малого и среднего объема. В малообъемных препаратах (до 0,05 мл) в процессе быстрой дегидратации формируются лишь отдельные СТС. В препаратах среднего объема, около 0,01 мл образуются типичные трехзональные ТЗГ с хорошо воспроизводящимися от опыта к опыту СТС. По-видимому, чем меньше по объему и площади препараты, тем меньше в них случайных флуктуаций и тем выше взаимная обусловленность поведения ее частей. Быстрая относительная скорость дегидратации микропрепарата по сравнению с раствором той же концентрации в макрообъеме приводит к существенному, но почти мгновенному пересыщению БЖ.
Установлено, что для формирования СТС существенное значение имеет фактор времени. Сравнительно большие ТЗГ-препараты (объемом несколько мл), формируются при обычной влажности в течение десятков минут, препараты же с начальным объемом, меньшим в сотни раз, - за десятые доли секунды. По [1], малообъемные препараты формируют гораздо более неравновесные системы, в которых наблюдаются новые формы кристаллизации веществ. Присутствие большого количества клеток в ТЗГ-препаратах плазмы или сыворотки крови изменяло характер дихотомии и ультраструктуру линейных кристаллитов (рис. 5).
Оставшиеся после процедуры фильтрации гемокомпонентов (фильтрованная плазма) эритроциты, лейкоциты и тромбоци-
ты при их малом количестве влияли, в основном, на структуру К3: изменялись углы их отхождения от К2, толщина К3, вследствие появления мелких глыбок по краям кристаллитов 3-го порядка (рис.5 - 1, 2, 3). Рост числа клеток в препаратах шел с увеличением слоистости линейных кристаллитов и изменением их поперечных размеров, с формированием крупных округлых глыбок из клеточно-белковых скоплений у стенок линейных кристаллитов и в участках деления К2 (рис.5 - 4,5,6). При больших увеличениях (объективы х60) в УФ-лучах отмечено различное свечение слоистых структур линейных кристаллитов (рис.5-7), выявлено также наличие пустот (каверн) в центре таких кристаллитов по их длинной оси (рис.5-8). Отмечены отличия в структуре и форме линейных СТС при заготовке эритроцитной массы (метод афере-за), эритроцитной массы с удаленным лейкотромбослоем, эрит-роцитной взвеси размороженной и отмытой, эритроцитной взвеси фильтрованной. Это отражает чувствительность тезиографиче-ских СТС к механическим, химическим воздействиям и к изменениям осмотических характеристик среды, наблюдаемых при заготовке препаратов.
Рис.5. Влияние клеточной компоненты на характер формирования линейных кристаллитов в препаратах крови (верхний ряд - световая микроскопия, нижний ряд - микроскопия в УФ-свете)
Выявлена чувствительность начальной фазы формирования ТЗГ крови и гемокомпонентов к воздействиям факторов внешней среды. Линейные СТС изменялись при изменении положения препарата по отношению к вектору сил гравитации. Конфигурация ТЗГ заметно менялась при изменениях угла наклона препарата от 0 до 90 градусов по отношению к оси Z. При этом К2 изгибались, часто не достигали центра препарата, а их слияние напоминало структуру забора. Одновременно с изменением направленности линейных кристаллитов изменялись ширина и форма полигональных пластин. СТС БЖ оказались чувствительны к изменениям температуры при приготовлении и хранении гемопрепаратов. После замораживания и оттаивания контрольного препарата крови Para12 Extend (фирмы Streck, USA), используемого для тестирования гемоцитометров игольчатые формы кристаллов и кристаллитов исчезали, а вместо них появлялись полиморфные каплевидные структуры.
