На соискание государственной премии Украины в области науки и техники. Наука на подступах к болезням цивилизации

«Все науки настолько связаны между собою, что легче изучать их все сразу, нежели какую-либо одну из них в отдельности». Мысль, изреченная Рене Декартом в XVII веке, в наше время особенно актуальна.

Очевидно, что дифференциация наук на более узкие специальные направления, позволившая добиться блестящих успехов в нашем понимании частностей мира, развела ученых по отдельным нишам, сделав диалог между ними весьма затруднительным. Научная Вавилонская башня…

В биологической науке два обобщения — двойная спираль ДНК и конфликт «биосфера— человек» — стали достоянием человечества в 50-х годах минувшего столетия. Дальнейшая разработка проблемы представляется как задача экстраполяции знаний, полученных на молекулярном уровне,— на клеточный, далее — на тканевой, а затем организменный, популяционный и биосферный уровни. Об одной из таких успешных попыток и пойдет речь.

Вперед, от частного к целому

Зависимость уровня здоровья населения от социально-экономических условий известна с незапамятных времен. До недавнего времени эпидемии были неотъемлемой составляющей как мирного времени, так и периодов войн, катастроф, разнообразных социальных катаклизмов. Тем более неожиданными оказались вспышка и стремительное распространение в наше время так называемых хронических неинфекционных заболеваний, обрушившихся на наиболее развитую — урбанизированную часть человечества. Согласно данным Европейского регионального бюро Всемирной организации здравоохранения, именно хронические неинфекционные заболевания составляют 77% всей заболеваемости в Европе и являются причиной смерти в 86% случаев. Крайне несовершенное по своей универсальности понятие об упомянутых болезнях объединяет обширную группу заболеваний, внешне, казалось бы, ничего общего между собой не имеющих. Здесь и сердечно-сосудистые заболевания, и воспалительные процессы, и онкологические поражения, и диабет, и разнообразные амилоидозы центральной нервной системы.

В далекой от европейского благополучия Украине смертность от хронических неинфекционных заболеваний составляет 82% в общей статистике смертности, при этом на долю сердечно-сосудистых нарушений приходится 61%. Примечательна и статистика распространения диабета второго типа, ряда хронических воспалительных и других хронических заболеваний, в 30% случаев приводящих к инвалидности. Столь же драматический характер имеет распространение таких заболеваний центральной нервной системы, какболезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, при этом наблюдается их «омоложение».

Мы все чаще становимся свидетелями перехода «из огня да в полымя», при котором терзавшие человечество на протяжении веков традиционные инфекционные заболевания начинают уступать место новым, до недавнего времени достаточно редким недугам.

Общей их особенностью является длительный, медленно прогрессирующий характер протекания и разнообразие причин возникновения и развития болезни. Нельзя не отметить и синхронность вспышки этих заболеваний, что заставляет заподозрить существование скрытых для внешнего наблюдения процессов, составляющих общую этиологию всей этой группы хронических неинфекционных заболеваний.

Подобные, до недавних пор в сущности лишь умозрительные предположения побудили украинских медиков и биологов, представляющих разные области современных медико-биологических знаний, объединиться в изучении указанной выше проблемы. На практике тем самым было оправдано предвидение Владимира Вернадского, что мы все более будем нуждаться «не в специализации по отдельным наукам, а в специализации по проблемам». Добавим от себя: особенно тогда, как в данном случае, когда речь идет о проблеме последствий антропогенного влияния на биосферу, возникновения так называемых болезней цивилизации». Именно на решение этой проблемы направлена работа «Молекулярные механизмы нарушения метаболизма белка: причины, следствия и пути коррекции», выдвинутая Институтом физиологии им.
А.Богомольца НАН Украины на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники. Ее авторы – ученые, представляющие научные коллективы нескольких теоретических и клинических институтов.

Закономерности природы — законы для человека

Деятельность человека, направленная на удовлетворение своих потребностей, без учета ресурсных возможностей биосферы и закономерностей ее функционирования, привела к тому, что цивилизация сознательно и в большей мере неосознанно поставила себя на грань гибели. Поскольку человек в своей деятельности попирает законы существования живого на Земле, он может быть «отторгнут» системой биосферы. Одним из механизмов такого отторжения и являются новые болезни, а также количественное и качественное перераспределение уже известных заболеваний.

Говоря о популяционном уровне проведенного исследования, нельзя не упомянуть сформулированную еще в конце 80-х годов прошлого столетия концепцию «чернобыльского СПИДа», то есть резкого снижения сопротивляемости организма вследствие долговременного воздействия малых доз радиации. Однако не менее весомым фактором оказывается воздействие традиционных загрязнений антропогенного происхождения, причем последствия долговременного воздействия допороговых и пороговых доз, концентраций техногенных химических загрязнителей среды обитания человека ничуть не менее опасны. Именно ими в значительной мере обусловлено резкое падение сопротивляемости организма у населения высокоразвитых и относительно благополучных стран. Кроме того, мощным неблагоприятным фактором здесь стал перманентный стресс, характерный для социума этих стран.

В упомянутой выше работе приведены результаты обстоятельного комплексного анализа причин, механизмов и последствий негативного антропогенного влияния на биосферу. Исследованы межсистемные связи и процессы во взаимодействии социума и биосферы, роль так называемых микроявлений и их проявлений на молекулярно-биологическом уровне. Впервые предлагается объяснение парадоксального на первый взгляд возникновения распространения болезней цивилизации.

