Д.м.н., профессор Петренко В.М.

ОЛМЕ «Реабилитация обездвиженных больных», Санкт-Петербург

УДК 611.01

Как устроен организм ?

Аннотация. Любая индивидуальная биосистема представляет собой комплекс опорных структур разного типа, несущих блоки разных регуляторных структур на всех уровнях организации биосистемы.

Ключевые слова: организм, функциональная морфология.

I. Введение. Жизнедеятельность индивида состоит из определенного набора взаимосвязанных процессов. Какие части тела индивида и как организуют каждый из таких процессов и жизнедеятельность организма в целом (связь формы с функцией) – в этом заключается предназначение функциональной морфологии многоклеточного организма, если быть кратким. Мы «привязываем» те или иные процессы жизнедеятельности организма к определенным его органам и обозначаем так определенные функции органов. Но поскольку клетка является наименьшей частицей или «кирпичиком» (конституентом) индивидуальной биосистемы, где хранится и начинает воспроизводиться ее наследственная информация, мы пытаемся понять, как клетки образуют тело индивида и организуют его жизнедеятельность.

II. Постановка задачи – рассмотреть принципы устройства организма.

III. Результаты. Клетка, ее части и соединения с другими клетками (микроокружение клетки или межклеточная среда / вещество) состоят из множества разных молекул и их соединений. Молекулярным проконституентом жизни является белок – молекула, способная к саморегуляции своей формы, начиная со вторичной структуры, изменения формы белковой молекулы сопровождаются адекватными изменениями ее микроокружения. Все остальные молекулы, в т.ч. нуклеиновые кислоты, используются белками в качестве инструментов для организации себя и окружения, где и находятся «инструменты» для оптимизации функционирования белков путем морфогенеза их надмолекулярных комплексов с разным составом и строением – ультраструктур клеток и их микроокружения. Нуклеиновые кислоты – это пассивный материал развития живых существ, пусть очень важный, но только инструмент для белков, организующих жизнь данного индивида. Именно белки формируют клетки, их органеллы и микроокружения, межклеточные контакты. Без последних невозможна организация тканей и органов, как впрочем без межорганных взаимодействий не происходит индивидуальная организменная интеграция [5]. Описано множество разных белков. Различие в их форме (β- и α-структуры) детерминирует качественно разную функциональную активность – морфогенез опорных и регуляторных ультраструктур в комплексе (плазмолемма, как пример). Формирование в клетках и между ними определенных наборов таких белков и их соединений, различных по составу и / или количественному соотношению, распределению в разных частях клеток, означает их биохимическую дифференциацию, детерминацию морфологической дифференциации клеток и надклеточных систем индивида.

Используем такой принцип классификации белков для тканей:

1. Эпителиальные ткани, в т.ч.

1.1 барьерные ткани, растут пластом, он может сворачиваться в крупную трубку, лежат на базальной мембране – опора для эпителия, к которой с другой стороны крепятся несущие конструкции (коллагеновые волокна);

1.2 железистые / секретирующие ткани, образуют сильно ветвящиеся мелкие трубки, в процессе роста окружают крупные трубки покровных эпителиев, регулируя их форму и положение, продуцируют вещества, изменяющие состояние внешней и внутренней среды организма (экзо- и эндокринные железы). Как вариант, одноклеточные железы как миниблоки вкрапляются в эпителиальные пласты – регуляторные блоки;

1.3 нервная ткань – особая разновидность с несущими конструкциями (нервные проводники) и регуляторными блоками (нервные железы).

2. Соединительные ткани, в т.ч.

2.1 опорные ткани – разной плотности, образующие скелет организма в целом и отдельных органов;

2.2 регуляторные ткани – рыхлые (специальные – кроветворные, т.п.) и жидкие (кровь, лимфа, т.п.);

2.3 мышечные ткани как особая разновидность, они могут рассматриваться как часть мягкого скелета регуляторного профиля.

Органы представляют собой сочетание нескольких тканей: одна или две из этих тканей определяют характерную функцию органа, остальные выполняют вспомогательные функции. Нередко такое подразделение тканей органа легко сводится к системе [регуляторный блок – опора], например, в железах – [паренхима – строма]. Полые органы – система эпителиальной трубки и окружающих оболочек, которые могут выполнять функции и несущих конструкций, и регуляторных блоков, одна из функций превалирует. Эпителий прежде всего регулирует различным образом, например, продвижение пищи по алиментарному тракту, мышечные слои в стенке органа способствуют этому и дополняют соединительнотканные слои как мягкий скелет органа. С другой стороны, покровный эпителий может рассматриваться как несущая конструкция для мелких эпителиальных желез в его составе и уж точно является таковой для секретов обособленных желез в их выводных протоках.

Сходные черты функциональной морфологии можно обнаружить при рассмотрении систем органов: 1) «эпителиальные», регулятивные (?) системы – пищеварительная, дыхательная, мочевая, женская и мужская половые; 2) «соединительные», 2а) опорная – костная / опорная и 2б) регулятивная – мышечная / двигательная. Но и здесь не все однозначно. Так пищеварительная система состоит из 2 частей: 1) пищеварительный тракт – эпителиальная трубка, окруженная соединительной тканью, служит прежде всего для проведения пищи с разной скоростью, включая функцию депо, т.е. несущей конструкцией; 2) пищеварительные железы регулируют состояние пищи путем продукции ферментов и других веществ. В составе обеих частей системы имеются структуры с иной функцией – железы в стенках тракта и выводные протоки желез.

