Введение
Конвергенция патологии с физиологией
Патофизиология (или физиопатология) — это область изучения, находящаяся на пересечении патологии и физиологии, посвященная нарушенным физиологическим процессам, которые вызывают, являются следствием или иным образом связаны с заболеванием или повреждением. Патология — это медицинская дисциплина, описывающая состояния, обычно наблюдаемые при заболевании, в то время как физиология — это биологическая дисциплина, описывающая процессы или механизмы, функционирующие в организме. Патология описывает ненормальное или нежелательное состояние, тогда как патофизиология стремится объяснить функциональные изменения, происходящие в организме в результате болезни или патологического состояния.
Этимология
Термин патофизиология происходит от древнегреческих слов πάθος (патос) и φυσιολογία (физиология).
Редукционизм
В Германии в 1830-х годах Йоханнес Мюллер возглавил создание самостоятельных физиологических исследований, отделимых от медицинских. В 1843 году было основано Берлинское физическое общество, в том числе для избавления биологии и медицины от витализма, а в 1847 году Герман фон Гельмгольц, вступивший в Общество в 1845 году, опубликовал статью "О сохранении энергии", оказавшую значительное влияние на сведение исследовательской основы физиологии к физическим наукам. В конце 1850-х годов немецкий анатомический патолог Рудольф Вирхов, бывший ученик Мюллера, перенес фокус на изучение клетки, утвердив цитологию в качестве основного направления физиологических исследований, в то время как Юлиус Конгейм стал пионером экспериментальной патологии в научных лабораториях медицинских учебных заведений.
Теория микробов
К 1863 году, вдохновленный докладом Луи Пастера о ферментации в масляную кислоту, француз Казимир Давен выявил микроорганизм как ключевой возбудитель сибирской язвы у крупного рогатого скота, однако его регулярное исчезновение из крови заставляло других ученых полагать, что это лишь побочный продукт разложения. В 1876 году, после сообщения Фердинанда Кона об обнаружении споровой стадии бактериального вида, немецкий коллега Роберт Кох изолировал бактерии Давена в чистой культуре — важнейший шаг, заложивший основы бактериологии как самостоятельной дисциплины, — идентифицировал споровую стадию, применил постулаты Якоба Генле и подтвердил вывод Давена, что стало значительным достижением для экспериментальной патологии. Пастер и его коллеги провели экологические исследования, подтвердившие роль микроорганизма в естественной среде посредством спор в почве. Что касается сепсиса, Давен вводил кроликам сильно разбавленное, незначительное количество гнилой крови, воспроизводил заболевание и использовал термин «фермент разложения», но оставалось неясным, относился ли этот термин, как и термин «фермент» у Пастера, к микроорганизму или, как считали многие, к химическому веществу. В 1878 году Кох опубликовал труд «Этиология травматических инфекционных заболеваний», который, в отличие от всех предыдущих работ, на 80 страницах, как отметил один историк, «позволил практически убедительно продемонстрировать, что ряд заболеваний, различающихся клинически, анатомически и по этиологии, могут быть экспериментально вызваны введением гнилостных материалов животным».
Научная медицина
Американский врач Уильям Уэлч обучался немецкой патологии с 1876 по 1878 год, в том числе под руководством Конегейма, и открыл первую в Америке научную лабораторию — лабораторию патологии — в больнице Беллвью в Нью-Йорке в 1878 году. Курс Уэлча привлек студентов из других медицинских школ, которые в ответ открыли свои собственные лаборатории патологии. Медицинская школа Хопкинса, возглавляемая «Четырьмя всадниками» — Уэлчем, Уильямом Ослером, Говардом Келли и Уильямом Халстедом, — наконец открылась в 1893 году как первая медицинская школа Америки, посвященная преподаванию немецкой научной медицины, так называемой. Лаборатория Освальда Эйвери из Института Рокфеллера, ведущего американского специалиста по пневмококкам, была настолько обеспокоена этим докладом, что отказалась пытаться повторить его. Когда Эйвери уехал на летние каникулы, Мартин Доусон, британо-канадский ученый, убежденный в непогрешимости всего, что происходит в Англии, повторил результаты Гриффита, а затем добился трансформации и in vitro, открыв путь к точному исследованию. На момент публикации доклада Гриффита не было известно, что бактерии вообще обладают генами. Первая генетика, менделевская генетика, началась в 1900 году, но к 1903 году наследственность менделевских признаков была локализована в хромосомах, что дало начало хромосомной генетике. Биохимия возникла в том же десятилетии. В 1940-х годах большинство ученых рассматривали клетку как «мешок с химическими веществами» — мембрану, содержащую лишь свободно перемещающиеся молекулы в хаотичном движении, — а единственными особыми клеточными структурами считались хромосомы, которых, как таковых, у бактерий нет. Однако существование органелл в клетках оставалось спорным из-за нечеткой визуализации при использовании обычной световой микроскопии. В лаборатории Cold Spring Harbor на Лонг-Айленде, Нью-Йорк, Дельбрюк и Сальвадор Лурия возглавили Фаговую группу, в которой работал Уотсон, обнаружив детали клеточной физиологии, отслеживая изменения в бактериях при заражении их вирусами — процесс, известный как трансдукция. Ледерберг возглавил открытие генетического факультета в медицинской школе Стэнфордского университета и способствовал укреплению связей между биологами и медицинскими факультетами. В конце 1970-х годов, будучи президентом Мемориального центра рака Слоун-Кеттеринг, Томас сотрудничал с Ледербергом, вскоре ставшим президентом Рокфеллеровского университета, чтобы перенаправить финансирование Национальных институтов здоровья США на фундаментальные исследования механизмов, действующих в ходе развития заболеваний, о которых медицинские ученые в то время практически ничего не знали, поскольку биологи мало интересовались механизмами заболеваний. Томас стал для американских фундаментальных исследователей своего рода покровителем.
