CC BY
52
АРТЕРИАЛЬНАЯ ГИПЕРТЕНЗИЯ
НАРУШЕНИЕ ЭНТРОПИЙНОГО ГОМЕОСТАЗА В ОРГАНАХ-МИШЕНЯХ
В.А. ФРОЛОВ, Т.Ю. ЗОТОВА, А.К. ЗОТОВ
Кафедра патологической физиологии РУДН. Москва. 117198. ул. Миклухо-Маклая д. 8.
На модели экспериментальной гипертензии (кролики) приведены данные об изменении системного уровня регуляции организма при артериальной гипертензии за свет увеличения доли управляемых информационных процессов. При этом зарегистрирован эффект повреждения структуры и функции, связанный с нарушением водно-электролитного, энергетического обмена, изменения тонуса сосудов. Зарегистрированный эффект гипертрофии миокарда связан с изменением характера апоптоза сердечной мышцы. Применение Й-блокаторов изменяет системный уровень управления за счет нарастания доли случайных процессов, не ликвидируя эффект повреждения структуры сердца.
Любую болезнь можно рассматривать как нарушение процесса информации. Применительно к биологическим объектам последнюю мы определили следующим образом: информация - это сигнал или комплекс сигналов о состоянии или изменении состояния организма, его отдельных органов и систем, определяющая вероятностное поведение системы на основе преобразования ее структуры и изменения ее потенциальных свойств.
Теперь, в связи с данным определением, рассмотрим наиболее важные аспекты обсуждаемой проблемы, приступая к разбору которых следует четко представлять следующее положение. За исключением сверхсильных факторов, ведущих к стремительному уничтожению живых структур, когда информационная составляющая воздействия данного фактора не успевает «сработать», все остальные раздражители по сути своей не могут быть отнесены к категории патологических, Они все - лишь сигналы о характере воздействия на организм внешней среды, а развитие патологической реакции зависит от типа нарушений информационного процесса, возникающих в самом организме.
С точки зрения теории информации все патологические процессы можно разделить на следующие четыре группы (схема 1):
1 - нарушение ввода (восприятия) информации;
2 - нарушение трансляции информации;
3 - патология накопления, считывания и обработки информации;
4 - патология реализации информации.
Если живой организм представить как открытую неравновесную информационнотермодинамическую систему [3,4,5,6], то реализация данных видов нарушения информационного обмена может происходить на разных уровнях и затрагивать сам принцип интеграции живой системы, менять характер управляющих воздействий от стохастического режима (головной мозг, клетка) через квазидетерминированный (ткани и органы), до детерминированного (функциональные системы).
Изменение характера управления неизбежно должно сказаться на воспроизведении вероятностного поведения системы, благодаря которому живая система гарантированно обеспечивает свою жизнедеятельность в условиях гомеостаза при меняющихся условиях внешней среды. Это положение, на наш взгляд, справедливо как для физиологических, так и для патофизиологических систем, изучаемых нами на примере экспериментальной гипертензии. И хотя для патологической системы характерным является воспроизведение во времени своего вероятностного поведения в виде гипертензивных гомеостатических реакций, регистрируемых при измерении вполне конкретного параметра (АД), мы беремся утверждать на основе полученных результатов, что данное воспроизведение вероятностного поведения в виде гиперреактивности сердечно-сосудистой системы является отражением измененного энтропийного гомеостаза, по крайне мере, регистрируемого на уровне структуры миокарда сердца кролика. Использование й - блокаторов
для купирования АД не приводит к восстановлению нормального соотношения между спонтанными и управляемыми процессами в системе.
Схема 1.
Живой организм - открытая стационарная ИТДС -Информационно-термодинамическая система
Высшие центры интеграции
• Реализуют свое воздействие через нервную, гуморальную и иммунную регуляцию
• Модель управленил-детерминированный хаос
Внешнее 1 информационное воздействие (сигнал, сообщение)
Тип управления : квазидетерминированный (Ы), стохастический (патологическая система), детерминированный (патологическая система)
Функциональная система
Тип управления - детерминированный
4-а 6-а
4 4-Ь 5 6 6-Ь
4-е 6-е
Внутренняя среда
Результат
• изменение параметров ^ гомеостаза-*- адаптация^
-патологическая
физиологическая
• целенаправленная реакция по уходу из под воздействия
Условные обозначения:
1- внешнее информационное воздействие (сигнал, сообщение);
2- рецептор (воспринимающее устройство);
3- каналы передачи информации от рецептора;
4- внутренняя информация:
'4-а - механизм считывания информации;
4-Ь - механизм обработки информации;
4-с - механизм формирования управляющего воздействия;
5 - каналы передачи информации эффектору;
6- эффектор:
6-а - механизм считывания информации в эффекторе;
6-Ь - механизм обработки информации в эффекторе;
6-с - механизм формирования управляющего воздействия в эффекторе;
7 - каналы передачи реакции эффектора;
8 - результат информационного воздействия на функциональную систему.
