CC BY
596
£_________
ОБЗОРЫ
БИОМЕДИЦИНА • № 2 2006, с. 5-17
Становление и развитие биомедицины
Н.Н. Каркищенко
Научный центр биомедицинских технологий РАМН, Москва
Рассмотрены исторические аспекты развития и становления взглядов на биомедицину как интегрального направления, объединяющего биологические, медицинские, физико-хими-ческие науки и обеспечивающего формирования основ клинической медицины.
Ключевые слова: биомедицина, исторические предпосылки, неспецифическая резистентность, перспективы.
Медицина, как комплекс фундаментальных и прикладных аспектов знаний в практической деятельности врача, составляет совокупность мероприятий по укреплению и сохранению здоровья, предупреждению и лечению болезней и продлению жизни людей. Она охватывает все стороны жизни человека в виде системы научных знаний о его здоровье и болезнях, условиях индивидуальной и общественной жизни, в которой биологическое и социальное составляют интеракцию единства и противоречий.
Если история практической медицины
— это история человечества, то история биологической составляющей медицины, т.е. биомедицины — это эволюционная история биологических основ жизни в приложении к человеку'.
Болезни, недомогания и иные связанные с ними проявления являются таинственными и непонятными для непосвященного человека (думается, что и для любого животного) состояниями, за которыми прячется неумолимый враг — смерть.
У животных имеются врожденные механизмы зализывания ран, поиска и использования различных лекарственных растений при отравлении, травме, болезни, причем даже у хищников.
Шеренга Великих: начало биомедицины
Практикующий врач всегда был зеркалом той социальной среды, в которой жил. Лишь жрецы могли вынести «окончательный диагноз», стал ли человек «чистым» после перенесенной болезни и когда его можно допустить к нормальной общественной жизни. Поскольку' в египетских папирусах, библии, талмуде, китайских и священных индийских писаниях давались канонические описания болезней, лекарств и процедур лечения, то отступление от них являлось святотатством.
Древние выдающиеся врачи не только переходили в ранг жрецов, но и обожествлялись. Так, в «Астрологии» Гесиода [8] в
VI в. до. н. э. описывается противостояние Зевса и Асклепия как конфликт между' фантазией и знанием. У Гомера (10] Асклепий еще не бог медицины, а фессалийский князь, но позднее Асклепий обожествляется. Это можно рассматривать как возрастание авторитета науки и попытки низвержения супернатурализма. Мы видим, что противоборство между наукой и мифологией как бы переносится на небо. Асклепий (лат. Эскулап) объявляется сыном Апполона и учеником мудрого Хирона. Бессмертный стрелец-кентавр, полу-
конь-получеловек, сын Кроноса (отца Зевса) и нимфы Филиры, дочери Океана — Хирон творил лишь добрые дела, к числу которых древнегреческая мифология относит обучение Асклепия искусству врачевания. Асклепий внешне похож на Зевса, но в некоторых случаях мудрее и сильнее его: не пасует перед Мойрой, судьбой, сотканной человеку при его рождении суровыми сестрами Лисой и Клото, а также может воскрешать мертвых (чем не предтеча реаниматологии). Уже в эгейс-кой предфилософии виден процесс выделения реальной биологической науки из супранатурализма. Так, в мифе о двух сыновьях Асклепия говорится, что от первого сына Подалирия (Гиппократ считал себя его потомком), пошли настоящие врачи, а от второго - Махаона — жрецы, практиковавшие в храмах Эллады (посвященных, кстати, Асклепию) донаучные методы, но наделенные правом изрекать абсолютные «истины». Античные врачи и тогдашние философы люто враждовали, но при этом врачи стояли на более прочной основе натурфилософии и пробиомедицины [7, 21, 23].
Врачебная наука и искусство врачевания развивались, по-видимому, задолго до вавилонского кодекса царя Хаммурапи (XVIII век до н.э.). В папирусе Эберса (XVI—XVII вв. до н. э.) приведена «Книга о приготовлении лекарств для всех точек тела», в которой указано около 800 приемов лечения. Биомедицинские взгляды Древней Индии наиболее полно представлены в дошедшем до нас обобщенном труде Сушрута «Аюр- Веда» или буквально «Знание жизни», создававшемся на протяжении IX—III веков до н. э. Сушрута критически относился к деятельности храмовой медицины, указывая, что жрецы, основываются на сновидениях и гаданиях, а не на знании истинных причин болезни, т.е. лекарства, приготовляемые жрецами, и их приемы лечения не действенны.
Более строгие основы биологической медицины заложены Гиппократом (460— 377 до н. э.). Все его предки, по преданию, были врачами, и в 440 г. до н.э. он, будучи хорошим практикующим врачом, был посвящен в жрецы. Вместе с тем Гиппократ был успешным теоретиком медицины, занимался анатомией, ставил эксперименты. Именно от Гиппократа идет понимание того, что для жизнедеятельности организма человека или животных необходимо врожденное тепло тела, воздух, поступающий снаружи и соки, получаемые с пищей. Гиппократ назвал Природой ту мощную жизненную силу, которая управляет этими процессами, т.е. именно он впервые дал естественно-био-логическое определение процессам, ранее приписываемым божественному провидению [9].
