Медицинская морфометрия

PDF

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Медико-биологические объекты и явления характеризуются большой сложностью и многофакторностью, что обусловливает высокие требования к надежности, точности и достоверности выводов каждого исследования. В то же время затрата сил и средств на плохо вопроизводимые, недостоверные работы создает только дополнительный «шум» информации, уводит исследователей по ложному пути, задерживая развитие более эффективных направлений. В связи с указанным повышение качества исследовательской и практической деятельности — настоятельное требование времени, главное условие научно-технического прогресса в медицине.
      Классическая нормальная и патологическая морфология человека накопила огромный фактический материал, объем которого продолжает расти на основе применения новых методов и техники исследования. Описательный характер этих исследований не во всех случаях достаточен для глубокого анализа сущности явлений, обобщений изучаемых процессов, возрастных, адаптационных и патологических изменений, так как требуется объективная оценка наблюдаемых изменений и их взаимосвязей. В связи с этим традиционные методы регистрации морфологических изменений, оставаясь базовыми, должны дополняться системным количественным исследованием.
      Переход на строго научный путь доказательств связан с дополнительными исследованиями, основанными на применении принципов и методов системной морфометрии. В более широком понимании морфометрия — это учение о правилах получения числовых характеристик изменений форм любой природы. Системное медицинское морфометрическое исследование включает в себя следующие этапы:
      1. Описание морфологического объекта.
      2. Собственно морфометрическое исследование — измерение и подсчет изучаемых объектов, дающие возможность получить ряд зависимых и независимых переменных величин.
      3. Статистический анализ, уточняющий, какие из этих переменных наиболее существенны.
      4. Математическое описание, дающее возможность отобрать наиболее важные переменные, характеризующие изучаемое явление (объект).
      5. Математическое моделирование, объединяющее наиболее важные переменные в систему, позволяющее выявлять роль каждого изучаемого фактора.
      6. Оптимизация математической модели, дающая представление о наилучших взаимодействиях этих переменных, обеспечивающая устойчивость системы и достижение ею определенного-состояния.
      7. Аксиоматизация — превращение гипотезы в доказанные закономерности и законы путем проведения проверки гипотезы на основе выполнения предшествующих этапов морфометрического исследования.
      Следует подчеркнуть также, что проведение статистического анализа и всех последующих этапов научного исследования невозможно без данных морфометрического и стереометрического анализа, который иногда игнорируется. От того, как созданы группы для исследования, в какой мере они представляют изучаемое явление, как проведено системное морфометрическое и стереометрическое исследование, будет зависеть объективность исходных данных, их пригодность для дальнейшей математической обработки, выявления закономерностей и законов.
      Собственный тридцатилетний опыт развития основ медицинской морфометрии позволяет автору представить читателю теоретические разработки и результаты их внедрения в практику изучения морфологии здорового и больного организма человека. Часть этих вопросов отражена автором в ранее изданных монографиях («Морфометрия в патологии», 1973; «Введение в количественную патологическую морфологию», 1980; «Системная стереометрия в изучении патологического процесса», 1981; «Системный стереометрический анализ ультраструктур клеток», 1984; «Количественная морфология и математическое моделирование инфаркта миокарда», 1984; «Проблемы патогенеза и патологоанатомической диагностики болезней в аспектах морфометрии», 1984, и др.), а также в циклах лекций, прочитанных на кафедре патологической анатомии Центрального ордена Ленина института усовершенствования врачей Министерства здравоохранения СССР.
      Цель руководства — помочь морфологу объективизировать исследование, провести квалифицированный анализ наблюдаемых явлений, сформировать стройную систему доказательств, что должно способствовать максимальному повышению достоверности выводов и заключений. Большинство подходов и методов анализа иллюстрировано соответствующими примерами. Приводимые справочные таблицы призваны облегчить проведение математического анализа получаемых данных.
      Первое руководство по медицинской морфометрии не лишено недостатков; все замечания будут приняты автором с благодарностью.
      Считаю своим приятным долгом выразить признательность своим многочисленным ученикам и последователям за развитие морфометрического направления в морфологии и поблагодарить
      Н. И. Яблучанского, В. Г. Губенко, В. П. Невзорова, О. Ф. Невзорову, Л. М. Непомнящих за помощь в подготовке отдельных глав руководства.
