Теоретические основы современной реабилитации

Петренко В.М.
ООО «ОЛМЕ», Санкт-Петербург, Россия, (194021, Санкт-Петербург,
ул. Карбышева, 6, к. 2, кв. 65) deptanatomy@hotmail.com

Аннотация: анализ широко известных публикаций о механизмах развития живых существ позволяет утверждать, что отсутствует жесткая, прямая связь между генотипом и фенотипом, структурой и функциональной активностью генома и белкового аппарата, включая биосинтез белков, а также между ними и морфогенезом. Имеющиеся сегодня сведения о генной организации индивидов очень ограничены, противоречивы и невсегда объективны. Поэтому оценивать роль генов в организации индивида и его развития следует очень осторожно. Я всегда полагал, что нуклеиновые кислоты – это пассивный материал развития живых существ, пусть очень важный, но только инструмент для белков, организующих жизнь данного индивида. Именно белки формируют клетки, их органеллы и микроокружения, межклеточные контакты. Без последних невозможна организация тканей и органов. И для этого белки используют разные вещества, в том числе и нуклеиновые кислоты. Результаты собственных исследований позволяют мне утверждать, что индивидуальная пространственная организация осуществляется в процессе межорганных взаимодействий, неравномерного роста органов, темпы которого обычно снижаются по мере созревания тканей. Влияние окружающей среды на развитие организмов (эпигенетический фактор), в т.ч. врача в процессе реабилитации больного, играет ключевую роль в реализации генетической информации.

Ключевые слова: организм, развитие, генотип, фенотип, взаимодействие.

THEORETICAL BASES OF MODERN REABILITATION

Petrenko V.M.

OLME , St.-Petersburg, Russia,

(194021, St.-Petersburg, Karbisheva street, 6-2-65) deptanatomy@hotmail.com

Abstract: analysis of well-known publications on the mechanisms of development of living beings suggests that there is no strict, direct relationship between genotype and phenotype, structure and functional activity of the genome and protein apparatus, including biosynthesis of proteins, as well as between them and morphogenesis. The information available today about the genetic organization of individuals is very limited, contradictory and not always objective. Therefore, to evaluate the role of genes in the organization of the individual and its development should be very careful. I have always believed that nucleic acids are a passive material for the development of living beings, even if it is very important, but only a tool for proteins that organize the life of the individual. It is proteins that form cells, their organelles and microenvironments, intercellular contacts. Without the latter, the organization of tissues and organs is impossible. And for this, proteins use different substances, including nucleic acids. The results of my own research allow me to assert that the individual spatial organization is carried out in the process of interorgan interactions, uneven growth of organs, the rate of which usually decreases as tissues мature. The influence of the environment on the development of organisms (epigenetic factor), including the doctor in the process of rehabilitation of the patient, plays a key role in the implementation of genetic information.

Key words: organism, development, genotype, phenotype, interaction.

Введение.

Развитие биологии в целом и медицины, в частности, происходило веками под знаком непримеримой и непрекращающейся по сей день борьбы между двумя течениями – преформизма и эпигенеза. Развиваются наука и техника, появляются новые методы научных исследований и новые факты, меняются формы указанных научных течений, концепции их представителей, но борьба продолжается. Преформизм принимает сегодня разные утонченные формы, но общее в любой его концепции – генетический индетерминизм формирования и функционирования организма. К примеру, нынче широко распространено мнение, что существует генетически детерминированный апоптоз первичных почек в эмбриогенезе человека. На деле их обратное развитие обусловлено пережатием артерий этих органов другими, интенсивно растущими в их окружении органами. Давно описаны разные типы развития организмов – независимый, мозаичный, жестко детерминированный (опровергнутый сегодня фактами из области экспериментальной биологии и генетики; факты из эмбриологии и учение о регенерации показали наличие и широкое распространение регуляции формы у зародышей), и зависимый, регулятивный, реактивный, с физиологической взаимозависимостью частей развивающегося организма (Светлов П.Г. Физиология (механика) развития. Т. 1. – М.: Наука, 1978). Эволюция отдала предпочтение регулятивному средой развитию. И регуляция врачом процесса восстановительного развития больного имеет все более широкое применение в современных методиках лечения и реабилитации больных людей. Достаточно познакомиться с работами доктора А.А.Вагина («Материалы медицинского сообщества», ОЛМЕ), прежде всего о его реабилитационном комплексе и важном значении робототехники в восстановлении обездвиженных больных.