Материал и методы
Эксперименты были поставлены на 40 самцах кроликов породы «шиншилла», массой 2,5 - 3,0 кг. Животные были разбиты на 4 группы (по 10 кроликов в группе): контроль
(животные с фальш-операцией); животные с фальш-операцией и с ежедневным внутримышечным введением в течение двух недель по 0,5 мг лопрессора; кролики с вазоре-нальной артериальной гипертензией (по СоМЫай) - через 8 недель после сужения брюшной аорты над местом отхождения почечных артерий; кролики с вазоренальной артериальной гипертензией, которым в течение двух недель, начиная с шести недель после операции, вводился лопрессор в приведенных выше дозах. В указанные сроки животные забивались, сердца экстирпировались и перфузировались 2,5%-м раствором глю-тарового диальдегида. Анализу подвергались ультратонкие и полутонкие срезы. Подробное описание методики содержится в работе [7]. На основе полученных морфологических данных нами в соответствии со специальной методикой [1,2] были рассчитаны величины: энтропия изучаемой структуры (Б), ее относительная энтропия (БУо), коэффициент избыточности (Л), который собственно отражает степень “информированности” системы и позволяет установить тип ее управления. При величине этого коэффициента от 1 до 0,3 система является детерминированной, при 0,3 до 0,1 - квазидетерминирован-ной, при его величине не превышающей 0,1 - стохастической [1,2,7]. Рассчитывалась также энтропия показателя морфологических структур миокарда.
Результаты исследования
Данные морфометрического исследования показывают, что при артериальной гипертензии отмечается развитие выраженной гипертрофии миокарда, одним из механизмов развития которой является снижение темпов апоптоза. Так как данные изменения не могут инициироваться простым стечением случайных обстоятельств, то, следуя данной логике размышления, можно их связать с изменением характера информационного обмена в системе. Действительно, в приведенных нами ранее исследованиях по изучению степени "информированности" системы при артериальной гипертензии [7] установлено избыточное накопление информации на уровне структуры сердца, связанное с усилением детерминирующих управляющих воздействий на (табл. 1), следствием чего явилось:
а) формирование энергетического дефицита в системе - отсутствует положительная связь между объемом митохондрий и количеством миофибрилл (табл.1);
б) формирование альтерирующего воздействия на миокард - регистрация внеклеточного и внутриклеточного отека (табл. 1,2).
Таблица 1
Информационные характеристики ультраструктуры сердца кролика
Показатель Норма Г ипертензия Г ипертензия + Р-блокатор
Энтропия структуры (Б) полутонкие срезы 1,28 нат. 0,71 нат. 1,11нат.
Коэффициент избыточности (Я) 0,3 0,63 0,34
Корреляция между объемом митохондрий и миофибрилл 0,82 - 0,18 0,70
Корреляция между внутри- и внеклеточным отеком: левый желудочек правый желудочек +0,11 -0,13 +0.66 +0,25 -0,45 -0,59
Соотношение кровеносные сосуды / мышечная масса 0,08 0,025 0,065
Корреляция между числом сосудов и числом коллагена; левый желудочек 0,04 0,48 0,25
Таблица 2
Стереометрические показатели ультраструктуры сердца кроликов.
Показатель Норма Гипертензия Гипертензия + В -блокатор
лев.жел. прав.жел лев.жел. прав.жел. лев.жел. прав.жел.
Количество участков с нару шенной архитектоникой 0,003±0,01 0,70 ± 0,37 7,56*1,13 5,43±0,93 ♦,00±0,88 7,97 ±1,91
Внеклеточный отек 0,81±0,18 4,40± 0,72 6,89*1,02 8,03±1,20 4,48±0,87 9,0±1,14
Внутриклеточный отек 2,48± 0,26 5,20 ± 0,50 13,38±1,21 8,00±0,81 15,89±1,08 17,00±1,94
Именно данные изменения миокарда позволяют не отнести миокард к органам-мишеням при экспериментальной гипертензии.
