Закономерность построения биологического процесса адаптации у животных и человека к экзогенным антигенам и естественная система общих физиологических элементов организма: монография
Системный подход к проблеме иммуноприспособления позволил автору приступить к более широким биологическим обобщениям, в которых он разработал и впервые представил к публикации (1990) свои взгляды на возможность создания кибернетической теории (схема 2), в основе которой лежит закон связей физиологических элементов – кибернетическая саморегуляция живого организма в целом и в которой при сопоставлении несходных факторов объединил их в систему по признакам физиологического и иммунологического сходства. Основа теории системных отношений среди общих физиологических элементов в организме позволяет навести порядок, который объясняет процесс формирования кибернетической саморегуляции. Если при этом расположить элементы со сходными физиологическими свойствами в порядке эволюционного уровня развития, то структурный состав элементов организма выстраивается в самоуправляемую систему, которая получила название – кибернетическая. Кибернетическая (естественная) система отношений среди общих физиологических элементов помогает определить значение каждого фактора (элемента) внутренней среды живого организма в соответствии с обозначением их структурно-функциональной специализации, показывает временной порядок взаимодействий патогена с факторами внутри системы органов управления и специализацию взаимоотношений органов управления с управляемыми органами. В основу кибернетических характеристик для приведения в стройную систему всего физиологического материала при распределении элементов (факторов) в живой системе макроорганизма автор выдвинул четыре принципа:
1) Места положения физиологического фактора в кибернетической системе (с расположением факторов в рядах и группах системы специализированных блоков связаны их физиологические и иммунологические свойства). Например, в каждой группе нейро-иммуно-эндокринологического управления содержатся факторы (элементы), обладающие сходными регуляторными свойствами.
2) Сходства внутривидовых свойств функциональной специализации, т.к. морфологические признаки тех или иных факторов организма не отвечают всем требованиям, которые способны объяснить его жизнедеятельность. Поэтому в отличие от морфологических признаков в гистологии, определяющих свойства факторов по форме внешних признаков, кибернетика сопоставляет и объединяет факторы в группы по содержанию признаков функциональной специализации. Таким образом, содержание и форма способны характеризоваться относительным единством, доходящим до их перехода друг в друга. Принцип кибернетических взаимоотношений позволяет правильно понять закономерность – зависимость расположения факторов по кибернетическим признакам (характеристикам) функциональной специализации. Кибернетические связи между исполнительными и регуляторными факторами живого организма при адаптивных саморегулируемых процессах связаны с дополнительной энергией от системы факторов неспецифического реагирования.
3) Расщепления регуляторной специализации в адаптивной специфичности. Специализация – великолепное свойство в биологии. В ней таятся огромные возможности для совместного производства видов деятельности по обеспечению способов самозащиты от факторов внешней среды. Формируя определение регуляторной специфичности, автор в нижеследующих описаниях дал собственную интерпретацию этому понятию. Совокупная деятельность регуляторных структур, обладающих разнообразием специфической специализацией в организме, последовательно формирует процесс адаптивной защиты против антигенов внешней среды.
4) Эволюционной преемственности сходных признаков (ряды «восходящего» расположения факторов в горизонтальных группах, указывающие усложнение их эволюционных уровней по признакам морфологических и функциональных свойств). Эволюционная преемственность взаимоотношений между видовыми группами факторов – от низкоорганизованных (внутриклеточных) к высокоорганизованным (органы, системы органов) разновидностям (по эволюционному масштабу) факторов организма. Внутри видовых эволюционных групп системы свойства каждой функциональной единицы (факторов) также закономерно усложняются. Многослойность эволюционных уровней внутри видовых факторов привела к фрагментарному (резервному) построению развивающегося процесса при адаптированном реагировании организма с внешней средой. Многоуровневое воздействие – необходимое условие существование биосистемы.
Организм – наиболее сложная саморегулируемая биологическая система, состоящая из множества специализированно-морфологических факторов. Система специализированных факторов живого организма – это уже не количественно, а качественно новое образование, состав которого находится в многоуровневых связях друг с другом, определяющих целостность, единство. Многоуровневое взаимодействие – необходимое условие существования биосистемы. Система существует для того, чтобы обеспечить выживание организма в меняющихся условиях среды. Ее возможности, мощность, эффективность выше, чем суммарные возможности составляющих ее частей. Энергия системы выше, чем простая сумма энергий составляющих ее частей. Арифметика здесь работает уже иначе. Вступая во взаимодействие, кооперация специализированных структур «вскрывает резервы энергии», которые не проявляются вне взаимодействия. Важнейшей заслугой физиологической иммунологии следует считать установление ею системной, а не конгломеративной структуры макроорганизма. Системой управлять можно, конгломератом – нельзя. А практическая медицина стремится к управлению внутренней средой больного организма. В связи с этим становится понятным значение системы саморегуляции. Оно несет глубокий смысл для понимания глубинных процессов адаптации в живом организме.
