Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 7. -
Вып. 2. - 2008. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTМ
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-18-html/TITL-18.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-18-html/cont.htm
УДК
14.62
Лимитирование ревитализации сердца энергетикой обмена как принцип оптимизации действия пептидов
Ó
2008 г. Тараненко А. М.
Показано, что математический
эффект предельноциклового режима «на краю» N-образной входной
характеристики депо-системы для миокарда (для режима малых депо клетки)
клинически может означать возможность осуществить районированную ревитализацию
ткани пептидами. Такой эффект был недавно клинически подтвержден А.Э.Горбуновым
(2008), на базе пептидов из
органопрепаратов (метод Х. Реккевега, 1985, Г.Блобеля, 1999, К.Е.Тойрера, 2002). «Краевой» режим депо-системы (полоса таких режимов) выделяется из
большого спектра других колебательных режимов депо-системы по принципу Е.Е.Селькова, минимума энергетических потерь
(максимума энергетической мощности) в круговом (футильном) цикле обмена
депо-системы. Показана полезность использования принципа лимитирования метаболической
энергетикой районной ревитализации сердца пептидами. Они участвуют в
пролиферации и специализации замещающих клеток. Эти клетки обеспечивают
повышение сократимости сердца и выздоровление или улучшение состояния кардиобольных.
Участие углеводного и жирового депо в патологии происходит через кальциноз,
процессы микроожирения в кардиомиоцитах, а участие белкового плеча депо в
ревитализации – через купирование апоптоза и промотирование ревитализации.
Оптимизация энергетики пептидами, как показано в модели, участвует в этом
процессе.
Введение
Кроме господствующих в
теории морфогенеза генетических и гормонально-генетических подходов (так
называемый «диктат генов»), а также изучения морфологических волн, в последнее
время интенсивно изучается морфоспецификация и настройка морфогенеза тканей
пептидами, в том числе при патологиях миокарда [1-6]. Модель, предложенная в
работе, представляет собой учет принципа лимитируюшей роли энергетических
ресурсов (депо) для понимания повреждений миокарда стрессом и патологиями.
Применение этого принципа для варианта депо-системы печень-мышцы и печень-сердце
показано автором ранее [7-10]. Также было показано, что нарушение
взаимодействия углеводного и белкового плеч обмена, и последующее нарушение
обмена жирового плеча приводит к кальцинозу и апоптозу кардиомиоцитов, а также
к микроожирению, ухудшающему сократимость миокарда, и что нормализация связи
углеводного и белкового плеча промотирует восстановление кардиомиоцитов. Здесь
будет показано, что связь энергетики и ревитализации (замещения клеток
миокарда) [3] улучшается при
использовании пептидов из органопрепаратов [6], за счет участия пептидов в
минимизации энергопотерь и в восстановительных процессах. Анализ модели
показывает, что математический эффект «активного края» рабочей зоны малых депо
у так называемой «входной характеристики» (Е.Е.Сельков, 1979 [13])
энерго-ревитализационного колебателя может быть получен с учетом регуляции
пептидами депо-системы. Они обеспечивают
энергоэкономное состояние депо-системы, и запуск процессов
восстановления кардиомиоцитов, через улучшение работы белкового плеча депо [11].
Модель недавно подтверждена [7] клиническими успехами в улучшении сократимости
сердца, одной из важных задач кардиологии. Математические эффекты, полученные
здесь теоретически, позволяют найти
возможность обратить патоморфогенез в формирование лакун улучшения
сократимости. В клиники есть убедительные данные, что в волокнах Пуркинье,
пучке Гиса, перегородке, предсердиях, желудочках имеется районирование
интенсивности (неравномерность) ревитализации [12], управляемое специфическими пептидами
[1], [3]. Пептидные биорегуляторы рассматриваются в
работе, как ростовые дифференцирующие факторы стволовых клеток и как адаптогены
при стрессе.