Болезнь Паркинсона
Патофизиология болезни Паркинсона заключается в гибели дофаминергических нейронов вследствие изменений биологической активности в головном мозге, связанных с болезнью Паркинсона (БП). Существует несколько предложенных механизмов гибели нейронов при БП, однако не все они полностью понятны. Пять основных предложенных механизмов гибели нейронов при болезни Паркинсона включают агрегацию белков в телах Леви, нарушение аутофагии, изменения в клеточном метаболизме или функции митохондрий, нейровоспаление и нарушение целостности гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), приводящее к сосудистой проницаемости.
Сердечная недостаточность
Патофизиология сердечной недостаточности заключается в снижении эффективности сердечной мышцы вследствие повреждения или перегрузки. Поэтому она может быть вызвана широким спектром заболеваний, включая инфаркт миокарда (при котором сердечная мышца испытывает недостаток кислорода и погибает), гипертонию (которая увеличивает силу сокращения, необходимую для перекачки крови) и амилоидоз (при котором неправильно свернутые белки откладываются в сердечной мышце, вызывая ее уплотнение). Со временем увеличение нагрузки на сердце приводит к изменениям в его структуре.
Рассеянный склероз
Патофизиология рассеянного склероза заключается в том, что это воспалительное демиелинизирующее заболевание ЦНС, при котором активированные иммунные клетки проникают в центральную нервную систему, вызывая воспаление, нейродегенерацию и повреждение тканей. Причина, лежащая в основе этого процесса, в настоящее время неизвестна. Современные исследования в области нейропатологии, нейроиммунологии, нейробиологии и нейровизуализации, а также клинической неврологии подтверждают представление о том, что рассеянный склероз – это не единое заболевание, а целый спектр.
Гипертония
Патофизиология гипертонии заключается в том, что это хроническое заболевание, характеризующееся повышением артериального давления. Гипертонию можно классифицировать по причине как первичную (также известную как эссенциальную или идиопатическую) или вторичную. Примерно в 90–95% случаев гипертония является первичной.
ВИЧ/СПИД
Патофизиология ВИЧ/СПИДа заключается в том, что после проникновения вируса он размножается внутри и уничтожает Т-хелперы, которые необходимы для подавляющего большинства адаптивных иммунных ответов. За этим следует начальный период, напоминающий грипп, а затем латентная, бессимптомная фаза. Когда количество CD4-лимфоцитов в крови падает ниже 200 клеток/мл, у ВИЧ-инфицированного человека развивается СПИД – состояние, характеризующееся дефицитом клеточного иммунитета и, как следствие, повышенной восприимчивостью к оппортунистическим инфекциям и определенным формам рака.
Укусы пауков
Патофизиология укусов пауков обусловлена действием его яда. Отравление пауком происходит, когда паук вводит яд в кожу. Не все укусы пауков сопровождаются введением яда – бывает сухой укус, и количество вводимого яда может варьироваться в зависимости от вида паука и обстоятельств укуса. Механическое повреждение от укуса паука обычно не представляет серьезной опасности для человека.
Ожирение
Патофизиология ожирения включает множество возможных патофизиологических механизмов, вовлеченных в его развитие и поддержание. Эта область исследований оставалась практически неизученной до тех пор, пока в 1994 году лаборатория Дж. М. Фридмана не обнаружила ген лептина. Эти исследователи предположили, что лептин является фактором насыщения. У мышей ob/ob мутации в гене лептина приводили к развитию фенотипа ожирения, что открыло возможность лептотерапии ожирения у людей. Однако вскоре после этого лаборатория Дж. Ф. Каро не смогла выявить каких-либо мутаций в гене лептина у людей с ожирением. Наоборот, было обнаружено повышение экспрессии лептина, что позволило предположить возможность развития резистентности к лептину при ожирении у людей.