Клинико-термодинамические параллели в теории экстремального состояния организма

В хирургии повреждений общепатологическим и клиническим вы­ражением экстремального состояния, как известно, является травма­тический шок. Именно в раннем постшоковом периоде продолжи­тельностью до 3—4 суток наиболее полно проявляется цена срочной адаптации, тот общий функциональный ущерб, который понесен ор­ганизмом в связи с реализацией срочной неспецифической адапта­ционной реакции, неадекватной силе повреждающего воздействия на организм. Наиболее полное представление об этом ущербе формиру­ется на основании клинического образа пациента.

Как уже отмечалось во второй главе, клинический образ — особая форма врачебного мышления, обретаемая с опытом. В ней получают интегральное отображение глубинные индивидуальные патогенети­ческие механизмы патологического процесса, внешние (клиниче­ские) проявления этих механизмов и одновременно формируются суждения о непосредственном и отдаленном прогнозах. Понятие о клиническом образе сближает медицину с искусством. Наряду с фор­мальной логикой здесь приобретают важную роль способность врача к внутреннему перевоплощению, его интуиция, своеобразное творче­ское вдохновение, позволяющие осознать всю сложность развившей­ся патологической ситуации в ее индивидуальном выражении и как бы “высветить” те узловые моменты хитросплетения внутриорганизменных процессов пациента, воздействие на которые способно при­нести успех в лечении. Несмотря на нечеткость словесного выраже­ния, это понятие вполне реально и приносит несомненную пользу. Подобно тому как удачно воссозданный в представлении автора об­раз литературного героя начинает действовать самостоятельно и не допускает произвольного толкования поведенческих реакций в ходе развития сюжетной линии, также и адекватно воссозданный в созна­нии врача клинический образ пациента обретает объективные пер­спективы своего развития и. в частности, перехода в последующее функциональное состояние. Тогда врач, получая информацию о раз­личных параметрах жизнедеятельности пациента в ходе функцио­нального мониторинга, перестает чувствовать себя оператором, нахо­дящимся за “пультом” и стремящимся произвольно корректировать ситуацию с помощью множества “рычагов”, каждый из которых управляет лишь отдельным звеном сложного механизма. Он приоб­ретает способность вести своеобразный диалог с организмом больно­го. признавая за этим организмом право на самоорганизацию.

Вместе с тем это совершенно не означает, что использование био­логически активных медиаторов в форме различных медикаментов нецелесообразно. Напротив, по мере познания ключевых точек со­пряжения цитокиновой сети сложных многофакторных процессов целенаправленное применение искусственных медиаторов по строго определенным показаниям представляется значительно более пер­спективным, чем использование так называемых “модулирующих” биопрепаратов поливалентного действия. Однако и на этом пути имеется ряд скрытых опасностей.

Прежде всего опыт научных изысканий показывает, что открытие новых медиаторов, составляющих цитокиновую сеть таких сложных индивидуально детерминированных процессов, как иммуногенез или, к примеру, апоптоз, создает лишь иллюзию завершенности по­знания этих процессов. Со временем такая иллюзия многократно преодолевается новыми открытиями. Всегда необходимо сознавать, что скрытые, еще не известные, агенты саморегуляции организма, по­добно подводной части айсберга, составляют значительно большую часть, превышающую объем наших познаний. Кроме того, в обеспе­чении саморегуляции организма имеет значение не только наличие самих медиаторов, но и особенности их пространственно-временного взаимодействия. Последнее обстоятельство в большой мере определя­ет индивидуальность цитокиновой сети, индивидуальность базисного метаболизма. А набор медиаторов, требуемых для осуществления того или иного сложного процесса, более или менее постоянен.

Во-вторых, применяя искусственные медиаторы (ферменты, анти­ферменты или другие биорегуляторы) всегда необходимо иметь в ви­ду возможность неожиданных результатов. Включение медиатора в сложную саморегулирующуюся динамическую систему базисного ме­таболизма без учета ее индивидуальности способно инициировать реализацию альтернативных вариантов бифуркаций функциональ­ных алгоритмов на молекулярном уровне. При этом, согласно теории диссипативных систем, запускается непредсказуемое развитие процесса. Подобное развитие событий, допустим, в иммуногенезе связа­но с широким диапазоном качественных различий эффекта от иммунодепрессии или иммунотолерантности. с одной стороны, до тяже­лых аллергозов или аутоиммунных состояний — с другой.

Столь же непредсказуемым, видимо, может оказаться результат воздействия с помощью искусственных медиаторов на другой слож­ный процесс — апоптоз. Как известно, под апоптозом понимается генетически детерминированная программа молекулярных преобра­зований в клетке, развивающихся в ответ на воздействие поврежда­ющих факторов и в конечном итоге приводящая к гибели клетки. Согласно сложившимся в настоящее время представлениям, алгорит­мические звенья апоптоза связаны последовательно с увеличением внутриклеточного содержания кальция, активацией поли(АДФ-рибозил)полимеразы, нарушением синтеза макроэргических соединений и стимуляцией свободнорадикального окисления липидов на фоне угнетения естественных антиоксидантных факторов [17. 22, 28. 46, 56J. Учитывая, что большинство из обозначенных элементарных про­цессов, составляющих программу апоптоза. в определенных пределах своей интенсивности являются вполне физиологичными и даже бо­лее того — необходимыми для обеспечения активной жизнедеятель­ности клетки, вполне допустимо предположить, что искусственная коррекция апоптоза способна привести к непредсказуемым эффек­там. Если превышается индивидуально ограниченная терапевтиче­ская широта того или иного медиатора, то диапазон возможных качественных различий итогового результата распространяется от прогрессирующего распространенного некробиоза тканей до онкогенного эффекта, связанного с неконтролируемым ростом и размно­жением низкодифференцированных клеток.