1. Математическая модель. Анализ модели
Модель энергетики печени Е.Е.Селькова
[13], была ранее распространена автором
на случай печень-мышца (сердце) [7-10]. Она представляет собой расширение
модели Селькова на случай новых переменных - энергетика-ревитализация, вместо
прежних катаболизм-анаболизм у Е.Е.Селькова. Обмен веществ в клетке
представляет собой амфиболизм, т.е. субстратный круг, состоящий из двух
полуциклов – катаболизма и анаболизма
V+
V1 -------> V2
« S1
S2 « , (1)
<-------
V-
Здесь V+ - скорость катаболизма, V- - скорость анаболизма, V1 и V2 - скорости
притока и оттока в субстратный цикл. В гликолизе S1 и S2 это глюкоза и лактат. V+ - скорость гликолиза. V- - скорость глюконеогенеза.
Реально гликолизом/глюконеогенезом управляет фосфофруктокиназно/бисфосфатазный
цикл (ферменты прямой и обратной реакции), с участием фруктозо-6-фосфата (S1=X) и фруктозо-бис-фосфата (S2=Y). После нормировочных замен
х=Х/Х0, y = Y/Y0, субстратный цикл (1) может
быть описан моделью [14]:
V1 - V ,
(2)
m2 
V2 + V , (3)
где V1 = V1max
- k1 x, V2 = V2max
- k2 y, V = V+ - V- = x
- y / (x + y + y5), (4)
параметры модели и ее подробный анализ приведены в [14].
Принцип
Е. Е. Селькова минимума энергетических
потерь в субстратном цикле (1) может быть описан следующим образом [13]. Если в
субстратном цикле (1) V+ = V- , то субстраты цикла S1 и S2 ходят по кругу, на что бесполезно тратится АТФ, и
субстратный цикл (1) превращается в футильный (бесполезный) цикл (ФЦ). Во
избежание этого должны существовать регуляции реакций цикла (1) такие, что
совершается либо полезная работа распада веществ и запасания энергии, либо
затрат этой энергии на ресинтез веществ или пролиферацию. Это регуляции могут
быть внутри субстратного цикла, как это выбрано в (4), либо осуществляться
извне гормонами или пептидами, управляемыми уровнем субстрата S1, либо S2. Изучение литературы
показывает, что гены синтеза гормонов и трансмиттеров (в том числе у клеток
нейронов мозга), которые контролируют параметры мощности клеток, обновления
клеток, остроты памяти, пролиферации, контролируются ключевыми веществами
энергетического метаболизма (банк EMP Е.Е.Селькова). Энергетические потери в цикле (1)
описываются формулой
r1 = 
/ 
(5)
для верхней половинки цикла, и аналогичной формулой
для r2, описывающей нижнюю
половинку цикла. Общая рециркуляция в цикле по обоим полупериодам (0, T1) и (Т1, Т2),
где T1+T2=T, должна быть минимальна,
чтобы энергетическая мощность субстратного цикла была максимальной.
В случае стресса, повышения
нагрузки, процессы в митохондриях по принципу обратной связи регулируют
интенсивность гликолиза (прямой и обратный эффекты Кребса), но регуляция потерь
в цикле, гармонии прямой и обратной реакций осуществляется при этом циклом
автономно. Регулируемый ФЦ
математически представляет собой колебательную систему с предельным циклом.
Полпериода система проводит в «верхнем» состоянии (зарядка энергетических
батарей) и полпериода в нижнем, выполняя различные клеточные работы. Анализ
такой модели производится с помощью построения входной квазистационарной
характеристики. Поскольку параметр m2 в (3) согласно экспериментальным
данным, мал, то это позволяет исключить из уравнений (2)-(3) переменную y, и
получить уравнение
dx/dt
= V~(x)
c N-образной
входной характеристикой, вокруг которой «навивается» предельный цикл. Система
(2)-(3), т.о., представляет собой биохимический колебатель (осциллятор),
триггер.
В
реальном метаболизме субстраты пополняются не только извне, но и черпаются из
метаболических депо. Например, для гликолиза это гликоген. S1 в этом случае включен в
субстратный цикл S1ÛD, подобный циклу (1), но
только теперь это замкнутый цикл с тупиковым депо-веществом. Здесь D –
концентрация депо-вещества, Vd = V+d - V-d – нетто-скорость
депонирования, состоящего из полуцикла запасания вещества и полуцикла
мобилизации вещества из депо.