Наряду с Гиппократом к когорте Великих медиков можно отнести китайского врача V века до н. э. Пян Чиао (Чжин Ю-женя), римского врача Галена (130—200), оставивших огромное научное наследие, в том числе по биомедицинским основам акупунктуры, обезболивания, топографической анатомии, физиологии, фармакологии и фармацевтики. Выдающийся врач мусульманского мира Рази Абу-Бекр Мухаммед бен-Закирия (850—923), создавший фундаментальный труд по теории медицины «Рай знаний», был не только прекрасным клиницистом, но и одним из основоположников пробиомедицины. Его учебники и большая энциклопедия «Liber continentis», как и «Canon medicinea» Абу Али Ибн-Сины (980—1037), переведенные на латинский язык, на столетия составили основы теоретической, биологической и клинической медицины врачей Востока и Запада.
Медицина развивалась благодаря усилиям ученых и мыслителей, многие из которых не были врачами. Аристотель (384 — 322 гг. до н. э.) не являлся врачом и не лечил больных, но дал анатомичес-
кое описание животных и с разрешения своего ученика Александра Македонского производил секцию трупов. Аристотель обозначил четыре общности человека и животных: способность к движению, размножению, необходимость питаться, чувствительность к внешним факторам и умение мыслить. Но в отличие от животных человек, по мнению Аристотеля [21, обладает мыслящей душой, т.е. и рассудком и разумом.
Выдающимся ученым был епископ Исидор (570—636) из Севильи, написавший 20 томов, посвященных человеческому телу, здоровью и болезням. Величайшим гением эпохи Возрождения является, несомненно, Леонардо да Винчи (1452—1519). Он не только художник, математик, инженер, но и биолог, и анатом, совершивший в жизненно опасные для таких работ годы инквизиторских репрессий множество секций животных и человеческих трупов и давший более 800 анатомических эскизов с подробными объяснениями, а также заложивший основы эргономики.
В период Средневековья основы биомедицины закладывались Арнольдом де Вилланова (1235—1311). Джироламо Фрас-каторо (1478—1553), Мигелем Серветом (1511—1553), Андреем Везалием (1514— 1564), Амбруазом Паре (1516—1590), Ли Ши Чженем (1518—1592), Уильямом Гарвеем (1578—1657) и др. Их трудами показана морфологическая близость и единство биологических процессов различных органов человека и животных. Марчелло Мальпиги (1628—1694) и Атьбрехт фон Пилер (1708-1777), не подозревая о биохимических основах кровообращения, дыхания и пищеварения, с исключительной прозорливостью дали их сравнительные описания у человека и животных, а также общебиологические понятия возбудимости, чувствительности и автоматизма. Антони ван Ливенгук (1632—1723). создавший первые микроскопы, и профессор-
натуралист из солнечной Калабрии Ладзаро Спалланцани (1729—1799) первыми из людей взглянули на «анимакулы» мира микроорганизмов. Спалланцани доказал их размножение путем деления.
С работ по систематике флоры и фауны, завершившихся созданием в 1735 г. «Системы природы» К. Линнея, началась разработка идеи исторического развития органического мира. Началась критика теорий самозарождения и неизменности видов, появились первые работы по сравнительной анатомии и биомедицине. ВХУШ веке Ж. Бюффон предложил понятие «естественная история» и выдвинул идеи о единстве организации живых существ, о существовании «непрерывной иерархии от самого низшего растения до самого высокоорганизованного животного», изменяемости форм под влиянием внешних условий. Немецкий химик Юстус Либих (1802—1873) описал процессы обмена веществ в организме, доказал роль азотного обмена в основе белков, строительного материала всего живого. С этого периода закладываются основы наших взглядов на иерархию биосистем.
Работы Клода Бернара, Шарля Эдуарда Броун-Секара (1817—1894), Рудольфа Вирхова (1821 — 1902), И.М. Сеченова (1829—1905), Эмиля Дюбуа—Реймона (1818—1896), Нильса Финсена (1860— 1904), И.П. Павлова (1849—1936) заложили основы современной биологической медицины. Хотя не все из них были врачами, их имена на устах уже у каждого первокурсника мединститута. К ним следует также причислить биологов Д.И. Ивановского (1864—1920), Мартина Бейеринка (1851 — 1931), химика Уэнделла Стенли, открывших новый мир вирусов и описавших границу между живой и мертвой материей.
Многие врачи, достигшие величия и вошедшие в историю не на медицинском поприще, тем не менее, внесли свой вклад в биомедицину. Польский астроном и врач
Николай Коперник (1473—1543) создал ряд приемов лечения параличей, инфекционных болезней, а упомянутый нами шведский врач Карл Линней (1707—1778) разработал лучшую систематику растений и животных, в том числе разделив лекарственные растения на 10 групп по их воздействию на человеческий организм. Врач Луиджи Гальвани (1737—1798), автор эпохальных открытий в области электричества, выявил электрические явления в живых тканях организма. Йенс Якоб Берцелиус (1770—1848), величайший химик, установивший атомные веса всех известных в то время элементов, внесший понятия изомерии, катализа, аллометрии, предложивший буквенную символику химических элементов и формулы реакций, был медиком и даже некоторое время занимался врачебной практикой. Со времен Я.Берцелиуса зависимость биологической активности. связанная с оптической изомерией |(с! - (+)1 — (-) формы| и цис-транс-измерений веществ, подвергнута детальному анализу в сотнях обзоров и монографий. Прогресс в стереоселективном синтезе ксенобиотиков путем компьютерного моделирования стереоструктуры макромолекулы рецептора ста;! важным элементом «с1пщ-с1е51§п». Он строится на параметрах молекулы агента-агониста и данных о стереоструктуре активного центра рецептора. Это одна из ветвей эволюции взглядов Я. Берцелиуса.