Основная задача системы саморегуляции организма – обеспечить адаптацию своего существования к условиям внешней среды. Адаптация – процесс приспособления строения и функции организма и его органов к условиям среды обитания.
Процесс адаптации в организме требует согласованной деятельности всех клеток, тканей и органов. Эта согласованность достигается в организме при помощи общей системы регуляции, включающей две специализированные системы: неспецифическую (ЦНС, эндокринные органы и др.) и специфическую (фагоциты и др.). Неспецифическая система регуляции осуществляет контроль над гомеостазом, а специфическая система – над иммунным надзором.
Изучая многообразие морфологических признаков структур организма, закономерно возникает мысль: объединить их в группы и по признаку функционального сходства. Предлагаемая автором систематика при рассмотрении каждого внутреннего фактора делит их на части – виды, отличающиеся друг от друга по значению, форме и функциям, которые они выполняют в системе саморегуляции. Система помогает не только определить место и уровень эволюционной сложности, но и свойства специализации их адаптивной специфичности. Так, если на схеме в каждой горизонтальной группе видовых факторов расположить их в порядке ступенчатого возрастания сложности эволюционных уровней, то оказывается, что они проявляют при этом качественно новые свойства специализации своих функций. С увеличением эволюционной организации того или иного фактора усложняется роль коррелятивности. Иммунофизиологическая корреляция – взаимозависимость всех факторов живой системы организма, определяющих структурную динамику процесса заболевания при организации адаптации к тому или иному патогену внешней среды.
Каждый иммунофизиологический фактор сугубо индивидуален, но все вместе в процессе эволюции они составляют закономерный переход преемственности этих индивидуальностей. Иммунофизиологическая эволюция факторов внутренней среды живого макроорганизма в направлении совершенствования специализации уровней видовой специфичности проходила многоэтапно.
Живой организм есть единый ансамбль, единая система, которая состоит из бесконечного числа входящих в неё элементов, начиная от внутриклеточных структур и кончая макроорганными системами живого тела. Свойства живой системы отличаются от свойств отдельных клеток взаимной синхронизацией излучений, составляющих систему клеток (принцип резонансной синхронизации).
Любой организм представляет собой систему, не только связанную со средой, но и обособленную от неё. Поддержание «постоянства» своей среды связано с тем, что живой организм – саморегулирующая система. Живая система, представляя собой многоуровневое объединение в процессе эволюции специализированных клеток, органов и систем органов, организует централизованную живую систему, целостность которой сохраняется благодаря взаимодействию частей. Исследованием взаимодействия внутренней среды организма с внешней средой занимается специальный раздел науки – физиология. Но специальный раздел науки приобретает необходимое название только при условии создания соответствующей системы между всеми его элементами. Автор на основании изучения живой системы предлагает свой взгляд на создание общей физиологической систематики. Живая система характеризуется не только обменом веществ и энергии, но и обменом информации. Особенность сложной системы кибернетической саморегуляции организма – единство центрального и автономного управления. Саморегуляция сложных адаптивных явлений, характерная для всех уровней управления живой системы, обеспечивается автономными механизмами, пока не возникают такие возмущения, которые требуют вмешательства центральных (резервных) механизмов управления. У сложных явлений свои законы, и, чтобы понять их, недостаточно знать подоплёку составляющих их элементарных явлений и взаимодействий. Кружево сплетено из нитей, но знать свойства нитей – еще не значит понимать его узор.
