Болезнь как патология информационного процесса

Болезнь как патология информационного процесса





Если проанализировать историю развития биологической и медицинской наук, то можно сказать, что по крайней мере трижды наступали моменты, когда эти науки переходили на принципиально новый уровень познания, что давало возможность формированию совершенно иной методологии анализа явлений живого мира.

Первый такой скачок связан с созданием клеточной теории. Микроскоп был изобретен значительно раньше, и его изобретатель дельфтский привратник Антоний ван Левенгук видел под микроскопом в срезах растений сеть ячеек, о чем уведомил Ван ден Грааф в своем письме в Лондонское королевское научное общество еще в 1673 г. Однако эти наблюдения Левенгука никакого переворота в науке не произвели, поскольку мысль исследователей еще не могла достичь обобщений, выразившихся почти два века спустя в клеточной теории. С ее созданием сформировался совершенно иной уровень мышления в плане анализа патологических процессов что нашло свое выражение в «целлюлярной патологии» Рудольфа Вирхова.

Второй, ключевой момент в биологической науке, относится к началу 50-х годов двадцатого столетия, когда Уотсон и Крик описали двойную спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты. Бурное развитие биохимии, биотехнологии, генной инженерии, наше новое понимание механизмов синтеза живого, а, соответственно, и динамики физиологических и патологических процессов - все это восходит к тому дню, когда была открыта двойная спираль ДНК.

Третий скачок происходит на наших глазах. Он подготовлен классическими трудами Уолтера Эшби по системологии, а окончательное завершение получает сейчас, в связи с внедрением во все сферы нашей жизни новой науки - информатики.

При этом следует заметить, что в настоящее время в области биологических и медицинских наук компьютерная техника используется на ничтожные доли процента от тех возможностей, которые она может дать. В самом деле, компьютеры в медицине применяются для статистической обработки полученного материала, для создания банка данных, наконец - для управления медицинскими диагностическими и лечебными приборами Однако это лишь незначительные прикладные возможности информатики. На самом деле надо использовать современную вычислительную технику в качестве мощнейшего инструмента анализа физиологических и патологических процессов, для чего в первую очередь надо создать принципиально новую методологию научных исследований.

В самом общем плане суть излагаемой далее концепции сводится к тому, что любую болезнь, любой патологический процесс можно рассматривать как нарушение процесса информации.

Для того, чтобы определить исходный пункт этой концепции, надо прежде всего сказать, что мы понимаем под словом ИНФОРМАЦИЯ применительно к биологическим объектам. Это понятие можно определить следующим образом:

Информация - это сигнал (комплекс сигналов) о состоянии или изменении состояния организма или его отдельных органов и систем.

В связи с этим определением рассмотрим следующие наиболее важные аспекты обсуждаемой проблемы.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.5 (2 голосов)

Нарушения информации, ведущие к развитию тех или иных патологических процессов





Приступая к разбору этой части проблемы, следует четко представлять себе следующее положение. За исключением сверхсильных факторов, ведущих к стремительному уничтожению живых структур (на молекулярном, клеточном, органном, системном или организменном уровнях), когда информационная составляющая воздействия данного фактора не успевает «сработать», все остальные раздражители, по сути своей, не могут быть отнесены к категории патологических. Они все - лишь сигналы о характере воздействия на организм внешней среды, а развитие патологической реакции зависит от характера нарушений информационного процесса, которые возникают в самом организме.

С точки зрения теории информации все патологические процессы можно разделить на четыре группы.

Ваша оценка: Нет Средняя: 4 (1 голос)

Нарушения ввода (восприятия) информации





Нарушение ввода информации может быть обусловлено повреждением рецепторного аппарата. Под термином рецепторный аппарат в данном случае подразумеваются не только нервные рецепторы, но любое образование или любая система, воспринимающая ту или иную информацию. как, например, адренергические или холинергические рецепторы, участки клеточных мембран, фиксирующие антитела и т.д. Весьма ярким примером влияния изменения состояния рецепторов на восприятие информации являются барорецепторный и хеморецепторный порочные круг при гипертонической болезни, когда развитие торможения в барорецепторах или повышение чувствительности хеморецепторов к катехоламинам (в результате воздействия возрастающего артериального давления на эти группы рецепторов) приводит к дальнейшему прогрессированию сосудистой гипертензии.

