Пример гомеостата ткани, ставшего несимметричным в результате травмы [80].

Гомеостат регенерирующей ткани представляется как согласованное взаимодействие двух разнонаправленных процессов клеточной деструкции и клеточной репродукции. Регулирующими факторами являются внутритканевые клеточные корреляции, определяющие качественные характеристики и локализацию данного гомеостата, а также регуляторы внешней среды, которые играют модулирующую роль, определяют количественные параметры качественных характеристик данного гомеостата. В качестве внутриклеточных регуляторов выступают целостный гистоскелет ткани, контактные клеточные взаимодействия, продукты цитолиза, кейлоны, общее количество антигенных детерминант, специфичных для данной ткани, и др.

Взаимодействие процессов клеточной деструкции и репродукции позволяет обеспечивать высокую адаптивную способность регенерирующей ткани к действию экстремальных факторов. Травма является таким экстремальным фактором, под воздействием которой гибнет часть клеточных элементов, что интерпретируется нами как переход целостного (симметричного) гомеостата в несимметричное состояние. Несимметричность служит стимулом для активации пролиферативных процессов через вышеназванные механизмы. Известно, что в условиях активной клеточной пролиферации может происходить реэкспрессия эмбриональных генов, изменяться спектр синтеза белков и их изоморфное строение, возникать доминирование восстановительных реакций над окислительными, повышаться уровень сульфгидрильных групп и активность антиоксидантных ферментов. В итоге в стимулированной к регенерации ткани метаболизм клеток перестраивается на низкодифференцированный, связанный с обеспечением преимущественно митотического процесса режим работы, клетки переходят к филогенетически более древнему, простому и устойчивому функционированию. Таким образом, при воздействии повреждающего фактора усиление одного из компонентов гомеостаза (деструктивных процессов) приводит к активации противоположного компонента (пролиферативных процессов). В свою очередь, ускоренная смена клеточных популяций ведет к сдвигу метаболических профилей новообразованных клеток, способствуя их адаптации к изменившимся условиям и детерминируя повышение устойчивости гомеостата в целом.

Описание эксперимента. Исследование эритрона, делящиеся клетки которого отличаются наиболее интенсивной среди других тканей организма митотической активностью, а его деструктивные и пролиферативные изменения поддаются регистрации относительно простыми методами.

Эксперимент проведен на белых крысах-самцах, массой 220-280 г. В качестве повреждающего фактора использована тяжелая механическая травма в барабане Нобла-Коллипа (летальность более 50%). Исследования периферической крови и костного мозга выполнены на 1,3,7,14,21 и 35-е сутки с момента травмы. Выяснено, что в результате травмы в периферической крови существенно снижается количество эритроцитов и концентрация гемоглобина с минимальными значениями на протяжении первой посттравматической недели. В эти же сроки отмечается выраженная сферуляция и эхиноцитарная трансформация циркулирующих эритроцитов, а на 1-е и 3-и сутки имеет место достоверное увеличение концентрации свободного гемоглобина в плазме крови травмированных животных. Сказанное свидетельствует, что после травмы создаются условия, способствующие гемолизу и ускоренной элиминации эритроцитов из циркуляции, в результате чего формируется анемия. Однако, в ответ на убыль зрелых клеточных элементов эритрона уже с первых суток посттравматического периода регистрируется повышение митотической активности эритрокариоцитов, причем преимущественно за счет полихроматофильных нормобластов, оставаясь без существенных изменений среди базофильных нормобластов, параллельно этому в периферической крови растет уровень ретикулоцитов. Увеличивается средний объем циркулирующих эритроцитов, при этом морфометрия полихроматофильных форм показывает, что более крупными размерами обладают клетки, новообразованные после травмы. Найдено повышение среднего содержания гемоглобина в одном эритроците. Названные признаки свидетельствуют о запуске в посттравматическом периоде программы резервного (терминального) эритропоэза. Выявлено также повышение уровня фетальных (устойчивых к кислотной элюции в мазке) эритроцитов, что сигнализирует о реализации после травмы фетального пути дифференцировки клеток эритрона.

