|
Читинская государственная медицинская академия (г. Чита)
В организме человека и животных флуктуируют (меняются «ежеминутно» в большей или меньшей степени) практически все считываемые параметры, начиная с биохимических показателей и заканчивая ва-риативностью проявлений высшей нервной деятельности. Данные, получаемые при экспериментальном изучении физиологических сис¬тем, зачастую не имеет регулярного и даже квазипериодического характера. Даже сам процесс адаптации и поддержания гомеостаза носит флуктуирующий характер и проявляется в "функциях разброса". [1, 2] "Разброс" можно оценить по коэффициенту вариации (среднеквадратичному отклонению), амплитуде вариационного ряда, дис¬персии, коэффициенту неравномерности, аттракторам и пр. В кровотоке наблюдаются флуктуации содержания гормонов, иммуноглобулинов, глюкозы, медиато¬ров, цитокинов, молочной кислоты, холестерина, активности ферментов и др. Пределы нормы реакции человека описаны в многочисленных справочниках по физиологии и биохимии. Биология настолько кишит вероятностями и флуктуациями, что в иностранной литературе поднимаются вопросы – «является ли вся биология индетерминистской» и «как понимать эти скачки».
В данной работе исследовали флуктуации коагуляционного гемостаза плазмы крови. Методика. Кровь забирали из вены в пробирки с цитратом натрия (на станции переливания крови) от лиц 18-35 лет. Получали центрифугированием обогащенную и обедненную тромбоцитами плазму. К 0,1 мл плазмы добавляли 0,2 мл хлористого кальция и измеряли время появления сгустка («время рекальцификации») 20-100 раз подряд (в каждом образце плазмы). «Кефалиновое время» замерялось также, но с дополнительным внесением в пробирку 0,1 мл гемолизата эритроцитов (условно – мембранных структур без тканевого фактора (TF) – активатора внешнего пути коагуляции), «протромбиновое время» - с добавлением суспензии кадаверного тромбопластина (запускающего «мембранозависимый» внешний путь коагуляции). Анализировались вариа¬бельность, коэффициент парной корреляции, степень достоверности с использованием коэффициен¬тов Стьюдента.
Исследование флуктуаций свертывания плазмы крови (по времени рекальцификации) показало, что разброс может быть разным (большим или меньшим) у каждого исследуемого лица (табл.) и даже воспроизводимым по форме гистограммы распределения полученных инвариант (Рис.).
Рис. Некоторая повторяемость формы гистограмм распределений времени свертывания крови (времени рекальцификации плазмы) разных доноров (по 20 замеров для каждой гистограммы). A – Повторы (слева и справа) гистограмм 10 доноров. В и С – Повторяемость формы гистограмм четырех (В) и трех (С) доноров на протяжении нескольких часов замеров.
В одной и той же пробе обедненной тромбоцитами плазмы при повторных измерениях 60-100 раз подряд коэффициент парной корреляции различных комбинаций среднеарифметических величин (n=20) времени свертывания составил 0,92, коэффициента вариации - 0,65. Для времени фибринообразования богатой тромбоцитами плазмы, цельной крови и времени свертывания в присутствии тромбопластина существенной связи для показателей вариабельности не обнаружено, что, по-видимому, связано с изменением функциональной активности тромбоцитов и лейкоцитов в процессе 8-часового хранения. (Рис.)
