«ВОЗДЕЙСТВИЕ МОДУЛИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ РАВНОВЕСНЫХ СОСТОЯНИЙ В УСЛОВИЯХ НЕОБРАТИМОГО ПАТОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ) Тула, 2012 Министерство образования и науки Российской Федерации ...»

Е.И. Савин, Н.М. Исаева, Т.И. Субботина,

А.А. Хадарцев, А.А. Яшин

ВОЗДЕЙСТВИЕ МОДУЛИРУЮЩИХ

ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ

РАВНОВЕСНЫХ СОСТОЯНИЙ

В УСЛОВИЯХ НЕОБРАТИМОГО

ПАТОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

(ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Тула, 2012

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Е.И. Савин, Н.М. Исаева, Т.И. Субботина, А.А. Хадарцев, А.А. Яшин

ВОЗДЕЙСТВИЕ МОДУЛИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ

НА ФОРМИРОВАНИЕ РАВНОВЕСНЫХ

СОСТОЯНИЙ В УСЛОВИЯХ

НЕОБРАТИМОГО ПАТОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА

(ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)

Тула, УДК 681.51:621.391.008. Авторы: Е.И. Савин, Н.М. Исаева, Т.И. Субботина, А.А. Хадарцев, А.А.

Яшин. Воздействие модулирующих факторов на формирование равновесных состояний в условиях необратимого патологического процесса (экспериментальное исследование): монография / Е.И. Савин [и др.]. - Тула:

Изд-во ТулГУ, 2012. -168 с.

ISBN 978-5-7679-2120- В монографии представлены результаты исследований по влиянию комбинированного воздействия модулирующих факторов (стволовые клетки, электромагнитное излучение крайне высокой частоты и фитомеланин) на патологические процессы, обусловленные введением в организм цитостатиков.

Разработанные математические модели отражают достоверность полученных результатов. Практические рекомендации, приводимые в монографии, направлены на то, чтобы помочь использовать результаты данного исследования в практической медицине.

Для аспирантов медицинских и биологических специальностей, интернов, ординаторов, а также практикующих врачей.

Печатается по решению библиотечно-издательского совета Тульского государственного университета.

Рецензенты:

д-р. мед. наук, профессор кафедры медико-биологических дисциплин ТГПУ им. Л.Н. Толстого Ю.И. Григорьев;

канд. мед. наук, старший научный сотрудник кафедры медикобиологических дисциплин ТГПУ им. Л.Н. Толстого Е.Д. Берестенко.

ISBN 978-5-7679-2120-4 © Е.И. Савин, Н.М. Исаева, Т.И. Субботина, А.А. Хадарцев, А.А. Яшин, © Издательство ТулГУ,

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………… Глава

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

БИОЛОГИИ И БИОИНФОРМАТИКИ В МЕДИЦИНЕ …….

1.1. Математическое моделирование в медико-биологических исследованиях………………………………………………………. 1.2. Применение принципа «золотого сечения в медикобиологических исследованиях …………………………………….. Глава

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследования …….……………………...…………….. 2.2 Методы исследования …..……………………………………… 2.3 Методы математической обработки результатов.…………… Глава

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ………

3.1. Изучение активности процессов СРО и системы РАСК в условиях экспериментальной гипоплазии ККМ …………………. 3.2. Модулирование процессов в системах СРО и РАСК сочетанным воздействием электромагнитного излучения, стволовых клеток и фитомеланина ……………………………….. Глава

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРИ ПОМОЩИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА …

4.1. Изучение зависимостей между уровнями оксидантов и антиоксидантов при применении фитомеланина, ЭМИ КВЧ и стволовых клеток, действующих как модулирующие факторы … 4.2. Изучение зависимостей между уровнями коагулянтов и антикоагулянтов при применении стволовых клеток, фитомеланина и ЭМИ КВЧ, действующих как модулирующие факторы …… 4.3. Изучение зависимостей между показателями уровня СРО и системы РАСК при применении стволовых клеток, фитомеланина и ЭМИ КВЧ, действующих как модулирующие факторы …… 4.4. Математическое моделирование процессов СРО и РАСК на основании данных корреляционного анализа между базовыми лабораторными показателями, отражающими активность этих систем. Построение систем дифференциальных уравнений …….. 4.5. Изучение распространения законов «золотого сечения» и «золотого вурфа» на патогенетические взаимосвязи между показателями СРО и системы РАСК, полученными в экспериментах ………………………………………………………. Заключение ………………………………………………………… Выводы ……………………………………………………………... Практические рекомендации ……………………………………. Список используемой литературы ……………………………… ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Классическое «золотое сечение» …………………………………. ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Характеристики обобщённых «золотых сечений» ………………. ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

Характеристики «аттракторов отталкивания» ……………………

ВВЕДЕНИЕ

Математическое моделирование как нормальных физиологических, так и патологических процессов является в настоящее время одним из самых актуальных направлений в медицинских научных исследованиях, так как современная медицина представляет собой в основном экспериментальную науку с огромным эмпирическим опытом воздействия на ход тех или иных патологических процессов различными средствами, что же касается подробного изучения процессов в биосредах, то наиболее эффективным аппаратом их исследования представляется математическое моделирование. При исследовании биомедицинских проблем используются самые различные методы математического моделирования физиологических и патологических процессов – аппараты обыкновенных дифференцированных уравнений, систем алгебраических нелинейных уравнений, разностные отображения, теории бифуркаций, хаоса и порядка и т.д. [73].

В качестве исследуемого патологического процесса выбрана экспериментальная гипоплазия красного мозга, достигаемая путем внутривенного введения животному цитостатика фторурацила. Изучение данной проблемы является актуальной темой, так как фторурацил показан к применению у большого числа пациентов с злокачественными опухолями молочной железы, желудка, поджелудочной железы, прямой кишки и других отделов толстого кишечника [104]. При этом у пациентов, принимающих цитостатики, одним из частых побочных эффектов является угнетение всех ростков кроветворения в красном костном мозге [126]. Также при употреблении цитостатиков происходит поражение иммунной системы, что часто приводит к развитию вторичных иммунодефицитов [57]. Неблагоприятно влияет данная группа препаратов и на процессы свободно-радикального окисления.

Под действием цитостатиков наблюдается истощение внутриклеточных запасов восстановленного глутатиона с последующим повреждением всей системы антиоксидантной защиты, что ведет к интенсификации перекисного окисления липидов [52]. Воздействие цитостатиков на систему регуляции агрегатного состояния крови также выражается неблагоприятными побочными эффектами. В экспериментах на лабораторных животных было показано, что при введении фторурацила в организме вначале наблюдается гиперкоагуляция, происходит активация коагулянтов на фоне снижения активности гепаринантитромбиновой и плазминоген-плазминовой систем, однако указанные изменения формировались на фоне тромбоцитопении и быстро приводили к развитию коагулопатии потребления [82].

В качестве модулирующих факторов, оказывающих восстановительные эффекты на вышеописанные побочные эффекты фторурацила, были взяты стволовые клетки, электромагнитное излучение крайне высокочастотного диапазона и фитомеланин, известный в медицине своими антиоксидантными свойствами [128].

Стволовые клетки уже давно применяются в медицине для лечения различных заболеваний пищеварительной, эндокринной, дыхательной, мочевыделительной, сердечно-сосудистой, иммунной систем, ЦНС, кожных покровов, органов чувств, так как они оказывают мощное модулирующее воздействие на восстановление клеток при самых различных видах их повреждения [11, 16, 20, 22, 37- 40, 44, 56, 63, 64, 66, 83, 95 125, 127]. В работе Е.Д.Гольдберга с соавторами показана роль стволовых клеток в восстановлении кроветворения при цитостатических и лучевых миелосупрессиях [28]. Анализ многочисленных источников отечественной и зарубежной литературы, описывающих действие на организм ЭМИ КВЧ, позволяет сделать вывод о том, что ЭМИ КВЧ обладает мощным модулирующим эффектом как на саногенные реакции, так и на возникновение и развитие патологии в различных органах и системах, причем характер и сила эффекта зависят от множества факторов, таких как выбранный режим облучения, участие в облучении других организмов (параллельное облучение), характер самого патологического процесса, происходящего в организме (либо полного отсутствие патологического процесса) и т.д. [12, 13, 23Например, проведенные исследования по влиянию ЭМИ КВЧ на систему РАСК и процессы СРО показывают, что при воздействии ЭМИ КВЧ на здоровый организм происходит усиление активности коагулянтов и оксидантов и снижение активности антикоагулянтов и антиоксидантов, что приводит к развитию гиперкоагуляции и интенсификации ПОЛ [18, 106-108]. При воздействии ЭМИ КВЧ на пациентов со стенокардией, напротив, происходят усиление активности антикоагулянтов, что приводит к снижению уровня свертываемости крови [21, 90], а в работах Чуян Е.Н. и соавторов (2006-2008 гг.) указывается на увеличение активности антиоксидантной системы организма [118, 119]. В работе Каревой Н.П. с соавторами описано модулирующее влияние ЭМИ КВЧ на восстановление кроветворения, нарушение которого вызвано применением цитостатиков [126]. Вместе с тем остаются не исследоваными характер и сила воздействия ЭМИ КВЧ на изменение показателей СРО и системы РАСК в организме, подверженном введению цитостатиков.

Сочетанное воздействие двух модулирующих факторов – стволовых клеток и ЭМИ КВЧ – в настоящее время является малоизученным.

В работе Иванова Д.В. с соавторами описывается теоретическая возможность управления дифференцировкой стволовых клеток воздействием ЭМИ КВЧ [96]. В работе Игнашевой Л.П. приводятся результаты исследований, согласно которым ЭМИ КВЧ может оказывать модулирующее воздействие на пролиферацию стволовых клеток нативного и криоконсервированного костного мозга [41]. Вместе с тем изучение сочетанного, в различных комбинациях, воздействия стволовых клеток, ЭМИ КВЧ и фитомеланина на организм, подверженный введению цитостатиков, до настоящего времени не проводилось.

Таким образом, актуальность данного исследования заключается в том, что впервые проводится подробное изучение и сравнение модулирующих эффектов на восстановление показателей СРО и системы РАСК изолированного, так и сочетанного в разных комбинациях воздействия стволовых клеток, ЭМИ КВЧ и фитомеланина на организм с экспериментальной гипоплазией ККМ, моделируемой путем введения фторурацила, исходя из соблюдения законов «золотого сечения» и «золотого вурфа»

В работе впервые проведен сравнительный анализ формирования гармоничных состояний при необратимом патологическом процессе в системе кроветворения при сочетании различных факторов, обладающих модулирующим эффектом.

