Методические указания к практическим занятиям по курсу «Системный анализ»

в клетках в неактивной форме. Таким образом, даже незначительное количе-

ство гликогена, содержащееся в гепатоцитах, переходит в глюкозу, поступаю-

щую в кровь и еще более увеличивающую гипергликемию. Наряду с этим глю-

кагон инактивирует гликогенсинтетазу, в результате чего подавляется синтез гликогена из глюкозы, что также способствует гипергликемии.

Другое действие глюкагона заключается в интенсификации глюконеогене-

за (образование глюкозы из внутриклеточных белковых и жировых запасов – аминокислот, глицерина и лактата) путем активации ферментных систем,

участвующих в этом процессе. Это также способствует устойчивой гипергли-

кемии.

Противоестественная активизация α-клеток панкреатических островков в отношении синтеза глюкагона требует объяснений. Дело в том, что нормаль-

ным стимулом такой активизации является не гипергликемия, а наоборот, гипо-

гликемия. Это вполне естественно, поскольку глюкагон обеспечивает поступ-

ление в кровь глюкозы, депонированной в печени в виде гликогена.

Единственное известное объяснение гиперсекреции глюкагона при диабете заключается в том, что глюкоза, не прошедшая этап полимеризации в гликоген,

т. е. этап депонирования, совсем или почти совсем не может усваиваться тка-

нями и не оказывает дезактивирующего действия на сахарочувствительный центр гипоталамуса. В результате последний постоянно находится в условиях кажущейся гипогликемии и малоэффективно стимулирует гликогенолиз и глю-

конеогенез путем дальнейшего активирования симпатической нервной систе-

мы, сопровождающегося секрецией гормонов – антагонистов инсулина. К этим гормонам относятся не только глюкагон, но и СТГ, кортикостероиды, адрена-

лин.

11

продукции всего ряда гормонов – антагонистов инсулина, в том числе глюка-

гона.

Рис. 2. Причинно-следственная схема инсулинозависимой формы сахарного диабета (окончание)

В схеме имеется, однако, цепочка причинно-следственных связей, в опре-

деленной мере направленная на снижение гипергликемии: недостаточность ин-

сулина вызывает увеличение концентрации инсулиновых рецепторов, распола-

гающихся на клеточных мембранах гепатоцитов. Таким путем несколько уве-

личивается эффективность «улавливания» инсулина, период полураспада ко-

торого составляет всего лишь 3-5 мин. В зависимости от степени недостаточно-

сти инсулина повышение концентрации инсулиновых рецепторов несколько

13

увеличивает продуктивность гликогенолиза и снижает гипергликемию. Сама по себе гипергликемия вызывает многие физиологические нарушения в организме.

В результате повышения осмотического давления в кровеносных сосудах вода из клеток и межклеточного пространства перемещается в сосудистое рус-

ло, вызывая обезвоживание организма. Высокая концентрация в крови глюкозы может эффективно компенсироваться посредством диуреза лишь до определен-

ного порога ее количества в моче. При превышении такого порога в почках раз-

вивается глюкозурия, при которой вследствие высокого осмотического давле-

ния первичной мочи практически не происходит обратного всасывания воды в почечных канальцах. В результате организм при диурезе теряет большие объе-

мы воды. Развивающаяся полиурия вследствие того, что организм теряет с во-

дой большие количества ионов, приводит к хроническому нарушению водно-

электролитного баланса. Значительное обезвоживание приводит к тому, что,

несмотря на интенсивный выход в процессе диуреза продуктов нарушенного обмена, их концентрация в крови меняется незначительно. Воздействие повы-

шенной концентрации этих веществ (в частности, глюкозы и мочевины) на со-

ответствующий чувствительный центр гипоталамуса приводит к постоянной полидипсии.

Непосредственное влияние недостаточности инсулина на внутриклеточные биохимические процессы проявляется не только в снижении проницаемости клеточных мембран для глюкозы, но и в угнетении белкового синтеза. Уста-

новлено, что инсулин непосредственно стимулирует синтез белка в тканях ор-

ганизма. Таким образом, недостаточность инсулина наряду с усиленным глю-

конеогенезом приводит к ингибированию белкового синтеза, снижению актив-

ности иммунной системы и, как следствие, к повышению частоты и тяжести проявления инфекционных заболеваний.

Угнетение синтеза белка, вызванное недостаточностью инсулина, и интен-

сификация глюконеогенеза за счет аминокислот собственных белков тканей приводят к отрицательному азотистому балансу. В кровь поступает большой избыток продуктов азотистого обмена (в частности аммиак и мочевина). В ре-

14

зультате развиваются гиперазотемия и как следствие гиперазотурия. Значи-

тельные концентрации аммиака и мочевины в крови способствуют дальнейше-

му угнетению центральной нервной системы и общей интоксикации организма.