      Автор
     
      «Для натуралиста все — в методе» И. П. Павлов
     
      ВВЕДЕНИЕ
      Развитие современных морфологических исследований как в области патологии человека, так и в экспериментальной медицине базируется на совершенствовании методических подходов. Использование новейших технических средств и достижений обусловило лавинообразное нарастание потока сведений. Однако традиционный путь, заключающийся в описании строения структур и их систематизации, становится все менее продуктивным в связи с трудностью постоянного анализа и обобщения огромного количества фактов, получаемых на организменном, органном, тканевом, клеточном, ультраструктурном и молекулярном уровнях. Кроме того, морфологический метод изучения нормальных и патологически измененных органов основан на оценке зафиксированных, статичных моментов, соответствующих отдельным срокам исследования и взятия материала. Указанные обстоятельства создают дополнительные трудности в формировании динамических представлений о характере процесса в целом, так как требуют особых подходов к моделированию динамики морфогенеза, квалифицированного обобщения всех наблюдаемых на разных уровнях структурных изменений, расшифровки и интегральной оценки их взаимодействия. В ряде случаев ни опыт, ни интуиция морфолога не дают уверенности в достоверности оценки изучаемого явления, потому что исследователь, использующий традиционные методы, не всегда может точно определить размах возможной ошибки своих заключений, значение и «вес» полученного фактора в общем развитии процесса, степень его связи с другими изменениями.
      Последние десятилетия развития биологии и медицины характеризуются расширением применения принципов и методов смежных наук, шроко использующих математический аппарат. В связи с этим критерием развития теоретических аспектов любой отрасли знания по праву становится степень их квантификации, т. е. интенсивность использования количественных подходов, применение математического моделирования для доказательства обнаруженных закономерностей. Математические методы не только увеличивают точность описания изучаемых явлений, но и значительно усиливают логику доказательств.
      Возрастающее использование принципов и методов математики в естественных науках сказывается на развитии современной медицины и патологии. Успешно развивается морфометрическое направление в нормальной и патологической анатомии и гистологии человека. Количественная морфология как научное направление уже получила официальное признание на Международном стереологическом конгрессе (1961); в настоящее время ведутся обобщение и систематизация накопленных знаний по объективизации процесса морфологических исследований, расширяются попытки применения аппарата морфометрии и математики в изучении особенностей структурной организации живых систем и их перестройки в условиях патологии. Этот подход призван упорядочить противоречивые представления о многих проблемах морфологии, патологии и патологической анатомии, значительно улучшить диагностический процесс. Следовательно, хорошо зарекомендовавший себя путь морфологического исследования, основанный на описании, классификации и синтезе получаемых данных, должен быть по возможности углублен объективизацией учета наблюдаемых изменений путем квантификации для дальнейшего системного математического анализа.
      На системном подходе основываются принципы количественных исследований морфологии нормальных и патологических процессов, состояний и болезней, включающие в себя планирование наблюдений, морфометрический и морфолого-статистиче-ский анализ, математическое описание и моделирование процесса и, наконец, представление полученных данных в виде закономерностей и законов.
      Новые возможности морфологического исследования открыли методы морфометрии и ее разделов — стереологии и стереометрии, изучающие пространственные свойства структур и их взаимосвязи. Организация в 1961 г. Международного стереологиче-ского общества с печатным органом «Acta stereologica», состоявшиеся 6 международных стереологических конгрессов, 3 европейских конгресса, многочисленные симпозиумы, посвященные морфометрии, в СССР, ГДР, Франции, Финляндии, Италии, в скандинавских странах, издание журнала «Cytometry» и сборников «Морфометрия и математическое моделирование патологических процессов» свидетельствуют об успешном развитии количественной морфологии и возможностях ее компьютеризации.
      Морфометрическая характеристика нормальной и патологической морфологии человека дает возможность применить весь комплекс современного математического анализа объектов и явлений с применением диагностической и электронно-вычислительной техники, поднять изучение морфологии человека в норме и патологии на качественно новый уровень, способствовать развитию теоретической (математической) патологии, распознаванию морфологических образов и решению многих проблем медицины.
     
      Глава 1
      НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ИЗУЧЕНИЮ МОРФОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА
     
      В последние десятилетия биология и медицина входят в новую фазу развития, связанную с постепенной математизацией отдельных разделов этих наук, так как традиционные описательные подходы к новым данным, получаемым благодаря успехам гистохимии, электронной микроскопии и молекулярной биологии, не могут полностью удовлетворить запросы современной медицины, в частности патологии.
      В большинстве наук можно выделить несколько этапов развития, связанных с преобладающей логикой и уровнями позна-ция:
      1. Эмпирический — основанный на накоплении и описании фактов, сравнениях, первичной систематизации, создании представлений об изучаемых явлениях. Этот этап в морфологии имеет многовековую историю и остается базовым в настоящее время.