От макропроцессов — к микропроцессам

Украинские исследователи одними из первых в мировой практике провели комплексное и многоуровневое исследование характерных для хронических неинфекционных заболеваний нарушений метаболизма, что, в свою очередь, позволило объяснить причины синхронной вспышки и стремительного распространения ряда новых болезней, обосновать на молекулярном, клеточном и популяционном уровнях их этиологию, разработать пути профилактики и коррекции.

Подобные достижения явились плодом, как уже указывалось, совместной работы специалистов разных областей — биохимии, физиологии, экологии, клинической медицины. Наравне с высокой квалификацией исполнителей именно вневедомственный и многоуровневый подход оказался ключевой составляющей, позволившей добиться успеха в решении комплексной проблемы.

В результате проведена совокупная оценка характерных для современной окружающей среды факторов воздействия на организм, выявлены ключевые пути и механизмы их отрицательного воздействия на нормальное протекание метаболических процессов, патологические следствия нарушения согласованности последних. Тем самым получено научно обоснованное объяснение причин характерного для нашего времени снижения сопротивляемости организма разнообразным негативным воздействиеям факторов окружающей среды.

Говоря об исследованиях, проведенных на молекулярном уровне, в первую очередь следует упомянуть обоснование принципа межмолекулярного согласования структурообразующих и клиренсовых (защитных и очищающих) систем организма. Убедительно показано, каким образом обеспечивается укладка белковых молекул в правильную, характерную только для этой молекулы конформацию, по каким критериям происходит распознавание чужеродных или «своих», но денатурированных белков на фоне многообразия нативных. Подобное отделение «чистых» от «нечистых» составляет неотъемлемое условие нормального функционирования белковых молекул и клеток организма в целом, причем поверхность любого белка рассматривается как набор малых структурных групп (микрокластеров), каждая из которых должна соответствовать принятому в данной системе набору структурных правил. Структурная группа, не соответствующая принятым в данной биологической системе правилам, превращается в своего рода «черную метку», вызывающую соответствующую реакцию клиренсовых систем организма. С другой стороны, роль структурообразующих систем сводится к исключению «чужих» группировок. Нарушение нормального функционирования хотя бы одной из систем процессинга белка неизбежно скажется на остальных, приведя к самым разнообразным по проявлению, но неизбежно негативным последствиям.

Существенным фактором нарушения межбелкового согласования оказывается функционально необоснованный протеолиз — неотъемлемая составляющая воспалительных и онкологических заболеваний. Предложены эффективные подходы к подавлению нежелательного протеолиза, доказана их высокая эффективность. Подробно рассмотрены последствия применения белковых препаратов, приводящих к формированию стойкой аутоиммунной реакции. В частности, изучена роль так называемых генетических полиморфизмов, определяющих генетически обусловленную предрасположенность к тем или иным заболеваниям.

Особое внимание уделено комплексному разноуровневому исследованию болезни Альцгеймера — одной из главных причин деменции?(приобретенного слабоумия) у людей старших возрастных групп. При этом исследования проводились как на уровне больного организма, так и на молекулярном и клеточном уровнях, с рассмотрением сопряженного с заболеванием ряда функциональных нарушений. При этом особое внимание было уделено изучению функционирования встроенных в клеточные мембраны белковых структур, ответственных за регуляцию работы клетки, — трансмембранных рецепторов и ионных насосов. Так, исключительно тяжелым проявлением функционально необоснованного протеолиза является уже упомянутая ранее болезнь Альцгеймера. Оказалось, что патологическое воздействие амилоидного пептида на нервные клетки обусловлено воздействием на так называемые кальциевые насосы — интегрированные в плазматическую мембрану белковые структуры, обеспечивающие поддержание жизненно необходимой концентрации ионов кальция внутри клетки. Нарушение кальциевого равновесия (гомеостаза) составляет весомый патофизиологический фактор, влияющий на характерные для болезни Альцгеймера функциональные нарушения центральной нервной системы.

Однако болезнь Альцгеймера — далеко не единственный пример патологического нарушения нормального функционирования ионных насосов и рецепторов клетки. В частности, существенные изменения в кальциевом гомеостазе наблюдаются при нейропатических осложнениях сахарного диабета и панкреатите. Их исследование не только относится к приоритетным направлениям современной физиологии, но и составляет необходимую основу для разработки методов их лечения. Проведенные исследования изменений внутриклеточных и мембранных структур позволили получить важную информацию как о путях и механизмах передачи нервного сигнала, так и характерных для диабета функциональных нарушениях. Экспериментально доказана эффективность ряда блокаторов кальциевых каналов, их перспективность в качестве возможных средств коррекции ряда обусловленных диабетом осложнений.

Как известно, к распространенным тяжелым заболеваниям относится сегодня и хронический панкреатит. Характерное для него осложнение — образование кальцификатов (камней) также опосредовано нарушением нормального функционирования механизмов, регулирующих перенос ионов кальция, увеличением их концентрации. Исследование механизмов, ответственных за трансмембранный перенос ионов, проведено на высоком методическом уровне, позволившем получить новые данные о механизмах кальциевого гомеостаза, понять этиологию обусловленных его нарушением заболеваний. Полученные данные представляются перспективными в плане разработки новых фармакологических подходов к терапии острого и хронического панкреатитов.

Исследования соискателей государственной премии — сотрудников ведущих научных учреждений НАН Украины и АМН Украины, результаты которых опубликованы в печати, имеют высокий индекс цитирования. Они отражены в обстоятельных статьях и монографиях у нас и за рубежом.

В заключение следует особо подчеркнуть, что идейным вдохновителем исследований, о которых говорилось выше, был недавно ушедший из жизни наш выдающийся современник и соотечественник академик Платон Костюк.