мои проекты
Фото Видео Блог Книги
Сергей Гольцов
служу искусству врачебного сомнения
РУС | ENG

3.1. Концептуальное обоснование проблемы исследования фенотипов клеток кожи

назад

 

Обозначенные вопросы обнажают проблему, которая формулируется следующим образом: как возможно увидеть и понять картину состояний кожи, открывающуюся на уровне исследования ее клеточных фенотипов, с практическим и теоретическим использованием знаний о последствиях динамики разнообразия её клеток?

Эта проблема является проблемой концептуального значения, по отношению к которой не ясно, как о ней думать, чтобы решить. В данной области исследовательской практики существенным оказывается то, что можно назвать дефицитом концептов для различения и объяснения новой реальности.

Разрешение обозначенной научной проблемы, обратившейся к клеточному уровню исследований состояний кожи, задумано вести на основе инструментария научно-технического направления, основанного российским ученым в области организационного управления и методологии разработки информационных систем С.П. Никаноровым, и построенных на его базе технологий концептуального анализа. Все они направлены на конструирование и синтез понятий в тех областях практики, которые нуждаются в концептуально строгих различениях реальности.

Применение концептуального анализа, конструктивно и всецело ориентированного на получение практически и теоретически значимых результатов, позволит теоретически развить итоги многолетнего исследования кожи человека. Особенно актуальным это видится в процессах модернизации дерматологии во всем мире.

Именно поэтому объект исследования в работе был определен состояниями кожи человека на уровне субпопуляций ее клеток, предмет исследования – свойства субпопуляций клеток кожи человека, определяющие фенотипическое разнообразие, а достижение цели данной работы послужит устранению несоответствия между новыми фактами и старыми способами их объяснения, в том числе посредством концептуального обоснования применения метода проточной цитометрии для оценки фенотипического разнообразия клеток кожи человека. 

Введение столь непривычного взгляда на решение проблемы сделано намеренно, в пользу максимальной объективности суждений. Результаты такого подхода, позволяющего глубже, полнее и точнее познавать свойства и закономерности изучаемого объекта, достигаются созданием концептуальных схем, представляющих собой отображение существующего материального мира. Существо подхода состоит в следующем.

1. В качестве основного инструментария анализа экспериментальных данных о состояниях и динамике клеточных субпопуляций выбрана технология, оперирующая концептами на основе строгих математических методов и позволяющая выводить логически непротиворечивые следствия из утверждений и предположений, полученных опытным путем. Основания для выбора концептуальных методов анализа по отношению к обнаруженной проблеме следующие:

Концепты используются в неразрывной взаимосвязи двух своих существенных граней: объема понятий и содержания. И поскольку клеточный уровень исследования состояний кожи напрямую выводит к исследованию структур субпопуляций клеток, образованных из различных множеств, то это дает шанс через исследование этих множеств как объемов стоящих за ними понятий выйти к содержанию данных понятий и концептуально различить все разнообразие состояний кожи;

Базовой логикой концептуальных методов является логика восхождения от наблюдаемого конкретного к мысленно абстрактному и через него – к порождению разнообразия мысленно конкретного. Это означает, что по ограниченному составу экспериментально полученных структур субпопуляций клеток может быть получено разнообразие всех теоретически возможных клеточных феноменов, что позволит выйти к теоретически полной картине состояний кожи. Такая возможность концептуализации экспериментальных результатов открывает простор научным исследованиям, существенно опережающим скорость появления новых заболеваний кожи;

Все операции над понятиями совершаются в концептуальной технологии инструментально. Для этого используются логико-математические средства: исчисление высказываний, математическая теория родов структур и аппарат ступеней множеств. Это позволяет методично и строго выводить все логические следствия из результатов синтеза понятий. Такими следствиями являются новые понятия, которые не были очевидны в начале концептуализации и не могли появиться в ходе поставленных экспериментов. Возможность инструментально порождать новые понятия позволит существенно усилить результативность экспериментальной дерматологии, выводя из экспериментов следствия, далеко выходящие за границы наблюдений.