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (2 голосов)

Нарушение трансляции информации

К центру. Ярким примером нарушения трансляции информации от периферии к центру является феномен функциональной деафферентации поврежденного сердца, когда от инфарцированного или другим путем поврежденного миокарда на 20-25 минут прекращается поток афферентной импульсации, в результате чего сердце на этот период переходит на автономный режим функционирования.

От центра. Типичным примером этого вида патологии процесса информации являются расстройства, возникающие в тканях при пересечении трофических нервов.

Ваша оценка: Нет Средняя: 2.5 (2 голосов)

Патология накопления, считывания и обработки информации

Патология накопления информации в биологической системе наступает тогда, когда возможности ее оперативной памяти становятся меньше объема поступающей информации. С этой точки зрения в качестве примера можно привести феномен парабиоза, описанный Н. Е. Введенским: при резком возрастании частоты раздражения нерва, нервно-мышечные синапсы не могут усвоить навязываемый ритм, то есть не справляются с объемом поступающей информации.

Что касается нарушений считывания информации, то здесь наиболее ярким примером являются аутоиммунные процессы. когда в силу несовершенства распознающих «свое» и «чужое» механизмов, антитела, направленные против «чужого», начинают разрушать и «свое».

Классическим примером нарушения обработки информации является ряд наследственных заболеваний, при которых нарушения генома приводят к неправильной обработке поступающей в клетки информации и к возникновению вследствие этого патологического процесса, как, например, при прогерии (ускоренном старении).

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (1 голос)

Патология реализации информации

Патология реализации информации связана с повреждением эффекторов. В качестве примера можно привести такое нарушение сердечного ритма, как pulsus alternans, когда в рабочий миокард приходит вполне адекватная информация от синоаурикулярного узла, но в силу снижения уровня биоэнергетического обеспечения сократительного акта в нем участвует только часть мышечных волокон, и сокращение получается ослабленным. Затем уровень биоэнергетики несколько восстанавливается, и в последующем цикле информация воспринимается всеми волокнами, что обуславливает полноценное сокращение. В очередном цикле вновь на информационные сигналы реагирует только часть мышечных волокон и так далее.

Голосов пока нет

Программные команды как аналоги механизмов некоторых патофизиологических реакций

Вначале заметим, что ход машинных программ и динамика тех или иных физиологических и патологических механизмов в значительной степени подчинены общим закономерностям, что совершенно логично, поскольку и ЭВМ, и живой организм представляют собой сложно организованные системы, а, следовательно, подчиняются законам системологии, сформулированным Уолтером Эшби.

Рассмотрим следующие примеры.

На приводимых ниже четырех рисунках слева изображена, написанная на языке BASIC программа, отражающая какую-то закономерность программирования, а справа - схема того или иного патологического или физиологического процесса.

Рассмотрим схемы,  учитывая, что программа идет от карты с наименьшим номером к карте с наибольшим номером, то есть сверху вниз. Последовательность операций, выполняемых данной программой, будет выглядеть следующим образом. Вначале программа напишет на экране дисплея слово «ПРОГРАММА» (карта 10). затем напечатает одну звездочку (карта 20), затем - две звездочки (карта 30). затем - три звездочки (карта 60). После этого она придет в семидесятую карту, где встретит команду «GOTO», что означает «ИДИ К...». Поскольку после этой команды стоит цифра 10, это означает, что программа вернется к десятой карте и выполнит все операции снова, затем она опять вернется к десятой карте и так далее. Возникает так называемый «вечный цикл».

В правой части рисунка изображена схема почечного компонента гипертонической болезни. Спазм сосудов, возникший в результате включения центрогенных механизмов, приводит к снижению уровня почечного кровотока и к ишемии почечной ткани. Ответом на это является выброс клетками юкстагломерулярного аппарата ренина, который через сложную цепь биохимических реакций стимулирует образование ангиотензина-11, обладающего выраженным прессорным эффектом, вследствие чего спазм сосудов усиливается. Схема развития этого механизма очень напоминает ход программы, представленной в левой части рисунка: команда с конечной карты (или с конечного для данной стадии этапа патологического процесса) идет к начальной карте, в результате чего в программе возникает вечный цикл, а в организме - порочный круг. Сопоставление этих двух схем позволяет сделать вывод о том, что разрыв данного порочного круга возможен только на нижнем уровне, поскольку, если команда так называемого «безусловного перехода» (GOTO) стоит в нижней карте, то какие бы мы ни производили манипуляции" в верхней части программы, «вечный цикл» все равно будет функционировать.