Врачами были и многие писатели, публицисты, политики. Врач Франсуа Рабле (1493—1553) беспощадно высмеял в «Гар-гантюа и Пантагрюэле» схоласцизм и предрассудки тогдашней медицины. Фридрих Шиллер (1759—1805) — автор не только бессмертных «Разбойников», но и «Философии физиологии». В произведениях А.П. Чехова (1860—1904), В.В. Вересаева (1867—1945), Артура Конан Дойля (1859—1930), Акселя Мунте (1857—1949), Арчибальда Кронина (1896—1979). врачей по образованию, не только прекрасно
описана жизнь их коллег в соответствующей социальной среде, но и даны превосходные портреты биологических основ тех или иных поступков. Выдающийся политик. публицист и руководитель французской революции 1789 года Жан Поль Марат (1743—1793) пытался создать эффективное лекарство против чахотки (надеюсь, это была не гильотина). А доктор Геббельс так воплотил свои врачебные знания в социо-антропологии XX века, что потрясенное человечество усвоило его «концепции» на многие десятилетия. Однако абсолютному большинству врачей-естествоиспытателей присущ исторический гуманизм.
Устремление ввысь
Бурное развитие биологической медицины и стремительная дифференциация смежных наук в XX веке возникли не сами по себе. Устремление ввысь предопределено отнюдь не робкими деяниями Великих медиков прошлого. Даже если взять в качестве реперных точек построения биологических основ медицины труды Пара-цельса, то мы увидим, что они основаны на использовании одних и неприятии других взглядов его предшественников. Эволюция науки сродни эволюции жизни. Как бритва Окама. она отсекает все не сущее. В то же время в трактовке результатов, полученных с помощью суперсовременных компьютеризированных приборов, прогладываются представления великих предшественников науки сегодняшних дней, которых мы с уважением называем шеренгой Великих медиков [21].
В период позднего средневековья обозначилась связь медицины и химии, зародилось ятрохимическое направление, сыгравшее значительну ю роль в развитии медицины XVII—XVIII веков, которая получила такие лекарственные средства, как опий, кору хинного дерева, камфару и др. Критический дух проникает во все отрасли
естествознания и биомедицины. «Медицина здоровых ввергает в болезнь, а больных в смерть», — клеймил врачей-схоластов в XIII веке итальянский поэт Ф.Петрарка.
Величайшим реформатором медицины и одним из столпов биомедицины является швейцарский врач и алхимик Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гоген гейм (1493—1541). Талантливый сын высокообразованного врача и алхимика, он с юных лет под псевдонимом Парацельс (буквально «устремленный ввысь») много путешествовал по Европе, жил в Константинополе. посетил Россию, побывал в татарском плену. Став профессором медицины Базельского университета, он публично сжег «Канон» Ибн-Сины, отверг Галена и стал учить студентов не на латыни, а на родном языке у постели больного. Многие считали Парацельса гениальным врачом и тому были основания. Но у гениев много завистников. Спасаясь от травли, он бежал из Базеля, терпя лишения, много путешествовал и умер в Зальцбурге. Лишь через 21 год после смерти вышла его первая работа о болезнях и их причинах. А через три года издаются основные учения Парацельса об общих принципах медицины.
Значимость работ и представлений Парацельса заключается в том, что он впервые представил интегративную картину существовавшего в его период уровня научной теории и практики, биологических основ медицины, химии и практической медицины, тем самым предопределил развитие биомедицины. Его революционные взгляды дали несомненный толчок в использовании достижений различных отраслей науки в интересах клинической медицины.
Он с молодости вступил в борьбу против могущественной касты аптекарей, оставляющих неоправданно сложные и очень дорогие лекарства (чем не сегодняшняя ситуация), сам применял простые и высокоэффективные средства. Он старался добыть из всех лечебных средств действующие начала, называя их квинтэссенцией «quinia essentia». Парацельс первый в ис-
тории медицины стал применять химические вещества, в том числе препараты и соли железа, сурьмы, свинца, меди. Он признанный основоположник ятрохимии
— направления, ознаменовавшего привлечение химии к решению медицинских проблем. Его попытки создания гомунку-люса (человека в колбе), попытки консервирования спермы можно рассматривать как гениальный взгляд в далекое будущее клонирования, генетики и клеточных технологий. Можно считать, что именно с него стали закладываться научно-экспери-ментальные основы биомедицины. Пара-цельсу принадлежат слова, сказанные им в век господства алхимии о том, что «цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств».
Именно взглядам и деяниям Парацельса мы обязаны тому, что сначала робкие ручейки знаний, а потом их мощные потоки соединили эмпирическую медицину с фундаментальными биомедицинскими науками и предопределили формирование биомедицины как интегрального научного направления.