Описание триггера,
подключенного к депо (депо здесь -
переменная z).
md bd Vd (6)
v1 - v - Vd , m2 
V2 + V
(7)
Описание механизмов
депонирования нами рассматривалось в моделях D1-D5 [14-18]
D1. Vd = x - z (линейный, безферментный обмен).
Vd = x / (к +x) - b z /(1 + z) (ферментный обмен, одноцентровый
механизм)
Vd = xn / (к+xn) / (1 +z)
- b к z /(1 + z)/ (d + xn). (ферментный обмен депо, многоцентровый механизм).
D2. 
V1 - V - U1 +U2 , 
= U1
- U2 , 
md * (U2 - U3)
,
U1 = a x - b y1m,
U2= U2m y1
/(1 +C z) , U3 = U3m
z / (k + z ) - (три-депо модель; вставочный член в механизме депонирования).
D3. U3= U3 / (1 + C yn). (регулируемое
депо).
D4. 
md * (V1 - Vd) , 
Vd -
к1x - V, Vd = bd z / (1 + z ) /
(1 + к x).
(проточное депо, депонирование без депо).
D5. 
md * (V1 - Vd)
, e1 dx1/dt = Vd - x1, к1 - V, e2 dx2/dt = x1 - x2 ,
e3 dx3/dt = x2
- x3 , ... 
x n-1 - к1 x - Vd ,
Vd = bd z / (1 + z ) / (1 + k1 xm). (удаленное депо).
Механизмы D1-D3 позволяют
с последовательно увеличивающейся точностью описать депонирование в реальных
полиферментных системах, а механизмы D4 и D5 позволяют рассмотреть
важный для описания синтеза гормонов и пептидов случай проточного депо, где в
реакциях принимает участие предшественник гормона или трансмиттера z.
Входная характеристика для
медленной переменной z строится на основании того,
что математический параметр md мал. Он представляет собой отношение максимальной
величины субстрата и максимальной величины депо. Полагая Vd=0, и исключая из двух уравнений
для x и z одну из величин, мы можем построить входную
характеристику V~(z) для уравнения медленной
переменной dz/dt= V~(z) (Рис.1).
Принципиальный вид такой характеристики для моделей D1-D5 сходен.
В системе существует медленный предельный цикл, по аналитическому приближению
он «навивается» на входную характеристику. Участие депо «растягивает» в тысячи
раз период биохимии гликолиза, от минут до суток. Прямой счет в модели
показывает возможность более долгих, сезонных ритмов [8-10].
2. Биоинформатика пептидов
Мембранные рецепторы, в большинстве
своём сложные белковые
структуры, располагаются с внешней и внутренней стороны клеточной мембраны, на поверхности рибосом, аппарата Гольджи,
ядерной мембране и обладают в разной степени способностью специфически связывать гормоны и пептиды. Способность к активному и избирательному связыванию биологически активных веществ
у рецепторов меняется с течением времени и зависит от многих внутри- и внеклеточных факторов, гомеостаза организма в
целом, от развития патологических процессов и собственно от способности к
связыванию с рецептором молекулы биологически активного вещества (аффинитет лиганда). Пептидные регуляторы
влияют на различные звенья иммунной системы, в частности, на иммунозависимое
атопическое воспаление в миокарде, являющееся причиной апоптоза клеток, и
снижения сократимости миокарда (противовоспалительные пептиды). Пептидные биорегуляторы также могут быть ростовыми дифференцирующими факторами для стволовых клеток,
важными для заместительной терапии сердца (пептиды-ревитализаторы). В организме человека
постоянно происходит регуляция всех функций, в том числе сократимости миокарда,
с помощью нервной и эндокринной систем. Особенностью функционирования
эндокринной системы является передача информации в форме различных химических
веществ, большая часть которых имеет полипептидную природу. Для коррекции
регуляции нарушенных функций эндокринной системы недавно были созданы пептидные
биорегуляторы - лекарственные средства, аналогичные физиологически активным
веществам, вырабатываемым в организме человека. Кузник Б.И., Морозов В.Г.,
Хавинсон В.Х. (1998) считают, что пептидные биорегуляторы осуществляют перенос информации,
необходимой для нормального развития, функционирования, и взаимодействия органов
и тканей. Нарушение медиаторной регуляции и переноса специфической информации
ведет к развитию патологии межклеточных коопераций, что сопровождается
снижением устойчивости организма к повреждающим факторам внешней и внутренней
среды. Морозов В.Г., Хавинсон В.Х. (1992) выдвинули предположение о наличии в
организме биологических регуляторов, осуществляющих перенос биологической
информации, необходимой для нормального функционирования, развития и
взаимодействия клеточных популяций. Авторы сформулировали представление о новом
классе информативных молекул – цитомединов и разработали принципиально новый метод
лечения – биорегулирующую терапию.