      2. Теоретический — проявляющийся в систематизации и син-
      тезе знаний в виде теорий, объединяющих накопленные понятия в целостные идеи. Теоретический этап характерен для исследований последних столетий и продолжает являться фундаментальным направлением морфологических наук.
      3. Математический — связанный с современной компьютеризацией знаний и требующий создания математических моделей изучаемых систем, в том числе морфологической природы. Математические модели используются для доказательств закономерностей и законов, превращают обширную информацию, получаемую морфологом, в стройную систему знаний.
      Количественная (математическая) морфология по существу только начинает серьезно развиваться, отражая тесные и разносторонние взаимодействия экспериментальных и теоретических методов различных наук. Особенно интенсивно в эти области внедряются математические, количественные методы исследования в связи с ростом сложности теоретических построений, основанных на огромной информации.
      Применение точных методов исследования в биологии началось еще в прошлом веке. L. Quetelet (1835) впервые в антропологии использовал математическую статистику. Для обозначения комплекса количественных оценок в биологии F. Galton (1889) ввел термин «биометрия». По определению В. В. Алпатова (1957), биометрия — это совокупность приемов математической обработки данных массового измерения различных признаков организма. Н. А. Плохинский (1970) понимает под
      биометрией науку о статистическом анализе групповых свойств в биологии, приложение методов теории вероятностей и математической статистики к изучению биологических объектов. Г. Ф. Лакин (1968) определяет биометрию как совокупность методов математической статистики, применяемых в биологических исследованиях. П. Ф. Рокицкий (1967) ввел название «биологическая статистика», N. Ra&hevsky (1966) — «математическая биология».
      Разделы современного естествознания в своем развитии проходят этап, когда получаемые факты необходимо выражать числовыми показателями. С целью обработки собранных данных привлекают математику [Thompson W., 1942]. Математический анализ позволяет формулировать гипотезы о зависимости одних явлений от других и проверять на контрольном материале вытекающие из этих гипотез следствия. Поскольку часто причины тех или иных явлений точно учесть невозможно, их называют явлениями случайного характера. Для их изучения применяют методы математической статистики, основывающейся на теории вероятностей [Алпатов В. В., 1957; Автандилов Г. Г., 1968, 1978, 1980].
      Роль математики и математической статистики в биологии и медицине особенно возросла в последние годы в связи с развитием теории информации, кибернетики и многих связанных с ними областей математики, среди которых главное место занимают теория вероятностей, математическая статистика и математическая логика.
      Использование математики в современной биологии не ограничивается только статистическими методами. При изучении вопросов патологии человека на морфологическом и клиническом материале широко использовались не только биометрические подходы, но и приемы и методы других областей математики или комбинация этих двух направлений [Автандилов Г. Г., 1963, 1970, 1980, 1981; Эмануэль Н. М., Евсеенко Л. С., 1970; Weibel Е„ 1973, и др.].
      Биологические, в частности патологические, процессы и их морфологические проявления имеют ряд неразрывно связанных признаков качественного и количественного характера. Особенности явления мы воспринимаем с помощью органов чувств, различных приборов и методов — так исследователь уточняет субъективную оценку изучаемых процессов и состояний. Количественная характеристика тех же процессов выражается числом при помощи счета или меры. Единство качественных и количественных характеристик предмета составляет его меру. Мера имеет количественные характеристики — изменения размеров, порядка связи элементов, степени и скорости развития и т. д. Мера характеризует предел, за которым следует изменение качества явления или предмета.
      С позиций системного подхода явление изучается на уровнях популяции, организма, органа (системы), ткани, клеток, ультра-
      структуры, полимеров. Предметом морфометрии являются количественные закономерности формообразования на разных уровнях организации.
      Известно, что большинство качественных, биологических явлений не могут быть неколичественными, поэтому так называемая квантификация изучаемых процессов, другими словами, метрический (численный) подход к изучению качественных признаков, вполне оправдана, хотя часть этих явлений нуждается в применении методов неметрической математики.
      Сложность строения и функций человеческого организма, его взаимодействия с социальной и внешней средой усугубляет трудности вскрытия закономерностей нормальных и патологических процессов.
      При исследовании проблем нормы и патологии в зависимости от задач работы пользуются как качественными, так и количественными показателями, представляющими диалектическое единство. Сущность явления познается наиболее широко и глубоко при целенаправленном изучении качественных и количественных показателей.
