Введение к работе
Актуальность исследования. Особенность биосистем состоит в том, что они не просто открытые системы, а системы, находящиеся в стационарном состоянии, для которого характерны два основных свойства. Прежде всего, это его энергетический уровень, который показывает, насколько далеко система удалена от термодинамического равновесия. Другой особенностью стационарного состояния биосистем является определенная степень его устойчивости. Организм человека как динамическая открытая биосистема непрерывно обменивается веществом и энергией с окружающей средой, поддерживая свое устойчивое стационарное состояние за счет множества метаболических процессов, сбалансированных настолько, что основные параметры гомеостаза сохраняются неизменными (Шредингер Э., 2002; Николас Г., Пригожий И., 2003; Самойлов В.О., 2007). Причина устойчивости стационарного состояния, в котором сохраняется работоспособность и способность к авторегуляции, была обоснована И. Пригожиным и заключается в контроле продукции энтропии на постоянном минимальном уровне (Гленсдорф П., Пригожий П., 2003; Трубецков Д.И., 2005; Karl F., 2012).
Синергетика изучает процессы самоорганизации и устойчивости систем, которые развиваются вследствие открытости и притока энергии извне и характеризуются нелинейностью протекания внутренних процессов (Хакен Г., 1980, Князева Е.Н., Курдюмов СП., 2002; Капица СП. и соавт., 2003; Баранцев Р.Г., 2003; Пригожий П., 2003; Дмитриева М.С, 2005; Лоскутов А.Ю. и соавт., 2007). Синергетический подход позволяет получить информацию в сжатой, но без потерь форме, путем перехода от множества параметров состояния сложной системы к параметрам порядка, которые, в свою очередь, являются функциями параметров состояния (Хакен Г., 2003; Чернавский Д.С, 2004; Штеренберг М.И., 2004). Использование синергетической методологии обогащает формализованное, абстрактное описание медико-биологических процессов, позволяет разработать общие, в методическом и теоретическом плане, направления, которые по-новому могут представлять состояние нормы и патологии организма человека в рамках многомерных фазовых пространств состояний (Тараненко A.M., 2005; Филатова О.Е. и соавт., 2006; Еськов В.М. и соавт., 2010; Бурыкина А.С. и соавт., 2010; Meirovitch Н., 2010; Varela М. et al., 2010;DaviesP. etal.,2013).
Иммунная система является нелинейной самоорганизующейся системой, непосредственно контактирующей с внешней средой и сохраняющей память о происходящих на неё воздействиях, обладает большим разнообразием процессов, реализуя сложные механизмы защиты против чужеродных агентов. Иммунные реакции находят отражение в динамике структурно-организационных взаимодействий и имеют отличие в качественном составе участвующих в них компонентов, взаимодействующих друг с другом посредством различных сигналов. Оценка регуляции функциональной активности иммунокомпетентных клеток с учетом относительной степени упорядоченности состояния системы иммунитета позволит вычленить наиболее
информативные параметры, по которым возможно не только определить её текущее состояние, но и предвидеть направление протекания процессов, что является актуальным для раннего выявления нарушений иммунной защиты.
Цель и задачи исследования. Цель работы - оценить роль метаболических механизмов регуляции энергетической обеспеченности функционирования иммунокомпетентных клеток в зависимости от устойчивости и степени упорядоченности состояния иммунной системы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Установить направленность иммунных реакций при различной интенсивности энергетического метаболизма и обеспеченности аденозинтрифосфатом иммунокомпетентных клеток.
-
Выявить согласованные изменения показателей иммунитета и параметра порядка, отражающего относительную степень хаотичности системы.
3. Изучить характер взаимосвязей и построить регрессионную модель
расчета параметра порядка для оценки устойчивости системы иммунитета.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Изменение уровня энергообеспеченности лимфоцитов в процессе их активизации базируется на метаболическом перепрограммировании через положительную регуляцию интенсивности гликолиза с повышением соотношения лактат/пируват и сопровождается снижением реакций со стороны фагоцитарной активности нейтрофилов крови и интерферона-гамма.
-
Нарастание степени неупорядоченности иммунной системы связано с изменением активности цитотоксических реакций и апоптозом иммунокомпетентных клеток.
-
Устойчивость иммунной системы соотносится с величиной параметра порядка, которая может быть рассчитана по минимальному числу иммунологических показателей и обусловлена степенью функционирования и реагирования иммунной защиты, зависящей от уровня энергетического метаболизма.
Научная новизна исследования. Впервые осуществлена оценка иммунного статуса, учитывающая степень упорядоченности состояния системы и установлены параметры, обладающие наибольшей информативностью. Показано, что степень упорядоченности состояния иммунной системы зависит от уровня энергообеспеченности (АТФ) лимфоцитов периферической крови. Установлено снижение содержания АТФ в лимфоцитах периферической крови человека в период активизации, пролиферации и дифференцировки иммунокомпетентных клеток. Доказано, что рост неупорядоченности состояния системы иммунитета связан с увеличением активности разрушения клеток путем цитолиза и апоптоза. Проведена верификация параметра порядка комплексом иммунологических показателей и установлен диапазон его значений, при котором сохраняется динамическая устойчивость иммунной системы. Установлено, что в поддержании динамической устойчивости иммунной системы наиболее значимы Т-лимфоциты с рецептором к трансферрину, Т-хелперы и натуральные киллеры.
Теоретическая и практическая значимость исследования. Для оценки иммунного статуса организма предлагается подход, учитывающий биоэнергетические характеристики и степень упорядоченности состояния системы. Определение относительной степени упорядоченности для скрининговой оценки состояния системы иммунитета в обширных мониторинговых исследованиях ускоряет обследование и сокращает финансовые затраты. Предложенная регрессионная модель расчета параметра порядка для оценки устойчивости системы иммунитета помогает выявить нарушения её функционирования на донозологическом этапе. Оценка состояния иммунной системы по параметру порядка в динамике лечебно-профилактических мероприятий позволяет дать объективную оценку их эффективности.
Материалы исследования используются в практической работе медицинской компании «Биолам» (акт внедрения от 18.11.2012.) и научных исследованиях лаборатории регуляторных механизмов иммунитета ФГНБУН ИФПА УрО РАН (акт внедрения от 23.02.12).
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с комплексным планом НИР Института физиологии природных адаптации УрО РАН (номер государственной регистрации 0120.0601941).
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на международной конференции «B-cells and Protection: Back to Basics», 2011 (Испания, Барселона, постерный доклад); на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Адаптация человека на Севере: медико-биологические аспекты», 2012 (Россия, Архангельск); на пятом международном научном конгрессе «Нейробиотелеком-2012: инфокоммуникационные технологии в инновациях, медико-биологических и технических науках» (Россия, Санкт-Петербург); на объединенном иммунологическом форуме, 2013 (Россия, Нижний Новгород); на XXII съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, 2013 (Россия, Волгоград); на заседании ученого совета института физиологии природных адаптации УрО РАН (Архангельск), 2013.
По материалам исследования опубликованы 6 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав (обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты исследования и их обсуждение), заключения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 11 таблицами и 8 рисунками. Список литературы включает 234 источника, из них 55 отечественных и 179 зарубежных.