Цитомедины относятся к классу полипептидов,
имеют молекулярную массу от 1 до 10 КДа; обладают способностью индуцировать
процессы специфической дифференцировки клеток, являясь исходным материалом для
их получения (цитомедины-ревитализаторы). Цитомедины (Кузник Б.И., Морозов
В.Г., Хавинсон В.Х., 1998) способствует восстановлению и сохранению
регуляторных механизмов синтеза необходимых белковых субстратов, что приводит к
нормализации гомеостаза и повышению интенсивности защитных функций организма
(цитомедины белкового плеча). Цитомедины (В.Г. Морозов, В.Х. Хавинсон, 1983)
обладают широким спектром биологической активности и участвуют в координации
функций организма. В настоящее время семейство регуляторных пептидов
насчитывает несколько десятков известных соединений, причем число их постоянно
увеличивается. По химическому составу регуляторные пептиды представляют собой
соединения полипептидной природы, состоящие из нескольких аминокислот,
являющихся универсальными посредниками клеточных популяций. Цитомедины выделены
практически из всех органов и систем животных и человека. Доказано, что
цитомедины, независимо от того, из каких органов, тканей или клеток они
выделены, влияют на клеточный (депо-зависимый) и гуморальный иммунитет,
состояние системы гомеостаза, изменяют перекисное окисление липидов, фагоцитоз (регуляция
атопического воспаления) и другие защитные реакции организма. Однако это
действие зависит от характера цитомединов и от применяемой дозы. Методом
хроматографии разделили цитомедины на фракции, оказывающие различное действие
на физиологические процессы в организме. В последние годы доказано, что
цитомедины постоянно синтезируются в организме, расположены на поверхности и
отсутствуют в ядерной, митохондриальной и лизосомальных фракциях клетки. Цитомедины
могут изменять деятельность желез внутренней секреции и функций нейропептидов
(Морозов В.Г., Хавинсон В.Х., Яковлев Г.М, 1992), влияя как нейромедиаторы на
функцию центральной и вегетативной нервных системы. Рыжак
Г.А., Малинин В.В., Платонова Т.Н. экспериментальными и клиническими
исследованиями показали, что кортексин нормализует метаболизм нейромедиаторов и
регулирует различные нейромедиаторные системы,
перекисное окисление и метаболизм серотонина в коре головного мозга
(цитомедины-гормонопротекторы), нормализует биоэлектрическую активность
головного мозга, повышает концентрацию и устойчивость внимания, улучшает
память, устраняет явления церебральной астении (противоастенические цитомедины).
Экспериментальное изучение нейротрофического действия семакса (Шеремет Н.Л. и
соавт., 2005) показало, что при его применении происходит стимулирование
выработки в глиальных клетках нервной ткани различных нейротрофических
факторов, повышающих жизнедеятельность нейронов (цитомедины-нейроэнергизаторы).
К ним относятся: нейротрофический фактор (BDNF) и фактор роста (NGF).