      Количественные методы как более объективные и точные, чем качественные, базируются не только на инструментальной оценке признака, но и на данных регистрирующей аппаратуры, полностью исключающей субъективизм исследователя.
      Результаты счета или измерений — это первый этап количественной характеристики явления или объекта, накопления цифрового материала. Второй основной этап работы заключается в упорядочении и систематизации числовых данных, в их математической обработке и создании математической модели изучаемого процесса. Этот этап по существу является единственным способом осмыслить и выразить в краткой математической форме результаты взаимодействия множества фактов, характеризующих биологические и патологические процессы в различных условиях среды, на всех уровнях их организации: популяционном, организменном, органном, тканевом, клеточном, субклеточном и молекулярном. Математические понятия вносят уточнения в идеи, классификации, описание закономерностей пато- и морфогенеза, передачи информации и ряд других важных понятий медицины и патологии.
      Накопление и описание фактов с помощью наблюдения или специально поставленного эксперимента — наиболее распространенный в медицине способ познания. Однако без превращения в систему этот набор фактов не всегда можно целесообразно использовать. С развитием наук растет роль анализа фактов и их превращения в теоретические представления. Известно, что математика является наиболее совершенным инструментом этого периода познания явлений, так как дает возможность упорядочить получаемую информацию, оценить достоверность полученных выводов и закономерностей, чего иногда трудно достичь одними логическими умозаключениями.
      Уместно подчеркнуть, что математика — не только инструмент для количественных оценок, как многие неверно представляют, но и мощный аппарат для изучения качества явления, его сущности. Математика создала удивительную культуру мышления и язык абстракций, дающий возможность единообразно описывать разные по природе процессы. Издавна считается, что уровень развития любой специальности характеризуется, в частности, способностью дисциплины поставить себе на службу математические методы анализа. Пророческое предвидение Леонардо да Винчи о том, что «ни одно человеческое исследование не может называться истинной наукой, если оно не прошло через математические доказательства», становится требованием современного естествознания. Это в равной мере относится к биологическим и медицинским дисциплинам, в частности и к морфологии. Как утверждал Д. И. Менделеев, «наука начинается с тех пор, как начинают измерять»; «в руках врачей с одними практическими значениями, — по утверждению Г. Ф. Ланга, — медицина сойдет на степень ремесла...».
      И. П. Павлов (1909) прозорливо видел в математических методах анализа медицинских и физиологических явлений весьма важный подход к познанию жизни: «Вся жизнь от простейших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд все усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний с внешней средой. Придет время — пусть отдаленное, — когда математический анализ, опираясь на естественнонаучный, охватит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них, наконец, и самого себя»1.
      Несмотря на сложность и подвижность параметров, характеризующих морфологические изменения, и далеко не всегда ясную роль отдельных компонентов исследуемого процесса, мы все чаще становимся свидетелями успешности математических подходов к решению и этих задач.
      Значительно возросло применение методов исследования, связанных с теорией вероятностей. Она изучает в абстрактной форме закономерности, присущие случайным событиям массового характера, и нашла широкое применение в изучении природы явлений, возникающих в совокупности большого числа взаимодействующих элементов. Отвлекаясь от несущественных подробностей и связей, теория вероятностей дает возможность представить в целом сложный процесс и с определенным приближением разобраться в его закономерностях, чему способствует также использование теории алгоритмов, информации, игр и графиков.
      Применение математических подходов к изучению биологических и медицинских проблем идет по двум направлениям.
      1 Павлов И. П. Естествознание и мозг. Избранные произведения. — М.: Медгиз, 1951, с. 192.
      Вйгдервых, математический анализ позволяет формулировать гипотезы о зависимости одних явлений от других и проверять на экспериментальном материале их достоверность и характер вытекающих из гипотезы следствий. Во-вторых при изучении причин случайных явлений привлекаются методы теории веро- 1 ятностей, так как биологу и врачу приходится изучать общие закономерности, имея в своем распоряжении данные об отдельных признаках большого количества индивидуумов. Результат) опыта или наблюдения зависит от столь большого числа факторов, что их учет иногда практически почти невозможен. Напротив, методы теории вероятностей дают возможность предсказать средний исход или среднее значение показателей из массы аналогичных опытов или наблюдений. Модифицированный в соответствии со спецификой биологических объектов статистический анализ проводится на любых не единичных явлениях, объединенных в группы любой численности, начиная с двух. Достоверные результаты могут быть получены как на достаточно больших совокупностях, так и на малых с учетом возможной ошибки.