Кроме того, анализ коэффициента избыточности основных структурных показателей миокарда по данным полутонких срезов (табл.З) позволяет фиксировать точки реализации детерминирующего патофизиологического влияния. Это, прежде всего, изменения
Таблица 3.
Коэффициент «избыточности» К (%) структурных показателей миокарда (п=30).
Показатель Норма Г ипертензия + Р-блокатор Г ипертензия
лев.жел. прав. жел. лев. жел. прав. жел. лев. жел. прав. жел.
Мышечные волокна 17,89 20,57 11,44 14,08 16,63 20,24
Ядра 56,89 49,27 57,50 53,39 56,60 48,39
Коллаген 32,55 21,71 26,70 15,25 44,58 29.33
Сосуды 29,33 43,41 31,68 37,83 49,27 34,60
Просвет сосуда 45,46 34,43 45,17 25,54 62,46 70,67
Все остальное 23,24 18,19 9,90 6,16 46,63 26,69
в характере регуляции тонуса сосудов - из квазидетерминированного управления режим переходит в детерминированный процесс. Эти изменения более интенсивно наблюдаются при регуляции просвета сосудов в правом желудочке. Усиление детерминирующего влияния патологического воздействия наблюдается также при регулировании числа сосудов и синтеза коллагена на уровне левого желудочка. Реализация этих влияний приводит к снижению числа как сосудов, так и количества коллагена. Наблюдается формирование статистически значимой взаимосвязи между указанными параметрами. Если сопоставить данные изменения с увеличением количества миофибрилл, то можно утверждать, что именно данные структурные изменения лежат в основе синдрома "изнашивания" миокарда при артериальной гипертензии. Следует отметить, что эти изменения формируются одновременно с другими компенсаторными реакциями. Назначение (3-блокатора приводит к нормализации процесса апоптоза, соотношения числа сосудов и количества коллагена, переключению регулировки управляющими воздействиями в более случайный режим, вследствие чего происходит нормализация энергетического обмена в системе[7]. Однако можно прогнозировать сложность в обеспечении сократительной функции миокарда, так как режим регулировки числа миофибрилл близок к случайному процессу. Данные изменения, по-видимому, лежат в основе формирования отрицательного инотропного эффекта данных препаратов. Кроме того, сохраняется внутриклеточный и усиливается внеклеточный отек миокарда (табл. 1,2). Указанные
изменения свидетельствуют об обоснованности комбинации (3-блокаторов с диуретиками для купирования артериальной гипертензии.
Анализируя возможные механизмы формирования нарушенного информационного обмена при экспериментальной гипертензии, мы обратили внимание на относительное постоянство энтропии числа ядер (табл.4). Эти данные позволяют связать изменения информационного обмена при данном виде патологии не с количественными и вероятностными характеристиками генома, а с качественным его изменением, определяющим изменение вероятностного ответа системы, затрагивающего и механизм формирования управляющих воздействий (блок 4с схемы 1).
Таблица 4
Изменения некоторых морфологических показателей сердца кроликов при __________________гипертонии (полутонкие срезы об%) _________________
Показатель Норма Г ипертензия+ Р-блокатор Гипертензия
лев.жел. прав. жел. лев. жел. прав. жел. лев. жел прав. жел.
