Основы медицинской гомеостатики - А Степанов

ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТКАНЕВЫХ СИСТЕМ (ОРГАНОВ)

Тканевые системы (органы) формируются в процессе эволюционного развития для выполнения жизненно важных целей функционирования единого организма. Здесь мы обнаруживаем явные параллели в целях функциональных организаций органов с клеточными органеллами в одноклеточных организмах. Единство целей разных интеграционных уровней создает функциональные аналоги точно также, как простейшая форма единичного фрактала повторяется на определенных стадиях интеграции множества единичных однотипных по форме фракталов.

Движущие силы индивидуального развития создаются по мере дифференцировки зародыша в результате взаимодействия продуктов этой дифференцировки. Взаимодействие разных частей ведет к новым дифференцировкам и дальнейшим взаимодействиям. Устойчивость организации покоится не на прочности каких-либо структур, а на сложности системы взаимодействий (корреляций) и на регуляторном их характере [51]. Шмальгаузен подчеркивает, что взаимоотношения между соседними частями растущего организма сопровождаются обменом продуктами метаболизма, оказывающего контрольные, регуляторные функции формообразовательного процесса. Продукты органо-специфического метаболизма служат для детерминации менее дифференцированных соседних зачатков. Система связи используется в одном направлении для передачи директивной информации (детерминация формообразования) и в другом направлении для передачи обратной информации (контроль формообразования). Таким образом, создаются сложные системы взаимодействия частей, являющиеся основой регулируемого саморазвития [51, c. 329].

Практически еще в начале 60-х годов выдающийся ученый И.И. Шмальгаузен описал в общем виде принцип работы гомеостатической системы в виде сложной системы авторегуляционных циклов передачи и реализации информации (наследственной и ненаследственной) в процессе индивидуального развития организма.

Гистологически орган состоит из системы разных тканевых образований, подчиненных выполнению единой функции. Входная информация преобразуется в каждой из тканей в соответствующий только ее специфике носитель. Совокупность и пространственно-временная последовательность носителей преобразованной входной информации есть отраженная органом (гомеостатом) информация, которая выражается в активном воздействии на внешнюю среду.

Для примера рассмотрим гомеостат мышцы как органа, с помощью которого осуществляется механическое движение. Гомеостат состоит из мышечных волокон экстрафузальных и интрафузальных, моторных концевых пластинок, являющихся входом информации из внешней среды, детекторов обратной связи (проприорецепторов, располагающихся на интрафузальных волокнах, телец Пачини, свободных нервных окончаний, рецепторов Гольджи в сухожилиях), мотонейронов соответствующего сегмента спинного мозга, сухожилий, лимфатического окружения, кровеносных сосудов.

Рис.13 Модель гомеостата мышечного аппарата движения конечности.

Как видно из модели, орган не является целостным (симметричным) гомеостатом, так как для организации функционального единства такого гомеостата необходимо участие нескольких специализированных систем: нервной, гуморальной и собственно мышечной.

Из анатомии и физиологии известно большинство структурно-функциональных единиц, составляющих гомеостаты органов единого организма. Как уже отмечалось ранее, целостный организм приобретает новое качество симметричность. Симметричность низшего уровня организации (клетка) от высшей (организм) отличается только широтой свободы воли, т.е. качественно большим спектром компенсаторных реакций на изменения информационных потоков внешней среды.

О ГОМЕОСТАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОРГАНИЗМА

КАК ЦЕЛОГО

Многоклеточный организм, как целое, обладает качественно новыми возможностями, дающими ему преимущество в выживании по сравнению с более низкоорганизованными формами. Эволюция многоклеточных форм симметричных гомеостатов протекает главным образом по пути усложнения аппарата информационной переработки сигналов внешней среды, что сопровождается соответствующими морфологическими изменениями. В результате этих усложнений организм от непосредственной реакции на изменение потоков веществ и энергии внешней среды эволюционирует К ОПЕРЕЖАЮЩЕМУ КОМПЕНСАТОРНО-АДАПТАЦИОННОМУ РЕАГИРОВАНИЮ.