Таблица
Динамика формирования СТС в ТЗГ-препаратах плазмы крови доноров под влиянием краткосрочного УФ-облучения
Контролируемые СТС 1 сутки
Опыт Контроль
Число К] в краевой зоне препаратов 4,73* (0-1) 2,72 (0-7)
ПП Число К2 в средней зоне препаратов 4,36* (0-3) 2,82 (0-11)
Среднее число растрескавшихся К и К2 в виде «каналов» в первые сутки 0,27 (0 -2) 0,09 (0- 1)
*- достоверные отличия с Ри <0,05
Плазма крови доноров менялась под кратковременным воздействием УФ-излучения. В эксперименте шло наблюдение за состоянием ТЗГ-препаратов в течение 8 суток после их 15минутного облучения в 1-ю фазу формирования ТЗГ УФ-светом инвертированного люминесцентного микроскопа (источник УФ-излучения - ртутная лампа ДРШ-250-3с, зона УФ-А, длины волн 390^00 нм, расстояние от лампы до препарата 30 см) Контрольные препараты подвергались имитации облучения. Обнаружен феномен сокращения 1-й фазы формирования ТЗГ и ускорение старения облученных препаратов, которое выражалось в более быстром формировании кристаллитов и кристаллов, в ретракции фации ПП и ее распаде (табл.) и выкрошивании фации.
На пятые сутки наблюдения установлено, что число выкрошившихся ПП опытных препаратов превысило таковое в
контроле в 1,67 раза. Это является свидетельством быстрого старения облученных УФ-препаратов. Объяснение подобным явлениям найдены в работе [37], в которой показано, что дозированное повреждение белка в составе белково-солевых растворов с помощью УФ облучения нарушает формирование регулярного геля и вносит элементы хаоса в образование солевых паттернов.
Ранее в эксперименте с плазмой гепаринизированной крови отмечена чувствительность ТЗГ к воздействию неионизирующего излучения. Из 11 проб гепаринизированной крови (0,5 мл гепарина 5000 ед. смешивали с 5 мл крови) здоровых доноров готовили опытные и контрольные препараты. Первые препараты в течение 5 минут подвергались облучению ЭМИ ВЧ-диапазона (длина волны 40 см, физиотерапевтический аппарат «Волна», ППМ <5 мВт /см2) в пластиковых пробирках и бакпечатках в безэховых камерах, контрольные препараты подвергались имитации облучения в течение того же времени. Обнаружено изменение некоторых СТС в опытных препаратах, по сравнению с контролем. После воздействия ЭМИ в краевых зонах ТЗГ наблюдалось изменение цвета краевой полосы с бледно-желтого на насыщенно желтый цвет, увеличивалось число К1, но при этом уменьшались их поперечные размеры. Аналогичными оказались различия в формировании центральной зоны этих препаратов: увеличивалось число, но уменьшались поперечные размеры кристаллитов [4]. Чувствительность самоорганизующихся БЖ к электромагнитным полям не высокой мощности может быть обусловлена изменением устойчивой существующей вокруг кристаллов плазмы, реагирующей на эти поля. В свою очередь, эти поля могут поддерживать или демпфировать колебания плазмы вокруг кристаллических биоструктур и тем самым стимулировать или угнетать биологические функции [41,42].
Кровь, как и все человеческое тело - это мир частиц, находящихся в постоянном движении строго по правилам, подчиняющимся физиологическим законам функционирования организма. Кровь является типичным примером ткани организма, где одни коллоиды (клетки) находятся внутри других (плазма). Эти биоколлоиды, или жидкие кристаллы, обусловливают вязкость крови, которая в 5 раз превышает вязкость воды. Жидкокристаллические свойства составных частей крови, плазмы других БЖ являются основой моделирования самых различных их ответных реакций на воздействие химических, физических и других факторов и во многом определяют способность БЖ к согласованному взаимодействию (синэргетике) и к самоорганизации. Синергетика, одна из основ самоорганизации, в противоположность кибернетике исследует механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в динамичных процессах структурообразования, а не сохранения или поддержания старых форм [38]. Поэтому она опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменения, возникшие на наноуровне в системе, под действием температурных, механических и других влияний не подавляются или корректируются, а, наоборот, постепенно накапливаются и, в конце концов, приводят к разрушению старой и возникновению новой макросистемы [31, 40].