В связи с тем, что цитостатики широко применяются в медицине, но имеют огромное количество побочных эффектов, были рассмотрены пути снижения их количества путем применения факторов, которые могут обладать саногенными свойствами, а также при помощи их сочетанного применения. Даны рекомендации по использованию данных факторов для коррекции уровня показателей СРО и системы РАСК в организме, подверженном введению цитостатиков. Построенный математический аппарат послужит надежной доказательной базой для объяснения результатов проведенных экспериментов.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ

И БИОИНФОРМАТИКИ В МЕДИЦИНЕ

1.1. Математическое моделирование в медико-биологических В последние несколько десятилетий разработка методов математического моделирования различных патологических процессов, состояний и заболеваний ведется очень активно. Результаты данных работ отражены во множестве публикаций. Рассматриваются биохимическая и электрокардиографическая модели инфаркта миокарда, анализ которых выявил механизм его формирования и некоторые закономерности его течения [9, 10, 73]. Сопоставление результатов расчетов с клиникой острого инфаркта миокарда выявило, что они позволяют отличить инфаркт миокарда легкого клинического течения от инфаркта тяжелого клинического течения. Механическая модель сердца рассматривалась в работах [74, 129, 162]. Исследование распространения импульсов Пуркинье проводится в работах [5, 71]. Описание простейших математических моделей работы систем кровообращения и сердца можно найти в [8, 81]. Математическое описание работы дыхательной системы на участке трахея – бронхи представлено в работах [31, 109, 163]. Моделирование функционирования кровеносной системы, базирующееся на квазитрехмерной модели системы кровообращения, предложено в [31]. Нестационарный квазиопериодический режим кровообращения головного мозга рассматривался в работе [60].

По инициативе нейрохирургов Главного военного клинического госпиталя им. Н.Н. Бурденко и Института скорой помощи им. Н.В.

Склифосовского была поставлена задача о расчете последствий черепно-мозговых травм. Экспериментальным данным, описывающим последствия черепно-мозговых травм, посвящены хорошо известные в нейрохирургии работы [54, 130]. Также вопросам математического моделирования последствий черепно-мозговых травм были посвящены работы [1-3].

К проблеме математического моделирования травматологических процессов относится задача о залечивании ран. Численному изучению этого процесса посвящены работы [72, 161], в которых получено количественное описание динамики залечивания резаной раны кожного покрова человека. Важнейшей областью в травматологии является проблема математического моделирования движения ног человека при ходьбе с целью построения ортопедических протезов, имитирующих их движение. Авторы работы [101] не только строят такие модели, но и реализуют их.

Перспективным направлением вычислительной медицины представляется компьютерная реализация виртуальных хирургических операций и предсказания их последствий. Так, в работе [32] представлено численное моделирование операций литотрипсии. Целью этих исследований было найти режимы работы литотриптора (длительность и интенсивность импульса, количество импульсов), при которых фрагменты разрушенного камня были бы достаточно малыми для выведения из организма естественным путем. Для этого численно исследовалась картина распространения акустического импульса в теле и в камне, а также решалась задача его разрушения. Другой пример – моделирование офтальмологической операции экстракции катаракты [79, 65].

Важным приложением вычислительной медицины являются проблемы предсказания динамики развития онкологических заболеваний, то есть развития опухолей, в том числе с учетом кровообращения. Для их численного решения используются уравнения гидродинамики, уравнения типа реакция-диффузия. Численное моделирование этих процессов проводится в работах [6, 157]. С помощью нелинейных уравнений параболического типа (реакция-диффузия) проводится также и численное моделирование процессов структурообразования в активных биосредах, колониях бактерий, микроорганизмов (например, Esherichia coli, Distyostelium discoicleum). Этим задачам посвящены работы [55, 75, 142, 164], в которых численно решаются двух- и трехмерные динамические задачи об образовании таких структур. Задачи структурообразования при свертывании крови и тромбообразовании рассматривались в работах [29, 55].

При изучении некоторых медицинских процессов необходимо численно решать жесткие системы обыкновенных дифференцированных уравнений, например, при моделировании протекания химических реакций, что представляет собой самостоятельную проблему, которой посвящена обширная литература [78, 102, 105].

Методы математического моделирования широко применяются в описании процессов свободно-радикального окисления и регуляции агрегатного состояния крови. Общей целью данных исследований было выявление и анализ механизмов регуляции свертывания крови при помощи математических моделей.

Предложены оригинальные математические модели свертывания крови, активированного по внешнему пути, количественно описывающая процесс свертывания как в гомогенной, так и в пространственной экспериментальных постановках. В качестве объекта моделирования были выбраны две экспериментальные модели гемостаза.

Первой моделью был тест генерации тромбина, в котором свертывание в плазме или в цельной крови активируется тканевым фактором (ТФ) и регистрируется изменение активности тромбина со временем. Второй моделируемой системой была разработанная в лаборатории физической биохимии ГНЦ РАМН методика по исследованию пространственного формирования фибринового сгустка в тонком, неперемешиваемом слое рекальцифицированной плазмы при активации свертывания монослоем клеток, экспрессирующих ТФ. Практическое применение разработанной модели заключалась в том, что с ее помощью автором был проведен анализ чувствительности и информативности теста генерации тромбина, показано различие механизмов работы внутреннего и внешнего путей в фазе распространения свертывания: установлено, что активированный фактор X производится внутренней теназой, тогда как фактор IX активируется по внешнему пути и распространяется в пространстве путем диффузии, оценен вклад ТФ-зависимого и ТФ-независимого механизмов действия препарата NovoSeven в нормализацию генерации тромбина в плазме больных гемофилией и показано, что при физиологических условиях главным является вклад ТФнезависимого механизма, представлено теоретическое обоснование терапевтической эффективности гипердоз препарата NovoSeven, был предсказан эффект локализации фибринового сгустка в присутствии тромбомодулина, подтвержденный экспериментом. Также в этой работе Пантелеевым М.А. было экспериментально показано, что фактор VIIIa связывает фактор X на фосфолипидных мембранах и регулирует его доставку к ферменту в реакции, катализируемой внутренней теназой, предложен механизм регуляции внешнего пути свертывания крови ингибитором пути тканевого фактора.

В дальнейшем были разработаны алгоритмы анализа сложных сетей биохимических реакций, основанный на применении функционально-ориентированного анализа чувствительности в комбинации с анализом временной иерархии процессов в системе, построена детальная математическая модель свертывания крови, превосходящая существующие аналоги корректностью описания биохимии свертывания и успешно прошедшая тестирование сравнением с большим набором экспериментальных данных [69].

Построенные модели описывают процессы свертывания крови либо в точечной, либо в пространственной системе. В частности, вариант модели для свертывания в точечной системе представляет собой систему из 24 обыкновенных уравнений, выписанных на основании закона действующих масс. Переменными модели служат концентрации шести ферментов (факторы VIIa, IXa, Xa, IIa, XIa, активированный протеин C), шести зимогенов (факторы VII, IX, X, II, XI, протеин C), двух активных кофакторов (Va, VIIIa) и двух их предшественников (V, VIII), двух стехиометрических ингибиторов (AT–III и TFPI), трех белков других классов (TF, фибрин, фибриноген) и трех комплексов (VIIa–TF, VII–TF, Xa–TFPI). Для некоторых видов расчетов в модель включались иные компоненты: тромбомодулин, комплексы и реакции с его участием; активация тромбоцитов. При построении модели сначала описывались отдельные реакции и простые системы из нескольких очищенных белков, вплоть до достижения согласия с экспериментом. Затем моделируемые системы постепенно усложнялись, постоянно сопоставляясь с экспериментом. Диапазон параметров модели ограничивался экспериментально измеренными значениями. Юстирования констант не проводилось, лишь в некоторых случаях осуществлялся выбор между несколькими значениями, сообщавшимися разными группами. Конечная версия модели подверглась проверке путем сравнения с большим набором экспериментальных данных. В точечном случае математическая модель интегрировалась численно с использованием солвера ode45 в MATLAB, версия R2008a (The MathWorks, Natick, MA, USA). Задача интегрирования системы уравнений в частных производных решалась вложенным методом Рунге-КуттыФельберга порядка 2(3). Численная схема реализована с помощью программы, написанной на Watcom C/C++ 10.0. [69].

С использованием математических моделей и экспериментальных данных выявлен механизм и динамика порогового поведения системы свертывания крови, экспериментально показана новая роль фактора VIII в регуляции доставки субстрата к ферменту в комплексе внутренней теназы, впервые построена детальная модель мембраннозависимой реакции, катализируемой комплексом внутренней теназы, выявлен механизм, с помощью которого внутренняя теназа регулирует пространственную динамику свертывания крови, теоретически предсказана и экспериментально обнаружена локализация пространственного роста тромба in vitro; показано, что она определяется путем протеина С, установлено преимущественное связывание компонентов внутренней теназы с малой субпопуляцией, формирующейся при активации тромбоцитов [67-69, 97, 144, 145, 165, 160].

Таким образом, с помощью математического моделирования выявлен новый режим регуляции внешнего пути ингибитором пути тканевого фактора, путем теоретических и экспериментальных исследований влияния препаратов Агемфил А, Коэйт DVI, НовоСэвен на динамику свертывания крови пациентов с гемофилией А in vitro установлены зависимости их эффективности от дозы, выявлены механизмы действия, предложены стратегии по оптимизации терапии, показано, что в системе свертывания крови могут быть идентифицированы шесть функциональных модулей и соответствующих им функций [69].

Создание математических моделей свободно-радикальных процессов, а также работы в организме антиоксидантных систем отражено в ряде публикаций. Измайловым Д.Ю. и соавторами была создана компьютерная программа для расчетов кинетики химических реакций, в которой реализован набор функций, облегчающих процесс математического моделирования, на основе экспериментальных данных хемилюминесценции суспензии фосфолипидных липосом определена минимальнодостаточная математическая модель Fe-индуцированного перекисного окисления липидов, изучено влияние 20 комбинаций реакций антиоксидантного действия на кинетику хемилюминесценции (рассмотрены реакции молекулы антиоксиданта и 5 реакций радикала антиоксиданта), на основе анализа реакций антиоксидантого действия предложена методика математического моделирования действия антиоксидантов и определения эффективных констант скоростей реакций[42, 43, 103]. С использованием этой методики проведено математическое моделирование действия антиоксидантов -токоферола, -каротина, ионола, аскорбиновой кислоты, ликопина и ЭДТА. Для всех исследуемых жирорастворимых антиоксидантов (-токоферол, -каротин, ионол и ликопин) соответствие экспериментальных данных и математической модели было получено при использовании реакций взаимодействия с липидными радикалами. В ходе математического моделирования были определены значения эффективных констант скоростей этих реакций. Было показано, что в ряду жирорастворимых антиоксидантов происходит рост значений эффективных констант скоростей реакций в следующем порядке:

ликопин < -каротин < ионол < -токоферол. При математическом моделировании водорастворимых антиоксидантов (аскорбиновой кислоты и ЭДТА) было показано, что их действие связано с изменением концентрации ионов железа [42].

Работы Хасая Д.А., Субботиной Т.И., Исаевой Н.М. посвящены математическому моделированию патогенетических взаимосвязей между показателями СРО и системы РАСК в случае воздействия на организм ЭМИ КВЧ без экранирования и с экранированием биологического объекта шунгитом с использованием системы дифференциальных уравнений [59, 107]. В данных исследованиях проводился корреляционный анализ между базовыми лабораторными показателями СРО и системы РАСК, составлялись уравнения множественной регрессии, после чего были построены поверхности регрессии и математические модели. В итоге были получены корреляционные зависимости, свидетельствующие о существовании патогенетической зависимости между высокой активностью коагулянтов и высокой активностью процессов ПОЛ. Методы математического моделирования позволили подтвердить эти зависимости [107].