Наконец, необходимо учитывать и то общеизвестное обстоятель­ство, что продолжительная замена естественных медиаторов искусст­венными (опять-таки в связи с саморегуляцией базисного метаболиз­ма) способствует угнетению выработки естественных продуктов, что является мощным фактором дезинтеграции детерминированной ци­токиновой сети.

Таким образом, ни в коей мере не отвергая перспективности кор­ригирующих воздействий на молекулярном уровне, хотелось бы обра­тить внимание на необходимость разработки методологических прин­ципов реализации данного пути с учетом особенностей индивидуаль­ного клинического образа пациента и возможностей трансформации этого образа путем саморегуляции. Это представляется особенно важ­ным, если возникает экстремальное состояние организма, неизбежно способствующее неупорядоченности базисного метаболизма.

В последние десятилетия появилась реальная возможность перево­да весьма неконкретных рассуждений о клиническом образе на зна­чительно более определенный научный и даже математический язык. Этому способствовало развитие теоретических положений термоди­намики неравновесных процессов и сложных диссипативных систем, формирование нового общенаучного направления — синергетики, а также широкое распространение методов диагностического анализа, основанного на использовании микропроцессорной компьютерной техники.

В предыдущих главах были изложены утвердившиеся в ходе иссле­дования (главным образом в результате анализа клинических наблю­дений) представления о механизмах интеграции процессов жизне­обеспечения организма и о факторах, ограничивающих степень вну­тренней свободы этих механизмов. В организме, так же как в любой другой сложной динамической конструкции, существует определен­ная степень внутренней свободы (своеобразный “люфт”) для каждо­го из внутренних функциональных процессов. В пределах этой вну­тренней свободы допустимы колебания функциональных параметров в зависимости от режима жизнедеятельности, которые не нарушают внутренней сопряженности работы, а следовательно — устойчивости и целостности всей динамической конструкции. Взаимная сопря­женность функциональных алгоритмов в свою очередь имеет специ­альные механизмы регуляции. Физиологические и патологические аспекты этих механизмов, как уже упоминалось, рассматривались выше. Теперь же следует охарактеризовать действие механизмов ин­теграции и изменения их состояния при возникновении в организме экстремальной ситуации вследствие выполнения функциональной сверхзадачи. Иными словами, цель данного раздела состоит в обо­значении подходов, а точнее — путей использования теоретических положений термодинамики диссипативных систем для решения кли­нических задач, связанных с экстремальным состоянием. Обращение к клиническим аспектам проблемы заставляет вновь вернуться к избранной клинической модели. Функциональная перестройка, обу­словленная тяжелой сочетанной травмой и идентифицируемая кли­нически как экстремальное состояние организма, с позиций рассмо­тренного в предыдущем разделе главы системного термодинамиче­ского подхода представляет собой глубокую разбалансировку, неупо­рядоченность. то есть диссипацию неравновесной системы. Если неизбежность летального исхода не реализуется в течение первых часов после травмы, то создается неповторимая возможность опера­тивно оценить на этапе начальной, неустойчивой адаптации ущерб, понесенный организмом в результате преодоления экстремального состояния, и на основе этой оценки попытаться разработать принци­пы прогнозирования дальнейшего развития событий. Но для конст­руктивных выводов по оценке понесенного ущерба необходимо иметь исходную рабочую концепцию о существе и функциональном смысле общесистемных изменений, наступающих в остром периоде экстремального состояния системы. Клинически — это период трав­матического шока.

Согласно изложенным ранее положениям, главная битва за жизнь при экстремальном состоянии системы перемещается на уровень глубинных базисных факторов системообразования. Можно пола­гать. что здесь ценою неизбежного не только функционального, но и ультраструктурного ущерба изыскиваются возможности частично­го использования в интересах сиюминутной функциональной доми­нанты той связанной внутренней энергии, которая при любой дру­гой ситуации никогда не используется для обеспечения адаптивных процессов.

На первый взгляд такое предположение представляется неправо­мерным. поскольку оно противоречит сложившимся в физиологии представлениям о биоэнергетике. Однако и в физиологи имеются убедительные свидетельства того. что адаптация нередко достигается ценой повреждения 114). Если же обратиться к эмпирическому обоб­щению, включающему процессы и явления за пределами медицин­ских проблем, то просматривается более общая закономерность:

сохранение сложной системы в критической ситуации достигается ценой разрушения ее инфраструктурных элементов. В биологии рас­сматривается даже конструктивная роль подобных жертв. Они нераз­рывно связаны с эволюцией. Допустимость и целесообразность пожертвования малым ради сохранения (или совершенствования) большего определяются, видимо, тем, что более крупная система, возвратив свой функциональный потенциал, оказывается способной восстановить утраченные элементы инфраструктуры или заменить их новыми, более совершенными. Отсюда вполне очевидно.что разру­шение инфраструктуры в критической ситуации имеет не только причину, но и цель. Жертва частичного разрушения инфраструктуры обретает оправдание, если она обеспечивает дополнительный приток энергии. О том, что такое возможно, свидетельствуют эмпирические обобщения в различных областях знаний.