      Заметим, что описание одного типичного случая может иметь большую научную ценность, но единичное наблюдение не может быть объектом биометрии и морфометрии. Следует четко представлять, что во множестве сходных явлений действуют свои, присущие им законы, которые только в общих чертах характеризуют единичные наблюдения. В то же время законы, присущие единичным событиям или величинам, не отражают в полной мере общих закономерностей, справедливых лишь для массовых явлений.
      Групповые свойства подразделяются на основные и сопряженные. В морфометрии к основным свойствам относят:
      1) средний уровень изучаемого признака, характерный для всей группы в целом; 2) разнообразие (вариабельность) признака — различие исследуемых объектов в группе; 3) распределение признака — количественные соотношения объектов, характеризующихся определенной величиной (структура, типология, профиль процесса); 4) представительность (репрезентативность), типичность выборочных групп, изучение которых дает достаточно точную характеристику всей генеральной совокупности объектов. Весьма важно знать порог вероятности безошибочного суждения.
      Указанные основные свойства полностью распространяются на биометрическое исследование групп, создаваемых с целью изучения патологии человека, начиная от группировки больных теми или иными заболеваниями, секционного материала и кончая морфометрическим исследованием патоморфологических объектов, органов, тканей, клеток, ультраструктур, а также интенсивности гистохимических реакций.
      К сопряженным свойствам относят такие групповые свойства, которые появляются вследствие связи, сочетания или сопря-
      жения в развитии указанных основных свойств. Например, сопряжение средних показателей двух изучаемых признаков проявляется в том, что изменение одного признака влечет за собой изменение другого. Это явление обозначено как корреляция. Особый вид сопряженного разнообразия выражается в форме и силе влияния различных факторов. Эти понятия особенно важны для изучения явлений морфогенеза и патологии человека, так как большинство процессов и их взаимодействия сопряжены по топике, времени, пато- и морфогенезу. Следует особо подчеркнуть важность положения о том, что любые морфологические методы могут быть применены только в определенной ситуации, когда каждый этап исследования и их результаты имеют биологический (физиологический, морфологический) смысл, т. е. отражают суть явления. Это положение, естественно, вполне справедливо и для изучения патологии человека.
      , Неумелое и неадекватное использование биометрических принципов без соответствующего теоретического обоснования может привести к ошибочным, малообоснованным заключениям и к отказу от применения математики. Напротив, разумный подход к этим вопросам обеспечивает большую информативность и достоверность получаемых данных, создает предпосылки для уточнения отдельных дискуссионных положений, обосновывает закономерность патогенеза заболеваний, дает возможность прогнозирования течения патологических процессов.
      Биометрические подходы лежат по существу и в основе медицинской статистики. Основой любого научного исследования, в том числе медицинского, является наблюдение. Результаты учета конкретных наблюдений, например частоты заболеваний, всегда отличаются друг от друга, но в основе этих колебаний признаков всегда лежат особые закономерности, которые определяют так называемую статистическую устойчивость, другими словами, устойчивость частоты изучаемого явления или его вероятность. При изучении закономерностей, лежащих в основе развития заболеваний или летальных исходов у определенных групп населения, с математической точки зрения можно произвести замену каждого изучаемого предмета значениями его свойств, а в общей совокупности предметов — значениями соответствующей им случайной величины.
      Важнейшей задачей патологии является изучение закономерностей развития заболеваний и приспособительных реакций у населения в различных социально-природных условиях среды. Материалом для этих исследований обычно служит большое количество сведений об отдельных больных. Эти данные отражают индивидуальные варианты болезненного процесса, имеющего своеобразные эволюционно-исторические особенности и экологические черты [Давыдовский И. В., 1962]. Разнообразие и изменчивость патологических явлений у представителей различных возрастно-половых, профессиональных, этнических и других групп населения, а также отсутствие единообразной методики сбора и обработки материала, способов демонстрации и сравнительного анализа серьезно затрудняют оценку данных, нередко противоречивых, получаемых отдельными исследователями.
      Учитывая сказанное и исходя из математических предпосылок, каждый вариант болезни, возникающий в определенной группе населения, очевидно, можно рассматривать как «событие» и отнести к категории «случайных» явлений в математическом значении. Последние, как известно, подчиняются вероятностным закономерностям. В связи с этим все накапливаемые медицинские сведения нуждаюТся“"в "квалифицированном мате^, матическом анализе, что и осуществляется специалистами по медицинской статистике. Однако этот вопрос выходит за рамки .поставленной нами задачи, и мы его специально не затрагиваем. Укажем только, что математический подход, как нам кажется, необходим при решении многих проблем морфологии и патологии не только для характеристики частоты событий и оценки надежности результатов, а главным образом для глубокого проникновения в связи между изучаемыми процессами. Эти -связи подчас не могут быть раскрыты и доказаны другими методами исследования.