Попытки применения математического моделирования использования клеточных технологий в биомедицине проводились в 80-х гг.

XX века. В исследованиях А.Д.Андреева описываются математические модели восстановления клеток от радиационного поражения (модели восстановления клеток при остром облучении и метод уменьшения эффективной дозы, общая модель восстановления при произвольных условиях облучения, специальные случаи общей модели – модель восстановления при фракционировании, модель восстановления при пролонгированном облучении, а также модель восстановления при облучении короткоживущим изотопом) [4]. Данные исследования показали, что восстановление в клетках можно рассматривать как специальный случай схемы массового обслуживания. Исходя из полученных математических моделей предложено описание восстановления лучевых повреждений в клетках, базирующееся на следующих положениях:

• восстановление осуществляется отдельными каналами (свойство дискретности);

• каждый канал может восстанавливать только одно повреждение (ординарность);

• все каналы фактически одинаковые и работают однотипно (однородность);

• восстановление каждого повреждения происходит независимо от восстановления отдельных повреждений (независимость);

• некоторые повреждения, возникнув, оказываются устойчивыми и восстановлению не поддаются. В работе каналов восстановления возможны случайные отказы (вероятностный характер функционирования канала);

• невосстановленные повреждения вместе с устойчивыми повреждениями образуют необратимый компонент радиационного поражения.

Математическому моделированию динамики селективного размножения клонообразующей популяции аномальных клеток в культуре стволовых клеток человека посвящены Работы М.С.Виноградовой и соавторов [61]. Целью данных исследований было спрогнозировать динамику размножения в культуре аномальных злокачественных клеток, которые могут появляться in vitro в силу естественной изменчивости и обладать селективным преимуществом, что может привести к трансформации стволовых клеток из нормального состояния в злокачественную форму. Рассматривалась культура клеток, в которой различают нормальные и аномальные (анеуплоидные) клетки. При разработке математической модели были приняты следующие допущения:

клеточная популяционная система является изолированной и имеет значительную численность; влияние фактора плотности посева клеток не учитывается; параметры математической модели считаются постоянными. При посеве все клетки считаются нормальными. В процессе размножения нормальная клетка может погибнуть, может выжить и не разделиться, может выжить, разделиться и остаться нормальной, может выжить, разделиться и стать аномальной. При дальнейшем развитии популяции аномальные клетки могут погибнуть, могут выжить и не разделиться, и могут разделиться, оставаясь при этом аномальными.

Методами численного моделирования была исследована динамика клеточных популяций, установлены значения параметров модели, при которых реализуются различные сценарии: экспоненциального роста числа нормальных клеток, стабилизации численности популяций, подавления популяции нормальных клеток аномальными и др. Проведено сравнение с экспериментом, показавшее адекватность модели. Построенная при данных исследованиях математическая модель позволяет рассчитать численность нормальных и аномальных клеток, находящихся в момент времени t в k-м состоянии митоза [19].

Имитационному моделированию кинетики популяций нормальных и облученных клеток посвящены Работы Зорина А.В. и соавторов [35, 36]. Предложенная в работе имитационная модель позволила осуществить воспроизведение и интерпретацию комплекса радиобиологических феноменов:

• колебаний выживаемости синхронизированных клеток при их облучении в различные моменты времени после синхронизации и увеличение размаха этих колебаний с ростом дозы облучения;

• репарации клеток от сублетальных радиационных повреждений;

• репарации клеток от потенциально летальных радиационных повреждений;

• репарации потенциально летальных повреждений в условиях фракционированного облучения культуры клеток в стационарной фазе роста;

• различий в выживаемости клеток в культуре при облучении в экспоненциальной и стационарной фазах роста.

Было установлено, что кривая, отражающая увеличение выживаемости клеток с ростом срока их пребывания в покоящемся состоянии после однократного облучения достигает плато по завершении репарации потенциально летальных повреждений. Дальнейший рост этой кривой обусловлен селекцией клеток, которая является следствием репродуктивной и интерфазной гибели части клеточной популяции.

Вклад механизма селекции важно учитывать и при интерпретации опытов, направленных на исследование изменений выживаемости клеток при фракционировании дозы облучения. Количественная оценка этого вклада может быть осуществлена с помощью предложенной в работе имитационной модели.

Имитационные эксперименты, направленные на воспроизведение кривых выживаемости (кривых «доза-эффект») и кинетики репарации потенциально летальных повреждений при облучении культуры клеток LICH в экспоненциальной и стационарной фазах роста, позволили установить следующий факт: покоящиеся клетки могут обладать одновременно как большей чувствительностью к радиационному воздействию, так и большей выраженностью пострадиационной репарации, чем активно пролиферирующие клетки [35].

1.2. Применение принципа «золотого сечения»

в медико-биологических исследованиях Последние десятилетия были отмечены всплеском интереса к применению закона «золотого сечения» в математическом моделировании в медицине и биологии. В медико-биологических исследованиях 70-90-х гг. показано, что в природе всюду проявляет себя «золотая пропорция» как характеристика соразмерности и гармоничности живых систем. «Золотое сечение», числа Фибоначчи и пентагональная симметрия являются бесспорным элементом роста живых существ [14, 17, 76, 77, 80, 100]. В публикациях [27, 58, 98, 159] указывается, что организм человека имеет множество подсистем, открытых и относительно замкнутых, подведение «порции» внешней энергии к которым может выборочно возбуждать ее определенные структуры. Этот основной принцип резонанса реализован природой в работе нашего организма – своеобразной нелинейной (фрактальной) конструкции, богатой «золотыми пропорциями».

Проблемы «золотого сечения» в медицине нашли отражение в разнообразных публикациях [30, 46, 76, 84, 86, 92, 93, 99, 114, 115, 120, 155]. «Золотое сечение» обнаружено при исследовании сердечнососудистой системы (В.Д. Цветков, Н.В. Дмитриева, А.М. Жирков, А.Г. Суббота), в системе крови (К.С. Симонян, В.Н. Кидалов, А.Г.

Суббота, С.В. Петухов), при анализе биоэлектрической активности больших полушарий головного мозга (А.А. Соколов, Я.А. Соколов).

«Золотые пропорции» получены при изучении строения тела человека (С.В. Петухов, П.Ф. Шапоренко, Ю.И. Гуминский) и центральной нервной системы (Т.А. Свистун, А.Г. Суббота). Авторами всех этих публикаций утверждается, что соответствие соразмерности «золотого сечения» характеризует идеальную норму, к которой стремится функциональная система при обеспечении гомеостаза. В связи с этим принципы «золотого сечения» очень важны в области патологии, так как позволяют оценить функциональные сдвиги при диагностике и терапии заболевания. Кроме того, принцип ЗС может быть связан с проблемой «отхода» от принципа симметрии мозга и некоторых органов.

В ряде публикаций, например [93], был поставлен вопрос, нельзя ли понять проблему односторонне расположенных главных органов (сердце, печень) с позиций закона «золотого сечения».

Гармонические отношения в системе крови были описаны во многих работах. Э.М.Сороко показал [87], что форменные элементы крови сбалансированы по объему в пропорции, близкой к «золотой».

К.С.Симоняном было установлено [84], что объем циркулирующей крови и плазменный объем находятся в отношении 5:3, а плазменный объем относится к глобулярному объему как 3:2. Это же отношение получается для альбуминов и глобулинов. Все указанные отношения близки к числу Фибоначчи. Гармонический анализ эритрона был проведен В.Н. Кидаловым [45-47]. Нормальный зрелый эритроцит – это симметричный двояковогнутый диск, заполненный гемоглобином.

Диаметр этого диска у млекопитающих группируется возле величин 3мкм, то есть чисел Фибоначчи. Толщина диска в центральной вогнутой части может изменяться в пределах от 40 до 60 % толщины тора. Диапазон этих колебаний близок к «золотой» пропорции. Гармонические размеры эритроцита также совпадают с числами Фибоначчи.

В работе [45] было рассмотрено более 40 конфигураций трансформированных эритроцитов и показано, что распределение эритроцитов по их конфигурациям в норме соответствует «золотой» пропорции. Установлено, что у человека и четырех видов лабораторных животных количество дискоцитов в крови близко к «золотому» числу 61,8 %, на остальные трансформированные эритроциты приходится 38,2 % (второе «золотое» число). При этом процентное распределение трансформированных эритроцитов также соответствует ряду Фибоначчи. Кроме того, в приведенных выше работах был вычислен ряд вурфов, характеризующих гармонические отношения в системе крови. Их значения сравнивались с величиной «золотого» вурфа W= Ф2/2 = 1,309, который был впервые введен С.В. Петуховым [76]. В целом «сверхподвижная»

кровь в течение всей жизни обеспечивает общую двигательную (локомоторную) активность организма, которая по данным А.Г. Субботы основана на «золотых» пропорциях двигательных актов [27, 50]. Замечено, например, что лишь при оптимальном кровоснабжении мышечное волокно имеет временное соотношение фазы расслабления и сокращения, близкое к «золотой» пропорции [27].

Большую роль играет принцип «золотого сечения» в физиологии состояния сердечно-сосудистой системы. Анализ электрокардиограммы показывает, что при частоте сердечных сокращений в 1 Гц продолжительность электрической систолы и диастолы с точностью до второго знака после запятой совпадает с «золотыми» числами 0,382 и 0,618 [93]. В.Д. Цветков проанализировал зависимость электрической систолы и диастолы между собой, а также их зависимость от «золотого сечения» [110-115, 169]. Он установил общий закон связи электрической и механической систол у животных при различной частоте сердечных сокращений и параметров «золотого сечения», на основании чего выделил так называемые «зоны оптимума» (пределы отклонения исследуемых параметров от идеальных составляют 5-6 %). В.Д. Цветков установил, что у человека и других млекопитающих имеется оптимальная («золотая») частота сердцебиения, при которой длительности систолы, диастолы и полного сердечного цикла соотносятся между собой в пропорции 0,382:0,618:1, то есть в полном соответствии с «золотой» пропорцией.

Н.В. Дмитриевой была построена геометрическая модель ЭКГ здоровых и больных гипертонической болезнью людей [30], которая позволила проанализировать с позиций «золотого сечения» не только длительность интервалов, но и амплитуду зубцов ЭКГ. На основании данной модели можно сделать вывод, что у здоровых людей длительности систолы, диастолы и всего кардиоцикла относятся как 0,388:0,612:1, а продолжительности систолы предсердий, желудочков и общей систолы относятся как 0,4:0,6:1. Таким образом, в двух рассмотренных случаях была получена «золотая» пропорция, отклонение от которой составило не более 5 %.