Исследование форм существования материи указывает на высвобо­ждение мощного потока энергии при массовом разрушении элемен­тарных структур, стабильность которых зависит от силы сцепления ультраструктурных элементов. Для подтверждения распространенно­сти этого явления совсем не обязательно обращаться к наиболее де­монстративным процессам ядерного радиоактивного расщепления. Широко известны примеры промышленного применения связанной энергии кристаллов. Не менее интересны результаты исследований В.В.Болдырева, директора НИИ физики твердого тела Сибирского отделения Российской академии наук. Используя оригинальные ме­тоды размельчения твердых тел, автор наблюдал резкое усиление их активности без изменения химической структуры [8, 9].

Таким образом, основываясь на эмпирическом обобщении, допу­скающем экстраполяцию универсальных закономерностей в несмеж­ные области знаний, можно с определенной достоверностью предпо­ложить, что разрушение четырехмерной молекулярной структуры ус­тойчивых алгоритмов, так же как и других устойчивых элементарных структур, способно освобождать некоторое количество связанной энергии, которое в суммарном выражении обретает значимость для дополнительного обеспечения сложных адаптивных процессов. Во­просы эквивалентов и механизмов транспозиции освобожденной энергии на другие уровни (этажи) жизнеобеспечения остаются пока недостаточно ясными [53|. Понятно лишь. что обретение дополнительной энергии в данном случае связано с нарушением пространст­венной четырехмерной структуры функциональных алгоритмов базисного метаболизма и что это получает неизбежное выражение в дезинтеграции процессов, ответственных за создание целостности живой системы. Возможность именно такого развития событий под­тверждается при изучении патогенеза острой дыхательной недоста­точности, которая при тяжелой сочетанной травме становится клю­чевым моментом полиорганной недостаточности.

Клинический опыт показывает, что различные формы недостаточ­ности внешнего дыхания приобретают наиболее яркую клиническую манифестацию после относительной стабилизации гемодинамики, нарушенной острой реакцией на тяжелую травму. В то же время переключение функциональной доминанты на механизмы долговре­менной адаптации неизбежно отягощается генерализованными нару­шениями, имеющими синдромное выражение и, в частности, син­дромом системной несостоятельности биологических мембран. Неконтролируемая интенсификация перекисного окисления липидов, повреждение многомембранных систем организма биологически активными веществами наряду с нарушением микроциркуляции, болевым “тормозом” дыхания обусловливают высокую вероятность развития респираторного дистресс-синдрома взрослых (РДСВ).

Анализ состояния системы газообмена у 16 пострадавших после тяжелой сочетанной травмы с исходом посттравматической острой дыхательной недостаточности (ОДН) в 3—4 стадию [13] РДСВ пока­зал, что ухудшение параметров диффузии кислорода через альвеолярно-капиллярные мембраны (увеличение респираторного индекса — РИ), ухудшение микроциркуляции в легких (рост альвеолярного мер­твого пространства — АМП), гиповентиляция (уменьшение минут­ной альвеолярной вентиляции — МАВ) влекут за собой скачкообраз­ное уменьшение напряжения кислорода в артериальной крови (Ра_O2). При этом рефракторная гипоксемия развивается несколько отсрочено. обычно на третьи сутки посттравматического периода. Наличие определенного “скрытого” периода формирования много­факторных нарушений, вслед за которыми происходит одномоментное изменение функционального состояния всего организма с разви­тием наиболее тяжелой формы посттравматической ОДН — 3—4-й стадии РДСВ, делает оправданным применение универсального ме­тода изучения всех скачкообразных переходов — теории катастроф.

Теория катастроф получила широкое распространение и активно об­суждается в научной литературе применительно к различным природ­ным явлениям и процессам. В широком смысле катастрофами обозна­чаются скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий [4J. Таким об­разом, теория катастроф конкретизирует общее положение диалектики о переходе количественных изменений в качественные и предлагает методологию исследования универсальных механизмов этого перехода.

Одной из привлекательных сторон этой теории является возмож­ность объяснения возникшей ситуации путем измерений выходных параметров при непрерывном изменении входных управляющих пара­метров с учетом адаптируемости, то есть меры жизнеспособности, выживаемости системы [43].

Рассматривая травму как внешнюю возмущающую силу, считали, что она приводит систему дыхания в неупорядоченное состояние, при котором процессы внутри нее приобретают диссипативный характер. В результате нарастают несогласованность, неупорядоченность системных процессов, резко возрастает энтропия. Другими словами, система внешнего дыхания под воздействием сильного повреждаю­щего фактора — травмы — выходит из стационарного режима своей работы. Устанавливающийся в системе новый режим воспроизводит свойства “странного” аттрактора, когда режим осцилляции процес­сов, составляющих функцию, выходит из равновесия и строгой пери­одичности. Важнейшим свойством “странных” аттракторов является их высокая чувствительность к малому изменению входных управля­ющих параметров, нестабильность, слабая устойчивость [4].

Даже при малом изменении входных управляющих параметров (увеличении РИ, АМП, уменьшение МАВ) более вероятно попада­ние системы в область дезадаптации, чем в область адекватной ответ­ной реакции на изменившиеся условия существования. Это проявля­ется в катастрофическом снижении Рао₂ с развитием рефракторной гипоксемии. Данное положение носит название принципа “хрупко­сти хорошего”, согласно которому все хорошее (например, стабиль­ность, устойчивость) более хрупко, чем плохое (нестабильность, неустойчивость) [27].

Другим, не менее важным свойством “странных” аттракторов яв­ляется их способность “притягивать” соседние режимы движения, хаотизировать и дезаптировать их [4]. Именно этим можно объяснить инициирующую роль нарушений внешнего дыхания при посттравма­тической ОДН по отношению к изменению параметров транспорта газов кровью, тканевого дыхания.