Биомедицина теснейшим образом связана с фундаментальной биологией, которая устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех её проявлениях и свойствах (обмен вешеств, размножение, наследственность, изменчивость. приспособляемость, рост, подвижность и др.). Несомненна связь биомедицины с биологией развития, изучающей механизмы и движущие силы индивидуального развития организмов. Это направление сформировалось к середине XX века на основе эмбриологии. цитологии, генетики, физиологии и молекулярной биологии. Одним из важнейших достижений в этом плане можно считать создание теории рецепторных взаимоотношений. Вещества с жесткой структурой обладают большой избирательностью по принципу комплементарное™ к определенному типу рецепторов (34, 35, 36, 41]. Взаимодействия по типу «ключ—замок» и «перчатка—рука»
обеспечивают определенный потенциал конформационной подстройки «замка» и «перчатки». Энергия внутренней подвижности молекулы-агониста достаточно велика. Явление торможения вращения вокруг —С-С-.-С-И- или -С-0- связей может поставлять поворотные изомеры, разделенные потенциальным барьером величиной порядка 2000—5000 кал/моль. Измененные конформации или повторные конформеры
- это соединения с пространственной деформацией циклических элементов структуры и измененной топографией их «электронного облака» или энергетического поля. Во многих случаях БАВ в виде «ключа» или «руки» упаковываются в кристаллах, создавая конформационный полиморфизм. Энергия разных конформеров может разниться на 20—50 кДж/моль.
Бионеорганическая и биоорганическая химия сформировались в середине XX в. на стыке биохимии, органической и неорганической химии и обогатили биомедицину новыми биополимерами, витаминами, гормонами, пептидными и белковыми биорегуляторами, антибиотиками и другими высокоэффективными лекарственными средствами. Работами нобелевских лауреатов 2001 г. Вильяма С.Новлеса, Риохи Нойори и Барри Шарплесса в области каталитического асимметрического синтеза создан колоссальный прорыв по разработке, созданию и внедрению в медицину эутомеров-лекарств и новых БАВ.
Биомеханика и бионика важны дтя биомедицины. Они изучают механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также особенности строения и жизнедеятельности организмов дтя создания новых приборов, механизмов, вычислительной техники, конструирования систем искусственного интеллекта и биотехнических систем. На стыке современной физики, химии и корпускулярной механики возникли нанотехнологии, а в дальнейшем и бионанотехнологии, которые изменили наши взгляды в вопросах
понимания биодоступности веществ и лекарств. Стало понятно, что наночастицы быстро захватываются фагоцитирующими клетками и кумулируются в легких, печени, селезенке, лимфоузлах и других органах с высоким содержанием макрофагаль-ных элементов [24, 26, 31, 32, 40]. При этом инфицированные макрофаги более интенсивно захватывают наночастицы, чем интактные [37]. Это объясняет высокую эффективность наночастиц с химиотерапевтическими средствами при лечении внутриклеточных инфекций.
Возникло понимание того, что транспортными системами направленной доставки лекарств в очаг или к органам мишеням являются макромолекулярные водорастворимые полимеры (полиэтилГЛИКО-ЛИ, декстран. поли-Ь-лизины, полиалкил-цианоакрилаты и др.), наночастицы, липо-сомы с включением ферромагнетиков или компонентов, чувствительных к ультразвуку, сдвигам температуры, pH и другим факторам, вызывающим их деструкцию; транспортные системы биологического происхождения: органоспецифические аутоантитела, ассоциированные с лечебным препаратом; эритроциты, нейтрофилы, фиброб-ласты, коньюгаты с белками (а-фетопро-теины и другие протеины); комплексные соединения («пролекарства»), активируемые при воздействии сдвигов pH. активности ферментов и других факторов, обнаруживаемых в тканях при очаговой патологии [7, 27, 28, 29, 30, 35, 42].
Важным дтя биомедицины направлением является биометрия, основные задачи которой заключаются в планировании медико-биологических экспериментов и обработке результатов методами математической статистики. Основы биометрии заложены в конце XIX в. работами английских ученых Ф. Гальтона и К. Пирсона. Связь математики с естествознанием приобретает все более сложные формы. Это не случайно, поскольку ещё у древних греков та/Ьета означало познание.
науку. Чарльз Дарвин писал: «У людей, усвоивших великие принципы математики, одним органом чувств больше, чем у простых смертных». Не случайно говорят, что степень научности той или иной дисциплины измеряется тем, насколько в ней применяется математика. Математические основы биомедицины формировались на основе достижений фундаментальной математики от Фолеса (640—548 гг. до н.э.) и Пифагора (570—471 гг. до н. э.) до наших современников Д. Гильберта, Н. Бурбаки и А.Н.Колмогорова (5, 6, 16]. Напомним, что первую революцию в математике произвела позиционная запись числа:
ап ... <Хр (Хц = «у х 10" + ... а, х 10 = о^.
Эта строчка, состоящая из простых символов, вызвала переворот в математических процедурах. Действительно, что было бы с фундаментальной и прикладной математикой при записи чисел римским способом? |5].
Многие медики если и не испытывают страх, то не могут преодолеть психологический барьер, столкнувшись с абстрактными или математическими описаниями биологических процессов. Это свойство присуще не только гуманитариям. Величайший математик Георг Кантор (1845-1918). разработавший основы теории множеств и открывший, что отрезок и квадрат имеют одинаковое количество точек, писал: «Я это вижу, но не верю». Лишь через три года он смог преодолеть этот психологический барьер [5]. Мы почему-то не задумываемся над тем, что на градуснике нанесены положительные и отрицательные значения температур, а годы и столетия до рождества Христова мы считаем в обратном порядке. В то же время каждый из нас понимает, что отсчет температуры идет от абсолютного нуля в одну сторону и время не течет вспять. Мы это приняли как должное и к этому привыкли. Так и в математике медикам и биологам что-то нужно принять как парадигмы.