      Количественный учет «событий» в этих работах требует от латолога как точной и полной диагностики заболеваний, так и хорошей качественной характеристики каждого «случая», что во многом связано с унификацией понятий, терминов, методов регистрации, сбора и способов обработки накопленного материала.
      Таким образом, основными требованиями при решении отдельных задач патологии, в частности, являются: 1) объективизация учета и достаточный объем накапливаемых сведений;
      2) сопоставимость результатов исследования, полученных разными авторами; 3) изучение основных закономерностей патологических процессов с привлечением аппаратов биометрии и биоматематики.
      Необходимо подчеркнуть, что отобранная часть наблюдений должна быть представительной и включать все виды изучаемого явления почти в таких же соотношениях, как и в исследуемой генеральной совокупности.
      Этот этап работы, пожалуй, является наиболее важным, так как от состава отобранных в различных коллективах, географических районах и лечебных учреждениях групп во многом зависит качество статистических показателей. При изучении секционного материала (экстенсивные показатели) нужно также иметь в виду и структуру летальных исходов в сравниваемых совокупностях.
      Интенсивные показатели заболеваемости, основанные на учете одних клинических проявлений заболеваний, нуждаются в так называемой секционной поправке [Автандилов Г. Г., 1964], выражающей наиболее вероятную ошибку прижизненной
      диагностики заболеваний в соответствующих лечебно-профилактических учреждениях. Для этого число нераспознанных случаев* заболеваний, уточненных на аутопсиях, уменьшают на числом наблюдений с гипердиагностикой и получают действительные сведения о частоте определенной нозологической единицы. Взяв отношение числа уточненных диагнозов к начальному их числу, вычисляют относительную поправку, в соответствии с которой следует изменить первоначальный статистический показатель.
      В заключение необходимо подчеркнуть большую роль математического моделирования в изучении патологических процессов, т. е. описания изучаемого явления с помощью системы математических выражений. Каждая модель должна характеризовать определенную взаимосвязь параметров исследуемого патологического процесса, отдельные его свойства и основные условия, в которых развивается заболевание. Другими словами цель построения математической модели — аналога биологичес-Гкого или патологического явления — установление количественных и логических зависимостей между различными элементами», проявлениями процесса, которые доступны объективной регистрации.
      v Построение модели всегда начинается с формального математического описания исследуемого явления. Формализация дает основу для последующего количественного анализа, описания совокупности взаимосвязанных процессов в упрощенном виде. Математические модели, несмотря на «огрубление» в отражении действительного «образа», позволяют испытать всевозможные варианты развития процесса в различных условиях,, оценивая значение одних параметров состояния организма в зависимости от изменения уровня и структуры других, провести проверку выдвинутых предпосылок и обосновать правильность рекомендаций.
      При математическом изучении патологических процессов-особое внимание должно уделяться представительности, точности и достоверности исходной информации, поэтому получаемые с помощью модели результаты следует рассматривать только? в рамках учтенных условий и принятых допущений. Окончательным критерием качества модели является практическая оценка получаемых результатов. Субъективная оценка различных качественных и количественных признаков затрудняет проведение математического анализа. В связи с этим целесообразна в содержании биометрии усилить значение объективизации измерений и счета изучаемых свойств.
      Высшим этапом биометрического и морфометрического анализа является теоретическое обобщение в виде закона, облеченного в математическую форму. Несомненно, эти данные будут-использованы при создании основ количественной (математической) патологии и патологической анатомии человека [Автандилов Г. Г., 1973, 1980, 1984].
      Учитывая единство функции и структуры, для удобства изучения физиологических и морфологических признаков в биометрии можно, очевидно, выделить два самостоятельных раздела: физиометрию — науку, изучающую групповые функциональные особенности организма и их связи, и морфометрию — науку, основной задачей которой является исследование групповых свойств морфологических структур и их связей.
     
      Глава 2
      МЕДИЦИНСКАЯ МОРФОМЕТРИЯ
     
      Развитию количественных подходов к изучению нормальной И патологической морфологии человека и животных во многом Способствовало использование принципов биометрии и морфометрии [Плохинский Н. А., 1970, 1980; Гублер Е. В., 1970; Автандилов Г. Г., 1973, 1980, 1984; Автандилов Г. Г. и др., 1984; Непомнящих J1. И. и др., 1984; Исаков Л. В. и др., 1988; Roessle R„ Roulet F., 1932; Weibel E., 1970; David H., 1972; Collan Y., 1984, и др.].