Разрушение старой (водной) и самоорганизацию новой (воднообедненной) системы мы наблюдаем при постановке ТЗГ-тестов с кровью, гемопрепаратами и другими БЖ. В основе этого динамичного процесса лежат фазовые переходы в биополимерах со свойствами жидких кристаллов (ЖК) в белках, нуклеиновых кислотах и т.п., в кооперативных системах (фосфолипидных мембранах, субклеточных биологических структурах), а также конформационные изменения биомолекул. Тезиографический препарат БЖ в открытой системе становится самоорганизующейся диссипативной структурой [1]. Свой вклад в формирование тезиографической картины биосубстратов может вносить кластеризация молекул воды. В зависимости от своей кластерной структуры вода способна играть роль матрицы и изменять свойства растворенных в ней солей, а также свойства белковых и углеводных компонентов биосубстратов [21] - таких, как производные макроэргов, аденозинтрифосфата и многих молекул веществ, обладающих ферментной активностью. Кристаллизация крови и ее препаратов оказывается более сложным процессом, чем кристаллизация простых солей из раствора. По мнению А.Ф. Сонина [28], наблюдаемые в составных частях крови фазовые переходы между нематическим и смектическим состояниями имеют много общих черт с фазовыми переходами в сверхтекучем гелии. При этом роль квантовомеханической волновой функции сверхтекучей фазы, не наблюдаемой в экспериментах с гелием,
играет здесь амплитуда волны плотности. Многие молекулы крови имеют свойства ЖК, и в них отмечены аналогии между поведением некоторых дефектов диссипативных структур в жидких кристаллах с эффектом Джозефсена в сверхпроводниках и т.д. Просматриваются также аналогии в поведении ряда дефектов в жидких кристаллах с теоретически предсказанными свойствами магнитных монополей. Процесс формирования ТЗГ крови, ее препаратов или других БЖ оперирует уникальной информацией о ходе кристаллизации, начинающейся на наноуровне в условиях появления пересыщенного раствора и появления порядка среди частиц среды, вначале всего лишь в расположении нескольких атомов. При методически одинаковых условиях проведения ТЗГ-теста на картине ТЗГ не могут не сказаться сложные биохимические изменения внутренних жидких сред организма, что обнаружено в настоящем исследовании и подтверждено в работах других авторов [12, 24,37].
Первые этапы формирования ТЗГ БЖ поражают «симметрией в хаосе» ее морфологических элементов, возникающих при кристаллизации из раствора. Истоки активности и самодвижения при формировании СТС таких препаратов надо искать в феномене отражения воздействий среды открытыми системами [30].
Обычно процессы самодвижения и структуризации в ТЗГ-тестах изучают с помощью световой, люминесцентной микроскопии. Но даже при использовании основного орудия нанотехнологий - атомно-спектральной микроскопии (АСМ) исследователи не могут наблюдать ряд событий, разыгрывающихся на поверхности растущего кристалла (особенно кристалла белка). При использовании АСМ, в котором острие иглы кривизной в 5 нм может различить периодическую структуру молекул на порядок меньшего размера, пока еще не удается различить адсорбированные поверхностью отдельные молекулы такого размера. В растворе доступны наблюдению элементарные акты присоединения строительных единиц к кристаллам белков, но не к кристаллам неорганических соединений. В этих случаях остается неизвестным, что присоединяется к изломам и что принимать за строительную единицу кристалла - ионы, молекулы или их группы. Это сдерживает развитие физической теории самоорганизации тезиограмм и не позволяет в полной мере рассчитать влияние различных факторов на кинетику кристаллизации [23]. Вместе с тем диагностическая ценность кристаллографического метода определяется тем, что характер роста кристаллов зависит от структуры сложно-белкового геля крови и других БЖ, даже таких, как конденсат выдыхаемого воздуха, в котором уже сейчас идентифицируют более 100 химических соединений. Несмотря на обилие составных частей БЖ, они самоорганизуются так, что аналогичные СТС-тезиограмм БЖ здорового и больного обладают хорошо выявляемыми морфологическими отличиями [17].
В настоящее время все шире исследуется самоорганизация крови и других БЖ с диагностическими целями. Однако формирование ТЗГ представляется настолько сложным процессом, что представляются недостаточно обоснованными диагностические заключения отдельных авторов, недостаточно знакомых с проблемами кристаллизации сложных растворов. В работе [18] при описании кристаллизации БЖ у больных стенокардией напряжения II функционального класса для характеристики СТС используется авторская, не принятая в кристаллографии терминология -«хаотично расположенные трещины», «штриховые трещины», которые якобы каким-то образом свидетельствуют о нарушении эластичности сосудов. У больных стенокардией напряжения III функционального класса оригинально описываются СТС в фациях: «мелкозернистая кристаллизация», «тенденция к образованию большого количества мелких «жгутов», якобы признак гипоксии, а также «появление гребешковых структур» - «признак нарушения микроциркуляции и ангиоспазма». У больных стенокардией напряжения IV функционального класса в фации плазмы крови обнаружены структуры типа «листа», свидетельствующие о тяжелых склеротических поражениях кровеносных сосудов».
