Бойко Р.В., Дупленко Ю.К., Білько Д.І., Білько Н.М.
Національний університет "Києво-Могилянська академія", Київ, Україна
Кровотворення — це самовідновна система, яка віддзеркалює всі патологічні процеси, що порушують гомеостаз. Регуляція цих процесів дуже активно досліджується вченими всього світу. Спроба описати процес кровотворення мовою математики за останні десятиліття здійснювалася неодноразово. Тим не менше, і по сьогоднішній день кровотворна система як яскравий приклад системи оновлення потребує осмислення і узагальнення результатів у вигляді математичних моделей.
Аналіз даних літератури і результатів наших попередніх досліджень приводять нас до думки про потребу конкретизувати уже наявні поняття і закономірності процесів, які відбуваються у кровотворній системі. Нами було зроблено спробу проаналізувати кровотворення в нормі та у випадку дії токсикантів як стаціонарний процес проліферації і диференціювання кровотворних клітин і, використовуючи закономірності тих чи інших його етапів, перетворити їх у математичні формули.
Механізм підтримки кровотворення в організмі забезпечує продукування 300 млн. клітин крові у хвилину, принаймні за п'ятьма напрямами диференціювання. При стабільному кровотворенні співвідношення між ними у пропорційному відношенні підтримується приблизно на одному і тому ж рівні. Разом з тим, при збурюючих впливах продукція одних чи інших клітин різко змінюється.
Основу запропонованої стохастичної моделі становитиме схема кровотворення, запропонована Чертковим Й. Л. та співавт., 1991, 2002, з урахуванням думки, що розділення мегакаріоцитопоезу і еритропоезу від стовбурової кровотворної клітини (СКК) йде, ймовірно через стадію біпотентних еритроїдно-тромбоцитарних попередників. Модель базується на твердженні про те, що кровотворення в організмі підтримують СКК, закладені в ембріогенезі у певній кількості джерел, які витрачаються із цих джерел послідовно. Принциповими у запропонованій моделі стаціонарного кровотворення є припущення про незмінність у часі середніх тривалостей генераційних циклів усіх типів клітин, ймовірностей диференціювання і самовідновлення, а також ймовірностей вибору клітинами гілок кровотворення при диференціюванні. Такі припущення визначають модель кровотворення на тих проміжках часу функціонування системи кровотворення, на яких регуляторні механізми забезпечують незмінність згаданих параметрів (Бойко Р. В. і співавт., 2010).
Із запропонованої моделі випливає, що у випадку певного запиту збільшення ймовірності самовідновлення та середньої тривалості життя клітин відповідної гілки кровотворення забезпечує перехід системи кровотворення до іншого режиму кровотворення, у якому забезпечується збільшення продукції клітин вищезазначеного типу. Крім того, при стабільному кровотворенні у кровотворній системі у кожний момент часу присутні численні кровотворні попередники, які не вичерпали свій проліферативний потенціал і здатні до негайної і інтенсивної відповіді на відповідний запит.
Отримані висновки, підтверджені експериментально, можуть у подальшому слугувати основою для розрахунків числових показників тих чи інших популяцій клітин, необхідних для відновлення гемопоезу. Дослідження такої моделі сприятиме глибшому розумінню процесів проліферації та диференціювання у кровотворній тканині і тих програм, що забезпечують збалансовану проліферацію та диференціювання кровотворних клітин при стабільному стані та під час регенерації після збурюючих впливів токсичних агентів. Дана математична модель деталізує уявлення про роботу системи крові та може ініціювати нові напрямки досліджень у експериментальній гематології і токсикології.