Возможность к опережающему реагированию (преадаптации) возникает на основе особенности функционального строения гомеостата любого уровня интеграции - наличию двух информационных моделей: модели (или информационной цепи) потока, отражающего состояние внешней среды, и модели, отражающей состояние внутренней среды, постоянного сравнения и минимизации до какой-то константы их различий.

Для гомеостата, являющегося ячейкой в сети гомеостатов и окруженного подобными функциональными единицами, внешней средой будет его окружение, все информационные потоки, которые приходят к нему как от гомеостатов, связанных с ним входными и выходными цепями, так и информация, приходящая помимо структурных цепей, например, электромагнитное излучение, гравитация, акустическая волна и т.п. Эволюционно первым шагом к созданию опережающей модели послужили достаточно стабильные цикличные изменения среды обитания: фотопериодизм, температурная суточная и сезонная цикличность, гравитационные девиации, связанные с обращением Луны. С одной стороны, эти изменения привели к созданию механизмов накопления пластических и энергетических ресурсов на период снижения их притока из циклически изменяющейся среды (создание запаса противоречия), с другой - к механизму регулирования их величины. Это означает эволюционное приобретение и закрепление в наследовании собственного циклического механизма опережающего накопления и последующего снижения активности в накоплении веществ и энергии, связанных с внешними пейсмекерами. Вслед за этим и параллельно подобным приобретениям в разных гомеостатах, отслеживающих циклы различной длительности, возникла необходимость образования координирующего механизма, регулирующего последовательность активации того или иного материального цикла.

Создание единого координирующего (интегрирующего) механизма является качественно новым приобретением симметричного гомеостата, так как для его работы требуется универсальный носитель информации о состоянии всех гомеостатов, работающих на разных биохимических носителях, и имеющего значительно большую скорость переноса информации. Таким механизмом стала нервная система. Наряду с гуморальной, являющейся исходно древней системой массопереноса различных биохимических веществ (а, следовательно, и информации), нервная система структурно пронизала все тканевые и органные гомеостаты целостного организма. В отличие от гуморальной системы она выработала универсальный кодовый язык, единый для всех гомеостатов, и способы его трансляции. Такой язык позволил также создать новые высокоэффективные специализированные структуры приема и кодирования разнородных информационных потоков внешней среды.

Накоплен громадный экспериментальный материал о строении нервной системы. На базе этого материала сложилась определенная концепция физиологических механизмов моторного и вегетативного регулирования функциями организма. Дальнейшее накопление клинического и экспериментального материалов привели к кризису канонизированных представлений в неврологии, в частности, с пирамидально-экстрапирамидальной концепцией. В результате критического анализа накопленных знаний была предложена новая нейродинамическая модель моторновегетативной структурно-функциональной единицы соматовегетативной регуляции [111,112]. В качестве новой модульной структурно-функциональной единицы соматовегетативного регулирования выделен фазотон. По своей функциональной структуре весьма близок строению гомеостата. Показано, что обеспечение моторновегетативного гомеостаза достигается в ходе нейродинамической эволюции через флуктуации и неравновесные фазовые переходы путем смены конформационных нейродинамических состояний. Оказалось, что характер автоволновых процессов, происходящих в нейромоторной системе, может быть представлен моделью предельных циклов и странного аттрактора. Т.е. процессы, протекающие в нервной системе, принципиально идентичны другим процессам, широко распространенным в природе.

Используя универсальный информационный язык (спайковую активность и тонические колебания), нервная система на разных интеграционных уровнях может создавать модели состояний этих уровней, включая модель состояния организма в целом. Такой интегративный гомеостат имеет вторую цепь, по которой циркулирует информационный поток о состоянии внешней среды. Сопоставление динамических различий и единства двух информационных моделей определяет поведенческую активность. Так как большинство информационных потоков могут в конечном счете быть переведены на единый носитель, появляется уникальная возможность использовать его для сигналов, которые не актуальны для каждого отдельного гомеостата, но важны как корреляты будущих жизненно важных материальных процессов в окружающей среде. Это и есть опережающая адаптивно-компенсаторная реакция организма. Кроме того, этот механизм есть материальная основа психики.