А.Поликар [6], А.Хэм и Д.Кормак [7], Х.Йост [2], Э.Либберт [3] подчеркивают важное значение компартментализации внутренней среды организмов, начиная с клеток, для организации метаболизма, жизни в целом. Примерно с середины XIX века анатомы стали разделять органы человека на две группы – органы животной и растительной жизни, все тело – на сому и висцеру, а пути, проводящие жидкости и раздражение (сердечно-сосудистая и нервная системы), были выделены в особый отдел [1]. Тело человека устроено как многокамерная полость, ее стенки – сома. У эмбриона поперечная перегородка начинает подразделять общую полость его тела (целомическую) на вторичные полости, грудную и брюшную, постепенно превращаясь в диафрагму. У кольчатых червей септы разделяют тело на сходные по строению членики с автономными полостями – полимерное строение (большей части) тела. Подобное описано у членистоногих, у моллюсков происходит их сращение в разной степени – квазисегментарное строение тела, как у человека, хотя при гораздо меньшей сложности. На разных уровнях организации индивидов клапаны, трабекулы или септы подразделяют полости или вещество на компартменты. Значение компартментализации внутренней среды организма – ее дифференциация на разные части, их автономизация и специализация с концентрацией структур повышают эффективность функционирования организма. Так я объясняю функциональное значение полисегментарного устройства лимфатической системы [4].

Сегментация и компартментализация (разделение оболочек на отрезки и полостей на отсеки) представляют собой две стороны одного, единого процесса развития организмов в эволюции и онтогенезе – их тела и части подразделяются на автономные части (клетки и их органеллы, органы и т.п.). Формы и механизмы процесса автономизации могут быть разными, но его главное содержание и направленность всегда одинаковы – это повышение эффективности функционирования биосистемы, ее адаптивности и стабильности в условиях изменчивой среды обитания. Разделение автономных частей организма может происходить структурно (мембраны, оболочки) и топографически (оформление соседних комплексов разнодифференцированных клеток, например, вначале – эпителиальных, затем – эпителиомезенхимных), хотя в действительности обе формы в той или иной степени сопряжены. При этом мембраны и оболочки оказываются не монолитными образованиями (сплошными средами), а содержат постоянные или временные (подвижные) отверстия, поры или щели, которые могут быть ограничены клапанами в виде подвижных складок оболочек (истинные клапаны) или мембран (межклеточные контакты).

IV. Заключение. Предлагаю рассмотреть следующую схему устройства индивидуальной биосистемы – комплекс опор, несущих конструкции разного типа, в т.ч. регуляторные блоки на всех уровнях организации. Для дальнейшей корректной разработки проблемы следует рассмотреть основные свойства указанных систем: 1) сома / опорный блок, 1.1) кости (твердый скелет) – твердость, низкий уровень метаболизма, опорная и защитная функции; 1.2) скелетные мышцы – упругость, высокий уровень метаболизма, двигательная функция; 2) регуляторный блок, 2.1) сердечно-сосудистая система – циркуляция крови / транспорт вещества, энергии и информации, функция интеграции путем гуморальной связи; 2.2) нервная система – рефлексия, перенос информации, функция интеграции (управления, регуляции, контроля). Внутри комплекса образований этих систем (в полостях сомы) находятся внутренности, которые выполняют промежуточные функции. Подобное можно найти в клетке (структурные и регуляторные белки и их комплексы).

И все же – как устроен организм ? Если опуститься, как модно сегодня, на субклеточный уровень организации жизни, на уровень молекул, то может следующим образом: сеть белков разного вида в соединении между собой и с разными другими веществами, в разном агрегатном состоянии (квазитвердом, полужидком и жидком), с разной плотностью и разной конфигурацией. Центрами жизни становятся скопления соединений разных белков, нами определяемые как клетки, их центральные фигуры – хромосомы, тоже, между прочим, белки, но в соединении с нуклеиновыми кислотами, ДНК. Все границы в такой биосистеме весьма условны, установлены человеком, не без основания, конечно, но вряд ли ведомы самой биосистеме. Да и зачем ей это ? Быть может организм работает как система градиентов Чайлда или нечто ей подобное: формы движения на разных уровнях меняются.

Литература

1. Воробьев В.П. Анатомия человека. Руководство и атлас для студентов и врачей. – М.: ГИМЗ, 1932. – Т. 1. – 702 с.

2. Йост Х. Физиология клетки / пер. с англ.яз. – М.: Мир, 1975. – 864 с.

3. Либерт Э. Основы общей биологии / пер. с нем.яз. – М.: Мир, 1982. – 440 с.

4. Петренко В.М. Конституция лимфатической системы. – СПб: ДЕАН, 2014. – 60 с

5. Петренко В.М. Биология развития органов: организменная интеграция и морфогенез // Бюлл.науки и пр-ки. Электрон.журн. – 2016. – № 12(13). – С. 37-53.

6. Поликар А. Элементы физиологии клетки / пер. с франц.яз. – Л.: Наука, 1976. – 389 с.

7. Хэм А. и Кормак Д. Гистология / пер. с англ.яз. – М.: Мир, 1982. – Т. 1. – 272 с.