Читать книгу "Кибержизнь. Контуры медицины будущего - Александр Шишонин"

Отметим некоторую особенность: организм не просто поглощает негэнтропию (порядок) из внешней среды, он его намеренно создает, то есть структурирует входящую внешнюю энергию, строго следуя диссипативной теории Пригожина.

Физически основным и самым интересным моментом нелинейной термодинамики является ни что иное как точка бифуркации, то есть момент решения нелинейного уравнения, где диссипативная система может выбрать разные варианты этого решения. Варианты эти будут зависеть от предыдущей истории системы и от состояния (физического и информационного) внешней среды, окружающей систему.

Механизм синтеза как раз и представляет собой такую точку, то есть физически бифуркация выглядит как каскад непрерывных и постоянных делений стволовых клеток (от мультипотентных до дифференцированных клеток ткани).

Только в организме, кроме всего прочего, присутствует строгий автоматический контроль информационного и физического состояния среды, окружающей эти клетки. Это уже называется внешним управлением системой через состояние среды, поэтому сюда, кроме нелинейной термодинамики Пригожина, необходимо применить кибернетические подходы Ляпунова в теории оптимального управления. Только тогда мы увидим, что неопределенность, возникающая в точке бифуркации у Пригожина, в живом организме на самом деле таковой не является, поскольку подчиняется не только внутренней истории самой системы, но и подлежит невероятно четкому и эффективному внешнему управлению через изменение свойств, окружающей данную систему (стволовую клетку) среды.

Механизм распада

Обратимся еще раз к приведенному выше примеру с автомобилем Элвиса, который мы хотим сохранить как можно дольше. Для того, чтобы установить новый агрегат, сначала необходимо удалить изношенный. Так и в живом организме, в соответствии с биофизическим равновесием, наряду с механизмом синтеза, присутствует альтернативный механизм распада, который отвечает за утилизацию отработанного «уставшего» клеточного материала. Механизм распада реализован процессом апоптоза и функционированием фагоцитов – тканеспецифичных макрофагов, которые наряду со стволовыми клетками присутствуют во всех органах и тканях.

Среди фагоцитов отдельно можно выделить две самые многочисленные группы клеток крови. Первая группа – это нейтрофилы. Их задача убирать всяческий «мусор», который образуется в организме или попадает в него извне, то есть они выполняют неспецифическую функцию мусорщиков организма. Вторая группа – это моноциты, назовем их «интеллигентными макрофагами», их основная функция состоит в активном фагоцитозе труднодоступных объектов, поэтому они обладают свойством проникать в ткани через сосудистую стенку, и устранять из них нежелательные клеточные и молекулярные элементы. При невозможности удалить крупные инородные объекты, моноциты окружают такие объекты и изолируют их от тканей организма. Моноциты обладают способностью, проникая в ткани, дифференцироваться в тканеспецифические макрофаги – гистиоциты. Моноцит также интересен тем, что являясь фактически дифференцированной клеткой крови, он тем не менее сохраняет уникальные возможности дополнительной дифференцировки в гистиоциты разных тканей. Именно поэтому механизм распада и обладает свойством дифференциального выбора того, что должно быть подвергнуто разрушению. Основным органом, контролирующим работу фагоцитов, является селезенка. Согласно изречению Галена, селезёнка – орган «полный таинственности». В первую очередь, селезенка интересна тем, что количество стволовых клеток в ней составляет 3–4 клетки на 100 от общего клеточного объема, а это огромное количество! Внутреннее содержимое селезёнки получило название пульпы. В пульпе селезёнки различают две основные зоны: красную и белую.

Белая пульпа селезёнки составляет до 20% объёма органа. Включает в себя лимфатические узелки и периартериальные лимфатические влагалища (муфты). Строму белой пульпы также образует ретикулярная соединительная ткань. Кроме ретикулярных клеток к стромальным элементам относят также некоторые разновидности макрофагов, дендритные и интердигитирующие клетки, которые выполняют функции антигенной презентации. Эта функция позволяет обучать макрофаги, распознавать клетки, и принимать решение о необходимости утилизации той или иной клетки. При признаках старения клетки, ее мутации или онкологического преобразования возникает один и тот же эффект, который отражается на мембране – это эффект снижения метаболизма, то есть эффект снижения энергетической силы самой клетки. Макрофаги определяют этот момент и принимают четкое решение, достойна ли клетка продолжить свое существование или пришла пора ее утилизировать.

Красная пульпа селезёнки составляет 80% объёма органа и выполняет следующие функции:

– Депонирование зрелых форменных элементов крови.

– Контроль состояния и разрушение старых и поврежденных эритроцитов и тромбоцитов.

– Фагоцитоз инородных частиц.

– Обеспечение дозревания лимфоидных клеток и превращение моноцитов в макрофаги.

Красная пульпа селезёнки включает венозные синусы и селезёночные тяжи Бильроте (часть красной пульпы, расположенной между синусами). В тяжах Бильроте находятся форменные элементы крови, макрофаги, плазматические клетки, лежащие в петлях ретикулярной соединительной ткани. Здесь, по аналогии с мозговыми тяжами лимфатических узлов, заканчивают свою дифференцировку и секретируют антитела плазмоциты, предшественники которых перемещаются сюда из белой пульпы. В пульпарных тяжах встречаются скопления В– и Т-лимфоцитов, которые могут формировать новые узелки белой пульпы. В красной пульпе задерживаются моноциты, которые дифференцируются в макрофаги. Синусы красной пульпы, расположенные между селезёночными тяжами, представляют собой часть сложной сосудистой системы селезёнки. Эти широкие тонкостенные сосуды неправильной формы выстланы эндотелиальными клетками необычной веретеновидной формы с узкими щелями между ними, через которые в просвет синусов из окружающих тяжей мигрируют форменные элементы.

В физическом смысле механизм распада осуществляет непрерывное производство энтропии в организме и подчиняется теореме Пригожина, которая гласит: в стационарном состоянии производство энтропии внутри термодинамической системы при неизменных внешних параметрах является минимальным и постоянным. Если система не находится в стационарном состоянии, то оно будет изменяться до тех пор, пока скорость производства энтропии или, иначе, диссипативная функция системы не примет наименьшего значения.

Австрийский физик-теоретик Эрвин Шрёдингер объясняет, как живая система экспортирует энтропию, чтобы поддержать свою собственную энтропию на низком уровне:

«Живой организм непрерывно увеличивает свою энтропию, или, иначе, производит положительную энтропию и, таким образом, приближается к опасному состоянию максимальной энтропии, представляющему собой смерть. Он может избежать этого состояния, то есть оставаться живым, только постоянно извлекая из окружающей его среды отрицательную энтропию. Отрицательная энтропия – это то, чем организм питается. Или, чтобы выразить это менее парадоксально, существенно в метаболизме то, что организму удается освобождаться от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока жив».