Пример подобных публикаций показывает, что отсутствие научной терминологии при исследовании ТЗГ БЖ может придавать им спекулятивный характер. Следует учитывать, что в динамике кристаллизации БЖ важны два процесса: адсорбционный процесс, определяющий рост кристаллов и диффузионный процесс (молекулярная диффузия, режимы естественной и /или вынужденной конвекции), обеспечивающий массоперенос к растущему кристаллу, сопровождающийся рассеянием теплоты кристаллизации. При этом формирование характерных зональных
структур ТЗГ не означает окончания процесса структуризации препарата. Это лишь окончание первой быстрой фазы динамичного процесса самоорганизации, характеризующееся удалением из препарата большей части жидкости. Именно эта фаза наиболее чувствительна к различным факторам среды. В последующих медленно текущих фазах изменения ТЗГ БЖ идут процессы освобождения из их Ki, K2 , К3 и других СТС остатков воды и газов, идет достраивание граней кристаллов солей. Эти процессы характеризуют начало фазы замедленной реструктуризации. Позже, наряду с растрескиванием вдоль продольной оси кристаллитов, продолжается формирование простых кристаллов и кристаллитов сложного состава, а затем их отделение от других составных частей ТЗГ-препарата, что ведет к его осыпанию и распаду.
Окружающая среда, воздействуя на БК или БЖ, может вызвать изменения в их форме и составе, что, в свою очередь, изменяет структуру и симметрию СТС ТЗГ. Это уточняет разницу между кристаллизацией вне и в организме: кристаллизация вне организма - однонаправленный процесс, в организме же любой кристаллоид способен к обратному развитию - растворению [26].
Кроме химического и клеточного состава самой БЖ на характер самоорганизации кристаллов и кристаллитов в ТЗГ -препаратах, обязательно влияет гравитация. Нами отмечено изменение линейных СТС при изменении ориентации подложки препарата к горизонтальной плоскости. Известен опыт наших ученых в космосе по кристаллизации алюмокалиевых квасцов из водного раствора (эксперимент «Кристалл») с затравкой, которая вводилась в раствор. Полученные в космосе образцы по внешнему виду отличаются от земных аналогов, причем наиболее характерным отличием было наличие газожидкостных включений.
Настоящая работа и исследования других авторов свидетельствует о том, что процесс кристаллизации чувствителен к самым разнообразным внешним воздействиям - температурным, электромагнитным и др. Эти воздействия способны изменять паттерны самоорганизации крови и других БЖ, что необходимо принимать во внимание при постановке тезиографических тестов.
Выводы. Нанотехнологии микроуровня создают возможность познания закономерностей самоорганизации крови и др. БЖ при их кристаллизации, позволяющих уточнить информационное значение специфических картин обезвоженных препаратов крови, ее плазмы, сыворотки и гемопрепаратов. Надо продолжать изучение лежащих в основе формирования ТЗГ БЖ процессов кристаллизации из раствора всей совокупности их неорганических и органических составных частей. Особого внимания требуют фазовые переходы биополимеров (липидов, белков, нуклеиновых кислот и др.) со свойствами жидких кристаллов - как находящихся в плазме крови, так и в ультраструктурных кооперативных системах - фосфолипидных мембранах, субклеточных биологических структурах, а также исследования конформационных изменений биомолекул при дегидратации.
Самоорганизация СТС в ТЗГ есть формирование временной специфической «скульптуры» препарата, подверженное действию ряда факторов. В период активной фазы кристаллизации в соответствии с правилом Гиббса, кристалл стремится принять равновесную форму, а природная технология кристаллизации осуществляет поиск этого состояния с минимумом затрат свободной энергии в условиях средовых и внешних воздействий. Высокая чувствительность ТЗГ к воздействиям in vivo и in vitro обусловливает необходимость разработки современных технологий исследования ТЗГ с использованием (соответствующего оборудования и математических программ надежной оценки числа, формы и ориентации в пространстве СТС различных БЖ) .
