Бесплатный фрагмент - Концепция гормональной саморегуляции организма / The concept of hormonal self-regulation of the organism

Основные проблемы использования представлений теоретической физики для решения проблем теоретической биологии связаны с формализацией описания биологических явлений и процессов, интерпретаций теоретических понятий в наблюдаемых явлениях.

«Биологам достаточно найти общий язык с физиками и интуитивно овладеть основными идеями физики, чтобы быть в состоянии наметить для физика проблемы и понять смысл его ответов» А. Сент-Дьерди (A.Szent-Gyӧrgei) (1964, с. 17).

ВВЕДЕНИЕ

Медицина — такой же прикладной (технический) раздел биологии, как химия в физике. Но если химия и биохимия уже «производство», то медицине ещё далеко до подобного — проблемы с лечением. Биологию в сравнении с физикой ещё трудно назвать полноценной наукой. Понимаем «сюжеты» функционирования биосистемы, процессы, а в целом — только регулярно меняющиеся интерпретации. И медицина только декларирует целостное единство организма. А «наука не сводится к сумме фактов» (Анри Пуанкаре). Это всё-таки формальная схема (уравнение), наполняемая конкретным содержанием под задачу. Чем более универсальная схема — во многих областях применима, тем ближе к реальности — реализует «принцип соответствия».

В биологии трудно полноценно опровергнуть мнения, а их много и регулярно меняются. Каждый узкий специалист рассматривает объект в интерпретации своей специализации. И это правильно, как частный случай момента, для решения конкретной задачи. Но такая неопределённость позволяет «прыгать» в крайности и создаёт условия для спекуляций, в науку приходит философия рыночной экономики. Поэтому в биологии и медицине, до сих пор возможна «Лысенковщина», а в физике — нет.

Сначала в биологии доминировала физиология, ещё мало знали о генетике. А Лысенко ошибся только в том, что «обособил» физиологию — она у него ни на чём не «играла». Поэтому регуляторную (гормональную) систему не рассматривал полноценным эволюционным инструментарием. И пытался свойственное молекулярному и клеточному уровню буквально реализовать на целостном многоклеточном организме. А это уже профанация реально возможного.

С появлением и развитием клеточной и генетической инженерии «доминант» кардинально изменился. Генетике приписали свойство и функцию — определять живую материю и всё в ней. И лозунг — разберёмся с генетикой и сможем конструировать организмы, всех избавим от болезней — стал доминирующим и в медицине. При том, что физика утверждает обратное — всё и во всём определяют исключительно взаимодействия.

Но в технологии генетической инженерии увидели экономическую перспективу, и она стала объектом интереса рыночной экономики. А когда в естественный процесс развития науки вмешивается рыночная экономика — спекуляция — плохо. Потому что «смазку получает колесо, которое скрипит громче всех» (Г. Шоу). И уже «трудно заставить человека понять что-либо, если его заработок обеспечивается непониманием этого» (Адам Смит). Но и предупреждение — «заблуждения, заключающие в себе некоторую долю правды, — самые опасные» (Адам Смит).

В отношении биологии, растений и с/х животных — ничего страшного, естественный процесс развития с извилинами. А бизнес — это экономика. Но генная терапия — это коррекция целостного единства, и концепция «всё определяет генетика» предполагает неопределённость последствий. На растениях уже споткнулись о недопонимание организма целостным единством. И, несмотря на это, доминирование генетики реализуют на человеке. Причины заболеваний связывают с генетическими нарушениями. Лечебные препараты основаны не на функциональном действии.

Любой процесс — это философия. «Копаться» в его основе только с регламентом — чревато непредсказуемыми последствиями. При нефункциональном лечении организма — целостного единства — тем более, регламент — только инструментарий. Врач должен понимать философию процесса и в постоянном диалоге с пациентом — его саморегуляцией — корректировать регламент лечения.

Но каждый раз после посещения врача у образованного пациента возникает вопрос — в чём заключается лечение, если необходимо только постоянно принимать препараты?

Каждый нормальный врач, по крайней мере, знает, что наиболее эффективный и универсальный врач в организме — саморегуляция. Что она функционально решает задачи организма и его проблемы, по сути — лечит. И в этом контексте лечение должно быть простым, если врач ассистирует саморегуляции, находится в философски сопряжённом с ней процессе. И возникает необходимость в понимании саморегуляции и философии её действия, разобраться, на чём основано её функционирование. Ответ очевидный, но интерпретация реализуется другая.

