Министерство образования Российской Федерации

Пензенский Государственный Университет

Медицинский Институт

Кафедра Хирургии

Реферат

на тему:

"Экстремальные состояния организма"

Пенза 2008

План

1. Клинико-термодинамические параллели в теории экстремального состояния организма

2. Формирование нового общенаучного направления

Заключение

Литература

1. 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. 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.

2. Формирование нового общенаучного направления

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.

Ранее 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. 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.

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. 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 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_{O 2} ). 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. 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.

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.

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).

Другим, не менее важным свойством "странных" аттракторов является их способность "притягивать" соседние режимы движения, хаотизировать и дезаптировать их. 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.

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% 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% от их фактического значения сопутствует увеличение Рао₂ только на 2–4% при РДСВ 3–4-й стадии. В тоже время уменьшение РИ и АМП на те же 10% в начальных стадиях посттравматической ОДН сопровождается увеличением Рао₂ на 14–15%.

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 многообразия 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.

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


8-09-2015, 19:34