В 1998 г. В.В. Шкариным было исследовано клиническое соотношение величин систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления. Этому соотношению присвоен термин «структурная точка АД» (СТАД). К настоящему времени известно, что СТАД приближается к «золотому числу» – 0,618 [50]. Большие отличия от пропорции ЗС характерны для нестабильных состояний: пограничной артериальной гипертензии (АГ), тяжелых форм АГ, возможно кризовых форм АГ. В состоянии относительного покоя, т.е. ночью, отношение ДАД/САД ближе к пропорции ЗС (0,618), нежели днем, когда на АД действует гораздо больше возмущающих факторов [50, 121]. П.П. Черныш установил, что отношения величины САД к ДАД, САД к частоте сердечных сокращений (ЧСС), пульсового АД к ДАД также относятся друг к другу в «золотой» пропорции [116, 117]. При анализе фонокардиограммы также получается интервальная последовательность, близкая к «золотой» пропорции, которая проанализирована в работе [93]. В качестве примера приводится ФКГ из «Атласа практической фонокардиографии» Ю.М. Бала [7], согласно которой «у здорового человека между I и II тонами имеется интервал около 10 мм, а между II и I – около 16 мм, то есть соответствует числу Ф».

А.Г. Суббота в работе [93] обращает внимание на действие закона «золотого сечения» в системе дыхания. На основании спирограммы человека, взятой из работы И.С. Бреслава [15], он показывает, что отношение длительности фазы выдоха и фазы вдоха близко к «золотой»

пропорции.

Наличие «золотого сечения» в некоторых показателях электрических колебаний мозга было впервые отмечено А.А. и Я.А. Соколовыми [86]. Эмоциональному возбуждению мозга соответствует гаммаритм с граничными частотами 35-55 Гц, умственной работе отвечает бета-ритм с граничными частотами 14-35 Гц, при появлении неприятности или опасности в мозге доминирует тета-ритм с частотой 4-7 Гц, что в среднем соответствует 5 Гц. Для состояния спокойного бодрствования характерен альфа-ритм с частотами колебаний от 8 до 13 Гц, а наиболее медленные колебания с частотой 1,5-4 Гц (дельта-ритм) характерны для состояния сна. Таким образом, граничные частоты ритмов почти точно отвечают числам Фибоначчи. Отклонения граничных частот от чисел Фибоначчи находятся в пределах точности эксперимента. Наличие «золотого сечения» в функциональной организации высших отделов головного мозга человека подтверждается не только психофизиологическими методами, но и объективной регистрацией колебаний ЦНС [93].

Правило «золотого сечения», как показатель равновесного состояния в условиях необратимого патологического процесса Следует отметить ряд исследований, проведенных на кафедре медико-биологических дисциплин лечебного факультета Тульского государственного университета [33, 34, 50, 53, 85, 89, 94]. Данные работы посвящены проблеме использования правила «золотого сечения» в качестве способа интерпретации полученных результатов с медикобиологической точки зрения. Согласно исследованиям, проведенным в лаборатории указанной кафедры, приложение правила «золотого сечения» к задачам обработки результатов в экспериментальной электромагнитобиологии, оказалось чрезвычайно эффективным [50]. В публикациях [53, 94] приводятся результаты научных работ, целью которых являлось изучение соблюдения равновесного состояния в условиях развития необратимого патологического процесса при сочетанном воздействии ЭМИ КВЧ и нефротоксического антибиотика гентамицина. Данное исследование проводилось на четырех группах лабораторных животных. Крысам первой группы вводили внутримышечно гентамицин, а также подвергали их воздействию КВЧ-излучения. Крысы второй группы подвергались только воздействию ЭМИ КВЧ, а третьей – только введению гентамицина. Четвертая группа животных – контрольная. С использованием правила «золотого сечения» проводилось сравнение соотношения между площадью полости, площадью ядер и площадью нормальной цитоплазмы тканей почек крыс всех исследуемых групп. Исследование позволило установить, что к «золотому сечению» приближается большинство отношений между морфометрическими и функциональными показателями в контрольной группе и в группе крыс, подверженных сочетанному воздействию ЭМИ КВЧ и гентамицина, из чего следует, что «золотое сечение» типично не только для показателей нормы, но и для показателей, отражающих формирование равновесного состояния в условиях сформировавшегося необратимого патологического процесса [53, 94].

Целью следующего исследования, проведенного на кафедре медико-биологических дисциплин лечебного факультета Тульского государственного университета, было изучение соблюдения правила «золотого сечения» как критерия гармоничного состояния в биологических системах при помощи оценки тяжести морфологических изменений в тканях почек лабораторных мышей, подверженных воздействию магнитных полей различных режимов. Результаты проведенного исследования подтверждают предположение о том, что закон «золотого сечения» соблюдается не только в условиях нормы, но и при формировании тяжелых патологических процессов. Данное явление связано с тем, что биологическая субстанция максимально стремится к состоянию равновесия в условиях сформировавшегося необратимого патологического процесса и характеризуется минимальной свободной энергией и, как следствие, высоким уровнем энтропии, соответственно такая равновесная, но патологическая система будет подчиняться правилу «золотого сечения», либо стремиться к нему. Напротив, в условиях развивающегося патологического процесса, сопровождающегося высокой активностью реакций компенсации, формируется неравновесная система с высоким уровнем свободной энергии и относительно низкой энтропией по сравнению как со стабильной системой в условиях нормы, так и с системой, подверженной необратимым патологическим изменениям [34, 85].

В публикациях [33, 50, 89] приводятся данные исследований по сравнению биохимических и иммунологических показателей крови в норме и при патологии печени для контрольной группы и для пяти групп больных (больные с хроническим активным гепатитом вирусной этиологии, больные с хроническим персистирующим гепатитом вирусной этиологии, больные с циррозом печени вирусной этиологии, больные желчнокаменной болезнью и микросфероцитарной гемолитической анемией и больные с алкогольными поражениями печени в форме хронического персистирующего гепатита и жировой дистрофии).

Вначале у всех исследуемых пациентов сравнивались основные биохимические показатели, отражающие развитие гепатоцеллюлярной недостаточности: общий белок, альбумины, глобулины. Также рассматривались показатели, характеризующие уровень иммуноглобулинов в сыворотке крови. Анализ соотношения данных показателей позволил сделать вывод о том, что правило «золотого сечения» соблюдается только в контрольной группе, следовательно, правило «золотого сечения» в данном случае связано с идеальной нормой в организме, всякие же отклонения от этой нормы приводят к нарушению этого правила [33]. Далее была поставлена цель установить для каждой группы пациентов, находится ли система биохимических и иммунологических показателей в устойчивом равновесном состоянии. Для этого вычислялась относительная информационная энтропия для маркеров воспалительного синдрома, а также синдромов холестаза и цитолиза. Значения, полученные в контрольной группе, сравнивались с соответствующими значениями, вычисленными для пяти указанных выше групп пациентов с заболеваниями печени, при этом учитывалось соответствие значения относительной энтропии не только «золотому сечению», но и «обобщенным золотым сечениям». Анализ относительной энтропии, полученной для маркеров воспалительного синдрома, а также для синдромов холестаза и цитолиза позволил подтвердить полученный в предыдущих исследованиях вывод о стремлении биологической субстанции к состоянию равновесия не только в норме, но и в условиях сформировавшегося необратимого патологического процесса [89].

Анализ литогенных свойств желчи и исследование вурфов, характеризующих кристаллы и собственно структуру желчных камней, для тех же пяти групп пациентов (больные с хроническим активным гепатитом вирусной этиологии, больные с хроническим персистирующим гепатитом вирусной этиологии, больные с циррозом печени вирусной этиологии, больные желчно-каменной болезнью и микросфероцитарной гемолитической анемией и больные с алкогольными поражениями печени в форме хронического персистирующего гепатита и жировой дистрофии) показал, что правилом «золотого сечения» можно адекватно описать зависимости между литогенными свойствами желчи и тяжестью морфологических изменений в печени. Было установлено, что «золотая»

пропорция имеет место как при анализе состава желчи в норме, так и при анализе характеристик литогенных свойств желчи [50].

Исходя из проведенного обзора отечественной и зарубежной литературы можно заключить, что методы математической биологии и биоинформатики широко применяются в медицине, однако сведения о применении этих методов для исследования процессов СРО и системы РАСК в организме с гипоплазией ККМ, вызванной введением цитостатиков, отсутствуют. В настоящей работе предпринято подробное изучение процессов СРО и системы РАСК в условиях введения в организм фторурацила, в том числе при последующем изолированном и сочетанном в различных комбинациях воздействии модулирующих факторов – стволовых клеток, фитомеланина и ЭМИ КВЧ, путем сравнения силы биологических эффектов данных факторов, корреляционного и регрессионного анализа между базовыми лабораторными показателями, построения и решения дифференциальных уравнений, а также при помощи исследования распространения законов «золотого сечения» и «золотого вурфа» при анализе показателей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При выполнении исследования была составлена программа, сформулированы ее цели, задачи, определены объект, объем и методы исследования.

Экспериментальные исследования выполнены на беспородных крысах обоих полов в возрасте от 3 до 6 месяцев. Выбор указанных животных обусловлен тем, что на крысах хорошо моделируется изучаемая патология и они не требуют особых условий содержания [49].

Модедирование у животных экспериментальной гипоплазии ККМ проводилось путем внутривенного введения им фторурацила 0,1 мл.

Для решения поставленных задач и достижения цели работы все животные были разделены на следующие экспериментальные группы:

– Первая группа животных, контрольная, – это крысы, содержащиеся в стандартных условиях вивария [49, 62].

– Животным второй группы внутривенно вводили фторурацил 0, мл.

– Животным третьей группы внутривенно вводили фторурацил 0,1 мл, после чего вводили аллогенные мезенхимальные стволовые клетки, полученные из подкожного жира. Стволовые клетки для проведения экспериментов были предоставлены ГУП «НИИ Новых медицинских технологий», г. Москва.

– Четвертая группа животных одновременно с внутривенным введением цитостатика фторурацила 0,1 мл подвергалась воздействию электромагнитных полей миллиметрового диапазона частотой 37 ГГц, мощностью 0,3 мВт/см2. Продолжительность однократного облучения составила 30 минут, суммарное время воздействия составило 180 минут.

– Животным пятой группы внутривенно вводили фторурацил 0, мл, аллогенные мезенхимальные стволовые клетки, полученные из подкожного жира, кроме того, их подвергали воздействию электромагнитных полей миллиметрового диапазона частотой 37 ГГц, мощностью 0,3 мВт/см2. Продолжительность однократного облучения составила 30 минут, суммарное время воздействия составило 180 минут.

– Животным шестой группы внутривенно вводили фторурацил 0,1 мл, после чего подкожно вводили фитомеланин 1,0 мл.

– Седьмая группа животных подвергалась внутривенному введению фторурацила 0,1 мл, подкожному введению фитомеланина 1,0 мл, а также воздействию ЭМИ КВЧ частотой 37 ГГц, мощностью 0,3 мВт/см2.

Продолжительность однократного облучения составила 30 минут, суммарное время воздействия составило 180 минут.