2. Предлагается концептуализацию экспериментальных феноменов проводить в трех предметных областях, построенных в логике углубления различения состояний кожи:

  • Феноменология статичного состояния кожи. В границах этой предметной области могут быть получены концепты, определяющие полное разнообразие клеточных субпопуляций, разнообразие субпопуляций с различением в них разнообразия признаков клеток, состояний активности клеток, функций клеток в структуре конкретной пункционной биопсии кожи, структур функций субпопуляций и другие феномены, рассмотренные в статике;

  • Феноменология переходов состояний кожи (динамика состояний). В границах этой предметной области могут быть различены все виды изменений состояния кожи, построена типология динамик состояний кожи, установлено разнообразие цепочек возможных переходов, структур цепочек и другие возможные феномены изменения состояний кожи;

  • Феноменология обусловленных переходов состояний кожи. В границах этой предметной области могут быть представлены явления, возникающие при различных видах искусственного и естественного вмешательства в состояния кожи, в их динамику; типология вмешательств; типология теоретически возможных цепочек переходов между состояниями кожи, обусловленных вмешательствами, и другие феномены практического влияния на кожу.

3. Выбрана тактика осмысления предметных областей. Это решение связано с двумя обстоятельствами. Во-первых, результаты концептуализации одной, более простой предметной области неизбежно окажут влияние на исходные представления, необходимые для постижения другой, более сложной. Во-вторых, параллельно работе с предметными областями реализуется и экспериментальная ветвь дерматологии, ориентированная на исследование свойств кожи на уровне клеток.

Для построения ряда концептов в математическом аппарате родов структур, который задействуется в концептуальных методах, приняты исходные положения, выведенные из известных свойств клеток кожи. Они могут быть обобщены в следующих утверждениях:

  1. В создании феноменов состояний кожи участвует ограниченное разнообразие видов клеток, их двенадцать (К=12). Причем пять из них – одного типа (лимфоциты);

  2. Клетка каждого вида обладает определенным составом признаков, которые обнаруживаются с помощью маркеров – кластеров дифференцировки молекул на поверхности клеток (CD). Каждый маркер выступает в роли однозначного индикатора того или иного проявленного признака клетки;

  3. Количество CD по мере развития науки увеличивается, и их индикативная составляющая уточняется. Однако в каждом исследовательском акте применяется ограниченный состав маркеров. Разумеется, это влияет на точность распознавания разнообразия признаков клеток и разнообразия видов клеток;

  4. Количество потенциально возможных функций каждой клетки определяется комбинациями всех ее признаков;

  5. Количество взятых к изучению признаков ограничено – двадцать четыре для клетки каждого вида. Причем один из таких признаков характеризует конкретный вид клетки;

  6. Живые клетки активны всегда. Но их активность по-разному проявляется и влияет на состояние кожи. Активность клетки – это проявление ее определенной функции в структуре конкретной пункционной биопсии кожи. Если клетка не проявляет никакой функции, то можно говорить, что ее активность равна нулю, хотя она и жива. Принято считать, что при этом клетка пассивна;

  7. Клетки каждого вида могут проявлять (либо не проявлять) одну или сразу несколько различных функций. Это определяется составом (комбинацией) признаков клеток;

  8. Количество потенциально возможных функций каждой клетки определяется всеми комбинациями всех ее признаков;

  9. Клетки объединены в субпопуляции. В каждой субпопуляции участвует конкретная доля клеток каждого вида со своими разными функциями. При этом допустимы все теоретически мыслимые субпопуляции, поскольку ограничений на их разнообразие не существует либо они не известны;

  10. Субпопуляция с конкретным составом клеток, каждая из которых с конкретным составом функций, образует фенотип субпопуляции;

  11. Каждой комбинации фенотипов субпопуляции однозначно соответствует конкретное состояние кожи, выражаемое в клиническом или физикальном симптоме.

Эти утверждения служат основанием для порождения концептов, каждый из которых определяет класс возможных феноменов и позволяет различать разнообразие ситуаций, возникающих в коже при рассмотрении результатов ее исследований на клеточном уровне. Далее с короткими пояснениями приводятся лишь те концепты, которые определяют статичные феномены кожи. Их можно рассматривать как мгновенные «срезы» динамики ее состояний. Концепты приводятся в математическом аппарате родов структур, который задействуется в концептуальных методах.

Поскольку у любой клетки кожи каждого вида может проявиться любое сочетание признаков, то эта структура устанавливает полное разнообразие всех комбинаций признаков, которые только могут быть у клетки кожи любого вида. Учитывая, что каждая комбинация признаков клетки указывает на активность ее определенной функции, то эта структура выражает одновременно полное разнообразие функций, которые могут активировать клетки, независимо от их вида.