Известно, что резервный и фетальный пути эритропоэза за счет сокращения времени гемоглобинообразования в эритроцитах и изменения сродства к кислороду гемоглобина способствуют скорейшей нормализации кислородной емкости крови в случае ее резкого снижения. Кроме того, фетальные эритроциты обладают повышенной осмотической устойчивостью, а ретикулоциты, имея большое количество восстановленного глутатиона, более высокую активность глутатион-связанных ферментов каталазы, а также низкий уровень пероксидации липидов, характеризуются высокой резистентностью к "окислительному стрессу". В результате запуска пролиферативных процессов периферическая кровь обогащается новообразованными эритроцитами, обладающими измененной способностью к транспортировке кислорода и большей устойчивостью к действию цитотоксических факторов, что обеспечивает быструю адаптацию эритрона к изменившимся под действием травмы условиям и, начиная с седьмых суток травматической болезни, обратное развитие анемии.

О некоторых условиях, необходимых для существования и эволюции гомеостатов

Для гомеостатов живых систем требуется стабилизация внешней среды в определенных пределах жизненно важных параметров.

Приведем наиболее общую классификацию жизненно важных параметров внешней среды:

1. Соотношение мощности энтропийных и неэнтропийных процессов;

2. Наличие постоянных векторных сил, действующих на Земле;

3. Наличие потребляемых энергетических ресурсов определенной мощности;

4. Наличие потребляемых пластических веществ и скорость их "диффузии" при перепаде концентрации.

Скорость энтропийных и негэнтропийных процессов определяет диапазон, в котором может существовать жизнь [17]. Соотношение это определяется начальными условиями возникновения вселенной и величиной фундаментальных физических констант.

Вариации любого физиологического параметра можно оценить через Н-функцию Больцмана для энтропии и Шенона для информации. Автором [17] было введено представление о "зоне жизни" системы. Любая переменная (Х) любой живой системы, пока последняя существует и/или функционирует как целое, может изменяться от некоторого минимального значения Хmin до максимального Хmax. Этот диапазон изменений назван "зоной жизни" (Zv) системы по Х. Крайние значения - границы Zv . Существенную переменную в Zv можно всегда нормировать и выразить в относительных единицах:

h = (X-Xmin)/(Xmax-Xmin), (1)

где: Х- текущее значение переменной в некоторых единицах измерения; h-текущее нормированное значение Х. При таком рассмотрении качество функционирования системы Q(h) описывается при помощи выражения:

Q(h) = -khlnh. (2)

либо: Qs(h) = -(1-k)ln(1-h) (3)

где: h-определено (1), 0 " k " .

Качество функционирования системы Q(h) максимально становится только тогда, когда h = h1 = 1/e 0.368, либо в зеркальном случае:

h = h2 = 1- 1/e 0.632. Чтобы не зависеть от от единиц измерения оба выражения (2) и (3) можно разделить на их максимальные значения, равное k/e, тогда получают следующие выражениe:

R(h) = -ehlnh, (4)

Rз(h) = -e(1-h)ln(1-h). (5)

Если изобразить графически R(h) и Rз(h) в Zv , то получим асимметричные куполообразные кривые с максимумами при h1 и h2, в обе стороны от которых величины R(h) и Rз(h) уменьшаются, и можно выделить "зоны" качества функционирования.

Помимо галактических факторов на эволюцию гомеостатов живых систем действуют самые разнообразные Земные физические факторы, такие как световые, тепловые, газовые, радиационные, ионно-солевые и т.д. Но среди этих факторов только три действовали постоянно и упорядоченно с самого начала возникновения Земли: гравитация, геомагнитное поле и силы вращения Кориолиса [46]. Биосистемы развиваются под их непрерывным действием и зависят от их изменений все время.