Евгений Савин Татьяна Субботина Алексей Яшин

Экспериментальная гипоплазия красного костного мозга

                           Евгений Савин Татьяна Субботина Алексей Яшин






Экспериментальная гипоплазия красного костного мозга биоинформационный анализ и перенос физиологической информации


















LAP LAMBERT Academic Publishing

Impressum / Выходные данные
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uber http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Alle in diesem Buch genannten Marken und Produktnamen unterliegen warenzeichen-, marken- oder patentrechtlichem Schutz bzw. sind Warenzeichen oder eingetragene Warenzeichen der jeweiligen Inhaber. Die Wiedergabe von Marken, Produktnamen, Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen u.s.w. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften.

Библиографическая информация, изданная Немецкой Национальной Библиотекой. Немецкая Национальная Библиотека включает данную публикацию в Немецкий Книжный Каталог; с подробными библиографическими данными можно ознакомиться в Интернете по адресу http://dnb.d-nb.de.
Любые названия марок и брендов, упомянутые в этой книге, принадлежат торговой марке, бренду или запатентованы и являются брендами соответствующих правообладателей. Использование названий брендов, названий товаров, торговых марок, описаний товаров, общих имён, и т.д. даже без точного упоминания в этой работе не является основанием того, что данные названия можно считать незарегистрированными под каким-либо брендом и не защищены законом о брендах и их можно использовать всем без ограничений.

Coverbild / Изображение на обложке предоставлено: www.ingimage.com

Verlag / Издатель:
LAP LAMBERT Academic Publishing
ist ein Imprint der/ является торговой маркой
AV Akademikerverlag GmbH & Co. KG
Heinrich-Bocking-Str. 6-8, 66121 Saarbrucken, Deutschland / Германия
Email / электронная почта: info@lap-publishing.com

Herstellung: siehe letzte Seite/
Haпечатано: см. последнюю страницу
ISBN: 978-3-659-36750-2


Copyright/АВТОРСКОЕ ПРАВО © 2013 AV Akademikerverlag GmbH & Co. KG
Alle Rechte vorbehalten. / Все права защищены. Saarbrucken 201 3

Оглавление

    Введение................................................. 7
    Глава 1. Применение методов математической биологии и биоинформатики в медицине............................... 14
    1.1 Математическое моделирование в медико-биологических исследованиях............................................ 14
    1.2 Применение принципа «золотого сечения» в медикобиологических исследованиях.............................. 24
    Глава 2. Материалы и методы исследования................ 34
    2.1 Объект исследования................................. 34
    2.2 Методы исследования................................. 34
    2.3 Методы математической обработки результатов эксперимента................................................... 37
    Глава 3. Результаты собственных исследований............ 42
    3.1 Изучение активности процессов СРО и системы РАСК в условиях экспериментальной гипоплазии ККМ................. 42
    3.2 Воздействие на процессы свободно-радикального окисления и регуляции агрегатного состояния крови стволовых клеток
    и  фитомеланина без модуляции ЭМИ КВЧ................... 48
    3.3 Воздействие на процессы свободно-радикального окисления и регуляции агрегатного состояния крови стволовых клеток и фитомеланина без модуляции ЭМИ КВЧ................ 66
    Глава 4. Интерпретация результатов исследования при помощи математического аппарата........................... 92
    4.1. Формирование зависимостей между уровнями оксидантов и антиоксидантов при применении стволовых клеток и фитомеланина с модуляцией и без модуляции ЭМИ КВЧ........... 92
    4.2. Формирование зависимостей между уровнями коагулянтов и антикоагулянтов при применении стволовых клеток и фито-

5

    меланина с модуляцией и без модуляции ЭМИ КВЧ....... 101
    4.3. Формирование зависимостей между показателями уровня СРО и системы РАСК при применении стволовых клеток и фитомеланина с модуляцией и без модуляции ЭМИ КВЧ..... 126
    4.4. Математическое моделирование процессов СРО и РАСК в экспериментальных группах. Построение систем дифференциальных уравнений.................................... 138
    4.5. Распространение законов «золотого сечения» и «золотого вурфа» на патогенетические взаимосвязи между показателями
    СРО и системы РАСК, полученными в экспериментах..... 141
    Выводы к главам 1-4................................. 147
    Список сокращений к главам 1-4...................... 151
    Список используемой литературы к главам 1-4......... 152
    Глава 5. Возможности переноса физиологической информации между биологическими объектами.................. 172
    Выводы к главе 5.................................... 214
    Список литературы к главе 5......................... 215
    Приложение 1. Классическое «золотое сечение»........ 251
    Приложение 2. Характеристики обобщенных «золотых сечений».............................................. 253
    Приложение 3. Характеристики «аттракторов отталкивания»................................................ 255

6

Введение

        Актуальность исследования:
        Математическое моделирование 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; что же касается подробного изучения биофизических параметров патологических процессов, 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].
        Одной из биомедицинских проблем является математическое моделирование необратимого патологического процесса и возможность формирования равновесных состояний вследствие модулирующего воздействия физических факторов. К наиболее тяжелым необратимым патологическим процессам относятся состояния, сопровождающиеся гипо- и аплазией ККМ, в том числе сформировавшиеся вследствие приема препаратов из группы цитостатиков, одним из которых является фторурацил. В настоящее время 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 пораже