– Восьмая группа животных подвергалась внутривенному введению фторурацила 0,1 мл, подкожному введению фитомеланина 1,0 мл и введению аллогенных мезенхимальных стволовых клеток, полученных из подкожного жира.

– Девятая группа животных подвергалась внутривенному введению фторурацила 0,1 мл, подкожному введению фитомеланина 1,0 мл, введению аллогенных мезенхимальных стволовых клеток, полученных из подкожного жира, и воздействию электромагнитных полей миллиметрового диапазона частотой 37 ГГц, мощностью 0,3 мВт/см2. Продолжительность однократного облучения составила 30 минут, суммарное время воздействия составило 180 минут.

На седьмые сутки по окончании каждой серии экспериментов у всех животных после их усыпления посредством эфира производилось взятие для проведения исследований гистологического материала:

красного костного мозга, селезенки и печени, а также крови. Гистологический материал фиксировали в 10 %-ном растворе формалина с последующим приготовлением и окраской гематоксилином и эозином по стандартной методике. Печень использована в морфологическом исследовании как орган, участвующий в эмбриональном гемопоэзе, и как орган, относящийся к ретикуло-эндотелиальной системе. Мофрологическая оценка гистологического материала выполнялась на микроскопе Nikon Eslip CE-400 при максимальном увеличении 6x600.

В крови животных по стандартным методикам исследовались показатели, отражающие состояние гуморальных факторов гемостаза и состояние свободно-радикальных процессов [26, 48, 91]. Состояние гуморальных факторов гемостаза оценивалось по следующим показателям: время свертывания крови, время рекальцификации, концентрация фибриногена и растворимого фибрина, продукты деградации фибрина, концентрация гепарина, активность антитромбина III, активность плазмина. Уровень свободно-радикальных процессов оценивался на основании активности оксидантов и антиоксидантной защиты. В качестве исследуемых показателей определяли уровень гидроперекисей липидов, концентрацию малонового диальдегида, антиокислительную активность плазмы, активность каталазы и супероксиддисмутазы.

2.3. Методы математической обработки результатов эксперимента Корреляционный и регрессионный анализ между базовыми лабораторными показателями СРО и системы РАСК. Решение дифференциальных уравнений. Для математической обработки и анализа информации в работе использовались методы математической статистики, такие, как корреляционный анализ, а также составлялись линии регрессии, которые позволяют предсказывать значения одного из показателей по ряду других показателей.

В работе был проведен корреляционный анализ, позволяющий установить сильную зависимость между показателями, отражающими активность коагулянтов и антикоагулянтов, и показателями ПОЛ. Вычислялся коэффициент корреляции, который служит мерой линейной взаимосвязи между двумя измеряемыми величинами. Он может принимать значения между +1 и -1. Если он равен нулю, то линейная связь между показателями x и y отсутствует. Если он равен +1 или -1, то связь строго линейная. В работе использовалась примерная шкала для коэффициента корреляции, позволяющая судить о тесноте связи между признаками. Если коэффициент корреляции принимал значения 0,5…0,6, то связь считалась средней; значение, меньше чем 0,5, указывало на слабую связь и лишь при значении коэффициента корреляции, превышающего 0,7, можно было судить о сильной связи. Вычислялся коэффициент корреляции Пирсона по формуле где xi – значения, принимаемые в первой выборке X; yi – значения, принимаемые во второй выборке Y; x – среднее значение по X; y – среднее значение по Y.

Регрессионный анализ, примененный в работе, позволил построить ряд регрессионных моделей с определенными значениями параметров модели (коэффициентов при независимых переменных) и использовать их для предсказания или прогнозирования значений зависимой переменной при новых значениях независимых переменных.

Построенные в работе регрессионные модели позволяют прогнозировать значения ряда показателей в зависимости от воздействия на организм исследуемых модулирующих факторов: ЭМИ КВЧ, стволовых клеток и фитомеланина. При этом для каждой из регрессионных моделей вычислялся коэффициент детерминации, который показывает, какая доля вариации одного признака зависит от варьирования другого признака. Осуществлялась проверка гипотезы об адекватности модели имеющимся наблюдениям.

Уровни значимости, или вероятность ошибки, допускаемой при оценке статистических гипотез, рассматриваемых в работе, принимались следующие:

5 %-ный уровень значимости (вероятность ошибочной оценки P=0,05), 1 %-ный (P=0,01)и 0,1 %-ный (P=0,001).

Обработка данных проводилась с использованием пакетов статистических программ Statistica 5.0 for Windows, Statistica 6.0 for Windows, а также пакета MS Excel.

Патогенетические особенности формирования экспериментальной гипоплазии ККМ, в том числе при воздействии на организм модулирующих факторов, отражены в работе с помощью систем линейных однородных дифференциальных уравнений. При решении этих систем использовался видоизменённый метод Эйлера.

Согласно этому методу, система вида может быть записана в виде одного матричного дифференциального уравнения:

Решение системы в работе находилось в следующем виде:

Осуществлялась подстановка значений x1, x2, …, xn в систему дифференциальных уравнений, вследствие чего была получена система линейных алгебраических уравнений относительно p1, p2, … pn:

Система имела ненулевое решение, поэтому для определения значения в работе использовалось уравнение n–й степени Последнее уравнение является характеристическим уравнением матрицы A и в то же время характеристическим уравнением системы.

Определялись корни 1, 2, …, n характеристического уравнения, которые являются характеристическими числами матрицы A. Каждому характеристическому числу соответствовал свой собственный вектор.

Пусть характеристическому числу k соответствует собственный вектор (p1k, p2k, … pnk), где k=1, 2, …, n.

Тогда система дифференциальных уравнений имеет n решений (фундаментальную систему решений):

1-е решение, соответствующее корню = 1:

2-е решение, соответствующее корню = 2:

Аналогично n-е решение, соответствующее корню = n:

На основании представленных результатов получалось общее решение системы дифференциальных уравнений:

Оценка базовых лабораторных показателей СРО и системы РАСК с точки зрения законов «золотого сечения» и «золотого вурфа». Для лабораторных показателей СРО и системы РАСК, полученных в результате экспериментов, проводилась оценка их сочетаний в различных соотношениях с точки зрения близости к классическому «золотому сечению», обобщенным «золотым сечениям» и «золотому вурфу», в том числе при помощи вычисления относительной энтропии.

Энтропия вычислялась по формуле где n – число частей, Pi – веса частей.

Близость полученных результатов к классическому «золотому сечению» (приложение 1) расценивалась как близость к норме. В свою очередь, близость результатов к обобщённым «золотым сечениям»

(приложение 2) ставили в зависимость с понятием устойчивости системы, а близость к «антиузлам» (приложение 3) – с понятием неустойчивости системы, с ее неравновесным состоянием.

Вычисление вурфа по полученным в ходе экспериментов показателям, который применяется для характеристики трёхчленных блоков, проводилось по формуле где A – наибольший трёхчлен, B – средний трёхчлен, C – наименьший трёхчлен.

В качестве показателей, отражающих зависимость между системами РАСК и СРО, брали растворимый фибрин (C), 2 – макроглобулин (A) и малоновый диальдегид (B). Значение W = Ф 2 = 1,309, где 1,618 – «золотое» число, принятое называть «золотым вурфом».

Близость к нему использовали как близость к показателю нормы для характеристики гармонических отношений в организме.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Изучение активности процессов СРО и системы РАСК в условиях экспериментальной гипоплазии ККМ На седьмые сутки после начала эксперимента у всех животных второй группы (животные, подверженные введению фторурацила) в тканях ККМ выявлены признаки гипоплазии, характеризующиеся уменьшением количества переходных форм (I-III классов) клеток всех ростков ККМ. Гистологическая картина характеризуется мономорфностью клеточного состава, отсутствием четкой метафазной активности низкодифференцированных клеток, практически отсутствуют переходные клетки миелоидного ростка (рис. 1). Для сравнения приводится микрофотография ткани красного костного мозга животных первой (контрольной) группы (рис. 2).

Рис. 1. Микроскопическая карти- Рис. 2. Микроскопическая картина красного костного мозга крыс на красного костного мозга крыс В других исследуемых тканях (печень, селезенка) также выявлены морфологические изменения, свидетельствующие о поражении их цитостатиками. В ткани селезенки наблюдается гипоплазия лимфоидных фолликулов и уменьшение их количества, резко снижено количество селезеночных макрофагов (рис. 3).

Рис. 3. Микроскопическая Рис. 4. Микроскопическая картина селезенки крыс второй картина печени крыс второй В ткани печени наблюдается уменьшение количества купферовских клеток, синусоиды и центральные вены расширены. В просвете синусоидов формируется слайдж-феномен, в просвете центральных вен – микротромбы. Отсутствует инфильтрация портальных полей макрофагами и лимфоцитами. Митотическая активность гепатоцитов во всех зонах классических печеночных долек низкая, двухъядерные гепатоциты отсутствуют (рис. 4).

Для сравнения приведены микрофотографии селезенки и печени животных первой (контрольной) группы (рис. 5-6).

Рис. 5. Микроскопическая Рис. 6. Микроскопическая картина селезенки крыс картина печени крыс контрольной Изучение активности свободно-радикальных процессов позволило установить, что у животных второй группы по сравнению с первой (контрольной) произошло значительное увеличение концентрации гидроперекисей липидов (с 1,17±0,05 до 3,03±0,17 OE/мл) и малонового диальдегида (с 0,81±0,03 до 2,03±0,15 мкмоль/л). Эти результаты свидетельствуют о том, что после введения цитостатика происходит активация оксидантных систем организма.

В то же время по сравнению с первой группой у животных второй группы снизились общая антиокислительная активность плазмы (с 25,48±0,40 до 17,15±0,81 %), активность каталазы (с 12,65±0,38 до 6,40±0,29 мкат/л), активность супероксиддисмутазы (с 2,04±0,17 до 1,57±0,19 OE/1 мг белка эритроц.) Данные результаты свидетельствуют о снижении активности антиоксидантных систем при введении в организм цитостатика. Приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней оксидантов и антиоксидантов (рис. 7).

Сравнение показателей, отражающих активность свертывающей и противосвертывающей систем крови животных первой и второй групп, позволило установить, что у крыс, подвергшихся введению фторурацила, по сравнению с контрольными крысами произошло снижение времени свертывания крови (с 120,75±2,17 до 62,25±6,66 с.) и времени рекальцификации плазмы (с 42,75±2,17 до 31,25±3,43 с.). Концентрация фибриногена снизилась с 10,50±0,40 до 7,60±0,45 мкмоль/л, а концентрация фибрина возросла с 0,25±0,04 до 0,53±0,06 мкмоль/л. Концентрация продуктов деградации фибрина (ПДФ) возросла с 43,80±0,46 до 87,05±2,51 нмоль/л. Концентрация гепарина снизилась с 0,54±0,04 до 0,24±0,03 E/л, а активность антитромбина III – с 91,95±0,93 до 76,25±2,62 %. Активность плазмина снизилась с 9,80±0,49 до 5,33±0,99 мм2. Концентрация 2-макроглобулина возросла с 3,93±0,22 до 5,48±0,40 мкмоль/л, а концентрация 1-антитрипсина – с 39,20±0,56 до 55,98±2,05 мкмоль/л. На рис. 8 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней коагулянтов и антикоагулянтов.