Клетка и механика развития многоклеточного организма

Организм по крайней мере у большинства биологических видов состоит из клеток (n ≥ 1). В повседневной жизни мы не видим отдельные клетки и их соединения, видимые индивидуумы воспринимаем как макроскопические тела, которые состоят из определенных частей, разных органов. Жизнедеятельность индивида состоит из определенного набора взаимосвязанных процессов. Какие именно части тела индивида и как организуют каждый из таких процессов и жизнедеятельность организма в целом (связь формы с функцией) – в этом, если быть кратким, заключается предназначение функциональной морфологии многоклеточного организма. Мы «привязываем» те или иные процессы его жизнедеятельности к определенным его органам и обозначаем таким образом определенные функции органов. Но поскольку клетка является наименьшей частицей или «кирпичиком» (конституентом) любой индивидуальной биосистемы, где хранится и начинает воспроизводиться ее наследственная информация, мы пытаемся понять, как клетки образуют тело индивида и организуют его жизнедеятельность.

Никто не может заниматься всем – не объять необъятное. Я анатом, поэтому изучаю органогенез и его механику, но с пониманием значимости генетики для объяснения развития индивида и его органов. Известный профессор А.Нейфах отмечал, что эволюционные изменения – это изменения онтогенеза (эволюция – цепь онтогенезов) и всегда начинаются с изменений генетических, которые, изменяя ход развития, реализуются в фенотипе. Только после этого, уже на уровне фенотипов, может вступить в действие естественный отбор. Большинство генетических изменений, ответственных за эволюционные изменения морфологии, реализуются через аминокислотные замены, хотя в ряде случаев изменение регуляции работы генов и может происходить только на уровне ДНК. Причем надо понимать, что измененения генов происходят не сами по себе, а под влиянием меняющейся среды.

До сих пор наилучшими / удобными для экспериментаторов примерами генов, контролирующих морфогенез, служат те, которые регулируют положение, число и индивидуальность головных, грудных и туловищных сегментов у дрозофилы. Считается, что природа организменной интеграции и ее генная регуляция наиболее четко выступают в регуляции индивидуальности ее сегментов. Для подпрограмм, определяющих становление морфологии отдельных структур сегментов, необходима генетическая информация, детерминирующая клеточные морфогенетические процессы, перемещения клеток, изменения их формы, типы деления клеток и сродство между ними. Эти подпрограммы, обеспечивающие перевод генетической информации в морфологические структуры, пока еще мало изучены. Еще не установлены подлинные механизмы морфогенеза (Рэф Р.А., Кофмен Т.С. Эмбрионы, гены и эволюция / пер. с англ. – М.: Мир, 1986). Итак, усилия экспериментаторов сосредоточены на изучении механики морфогенеза сегментов беспозвоночных. Но до сих пор механизм формирования сомитов в эмбриогенезе человека и амниот остается неизвестным. Увы, современная наука тем и отличается, что открытия, сделанные на геноме низших червей и дрозофил, ценятся порой гораздо больше, чем описанные впервые факты в области эмбрионального органогенеза человека. Более того, локальные факты работы генома этих беспозвоночных распространяются на геном высших позвоночных животных и человека как основа понимания механики их органогенеза.

Я предлагаю свое видение механики органогенеза у человека и других амниот, а также эволюционных основ их органогенеза, сложившееся с учетом не только воззрений И. И. Шмальгаузена и других видных российских ученых, но также Ф.Ламарка, Ч.Дарвина и других выдающихся зарубежных ученых.