Вместе с тем системе газообмена в целом неотъемлемо присуща структурная связанность ее подсистем (внешнее дыхание, транспорт газов кровью, тканевое дыхание). В этом необходимое условие су­ществования любой сложной системы. Структурная связанность системы, в частности, характеризуется наличием контуров обратной связи. Анализ материала показал, что контур обратной связи посттравматической ОДН с исходом в 3—4-ю стадию РДСВ носит “положительный” характер, то есть отклонение от состояния равно­весия в подсистеме транспорта газов кровью, в тканевом дыхании вызывает усиление этой же тенденции (дезадаптации) и в аппарате внешнего дыхания. Так, по нашим данным, гемодинамическая ком­пенсация посттравматических дыхательных расстройств была явно недостаточной: через 72 часа после травмы среди пациентов с 3—4-й стадией РДСВ признаки гипоциркуляции были отмечены у 12 из 16 (75.0 %) против 56 из 185 пострадавших (30.1 %) без рефракторной гипоксемии. В результате повышение общего периферического со­противления, свойственное гипоциркуляции. еще больше расстраи­вало микроциркуляцию в легких.

С позиций теории катастроф в качестве модели атмосферно-легочного газообмена при травматической болезни рассматривали каноническую формулу потенциальной (энергетической) функции системы (потенциала, описывающего динамику данной системы). которая имела следующий вид:

Использование частных производных от входных параметров ка­нонического уравнения позволило выявить своеобразие динамики Рао, при изменении РИ, АМП, МАВ и некоторые особенности по­ведения системы внешнего дыхания в области катастрофы — 3—4-й стадии РДСВ. В частности, было установлено следующее.

1) Приближение к точке катастрофы с развитием 3—4-й стадии РДСВ, крайне трудно купирующейся гипоксемией, можно ожидать при увеличении РИ до 0.40 и больше (у людей в возрасте до 60 лет), АМП — до 15.0 % и более.

2) Рефрактерность гипоксемии по отношению к мероприятиям интенсивной терапии, направленной на улучшение диффузии кисло­рода и микроциркуляции в легких, объясняется особенностью зави­симости Рао₂ от РИ и АМП при развернутой клинической картине РДСВ. Последняя заключается в том. что даже существенному уменьшению РИ и АМП неизбежно сопутствует небольшой рост Рао,. Так, уменьшению РИ и АМП на 10.0 % от их фактического зна­чения сопутствует увеличение Рао₂ только на 2.0—4.0 % при РДСВ 3—4-й стадии. В тоже время уменьшение РИ и АМП на те же 10.0 % в начальных стадиях посттравматической ОДН сопровождается уве­личением Рао₂ на 14.0—15.0 %.

3) Гиповентиляция непосредственно не связана со скачкообраз­ным качественным изменением свойств системы внешнего дыхания. Постоянство линейной зависимости Рао₂ от динамики МАВ обусло­вливает значимость вентиляционных нарушений в дальнейшем усу­гублении дыхательных расстройств на фоне уже произошедшей ката­строфы — 3—4-й стадии РДСВ.

При всей важности решения самостоятельной задачи скорейшего устранения критического состояния путем интенсификации процес­сов срочной компенсации сводить цели оптимизированной интенсив­ной терапии дыхательной недостаточности после тяжелых травм толь­ко к профилактике жизнеугрожающих расстройств неправомерно.

Кибернетическим аналогом второго закона термодинамики, из ко­торого следует, в частности, что термодинамическая оптимизация любой функции организма и любого процесса в нем зависит от со­отношения энтропийных и неэнтропийных тенденций, является принцип необходимого многоообразия У.Р.Эшби. Согласно этому принципу, для того чтобы система реализовала заданный тип пове­дения вне зависимости от внешних помех, необходимо подавить не­желательное многообразие в ее поведении, увеличив множество уп­равлений. Таким образом, многообразие может быть разрушено только многообразием [48].

Исходя из этого, интенсивную терапию посттравматической ОДН следует рассматривать как средство улучшения управляемости систе­мой газообмена. Для достижения этой цели необходимо, во-первых, устранить нарушения регуляторной функции центральной нервной системы (на данном этапе она является важным фактором саморегу­ляции), во-вторых придать контурам обратной связи между подотде­лами системы дыхания надлежащие знаки, для того чтобы не проис­ходило усугубления неупорядоченности, дезадаптации по принципу положительной обратной связи. В реализации этого положения осо­бая роль принадлежит устранению потока ноцицептивной патологи­ческой импульсации посредством адекватного обезболивания, кото­рое не вызывает излишнюю центральную депрессию, а наобо­рот предотвращает развитие дезадаптивного патогенного нейронального компонента боли — страдания.

С учетом направления потока энергообеспечения (легкие—кровь—ткани) правомерно считать, что системе дыхания присуще основное свойство любой иерархической системы: несмотря на расстройства в локальных пунктах (неизбежность нарушений наиболее уязвимого атмосферно-легочного газообмена при тяжелой травме), система в целом может функционировать нормально за счет ограничения небла­гоприятных воздействий одной части системы на другую. Иначе гово­ря. углубление “потенциальной ямы” общеорганизменного функцио­нального аттрактора (см. рис. 3.2) ослабляет проявление неизбежных возмущений, возникающих в отдельных функциональных алгоритмах. Отсюда следует обязательность проведения лечебных мероприятий, на­правленных на улучшение транспорта газов кровью, тканевого дыхания для обеспечения структурной связанности сложной иерархической уп­равляемой системы газообмена в экстремальных условиях острого энергетического кризиса, присущего травматической болезни.