      Расширение и углубление технических и методических возможностей морфологического и морфометрического изучения различных звеньев патологического процесса поставили под сомнение ряд сложившихся представлений по многим проблемам сущности болезней, особенно хронических. Достаточно упомянуть такие заболевания, как атеросклероз, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь желудка, предраковые изменения, злокачественный рост и др. Краткое перечисление одних только факторов, принимаемых в качестве этиологических либо патогенетических при этих заболеваниях, или освещение противоречивых вопросов их классификации могло бы стать предметом специального сообщения.
      Уместно также подчеркнуть, что микроскопическое и электронно-микроскопическое исследования, углубляя наши представления о патологическом процессе, одновременно увеличивают степень неопределенности суждений, так как вероятность ошибочных заключений возрастает пропорционально уменьшению доли изучаемого органа. В связи с этим возможность ошибочных заключений должна постоянно контролироваться соответствующими морфометрическими и математическими методами.
      Повседневная практическая деятельность морфолога также нуждается в новых методических подходах к оценке исследуемого секционого и биопсийного материала. При анализе большого количества обнаруженных фактов перед патологоанатомом часто встает вопрос, насколько патологогистологический и патологоанатомический диагнозы соответствуют сущности заболевания. Перечень описываемых при вскрытии или исследований биопсийного материала морфологических признаков, которые
      используются для постановки диагноза, без учета «силы» проявления каждого из них в отдельности, тесноты их коррелятивных связей и особенностей из результирующего действия 1не всегда достаточен для обоснованного заключения и прогнозирования изучаемого процесса.
      Таким образом, при изучении морфологических проблем оцениваются и анализируются структурные изменения, представляющие собой весьма сложные многокомпонентные системы, в которых устойчивость сочетается с большими возможностями адаптации к изменениям внутренней и внешней среды, с множеством взаимосвязанных процессов, имеющих различную иерархическую подчиненность и интегрирующихся на разных уровнях функции и строения организма. Следует иметь в виду, что изучение любого патологического процесса обязательно предполагает наличие субъекта (исследователь) и объекта (изучаемый процесс). Следовательно, допускаемые при исследовании схематизация, ограничения, абстракция и упрощение огрубляют «образ» изучаемого явления, увеличивая тем самым неопределенность познания. Однако этот подход приводит к постижению сути явления, к обнаружению закономерности. Высшим итогом познавательной деятельности, как известно, является установление научного закона, т. е. необходимой и повторяющейся в определенных условиях взаимосвязи между изучаемыми явлениями. Закон может быть сформулирован в виде определенного суждения, обобщения, прогноза, математической зависимости и т. д.
      Основной задачей количественной морфологии считается разработка системы основных теоретических понятий такого диапазона, чтобы любые частные явления можно было объяснить дедуктивным путем как логическое следствие небольшого числа основных принципов и понятий. Однако противоречивость ряда проблем морфологии требует в настоящее время более строгих доказательств, которые могут быть получены на базе системного анализа количественных данных. Современный этап развития нормальной морфологии и патологии человека нуждается в широком применении морфометрических подходов, разработке новых математических методов анализа, адекватно отражающих характер развития патологических процессов. Несомненно, что рациональное сочетание традиционных описательных методов с принципами количественной патоморфологии позволит превратить патологию и ее основу- — патологическую анатомию — в строгую дедуктивную науку о патологических процессах и заболеваниях. Развитие нового направления патологии — количественной (математической) патологии — весьма перспективно и соответствует современным требованиям совершенствования научных знаний.
      Предметом морфологии человека и животных являются закономерности индивидуальной изменчивости половых и возрастных особенностей строения организма. Морфология исследует изменения в строении организма на всех уровнях его структурной организации при различных нарушениях функций, ‘патологических процессах и болезнях.
      История развития анатомии, гистологии и патологической анатомии, изучающей обобщенные морфологические стереотипы, свидетельствует о возможностях детального описания морфологических изменений как проявления нормы и нарушенной жизнедеятельности организма, систем, органов, тканей, клеток. Однако одного описания процесса зачастую недостаточно, так как для его полной характеристики требуется комплекс количественных данных. «Для признания того или иного явления, патологическим, — подчеркивал И. В. Давыдовский, — необходимо учесть всю структуру явления, время, место, пространственные отношения, т. е. как качественную, так и количественную-сторону его»1. Современное изучение морфологических изменений в функциональном аспекте базируется на их качественноколичественном анализе.