Мышечные волокна 67,1±1,53 56,1±0,95 61,3 ±2,36 43,63±1,76 77,8±1.05 73,97±1,1
Ядра 0,96± 1,83±0,30 1,35 ±0,2 1,08 ±0,20 1,48±0,18 2,11±0,27
Отношение «свободно лежащих» ядер к их общему числу (%) 33,00 42,0 46,2 63,4 26,4 13,4
Коллаген 4,37±0,47 12,0±1,17 3,44±0,58 11,47± 1,23 2,30±0,28 6,35±0,64
Кровеносные сосуды 7,14±0,66 2,54±0,3 4,12±0,43 2,58 ±0,37 1,53±.0,28 2,10±0,19
Просвет кровеносных сосудов 1,88±0,24 0,67±0,14 1,25±0,30 1,11± 0,23 1,17±0,18 0,48±0,10
Все остальное 21,4±1,05 27,04±1,3 25,92±2,3 33,29±2,00 16,8±0,92 14,84±1,01
Сравнительный анализ данных таблиц 3 и 4 собственно и позволяет нам говорить о существовании энтропийного гомеостаза в системе, программируемого характером управляющих воздействий. Об этом свидетельствует достаточно постоянный уровень показателей энтропии структуры в нормальном сердце при значительном амплитудном различии величин изучаемых параметров. Таким образом, предметом регулирования является вероятностное поведение системы, которое, как правило, осуществляется в режиме квазидетерминирования. Амплитудные и частотные характеристики параметров физиологических и патологических процессов формируются лишь в интервале, определяемом уровнем энтропии системы, с которым напрямую связаны: энтропия структурных элементов и энтропия рабочих параметров системы.
Следует отметить, что режим управления может меняться не только на уровне подсистем, но может быть совершенно различен при регулировке числа органелл в одной клетке (табл. 3). Сами управляющие воздействия формируются как результат баланса между случайными и управляемыми процессами в системе, определяя минимальный прирост энтропии в открытой неравновесной информационно-термодинамической системе - живой организм.
Представленные данные позволяют также в порядке обсуждения выдвинуть гипотезу
об общности происхождения измененного сосудистого тонуса в сосудах сердца и блокирующего сигнала на апоптоз миофибрилл. В этом свете развивающаяся гипертрофия может явиться не компенсацией гипертензии, а одним из ее проявлений, так как ее развитие происходит не за чет изменения управляющих воздействий в определении энтро-
пии количества миофибрилл, что было бы логично, если данная реакция развивается как компенсаторная, а путем блокировки сигнала на апоптоз, идущего, по-видимому, из сосудистого русла одновременно с сигналом об изменении тонуса сосудов сердца кролика.
Таким образом, полученные нами данные позволяют утверждать следующее:
1. Существование постоянства регулируемых структурных и функциональных параметров обеспечивается энтропийным гомеостазом, программируемого режимом работы управляющих систем.
2. Формирование экспериментальной гипертензии происходит при усилении детерминирующих управляющих воздействий, приводящих к повышению накопленной информации в структуре сердца.
3. Назначение В —блокаторов сдвигает режим управления в сторону преобладания стохастических (случайных) процессов.
4. Изменение характера управляющих воздействий имеет следствием изменение энтропийного гомеостаза, обеспечивающего стойкое воспроизведение другого вероятностного поведения - при артериальной гипертензии регистрируется стойкое воспроизведение гиперреактивности сердечно-сосудистой системы.
Литература
1 .Автандилов Г.Г. Вероятностные принципы изучения патогенезе и морфогенеза ИБС// Микроциркуляция в патологии. - М.: МОНИКИ, 1975. - С. 23-27.
2.Автандилов ГГ. Проблемы патогенеза и патологической диагностики болезней в аспекте мор-фометрии. - М.:Медицина,1984- 288 с.
Ъ.Винер К. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. - М.. Наука, 1983.-343с.
4.Возможность управляющих воздействий на функциональные системы человека / Под редакцией Хадарцева А.А., Фризена Ф.Э. - Тула.: ТулГУ, 1999. -208с.
5.Волькенштейн М.В. Биофизика. - М.: Наука, 1981. - 575с.
6. Фролов В.А., Моисеева Т.Ю., Зотов А.К. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. -1998. - 3. - С. 3-6.
!..Фролов В.А„ Зотова Т.Ю. .// ВНМТ - 2001 - Т. 7- №3 - С. 61 - 63
THE VIOLATION OF THE ENTROPY HOMEOSTASIS IN ORGANS TARGETS V.A. FROLOV, T.Ju. ZOTOVA, A.K. ZOTOV
Using the experimental model of a hypertension on a rabit there have been dicovered the mechanism of the alive organizm’s system regulation via the increase of the share of controled information processes. Moreover there have been also recorded the effect of miocard hypertrophy connected with changes of apoptosis and the effect of the demage of the structure and the function connected with the violation of hydro-electrolytic, energetic exchage, changes of vascular tone.
The treatment with p-blockers of lopressor only changes the system standard of controle, but does not remove the structure demage effect.
Key words: entropy homeostasis, system regulation, hypertension, structure demage effect, controled information processes. '