постулаты, аксиомы и не впадать в транс при виде формулы в медицинской статье.
Изучением входящих в состав организмов химических веществ, их структуры, распределения, превращения и функции занимается биохимия. Парацельса можно было бы считать и предтечей биохимии, которая в XIX в. сформировалась в самостоятельную науку. Первый синтез Ф. Вёл-лером в 1828 г. мочевины подорвал представления о «жизненной силе», якобы участвующей в синтезе различных веществ организмом. С середины XX в. из биохимии выделились в самостоятельные направления молекулярная биология, биоэнергетика и техническая и медицинская биохимия, которые теперь, наряду' с биофизикой, включают в комплекс наук физикохимической биологии и биомедицины. Достижения этих наук немыслимо охватить одним взглядом, но выделить одно из направлений, мы считаем своим долгом, поскольку здесь просматриваются и границы сред и единение фундаментальной науки и клинической медицины. Известно. что существуют два основных направления применения эндогенных биорегуляторов и метаболитов в клинической практике. Это, конечно, заместительная терапия. т.е. введение биосубстрата при его дефиците, и регуляция в виде стимуляции или торможения метаболизма при нарушении обмена в условиях патологии.
В мировой науке довольно интенсивно развивается ортомолекулярная медицина, базирующаяся на использовании лечебных свойств субстратов и эндогенных регуляторов метаболизма или «аутакоидов». К ортомолекулярным соединениям следует отнести и ряд специфических эндогенных регуляторов, таких, как оксид азота, эндотелийпродуцируемая вазодилататор-ная субстанция, модуляторы кальмодули-на, кальцитонингенсвязанный пептид, вазоактивный интестинальный полипептид и др., а также средства генной терапии. Это, несомненно, будущее биомедицины.
Идея современной ортомолекулярной медицины, наиболее полно и выразительно сформулирована в ряде работ дважды лауреата Нобелевской премии Лайнуса Полинга. Кондукторные функции метаболитов энергетического обмена, обладающих высоким уровнем утилизации в определенных тканях, могут использоваться для избирательной доставки к органам-мишеням компонентов лекарств, а также для повышения их биобезопасности.
В последние годы благодаря энергии и усилиям академика М. А. Пальцева интенсивно развивается молекулярная медицина, которая интегрирует в себе фундаментальность подходов с прикладными аспектами биобезопасности. В свою очередь проблема биобезопасности весьма многогранна. Не касаясь всех её сторон, укажем лишь на вопросы безопасности лекарств и подчеркнём, что. поданным ВОЗ, смертность от лекарств занимает в общей структуре смертности четвертое место -после сердечно-сосудистой, онкологической патологии и травм. В США неправильное употребление лекарств ежегодно приводит к смерти более 100 тыс. человек и к развитию у 2,2 млн. пациентов тяжелых заболеваний. В России этой статистики нет. но нетрудно представить, что столь же внушительные показатели «лекарственной болезни» и у нас. Расходы на борьбу с лекарственными осложнениями составляют от 5 до 17% затрат на здравоохранение в разных странах |3|.
Еще одно направление — биотехнология — включает в себя совокупность ген-но-инженерных методов, живых организмов и биологических процессов. В связи с успехами молекулярной биологии и биомедицины все более уверенно выдвигается на первый план направление, связанное с биотехнологическим синтезом метаболитов и эндогенных биорегуляторов обменных процессов. Биотехнологическая революция в конце XX века открыла новую эру в развитии биомедицины[25]. Генотерапев-
тический и генопрофилактический аспекты биомедицины связаны с достижениями современной гибридомной технологии и генной инженерии. В генной терапии лидируют исследования в области клинической фармакологии, эндокринологии, кардиологии и онкологии. Достигнуты успехи в познании механизмов запуска и торможения превращений нормальной клетки в раковую за счет влияния на активность теломеразы опухолевой клетки и других «мишеней» онкогенеза.
С развитием в последние десятилетия стереомолекулярной биологии объектом исследователей стал анализ возможностей повышения терапевтической эффективности известньгх лекарств за счет избирательного использования оптически активных эутомеров. а также их предпочтительных конформеров. Избавление больных от «изомерического балласта» рацемических веществ на основе модификации конфор-мационной структуры - путь к излечению от «лекарственной болезни», а в конечном итоге — к улучшению здоровья и сохранению жизни.
Декартовы векторы биомедицины
Главным принципом познания с эпохи Парацельса все чаще становился опытноэкспериментальный метод исследования. Многие исследователи отвергали схоластику и выдвигали программы обновления наук. Английский философ Ф. Бэкон (1561—1626) считал, что в прежней медицине «мы встречаем много повторений, но мало истинно новых открытий». Такие открытия, касающиеся природы самого человека, как считали многие естествоиспытатели, могут быть получены только экспериментально, т.е. в рамках биомедицины.
