Введение к работе
Актуальность исследования. Онтогенетические преобразования и их механизмы в организме млекопитающих остаются одним из наиболее актуальных вопросов современной биологии. Развивается точка зрения на изменения в пре- и постнатальном онтогенезе как на явления, вызванные динамикой адаптационно-регенераторных возможностей и энергоинформационных характеристик живых систем различного иерархического уровня: от молекулярного до органного. Понятие «информация» не случайно стало рдним из ключевых для активно развивающихся отраслей медицины и биологии. Теория информации находит применение в разрешении узловых вопросов не только технических, но и естественных наук (Шеннон К., 1963; Клайнс М., 1963; Месарович М. с соавт, 1963; Гродинз Ф., 1966; Шмальгаузен И.И., 1968; Адольф Э., 1976; Никитюк Б.А., 1979; Wiener Н., 1948). В то же время, применение теории информации в биологии до сих пор остается во многом фрагментарным.
Изменения энтропии тканевых систем в онтогенезе исследованы недостаточно, традиционно большая часть исследований посвящена системам на поздних этапах развития. Имеется ряд сообщений о взаимосвязи старения с возрастными энергоинформационными изменениями (Донцов В.И., 1990; Михельсон В.М., 1996; Бакусов Л.М с соавт, 1998: Пыко С.А, 2001; Finch С.Е., Tanzi RE, 1997). Учитывая, что с возрастом энтропия тканевых систем возрастает (Гнатюк М.С, 1983; Талалаева Г.В, 2005; Мухина Т.С, 2008), справедливо предположить изменения этого критерия, отражающего состояние адаптационных и регенераторных способностей организма и тканевого гомеостаза, в те периоды онтогенеза, когда отмечаются манифестации того или иного патологического процесса.
Не исключена прямая связь уровня энергоинформационного состояния с механизмами развития патологических процессов в различные периоды онтогенеза. При этом имеются исследования, в которых показано, что частота манифестации различных патологий, а также напряженность физиологических процессов, в том числе иммунобиологическая реактивность, подчиняются определенной онтогенетической цикличности (Макаров А.К, Сенькова Т.М, 1994; Макаров А.К. с соавт, 1994; Тимченко Л.Д. с соавт, 1999). Показано, что при повреждениях и при адаптационном реагировании в биосистемах происходит перераспределение энергоинформационных потоков, сопровождающих процессы структурной перестройки тканей (Шилов В.Н, 2006). В литературе встречаются единичные работы, посвященные рассмотрению вопросов энергоинформационного состояния тканевых систем (Зотова Т.Ю, 2004; С лесарев В.О. с соавт, 2004). Также малое количество трудов посвящено энергоинформационному состоянию систем при онкозаболеваниях (Васильев Ю.М, 1997; Георгиев Г.П, 1999; Travis С.С. et. al, 1990). Отдельным вопросом является такое морфофункциональное состояние, как предрак. При всех характерных признаках предрака, достоверно правильно и объективно определить его в каждом конкретном случае не представляется возможным, что часто приводит
к ошибкам Е! ранней диагностике заболеваний (Шабад Л. М., 1967; МинкинаГ.Н., 2001; Новикова Е.< 2005; Солопова А.Г. с соавт., 2007).
Несмотря на успехи в изучении причин возникновения и течения заболеваний, в том числе онкологических, современная наука не в состоянии однозначно ответить на вопрос о том, почему относительная частота тех или иных заболеваний возрастает в определенные этапы онтогенеза. При этом, независимо от вида патологического процесса, не существует однозначных адекватных критериев, позволяющих определить переход от состояния нормы к патологии, исследователю или специалисту-практику не представляется возможным достоверно дать прогноз относительно будущего наблюдаемой им тканевой системы.
Также нг ясно, почему предпринятое лечение или другие коррекционные мероприятия в эти периоды могут оказывать совершенно разный, иногда непредвиденный эффект (Девятое В.А., 1998; Califf R.M., 1986; Курносов А.А., 2008; Поматилов А.А., 2008).
