Главная > Фракталы и хаос > От часов к хаосу: Ритмы жизни
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

9.4. Диагностика и терапия

Целью многих из тех, кто заинтересован в применении нелинейной динамики в физиологии, является развитие практических методов диагностики патологических состояний и выбора рациональных терапевтических стратегий для их лечения. Биологические

аспекты наших собственных исследований сосредоточены в основном на проблемах краткосрочной и долгосрочной регуляции клеточного цикла и клеточной пролиферации в применении к гематологическим нарушениям, динамике простых нейронных систем с обратной связью и действии одиночных и периодических возмущений на физиологические колебания. В ходе этой работы выяснился ряд возможных применений нелинейной динамики в клинической медицине. В качестве иллюстраций к вышесказанному мы кратко опишем некоторые возможные подходы, основанные на нашей работе и на работах других авторов.

Во многих клинических ситуациях периодическая стимуляция используется в качестве терапевтического воздействия на пациента. Примерами служат введение лекарств и использование электронных сердечных пейсмекеров и механических вентиляторов. В этих случаях может оказаться трудным установление строго контролируемой, устойчивой связи между навязанным ритмом и ритмами организма.

Например, у некоторых больных диабетом могут возникнуть трудности в установлении соответствующего графика введения инсулина. У этих больных периодическое введение инсулина в соединении с регулярным приемом пищи и режимом физической нагрузки оказывается неэффективным для поддержания уровня глюкозы в крови в нормальных пределах. Вместо этого могут иметь место нерегулярные флуктуации (например, при слежении за уровнем глюкозы в крови после его повышения). Для таких пациентов необходимо разрабатывать схемы введения инсулина, основанные на данных о текущем уровне сахара в крови и понимании динамики системы его регулирования.

Для повышения эффективности терапевтического действия механических вентиляторов и сердечных пейсмекеров были разработаны датчики, которые позволяют установить обратную связь между пациентом и механическим регулятором дыхания или сердцебиения. Такая связь позволяет облегчить управление этими приборами и избежать опасной конкуренции между навязанным ритмом и внутренними ритмами. Однако понимание деталей поведения этих устройств в их клиническом применении представляется чрезвычайно трудной теоретической проблемой из-за двухстороннего взаимодействия между этими ритмами.

Новое предложение об использовании периодической стимуляции в клинике было сделано одним из наших коллег, John Milton из Монреальского нейрологического института. Он высказал предположение о возможности подавления тремора с помощью периодической стимуляции. Этот эффект был бы аналогичен подавлению колебаний в сердечных клетках периодическими деполяризующими стимулами, как показал Guevara в 1984 г. Подобным образом, упорядоченное во времени медикаментозное лечение способствовало

бы подавлению припадков у эпилептиков с регулярной цикличностью заболевания.

Другой клинически важный случай взаимодействия между эндогенными и экзогенными ритмами связан с суточной периодичностью. Установление того факта, что циркадианные ритмы часто изменяются у людей с эмоциональными расстройствами, привело к попыткам лечить таких людей, восстанавливая нормальные фазовые соотношения между собственным циклом сна и бодрствования и нормальным 24-часовым циклом. Фазовый сдвиг циркадианных часов может осуществляться световым режимом, небольшими изменениями в режиме сна, навязываемыми в течение нескольких дней, и с помощью лекарств. Важно осознавать, что изменения в циркадианном ритме могут быть одним из проявлений, а не причиной эмоционального расстройства, так что устранение циркадианных нарушений не обязательно будет иметь лечебный эффект. Наконец, в связи с установлением факта, что бензодиазепины могут влиять на циркадианные ритмы у хомяков, возникла мысль о возможности того, что влияние поясных сдвигов во времени при перелетах на реактивных самолетах может быть уменьшено соответствующим введением лекарственных веществ, приводящим к фазовому сдвигу циркадианного ритма. Однако установление необходимых доз и графиков приема лекарств пока невозможно.