Рассмотрим на схеме № 2 блочную систему управления, которая объясняет принцип строения структурно-функциональной самоорганизации системы иммунных и физиологических факторов живого организма, объединяющей факторы организма в особые группы, по признакам функциональной специализации и специфичности. Система факторов выстроена таким образом, что раскрывает кибернетическую упорядоченность взаимосвязей между специализированными группами по признаку их иммунологического и физиологического сходства. Все иммунные и физиологические факторы, способные влиять на жизнедеятельность организма, можно разделить на две основные группы: система управления (регуляции) и объект управления (система исполнения). Функциональное взаимодействие между регулирующими и регулируемыми факторами – основа кибернетического процесса. Управляющая система, как главный агент системы саморегуляции, всегда на переднем плане контролирующей деятельности внешней среды и собственного гомеостаза. При их нарушениях управляющая система воздействует на систему исполнения. Информация о состоянии системы исполнения по каналам обратной связи вновь воспринимается и корректируется. При этом иммунофизиологическая система с управлением может одновременно иметь также каналы связи с окружающей средой.
Состав общей системы адаптивного управления живой системы организма сложный. Известны две формы регуляции, осуществляющие адаптивный контроль: специфическая (наследственная) и неспецифическая (ненаследственная). Специализация регуляторной деятельности специфической (наследственной, т.е. иммунной) системы – иммунный контроль, а неспецифической (ненаследственной, т.е. нейрогенной) – контроль гомеостаза и активация регуляторных физиологических элементов. Благодаря специализации в разновидностях регуляторной специфичности, отдельные части живой системы организма взаимодействуют как единое целое против антигенов внешней среды. Возникновение устойчивых связей между физиологическими и иммунными реакциями, при которых происходит последовательная смена самозащитных функциональных состояний, приводит к организации более сложной патогенетической структуры при том или ином процессе иммунного приспособления. Описание автором системы факторов иммунофизиологической саморегуляции изложено в нижеследующих частях рукописи.
Система каждой формы управления состоит из набора взаимосвязанных подсистем со специализированной специфичностью функций управления организмом. Вопрос о специализации регуляторной специфичности среди факторов внутренней среды чрезвычайно важен для развития представлений о разновидностях взаимодействий между органами управления с исполнительными структурами. Данные исследования приводят к таким результатам, в которых выясняется значение не только специализация видов специфичности среди регуляторных факторов, но и сроков их реагировании в живом организме. Эти особенности способствуют возникновению всех многообразий кибернетической саморегуляции в целом организме.
Установление кибернетической зависимости между иммунными и физиологическими факторами живой системы организма стало возможным благодаря появлению представлений об общей системе адаптивного надзора, состоящей из 3 основных групп регуляторных факторов, которые по своему назначению отличаются специализацией в специфичности реагирования: а) факторы срочного неспецифического реагирования, главным дирижером которых является нервная система; б) факторы раннего иммунного реагирования (фагоциты), имеющие общеспециализированные свойства специфичности против антигена; в) факторы позднего иммунного реагирования (антитела), обладающие селективно-специализированными специфическими свойствами против антигена. Общей особенностью всех видов факторов регуляции является то, что они действуют в одном направлении – адаптация организма. Общая система факторов в системе иммунофизиологического надзора необходима для согласованного взаимодействия отдельных функциональных факторов или их комплексов в цепи адаптационного процесса при любом заболевании. Основная цель общей системы органов управления – охрана биологической индивидуальности каждой отдельной особи живого организма. Возможность появления связей между органами специфической и неспецифической регуляции способствует возникновению программированного развития процесса адаптации к любым внешним изменениям. Органы неспецифической регуляции способом изменения энергетической информации обеспечивают ненаследственное постоянство функциональных признаков в строго определенных рамках режима работы в живом организме: температурный, водный, солевой, энергетический и др. виды режимов работы (гомеостаз). Органы системы общей специфической специализации реагирования (генотип) контролирует постоянство наследственных признаков реагирования двумя способами. Система общей специализированной специфической регуляции способом фагоцитоза, действуя против широкого спектра инфекционных и неинфекционных факторов внешней среды, имеют ограниченную эффективность действия против высокоорганизованных антигенов. В резервных случаях действует селективно-специализированная система регуляции, которая действует способом антителообразования. Таким образом, следует утверждать, что под влиянием эволюции у живых организмов появилась общая система иммунофизиологической регуляции, которую можно представить в виде комплекса из трех блоков управления, факторы которых отличаются сроками и специализацией специфичности реагирования.
Рассмотрим общие функциональные характеристики основных факторов системы саморегуляции организма. Под факторами системы саморегуляции организма подразумеваются элементы структур или совокупность структур со сходными признаками функциональной специализации.