История пандемии COVID-19 в сравнении с «испанкой» и другими эпидемиями выявила проблемы с пониманием этой темы и лечения. Вакцинацию делали ещё в 1000-м году в древней Индии. Сегодня — 21-й век, «научная» медицина. Но раз в отношении эпидемий ничего принципиально не изменилось и вакцинация до сих пор панацея — только научились делать искусственные вакцины, то у медицины явные проблемы с пониманием этих заболеваний и саморегуляции.

А саморегуляция справляется и с инфекционными заболеваниями — заболевают и умирают не все. Эпидемии всегда возникали внезапно, вне зависимости от принятых мер, продолжались до 3-х лет и всегда внезапно сами прекращались, с перерывами в сотни, а теперь в десятки лет. Пандемия COVID-19 только подтверждает это. Заболевание корью (в свете последних данных о возникновении этого заболевания и новой угрозе эпидемии), похоже, тоже укладывается в эту тенденцию, с такой же регулярностью возвращаясь, «критично смотрит» на вакцинацию от неё.

Можно, конечно, спекулировать на мнениях — мол, недостаточно, не всех и не правильно вакцинировали. Но иначе даже в принципе не возможно — биология социума не позволит, и даже для наших технических возможностей в социуме такого масштаба. А «заблуждения, заключающие в себе некоторую долю правды, — самые опасные» (Адам Смит).

Так «за 80-е и 90-е против кори вакцинировали с 40% до 80% населения. Количество зарегистрированных случаев кори в мире снизилось с 4 млн в 1983 году до 900 тысяч в 1994 году, плоть до 1998 г..» (Institute of Medicine, 2002). «Однако по некоторым моделям истинная заболеваемость корью оценивалась до 36 млн случаев в год, смертность — в предела 1 млн случаев, с 7% детской смертности» (Institute of Medicine, 2002).

Механизм функционирования иммунной системы знаем до каждого молекулярного винтика, и есть мнения — какие возникают проблемы у иммунной системы. Но эпидемиям противопоставляем только вакцинацию. А она — с точки зрения биологии, иммунитета, в аспекте жизнеспособности организма — костыль для иммунной системы, на всякий случай. Как саморегуляция решает эту задачу в целом — только мнения, которые не складываются в теорию. А это уже принципиально.

Биология уже в состоянии сложить кирпичики известного в теорию, надо только увидеть и понять алгоритм, основополагающий принцип. Это побудило на основе биологии сформулировать основы теории для решения проблем эпидемий. Как и полагается для теории, получилось шире.

На основе теории гормонального контроля реализации морфогенетического потенциала организмов разбирались с их саморегуляцией и её функционированием. Концепцию гормональной саморегуляции и её универсальность апробировали на решении проблем медицины.

Книга — основы теории, относится к биологии, в интерпретации для теоретической и прикладной медицины. Это новая глава монографии «Реализация морфогенетического потенциала организмов» (Марченко, Мендыгулов, 2012). Развитие сформулированной там теории.

КОНЦЕПЦИЯ ГОРМОНАЛЬНОЙ САМОРЕГУЛЯЦИИ ОРГАНИЗМА

Понятие системы подразумевает наличие взаимодействий. Оно естественно возникает, когда что-то однородное спонтанно структурируется и дифференцируется на составляющие в процессе развития. Сохраняясь и функционируя системой, взаимодействия реализуются фундаментальным основополагающим её свойством — саморегуляция. В смысле, что взаимодействия определяют саму систему и всё в ней.

Теория гормонального контроля реализации морфогенетического потенциала организмов и лежащий в её основе гормональный контроль экспрессии генома (Марченко, 1996, 1999) основаны на фундаментальном калибровочном принципе. Поэтому претендуют на универсальность — применимость к разным аспектам эволюции и функционирования биосистем, растительным и животным организмам. Эти процессы реализуются саморегуляцией организма. Естественно, что и саморегуляция должна быть основана на калибровочном принципе.

Калибровочная инвариантность — принцип фундаментальной теории материи (Коноплева, Попов, 1980). Все фундаментальные взаимодействия имеют калибровочную природу, остальные (и в живой природе) — их производные. Суть калибровочной инвариантности — спонтанная локализация (нарушение) глобальной симметрии сопровождается возникновением калибровочного поля, компенсирующего это нарушение. Т. е., спонтанная структуризация однородного объекта сопровождается возникновением калибровочных полей, сохраняющих системой целостное единство объекта. Фундаментальный смысл калибровочного принципа и в этом. При не спонтанной локализации глобальной симметрии универсально определяется взаимосвязь

(фактор, нарушающий симметрию) → объект → результат. (1).