Таким образом, привлечение теории диссипативных систем и си­нергетики к решению клинической проблемы экстремального состоя­ния имеет не только общенаучный, но и прямой практический смысл. Оно объясняет участие в реализации экстремального состояния одно­го из главных системообразующих факторов живого организма — хронобиологической согласованности и сопряженности процессов базис­ного метаболизма. Понимание данного обстоятельства способствует формированию методологии диагностического и лечебного подходов. ориентированной не на разработку новых частных методов интенсив­ной терапии, решающих конкретные задачи (это направление совер­шенствования в лечении критических состояний сохраняется в полной мере. но не оно составляет предмет данного обсуждения), а на раннее включение саморегуляции организма как основополагающего условия устойчивой, долговременной адаптации.

Распознавание и устранение острой недостаточности внешнего ды­хания в постшоковом периоде остается ключевой и нерешённой по­ка еще задачей в лечении последействий экстремального состояния организма. Сопряженность нарушений внешнего дыхания с расстрой­ствами базисного метаболизма, а через них — с главными системообразующими факторами просматривается здесь особенно отчетливо. Внедрение новых управляемых программ и самых современных мето­дов искусственной вентиляции легких не способно самостоятельно решить эту проблему. Решение должно быть связано с восстановле­нием механизмов сопряженной саморегуляции двух главных системо­образующих факторов: согласованности базисного метаболизма с его единой индивидуально детерминированной хронобиологической про­граммой, с одной стороны, и доминирующей роли кислорода в окис­лительно-восстановительном потенциале организма — с другой. При этом нарушения на любом из этапов кислородного обмена неизбеж­но приобретают общесистемную значимость и реализуются в функци­ональных расстройствах на всех уровнях жизнеобеспечения.

Гипоксия, неизбежно проявляющаяся при интенсивном продол­жительном функциональном напряжении, обусловливает постепен­ное включение анаэробного гликолиза в качестве временного альтер­нативного источника энергообеспечения. До тех пор пока анаэроб­ный гликолиз выполняет вспомогательную роль и способен легко уступить место окислительному фосфорилированию. если восстанав­ливается снабжение кислородом, он решает полезную задачу. Но как только энергообеспечение радикально перестраивается на анаэроб­ный путь, это влечет за собой бесконтрольное возрастание свободно-радикального окисления липидов. и дальнейшее развитие событий приобретает фатальную динамику. Своеобразный переходный пери­од. когда в организме сосуществуют и аэробный, и анаэробный пути энергопродукции и значимость обоих путей относительно уравнивается, иногда характеризуется как “промежуточный метаболизм” [55]. В отличие от используемого нами понятия “базисный метаболизм” в данном случае обозначение “промежуточный метаболизм” соотносит­ся со значительно более ограниченной сферой представлений из области обмена веществ организма. Оно отражает неустойчивое рав­новесие аэробного и анаэробного путей энергетического обмена в критической ситуации перед полной необратимой и фатальной пере­ориентацией на анаэробный путь. Такая ситуация в энергетическом метаболизме соответствует экстремальному (крайнему, погранично­му) состоянию организма, клинически проявляющемуся в так назы­ваемой полиорганной недостаточности (ПОН). Вместе с тем полиор­ганная недостаточность (а точнее — полиорганная несостоятельность) рассматривается нами как клиническая манифестация неупорядочен­ности диссипативных процессов на уровне базисного метаболизма, являющаяся ближайшим последствием запредельного функциональ­ного напряжения. И хотя несостоятельность функциональной систе­мы внешнего дыхания проявляется на данном этапе наиболее часто, в целом клиническая картина ПОН характеризуется выраженной пе­стротой, что обусловлено индивидуальными различиями, зависящими от изначальной, так сказать, фоновой функциональной ущербности организма, его locus minoris resistentio. Это и создает значительное разнообразие вариантов сочетания ранних постэкстремальных ослож­нений и последовательности их развития.

В более поздние сроки, к концу первой недели после тяжелой сочетанной травмы, преобладающими становятся универсальные пос­ледствия неупорядоченности базисного метаболизма, реализующиеся в рефракторной иммунодепрессии и приводящие к развитию тяже­лых, в том числе и генерализованных, форм раневой инфекции. В развивающейся ситуации главная, определяющая роль принадлежит глубинным нарушениям жизнедеятельности организма. Эти наруше­ния полностью соответствуют тяжелому инфекционно-воспалительному процессу, хотя констатировать последний правомерно лишь при условии подключения другого необходимого фактора инфек­ции — микробиологического. Особая теоретическая и практическая важность данного этапа обусловили выделение его обсуждения в от­дельную главу, где будут рассмотрены теоретические и практические аспекты системной воспалительной реакции организма на тяжелую сочетанную травму и посттравматического сепсиса.

Наконец, в случае благоприятного непосредственного исхода насту­пает этап позднего последействия экстремального состояния, когда стойкие неустраненные нарушения базисного метаболизма могут ска­заться на развитии или особо тяжелом, генерализованном течении тех или иных системных эндогенных заболеваний. Есть основания пола­гать. что и на данном этапе различие нозологических форм развивающихся заболеваний во многом зависит от изначальной функциональ­ной ущербности конкретного организма, на которую как бы “наслаи­ваются” нарушения алгоритмов базисного метаболизма, обусловленные перенесенным экстремальным состоянием. Правда, как уже неодно­кратно отмечалось ранее, все. что касается отдаленного последействия перенесенного экстремального состояния, пока еще с трудом поддает­ся верификации, поскольку основывается на отдельных наблюдениях, а не на достаточно репрезентативных обобщающих материалах.