Изучение эмбрионального органогенеза позволило мне предположить: кровеносные сосуды участвуют в морфогенезе сомитов как (раз)делители их зачатков в условиях продольного растяжения и кручения тела эмбриона с его мягким скелетом. Скорость (периодичность) сегментирования определяется свойствами белков, закодированными в геноме мезодермальных клеток – то, что нынче модно называть часами сегментирования. Движения мезодермальных клеток в процессе сомитогенеза основываются на классической модели гистогенеза: митоз (пролиферация) ↔ дифференциация, равновесие системы регулируется средой развития мезодермальных клеток и парахордальной мезодермы в целом. Уже в пресомитную мезодерму внедряются сегментарные сосуды, разделяющие ее на сомиты. Важным моментом в их морфогенезе представляется реагрегация мезодермальных клеток с перестройкой их связей, изменением ориентации и взаиморасположения, начиная с этапа пресомитов. В процессе интенсивного удлинения эмбриона возникает краниокаудальный градиент напряжения парахордальной мезодермы, что приводит к дезадаптации мезодермальных клеток и их связей с реорганизацией метаболизма, т.е. к биохимической дифференциации мезодермы и детерминации сомитов. Первая волна такой дифференциации осевой мезодермы инициирует вторую волну ее дифференциации, морфологической, т.е. сегментацию при участии кровеносных сосудов в связи с кручением тела эмбриона. На этом этапе развития происходит реагрегация мезодермальных клеток с образованием новых связей между ними (адаптация мезодермальных клеток). Или, иначе говоря, селективное сцепление, основанное на различиях в химизме поверхности мезодермальных клеток, является причиной разделения их массива на физически обособленные сомиты. Межклеточные коммуникации могут служить путями проведения сигналов, причем не только определяющих пространственную периодичность формирования сомитов, но и прежде всего (первично) сигналов о меняющемся состоянии среды обитания мезодермальных клеток (эпигеномная регуляция развития), включая их контакты. Нарушение (или ослабление) в результате этого первичных связей мезодермальных клеток сопровождается снятием (снижением) клеточного торможения и пролиферацией мезодермальных клеток, а затем их внутриклеточной перестройкой (дифференциацией) с последующим образованием новых межклеточных связей. Может быть таким образом и запускаются часы сегментации тела эмбриона ? Ведь эти часы, если они реально существуют, лишь деталь физиологии эмбриона в части сомитогенеза на молекулярном уровне индивидуальной организации. Мое мнение согласуется с предположением, что паттерны сегментации – это результат многослойного процесса развития, иерархического взаимодействия эпигенетических механизмов и экспрессии генов (Fusco G., 2005; Lewis J. et al., 2009), иначе говоря, генетическая детерминация и эпигеномная регуляция сомитогенеза сопряжены, в т.ч. в виде саморегуляции развития мезодермы и эмбриона в целом. Сходные явления наблюдаются и в эмбриональном органогенезе человека, млекопитающих животных и птиц.

Молекулярные основы организации жизни

Клетка, ее части и соединения с другими клетками (микроокружение клетки или межклеточное вещество) состоят из множества разных молекул и их соединений. Молекулярным проконституентом жизни я считаю белок – молекулу, способную к саморегуляции своей формы, начиная со вторичной структуры, что сопровождается адекватными изменениями микроокружения белковой молекулы. Все остальные молекулы, в т.ч. нуклеиновые кислоты, используются белками в качестве инструментов для организации себя и своего окружения, оптимизации таким образом своего функционирования путем морфогенеза надмолекулярных комплексов с разным составом и строением – ультраструктур клеток и их микроокружения. Я всегда полагал, что нуклеиновые кислоты – пассивный материал для развития живых существ, пусть очень важный, но только инструмент для белков, организующих жизнь данного индивида. Именно белки формируют клетки, их органеллы и микроокружения, межклеточные контакты. Без последних невозможна организация тканей и органов. И для этого белки используют разные вещества, в том числе и нуклеиновые кислоты. Влияние окружающей среды на развитие организмов и их органов (эпигенетический фактор) играет ключевую роль в реализации генетической информации. Дегенерация мезонефросов служит показательной и давно известной моделью взаимоотношений генетического и эпигенетического факторов в эмбриональном органогенезе. По данным моих наблюдений, ключевую роль в организации каудально направленной дегенерации мезонефросов играет нарушение их кровоснабжения путем растяжения и сдавления их артерий интенсивно растущими в окружении органами. Что касается генетической запрограммированности дегенерации первичных почек и других органов, то геном в конечном счете содержит информацию о первичной структуре белков и возможно о порядке ее реализации. Белки участвуют в формировании клеток всех органов индивида в совершенно ином состоянии (вторичная, третичная или четвертичная структуры), в связи с другими веществами. Изменения состояний белков и их соединений, а затем клеток и их соединений, тканей и органов зависят от состояния их окружения и окружения индивида в целом. Иначе говоря, гибель и пролиферация клеток могут служить механизмами развития, но не его причинами, и сами имеют свои причины. Геном не программирует каждое движение белков (а на их основе – клеток и органов, индивида в целом), а лишь возможность его в определенной для данного индивида среде развития. Другое дело, если повреждены нуклеиновые кислоты таким образом, что нарушена наследственная информация о первичной структуре белков или ее считывание.