7

    ние иммунной системы, что часто приводит к развитию вторичных иммунодефицитов [57]. Неблагоприятно влияет данная группа препаратов и на процессы свободно-радикального окисления (СРО), при их приеме 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 (РАСК) 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 гепарин-антитромбиновой 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, описы

8

    вающих 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) [12, 13, 23-25, 52, 70, 88, 98, 122, 123, 131-141, 143, 146-154, 158, 166, 167, 168, 170-173]. Например, проведенные исследования по влиянию ЭМИ КВЧ на систему регуляции агрегатного состояния крови и процессы свободно-радикального окисления 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; при воздействии ЭМИ КВЧ на пациентов со стенокардией, напротив, происходит усиление активности антикоагулянтов, что приводит к снижению уровня свертываемости крови; в работах Чуян Е.Н. и соавторов (2006-2008 гг.) указывается на увеличение активности антиоксидантной системы организма при воздействии на него ЭМИ КВЧ [18, 21, 90, 106-108, 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 исследованными характер и сила воздействия ЭМИ КВЧ на изменение показателей свободно-радикального окисления и системы регуляции агрегатного состояния крови в организме, подверженном введению цитостатиков.
        Сочетанное воздействие двух модулирующих факторов - стволовых клеток и ЭМИ КВЧ - в настоящее время является малоизучен

9

    ным. 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 возможности построения математических моделей, характеризующих использование модулирующего воздействия ЭМИ КВЧ как фактора, стимулирующего пролиферацию стволовых клеток, в сочетании с проведением антиоксидантной терапии препаратом фитомеланином, как фактором, воздействующим на главное звено патогенеза изучаемого процесса, то есть активность свободно-радикальных процессов. В качестве математического аппарата целесообразно также применение законов «золотого сечения» и «золотого вурфа», позволяющих охарактеризовать как стабильность изучаемых систем, так и развитие дисбаланса на различных этапах формирования патологического процесса.
        Объект исследования: Патологический процесс на примере экспериментальной гипоплазии ККМ.
        Предмет исследования: изучение изолированного, а также сочетанного, в разных комбинациях, воздействия стволовых клеток, ЭМИ КВЧ и фитомеланина на организм с экспериментальной гипоплазией ККМ.
        Цель исследования: анализ динамики развития патологического процесса при воздействии модулирующих факторов.

10

        Задачи исследования:
        1)     Изучение особенностей взаимодействия процессов свободнорадикального окисления и системы регуляции агрегатного состояния крови как ведущих звеньев патогенеза в условиях экспериментальной гипоплазии красного костного мозга.
        2)     Изучение модулирующих эффектов стволовых клеток, ЭМИ КВЧ и фитомеланина на необратимые процессы свободнорадикального окисления и активность системы регуляции агрегатного состояния крови в условиях экспериментальной гипоплазии ККМ.
        3)     Построение математических моделей, отражающих патогенез модулированных эффектов в процессах свободно-радикального окисления и системе агрегатного состояния крови при применении ЭМИ КВЧ, стволовых клеток и фитомеланина в условиях экспериментальной гипоплазии ККМ.
        4)     Проведение сравнительного математического анализа модулирующих эффектов стволовых клеток, ЭМИ КВЧ и фитомеланина как условий формирования равновесных и неравновесных состояний в патологической системе.
        5)     Изучение распространения законов «золотого сечения» и «золотого вурфа» на базовые показатели свободно-радикального окисления и системы регуляции агрегатного состояния крови в норме, при экспериментальной гипоплазии ККМ, а также при изолированном и сочетанном воздействии модулирующих факторов.
        Основные положения:
        1)     Построена экспериментальная модель гипоплазии красного костного мозга, характеризующаяся формированием устойчивых патогенетических взаимосвязей между активностью свободнорадикальных процессов и нарушением регуляции агрегатного состояния крови.

11

        2)     Сочетанное воздействие ЭМИ КВЧ, стволовых клеток и фитомеланина ведет к формированию неравновесных состояний в цепях патогенеза, препятствующих развитию патологического процесса, о чем свидетельствует появление жестких корреляционных последовательностей между показателями, отражающими формирование сбалансированной системы, стремящейся к показателям нормы.
        3)     При изолированном применении ЭМИ КВЧ, стволовых клеток и фитомеланина выявлены корреляционные зависимости, указывающие на установление устойчивой равновесной системы, что свидетельствует о менее выраженном модулирующем воздействии данных факторов по сравнению с их сочетанным и комбинированным применением.
        4)     Процессы восстановления структуры и функции сопровождаются временным неравновесным состоянием системы, обусловленным формированием компенсаторных механизмов, направленных на восстановление гомеостатических показателей.
        5)     При применении стволовых клеток в сочетании с другими модулирующими факторами соотношения между лабораторными показателями максимально приближаются к «золотому вурфу» и, как следствие, к показателям контрольной группы.
        Научная новизна:
        В работе впервые проведен сравнительный анализ формирования гармоничных состояний при необратимом патологическом процессе в системе кроветворения при сочетании различных факторов, обладающих модулирующим эффектом.
        Научно-практическая значимость работы:
        В ходе экспериментальных исследований получены результаты, позволяющие использовать модулирующее воздействие физических факторов на динамику развития патологического процесса. Даны рекомендации по использованию данных факторов для коррекции уров

12