В клинике пептиды применяются
в составе органопрепаратов. Биомолекулярный состав цитоплазмы клеток и,
соответственно, органопрепаратов довольно широк, и до конца не изучен. С точки
зрения биохимии, это - аминокислоты, белки (корректоры белкового плеча обмена) и
пептиды (составляющие по удельному весу более 50%); нуклеиновые кислоты,
углеводы, липиды (коррекция амфиболизма)),
микро- и макроэлементы, витамины (коррекция энергетики), антиоксиданты (коррекция
токсикоза) и др. С точки зрения выполняемых функций, это – в основном биорегуляторы.
Физиологические эффекты и полный состав
их ещё не известен, но интенсивно изучаются.
К основным биорегуляторам, по данным Березова Т.Т., Коровкина Б.Ф., (1998), Ролика И.С.
(2003), входящим в состав органопрепаратов, относятся:
-
цитокины или факторы роста, интерлейкины,
маркёры апоптоза, факторы стволовых клеток, ростовые дифференцирующие факторы
стволовых клеток (агенты заместительной терапии),
-
ростовые нейротрофические факторы, как защита
от апоптоза стволовых клеток, эритропоэтин, тромбопоэтин и фактор роста
мегакариоцитов, макрофагальный и гранулоцитарный колониестимулирующие факторы,
факторы некроза опухолей, факторы ингибирования или тканевые ингибиторы,
факторы адгезии, макрофагальные белки воспаления, хемотаксические факторы,
хемокины и др., интерфероны (защита от различных форм токсикозов);
-
прогормоны и гормоны, ферменты, действие
которых разнообразно и во многом хорошо изучено, в т.ч. эритропоэтин и
колониестимулирующие факторы, активирующие пролиферацию и дифференцировку
стволовых гемопоэтических клеток (ревитализаторы);
-
другие индуцирующие вещества, направляющие
развитие клеток по требуемому пути (например, в органопрепаратах костного мозга
- ВМР-белки или костные морфогенетические белки, индуцирующие дифференцировку
стромальных клеток в остеобласты, в органопрепаратах сосудов и соединительной
ткани – ростовые факторы кроветворения или колониестимулирующие факторы, оказывающие
влияние на гемопоэз) (ревитализаторы);
-
клеточные медиаторы – цитомедины,
обеспечивающие процессы регенерации и репарации, практически все стороны
жизнедеятельности клеток и тканей;
-
антиоксиданты (ферменты супероксиддисмутаза,
каталаза, пероксидазы, церуплазмин, ряд малых молекул типа глутатиона, а также
витамины, каротиноиды, убихиноны, синтезируемые или находящиеся в клетках)
(защита от токсикозов);
-
белки теплового и холодового шока, выполняющие
антиоксидантные и защитные функции (детоксикоз). Пептидные
регуляторы – не только носители биомолекул клеток или клеточного метаболизма,
но и носители сигнала (комплекса сигналов, в т.ч. сигнальных молекул) о
состоянии гомологичной ткани или органа. Это обуславливает информационную
составляющую органопрепаратов.
3. Моделирование роли пептидов в оптимальной энергетике
Функции пептидов многообразны, это противовоспалительные пептиды,
пептиды-ревитализаторы, цитомедины-ревитализаторы,
цитомедины белкового плеча; цитомедины, влияюшие на клеточный (депо-зависимый)
иммунитет, цитомедины-гормонопротекторы, противоастенические цитомедины, цитомедины-нейроэнергизаторы.
Органопрепараты также имеют несколько функций - корректоры белкового
плеча обмена, органопрепараты - корректоры амфиболизма, энергизаторы, детоксикаторы.
Существует
принципиальный вопрос, как увязать эти функции в единой картине метаболизма. На
наш взгляд, депо-модель позволяет это удобно сделать. Переход от депо-моделей
для клетки к депо-модели для органа (печень) осуществляется следующим образом.
Клетки печени по фазе синхронизированы, но может существовать и несколько
популяций (например две, в противофазе). Для величин субстратов S1 или S2, сумматорных по совокупности клеток, повторяется
по форме модель, написанная для одной клетки. Для того, чтобы обобщить модель
одного депо на учет всех депо (углеводы, жиры, белки (У, Ж, Б)), можно, в
первом приближении, рассмотреть так называемые метаболические качели УÛБ и УÛЖ. В
приближении синхронизации колебаний такие модели сводятся к модели одного депо.