Таблица
Среднеквадратическое отклонение времени
свертывания плазмы здоровых доноров
(М±m; по 20-21 повтору в каждом образце крови)
|
Пробы
плазмы
крови
(п/п)
|
Время
рекальцификации обедненной тромбоцитами плазмы
(серия 1;
800 замеров)
|
Время
рекальцифика-ции богатой
тромбоцитами
плазмы
(серия 2;
480 замеров)
|
Кефалиновое
время обеденной тромбоцитами плазмы
(серия 3;
580 замеров)
|
Протромбиновое
время
обеденной тромбоцитами
плазмы
(серия 4;
800 замеров)
|
|
n
|
δ%
|
М±m
|
δ%
|
М±m
|
δ%
|
М±m
|
δ%
|
М±m
|
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
|
4
4
4
5
5
5
6
6
7
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
11
11
11
11
12
12
14
15
15
17
17
19
|
155±1
160±1
162±1
153±2
162±2
174±2
165±2
181±2
167±3
171±3
173±3
175+3
185±3
204±3
162±3
169+4
178±3
194±3
197±4
201±4
224±4
162±3
170±4
175±3
211±5
227±5
158±4
160±4
164±4
172+4
180±4
191±5
169+4
178±5
175±5
173±6
183±6
155±6
182±7
191±8
|
4
5
5
5
5
5
7
7
7
7
7
7
8
8
8
8
8
9
9
9
10
10
11
11
|
152±2
123±2
153±2
155±2
155±2
162±2
80±1
95±2
130+2
131±2
136±2
147±2
93±2
119±2
142±3
146±3
151±3
120±2
128±2
134±3
143±3
148±3
85±2
159±4
|
2,5
2,6
2,8
3.8
4,2
4,2
5,0
5,3
5,5
5,7
5,7
5,8
5,8
5,8
6,5
6,7
6,7
6,7
6,7
7,3
7,9
8,3
8,7
9,4
9,9
10,5
10,6
11,0
11,0
|
131±0,7
129±0,7
141±0,9
130±1,1
49±0,5
53±0,5
48±0,6
51±0,6
65±0,8
44±0,6
70±1,0
43±0,6
43±0,6
62±0,8
41±0,6
47±0,7
53±0,8
120±1,8
134±2,0
55±0,9
45±0,8
43±0,8
87±2,0
38±0,8
45±1,0
38±1,0
47+1,1
45±1,1
81±2,0
|
1,7
1,7
1,8
1,9
1,9
1,9
2,0
2,1
2,6
2,7
2,8
2,8
3,0
3,0
3,1
3,1
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,7
3,8
3,9
3,9
3,9
4,1
4,2
4,6
4,8
4,9
5,0
5,3
5,4
5,5
5,5
5,6
5,6
5,7
5,8
|
26±0,1
37±0,1
25±0,1
23±0,1
43±0,2
46±0,2
31±0,1
21±0,1
17±0,1
27±0,2
35±0,2
22±0,3
24±0,2
35±0,2
26±0,2
26±0,2
27±0,3
23±0,2
26±0,2
25±0,2
39±0,3
43±0,4
25±0,2
21±0,2
23±0,2
24±0,2
38±0,3
21±0,2
26±0,3
26±0,3
18+0,2
27±0,3
26±0,3
25±0,3
25±0,3
25±0,3
25±0,3
33±0,4
22±0,3
27±0.4
|
|
М±m
P
|
9,3±0,6
|
177,2
|
7,5±0,4
Р1,2
<0,02
|
132,8
|
6,6±0,5
Р2,3
<0,02
Р1,,3
<0,001
|
68,2
|
3,6±0,2
Р3,4
<0,001
|
27,6
|
Из таблицы видно, что чем больше мембранных структур в плазме (столбики таблицы слева направо), тем достоверно меньший разброс показателей: коэффициент вариации времени рекальцификации обедненной тромбоцитами плазмы составляет 9,3±0,6%; вариабельность времени рекальцификации богатой тромбоцитами плазмы - 7,5±0,4% (Р<0,02); кефалинового времени - 6,6±0,5% (Р<0,001 по сравнению со значением времени рекальцификации). Корреляция между временем свертывания и коэффициентом вариации (у разных лиц) практически отсутствует; т.е. вариабельность индивидуальна. [То, что разброс – не результат по-разному вымытых пробирок (эксперименты сделаны «одними руками») доказывает отличающаяся величина разброса у разных лиц /причем зачастую повторяемая/ и наличие серий с минимальным разбросом (первые ряды в таблице), т.е. методическая погрешность замеров не выше данных величин.]
Таким образом, значения време¬ни свертывания (рекальцификации) плазмы (и крови) разных людей флуктуируют обычно в пределах 2-20%. При "посадке" ферментов и кофакторов свертывающей системы крови на мембранные матрицы активность ферментов увеличивается, факторы "работают" более слаженно с меньшим (как минимум на 20-30%) разбросом значений; т.е. гетерогенный катализ сопровождается снижением флуктуаций ферментативной активности.