Результат — калибровочное поле — определяют свойства симметрии теории и фактор, нарушающий симметрию объекта, зависит от свойств объекта. Локализация глобальных симметрий — распространённое явление в макро- и квантовом мире, характеризует разные системы.

Таким образом, калибровочный принцип позволяет аксиоматически вводить взаимодействия, определяет их форму в соответствии со свойствами симметрии теории. Поэтому калибровочные поля можно исследовать независимо от эксперимента (Коноплева, Попов, 1980).

Это в полной мере относится и к живой материи. По аналогии с полевыми функциями частиц, функции генов (а) не являются наблюдаемыми и в наблюдаемые динамические величины (ген, генотип и т.п.) должны входить через билинейные формы (а·а*) (генетическим материалом служит двуспиральная молекула ДНК, …). Ген — наблюдаемая динамическая единица эволюции. Мужской и женский пол только вместе образуют наблюдаемую динамическую единицу эволюции, значимы для неё. Отдельно они только объекты для эволюции.

Биосистемы основаны и функционируют на биоаналогах калибровочных полей — регуляторных системах. Они последовательно появляются в онтогенезе — индивидуальное развитие клетки в многоклеточный организм — и этим повторяют эволюционный путь своего возникновения (Терехин, 1991). А это напрямую соотносится с последовательной локализацией симметрии состояния — при эволюции и в онтогенезе, начиная, по крайней мере, с клетки (Марченко, 1999). И в целом эволюция живой материи укладываются в принцип локаль­ной калибровочной инвариантности (Марченко, 1999). Принцип соответствия — следствие этого. Адекватные уровни организации в биологии и физике организованы и функционируют подобно, сопоставимы между собой.

В живой природе тоже всё определяет саморегуляция. Она реализует морфогенетический потенциал и иммунитет организма, обеспечивает его целостное единство и функционирование. Её концепция, основанная на калибровочном принципе, должна быть универсальной для растений и животных. Интегрированность растений и животных проявляется в их взаимоотношениях. Для них общие понятия — саморегуляция, иммунитет и иммунная система, и те же проблемы — патогены, онкология, стрессы, …. Но есть и специфика.

Эти вопросы интерпретируем в калибровочном подходе для биологии человека и рассмотрим вытекающие следствия в отношении понимания и решения, по крайней мере, некоторых проблем медицины. Будем исходить из принципа соответствия, основываться на концепции гормонального контроля реализации морфогенетического потенциала организма (Марченко, 1996).

Общая теория должна включать частные теории вариантами, учитывать упущенное в них, описывать известное и предсказывать возможное, обладать потенциалом решения проблем и в эволюционной перспективе. Этим проверяется состоятельность и значимость каждой теории.

Значимые и для медицины свойства организма — саморегуляция и способность к адаптации. На основе взаимосвязи (1) сформулируем концепцию гормональной саморегуляции для медицины и проверим её состоятельность в этом смысле на некоторых примерах. Начнём с теоретического обоснования, определимся с «техническим» обеспечением.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Терминология состояния и потентности клеток.

Для теории важны универсальные динамические параметры и динамические инварианты. Для нашей темы — параметр, определяющий состояние и потентность к реализации морфогенетического потенциала клеток, систем организма, организма и биосистем в целом.

Принятая иерархическая терминология стволовых клеток у животных — тотипотентная (зигота), мультипотентные и плюрипотентные — дифференцирует их по этой потентности. Соответствующие им клетки растений — зигота и эмбриогенные клетки (из которых образуются соматические зародыши), меристематические клетки разных типов детерминации. Дифференцированные клетки тканей у растений и животных подобны по свойствам.

Все клетки организма — результат развития зиготы (эмбриогенной клетки), продукт её дифференциации. Они исходно генетически идентичны и объединяются в программе реализации морфогенетического потенциала организма. В основе эта программа реализуется пролиферацией, детерминацией и дифференциацией клеток, и физиологической системой, объединяющей их в ткань, орган, организм.