Данные о закономерностях онтогенетической изменчивости, свидетельствующие сб определенной критичности отдельных сроков жизни, разноречивы. Это очевидно связано с тем, что подходы к оценке степени критичности периодов онтогенеза весьма разнообразны. Одними исследователями в качестве критериев критичности рассматриваются параметры морфологические, другими авторами для тех же целей используются отдельные физиологические показатели, которые при самостоятельном использовании не всегда полноценно отражают всю совокупную динамику механизмов онтогенеза (Адольф Э., 1976; Аршавский И.А., 1967; Вельтищев Ю.Е., 1994; Гаврилов В.А., Гаврилова Н.С., 1991; Жирмунский А.В., Кузьмин ВЛ., 1990; Никитюк Б.А., 1979; Чаклин А.В., 1990).
Представляются актуальными разработка и внедрение новых критериев, позволяющих глубже понять изменения, происходящие в организме в онтогенезе. Наличие такого рода критериев обеспечит более точное управление процессами онтогенеза, существенно повысит эффективность профилактики, рациональной диагностики и лечения патологий. В связи с вышеизложенным, глобальной проблемой является выявление закономерностей онтогенетической изменчивости энергоинформационного состояния органов млекопитающих, комплексно характеризующих их регенераторно-адаптационные способности, Е.осприимчивость к воздействию нормальных и патологических факторов внешней и внутренней среды, в том числе и к биостимуляции.
Цель исследования. Изучить онтогенетическую изменчивость энергоинформационного состояния регенераторно-адаптационных способностей тканей млекопитающих и ее роль в инициации патологических процессов.
Задачи исследования.
1. Исследовать взаимосвязь морфофункциональных показателей с энергоинформационным состоянием органа при репаративной регенерации в печени белых крыс при экспериментальном стрессе.
-
Выявить характер динамики онтогенетической изменчивости энергоинформационного состояния органов и тканей и основных биологических процессов развития (митоз и апоптоз) в пре- и постнатальном онтогенезе на примере белых крыс.
-
Исследовать энергоинформационное состояние тканей и органов различных видов млекопитающих, в том числе и человека, в норме в зрелом, предстарческом и старческом возрастах.
-
Исследовать энергоинформационное состояние тканей и органов млекопитающих, в том числе и человека, при разного рода патологических процессах в зрелом, предстарческом и старческом возрастах.
-
Изучить онтогенетическую предрасположенность к возникновению патологий в те или иные периоды в зависимости от энергоинформационного состояния органа.
-
Изучить влияние онтогенетической изменчивости энергоинформационного состояния на эффективность биостимуляции при повреждении на примере печени белых крыс.
Научная новизна. Впервые показано, что использованные энергоинформационные параметры, отражающие степень регенераторных и адаптационных резервов тканевых систем, могут быть использованы в качестве интегратив-ных и объективных критериев, характеризующих эти процессы в онтогенезе.
На примере печени крыс с экспериментальным нарушением обмена кальция при дополнительной стрессорной нагрузке показана взаимосвязь мор-фофункциональных параметров органа, отражающих интенсивность регенерации (морфофункциональная полноценность, митоз, апоптоз) в процессе адаптации, с изменчивостью энергоинформационного состояния.
Установлены особенности онтогенетической изменчивости основных биологических процессов развития (митоз и апоптоз) и энергоинформационных параметров, отражающих регенераторный потенциал и обеспечивающих мор-фофункциональную полноценность тканей различных органов в онтогенезе.
На примере онтогенеза белых крыс показано, что периоды устойчивого развития с постепенным нарастанием энтропии сменяются периодами ее снижения, а точки перехода между этими процессами являются критическими. Выявлена циклическая закономерность смены периодов, установлено, что в течение онтогенеза продолжительность периодов увеличивается.
Для висцеральных органов разных видов млекопитающих, в том числе и человека, установлены количественные энергоинформационные показатели, характеризующие исследованные органы в норме и при разного рода патологических состояниях в зрелом, предстарческом и старческом возрастах.
Впервые на основании энергоинформационных характеристик тканей и органов в различные периоды онтогенеза показана предрасположенность к возникновению патологий в описанные критические периоды развития.
С использованием энергоинформационных параметров, характеризующих тканевой гомеостаз, на примере печени крыс впервые выявлена
чувствительность органов и систем органов к биологической стимуляции в разные периоды онтогенеза.