Поэтому, если в процесс включился почечный механизм гипертонической болезни, то никакие воздействия на уровень сосудистого тонуса «над почками» не достигнут эффекта, а привести к последнему может только вмешательство на уровне образования ангиотензина-II, точнее: на этапе «ренин-ангиотензин-II».

В программе, представленной на следующем рисунке,  речь идет о команде «IF...THEN», то есть о так называемом условном переходе, поскольку данная команда в переводе на русский язык означает «ЕСЛИ...ТО». Другими словами, изменение характера программы будет выполняться лишь в том случае, если будет выполнено определенное условие.

Рассмотрим последовательность данной программы.

Выполняя первую карту, программа пишет на экране дисплея слово «ПРОГРАММА». Далее она требует в карте 20 ввода какого-либо числа, причем командой в карте 30 она оговаривает, что в случае, если это число не будет равно 5; далее на экране дисплея будет написана звездочка (карта 40) и командой «GOTO» из карты 50 программа будет направлена снова в карту 20, то есть она снова потребует ввода какого-то числа. Если мы введем число 5, команда перейдет в карту 60 и завершится.

В правой части рисунка находится схема трансформации процесса внутриклеточного пищеварения в процесс фагоцитоза. Пока в клетку попадают питательные вещества, она циклически осуществляет процесс пищеварения. Если же в клетку попал микроб, то происходит фагоцитоз.

В обоих случаях работает одна и та же команда. В программе: «IF А=5, THEN идти к окончанию». В схеме фагоцитоза: «IF в клетку попал микроб, THEN фагоцитируй».

Третий пример  связан с командой «FOR...ТО...NEXT», которая означает наличие конечного цикла.

В левой части рисунка, в карте 10 стоит ввод какого-либо числа, например, числа 5. В карте 20 дается команда при изменении N от 1 до 5 совершать замкнутый цикл, внутри которого в карте 30 стоит печатание на экране дисплея двух звездочек. Эта манипуляция будет осуществляться пять раз, после чего программа напечатает на экране дисплея пять звездочек и завершится.

В правой части рисунка приводится схема механизма возникновения сердечных аритмий, имеющих циклический (периодически повторяющийся) характер. Допустим, что под влиянием какого-либо фактора (неврогенного, химического и т.д.) деятельность синусного узла изменилась таким образом, что он за пять циклов резко снизил свою активность, в результате чего в течение каждого из этих пяти циклов, желудочковый очаг экстрасистолии выходит из-под его контроля. Это означает, что пять раз подряд возникнут пачки экстрасистол. По истечении этих пяти циклов синусный узел вновь начнет подавлять эктопические очаги, и произойдет нормализация сердечного ритма.

Рассмотрим следующую программу.  В карте 10 стоит команда, переводящая дисплей в графический режим. В карте 20 определяется длительность цикла, который заканчивается в карте 70. Внутри цикла стоят три карты (40, 50 и 60), которые чертят на экране дисплея три окружности, каждая из которых начинается в какой-то точке другой окружности. После выполнения цикла команда «GOTO» в 80-й карте отсылает программу к началу. Таким образом эти три окружности чертятся бесконечно. В правой части иллюстрации изображены эти окружности, причем этот рисунок полностью совпадает со схемой развития фибрилляции желудочков сердца согласно так называемой теории кругового ритма.

Подводя итог данному разделу, можно резюмировать, что имеется принципиальная возможность моделировать в ЭВМ те или иные патофизиологические механизмы, вносить в них необходимые коррекции, а затем принцип этой коррекции, связанной с изменением информационного процесса, переносить на биообъект, то есть разрабатывать на ЭВМ патогенетические принципы лечения тех или иных заболеваний, которые в клинике могут облекаться либо в лекарственную, либо в хирургическую, либо в терапевтическую форму. Принципиально данное направление было определено еще Guyton, создавшим модель системы кровообращения, и в дальнейшем получило развитие в работах других ученых. Хотелось бы лишь подчеркнуть, что при разработке таких моделей надо полнее использовать закономерности, общие как для математических, так и для биологических систем.

В этой статье отражены лишь некоторые, наиболее общие вопросы патологии информационного процесса. Резюмируя изложенное, можно выделить два главных направления дальнейших разработок:

1. Моделирование в ЭВМ тех или иных физиологических и патологических механизмов, их коррекция с последующей проверкой на биообъекте и разработка на этой основе новых эффективных методов лечения.

2. Изучение механизмов физиологических и патологических реакций на основе теории информации.

Ваша оценка: Нет Средняя: 4 (2 голосов)