Модель печень-мышца или модель печень-сердце имеет в основе метаболические качели УÛБ и УÛЖ.
Моделирование в более ранних работах показало, что значительные энергозатраты
при стрессах или патологиях обеспечиваются метаболическими качелями УÛБ.
Токсикозы (включая гнойное или атопическое воспаление) отравляют энергетический
метаболизм и способствуют снижению его эффективности, повышению футильной
рециркуляции. Поэтому для коррекции метаболизма нужны энергизаторы и
детоксикаторы, и корректоры белкового плеча. Эти функции могут выполнить
органопрепараты и пептиды (см.выше). Чрезмерное включение жирового плеча
(неправильный образ жизни, стрессы) приводит к одному из ключевых токсикозов. В
последнее время, наряду с известными нарушениями жирового обмена в форме
атерогенеза (жировые бляшки), стали придавать большое значение в повреждении кардиомиоцитов
атопическому воспалению.
Оно является защитной
реакцией организма, и, в частности, иммунитета, на атипичные (по жировому
составу) клетки миокарда. В норме миофибриллы нескольких клеток кооперативно
соединяются в тяжи, что дает мощность в несколько раз больше, чем в отсутствие
кооперации. При разделении фибрилл микрокаплями жира возникает падение мощности
сердечной мышцы в 2-3 раза, что приводит к нагрузочной стенокардии или даже к
сердечной недостаточности. Запуск процесса микроожирения производит кальциноз
(нарушение уборки кальция при стрессе, задержка натрия, и т.п.). Кардиотерапевтические
блокаторы, препятствующие превращению сверхординарных всплесков гормонов в
питающих сердце сосудах в кальциноз сосудов и миокарда, препятствуют
микроожирению, слабости мышцы, воспалительному процессу и апоптозу. Но, как
известно, после 1-3 месяцев действие блокаторов может снижаться (привыкание). К
недостаткам их относится и токсикоз печени и организма, снижающий энергетику
(ксенобиотичность лекарств, токсикоз). Кроме того, блокаторы не промотируют
восстановление кардиомиоцитов. Всех этих недостатков, по видимому, лишены
кардиолекарства нового поколения – органопрепараты (и, в частности, пептиды).
Они способны повернуть воспалительный процесс в инициацию его продуктами
процесса замещения. Замещение в несколько раз увеличивает мощность, энергетика
восстанавливается. Микрожир идет в потребы энергетического метаболизма.
Выше отмечалось, что
продукты футильного цикла участвуют в запуске позитивно регулирующих футильный
цикл гормонов и пептидов. Это, в первую очередь, гормоны и пептиды мозга и
эндокринных желез (неспецифическая регуляция). Но полезны могут быть и местные
пептиды сердца и его районов (специфическая регуляция). Участие пептидов,
регуляторов гормонов, такая своего рода каскадная система, здесь особенно
эффективна. Пептиды, энергизаторы нейронов также важны для улучшения регуляции
футильных циклов в кардиомиоцитах. Все эти предсказания модели частично
подтверждаются клиникой [7], частично
требуют новых, более детальных исследований. Клинически показано главное – что
органопрепараты, подобранные в соответствии с моделью, способны восстановить
сократимость сердца, увеличив ее в разы.
Изучение вопроса на
модели (6)-(7) открывает еще некоторые интересные детали. Если произвести настройку
модели по формулам (5) для r1 и r2,
устремляя энергопотери к минимуму (что отвечает применению лекарств-пептидов),
то мы получим ревитализационный режим в области малых депо. Система ослаблена,
но борется, и восстанавливается. Районированные в мозге, эндокринной и
иммунной, мышечной ткани пептиды (собственные и из лекарств природного
происхождения) и лекарства-органопрепараты, как показывает модель и клиника,
могут осуществить это чудо.
Выводы
1. Состояние углеводно-белкового обмена может играть
большую роль в выздоровлении. В частности, для купирования апоптоза или
атопического воспаления в миокарде, и нормализации нарушений жирового обмена,
их вызывающего, и запуска заместительных процессов.