Начнем с системы факторов неспецифического реагирования. Факторы неспецифического реагирования стимулируют адаптивную деятельность общей физиологической системы в рамках сохранения гомеостаза, поэтому автор выделил их в особую форму – неспецифическая форма адаптивного надзора (НФАН). Система сходных по признакам факторов, составляющая неспецифическую форму реагирования, расположена в левом верхнем углу схемы. При рассмотрении состава системы факторов неспецифической регуляции можно заметить, что она состоит из трех эволюционных уровней подсистем (система в системе). Это – клеточная мембрана (внутриклеточный неспецифический регулятор), клетки нервной и эндокринной систем (клеточный уровень), ЦНС и эндокринные органы (высшие системные уровни неспецифической регуляции), межсистемное взаимодействие ЦНС с эндокринными органами. Как видим, регуляторная неспецифическая система организма представлена тремя уровнями эволюционных образований. С увеличением их уровня в эволюционной иерархии физиологические свойства факторов неспецифической регуляции повышаются. Комплекс свойств факторов НФАН определяется всей иерархией структур, включая нижние (клеточная мембрана) и самые верхние этажи (ЦНС и др.). Ясно, как трудно приходится в этих условиях теоретику. НФАН – это сложная система, которую следует изучать, постепенно переходя с одного уровня усложнения к другому (карабкаясь по этажам иерархии) и соответственно обобщая и огрубляя используемые понятия. Каждая разновидность факторов неспецифической регуляции представляет собой самостоятельную единицу интеграции и отличается силой энергетического взаимодействия.
Какими свойствами обладают факторы НФАН? Основная особенность всех факторов неспецифического реагирования – способность к кооперативному взаимодействию между собой. Фундаментальная характеристика сходных признаков функционального комплекса неспецифических факторов – превращение энергии внешнего раздражителя в энергию факторов НФАН. Изменение уровней силы и объема биологической энергетики (энергетической возбудимости) факторов НФАН играет основную роль в стимуляции адаптированной деятельности других факторов организма. С расположением неспецифических факторов в порядке возрастания эволюционного уровня развития растет сила их энергетического потенциала. Здесь эволюционной точкой отсчета для факторов неспецифической формы адаптивного надзора (НФАН) автор подразумевает следующие виды эволюционной преемственности: клеточная мембрана (1-й эволюционный уровень энергетического потенциала), нейроны и эндокриноциты (2-й эволюционный уровень энергетического потенциала), ЦНС и эндокринные органы (3-й эволюционный уровень энергетического потенциала), а также их межвидовые связи, которые формируют стресс (например, взаимодействие между ЦНС и надпочечником – 4-й эволюционный уровень энергетического потенциала). Биологическая эволюция системы факторов неспецифической регуляции совершенствовалась благодаря развитию рефлекторных возможностей ЦНС. Эволюционная преемственность показывает периодичность изменений свойств факторов в зависимости от уровня их биологического развития. Наибольшего совершенствования система факторов НФАН достигла у более развитых форм животного мира.
В решении энергетических проблем внутренней среды живого организма ведущую роль играют биологические преобразователи энергии – факторы НФАН. Факторы НФАН – центральный пункт системы саморегуляции, основной энергетический механизм (двигатель), от режима работы которого зависит функциональное состояние всех структур живого организма. Для факторов НФАН характерно сложное, иерархическое соподчинение уровней организации ее структур. Многоуровневая система факторов НФАН у высокоорганизованных животных и человека приобрела свойства высшей формы жизнедеятельности, обладающей огромным потенциалом (с резервными возможностями) физической и психической энергетик. Психика и тело составляют единое целое. Важнейшей особенностью всех уровней факторов НФАН является способность функционировать в режиме автономного автоматизма до определенного энергетического уровня. В экстремальных условиях жизнедеятельности, в связи с возникновением угрозы биологического постоянства на местном уровне внутренней среды, происходит включение центральных (резервных) механизмов управления.