Литература
1. Андреева Л.В. и др. // Ж. техн. физики.- 2007.- Т. 77, Вып. 2.- С.22-30.
2. Асхабов А.М. Кваторонная природа морфологической схожести биогенных и абиогенных наностуктур / В кн.: Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии. Республика Коми, Сыктывкар.- 2000.- С.12-14.
3. БеловН.В. Эндоэкология. М.: Харвест.- 2000.- 318 с.
4. Бубнов В.А., Кидалов В.Н. Конформационные изменения белков - один из механизмов пусковых изменений иммунных реакций в ответ на СВЧ-излучение. Материалы симпозиума ученых стран СЭВ и СФРЮ «Механизмы биологического действия ЭМИ-излучений». М.: АН СССР, 198.- С. 22-23.
5.Вавилин В.А. // Природа.- 2000.- №5., - С. 19-25.
6. Гублер Е.В., Генкин А.А. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях .Л.: ВМедА.- 1973.- 147 с.
I.Ермоленко А.Е. Биокристаллоидная организация человека / В кн.: Новые технологии в медицине.- Саратов: Изд-во Саратовского мед. ун-та.- 2001.- С. 105-106.
8. Замятнин АА. Рассказы о биологах // http://bio.1september.ru/articlef.php?ID=200402601.
9. Игнатьев В. В. и др. // Мат-лы 7 Всерос. симп. «Экологофизиологические проблемы адаптации».- М.: РУДН, 1994.-С. 83-85.
10. Иливанов В М. и др. Явление образования вращающихся акустических волн на поверхностях твердых пластин. Диплом на открытие № 221 РАЕН.М.: 2004.- С 251.
II.Ильясова Н.Ю. и др. // Компьютерная оптика.- Вып.18.-С.150-165.
12. Камакин Н.Ф., Матусевич А.К. // Бюл. сибирской мед..-2005.- Т. 4.- Прил. 1.- С. 183.
13. Кидалов В.Н. и др. // ВНМТ.- 2008.- T.XV, №4.- С. 7-13
14. Кидалов В.Н., Лысак В.Ф. //Усовершенствование методов, аппаратуры, применяемых в учебном процессе, медикобиологических исследованиях и клинической практике.- Сб. изобрет. и рацпредложений.- Л.: ВМедА. 1989.- Вып.20.- С. 66.
15.Кидалов В.Н. и др. // ВНМТ.- 2004.- Т. XI, № 1-2.- С.23.
16. Козлов В А Открытые информационные системы. М.: Финансы и статистика,1999.- 224 с.
17. Львович Я.Е. и др. // ВНМТ.- 2004.- T.XI, №1-2.- С. 49.
18. Малинова ЛИ. и др. // Клин. лаб. диагностика.- 2007.-№ 10.- С.14-15
19. Максимов С А. // ВНМТ.- 2007.-Т. XIV,№ 1.- С. 115-116.
20. Михайлов В.В. и др. // Тр. науч. конф. молодых ученых в рамках форума «Всемирный год физики в Московском универси-тете15-17 сентября 2005 г.- С.154-156.
21. Несмеянов НА. и др. Диплом № 316 на открытие: «Свойство клеточных структур перемещать растворы окружающей среды», МААНОИ, М. 2006.
22. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант.- М.: Прогресс, 1994.- 266 с.
23. Рашкович Л.Н. и др. // Физика тв. тела.- 2000. Т.42, №10.- С. 1869-1873.
24. Савина Л.В. и др. // Гематол. и трансфузиол.- 1984. №3.- С.32-33.
25. Сергеева Ю.В., Малинова Л.И Пространственновременная организация плазмы крови при ишемической болезни сердца // http://www.sno-sgmu.ru/articles/54-ysrp-2005-theses/1037-2008-10-13-18-27-21У.
26. Скурыдин С. В. Изучение механизмов билиарного лито-лиза на его калькулезной модели in vitro // http://www.lomonosov-msu.ru/2007/22/Skurydin_S.doc.pdf.
27. Соколов А А., Бельских А.Н. // Эфферентная терапия в комплексном лечении внутренних болезней / Под ред. А.Л. Кос-тюченко.- СПб.: Фолиант, 2000.- С. 23-105.