Исследования клеточного цикла и системы регуляции содержания клеток в крови привели к ряду предложений, касающихся людей с заболеваниями крови. Клинические данные и изучение динамики систем с обратной связью в регуляции гемопоэза (см. разд. 4.6) привели к признанию того, что у пациентов с заболеваниями крови можно ожидать появления колебаний и, вероятно, хаотической динамики. В исследовании периодического гемопоэза (ПГ, известного также в ранних публикациях как циклическая нейтропения) Mackey (1978) установил связь динамических изменений, обнаруживаемых в популяциях кровяных клеток у больных с ПГ, с бифуркацией в динамическом поведении популяции полипотентных стволовых клеток (ППСК), точно предсказав период колебаний, а также ряд других характеристик заболевания. Была высказана гипотеза о том, что бифуркация возникает в результате аномальной гибели клеток во время пролиферативной фазы в популяции ППСК. Гипотеза о том, что гибель клеток во время пролиферации ППСК может приводить к колебаниям, была впоследствии подтверждена исследованиями с использованием вызывающего гибель клеток у мышей Полагают, что подгруппа больных с апластической анемией страдает от той же самой патологии (аномальная гибель клеток), и на основе гипотезы о происхождении ПГ можно предположить, что у некоторых из этих больных должны возникать колебания в численности стволовых

клеток и более зрелых гематопоэтических клеток во время их восстановления. Это явление наблюдал Morley в неопубликованной работе.

Установление того, что у пациентов с заболеваниями крови может часто возникать цикличность, имеет важные практические применения. В отсутствие какой бы то ни было терапии в субпопуляции больных с XMЛ обнаруживаются заметные колебания уровней белых кровяных клеток между нормальными и повышенными значениями (см. рис. 1.8 и разд. 4.6). Неопубликованное исследование записей, полученных у пациентов из Онкологического центра при Госпитале Королевы Виктории в Монреале, позволяет предположить, что больные с XMЛ, подвергавшиеся хемотерапии, были также «цикликами» и что число их белых кровяных клеток могло спонтанно уменьшаться до нормы в отсутствие хемотерапии. Возможность того, что у пациентов с ХМЛ цикличность может быть либо регулярной, либо хаотичной, запутывает лечение. Действительно, сейчас статистика выживания для популяций пациентов с XMЛ остается такой же, какой она была в период с 1910 по 1948 г., несмотря на изобретение сложной хемо- и радиотерапии. Возможное объяснение этого (см. разд. 4.6) состоит в том, что некоторые пациенты умирают из-за того, что подвергаются терапии, гораздо скорее, чем если бы их оставили в покое, в то время как у других жизнь продлевается! Эта гипотеза исходит из того, что система регулирования уровня белых кровяных клеток работает в хаотической области, что позволяет предположить, что терапия будет эффективной только в том случае, когда действительно удастся овладеть всеми деталями этой регулирующей системы.

Необходимость в использовании подходов нелинейной динамики в терапии возникает не только в тех случаях, в которых имеют место периодические или хаотические колебания. Например, в случае пациентов, страдающих гипоплазией костного мозга различного происхождения (радиотерапия, хемотерапия), можно было бы полагать, что чем больше снижается потребность в продуцировании дифференцированных клеток популяцией ППСК, тем более выгодным это оказывается для восстановления ППСК и Их костномозговых потомков.

Развитием такого оригинального подхода послужило рассмотрение динамического поведения модели непрерывной пролиферации зрелых клеток, описывающей систему регулирования эритропоэза, в терминах теории нелинейного оптимального управления. Особый интерес представляет ответ системы гемопоэза на сильное уменьшение числа пролиферующих ППСК, наблюдаемое во многих случаях гипоплазии костного мозга, включая апластическую анемию. На основе такого анализа удалось показать, что существует оптимальный уровень потребности в зрелых эритроцитах на периферии, который допускает максимально возможное восстановление

популяции ППСК. Удивительно, что оптимальный уровень потребности в ППСК для эффективного восстановления не равен нулю. Этот результат был использован для разработки простой терапии таких патологий, основанной на уменьшении потребности в дифференцированных клетках-предшественниках эритроцитов. Это может быть достигнуто либо помещением больного в обогащенную кислородом среду, либо мощной трансфузией эритроцитов. Эти методы были успешно проверены в Кракове в Медицинской Академии Польши, но широкие клинические испытания не проводились.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление