И. Г. Акоев
Биофизика познает рак
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Ответственный редактор член-корреспондент АН СССР А. М. Кузин
Рецензенты:
доктор биологических наук Ю. Б. Кудряшов, кандидат биологических наук М. М. Виленчик
Введение
Бурное развитие физики в XX в., проникновение как ее подходов к сложным проблемам, так и ее методов и интерпретаций результатов исследований в биологию породили быстро прогрессирующую ветвь знания — биологическую физику. Объектами исследований биофизики являются низко- и высокомолекулярные соединения, важные в биологическом отношении, разнообразные одно-и многоклеточные организмы животного и растительного мира, биоценозы. Исследуются самые общие закономерности функционирования биологических структур и осуществления биологических процессов с точки зрения физики и математики, на основе которых в дальнейшем изучаются более конкретные вопросы. Среди этих закономерностей природа сил взаимодействия, кинетика процессов, самоорганизация и эволюция систем, механизмы преобразования энергии, механизмы подвижности, восприятия, переработки и хранения информации, механизмы влияния физических факторов, пути управления системами (рис. 1).
Биологическая физика все более становится теоретической основой современной биологии и медицины. Она состоит из трех основных разделов: молекулярной биофизики, биофизики клетки и биофизики сложных процессов.
В изучение рака много полезного вносят исследования всех трех разделов современной биофизики. Сложность изучения причин и механизмов развития злокачественных заболеваний заставляет использовать различные подходы к познанию нераскрытых тайн рака. Биофизика сложных процессов предложила свои подходы к изучению проблемы рака.
Биофизика сложных процессов исследует механизмы взаимодействия разных систем как в горизонтальном плане, т. е. между системами одного уровня организации, так и в вертикальном плане — между системами разных уровней организации.
Рис. 1. Явления и объекты изучения современной биологической физики (по Г. Р. Иваницкому)
В условиях все продолжающейся дифференцировки наук и углубления знаний о физических и физико-химических основах структуры и функции отдельных биологических процессов значение биофизических исследований взаимодействия их друг с другом, а также взаимовлияния их возрастает и становится необходимым при изучении явлений, возникших в результате изменения в нескольких и разных взаимодействующих системах.
Многие болезни как раз и являются следствиями нарушений не только в каких-либо отдельных системах организма, но и нарушений взаимодействия между ними. Обычно специалисты хорошо знают изучаемую ими систему и слабо — другие системы (например, гематолог хорошо знает систему кроветворения, но хуже — эндокринную систему). В то же время даже в пределах одной системы имеется также четкая дифференциация знаний по процессам, происходящим на разных уровнях ее организации. Гематолог-клиницист — специалист по заболеваниям крови — хорошо знает проявления таких болезней в клинической картине и в традиционных показателях лабораторного анализа периферической крови и пунктатов костного мозга, но нередко он менее хорошо знает гистологическую и морфологическую основу болезни (это прерогатива морфологов и патологоанатомов) и может недостаточно знать тонкости дифференцировки и пролиферации морфологически неразличимых стволовых клеток.
Еще сложнее обстоит дело с использованием в клинике достижений экспериментальной цитологии, цитогенетики, молекулярной биофизики и молекулярной генетики. Здесь имеются свои узкие направления знаний, объединить которые с целью интерпретации состояний целого организма чрезвычайно сложно.
Незнание или слабое знание биофизики межсистемных взаимодействий в механизмах развития болезней затрудняет получение ответов на основные вопросы — почему происходят те или иные явления, почему они происходят в данной последовательности, а не в иной и т. д. Особую сложность представляют предпатологические состояния, когда нет очевидных проявлений заболевания, когда организм уже не здоров и еще не болен.
Среди заболеваний, имеющих неблагоприятный прогноз, первое место занимает рак — разнообразные злокачественные опухолевые заболевания, и среди них лейкоз — рак крови (или лейкемия — белокровие), самое распространенное заболевание после воздействия радиации и многих токсических соединений. Характерной чертой раковых заболеваний является длительный, иногда чрезвычайно длительный (до двух десятков лет и более) скрытый период до появления клинических признаков и жалоб больного.