Рис. 7. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности оксидантов и антиоксидантов животных второй группы по сравнению с первой (контрольной):

- - - - - – показатели экспериментальной группы;

– показатели контрольной группы;

1 – уровень гидроперекисей липидов, OE/мл;

2 – уровень малонового диальдегида, мкмоль/л;

3 – уровень антиокислительной активности плазмы,%;

4 – уровень каталазы, мкат/л;

5 – уровень супероксиддисмутазы, OE/1 мг белка эритроц.

Рис. 8. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности коагулянтов и антикоагулянтов животных второй группы по сравнению с первой - - - - - - показатели экспериментальной группы;

- показатели контрольной группы;

2 – время рекальцификации плазмы, с.;

3 – концентрация фибриногена, мкмоль/л;

4 – концентрация фибрина, мкмоль/л;

5 – концентрация ПДФ, нмоль/л;

6 – концентрация гепарина, E/л;

7 – активность антитромбина III, %;

Таким образом, у животных второй группы относительно первой (контрольной) наблюдается тенденция к гиперкоагуляции. Снижение концентрации фибриногена и увеличение концентрации фибрина свидетельствует о повышении скорости третьей фазы коагуляционного гемостаза (переход фибриногена в фибрин). Увеличение концентрации продуктов деградации фибрина говорит об усилении активности системы фибринолиза, то есть о повышенном взаимодействии плазмина с фибриногеном и фибрином. Уменьшение концентрации гепарина, активности антитромбина III и плазмина свидетельствует о снижении активности гепарин-антитромбиновой и плазминоген-плазминовой систем. Под действием фторурацила, введенного внутривенно, у животных второй группы была смоделирована экспериментальная гипоплазия красного костного мозга, сопровождающаяся также морфологическими изменениями в тканях печени и селезенки, свидетельствующими о поражении этих органов цитостатиками, активацией процессов СРО, значительной тенденцией к гиперкоагуляции.

3.2. Модулирование процессов в системах СРО и РАСК сочетанным воздействием электромагнитного излучения, У животных третьей экспериментальной группы, которым после введения цитостатика вводились стволовые клетки, на фоне блокады иммунной системы в морфологических препаратах регистрировалась тенденция к усилению пролиферативной активности клеток. В красном костном мозге наблюдается увеличение плюрипотентных клеток и появление переходных клеток, но обращает на себя внимание наличие единичных миелобластов с гипертрофированными палочковидными ядрами, что указывает на нарушение процессов дифференцировки (рис. 9).

В ткани селезенки выявлено увеличение количества и размеров лимфоидных фолликулов, наблюдаются единичные селезеночные макрофаги, что может свидетельствовать о нарушении дифференцировки моноцитов (рис. 10).

Морфологическая картина ткани печени существенно не отличалась от таковой, полученной у животных второй экспериментальной группы, которым не вводились стволовые клетки. Инфильтрация портальных полей не выражена, в синусоидах появляются единичные купферовские клетки. Сохраняются морфологические признаки нарушения микроциркуляции: стаз и слайдж в синусоидах, сочетающиеся с тромбообразованием в центральных венах. К отличительным морфологическим особенностям следует отнести более выраженную митотическую активность в гепатоцитах перипортальной зоны и незначительное увеличение количества синусоидальных клеток (рис. 11).

Рис. 9. Микроскопическая карти- Рис. 10. Микроскопическая карна красного костного мозга тина селезенки крыс третьей Рис. 11. Микроскопическая картина печени крыс третьей группы Таким образом, введение стволовых клеток оказало модулирующий эффект на восстановление клеточного субстрата в ККМ и в селезенке, значительно в меньшей мере – в печени. Однако в морфологических препаратах ККМ и селезенки наблюдаются признаки нарушения дифференцировки клеток, в печени уровень пролиферации и дифференцировки клеток остается существенно низким, сохраняются нарушения микроциркуляции.

При исследовании уровня активности СРО в третьей группе экспериментальных животных были получены следующие результаты. Концентрация гидроперекисей липидов составила (2,26 ± 0,12) OE/мл, малонового диальдегида – (1,33±0,06) мкмоль/л, антиокислительная активность плазмы – (20,05±0,59) %, активность каталазы – (9,95±0,36) мкат/л, активность супероксиддисмутазы – (1,80±0,03) OE/1 мг белка эритроц. На рис. 12 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней оксидантов и антиоксидантов.

Рис. 12. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности оксидантов и антиоксидантов животных третьей группы по сравнению с первой (контрольной):

- - - - - - показатели экспериментальной группы;

- показатели контрольной группы;

1– уровень гидроперекисей липидов, OE/мл;

2 – уровень малонового диальдегида, мкмоль/л;

3– уровень антиокислительной активности плазмы, %;

4 – уровень каталазы, мкат/л;

5 – уровень супероксиддисмутазы, OE/ 1 мг белка эритроц.

При сравнении активности СРО животных третьей группы с животными первой и второй групп (см. рис. 12 и 7) видно, что концентрации гидроперекисей липидов и малонового диальдегида у животных третьей группы снизились по сравнению с таковыми во второй группе, но значительно превышают показатели первой (контрольной) группы. Антиокислительная активность плазмы, а также активности ключевых ферментов антиоксидантной защиты – каталазы и супероксиддисмутазы по сравнению с показателями животных второй группы повысились, однако остаются значительно ниже показателей первой (контрольной) группы.

Таким образом, стволовые клетки обладают модулирующим эффектом на усиление антиоксидантной защиты организма с экспериментальной гипоплазией ККМ, при их введении происходит торможение активности СРО. Данный эффект, вероятно, связан с частичным восстановлением клеточного субстрата (см. рис. 9-11). Однако полного восстановления уровня СРО при введении стволовых клеток не произошло.

Изучение уровня активности коагулянтов и антикоагулянтов у животных третьей группы дало следующие результаты. Среднее время свертывания крови составило (83,00±2,53) с, время рекальцификации плазмы – (35,25±1,23) с, концентрация фибриногена – (8,25±0,19) мкмоль/л, концентрация фибрина – (0,42±0,02) мкмоль/л, концентрация ПДФ – (79,48±2,55) нмоль/л, концентрация гепарина – (0,33±0,03) E/л, активность антитромбина III – (79,43±2,86) %, активность плазмина – (6,43±0,40) мм2, концентрация 2-макроглобулина – (4,95±0,13) мкмоль/л, концентрация 1-антитрипсина – (47,13±1,05) мкмоль/л.

При сравнении показателей свертывающей и противосвертывающей систем животных третьей группы с животными первой и второй групп (рис. 13 и 8) отмечаются следующие закономерности. Время свертывания крови и время рекальцификации плазмы у крыс третьей группы повысились относительно данных показателей у крыс второй группы, но остаются значительно ниже, чем показатели в первой (контрольной) группе, следовательно, введение стволовых клеток в организм, пораженный цитостатиками, приводит к некоторому снижению гиперкоагуляции Концентрация фибриногена выше, чем у животных второй группы, но ниже, чем у животных контрольной группы. Концентрация фибрина, напротив, снизилась относительно данного показателя во второй группе, но остается выше концентрации фибрина у животных первой группы. Таким образом, скорость третьей фазы коагуляционного гемостаза при введении стволовых клеток в организм, пораженный цитостатиками, несколько снижается. Концентрация ПДФ у животных третьей группы по сравнению с данным показателем во второй группе снизилась, но остается значительно выше контрольных значений, следовательно, активность фибринолиза при введении стволовых клеток в организм, пораженный цитостатиками, снижается, хотя и остается значительно выше нормы. Концентрация гепарина, а также активность антитромбина III и плазмина по сравнению с данными показателями у животных второй группы повысились, но остаются значительно ниже показателей первой группы, следовательно, введение стволовых клеток в организм, пораженный цитостатиками, оказывает стимулирующий эффект на увеличение активности гепаринантитромбиновой и плазминоген-плазминовой систем, хотя она попрежнему остается значительно ниже контрольных значений.

Таким образом, стволовые клетки обладают модулирующим эффектом на ослабление активности свертывающей и усиление активности противосвертывающей систем организма с экспериментальной гипоплазией ККМ, что приводит к снижению гиперкоагуляции. Данный эффект, вероятно, также связан с частичным восстановлением клеточного субстрата. Однако полного восстановления системы РАСК при введении стволовых клеток не произошло.

На рис. 13 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней коагулянтов и антикоагулянтов.

Изолированное введение стволовых клеток животным с экспериментальной гипоплазией ККМ оказало модулирующий эффект на усиление пролиферативной активности клеток ККМ и селезенки (значительно в меньшей мере – печени). В результате частичного восстановления клеточного субстрата усилилась активация антиоксидантной защиты организма и активация антикоагулянтных систем, что привело к снижению уровня процессов СРО и гиперкоагуляции. Однако в морфологических препаратах ККМ и селезенки наблюдаются признаки нарушения дифференцировки клеток, в печени уровень пролиферации и дифференцировки клеток остается существенно низким, сохраняются нарушения микроциркуляции, а показатели СРО и системы РАСК вследствие этого остаются далекими от контрольных значений.

У животных четвертой группы (с введенным цитостатиком, но подвергшихся воздействию ЭМИ КВЧ), в исследуемых тканях ККМ, селезенки и печени наблюдались аналогичные полученным во второй группе морфологические изменения, свидетельствующие о поражении органов цитостатиками; в тканях ККМ – уменьшение количества переходных форм клеток всех ростков, мономорфность клеточного состава, отсутствие четкой метафазной активности низкодифференцированных клеток (рис. 14); в тканях селезенки обнаружены гипоплазия лимфоидных фолликулов и уменьшение их количества, а также резкое снижение количества селезеночных макрофагов (рис. 15); в тканях печени наблюдаются уменьшение количества купферовских клеток, расширение синусоидов и центральных вен, сохраняются нарушения микроциркуляции, низкая митотическая активность гепатоцитов, отсутствие инфильтрации портальных полей макрофагами и лимфоцитами (рис.

16). Таким образом, воздействие ЭМИ КВЧ на организм с экспериментальной гипоплазией ККМ не оказало модулирующего эффекта на восстановление клеточного субстрата в исследуемых тканях.

Рис. 13. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности коагулянтов и антикоагулянтов животных третьей группы по сравнению с первой - - - - - - показатели экспериментальной группы;

- показатели контрольной группы;

1 – время свертывания крови, с.;

2 – время рекальцификации плазмы, с.;

3 – концентрация фибриногена, мкмоль/л;

4 – концентрация фибрина, мкмоль/л;

5 – концентрация ПДФ, нмоль/л;

6 – концентрация гепарина, E/л;

7 – активность антитромбина III, %;

8 – активность плазмина, мм Рис. 14. Микроскопическая кар- Рис. 15. Микроскопическая тина красного костного мозга картина селезенки Рис. 16. Микроскопическая картина печени крыс четвертой группы При исследовании уровня активности СРО в четвертой группе экспериментальных животных были получены следующие результаты. Концентрация гидроперекисей липидов составила (2,47±0,07) OE/мл, малонового диальдегида – (1,63±0,06) мкмоль/л, антиокислительная активность плазмы – (18,18±0,27) %, активность каталазы – (8,73±0,26) мкат/л, активность супероксиддисмутазы – (1,68±0,02) OE/1 мг белка эритроц.