Структурные основы организации жизни

Разные авторы (Йост Х. Физиология клетки / пер. с англ. – М.: Мир, 1975; Поликар А. Элементы физиологии клетки / пер. с франц. – Л.: Наука, 1976; Либерт Э. Основы общей биологии / пер. с нем. – М.: Мир, 1982) уже давно обращали внимание на компартментализацию клетки посредством структурных белков для упорядоченного распределения разных ферментов и соответственно упорядоченной локализации разных метаболических процессов. Это приводит к обособлению различных органелл: структурная сложность живого начинается с макромолекул, продолжается на уровне таких структур, как мембраны и органеллы, а далее – на уровне клеток, тканей, органов, систем органов, вплоть до целых организмов. Примерно с середины XIX века анатомы стали разделять все органы человека на две группы – органы животной и растительной жизни. Это привело к разделению тела человека на две части – сому и висцеру, а пути, проводящие жидкости и раздражение (сердечно-сосудистая и нервная системы), были выделены в особый отдел. Иначе говоря, тело человека устроено как многокамерная полость, стенки которой – это сома (опорно-двигательный аппарат и общие покровы тела). У кольчатых червей тело имеет полимерное строение: септы разделяют его на сходные по строению членики с автономными полостями. Нечто подобное наблюдается у членистоногих, у моллюсков происходит их сращение в разной степени – квазисегментарное строение тела, как у человека, хотя при гораздо меньшей сложности. Сходным образом я объясняю функциональное значение полисегментарного устройства лимфатической системы человека: в условиях дефицита собственной энергии лимфотока межклапанные сегменты организуют парциальное продвижение лимфы от органов к венам – базовое, пассивное и дополнительно активное. Сегментация (разделение оболочек на отрезки) и компартментализация (разделение полостей на отсеки) представляют собой стороны единого процесса развития организмов в онтогенезе и эволюции: их тела подразделяются на автономные части (клетки и их органеллы, органы и т.п.). Формы и механизмы такой автономизации могут быть разными, но главное содержание и направленность этого процесса всегда одинаковы – повышение эффективности функционирования биосистемы, ее стабильности и адаптивности в условиях изменчивой среды обитания. Поэтому не зря до сих пор экспериментаторы занимаются изучением механики морфогенеза сегментов. Вновь замечу, что результаты собственных исследований позволили мне предположить: образование первичных сегментов тела эмбриона сопряжено с кручением его «мягкого» тела в процессе каудального удлинения. При этом рыхлая мезенхима легко деформируется с усилением циркуляции межклеточной жидкости, что должно стимулировать рост капилляров. Кровеносные сосуды внедряются в тяж мезодермы, что приводит к «нарезанию» сомитов. Сосуды с кровью есть производные мезодермы, поэтому получается саморегуляция ее развития. Я согласен с предположением, что паттерны сегментации – результат многослойного процесса развития, иерархического взаимодействия эпигенетических механизмов и экспрессии генов. Иначе говоря, генетическая детерминация и эпигеномная регуляция сомитогенеза сопряжены, в т.ч. в виде саморегуляции развития мезодермы и эмбриона в целом.

