CC BY
41
МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД ОБЪЕКТИВИЗАЦИИ ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КЛЕТОК СЕРДЦА
Т.Ю.МОИСЕЕВА
Кафедра патологической физиологии РУДН
Москва. 117198, ул.Миклухо - Маклая д. 8,
Медицинский факультет
Изучение динамики морфологических структур сердца, наблюдаемой при смене сезона года с позиций информационно-термодинамического подхода в сочетании с учетом связи формы объекта с его способностью к передаче или сохранению информации, позволило объективизировать часть показателей энергоинформационного обеспечения клеток сердца кроликов, что дапо возможность представить сезонные изменения миокарда как закономерную эволюцию информационно-термодинамической системы.
Изучение с информационно-термодинамических позиций динамики морфологических показателей, отражающих изменения в сердечной мышце, наблюдаемые при естественной смене сезонов года, позволило нам объективизировать часть показателей энергоинформационного обеспечения клеток сердца. В работе также учтен факт связи формы объекта с его способностью к сохранению или передаче информационного сигнала [2].
МЕТОДИКА
Использован ретроспективный анализ морфологического материала, полученного на кафедре патофизиологии РУДН в 1984 году в процессе 4 сезонного 3 суточного хронобио-логического эксперимента на кроликах породы шиншилла, методика которого подробно описана в ряде работ [4,8,9]. Данные обработаны по разработанному B.C. Пауковым, Т.А. Казанской, В.А. Фроловым методу количественной оценки электрограмм. Использовались результаты растровой и трансмиссионной электронной микроскопии, а также микроскопия полутонких срезов миокарда. Энтропия морфологических показателей рассчитывалась соответственно методике, указанной в работе Г.Г. Автандилова [1]. Данные обработаны статистически с использованием углового преобразования Фишера [3].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
С термодинамических позиций живой организм является открытой неравновесной • системой, основным состоянием которой является стационарность, для которой характерно соответствие количества вещества и энергии на входе и выходе системы, энтропия системы стремится к минимуму, но может принимать различные значения, обеспечивающие различную устойчивость термодинамической системы при одном и том же уровне баланса энергии. Данное состояние системы собственно и гарантирует состояние динамического равновесия организма с внешней средой, которое, в свою очередь, обеспечивает как возможность приспособления системы к конкретным условиям существования, так и возможность устойчивого воспроизведения вероятностного поведения системы, реализуемое в различных случайных процессах в виде сократимости миокарда, его возбудимости и т.д.
В свою очередь свойство устойчивости зависит от способности организма использовать информацию для регулирования потоков поступающих в систему веществ, энергии и оттока из организма избытка произведенной энтропии [7]. Поэтому именно за счет способности системы использовать информацию для своих структурных перестроек живой организм способен противостоять потерям внутренней энергии, возникающей в ходе спонтанных термодинамических процессов [7]. Сложность практической реализации представленного информационно-термодинамического подхода связана с тем, что, как правило, ни потенциал внутренней энергии, ни уровень энтропии системы, ни обьем поступающей в систему информации нельзя измерить непосредственно. Однако изучение динамики морфологических структур, участвующих в процессе энергоинформационного обмена клеток организма со средой позволило объективизировать часть показателей данного обмена (таблица 1). Выявленная ранее корреляция между показателями
количества капилляров и количества коллагена как типовой реакции на токсическое воздействие [9] является конкретным подтверждением факта участия данных микроструктур в регулировке интенсивности обмена клетки со средой.
Данные таблицы 2 демонстрируют выраженность колебаний нормальных показателей величин количества коллагена и количества капилляров в зависимости от сезона года, что реально затрудняет определение границ физиологичности данных параметров. Эта трудность исчезает при переходе к энтропии указанных показателей, которая собственно отражает уже адаптационные возможности системы в обеспечении ее открытости.
Таблица 1.
Морфологические показатели энергоинформационного обеспечения клеток сердца кроликов
Показатели Значение показателей
Количество капилляров и количество коллагена обеспечение открытости системы для поступления вещества, энергии, информации
Энтропия количества коллагена^*^,), энтропия количества ка-пилляров(8к.яп) адаптационные возможности системы в обеспечении ее открытости
8кол/8ка,| соотношение энтропии количества коллагена к энтропии количества капилляров возможность оценки равенства условий поступления в систему основного энергоносителя и кислорода
Уп,. средний обьем одной митохондрии, £ Ут -суммарный обьем митохондрий, занимаемый в клеточном пространстве в расчете на одну элек-тронограмму возможность косвенной оценки энергетического потенциала клетки
У„,/8 - соотношение объема одной митохондрии к энтропии показателя энергетическая “стоимость” структурного разнообразия клетки
среднее число ядер в объемных процентах оценка объема используемой системой внутренней информации
Ут/Уя - соотношение объема одной митохондрии и среднего обьема ядер в одной электронограмме показатель, позволяющий сопоставить соотношение энергетических и информационных процессов в клетке
Показатель 8кол/8кап, в свою очередь, позволяя оценить равенство условий поступления в систему энергоносителя и кислорода, демонстрирует возможность структурной самонастройки системы в зависимости от конкретных условий на ее входе. Ранее такая способность к самоорганизации демонстрировалась в основном на примере биохимических процессов, существующих в условиях открытой неравновесной термодинамической системы [6].