Отсутствие возможности усваивать растворенную в крови глюкозу клет-

ками приводит к тому, что в плане энергообеспечения гипергликемия оказыва-

ется равноценной гипогликемии, поэтому, помимо глюконеогенеза, происходят мобилизация жирных кислот и усиленный липолиз. При этом резко уменьшает-

ся связывание липидов жировой тканью и, наоборот, усиливается их моби-

лизация из жировых депо. В результате хронического нарушения соотношения инсулина, с одной стороны, и его антагонистов – адреналина, норадреналина,

АКТГ (адренокортикотропный гормон) и СТГ (соматотропный гормон), с дру-

гой, интенсивность мобилизации жирных кислот и липолиза весьма высока, что приводит к развитию гиперлипидемии. Некоторое количество жирных кислот усваивается мышечной тканью и печенью, однако это усвоение неполное,

вследствие чего с течением времени развивается прогрессирующая жировая инфильтрация печени. Наблюдается новое углубление сдвига водно-

электролитного баланса.

В норме молочная кислота, образующаяся в основном при мышечной ра-

боте из мышечного гликогена, полностью утилизуется в печени в процессе син-

теза печеночного гликогена. Поскольку при недостаточности инсулина послед-

ний процесс резко заторможен, молочная кислота остается в крови в избытке,

что обусловливает гиперлактоземию, новый сдвиг рН крови в сторону ацидоза и дополнительное нарушение водно-электролитного баланса.

В представленной причинно-следственной цепи соотношения времен воз-

никновения тех или иных патологических явлений выдержаны качественно лишь вследствие трудностей, возникающих при необходимости соблюдения масштаба времени в достаточно сложной схеме, располагаемой на небольшой площади рисунка. Тем не менее схема позволяет судить о том, насколько могут быть удалены друг от друга во времени явления одного и того же порядка. Для сохранения возможности четкого зрительного восприятия схемы многие пато-

15

логические явления выше 4-го порядка и соответствующие им причинно-

следственные связи опущены.

Пример построения причинно-следственной модели:

острый гломерулонефрит

Острый гломерулонефрит относится к своеобразной группе инфекционно-

аллергических заболеваний. Несмотря на то, что многие детали, связанные с первопричиной заболевания, не совсем ясны, патологические явления началь-

ных порядков могут быть описаны достаточно достоверно. Патологическое яв-

ление 1-го порядка – это токсическое действие бактериальных (чаще всего стрептококковых) антигенов на эпителиальную капсулу почечных клубочков.

Таким образом, острый гломерулонефрит является следствием того или иного инфекционного заболевания и может быть составной частью в их собственных причинно-следственных моделях. Тем не менее, его можно считать вполне са-

мостоятельным заболеванием по следующим причинам.

1. Возникновение клинически различимого острого гломерулонефрита не детерминированное, а случайное событие, поскольку он наблюдается как след-

ствие инфекционных заболеваний далеко не всегда, а лишь в тех случаях, когда компенсаторно-приспособительные реакции организма и результаты лечения проявляются недостаточно быстро и действенно. В то же время ретикулоэндо-

телиальная подсистема достаточно чувствительна к бактериальному антигену, а

вырабатываемые против этого антигена антитела являются также антителами и против поврежденной почечной ткани.

2. Острый гломерулонефрит возникает не во время инфекционного заболе-

вания, а по истечении некоторого латентного периода длительностью до 3

недель и более. Он является следствием не столько непосредственного дей-

ствия бактериального токсина на почечную ткань, сколько аутоаллергической реакции организма на это действие.

16

3. Острый гломерулонефрит не является сколько-нибудь специфичным для какого-либо определенного заболевания или определенной группы заболева-

ний, поскольку наблюдается после ангины, скарлатины, острых респираторных заболеваний, пневмонии, отита, пищевых токсикоинфекций, некоторых заболе-

ваний вирусной этиологии и даже вакцинации.

Рис. 3. Причинно-следственная схема острого гломерулонефрита

Различия этиологии предопределяют и различия патологических явлений

1-го порядка. Исходя из этого, следует предполагать наличие различных форм гломерулонефрита, различных видов аутоаллергических реакций организма.

17

Рассмотрим причинно-следственную схему острого гломерулонефрита, харак-

терную для стрептококковой инфекции (рис. 3).