Клетки начинают различаться в онтогенезе, в том числе изменением и потерей части генома (Папонов, 1987а). С этим связано постепенное сужение их потентности, но возможно и её восстановление. И в этом смысле принятая терминология стволовых клеток, по сути, «статическая», определения характеризуют фиксированное одно из возможных состояний клеток, не учитывают их возможности в динамике. Учёт в универсальном параметре и потенциальной способности клеток на каждом этапе развития делает их характеристику более полной.

Вполне обоснованно считается, что такая «статическая» дифференциация стволовых клеток по потентности фиксируется «снизу» и «сверху» микроокружением в нишах организма (Honoki, Fujii, Tsujiuchi, 2011; Lander et al., 2012; Volckaert, Langhe, 2014). Гормональная реализация этого ограничения вполне может быть основана и на эффекте, подобном гормональной зависимости индукции соматического эмбриогенеза (эмбриогенной способности) у винограда (Марченко, 1991, 2009). Эмбриогенная способность — генетически детерминированный признак, его гормональная зависимость у винограда выражена контрастно. Суть эффекта в следующем (Марченко, 1991).

Эмбриогенный каллус винограда образуется на среде только с 2,4-Д (или подобными ему регуляторами роста ауксинового действия) и цитокинином (например, БАП). Если в среде для получения эмбриогенного каллуса винограда сорта Подарок Магарача использовали 1 мг\л 2,4-Д, то соматические зародыши (эмбриоиды) образовывались из него только при совместном использовании 2 мг/л БАП (т.е., 1 мг\л 2,4-Д +2 мг/л БАП). При использовании 3 мг/л 2,4-Д интервал концентраций БАП, эффективных для получения эмбриоидов, расширился — (0,5 — 5) мг/л. Новая (индуцированная) эмбриогенная способность в отношении концентрации БАП (например, 1 мг\л 2,4-Д +3 мг/л БАП) сохранялась в поколениях регенерированных растений (Марченко, 2009).

Т. е., при использовании в среде 1 мг\л 2,4-Д только одна концентрация БАП оказывается эффективной для развития полученных эмбриогенных клеток в эмбриоиды. 2,4-Д в больших концентрациях повышает эту способность — расширяет интервал эффективных концентраций БАП, «адаптирует» к другим концентрациям БАП.

[Примечание: 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота) — ауксин; БАП (бензиладенин) — цитокинин]

Таким образом, варьируя значениями параметров, аналогичных по эффекту действия 2,4-Д и БАП, организм может «сверху» фиксировать мультипотентность и плюрипотентность стволовых клеток в нишах микроокружения организма. Поэтому клеточные культуры растений сохраняют на средах с 2,4-Д в пределах 0,1 мг\л и с низкими концентрациями цитокинина. А организму это позволяет поддерживать уровень потентности стволовых клеток «снизу» в нишах микроокружения — не допускать дифференциацию.

Так гормональная система организма способна дифференцировать стволовые клетки в организме по потентности и создавать их «статическую» иерархию. In vivo клетки не могут подняться выше по этой иерархии, а изолированные клетки in vitro — вполне. Уже давно показано, что изолированная даже полностью дифференцированная клетка животных может вернуться в состояние вплоть до тотипотентности (Western, 2009). А на способности соматических клеток любой ткани растения дедифференцироваться до эмбриогенного состояния основаны клеточные технологии.

Т. е., любая полноценная клетка организма потенциально может «вернуться» в тотипотентное, мультипотентное и плюрипотентное состояние стволовых клеток. Любая стволовая клетка может не только клонироваться, но и воссоздаваться. С этим разберёмся по тексту.

Многоклеточный организм образуется из зиготы — истинно незрелая и тотипотентная. Эти понятия подобны в отношении реализации морфогенетического потенциала, но противоположные в динамике. Последующие клетки, дифференцируясь, в своей основе теряют тотипотентность (потентность) и приобретают зрелость. «Зрелость» клетки — степень её специализации и дифференциации — размытое понятие. Динамическая тотипотентность полноценно и универсально характеризует состояние и потентность клеток (системы), учитывает их потенциальные способности.

В таком контексте между тотипотентностью и симметрией состояния клетки (системы, биосистемы) прямая зависимость (Марченко, 1999). У зиготы максимальная потентность, симметрия состояния. При дифференциации симметрия состояния зиготы локализуется (нарушается), потентность образующихся клеток уменьшается. Целостное единство зиготы сохраняется её локальной симметрией (калибровочная инвариантность) — [(клетки, ткани, органы) + физиология] — многоклеточный организм. И обратно — симметрия и тотипотентность клеток восстанавливаются при их дедифференциации — «омолаживании».