Если количество признаков каждой клетки равно Р, а по одному из них определяют вид самой клетки, то разнообразие комбинаций признаков и, следовательно, функций клеток может достигать числа 2 (Р-1)-1. Здесь учтено, что если никаких признаков клетка не проявляет (пустое подмножество признаков – ∅) , то она функционально пассивна. С учетом известного количества признаков клетки каждого вида (Р = 24) получается, что максимальная мощность гипотетического разнообразия функций одной клетки любого вида (F) составляет более 8 миллионов (конкретно: F = 8 388 607). Причем каждая из этих функций может быть различима.

С целью демонстрации возможностей метода возьмем базисное множество:

Х1 – множество признаков клетки любого вида, которые экспериментально обнаруживаются кластерами дифференцировки.

Родовое отношение будет выражено следующей структурой:

D1 ∈ B(Х1).

Тип этой структуры: «Множество всех подмножеств признаков клетки».

Пример 1.

Предположим, что у клетки не 24 признака, а всего 3.

То есть пусть множество Х1 = {a, b, c}.

Тогда комбинации из этих признаков образуются так:

В(Х1) = {{a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, {a,b,c}, {}}.

Выходит, что количество комбинаций равно 23. Без пустого множества, которое свидетельствует о пассивности клетки, количество «активных» комбинаций получается: 23-1.

Каждая комбинация – это функция клетки.

Стало быть, из трех признаков образуется семь комбинаций – семь функций:

{a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, {a,b,c},

  1      2     3       4        5        6        7.

Этот результат концептуализации позволяет определять каждую функцию клетки и разрабатывать способы ее активизации или подавления.

Попробуем расширить концептуализацию, взяв к обсуждению не только признаки клеток одного вида, а множество видов клеток. В этом случае:

Х1 – множество признаков клетки любого вида, которые экспериментально обнаруживаются специальными маркерами;

Х2 – множество видов клеток кожи. Это все те отличные друг от друга клетки, которые участвуют в создании феноменов здоровья кожи.

Родовое отношение имеет следующий вид:

D2 ∈ Х2 × В(Х1). Здесь «×» – знак декартового произведения множеств.

Тип этой структуры: «Множество видов клеток и множество их функций».

Эта структура определяет все ситуации, в которых необходимо различать конкретные видовые клетки со всеми их функциями. Разнообразие таких выделяемых комбинаций – более 100 миллионов (конкретно: F = 100 663 284).

Этот концепт полезен для постановки и решения узких теоретических задач в дерматологии. Так, рассмотрение клеток с их полным набором функций позволяет исследовать особенности действия всех функций каждой видовой клетки и понять, изменит ли влияние на кожу то обстоятельство, что одна и та же функция проявится у разных видовых клеток одновременно. Исходя из того, что количество видовых клеток К = 12, а количество функций каждой видовой клетки равно F = 8 388 607, то разнообразие составов «видовые клетки с их функциями» (S) равно S = K × F = 100 663 284. Разумеется, на эмпирическое изучение свойств всех этих ситуаций понадобятся годы. Но простор для теоретических исследований открыт.

Пример 2.

Предположим, что у нас только три клетки. То есть:

Х2 = {1. 2. 3}.

А у каждой клетки (из предыдущего примера) по 7 функций:

Х1 = {{a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, {a,b,c}}.

Тогда количество «ситуаций», когда три клетки могут выступать с разными наборами своих функций, определяется прямым произведением:

Х2 × Х1 = 1{a}, 1{b}, 1{c}, 1{a,b}, 1{a,c}, 1{b,c}, 1{a,b,c}, 2{a}, 2{b}, 2{c}, 2{a,b}, 2{a,c}, 2{b,c}, 2{a,b,c}, 3{a}, 3{b}, 3{c}, 3{a,b}, 3{a,c}, 3{b,c}, 3{a,b,c}.

Однако здесь еще не выражены реальные ситуации, при которых в конкретной панч-биопсии кожи обнаруживаются разные по количеству составы видовых клеток. В этом смысле более конструктивным и содержательно богатым следует признать концепт с другой родовой структурой.

Базисные множества этого концепта будут следующими:

Х2 – множество видов клеток кожи;

Х3 – множество функций клеток.