2. Регуляторные пептиды могут обеспечить
энергетическую эффективность таких процессов.
3.Верхушка, клапаны сердца и нижняя часть желудочков,
как известно из клиники, неравномерно ремонтируются в ходе заместительной
терапии. Вероятно и это связано с отличием их вкладов в минимизацию энергопотерь,
и различием вкладов различных районных групп пептидов в ревитализацию сердца.
Этот вывод моделирования требует клинической проверки.
4. Ликвидация микроожирений может быть отнесена к
области нанотехнологий в биологии.
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой
программы № Б0209 «Интеграция науки и высшего образования», гранта № В0018
«Создание высокопроизводительного вычислительного кластера Пущинского научного
центра РАН», а также Соглашения о научном сотрудничестве между ГНЦ Института
физики высоких энергий и Институтом биофизики клетки РАН «Изучение физиолого-генетических и
биофизических механизмов выживания и сохранения активности биообъектов».
Автор благодарен Б. Г. Режабеку за обращение внимания на значение изложенных в работе идей для развития нанобионики, В. А. Непомнящих за новые данные по органопрепаратам и пептидам, А. Э. Горбунову за стимулирующие обсуждения механизмов кардиоиммунитета.
литературА
1. Андреева Л.И. Механизмы корригирующего действия
пептидного препарата из сердца при ишемии миокарда. Дисс. ... д-ра биол. наук. С-Пб., 1994, 288 с.
2.
Кузник Б.И., Морозов В.Г., Хавинсон В.Х. Цитомедины (25-летний опыт эксперимент.
и клинич. исследований). СПб., «Наука», 1998,310 с.
3.
Ролик И.С. Основы клинической фармакологии органопрепаратов. М., «РегБиоМед», 2004, 336 с.
4. Тойер К.
Биологическая иммунотерапия: способы изготовления и применения органопрепаратов
vitorgan,
сывороток, вакцин из аутокрови и другого биоматериала. Сб. патентов и статей за
период 1955-1996 г.г. М., 2007. 255 с.
5. Непомнящих В. А. Клинико-экспериментальное
обоснование применения малых лоз средств природного происхождения в комплексной
восстановительной терапии воспалительных и дистрофических заболеваний глаз. Дисс. ... д-ра медиц. наук. М., 2008. 165с.
6. Ферментные комплексы Transformation Enzime
Corporaion (TEC), США для заместительной и системной энзимотерапии,
фитопрепараты. М., 2006.
7. Тараненко А.М., Горбунов
А.Э. Нелинейные явления в кардиозаболеваниях, роль метаболических качелей в
нелинейном выздоровлении на базе органопрепаратов. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука-производство-технологии-экология».
Сборник в 7 т.т. Т.1 (ХФ, БФ). Киров, 2008, с.185-190.
8. Тараненко А.М. Нелинейно-синергетический закон
обострения в временной эффективности лечения, и его
экспериментально-клиническое обоснование. Математика. Компьютер. Образование.
Сборник научных трудов/Под ред. Г.Ю. Ризниченко. Т.12, Ч.1, Москва-Ижевск,
2005, с.80-91.
9. Тараненко А.М. Новая парадигма «адаптивной»
биомедицины для «омоложения» заболеваний и логарифмический во времени ход
исцелений как ее основной закон, Изв. МАНВШ, 2006, 36, № 2, 199-211.
10.Тараненко А.М. Временной гомеостазис на
фрактальном эффекте и его роль при купировании стресса, патологий, тренинге и
выздоровлении, Биофизика, 2007, Т. 52, №2, 362-366.
11. Мякишева С.Н. Индукция дифференцировки клеток
нейробластомы N1E-115 неспецифическими
факторами культуральных сред. Дисс. …
канд. биол.наук, Пущино, 2007.
12. Алехин М.Н. Сидоренко Б.А. Современные подходы к
эхокардиографической оценке систолической функции сердца. Кардиология, 2007,
Т..47, №7, с. 4-12.
13. Сельков Е.Е. Кинетика открытых полиферментных
систем. Дисс. … доктора физико-матем.наук, Пущино, 1979.