28. Сонин А.Ф. Кентавры природы.- М.: Атомиздат, 1980.—
210 с.
29. Тарасевич Ю.Ю. // Успехи физич. наук, - 2004, Т. 174 (7).- С. 779-790.
30.Тарусинов ГА. // Педиатрия.- 1994.- № 1.- С 17-19.
31.Тугое И.И., Кострыкина ГИ. Физика и химия полимеров.- М.: Химия, 1989.- 134 с.
32. Об аналогии между аморфными и кристаллическими материалами / http://rusnauka.narod.ru/lib/phisic/destroy/glava4.htm
33. Финеан Дж. Биологические ультраструктуры / Пер. с англ.- М.: Мир.- 232 с.
34. ХадарцевАА. //ВНМТ, 1999, Т. 6, №1, С. 7-15.
35. Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. // Вестник РАМН.-2000, № 3.- С. 45-49.
36. Юшкин Н.П. Биоминеральные гомологии и организмо-биоз. В кн: Минералогия и жизнь: биоминеральные гомологии.-Республика Коми, Сыктывкар.- 2000.- С. 9 - 12.
37. Яхно ТА. и др. // Ж. технич. физики.- 2004.- Т. 74, Вып. 8.- С .100-109.
38 Яшин АА.Живая материя: Ноосферная биология (но-обиология).Тула, 2007. Изд-во: ЛКИ.- 216 с.
39. Са1гпз-8тиИ A.G. Genetic take-over and the mineral origins of life , N.Y.- Cambridge University Press.- 1982.
40. Marras S.I., Zuburtikudis I., Panayiotou C. Thermomechanical and morphological properties of biodegradable and biocompatible inorganic/organic nanohybrid materials // The 2nd Intern Confer: Nanomaterials and Nanotechnologies (NN 2005, Creta Maris Hotel, Hersonessos, Crete, Greece, June 14-18, 2005. Abstract, P 34.
41.Pauchard L., Allain C. // Phys. Rev. E.- 2003.- Vol. 68, 05280 .
42. Zjn Jozef R. // Physiol. Chem.and Phys.- 1979.-Vol. 11, № 6.- P. 501-506.
SAMOORGANIZATION OF THE BLOOD AND ITS PREPARATIONS AS SENSITIVITY TO INVIRONMENT FACTOR
A.B. BELEVITIN, V.N. KIDALOV, B.L. MAKEEV, A.A. NESMEYANOV, A.E. NIKITIN, P.B. PANOV, A.A.KHADARTSEV, V.N. TSYGAN,
A.V. CHECHYOTKIN
Summary
Influence on structurization changing elements tesiogramm blood of some physical and chemical factors is appreciated. The methodical features of tests essentially raising reliability of the conclusions of the researcher are revealed. High sensitivity of an early phase of crystallization of blood and other biological liquids a number (line) of external influences is shown .
Key words: tesiographic tests, integral blood
показатель микроциркуляции (ПМ) - пропорционален скорости и числу эритроцитов в измеряемом объеме. ПМ измеряется в условных (перфузионных) единицах (пф. ед.). Для регистрации ПМ использовали двухканальный лазерный допплеровский флоуметр ЛАКК-02 (НПП «ЛАЗМА», Москва) с длиной волны 0.63 мкм и мощностью излучения 0.5 мВт. Частота дискретизации сигнала 16 Гц. Для проведения тепловой пробы использовали блок функциональных проб «ЛАКК-Тест» (НПП «ЛАЗМА», Москва). Прибор оснащен температурным пробником, позволяющим осуществлять термическое воздействие в заданном диапазоне температур с контролируемой скоростью. Площадь поверхности нагревательного элемента - 1.3 см2. Световодный зонд флоуметра размещен в центре термоэлемента, что позволяет регистрировать параметры кровотока непосредственно в зоне термического воздействия. Термоэлемент совмещен с сенсором, регистрирующим температуру кожи в месте контакта.