Наиболее важное заключение, вытекающее из применения положе­ний синергетики к решению клинической проблемы экстремального состояния, связано с перспективой математического описания клини­ческого “образа” пациента в постшоковом периоде с помощью компь­ютерной техники. Это означает, что обретается возможность достовер­ного раннего прогнозирования возможной динамики травматической болезни и упреждающего ее лечение у конкретных пациентов.

Вернемся к изначальной, упрощенной, схеме аттрактора, обозна­ченной на рис. 3.1. Представив, что она отображает пространствен­ную модель аттрактора эффективной или, иначе говоря, условно нор­мальной стресс-реакции организма на чрезвычайное воздействие, целенаправленно выберем несколько (не более 6—8) функциональ ных алгоритмов, которые оцениваются как наиболее репрезентатив­ные для образного восприятия функционального состояния исследу­емого организма, переживающего чрезвычайную ситуацию. Затем осуществим плоскостной поперечный срез аттрактора, своеобразную “интегральную томографию”, позволяющую репродуцировать пред­ставление о пространственном образе аттрактора. Получается плоско­стное изображение (“профиль”). Его допустимо соотнести с условно нормальной стрессорной реакцией (рис. 3.7-а). Если теперь осущест­вить аналогичный плоскостной срез пространственной схемы у дру­гого пациента, у которого насупил срыв функциональной интегра­ции, обусловивший формирование “странного” аттрактора вследствие отклонения траекторий отдельных функциональных алгоритмов в точках бифуркаций (рис. 3.7-6), то полученный “профиль” может быть сопоставлен с первым. На основании установленных различий открывается возможность кластерного анализа уже не физиологиче­ских, а патологических профилей с выделением их типовых вариан­тов, которые при использовании специально разработанного матема­тического аппарата могут быть достоверно соотнесены с особенностя­ми клинического течения в целях определения прогноза. При этом создаются условия для упреждающего лечения тяжелых осложнений на основе коррекции функционального состояния пациента путем “диалога” с его организмом, за которым признается способность к са­морегуляции. Разработке системы функционального мониторинга, основанного на изложенных принципах, посвящена следующая глава.

Рис. 3.7. Схема воспроизведения функционального “профиля” пациента путем “полиграфии” аттрактора.

а — функциональный аттрактор пациента с эффективной стресс-реакцией:

б — функциональный аттрактор в условиях срыва стресс-реакции с образованием отклонений от запрограммированных алгоритмов сразу нескольких процессов, формирующих аттрактор. А, В, С. D. Е — траектории отде.1ьных функциона.1ьных алгоритмов. На “а”: А₁—Е₁ — функциона.лный профиль “условно нормальной” стресс-реакции: на “о”: А₁—Е₁ — “пато.югическчч” функциональный профиль. Подробные объяснения в тексте.

РЕЗЮМЕ

Теория термодинамики диссипативных систем и фундаменталь­ные принципы синергетики могут быть использованы в целях углуб­ленного и более полного представления о сущности механизмов энергообеспечения при экстремальном состоянии организма. Для этого необходимо рассматривать организм как сложную открытую неравновесную систему, адаптация которой к изменениям условий существования достигается путем саморегуляции. Организующим фактором саморегуляции при внезапном и резком изменении усло­вий существования становится функциональная доминанта. Она им­перативно способствует продвижению множества сопряженных вну­тренних процессов (изначально складывающихся на уровне межмо­лекулярного взаимодействия) с единой целью — устранить жизнен­ную угрозу. Именно функциональная доминанта обеспечивает при­оритетное избирательное энергообеспечение этих процессов. Таким образом, формируется функциональный аттрактор.

В случае крайнего, экстремального состояния переориентация энергетического потенциала осуществляется с неизбежным “обкрадыванием” ряда важных процессов жизнеобеспечения, имеющих отно­шение к системообразующим факторам, то есть к существованию ор­ганизма в качестве сложной, глубокоинтегрированной, компактной биосистемы. Имеются в виду те глубинные процессы, которые, не бу­дучи непосредственно причастными к реакциям срочной адаптации, совершенно необходимы для устойчивой стабилизации жизнедеятель­ности после устранения экстремальной ситуации. Следствием энерге­тического “обкрадывания” этих процессов становится их дезинтегра­ция с последующим нарушением детерминированных алгоритмов. В основе дезинтеграции лежит отклонение пространственных траекто­рий отдельных процессов в точках их бифуркации. Создаются усло­вия для формирования “странного” аттрактора. Он отражает уже не эффективную стресс-реакцию, а патологическую ситуацию. Характер и перспективы развития этой ситуации неоднозначны и зависят от индивидуальных различий цитокиновой сети базисного метаболизма.

Изложенная интерпретация развития событий позволяет подойти к пониманию термодинамической основы экстремального состояния и его последействия. Но главное — она открывает принципиальную возможность создания системы функционального компьютерного мониторинга, учитывающей индивидуальные и типовые факторы. влияющие на динамический прогноз травматической болезни.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анохин П.К. Рефлекс и функциональная система как факторы физиологи­ческой интеграции // Физиол. журн. СССР. 1949.—Т. 35, № 5.—С. 491—503.

2. Анохин П.К. Проблема компенсации нарушенных функций и ее значение для клинической медицины // Хирургия.—1954.—№ 9.—С. 3—11.

3. Анохин П.К. Теория функциональных систем // Успехи физиол наук— 1970.-Т. I, № 1.-С. 19-54.

4. Арнольд В.И. Теория катастроф.—М.: Наука, 1990.—126 с.