Заключение

Так как же устроен живой организм? Может быть следующим образом: сеть белков разного вида в соединении между собой и с разными другими веществами, в разном агрегатном состоянии (квазитвердом, полужидком и жидком), с разной плотностью и разной конфигурацией. Центрами жизни становятся скопления соединений разных белков, но с генетически (в ДНК) запрограммированной первичной структурой, определяемые как клетки. Их центральные фигуры – это хромосомы, в основе тоже белки, но в соединении с нуклеиновыми кислотами (ДНК). Границы в биосистеме условны, установлены человеком, не без основания, конечно, но вряд ли ведомы самой биосистеме. Да и зачем ей это ? Быть может организм работает как система физиологических градиентов Чайлда или нечто ей подобное ? Жизнь есть постоянное движение белковых молекул, их молекулярных и надмолекулярных комплексов – от невидимых невооруженным глазом клеточных ультраструктур до давно известных органов многоклеточных организмов. Устоявшиеся, относительно стабильные, вполне оформленные образования в составе постоянно движущейся индивидуальной биосистемы определяют ее строение – основной предмет исследований морфологии, в т.ч. Анатомии как ее части. Функциональная морфология изучает строение индивида и его частей в их движении, в т.ч. в развитии, индивидуальном (эмбриология и геронтология как части возрастной морфологии) и эволюционном (сравнительная морфология). Но вначале была и есть Анатомия, наука о целом индивиде и его частях, в тесной связи с физиологией. От Анатомии постепенно, по мере развития науки и техники, появления все новых и новых методов научного исследования отпочковались микроскопическая анатомия и гистология, цитология и генетика, молекулярная биология. Они призваны были изучить все более мелкие детали строения частей тела индивида. Но без знания их формы и топографии, без Анатомии не подготовить врача. Вот об этом следует помнить всем и всегда !

Публикации автора, базовые для данного сообщения

1. Основы эмбриологии. Вопросы развития в анатомии человека. 2-е издание. – СПб: ДЕАН, 2004.

2. Устройство организма у человека и высших животных // Успехи соврем. естествозн-я. – 2014. – № 2.

3. Квазисегментарное устройство тела человека // Междунар.журнал приклад. и фунд.исслед-й. – 2014. – № 8. – Ч. 1.

4. Общая конституция человека и ее типы. Вазогемальный аспект проблемы // Международ.журнал приклад. и фунд.исслед-й. – 2014. – № 11. – Ч. 2.

5. Органы сердечно-сосудистой системы // Современный научный вестник. – 2014. – № 43.

7. Общая конституция человека и ее типы. Невральный аспект проблемы // Успехи соврем.естествозн-я. – 2014. – № 1. – Ч. 4.

8. Механика сегментации тела эмбриона у человека // Междунар.журнал экспер.образ-я. – 2015. – № 2. – Ч. 1.

9. Лимфатическая и лимфоидная составляющие корпоральных сегментов человека // Инновац.наука. – 2015. – № 3.

10. Механика органогенеза. Сравнительный метод исследований // Междунар. журнал приклад. и фунд.исслед-й. – 2015. – № 5. – Ч. 3.

11. Эволюционные основы органогенеза человека: некоторые аспекты механики развития // Междунар.журнал приклад. и фунд.исслед-й. – 2015. – № 12. – Ч. 7.

12. Эмбриональные основы морфогенеза артериального скелета в квазисегментарном теле человека // Междунар.журнал приклад. и фунд.исслед-й. – 2016. – № 1. – Ч. 1.

13. Основы общего устройства тела человека // Содружество (рос.-кит.науч. журнал). – 2016. – № 1. – Ч. 1.

14. Общая анатомия человека в России сегодня // Научное обозрение. Мед. науки. – 2016. – № 5.

15. Биология развития органов: организменная интеграция и морфогенез // Бюлл. науки и пр-ки. Электрон.журн. – 2016. – № 12.

16. Механика дегенерации первичных почек в эмбриогенезе // Междунар.журнал приклад. и фунд.исслед-й. – 2017. – № 1. – Ч. 1.

17. О функциональной морфологии организма: система опорных и регуляторных структур // Бюлл. науки и пр-ки. Электрон.журн. – 2017. – № 4.

18. О функциональной морфологии организма: сегментация и компартментализация биосистемы // Бюлл. науки и пр-ки. Электрон.журн. – 2017. – № 4.

19. Артерии в управлении органогенезом // Изв.вузов. Поволж.рег-н. – 2017. – № 3.

20. Как устроена жизнь ? Анатомия поиска. – М.-Берлин: Директ-Медиа, 2018.

21. Типовое общее устройство многоклеточного организма // Бюлл. науки и пр-ки. Электрон. журн. – 2018. – Т. 4. – № 5.

22. About Molecular and Structural Bases of Life Organization // Journal of Biomedical Systems & Emerging Technologies. – 2018. – V. 5. – N 1.

Дополнительные публикации автора:

статьи в «Материалах медицинского сообщества» (ОЛМЕ)

1). Анатомические основы иммунитета (2014).

2). Тело человека: анатомия и развитие (2015).