Родовое отношение имеет следующий вид:

D3 ∈ В(Х2 × В(Х3)).

Тип этой структуры: «Множество подмножеств видовых клеток вместе с множеством подмножеств их функций».

Она выражает все ситуации, когда в конкретной пункционной биопсии кожи можно рассматривать отдельно друг от друга такие субпопуляции, в которые собраны клетки всех видов (или лишь нескольких) вместе с их проявившимися функциями. Разнообразие их велико, но измеримо, конкретно это 2100 663 284.

Этот концепт открывает возможность различать фенотипы с полными/неполными наборами видов клеток со всеми разнообразными активностями функций, включая и те, в которых все виды клеток одновременно проявляют все свои функции:

  • Единичные виды клеток и их функции. Это все те фенотипы субпопуляций, которые определяются родом структуры;

  • Фенотипы субпопуляций, образованные из нескольких видов клеток (не всех) одномоментно вместе с их различными функциями;

  • Фенотипы субпопуляций, образованные клетками всех видов, причем каждый вид клетки проявляет одну-две из своих функций;

  • Фенотипы субпопуляций, образованные клетками всех видов, причем каждый вид клетки проявляет все свои функции одновременно.

На основе этого концепта уже можно ставить новые классы задач на исследования ситуаций здоровья/болезни с разными составами функций при полном наборе видовых клеток и других ситуаций.

Такие ситуации, возникающие вследствие эволюции состояний клеток кожи, являются «фенотипами субпопуляций» – важным диагностическим признаком, позволяющим судить о течении процессов в коже. Под фенотипом следует понимать совокупность функционально значимых маркеров, характерных для определенных стадий дифференцировки, пролиферации, активации или апоптоза. Относительное и абсолютное количество клеток, имеющих тот или иной фенотип, как раз и является конечным результатом состояний клеток.

Но в этих концептуальных конструкциях еще не учтены обстоятельства, когда в биоптате кожи оказывается какая-то определенная доля клеток каждого вида с конкретными (разными) функциями. Это будет другой концепт, который выразит полное разнообразие фенотипов субпопуляций клеток. При этом могут быть выражены необычные теоретически возможные ситуации. Например, когда при полном разнообразии клеток всех видов среди клеток одного вида окажутся клетки с разными наборами функций. Это принудит исследователей отвечать на серии вопросов о том, каковы свойства таких фенотипов субпопуляций клеток и как это сопряжено с патологиями, являющимися предметом изучения дерматологии, как науки о коже и ее заболеваниях.

Пример 3.

Предположим, что у нас только клетки трех видов. То есть:

Х2 = {1. 2. 3}.

А у каждой клетки (из предыдущего примера) по 3 функции:

Х3 = {m, n, o}.

Тогда получится увидеть (различить) следующие ситуации:

Ситуация 1: 1m,

Ситуация 2: 1n,

Ситуация 3: 1o,

Ситуация 4: 2m,

Ситуация 5: 2n,

Ситуация 6: 2o,

Ситуация 7: 3m,

Ситуация 8: 3n,

Ситуация 9: 3o,

Ситуация 10: 1n, 1o,

Ситуация 11: 1m, 2m,

Ситуация 12: 1m, 2n, 3o,

Ситуация …: 1m, 2m, 2n, 3n, 3o,

Ситуация …: 1m, 1n, 1o, 2m, 2n, 2o, 3m, 3n, 3o.

Результаты проведенной концептуализации указывают на то, что «единицей» исследования состояний кожи становится не картина ее патологических симптомов, а особенности субпопуляции клеток ее конкретного участка. Каждая субпопуляция, состоящая из клеток одновременно всех видов, отражает специфическую функционально-клеточную структуру элементарного фрагмента кожи и представляет собой ее специфический фенотип.

Строгость концептуальных различий позволяет выйти на широкий класс исследовательских задач в дерматологии, опирающейся на различия фенотипов субпопуляций клеток кожи, а переход от симптоматического подхода в лечении заболеваний кожи к фенотипическому является переходом к дерматологии нового типа – фенотипической дерматологии. В ее основание должны быть положены сведения о свойствах всех возможных фенотипов субпопуляций клеток кожи. Образованную на способе получения цитоиммунограмм и выраженную в схемах концептуального подхода фенотипическую дерматологию интересуют объективные факты, возможные для контроля и встречной проверки.

 

далее