5. Аршанский И.А. Некоторые методологические и теоретические аспекты анализа закономерностей индивидуального развития организмов // Вопр. фи­лософии.—1986.—№ 11.—С. 95—104.

6. Библояни А. Молекулы, динамика и жизнь: Введение в самоорганизацию материи: Пер. с англ.—М.: Мир, 1990.—373 с.

7. Беляков В.Д. Структурно-системный подход в медицине —Л • ВМедА 1981.-17 с.

8. Болдырев В.В., Гольдберг Е.Л., Еремин А.Ф. Размерный эффект в механи­чески активированном фториде натрия // Докл. АН СССР.—1987.—Т. 292. № З.-С. 647-650.

9. Болдырев В.В. Механические методы активации неорганических веществ// Журн. Всесоюз. хим. о-ва им. Д.И.Менделеева.—1988.—Т. 33, № 4.—С. 374—383.

10. Варфоломеев С.Д., Мевх А.Т. Простагланлины — молекулярные биорегу­ляторы.—М.: Изд-во МГУ, 1985.—307 с.

11. Васильева С.М. АДФ-рибозилирование // Биохимия.—1994.—Т. 59, вып. 2.—С. 215.

12. Веселого И.А., Левина М.3. Особенности функциональных перестроек биологических систем под внешним воздействием // Миллиметровые волны в медицине и биологии.—М., 1989.—С. 195—198.

13. Гаврилин С.Д., Ерюхин И.А. Теоретические предпосылки улучшения ре­зультатов лечения посттравматической острой дыхательной недостаточности // Общая патология и медицинская реабилитация.—СПб. 1994.—С. 42—48.

14. Гаркави Л.Х., Квакина Е.Б., Уколова М.А. Адаптационные реакции и резистентность организма.—3-е изд., доп. Ростов-н/Д: Иэд-во Рост. ун-та, 1990.-223 с.

15. Гринченко С.Н., Загускин С.Л. Механизмы живой клетки: алгоритмиче­ская модель,—М.: Наука, 1989.—227 с.

16. Жаботинский А.М. Концентрационные автоколебания,—М.: Наука, 1974.-178 с.

17. Жижина Т.П., Коробков В.Г., Алесенко А.В. Корреляция деградации ДНК, индуцированной ФНО-альфа с накоплением сфингозина в ядре и перекисей в ДНК// Биохимия.-1994.—Т. 59, вып.11.-С. 1756-1765.

18. Касты Дж. Большие системы: Связность, сложность и катастрофы: Пер. с англ.-М.: Мир, 1982.-207 с.

19. Юшорин А.М., Эристиви Н.Г. Значение антропологических исследований для изучения эндокринно обусловленных процессов роста и развития детей // Материалы Х конф. по возрастной морфологии, физиологии и биохимии.— М„ 1971.-Т. 2, ч.1.-С. 322-323.

20. Клиорин А.М., Тиунов Л.А. Функциональная неравнозначность эритроци­тов.—Л.: Наука, 1974.-147 с.

21. Князева Е.Н. Случайность, которая творит мир: (Новые представления о самоорганизации в природе и обществе) // Философия и жизнь.—1991.— № 7.-С. 3-31.

22. Коггл Дж. Биологические эффекты радиации: Пер. с англ.—М.: Энерго-атомиздат, 1986.—184 с.

23. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика —теория самоорганиза­ции.—М.: Знание, 1983.—46 с.

24. Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем // Философские аспекты информатизации.—М., 1989.—С. 61—82.

25. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Синергетика —новые на­правления.—М.: Знание, 1989.—48 с.

26. Лебедев К.А., Поняхина И.Д. Принципы работы систем организма чело­века и их приложение в практической медицине // Физиология человека.— 1991.-Т. 17, № 4.-С. 132-145.

27. Левантовский Л.В. Особенности границы области устойчивости // Функциональный анализ и его приложения. 1982.—Т. 16, вып.1.—С. 44—48.

28. Мачиапшс Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии: Молекулярное клонированпе: Пер. с англ.—М.: Мир. 1984.—479 с.

29. Николис Г., Пригожий И. Познание сложного: Пер. с англ.—М.: Мир. 1990.-342 с.

30. Основы физиологии функциональных систем / Под ред. К.В. Судакова.—М.: Медицина, 1983.—273 с.

31. Петров Р.В., Михайлова А.А., Захарова Л.А. Костномозговые медиаторы, регулирующие иммунный ответ (миелопептиды) // Гематология и трансфу-ЗИОЛОГИЯ.-1984.-Т. 29, № 2.-С. 43-45.

32. Петров Р.В., Маджидов У.В., Сорокин С.В., Михайлова А.А. Коррекция иммунного ответа миелопептидами у мышеи MRL/MpI-lpz/lpz с врожденны­ми аутоимунными расстройствами //Докл АН СССР.—1986.—Т. 283, № 3.— С. 756-759.

33. Петухов С. В. Биомеханика, бионика и симметрия.—М.: Наука, 1981.— 239с.

34. Пирогов Н.И. Вопросы жизни: Дневник старого врача.—СПб.: Тип. Ба­лашова, 1884.—464 с.

35. Пригожин И., Стингерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ.—М.: Прогресс, 1986.—431 с.

36. Пригожин И. Природа, наука и новая рациональность: Пер. с англ. // Философия и жизнь.—1991.—№ 7.—С. 32—38.

37. Самарский А.А. Математическое моделирование и вычислительный экс­перимент// Вести. АН СССР.-1979.-№ 5.—С. 38-49.