УДК 612.13
СИНХРОНИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ КРОВОТОКА КАК ИНДИКАТОР БАЛАНСА ЦЕНТРАЛЬНЫХ И ЛОКАЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ В СИСТЕМЕ МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА
Т.В. КИРИЛИНА*, Г.В. КРАСНИКОВ*, Г.М. ПИСКУНОВА*,
А.В. ТАНКАНАГ**, Н.К. ЧЕМЕРИС**
Ключевые слова: осцилляция, микроциркуляция кровотока
Известно, что кровоток в микроциркуляторном русле подвержен спонтанным осцилляциям. Однако, несмотря на детальное изучение данных процессов на протяжении нескольких десятилетий, вопрос о происхождении, фундаментальных механизмах и функциональном значении флуктуаций в системе микроциркуляции остается открытым [2,6]. По нашему мнению, анализ колебаний кровотока кожи может внести вклад в понимание механизмов регуляции в системе микроциркуляции, так как именно переменная составляющая допплерограммы (модуляции) содержит информацию о состоянии сосудистого тонуса и механизмах контроля за перфузией, включающих как пассивные (пульсовая и дыхательная волны), так и активные факторы (мио-, нейрогенный тонус и эндотелиальная активность).
Существуют две точки зрения на локализацию механизмов контроля кожного кровотока: с одной стороны, рассматривается исключительно местная регуляция, с другой - предполагается участие как центральных, так и локальных механизмов. Центральные механизмы определяют системное кровообращение, локальные контролируют величину кровотока в ткани или органе на местном уровне. Разделение контуров регуляции на две группы носит условный характер, поскольку местные механизмы реализуются при участии центральных, а управление системным кровообращением зависит от локальных регуляторных механизмов. В некоторых тканях влияние центральных и местных механизмов осуществляется постоянно, в других - их соотношение определяется функциональной активностью этих тканей. Особенность адаптивной реакции микроциркуляторного русла кожи на локальный нагрев, в отличие от реакции на генерализованное нагревание (например, конечности или всего тела), состоит в преимущественном участии местных механизмов вазодилатации. Реакция кожного кровотока на локальное нагревание заключается в его последовательном, бимодальном увеличении, обусловленном, по крайней мере, двумя механизмами регуляции: быстро реагирующим механизмом по типу аксон-рефлекса и медленно вовлекаемыми эндотелий-зависимыми факторами [3].
Цель работы - исследование соотношения модулирующих воздействий центральных и местных регуляторных механизмов в системе микроциркуляции кожи в нативном состоянии и при локальном тепловом воздействии путем оценки степени пространственной синхронизации флуктуаций кровотока.
Материалы и методы. В качестве инструментального метода регистрации параметров кровотока был использован метод лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ). Достоинством метода является возможность неинвазивного исследования состояния регуляторных механизмов и оценки адаптационных резервов системы микроциркуляции. Регистрируемый параметр -
ГОУ ВПО Тульский госпедуниверситет им. Л.Н. Толстого, е-шаП: р*Ы5ю1о£у@(5ры. tula.ru
г. Пущино, Институт биофизики клетки РАН, [email protected]
6] ЛДФ
2-І---------------------- —I—-----------------------------------------------:—
0 50 100 150 200 250 3С0
60 62 64 66 65 70
ЕрЄМЯ (С)
Рис. 1. Фрагменты оригинальных ЛДФ-грамм и соответствующие выделенные частотные составляющие. Указаны значения коэффициента кросс -корреляции
Кровоток исследовали у 25 практически здоровых девушек-студенток (вес 60±11 кг, рост 166±5 см, АД 119±7/69±7 мм рт. ст., пульс 73±11 уд/мин). Регистрацию ПМ вели одновременно в течение 12.5 минут на предплечье обеих рук на участках кожи со сходным уровнем кровотока. Зонды флоуметра, один из которых был сопряжен с термоэлементом, фиксировали над выбранной точкой наружной поверхности предплечья вблизи лучезапястного сустава. Для каждого испытуемого регистрировались 2 пары ЛДФ-грамм: в нативном состоянии (условная норма) и при локальном нагреве (тепловая проба). Нагрев осуществляли на левой руке (правая рука не подвергалась нагреву) в диапазоне температур 32^3 оС со скоростью 1 оС/мин. После достижения заданной температуры нагрева регистрацию продолжали на фоне поддерживаемого конечного значения температуры. Измерения проводили в изолированном помещении при температуре 22-24 °С, испытуемые были в положении сидя. Испытуемые воздерживались от курения, приема лекарств, алкоголь- и кофеиносодержащих напитков минимум за 4 часа до исследования. Все давали