Флуктуации активности ферментов чаще связывают с конформационными перестройками белковых молекул. [5] Особая нестабильность (метастабильность) выявлена у регуляторов протеаз – серпинов. [Метастабильное состояние (от греч. мета – через: и от лат. stabilis - устойчивый) - состояние квазиустойчивого равновесия, которое может поддерживаться длительное время.] Серпинами называют группу ингибиторов сериновых протеаз. К ним относятся альфа-1-антитрипсин, альфа-1-антихимотрипсин, антитромбин-III, ингибитор активатора плазминогена, С1-ингибитор, антиплазмин. [4] Структура серпинов состоит из трех бета-листов, нескольких альфа-спиралей и реактивного контура на одном конце молекулы, связывающегося с протеазами. После стыка серпина с протеазой данный контур вставляется в бета-лист с образованием стабильного комплекса (серпин-протеаза). [4] У серпинов плохо сложенная структура, поэтому данные регуляторы находятся в принципиально метастабильном состоянии, что имеет решающее значение в проявлении ингибирующей функции. Метастабильность определяется размером и архитектоникой боковой цепи в районе Lys335. Замены лизина ведут к снижению ингибиторной активности (антитромбина-III). [3] Выявлена обратная зависимость между конформационной стабильностью и ингибиторной активностью. [4] Метастабильная нативная форма серпинов нужна для легкого преобразования в альтернативную конформацию (образования комплекса с ферментом). Отсюда широта функций серпинов - ингибиция протеаз, регуляция освобождения гормонов, участие в патогенезе болезни Альцгеймера (сборке нитей), участие в ремоделировании внеклеточного матрикса, активации системы комплемента, свертывающей системы крови, фибринолиза. [4]
Метастабильные состояния описаны и у ряда факторов транскрипции, гемагглютинина вируса гриппа, белков адгезии вируса иммунодефицита человека [4]; метастабильность белка предложена в качестве нового принципа основы поведенческих реакций и функций головного мозга [6]. За счет метастабильности регулируется функция белков, облегчая конформационное переключение. [4] Активно исследуется структурный дизайн молекул белков (петли, пустоты в структурах). [4] [Фибриллярные белки типа коллагена, агрегаты белков, видимо, относительно стабильны.]
Стабильные и метастабильные зоны, вероятно, присутствуют и в мембранах клеток. Регуляция гемостаза через изменение состояния мембран - более высокий уровень организации сложности. Детерминированные процессы больше ассоциируют с дискретными составляющими (молекулами), взаимодействующими во времени, структуры размерности два (мембраны) образуют сложные компартменты (наряду с сетями), клеточный уровень – уже система со своим холизмом и «Я». Иерархия «детерминизм – сложности (с индивидуализацией компартментов /клетки/) - холизм» не вписывается в классические теории, не признающие вероятностей и индивидуальное. Некоторые процессы являются принципиально неоднозначными [7]. Метастабильность (как особая форма стабильности /адаптивности, балансировки, равновесности/) – один из универсальных признаков самоорганизующихся систем.
Литература
1. Айдаралиев А.А., Максимов А.Л. Дисперсия физиологических показателей как характеристика состояния адаптированности коллектива // Физиология человека. - 1980. - Т. 6, N 1. - С. 121-127.
2. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979. – 298 с.
3. Im H., Yu M.H. Role of Lys335 in the metastability and function of inhibitory serpins // Protein science: a publication of the protein society [Protein. Sci.]. – 2000. - V. 9, N 5. - P. 934-941.
4. Lee C., Park S.H., Lee M.Y., Yu M.H. Regulation of protein function by native metastability // Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America [Proc. Natl. Acad. Sci. USA]. – 2000. - V. 97, N14. - P. 7727-7731.
5. Ohkubo Y.Z., Morrissey J.H., Tajkhorshid E. Dynamical view of membrane binding and complex formation of human factor VIIa and tissue factor // Journal of thrombosis and haemostasis. - 2010. - V. 8. – P. 1044–1053.
6. Scott Kelso J. A., Tognoli E. Toward a complementary neuroscience: metastable coordination dynamics of the brain // Downward causation and the neurobiology of free will understanding complex systems. - 2009. – P. 103-124.
7. Singh Harvir, Singh Amarjit. Principles of complexity and chaos theory in project execution: a new approach to management // Cost. Engineering . – 2002. - V. 44, N 12. – P. 23-33.
|