Далее, не нарушая смысл понятия «тотипотентность», под тотипотентностью понимаем «динамическую тотипотентность», и в более широком смысле.

Организм (биосистема) как целостное единство

В теории сложных систем под целостным единством понимается следующее:

— динамическая саморегулируемая система, компоненты которой интегрированы взаимосвязями, образующими целостную систему взаимодействий и функционирования.

Саморегуляция — основное, ключевое свойство сложной интегрированной системы. На теории сложных систем формируются современная биология, экология (экосистема). Одно из принципиальных следствий целостного единства организма (интегрированных систем) сформулировал ещё Сент-Дьердьи (1964, с. 17):

— «В организме становятся возможными реакции, которые кажутся физику невозможными или, во всяком случае, невероятными».

Т. е., реальные процессы и их результаты в целостной системе взаимодействий и функционирования организма существенно отличаются от набора экспериментальных (лабораторных). Далее, ссылаясь на Сент-Дьердьи (1964, с. 17), будем иметь в виду именно это определение. Системная медицина пытается решать эту проблему, основываясь на теории сложных систем.

Организм, каждая биосистема — от клетки до популяции — социальная система, в разной степени, но целостное единство. Они возникают, эволюционируя (развиваясь) от клетки. Поэтому их уровни организации и они в целом гомеоморфны (подобны). Биосистемы организованы и функционируют на принципах клетки, их существование обеспечивается одним и тем же набором основных физиологических функций. Функциональные и регуляторные системы клетки и многоклеточного организма с необходимостью гомеоморфны (Марченко, 1999).

Принципиально — в системе всё определяют взаимодействия, их свойства определяют функционирование и эволюцию системы. Это функция и смысл саморегуляции. В биосистеме всё определяют регуляторные системы (Терехин, 1991; Марченко, 1999). Гормональная система — фундаментальная регуляторная система. Доминируя во всём, она всё определяет в организме, и генетику тоже, по сути, и инструментарий.

О генетике организма, его развития и функционирования, иммунной системы, … знаем много, вплоть — «как и что пошагово» на молекулярной основе. Но как в организме реализуется концепция «всё определяют взаимодействия» понимаем больше формально. Поэтому более впечатляющие успехи всё-таки в хирургии. Но там есть этот аспект — реабилитация. Генная терапия и терапия стволовыми клетками тоже не обходятся без этого. В неживой природе это настолько понятно, что, например, химия давно уже прикладной технический аппендикс физики, биохимия тоже. Но природа едина, а значит, концепция «в системе всё определяют взаимодействия» везде реализуется на одной основе.

Организм, органы, иммунная система и биохимические процессы не складываются из кубиков разной конфигурации, с разными свойствами и готовыми рецепторами. Этим занималась эволюция, не по инструкции, а всё так возникало эволюционной необходимостью. Пока доминирует такое представление науки о происхождении и эволюции. Это предполагает, что всё универсально возникало на основе фундаментального единого принципа. Так проще. И это «наглядно» закреплено в генетике, например, онтогенеза. Принцип калибровочной инвариантности подходящий для этого во всех отношениях. И потому что всегда сразу создаёт целостную систему взаимодействий и функционирования, обеспечивающей сохранение целостного единства уже системой.

В таком представлении саморегуляция исходно могла использовать только свой опыт, потом эволюционный — как возникали и создавались организмы, эволюционный и текущий адаптационный опыт. Геном мог возникнуть и формироваться только параллельно, в этом процессе в нём закладывалась, формировалась в программы и сохранялась информация. Его кирпичики тоже невозможны без взаимодействий. Поэтому генетика — основа, но только в смысле возможностей для реализации. В геноме содержится наследственная информация для построения, развития и функционирования организма. В нём накапливается эволюционный и текущий опыт и выживания, формируются и редактируются программы развития, функционирования и реализации организма.

Геном — динамическая система, его динамику и сам геном определяет (контролирует) гормональная система. Реализуя морфогенетический потенциал, иммунитет, адаптацию и эволюцию организма, связь генома с внешней средой (Рис. 1), она «попутно» преобразует генетический аппарат. Вплоть до элиминации, редукции и адаптивной эволюции. С этим разберёмся по тексту. Такая универсальность гормональной системы достигаема её исключительно функциональным действием.