Патологическое явление 1-го порядка – это действие бактериального ток-

сина на эпителиальную ткань почечных клубочков. Это приводит к первона-

чальным сравнительно незначительным и малозаметным изменениям почечной ткани. Связанные с этим патологические явления, поскольку их проявление не-

значительно и неспецифично для такого аутоаллергического заболевания, ка-

ким является острый гломерулонефрит, на схеме не приведены. Указанное воз-

действие одновременно приводит и к изменениям, имеющим значительно более серьезные последствия. Изменения белков почечной ткани под влиянием стреп-

тококкового токсина таковы, что ткань приобретает антигенные свойства. Этот процесс сложный и, по-видимому, происходит в несколько стадий. Первона-

чальные антигенные свойства почечной ткани недостаточно сильны для иници-

ации выработки соответствующих антител. Инициатором в этом случае служит сам стрептококк и, в частности, М-белок стрептококка, являющийся антигеном.

Его антигенные свойства близки к антигенным свойствам базальной мембраны измененных почечных клубочков. Часть М-белка фиксируется в клубочках,

другая часть циркулирует в кровяном русле, вызывая образование антител.

Комплексы антиген – антитело задерживаются в клетках эндотелия и эпителия почечных клубочков, при этом происходит фиксация комплемента. Задержан-

ные клубочковым «фильтром» комплексы антиген – антитело вызывают вто-

ричные повреждения клубочков. Дальнейшие повреждения обусловлены уже хемотаксическим действием комплемента, вызывающего фиксацию сегменто-

ядерных лейкоцитов на капиллярных петлях. Лейкоциты повреждают эндоте-

лиальный клеточный слой капилляров. При этом лизосомные ферменты лейко-

цитов повреждают базальную мембрану клубочков. На схеме большинство описанных стадий разрушения почечных клубочков опущено, поскольку они относятся к «деталям» уже конечного явления – разрушения клубочковой тка-

ни.

18

Повреждение нормальной почечной ткани прежде всего приводит к повы-

шению проницаемости гломерулярной мембраны. В результате возникают про-

теинурия (сначала альбуминурия, а затем по мере развития аутоантигенной ре-

акции глобулинурия), гематурия, нарушения солевого обмена. Последнее, в

частности, выражается в значительных потерях натрия. Снижение концентра-

ции натрия в крови стимулирует в конечном итоге продукцию альдостерона корой надпочечников.

Появление избытка альдостерона способствует задержке в организме натрия, который, в частности, откладывается в стенке почечных артерий и ар-

териол, задерживая в них жидкость и увеличивая гидравлическое сопротивле-

ние току крови. Как следствие этого появляется ишемия постгломерулярных сосудов. В результате ухудшения кровоснабжения ткани почечных канальцев постепенно увеличивается дистрофия этой ткани, снижаются концентрацион-

ная способность почек и канальцевая реабсорбция.

Термины и определения

Болезнь Гирке - гликогеноз (гликогеновая болезнь), вызванная недоста-

точностью глюкозо-6-фосфатазы.

Гипогликемия – патологическое состояние, характеризующееся снижени-

ем уровня глюкозы периферической крови ниже нормы.

Гликоген – полисахарид, образованный остатками глюкозы.

Гликогенолиз - биохимическая реакция, протекающая главным образом в печени и мышцах, во время которой гликоген расщепляется до глюкозы и глю-

козо-6-фосфата.

Глюкагон – гормон поджелудочной железы.

Глюконеогенез - процесс образования в печени и отчасти в корковом ве-

ществе почек (около 10 %) молекул глюкозы из молекул других органических соединений - источников энергии, например, свободных аминокислот, молоч-

ной кислоты, глицерина.

19

Дефосфорилирование – отщепление остатка фосфорной кислоты от моле-

кулы фосфорсодержащего соединения.

Полидипсия – симптом, характеризующийся неестественно сильной,

неутолимой жаждой.

Полимеризация – процесс образования высокомолекулярного вещества

(полимера) путѐм многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Полиурия – увеличенное образование мочи.

Фосфорилаза – фермент, который является катализатором в реакциях при-

соединения какой либо органической молекулы (обычно глюкозы) к фосфатной группе (фосфорилирование).

Вопросы для письменного ответа:

1.Дайте подробные определения понятиям: Система, Подсистема, Со-

стояние системы, Элемент системы, Структура, Характеристика струк-

туры, Конечная структура, Внешняя среда системы.

2.Приведите несколько примеров для каждого из понятий: Система, Под-

система, Состояние системы, Элемент системы, Структура, Характери-

стика структуры, Конечная структура, Внешняя среда системы, исполь-

зуя различные уровни рассмотрения одних и тех же объектов.

3.Дайте подробные определения причины и следствия, причинно-

следственной связи, причинно-следственной схемы и системного ана-

лиза (применительно к биомедицинским исследованиям).

4.Для болезни Гирке:

а) перечислите в линейных порядках характерные патологические явле-

ния с указанием специфичности и неспецифичности (отдельно и по со-

вокупности);

б) определите содержание явления с оценкой его обратимости;

20