14. Тараненко А.М., Сельков Е.Е. Сравнительный
анализ механизмов обмена резервных веществ в клеточных часах. Биофизика, 1990,
Т.35, Вып. 4., с. 642-647.
15. Сельков Е.Е., Тараненко А.М. Эффект
депонирования без депо. Биофизика, 1991, Т.36, Вып. 5, с.850-854.
16. Тараненко А.М., Сельков Е.Е. Анализ
математической модели клеточных часов, описывающей механизм подавления паразитной
рециркуляции субстратов. Биофизика, 1994, Т.39, Вып.3, с.479-484.
17. Тараненко А.М., Сельков Е.Е. Высокоэффективное
подавление паразитной рециркуляции субстратов аллостерическими механизмами в
модели клеточных часов. Биофизика, 1997, Т.42, Вып.2, с.320-325.
18.
Тараненко А.М., Сельков Е.Е. Система реакций, угнетаемая конечным продуктом,
как механизм виртуального депонирования: генерация многообходных циклов. Биофизика,
1998, Т.43, Вып.2. с.403-411.
Limitation of heart revitalization by metabolic
energetics as a principle of optimization of peptide action
Taranenko A. M.
It was hypothesized
that the mathematical effect of the limit-cycle mode “on a side” of the
N-shaped input characteristics of the depot system for the myocardium (for the
cellular small depot mode) may indicate the possibility of a regional revitalization
of the heart tissue by peptides. A.E. Gorbunov has recently confirmed clinically
this hypothesis (2008) on the basis of peptides from animal organ preparations
(methods of H. Rekkeveg, 1985; G. Blobel, 1999; K.E. Toirer, 2002). The side
mode of the depot system (a band of such modes) is separated from a large
spectrum of the oscillatory modes of the depot system by the E.E. Selkov
principle: a minimum energy loss (a maximum of energy power) in the futile
cycle of the depot-system metabolism. The advantage of using the principle of
limitation by metabolic energetics of the regional revitalization of the heart
by peptides was shown. Peptides are known to participate in the proliferation
and specialization of substitutive cells. These cells contribute to a better
heart contractility and thus to recovery or improvement of cardiopatients. Participation
of the carbohydrate and fat depots in the pathology occurs via calcinosis,
microadiposis processes in cardiomyocytes, whereas the involvement of the
protein shoulder in revitalization – via the arrest of apoptosis and promotion
of revitalization. The optimization of energetics by peptides, as shown by the
model, is involved in these processes.
Подпись
к рисунку.
Рис.1. На рисунке
"изображен" триггер (осциллятор) энергетика-ревитализация. По
идеологии Е.Е.Селькова [13] принято "изображать" биохимический осцилятор
в виде математического образа так называемой N-образной "входной
характеристики", вокруг которой "навивается" предельный цикл. В
данной модели входная характеристика строится в переменных квазистационарной скорости
депо-системы как функции величины депо. Новизна результата моделирования в том,
что цикл "навивается" не вокруг всей характеристики, а на ее
"краешке". Ранее такие эффекты, по-видимому, не показаны в литературе.
Система слабая ("на краешке" малых величин депо), но «борется», и
ревитализация все-таки - идет (попеременно триггер включает то энергетику, то
ревитализацию), и именно в этом режиме и идет. Реально в настройке на такой
режим участвует регуляция от пептидов, и их
районной организации.
k=50. Остальные параметры
взяты из ранее исследованной работы [15]. Модель (6)-(7), D4. bd =30. md=0.0001.
Тараненко А. М. - старший научный сотрудник
Лаборатории метаболического моделирования и биоинформатики Института
теоретической и экспериментальной биофизики РАН.
192290 г.Пущино Московской области, мр-он АБ,
дом 24, кв. 225.
84967-73-92-61
Institute of Theoretical and
Experimental Biopgyysics, RAS, Pushchino, Moscow Region
Институт теоретической и экспериментальной
биофизики РАН,
г. Пущино, Московсковская обл.
Поступила в редакцию 13.05.2008.