Поэтому в эволюционном смысле генетика (геном) без регуляторных систем — только молекулы, а функционально — как пианино без пианиста. Возможна любая музыка, но её надо сыграть, а пианино — совершенствовать, перенастраивать, редактировать и чинить. Ген не реализуется, пока ему ни разрешат, ни «попросят», ни создадут соответствующие условия.

В такой интерпретации геном и гормональная система — система. Но вопрос — как они реализуются саморегуляцией — ещё проблема. Необходим компонент, связывающий их в функциональную систему, — механизм, принцип реализации генетической информации, обеспечивающий универсальность и функциональность гормональной системы и реализующий саморегуляцию.

Проблема решаема калибровочным принципом, механизмом реализации взаимосвязи (1). Она позволяет находить и создавать решения функционально, не «копаясь» в структуре и содержании объекта. Гормональную саморегуляцию будем рассматривать в изложенной интерпретации. Не вникая в структуру генома, молекулярную реализацию.

Развитие и функционирование многоклеточных организмов (биосистем), их микро- и макроэволюция основаны на реализации морфогенетического потенциала. Он проявляется в морфогенетических реакциях, обусловленных взаимодействием генетического материала со средой посредством регуляторных систем (от генетической и дальше).

Гормоны — основное связующее звено этих взаимодействий, непосредственно управляют реализацией морфогенетического потенциала через геном (Рис. 1). Среда и другие регуляторные системы действуют на геном через гормоны. В этом и в координации экспрессии клеточных геномов многоклеточного организма эндогенные гормоны (пространство их концентраций) проявляются пространством состояний генома, морфогенетическим полем в смысле (Марченко, 1999; Оловников, 2007). Из этого следует концепция гормонального контроля экспрессии генома, реализации морфогенетического потенциала организма (Марченко, 1996,1999).

Гормоны участвуют в микро- и макроэволюции, должны быть управляющими параметрами в соответствующих моделях. Решение проблем существования организма (жизнеспособность, функциональная способность) сводится к контролю реализации его морфогенетического потенциала (Марченко, 1996,1999; Марченко, Мендыгулов, 2003). Это задачи и медицины.

Взаимодействия определяют (формируют) структурную организацию системы. Взаимодействие биосистемы со средой индуцирует в ней многоуровневую иерархию регуляторных систем. Она формирует сопряжённую себе структурную организацию биосистемы (организм, биоценоз) (Марченко, Мендыгулов, 2003). Например — ассоциации разных видов муравьёв (Стукалюк и др., 2011). Исходя из схемы (Рис. 1), гормональная система должна определять сопряжённую себе структурную организацию генетической регуляторной системы, генетической информации, генома и регуляторной системы организма в целом. Концепция гормонального контроля реализации морфогенетического потенциала организмов основана и на этом.

Функциональная концепция гормональной системы

Растения и животные функционально подобны. Поэтому функциональную концепцию гормональной системы животных корректно рассматривать на примере растений (Марченко, 1996). Она иерархически упорядочена. И потому, что для реализации генетической информации требуется соответствующе организованная сопряжённая с ней гормональная система.

Ауксины и цитокинины самые универсальные фитогормоны по биоактивности, находятся в вершине иерархической пирамиды. Потому что всё контролируют, начиная с клеточного цикла. Деление клеток растений непосредственно зависит только от ауксинов и цитокининов.

В морфогенетических процессах ауксины и цитокинины проявляются сопряжёнными факторами, образующими единое внутреннее пространство концентраций в растении — пространство состояний генома, в смысле морфогенетического поля. Это «объёмное» морфогенетическое поле, в смысле (Рис. 3.2). Ауксины и цитокинины решают задачи напрямую, совместно или через «вторичные» фитогормоны, синтез которых индуцируют. Например, в онтогенезе, при защите растений, адаптации к среде.

Остальные фитогормоны — гиббереллины (ГК), абсцизовая кислота (АБК), этилен, брассиностероиды, жасминовая кислота (ЖК), салициловая кислота (СК) и стриголактоны — скорее вторичные. Они появляются или закладываются в онтогенезе (например, в семени), узкоспециализированы, взаимозависимые. Для их действия необходим ауксин, не всегда явно, но обязательно и цитокинин, как сопряжённый фактор (Марченко, 1996,1999). В теории их появление можно связать со структуризацией (локализацией симметрии) морфогенетического поля в онтогенезе.