На рис. 17 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней оксидантов и антиоксидантов.

При сравнении активности СРО животных четвертой группы с животными первой и второй групп (см. рис. 17 и 7) видно, что концентрации гидроперекисей липидов и малонового диальдегида у животных четвертой группы снизились по сравнению с таковыми во второй группе, но значительно превышают показатели первой (контрольной) группы. Антиокислительная активность плазмы, а также активности ключевых ферментов антиоксидантной защиты – каталазы и супероксиддисмутазы по сравнению с показателями животных второй группы повысились, однако остаются значительно ниже показателей первой (контрольной) группы.

Рис. 17. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности оксидантов и антиоксидантов животных четвертой группы по сравнению с первой (контрольной) - - - - - - показатели экспериментальной группы;

- показатели контрольной группы;

1– уровень гидроперекисей липидов, OE/мл;

2 – уровень малонового диальдегида, мкмоль/л;

3 – уровень антиокислительной активности плазмы, %;

4 – уровень каталазы, мкат/л;

5 – уровень супероксиддисмутазы, OE/ 1 мг белка эритроц.

Таким образом, ЭМИ КВЧ обладает модулирующим эффектом на усиление антиоксидантной защиты организма с экспериментальной гипоплазией ККМ; при воздействии данного облучения происходит торможение активности СРО. Данный эффект, вероятно, связан с модулирующим влиянием ЭМИ КВЧ на повышение активности каталазы и супероксиддисмутазы. Однако полного восстановления уровня СРО не произошло, так как в условиях необратимой утраты морфологического субстрата (см.

рис. 14-16) повышение активности каталазы и супероксиддисмутазы в поврежденных клеточных элементах является механизмом образования дополнительного источника свободных радикалов кислорода и, как следствие, неконтролируемого синтеза и распада перекиси водорода. При этом нельзя исключать из патогенеза высокую активность атомов железа с переменной валентностью, концентрация которого заметно повышается при распаде клеток красного костного мозга.

Изучение уровня активности коагулянтов и антикоагулянтов у животных четвертой группы дало следующие результаты. Среднее время свертывания крови составило (80,50±3,62) с, время рекальцификации плазмы – (35,50±1,70) с, концентрация фибриногена – (8,25±0,13) мкмоль/л, концентрация фибрина – (0,42±0,01) мкмоль/л, концентрация ПДФ – (79,83±3,51) нмоль/л, концентрация гепарина – (0,31±0,03) E/л, активность антитромбина III – (78,80±1,08) %, активность плазмина – (6,43±0,32) мм2, концентрация 2-макроглобулина – (5,03±0,24) мкмоль/л, концентрация 1-антитрипсина –(47,95±1,81) мкмоль/л. На рис. 18 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней коагулянтов и антикоагулянтов.

При сравнении показателей свертывающей и противосвертывающей систем животных четвертой группы с животными первой и второй групп (рис. 18 и 8) отмечаются следующие закономерности. Время свертывания крови и время рекальцификации плазмы у крыс четвертой группы повысились относительно данных показателей у крыс второй группы, но остаются значительно ниже, чем показатели в первой (контрольной) группе, следовательно, при воздействии ЭМИ КВЧ на организм, пораженный цитостатиками, происходит некоторое снижение гиперкоагуляции. Концентрация фибриногена выше, чем у животных второй группы, но ниже, чем у животных контрольной группы.

Концентрация фибрина, напротив, снизилась относительно данного показателя во второй группе, но остается выше концентрации фибрина у животных первой группы. Таким образом, скорость третьей фазы коагуляционного гемостаза при воздействии ЭМИ КВЧ на организм, пораженный цитостатиками, несколько снижается. Концентрация ПДФ у животных четвертой группы по сравнению с данным показателем во второй группе снизилась, но остается значительно выше контрольных значений, следовательно, активность фибринолиза при воздействии ЭМИ КВЧ на организм, пораженный цитостатиками, снижается, хотя и остается значительно выше нормы. Концентрация гепарина, а также активность антитромбина III и плазмина по сравнению с данными показателями у животных второй группы повысились, но остаются значительно ниже показателей первой группы, следовательно, воздействие ЭМИ КВЧ на организм, пораженный цитостатиками, оказывает стимулирующий эффект на увеличение активности гепаринантитромбиновой и плазминоген-плазминовой систем, хотя она попрежнему остается значительно ниже контрольных значений.

Рис. 18. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности коагулянтов и антикоагулянтов животных четвертой группы по сравнению с первой - показатели контрольной группы;

3 – концентрация фибриногена, мкмоль/л;

Таким образом, воздействие ЭМИ КВЧ обладает модулирующим эффектом на ослабление активности свертывающей и усиление активности противосвертывающей систем организма с экспериментальной гипоплазией ККМ, что приводит к снижению гиперкоагуляции. Данный эффект, вероятно, связан с активацией по действием ЭМИ КВЧ гепарин-антитромбиновой и плазминоген-плазминовой систем организма. Однако полного восстановления системы РАСК не произошло, что связано с практически полным отсутствием модулирующего эффекта ЭМИ КВЧ на восстановление клеточного субстрата в организме с экспериментальной гипоплазией ККМ.

Изолированное воздействие ЭМИ КВЧ на организм животных с экспериментальной гипоплазией ККМ не оказало модулирующего эффекта на усиление пролиферативной активности клеток ККМ, селезенки и печени. Морфологическая картина тканей данных органов практически не отличается от таковой, полученной у животных второй группы. Активация под действием ЭМИ КВЧ ключевых ферментов антиоксидантной защиты организма и антикоагулянтов привела к снижению уровня процессов СРО и снижению гиперкоагуляции. Однако показатели СРО и системы РАСК остаются далекими от контрольных значений вследствие отсутствия модулирующего влияния ЭМИ КВЧ на восстановление морфологического субстрата ККМ, селезенки и печени в организме с экспериментальной гипоплазией ККМ.

У животных шестой группы – которым после введения цитостатика вводили фитомеланин – морфологическая картина красного костного мозга характеризуется увеличением плюрипотентных клеток и усилением пролиферации колониеобразующих единиц по сравнению с таковой, полученной у животных второй группы, но обращают на себя внимание признаки нарушения дифференцировки клеток (рис. 19). В ткани селезенки признаки гипоплазии существенно сохранены, но относительно животных второй группы обращает на себя внимание некоторое увеличение количества и размеров лимфоидных фолликулов (рис. 20). Морфологическая картина ткани печени в отличие от таковой, полученной у животных второй группы, отличается большей сохранностью гепатоцитов, однако признаки нарушения микроциркуляции те же, что и у крыс второй группы, не подверженных введению фитомеланина (рис. 21).

Таким образом, введение фитомеланина животным с экспериментальной гипоплазией ККМ является модулирующим фактором на восстановление клеточного субстрата ККМ, селезенки и печени. Однако данное восстановление является частичным, морфологическая картина по-прежнему далека от той, что была получена в первой (контрольной) группе.

Рис. 19. Микроскопическая Рис. 20. Микроскопическая картина красного костного мозга картина селезенки крыс шестой Рис. 21. Микроскопическая картина печени крыс шестой группы При исследовании уровня активности СРО в четвертой группе экспериментальных животных были получены следующие результаты. Концентрация гидроперекисей липидов составила (2,24±0,17) OE/мл, малонового диальдегида – (1,61±0,04) мкмоль/л, антиокислительная активность плазмы – (19,10±0,18) %, активность каталазы – (8,90±0,25) мкат/л, активность супероксиддисмутазы – (1,69±0,03) OE/ 1 мг белка эритроц.

На рис. 22 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней оксидантов и антиоксидантов.

Рис. 22. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности оксидантов и антиоксидантов животных шестой группы по сравнению с первой (контрольной):

- - - - - - показатели экспериментальной группы;

_ – показатели контрольной группы;

1 – уровень гидроперекисей липидов, OE/мл;

2 – уровень малонового диальдегида, мкмоль/л;

3 – уровень антиокислительной активности плазмы, %;

4 – уровень каталазы, мкат/л;

5 – уровень супероксиддисмутазы, OE/ 1 мг белка эритроц.

При сравнении активности СРО животных шестой группы с животными первой и второй групп (рис. 22 и 7) видно, что концентрации гидроперекисей липидов и малонового диальдегида у животных третьей группы снизились по сравнению с таковыми во второй группе, но значительно превышают показатели первой (контрольной) группы.

Антиокислительная активность плазмы, а также активности ключевых ферментов антиоксидантной защиты – каталазы и супероксиддисмутазы по сравнению с показателями животных второй группы повысились, однако остаются значительно ниже показателей первой (контрольной) группы.

Как и следовало ожидать из обзора литературы, фитомеланин оказал модулирующий эффект на усиление антиоксидантной защиты организма с экспериментальной гипоплазией ККМ, при его введении произошло торможение активности СРО. Таким образом, частичное восстановление морфологического субстрата (рис. 19-21) связано с антиоксидантными свойствами фитомеланина, предотвращающего свободно-радикальные процессы в клетках и стабилизирующего тем самым клеточные мембраны.

Изучение уровня активности коагулянтов и антикоагулянтов у животных шестой группы дало следующие результаты. Среднее время свертывания крови составило (80,00±7,46) с, время рекальцификации плазмы – (35,00±1,79) с, концентрация фибриногена – (8,25±0,23) мкмоль/л, концентрация фибрина – (0,43±0,03) мкмоль/л, концентрация ПДФ – (82,08±1,92) нмоль/л, концентрация гепарина – (0,30±0,03) E/л, активность антитромбина III – (78,48±1,56) %, активность плазмина – (6,45±0,17) мм2, концентрация 2-макроглобулина – (5,05±0,20) мкмоль/л, концентрация 1-антитрипсина – (48,50±1,68) мкмоль/л. На рис. 23 приведена копия лепестковой диаграммы, отражающей указанные выше изменения уровней коагулянтов и антикоагулянтов.