В ряду великих творцов науки всех времен острыми пиками выделяются истинные гении. Даже в их числе особый исто-рико-научный пик приходится на Рене
Декарта (1596—1650), личности и трудам которого посвящены тысячи работ. Многие ученые подчеркивают, что без Декарта современный мир науки был бы невозможен. В своих «Правилах для руководства ума» [13] он дат начало новой науке и ее аппарату в виде всеобщей или универсальной математики, ввел переменные величины в аналитическую геометрию [12]. Он создал и научил человечество пользоваться системой величин в «декартовых координатах», сформулировал принципы моделирования и определил три основных средства познания: интуицию (качественную логическую «единицу»), дедукцию (процесс движения и последовательности), полную энумерацию (количественное завершение обретенного знания) или индукцию (гарант истинности в непрерывном воспроизведении процесса). Его представления явились предтечей базовых аспектов биомоделирования.
Особое место в его трудах занимают теоретические аспекты биологической медицины. «Вся философия подобна как бы дереву, корни которого — метафизика, ствол
- физика, а ветви.... все прочие науки, сводящиеся к трём главным: медицине, механике и этике» [ 121. Преклоняясь перед Гарвеем, Декарт пытался понять суть автоматизма сердца, собственноручно производя исследования на животных. В свою очередь нобелевский лауреат В. Эйнтховен (1924), в знак преклонения перед идеями Декарта, ввел в символику ЭКГ декартовы обозначения величин рада Р, 0Я5, Т, и и т.д.
Цель познания, по Декарту, — установление взаимосвязи явлений, поскольку «естественный порядок» представляет собой бесконечную цепь причинных связей. Разум — основа познания и поведения, источник знания и критерий его истинности. Организм - часть телесной природной субстанции, элементы которой взаимодействуют друг с другом под влиянием внешних воздействий. Жизнь - процесс, представляющий собой единство постоян-
ных непосредственных реакций тела на эти воздействия. Декарт ввел понятие о рефлексивности и разработал схему рефлекса, полагая, что все процессы жизнедеятельности (кроме мышления) имеют чисто рефлекторную природу. Декарт считал, что тело человека является автоматом, его движущей силой является теплота, источником которой служат происходящие в теле процессы «сгорания без пламени». Его трактовки процессов кровообращения и пищеварения, теорий боли, голода, жажды, в которых он отличал соматические проявления от сопровождающих их ощущений, оптическая теория зрения и физиологическая теория памяти во многом предвосхитили и направили все последующие исследования в биомедицине, вплоть до наших дней. Работы Декарта оказали основополагающее воздействие на развитие философии и естественных наук в XVII-XV1H вв. и не теряют актуальности для современной науки. Его идеи оформили процессы моделирования в биологических системах не только в виде системы методов, но, что самое главное, в методологическом аспекте.
Представления Декарта получили развитие во многих направлениях научных знаний. Остановимся лишь на одном из них. Идеи Декарта о рефлекторной природе процессов жизнедеятельности были фундаментально подтверждены И.М. Сеченовым и обоснованы расшифровкой рефлекторной дуги И П. Павловым |18] Сложные процессы управления в организме на основе алгоритмической и критериальной обратной связи расшифрованы академиком П.К. Анохиным |1] и представлены в виде концепции функциональных систем. Важным положением этой концепции является представление об афферентном синтезе. Прежние взгляды основывались на простой регуляторной цепи условных рефлексов: сигнал —> ответ. П. К. Анохин убедительно показал, что любому поступку человека или животно-
го предшествует совокупная взаимооцен-ка условий данного момента, основанная на прошлом опыте [1].
В свете современных представлений концепция П.К.Анохина вскрывает два прежде мало рассматривавшихся направления исследования функций головного мозга как интегративного центра: устойчивости нелинейных регулируемых систем в целом и стабильности вероятностно-детерминированных подсистем целостного организма человека и животных при неограниченных возмущающих воздействиях. Ученик и последователь П.К. Анохина, К. В. Судаков доказал [20], что объединение корково-подкорковых аппаратов в доминирующее возбуждение связано с определенной функциональной системой и направлено на обеспечение результата ее деятельности. Принципы обратной аффе-рентации и акцептора действия, введенные П.К. Анохиным, придали изящную завершенность рефлекторной дуге, разработанной П.П. Павловым, и гениальному предвидению Р. Декарта.
Неспецифическая резистентность — барьер здоровья и нездоровья
В концепции валеологии или науки о здоровье заслуживает внимания рассмотрение некоторых сторон её специфики. Поддержание здоровья человека в современном сложном мире, является одновременно биомедицинской и социальной проблемой, которая должна быть приоритетной в любом цивилизованном обществе. Становление валеологии в нашей стране базируется на концепции школы И.П.Пав-лова [ 18[ об адаптационно-трофической функции центральной нервной системы и последующих исследованиях Н.В. Лазарева о коррекции приспособительных реакций организма с помощью адаптогенов. В дальнейшем эти исследования оформились в виде научного направления о неспецифической сопротивляемости [17]
или неспецифической резистентности организма [11, 14, 15].
Изучение эффектов феноменов и механизмов биологической составляющей здоровья и нездоровья и являет основу биологической медицины или биомедицины.
Исследования в области изучения неспецифической резистентности развиваются в направлении поддержания цитогомеостаза и тонуса функциональных систем, ответственных за регуляцию адаптационных процессов и обеспечивающих оптимальный уровень функционирования организма в конкретных условиях. Они включают торможение перекисного окисления липидов, повышение пула эндогенных антиоксидантов; активацию регенераторных процессов; активацию энергетического обмена; повышение фагоцитоза и других иммунных реакций; мобилизацию защитных систем и влияние на стресс-лимитирую-щие процессы; вовлечение протекторных механизмов пиримидинового, пуринового обмена, нейромедиаторов и их мессенджеров, регуляторных белков и пептидов [4, 7, 14, 15, 17].