Автор представил факторы неспецифического реагирования в отдельную регуляторную форму, которая составляет энергетическое ядро процесса адаптации. Через систему факторов НФАН устанавливаются сложные взаимоотношения организма с внешней средой. Важнейшие характеристики деятельности системы факторов неспецифической регуляции – активный контроль внешних источников биологической энергии (под источниками энергии в организме автор подразумевает действие энергетических свойств антигенов и др. раздражителей внешней среды). Адаптивный контроль направлен на выделение и перестройку их энергии в энергию факторов неспецифической регуляции, которая осуществляет координированную взаимосвязь между всеми факторами живой системы организма. Деятельность механизма этой системы обеспечивает ненаследственный контроль жизнеобеспечивания и направлена на прием, преобразование и распределение адаптивной биоэнергетической информации, полученной от свойств антигена внешней среды. Это связано с тем, что объединенные свойства факторов неспецифической регуляции способны мгновенно реагировать и воздействовать меняющимся уровнем биоэнергетической информации на деятельность исполнительных факторов живой системы организма. Такая деятельность организует эффект срочного физиологического ответа (субъективный – боль и объективный – сокращение мышц, секреция эпителиальных и железистых клеток и др.). Начальные клинические проявления физиологического состояния организма зависят от силы взаимодействия между антигеном внешней среды и факторами неспецифической регуляции (например, чем активней жизнедеятельность патогенных микроорганизмов, внедрившихся в организм животных и человека, тем сильнее выражены патологические проявления иммунофизиологического состояния живого организма).
Их свойства позволяют выполнять две главнейшие функции. Во-первых, осуществляется связь организма с внешней средой. Во-вторых, функциональное объединение клеточно-мембранной, нервной и эндокринной подсистем ориентирует их не только на восприятие, но также – отбор и распределение информации о состоянии внешней среды между всеми факторами живой системы организма, которые, обладая разными сроками ответного реагирования, перестраивают свою ответную деятельность на непрерывно меняющиеся условия во внешней и внутренней средах.
Функциональная особенность факторов НФАН – ключ к разгадке тайны по преобразованию и автоматическому самораспределению типов энергетической информации (связей) между специализированными факторами живой системы организма, приобретая значение движущей силы при организации срочного, раннего и позднего иммунофизиологических (не иммунных!) ответов против антигенной угрозы внешней среды. Уровень функциональной реакции системы факторов НФАН меняется за счет сенсорной активности рефлексогенных зон. Преобразование функциональной активности системы факторов НФАН осуществляется за счет деятельности каждого ее элемента, которые являются не только источниками биоэнергетической информации, но и усилителями по отношению друг друга. Эти свойства факторов НФАН во многом определяют поведенческие свойства всех других факторов живой системы организма. Функциональный сплав факторов в системе НФАН координирует и адаптирует деятельность всей системы живого организма, участвует в сохранении динамического равновесия (гомеостаза) жизненных функций. На основании вышеизложенного следует сделать акцент – энергетические свойства факторов неспецифической реактивности обладают высшей физиологической активностью, которая обеспечивает движение всех процессов в живом организме.
Энергия системы факторов НФАН реализуется разными способами. Существует два способа регуляторной связи между регуляторными факторами НФАН и исполнительными факторами организма: прямая (первичная) и опосредованная (вторичная – через фактор-посредника). Например, прямое взаимодействие факторов НФАН с факторами сердечно-сосудистой или скелетно-мышечной системами ориентирует поведение живой системы организма на формирование срочной адаптивной реакции. Воспринимая внешнюю среду быстрее и острее других регуляторных органов, факторы НФАН исполняют роль пускового звена в срочном изменении функциональных состояний в момент деятельности (живых реакций) исполнительных структур организма. Это их свойство известно и широко используют в своей практике врачи-реаниматологи. Содержание этих и других способов регуляторной реализации деятельности организма более подробно отражено автором в нижеследующих описаниях моделирования процесса заболевания.
Факторы специфической формы адаптивного надзора (СФАН) расположены в правом верхнем углу схемы. Основная задача факторов СФАН заключается в деятельности по охране биологической индивидуальности организма. Существует несколько эволюционных уровней среди факторов СФАН, которые выполняют поставленную задачу. Формируя определения специфической формы адаптивного надзора, автор предлагает обратить внимание на путаницу в определении понятий специфичности по отношению к следующим категориям: ген, фагоцитоз и антитела. При рассмотрении факторов специфического реагирования можно определить, что она состоит из 3-х основных видов систем. Это – ген (элементарная единица в хромосомном аппарате внутри клетки, ответственная за биологическую индивидуальность – 1-й эволюционный уровень), клетки фагоцитарной системы (2-й эволюционный уровень) и антителообразующие органы (3-й эволюционный уровень). Каждая разновидность факторов специфической регуляции также представляет самостоятельную единицу интеграции и отличается способом охраны биологической индивидуальности. При характеристике каждого вида регуляторных факторов специфического надзора автор учитывал принцип расщепления специализации двух составляющих ее специфических видов иммунной регуляции – общеспециализированную (фагоцитарную) и селективноспециализированную (антителообразующую).