38. Самарский А.А., Курдюмов С.П., Ахромеева Т.С Малчнецкий Г.Г. Моде­лирование нелинейных явлении в современной науке // Информатика и на­учно-технический прогресс.—М., 1987.—С. 69—91.

39. Сатпрем. Шри Ауробиндо или путешествие сознания: Пер. с франц.— Л.: Изд-воЛГУ. 1989.-334 с.

40. Сачков Ю.В. Конструктивная роль случая // Вопр. философии.—1988.— № 5.-С. 82-94.

41. Судаков К.В. Доминанта и функциональная система // Функциональные системы организма.—М., 1987.—С. 54—69.

42. Судаков К.В. Основные принципы обшей теории функциональных сис­тем // Функциональные системы организма.—М., 1987.—С. 26—49.

43. Томпсон Д. Неустойчивость и катастрофы в науке и технике: Пер. с англ.-М.: Мир, 1986.-232 с.

44. Уголев А.М. Естественные технологии биологических систем,—Л.: Нау­ка, 1987.-317 с.

45. Хаген Г. Синергетика: Иерархии неустоичивостей в самоорганизуюшихся системах и устройствах: Пер. с англ.—М.: Мир, 1985.—320 с.

46. Хачтов P.M., Сидорович И. Г Игнатьева Г.А. Современные методы гиб-ридомных технологий.—М.: ВНИИМИ, 1987.—63 с.

47. Чернивский Д.С. Синергетика и информация.—М.: Знание, 1990.—78 с.

48. Эшби У. Введение в кибернетику: Пер. с англ.—М.: Изд-во иностр. лит., 1959. -С.112-118.

49. Юнг К.Г. Парацельс // Феномен духа в искусстве и науке.—М.: Рсне-санс. 1992.-С. 16-18.

50. Яковлев Г.М., Новиков B.C., Хивинсон В.Х. Резистснтность. стресс, регу­ляция.—Л.: Наука. 1990.—237 с.

51. Яковлев Г.М., Карлов В.А., Дьяконов И.И., Дикань В.Е. Типы кровообращения здорового человека: нейрогуморальная регуляция энергетического ме­таболизма в условиях основного обмена// Физиология человека.—1991.— Т. 17, № 4.-С.88-104.

52. Guarini G. Nuovi orizzonti in Medicina. II caos с le sue leggi // Recenti Prog. Med.-1993.-Vol. 84, № 4.-P.278-286.

53. Rodriguez D.J., Sandoval W., Clevenger F.W. Is measured energy expenditure correlated to injurv severity score in major trauma patients? // J. Surg. Res.—1995.— Vol. 59, № 4.-P. 455-459.

54. Rubner М. Das Problem der Lebensdauer und seine Beziehungen, zu Wachsturm und Ernahrung.—Munchen; Berlin: Oldenbourg, 1908.—VII, 208 S.

55. Siegei J. H., Ce/ra F.B., Coleman B. el al. Physiological and metabolic corre­lations in human sepsis // Surgery.-1979.-Vol. 86., № 2.-P. 163-193.

56. Van Rensburg C.E.J., Van Staden А.М., Anderson R. Inactivation of poly (ADP-ribose)polymerase by hypochlorous acid // Free Rad. Biol. Med.—1991.— Vol. 11, № 3.—P. 285-291.

Глава 4, СИСТЕМА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МОНИТОРИНГА ПРИ ТЯЖЕЛОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАВМЕ

“Физиологический ответ на тяжелый сепсис — это результат комплексного взаимодействия между симпатически обусловленными сердечными, сосудистыми и легочными компенсаторными меха­низмами в ответ на фундаментальные нарушения промежуточного метаболизма, вызванного септи­ческим процессом”.

J.H.Siegel

“Physiological and metabolic correlations in human sepsis”

По существу в данной главе речь пойдет об объективной оценке функционального состояния больного организма. Выше, во второй главе, уже упоминалось, что функциональное состояние как клиническая категория несет в себе особую информацию. Определение тя­жести функционального состояния отличается от определения тяже­сти травмы или повреждения. В последнем случае имеются в виду стабильные показатели, характеризующие степень деструкции орга­нов и тканей. Функциональное состояние, напротив, весьма лабиль­но. Оно зависит от многих факторов, помимо морфологических на­рушений, и отражает (если соотносится с патологической ситуацией) уровень функциональной несостоятельности организма в момент ис­следования. Проведение интенсивных корригирующих мероприятий в некоторых случаях (допустим, при острой кровопотере) позволяет иногда в короткий срок радикальным образом изменить функцио­нальное состояние. Но затем нередко возникают другие обстоятельст­ва, способные вызвать столь же быструю обратную трансформацию.

В клинике оценка тяжести состояния, даже если она проводится на основе интегральных количественных показателей, обычно отра­жает лишь удаленность от одной из двух полярных характеристик — “хорошо” и “плохо” — или, напротив, приближение к другой. На языке клиницистов оценка тяжести состояния формируется с ис­пользованием нескольких градаций — удовлетворительное, средней тяжести, тяжелое и крайне тяжелое. Такая оценка ориентирует врача относительно степени жизненной угрозы на момент обследования.

Между тем любую болезнь допустимо рассматривать как смену функциональных состояний организма, наступающую одномоментно, после достижения критического уровня количественных изменений функциональных показателей, определяющих качественную характеристику состояния. При математически объективном воспро­изведении индивидуального “образа” (или “профиля”) функциональ­ного состояния в нем можно выделить признаки, определяющие направления последующей трансформации. Именно этот принцип может быть положен в основу разработки системы функционально­го компьютерного мониторинга.