Анализ данных таблицы 2 и 3 позволяет утверждать, что в основе морфологических изменений, наблюдаемых в сердечной ткани при смене сезона года, лежит:
• изменение субстрата питания, приводящее к структурной самонастройке системы (показатели 8кол/8кап., V,,,);
• изменеиие возможностей системы в обеспечении ее открытости для поступления вещества, энергии, информации (показатели: кол, кап., кол. кол., 8кап, 8К0Л);
• динамика энергетического обеспечения клеток сердца (V,,,);
Таблица 2.
Структурные показатели открытости системы сердца кролика
п=30 Кол.кол. (об%) СОТ Кол.кап. (об%) сог Бкол (нат) Бкап (нат) Бкол/Бкап субстрат
Осень 3,82 ±0.42 8,5 ±0,51 2,16 2,16 0,99 ЖК
Лето 3,55 ±0,38 13,0 ±0,73 1,9 2,88 0,659 глюкоза
Зима 4,34 ±0,45 14,69 ±0,81 2.37 2,57 0,92 ЖК
Весна 5,05 ±0.39 15,5 „±1*2,.. 1.98 2,46 0,81 ЖК
Примечание: кол.шп - количество капилляров., кол.кол. - количество коллагена., Якст-энтропия количества капилляров., Бкол-энтропия количества коллагена., Зкол/Якап - показатель, позволяющий оценить условия поступления веществ в систему.,ЖК - жирные кислоты.
• изменение объема (среднее число ядер) и характера используемой информации (соотношение Уи/У,);
• изменение потенциальных свойств системы, обеспечивающих возможность ее структурной перестройки - энергетическая стоимость структурного разнообразия, оцениваемая по соотношению Ут/ 8.
Таблица 3.
Морфологические показатели энергоинформационного обеспечения клеток сердца кроликов в различные сезоны года
сезон осень лето зима весна
£ Ут(мкм3) 59,21 39,35 66,51 106,28
среднее число ядер(об%) 1,55 1,54 1,10 1,82
Ут/У. 3,74 1,89 7,19 5,39
Уи/Б, 3,53 1,87 4,56 6,26
У т/^тл 2,65 1,70 3,02 4.64
Ущ/^ип 2.61 0,99 2,89 3,82
субстрат ЖК глюкоза ЖК ЖК
Среди причин, не позволявших ранее выявить данные закономерности формирования и развития сезонных изменений миокарда, помимо отсутствия единой теоретической концепции, следует отметить отсутствие должного внимания к исследованиям, устанавливающим связь между формой объекта и его способностью к проведению или сохранению информационного сигнала[2]. В проводимых ранее исследованиях [4,8,9] для оценки напряженности процесса энергообеспечения клеток миокарда использовался в основном анализ площади морфологических структур клетки.
Данные таблицы 4 демонстрируют, что переход от анализа объемных характеристик объекта к изучению его площади может сопровождаться потерей информации о тех событиях, которые происходят в данном объекте: при переходе от анализа объема митохондрий к анализу их площади наблюдается появление достоверности отличия по сравниваемым показателям во все сезоны года, исключая зиму.
Таблица 4.
Сравнение площади и объема морфологических показателей
сезон vm (мкмЗ) Sm (мкм2) ир 71=0 OS
Осень 0,91 ±0,04 91.9% 0,64±0,02 64,65% 2,69#
Лето 0,77±0,06 77,78% 0,48±0,02 48,48% 2,40#
Зима 0,47±0,07 47.48% 0,37±0,01 37,37% 0,80
Весна 0,99± 0,08 100% 0,5±0,02 50,5% 6,04#
Примечание: Up - аргумент нормального распределения: Vm весной-0,99 принят за 100%., остальные значения рассчитаны в процентном отношении к данной величине., # - достоверность отличия., Vm -обьем одной митохондрии( растровая микроскопия).,Sm- площадь одной митохондрии (трансмиссионная электронная микроскопия).
Литература
1. Автандилов Г.Г. Невзоров В.П., Федоров О.Ф. Системный стереометрический анализ ультраструктур клеток. Кишенев.,1984,
2. Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Н. Электричество в живых организмах. М., 1988.
3. Гублер Е.В. Вычислительные методы анализа и распознавания патологических процессов. М., 1978.
4. Казанская Т.А., Фролов В.А. Правый желудочек сердца. М., 1995.
5. Пауков B.C., Казанская Т.А., Фролов В.А7/ Бюлл. Экспер. Биол. -1971. -4.-е. 122 - 125.
6. Пригожин И. От существующего к возникающему. М, 1985.
7. Франк Г.М., Кузин А.М., О сущности жизни . М., 1964.
8. Фролов В.А., Пухлянко В.П. Морфология митохондрий кардиомиоцитов в норме и патологии . М., 1989.
9. Фролов В.А., Казанская Т.А., Дроздова Г.А., Билибин Д.П. - Типовые реакции поврежденного сердца . М., 1995.
MORPHOLOGICAL ANALYSIS AS THE OBJECTIFICATION METHOD OF MIOCARD CELL’S
ENERGY - INFORMATION SUPPLY
T.J. Mjiseeva
Department of pathological physiology RPFU.
117198. Moscow. M-Maklaya st 8. Medical faculty.
The Information ThermoDinamics System approach towards the analysis of morpho - functional miocard’s seasonal changes has shown that the main reason for these changes is miocard’s Energy- Information supply changes leading to changes of the system’s general entropy level and full internal energy differential as well.
In winter and autumn seasons ( with minimum system’s potential possibilities) savings of the system,s internal energy take plase by the way of making deterministic the main working process through the increase of numbers and strength of correlations between hemodynamics parameters.
The obtained results prove once more the very fact that the adaptation law for animal organisms in realized in the frame of basic thermodynamics laws which determine the evolution divertions of animal organisms development.