С наличием общего предшественника у цитокининов, ГК, АБК и БС связаны проблемы интерпретации вариаций уровней их относительных концентраций при совместном решении задач (Шакирова, 2001; Цыганова, Цыганов, 2018; Чумикина и др., 2021). Это объяснимо в концепции гормонального морфогенетического поля (Рис. 3.2). Например, в гормональной зависимости морфогенетических реакций (проявления генетически детерминированных признаков) в клеточной культуре винограда (Марченко, 1997), по сути, проявляется иерархия генетической информации в пространстве концентраций ауксинов и цитокининов (Рис. 3.2).

Салициловая кислота ещё кандидат в фитогормоны — не обнаружены рецепторы, несвойственно гормонам очень высокие эффективные концентрации. Но она укладывается гормоном в схему (Рис. 1). Её высокие эффективные концентрации объяснимы спецификой — многовекторное локальное действие на «широком поле». Так в «объёмном» морфогенетическом поле (Рис. 3.2) регулируется проявление разных генетических программ, признаков в клеточной культуре.

Всё это должно быть характерно и для гормональной системы человека.

Саморегуляция

Саморегуляция с необходимостью универсально обеспечивает жизнеспособность, функционирование, адаптацию и эволюцию организма — от клетки до популяции, биосистемы (сложной интегрированной системы). Медицина признаёт её пока лучшим, а часто единственным врачом. Именно саморегуляция приводить организм в норму, по сути, лечит. Организм — интегрированная система. С учётом особенностей такой системы (Сент-Дьердьи, 1964, с. 17), это определяет, что организм надо лечить только функционально, или лечение сводить к функциональному комплексному лечению.

Саморегуляция основана на регуляторных системах, исходно — на гормональной системе (Рис. 1). Регуляторная система, как и гормональная, действуют функционально. Поэтому саморегуляция универсально решает задачи функционально — использует (реализует) возможности, заложенные в геноме, как пианист на пианино. И в этом пока принципиальное преимущество саморегуляции над медициной. Врач только помогает её функционированию — лечить. Настолько эффективно, насколько хорошо понимает функционирование саморегуляции.

Разберёмся с функциональным действием саморегуляции. Сначала определимся, что

ключевое условие здорового организма, прежде всего, — эффективная саморегуляция.

Остальное — следствия её нарушения. Будем исходить из этого.

Динамика сложных интегрированных систем (целостное единство) характеризуется динамическими инвариантами, сохраняющими свои значения при их функционировании. Следствие интегрированности организма — конкурентные отношения, исходно — между генами за ограниченные внутренние ресурсы. Они определяют исходный инвариант (Марченко, 1996):

при функционировании генома должна сохраняться интегральная степень его экспрессии.

А именно:

∫G (a) F (A,a) da = const … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2).

Здесь F (A,а) — функция дифференциальной экспрессии генома, зависящая от пути онтогенетического развития организма или типа морфогенеза (А — степень экспрессии гена «а»). G (а) — экспрессируемый геном. Из этого инварианта вытекают производные инварианты (Марченко, 1999):

— должна сохраняться суммарная экспрессия всех признаков организма;

— .должна сохраняться суммарная «экспрессия» полного набора параметров его физиологической (функциональной и регуляторной) системы.

Следствия:

— признаки функционирующего организма не могут независимо самопроизвольно изменяться вне пределов соответствующей нормы реакции (интервала, допустимого соответствующим принципом неопределённости),

— для всех состояний организма одно значение инварианта (2).

Саморегуляция функционирует в этих пределах.

Саморегуляция реализуется регуляторной системой организма. Гормональная система всё контролирует по общей схеме (рис. 1). Обратная связь «корректирует» гормональную регуляцию. По этой схеме взаимодействуют иммунная, нервная и эндокринная системы. А гормональная система контролирует каждую, и, в частности, определяет функционирование иммунной системы.

Очевидный смысл саморегуляции — обеспечить организму способность эффективно выполнять свои функции. Т. е., обеспечить его нормальное устойчивое функционирование. Определим такое состояние организма — нормальное функциональное состояние (НФС). Как и любое состояние, НФС определяется набором значимых взаимосвязанных признаков (параметров), с экспрессией каждого в пределах нормы реакции, допустимой для данного состояния, а суммарно — в пределах своей квоты в инварианте (2). Очевидно, что с разной эффективностью, но возможных таких состояний не одно.