При сравнении показателей свертывающей и противосвертывающей систем животных шестой группы с животными первой и второй групп (рис. 23 и 8) отмечаются следующие закономерности. Время свертывания крови и время рекальцификации плазмы у крыс шестой группы повысились относительно данных показателей у крыс второй группы, но остаются значительно ниже, чем показатели в первой (контрольной) группе, следовательно, при введении фитомеланина в организм, пораженный цитостатиками, происходит некоторое снижение гиперкоагуляции. Концентрация фибриногена выше, чем у животных второй группы, но ниже, чем у животных контрольной группы. Концентрация фибрина, напротив, снизилась относительно данного показателя во второй группе, но остается выше концентрации фибрина у животных первой группы. Таким образом, скорость третьей фазы коагуляционного гемостаза при введении фитомеланина в организм, пораженный цитостатиками, несколько снижается. Концентрация ПДФ у животных шестой группы по сравнению с данным показателем во второй группе снизилась, но остается значительно выше контрольных значений, следовательно, активность фибринолиза при введении фитомеланина в организм, пораженный цитостатиками, снижается, хотя и остается значительно выше нормы. Концентрация гепарина, а также активность антитромбина III и плазмина по сравнению с данными показателями у животных второй группы повысились, но остаются значительно ниже показателей первой группы, следовательно, введение фитомеланина в организм, пораженный цитостатиками, оказывает стимулирующий эффект на увеличение активности гепаринантитромбиновой и плазминоген-плазминовой систем, хотя она попрежнему остается значительно ниже контрольных значений.

Рис. 23. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности коагулянтов и антикоагулянтов животных шестой группы по сравнению с первой - - - - - - показатели экспериментальной группы;

- показатели контрольной группы;

3 – концентрация фибриногена, мкмоль/л;

Таким образом, введение фитомеланина обладает модулирующим эффектом на ослабление активности свертывающей и усиление активности противосвертывающей систем организма с экспериментальной гипоплазией ККМ, что приводит к снижению гиперкоагуляции. Данный эффект, вероятно, связан с активацией под действием фитомеланина антиоксидантных систем, что привело к снижению уровня СРО и к стабилизации клеточных мембран, вследствие чего произошло частичное восстановление клеточного субстрата ККМ, селезенки и печени (рис. 19-21) и частичное восстановление системы РАСК.

При введении фитомеланина, известного в медицине своими антиоксидантными свойствами, в организм с экспериментальной гипоплазией ККМ главной точкой его приложения являются свободнорадикальные процессы. Фитомеланин оказал модулирующий эффект на усиление активности антиоксидантных систем организма, на торможение уровня СРО, что привело к стабилизации клеточных мембран и частичному восстановлению морфологического субстрата ККМ, селезенки и печени и, как следствие, к частичному восстановлению системы РАСК. Однако как морфологическая картина исследуемых органов, так и показатели анализов крови далеки от значений, полученных в контрольной группе. Причиной этого может быть то, что точкой приложения фитомеланина являются только свободно-радикальные процессы.

Исходя из результатов анализов (рис. 22) видно, что полного восстановления уровня СРО не произошло. Вероятно, это связано с тем, что подобно действию других антиоксидантов фитомеланин в большой дозировке может сам начать обладать прооксидантным действием, поэтому уровень процессов СРО и, как следствие, морфологическая картина ККМ, печени и селезенки, а также свертываемость крови восстановились лишь до определенного уровня. Кроме того, даже при восстановлении уровня СРО до нормальных значений в патогенезе повреждения мембран клеток при экспериментальной гипоплазии ККМ могут быть и другие ведущие звенья (не связанные с интенсификацией перекисного окисления липидов) – активация лизосомальных, мембранно-связанных и солюбилизированных гидролаз, нарушение конформации молекул белка, липопротеидов и фосфолипидов и т.д.

Таким образом, даже полное восстановление уровня СРО может не привести к восстановлению клеточного субстрата и, как следствие, системы РАСК до контрольных показателей.

Сравнивая морфологическую картину ККМ, селезенки и печени, а также показатели процессов СРО и системы РАСК крыс третьей, четвертой и шестой групп с показателями первой и второй групп, можно прийти к выводу, что стволовые клетки, ЭМИ КВЧ и фитомеланин являются факторами, оказывающими модулирующий эффект на восстановление организма с экспериментальной гипоплазией ККМ. Реализация модулирующего эффекта этих факторов проходила через разные механизмы. Сравним изолированное действие факторов ЭМИ КВЧ, стволовых клеток и фитомеланина на организм с экспериментальной гипоплазией ККМ между собой.

При изолированном введении фитомеланина в организм, пораженный цитостатиками, главной точкой приложения является активация антиоксидантных систем, при воздействии ЭМИ КВЧ – активация антиоксидантных и антикоагулянтных систем. Однако в случае введения фитомеланина произошла частичная стабилизация клеточных мембран, вследствие чего восстановился и морфологический субстрат ККМ, селезенки и печени и уже, как следствие, частичное восстановление уровня агрегатного состояния крови. В случае воздействия ЭМИ КВЧ восстановления морфологического субстрата тканей исследуемых органов практически не произошло. Вероятно, это связано с тем, что ЭМИ КВЧ может обладать не только модулирующим восстановление, но и дополнительным повреждающим эффектом на исследуемые органы. Введение стволовых клеток оказало наибольший модулирующий эффект на восстановление морфологического субстрата ККМ, селезенки и печени среди трех сравниваемых факторов. Кроме того, именно стабилизация морфологической картины исследуемых органов является главной точкой приложения стволовых клеток, именно восстановление клеточного субстрата привело к активации антиоксидантных систем и к снижению гиперкоагуляции. Сравнивая уровни процессов СРО (рис. 12, 17 и 22) и показатели системы РАСК (рис. 13, 18 и 23), можно прийти к выводу, что все эти показатели имеют приблизительно одинаковые значения у всех трех групп: третьей, четвертой и шестой.

Равную силу модулирующего эффекта всех трех факторов на усиление антиоксидантной защиты и уменьшение свертываемости крови можно объяснить следующими причинами. Стволовые клетки оказали среди трех изучаемых изолированных факторов наибольший эффект на восстановление разрушенных цитостатиками клеток, именно вследствие этого началось восстановление уровня процессов СРО и системы РАСК, однако восстановления клеток в полном объеме не произошло и сами по себе введенные стволовые клетки в отличие от фитомеланина и ЭМИ КВЧ не активировали биохимический обмен антиоксидантов и антикоагулянтов. ЭМИ КВЧ оказало достаточно сильный модулирующй эффект на биохимический обмен антиоксидантов и антикоагулянтов, однако совершенно не оказало модулирующего эффекта на восстановление клеток в отличие от групп животных, где вводились фитомеланин или стволовые клетки. Введение фитомеланина оказало модулирующий эффект на биохимический обмен антиоксидантов и привело к частичному восстановлению клеточного субстрата, но уровень его восстановления меньше, чем при введении стволовых клеток, поэтому изолированное действие всех трех исследуемых факторов обладает приблизительно одинаковым эффектом на восстановление уровня процессов СРО и системы РАСК в организме с экспериментальной гипоплазией ККМ.

Для более полного сопоставления силы модулирующих эффектов ЭМИ КВЧ, стволовых клеток и фитомеланина разделим все группы животных с экспериментальной гипоплазией ККМ (2-я, 3-я, 4-я, 5-я, 6я, 7-я, 8-я, 9-я) таким образом, что часть животных, подвергавшаяся воздействию какого-либо фактора, будет сравниваться с другой – не подвергавшейся воздействию этого же фактора.

Из всех исследуемых групп с экспериментальной гипоплазией ККМ введение стволовых клеток осуществлялось животным 3-й, 5-й, 8-й и 9-й групп (S). Стволовые клетки не вводились животным 2-й, 4й, 6-й и 7-й групп (-S). В табл. 1 и на рис. 24 приведены средние значения уровней оксидантов и антиоксидантов, а в табл. 2 и на рис. представлены средние значения уровней коагулянтов и антикоагулянтов животных, которым осуществлялось введение стволовых клеток и животных, которым стволовые клетки не вводились.

Из всех исследуемых групп с экспериментальной гипоплазией ККМ введение фитомеланина осуществлялось животным 6-й, 7-й, 8-й и 9-й групп (P). Фитомеланин не вводился животным 2-й, 3-й, 4-й и 5-й групп (-P). В табл. 3 и на рис. 26 приведены средние значения уровней оксидантов и антиоксидантов.

Средние значения оксидантов и антиоксидантов всех исследуемых животных с экспериментальной гипоплазией ККМ, которым вводились (S) и которым не вводились (-S) стволовые Гидроперикиси липидов, ОЕ/мл 1,71±0,17 2,48±0, Малоновый диальдегид, мкмоль/л 1,15±0,08 1,72±0, Антиокислительная активность плазмы, % 22,67±0,83 18,42±0, Активность каталазы, мкат/л 13,23±0,99 8,14±0, Супероксиддисмутаза, ОЕ/ 1 мг белка эритроц. 2,17±0,19 1,66±0, Средние значения коагулянтов и антикоагулянтов всех исследуемых животных экспериментальной гипоплазией ККМ, которым вводились (S) и которым не вводились (-S) стволовые Время рекальцификации плазмы, с 38,69±1,27 34,38±1, Концентрация фибриногена, мкмоль/л 9,20±0,30 8,09±0, Концентрация растворимого фибрина, мкмоль/л 0,34±0,02 0,45±0, Концентрация 2-макроглобулина, мкмоль/л 4,41±0,18 5,18±0, Концентрация 1-антитрипсина, мкмоль/л 43,33±1,25 49,76±2, Средние значения оксидантов и антиоксидантов всех исследуемых животных с экспериментальной гипоплазией ККМ, которым вводился (P) и которым не вводился (-P) фитомеланин Малоновый диальдегид, мкмоль/л 1,36±0,14 1,51±0, Антиокислительная активность плазмы, % 21,34±1,13 19,74±1, Супероксиддисмутаза, ОЕ/ 1 мг белка 2,06±0,23 1,77±0, эритроц.

Рис. 24. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности оксидантов и антиоксидантов животных, подвергшихся введению стволовых клеток, по сравнению с животными, не подвергавшимися их введению:

- - - - - показатели для групп, подвергшихся введению стволовых клеток;

_ - показатели для групп, не подвергшихся введению 1 – уровень гидроперекисей липидов, OE/мл;

2 – уровень малонового диальдегида, мкмоль/л;

3 – уровень антиокислительной активности плазмы, %;

4 – уровень каталазы, мкат/л;

5 – уровень супероксиддисмутазы, OE/ 1 мг белка эритроц.

Рис. 25. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности коагулянтов и антикоагулянтов животных, подвергшихся введению стволовых клеток, по сравнению с животными, не подвергавшимися их введению:

- - - - - - показатели для групп, подвергшихся введению стволовых клеток;

-показатели для групп, не подвергшихся введению стволовых клеток;

3 – концентрация фибриногена, мкмоль/л;

Рис. 26. Копия лепестковой диаграммы, отражающей уровень изменений средних значений активности оксидантов и антиоксидантов животных, подвергшихся введению фитомеланина, по сравнению с животными, не подвергавшимися его введению:

- - - - - - показатели для групп, подвергшихся введению фитомеланина;

- показатели для групп, не подвергшихся введению фитомеланина;

1 – уровень гидроперекисей липидов, OE/мл;

2 – уровень малонового диальдегида, мкмоль/л;

3 – уровень антиокислительной активности плазмы,%;

4 – уровень каталазы, мкат/л;

5 – уровень супероксиддисмутазы, OE/ 1 мг белка эритроц.