Научно-практическая значимость. Полученные результаты имеют важное теоретическое значение, поскольку расширяют представление о механизмах онтогенетических преобразований тканевых систем млекопитающих. Предложенные интегративные показатели состояния тканевых систем в развитии позволяют рассматривать процесс онтогенеза с позиций изменчивости энтропийного состояния систем, как одного из процессов развития многоклеточного организма. Предложенные интегративные и объективные критерии позволяют охарактеризовать уровень регенераторных и адаптационных ресурсов органа в норме и при патологических состояниях. Изданы «Методические рекомендации по определению адаптационных возможностей органов и тканей млекопитающих», «Методические рекомендации по определению критических периодов онтогенеза млекопитающих».
Показана зависимость эффективности биостимуляции органов от онтогенетических колебаний энергоинформационного статуса тканевой системы. Предложенные критерии могут быть использованы в научно-практической деятельности специалистов медико-биологического профиля при изучении возрастных особенностей функционирования организма, при оценке эффективности действия биологически активных веществ, в том числе и лекарственных препаратов, для оценки эффективности биостимуляции или проводимого лечения.
Реализация результатов исследования. Результаты исследования используются в учебном процессе Естественно-экологического института и факультета физической культуры Московского государственного областного университета, факультета физической культуры Ставропольского государственного университета, ветеринарного факультета Ставропольского государственного аграрного университета, кафедры биологии и экологии факультета специальной педагогики Ставропольского государственного педагогического института, кафедры биологии и экологии Ставропольской государственной медицинской академии.
Научные разработки внедрены в практику НОЦ Биологии клетки и прикладной биотехнологии Московского государственного областного университета, лаборатории биомедицины Ставропольского государственного университета, ООО «Центр клинической фармакологии» (г. Ставрополь) и регионального ветеринарного центра при Ставропольском государственном аграрном университете (г. Ставрополь).
Положения, выносимые на зашиту.
-
Энергоинформационное состояние органа отражает степень его регеие-раторно-адаптационньгх способностей и может служить критерием их оценки.
-
Энергоинформационное состояние органов, отражающее уровень их регенераторных возможностей, претерпевает закономерные циклические
изменения в онтогенезе. Независимо от периода онтогенеза и вида органа, характер патологического процесса определяется величиной энерголнфор-мационных показателей.
3. Онтогенетическая изменчивость энергоинформационного состояния тканевой системы определяет предрасположенность к развитию патологического процесса и эффективность биостимуляции при повреждении.
Апробация диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на I Международной научной Интернет-конференции «Физиология человека и животных. Экологическая безопасность» (Ставрополь, 2002), IV Международной конференции по функциональной нейроморфологии (Санкт-Петербург, 2002), VI конгрессе международной ассоциации морфологов (Уфа, 2002), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы болезней молодняка в современных условиях» (Воронеж, 2002), Межрегиональной научно-практической конференции «Приоритеты культуры и экологии в образовании» (Ставрополь, 2003), II Международной конференции «Патофизиология и современная медицина» (Москва, 2004), II Всероссийской конференции «Современная ветеринарная медицина» (Москва, 2004), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биоэкологии» (Москва, 2008), X Международной научно-практической конференции «Живые объекты в условиях антропогенного пресса» (Белгород, 2008), Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы применения количественных методов в естествознании» (к 100-летию со дня рождения Г.Ф. Лакина, Орел, 2008), III Съезде Российского общества патологоанатомов «Актуальные вопросы патологической анатомии» (Самара, 2009), конференции «Экология биосистем. Проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2009), научной конференции «Современные проблемы органической и биологической химии, молекулярной биологии, экологии и биотехнологии» (Москва, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 40 работ, в том числе 16 в периодических изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов, утвержденных ВАК Министерства образования и науки РФ и рекомендованных для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора наук, 1 монография и 2 методических рекомендации.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов, практических предложений, библиографического указателя, включающего 449 источников, из них 352 отечественных и 97 иностранных. Работа изложена на 311 страницах компьютерного набора, содержит 145 рисунков и 15 таблиц.