Качественно рассмотрим два основных варианта реакции саморегуляции на нарушения признаков. Изменение признака в пределах нормы реакции укладывается и в нормы сформировавшегося НФС. Поэтому саморегуляция должна переключаться в компенсационное функционирование. Признак восстанавливается или его изменение компенсируется.

Если изменение признака выходит за пределы нормы реакции, то функциональная система должна переформатироваться в новое устойчивое НФС. А саморегуляция — переключаться в предадаптационный режим (Иорданский, 2001). Это предполагает переформатирование экспрессии признаков (исходно — экспрессии генов) функциональной системы в пределах инварианта (2), не обязательно всех. Например, перераспределить участие в функции для компенсации потери. Так формируется новое НФС, не только организма. Это, по сути, — адаптация, и необходимо разобраться, как она используется для решения подобных задач. Понять условия активизации адаптационных процессов и способы управления ими.

Такие возможности исходно заложены в каждом организме (биосистеме). Они определяются уровнем тотипотентности (симметрией) его функциональной и регуляторной систем. Их успешная реализация — накапливаемый опыт, и развитие подходов управления ими. Очевидна естественная концепция лечения:

— восстановление саморегуляции и приведение функциональной системы в одно из «нормальных» устойчивых состояний.

Решение проблем медицины будем рассматривать в этой концепции саморегуляции. Определимся с инструментарием и философией его применения — методологией лечения. Сначала определимся с техническим обеспечением — моделью.

МЕТОД ПОДВИЖНОГО РЕПЕРА

Подобные задачи удобно решать в наглядном представлении. Метод подвижного репера (Марченко, Мендыгулов, 2003) позволяет систематизировать данные наблюдений в простых и наглядных для анализа математических моделях. Фенотип (генотип) биосистемы графически и аналитически представляется «целостным единством» динамической системой векторов — подвижным репером {Ri} (рис. 2). Его конфигурация зависит от среды. Это позволяет моделировать ситуации, решать задачи управления, оптимизации и устойчивости функционирования биосистемы, восстановления её функциональности.

В работе (Стукалюк и др., 2011) представлена интерпретация метода подвижного репера для формализации межвидовых взаимоотношений в ассоциациях видов муравьёв. А также для выявления зависимости поведенческих адаптаций от окружения и выполняемой ими функции в ассоциации, от особенностей биотопов. В контексте требований существования организма и его функциональности, динамика экспрессии генов (признаков, компонентов функциональной системы) соответствует поведению в смысле Ж. Лемме (1976):

— Поведение — обобщённая функция проявления жизнедеятельности организма в аспекте выживания, отражает адаптацию к среде.

Как и в работе (Стукалюк и др., 2011), адаптационные и реабилитационные процессы на разных уровнях организации формализуются динамикой корреляционных функций между признаками (векторами) — динамикой корреляционных треугольников (Рис. 2.1). Её закономерности позволяют определять подходы управления и восстановления НФС. Уже этим метод полезен и медицине.

Объект описания — организм (биосистема), функционирующий в среде. Пространство состояний образуют — пространство характеристик организма (пространство фенотипов), пространство факторов внешней среды и пространство-время. Каждая точка пространства состояний определяет одно из возможных состояний организма — конфигурацию репера.

В пространстве состояний действует система преобразований {S} (группа Ли), переводящая организм (биосистему) из точки M в точку M*: SM=M*. Системой локальных координат являются значения либо факторов среды, либо гормональных факторов (согласно схеме на рис. 1). Подвижный репер строится из системы точек пространства фенотипов и отражает особенности биосистемы. {S} определяется теорией и/или экспериментально. Динамика вариаций фенотипа системы сопряжена с пространственно-временной зависимостью факторов среды.

В общем случае подвижный репер {Ri} строится в Евклидовом пространстве n-измерений. Средние значения признаков (параметров) биосистемы и корреляционные функции между ними геометризуются подвижным репером, их динамика — динамикой конфигурации репера. Значения корреляционных функций (зависимость от среды и между собой) образуют пространство состояний биосистемы.

Признакам (параметрам), описывающим организм и его состояние, сопоставляются вектора репера Ri; их экспрессия — длина вектора |Ri|; их стохастические взаимосвязи (взаимодействия между собой и зависимость от среды) отражают углы «φ» между векторами. По смыслу и свойствам корреляционные функции rik, описывающие взаимосвязи между признаками, соответствуют cos (φik) в скалярном произведении векторов: (Ri, Rk) =cos (φik) •|Ri||Rk|=rik •|Ri||Rk|.