Представляется логичным разделение основных состояний организма человека на здоровье (первый статус), патологию (второй статус) и третий статус, как состояние, характеризующее функциональные системы в период экстремальных ситуаций, связанных с высокими физическими и психическими нагрузками, а также воздействием на организм стресса и экологических факторов. К основным экологическим факторам относятся климатические особенности, космическое и электромагнитное излучения, баровоздействие, профессиональные вредности и др. [ 14, 33, 38, 391. Третий статус некоторыми авторами расценивается как «предболезнь», но этот термин следует рассматривать скорее как сленг, антонимом которому должно было бы соответствовать столь же невразумительное понятие «предздоровья».
Биологические проявления от воздействия внешней среды и от социальных потрясений отражаются состояниями организма. Неблагоприятные действия либо нейтрализуются системами биологической защиты, либо протектируются. В любом случае социальные и экологические потрясения создают условия при имеющейся предрасположенности к болезни и развитию функциональной и структурной неполноценности в деятельности целостного организма.
В прикладном аспекте воздействия на неспецифическую резистентность представляют собой комплекс мероприятий (вакцинация, лекарственная профилактики. использование адаптогенов, стресс-протекторов) в отношении здорового человека с целью предупреждения развития у него патологических процессов. Иными словами — это создание барьера между состояниями здоровья и нездоровья. Фундаментальные основы такого барьера обеспечиваются исследованиями в биомедицине, и прежде всего в направлении повышения неспецифической резистентности.
Неспецифическая реактивность организма является отражением общебиологической вариабельности и изменчивости [11]. Индивидуальная резистентность отчетливо проявляется в реакциях организма при воздействии факторов различной природы и отображается, а по-видимому, и закрепляется генетическими процессами. Согласно неодарвинистской концепции, мутации, происходящие в соматических клетках, не наследуются и не оказывают влияния на эволюцию. Известные австралийские ученые [ 19], анализируя работу иммунной системы, показали возможность переноса ДНК из соматических клеток в половые. Конечно, это дискуссионный вопрос, но в свете исторических реминисценций открывает поле для размышлений. Поистине — рывок вперед смешает нас назад. Еще Жан Батист Ламарк (1744—1829) высказал гипотезу о на-
следовании приобретенных признаков. Именно он создал учение об эволюции живой природы, разработал основы зоопсихологии, а в 1802 году ввел в научный обиход термин «биология».
На протяжении тысячелетий развития естественных наук доминировал подход «расчленяй и описывай». Если же изучать объект, не ломая, — остается наблюдать реакции. Известно, что наиболее важные процессы протекают на границах раздела сред, где «создаются напряжения между разноименными полюсами, между душой и телом, между содержанием и формой, между частицами и волнами, между числами и ощущениями» [22|. Это исторически предопределило следующую сентенцию: «воздействуй и смотри». Однако не всегда результат такого подхода бывает очевиден.
Мы зачастую сталкиваемся с явлениями инвариантности или нечувствительности. когда полученная информация не классифицируется, хотя она понята и осознана. Но, не попав в нужную «ячейку» научных представлений, она не инициирует размышлений в нужном направлении, не открывает горизонтов. Как будто бы и изюминка, но результат — тишина [5]. Вот почему мы можем говорить, что современная медицина - это не только технологии и мастерство врачевания. Это прежде всего — использование достижений и постоянно пополняемых знаний смежных наук, составляющих интегральное поле биомедицины.
Литература
1. Анохин П К. Теория функциональной системы. Усп.физиол. наук, 1,1, 19-54, 1970.
2. Аристотель. Метафи зика. В кн.: IV. М.-Л., Соцэкгиз, 1934.
3. Астахова А.В., Лепахин В.К. Неблагоприятные побочные реакции и контроль безопасности лекарств. М., с. 199, 2004.
4. Ашмарин И.П., Каразеева Е.П. Нейропеи-тиды. В кн.: Биохимия мозга. СПб., с.232-266, 1999.
5. Босс В. Интуиция и математика. М., Ай-рис-пресс, с. 186, 2003.
6. Бурбаки Н. Очерки по истории математики. М., ИЛ, 1963.
7. Пиенко-Ярошевскии П.А., Гацура В.В. Этапы и перспективы развития фармакологии. Краснодар, с. 153, 2003.
8. Гесиод. Теогония. Работы и дни. Т X. Эллинские поэты. М., 1929.
9. Гиппократ. Избранные книги (Перевод с греч. проф. В.И.Руднева.). М., «Сварог», 1994.
10. Гомер. Илиада. Одиссея. М., ГИХЛ, 1967.
11. Даренская Н.Г., Короткевич А.О. Неспецифическая реактивность организма и принципы формирования индивидуальной резистентности. М.. с.240, 2001.
12. Декарт Р. Избранные произведения. М., 1950.
13. Декарт Р. Рассуждение о методе с приложениями «Диоптрика», «Метеориты», «Геометрия». М., 1953.
14. Каркищенко Н.Н. Лекарственная профилактика. М., с. 751, 2001.
15. Каркищенко Н.Н. Психоунитропизм лекарственных средств. М..Медицина, с. 206, 1993.
16. Колмогоров А. Н. Основные понятия теории вероятностей. М.-Л., ОНТИ, 1936.
17. Лазарев II.В. /ред./ Фармакология патологических процессов. Л., с.299 с, 1951.
18. Павлов И.П. Рефлекс цели. Полное собр. трудов, т. 3. М., Изд-во АН СССР, с. 242-247, 1949.
19. Стил Э., Линдли Р., Бланден Р. Что, если Ламарк прав? М.. Мир, с.2 67, 2002.
20. Судаков К. В. Приоритетные фунда ментальные исследования интегративной деятельности нервной системы. Вестник РАМН, с. 3-6, 2003.
21. Федоровский Г. Шеренга великих медиков. Варшава, 1975.
22. Хоффман Р. Такой одинаковый и разный мир. М. Мир, с. 294, 2001.
23. Чанышев А.II. Эгейская предфилософия. М., МГУ. 1970.
24. Azam P., Peiffer J.C., Bonnet P.A. et at. Qualitative and quantitative evaluation of a local lymph node assay based on ex vivo
interleukin-2 production. Toxicology 206, 285-298, 2005.
25. Banker G., Rhodes Ch. A view to future modem Pharmaceutics. 3rd ed., Marcel Dekker Inc., .N.Y., P. 9-18, 1996.
26. Chiarini A., Petrini P., Bozzini S. et al. Silk fibroin/poly (carbonate)-urethane as substrate for cell growth: in vitro interactions with human cells. Biomaterials, 24, 789-799, 2003.
27. Contrera J.F., Matthews E.J., Kruhlak N.L. et al. Estimating the safe starting dose in phase I clinical trials and no observed effect level based on QSAR modeling of (he human maximum recommended daily dose. Regulatory Toxicology and Pharmacology 40, 185-206, 2004.
28. Davies J., Ward R.S., Hodges G. et al. Quantitative structure-activity relationship modeling of acute toxicity of quaternary alkylammonium sulfobetaines to Daphnia magna. Environmental Toxicology and Chemistry
23, 2111-2115, 2004.
29. Dearman R.J., Skinner R.A., Deakin N. et al. Evaluation of an in vitro method for the measurement of specific IgE antibody responses: the rat basophilic leukemia (RBL) cell assay.
30. Laz.arova M., Slamenova D. Genotoxic effects of a complex mixture adsorber onto ambient air particles on human cells in vitro: the effects of vitamins E and C. Mutftion Research, 557, 167-175, 2004.
31. Helma C. In silico predictive toxicology: the state-of-the-art and strategies to predict human health effects. Current Opinion in Drug Discovery and Development 8, 27-31, 2005.
32. Hosoya K, Hori S., Ohtsuki S. et al. A new in vitro model for blood-cerebrospinal fluid barrier transport studies: an immortalized choroids plexus epithelial cell line derived from the ts58 SV40 large T-antigen gene transgenic rat. Advanced Drug Delivery Reviews 56, 1875-1885, 2004.
33. Lindon, J.C., Holmes, E. Nicholson, J.K. Toxicological applications of magnetic resonance. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 45,109-143,2004.
34. Masungi C., Borremans C., Willems B. et al Usefulness of a novel Caco-2 cell perfusion system. In vitro prediction of the absorption potential of passively diffused compounds. /. of Pharmaceutical Sciences 93, 2507-2521, 2004.
35. Mekenyan 0., Dimitrov S., Serafimova R. et al. Identification of the structural requirements for mutagenicity by incorporating molecular flexibility and metabolic activation of chemicals. I TA100 model. Chemical Research in Toxicology 17, 753-766, 2004.
36. Mekenyan 0., Nikolova N., Schmieder P. et al. COREPA-M: a multy-dimensional formulation of COREPA. OSAR and Combinatorial Science 23, 5-18, 2004.
37. Schafer V, Briesen.L., Rubsamen-Waigmann
11.et al. Phagocytosis and degradation of human macrophges. J.Microencapsul. V.67, P. 18-23, 1994.
38. Snape J.R., Maund S.J., Pickford D.B. et al. Ecotoxicogenomics: the challenge of integrating genomics and terrestrial ecotoxicology. Aquatic Toxicology 67, 143-154,
2004.
39. Testa A.,Cordelli E. ,Stronati L. et al. Evaluation ofgenotoxic effect of low level 50 Hz magnetic fields on human blood cells using different cytogenetic assays. Bioelectromagnetics 25, 613-619, 2004.
40. Van de Bovenkamp M.M., Groothuis G., Draaisma A. etal. A new human in vitro model to study early fibrogenesis. Hepatology 40, 538A-538A, 2004.
41. Wang Q.. Rager J.D., Weinstein K. et al. Evaluation of the MDR-MDCK cell line as a permeability screen for the blood-brain barrier. International J. of Pharmaceutics 288, 349-359,
2005.
42. Waters M.D.F. Toxicogenomics and systems toxicology: aims and prospects. Nature Reviews Genetics 5, 936-948, 2004.
FORMATION AND DEVELOPMENT OF BIOLOGICAL MEDICINE N.N. Karkischenko
Research Center for Biomedical 'Technologies of RAMS, Moscow
Historical aspects of formation and development of biological medicine are discussed. Biomedicine is understood as an integral complex combining biological, medical and physico-chemical sciences and providing basis for clinical medicine.
Key words: biomedicine, historical premises, non-specific resistance, prospects.