      Термин «количественная морфология» специально подчеркивает важную количественную, не всегда учитываемую сторону предмета, отличающуюся от традиционной описательной патологической анатомии и гистологии не только числовыми характеристиками признаков изучаемых структурных изменений, но и их сложными взаимоотношениями, проявляющимися в новом качестве — особенностями патологического процесса и нозологических форм.
      Выражение изменения любого морфологического признака числом или мерой дает возможность применить адекватный задачам исследования математический аппарат для моделирования процесса.
      Несмотря на необычную сложность биологических и патологических явлений, их анализ на базе математического аппарата вполне возможен, о чем свидетельствует успешное развитие теоретической и математической биологии [Waterman Т., 1965, 1968; Morowitz Н., 1968, и др.].
      В связи с этим в последние годы усиленно развивается «количественная морфология» — раздел морфологии, использующий математический анализ изменений формы изучаемых объектов на базе системной морфометрии и стереометрии. Морфометрия — часть метрологии (науки об измерениях) — учение о правилах применения количественных характеристик форм объектов. Биологическая морфометрия изучает на математической основе объективные закономерности пространственно-временной организации живых систем.
      Медицинская морфометрия занимается математическим анализом групповых свойств объективно учтенных морфологических объектов и их взаимосвязей в здоровом и больном
      1 Давыдовский И. В. Патологическая анатомия и патогенез болезней человека. Т. 1. — М.: Медгиз, 1956, с. 11.
      организме человека. Как раздел количественной морфологии медицинская морфометрия включает в себя элементы антропометрии, стереометрии, органометрии, гистометрии, кариоцитомет-;рии, ультраструктурометрии, а также микроспектрофотометрии.
      В отличие от описательной анатомии, гистологии, патологической анатомии количественная морфология является интегративной дисциплиной, дополняющей и уточняющей данные исследований, проводимых обычными морфологическими методами с позиций новых обобщающих подходов. Использование для этих лелей системного анализа расширяет возможности морфологического исследования качественных и количественных изменений, дает возможность глубже раскрыть и точнее выразить юбщие и частные закономерности.
      Цель количественной морфологии — максимальная объективизация изучения качественных и количественных проявлений патологических процессов, нозологических единиц, их патогенеза, морфогенеза, танатогенеза, а также исключение погрешностей измерений и, насколько это возможно, субъективизма исследователя. Полученные на этой основе числовые данные «спользуют для представления изучаемых явлений в виде математических моделей на основе которых устанавливают закономерности и законы.
      Предмет — морфологическая основа нормальных и патологических процессов, синдромов, их интеграция в сложной системе организма, морфология нозологических форм, их осложнений и исходов на основе системного подхода.
      Методы включают все известные в настоящее время подходы и способы морфологического исследования, дополняемые морфометрическим анализом. Учет и измерение каждого существенного морфологического признака, выражение его в числах требуют квалифицированной статистической обработки получен-еых данных, в ряде случаев с использованием современной вычислительной техники. Учитывая особенности фило- и онтогенеза человека и животных, следует иметь в виду чрезвычайную сложность и многоуровневый характер иерархии организации включенных друг в друга разнообразных систем и подсистем, подлежащих морфологическому исследованию. Каждому этому уровню свойственны определенные закономерности структурной организации и взаимосвязи, а также регуляции, что сказывается та развитии и исходах патологических изменений. Любой патологический процесс всегда является интегральной результирующей большого комплекса изменений в модификации со стороны регулирующих воздействий систем более высокого уровня, а также факторов внешней среды. Системный подход и анализ в количественных патоморфологических исследованиях должны быть основополагающими.
      Исследования динамики морфогенеза и патологических процессов выполнялись в последовательности: измерение или подсчет, статистический анализ полученных данных, математическое описание и моделирование, аксиоматизация в виде закономерности.
      Содержание и задачи базируются на квантификации, результатов исследований, т. е. выражении в числах любых изучаемых явлений. В настоящее время степень квантификации служит критерием научного развития теоретических аспектов любой науки, в том числе медицины. Это направление резко повышает доказательность выводов исследователей, создает объективные условия для проверки и сопоставления данных, а также дает больший позитивный эффект, выявляя слабо аргументированные заключения, к которым иногда, к сожалению, приходит морфолог, недостаточно владеющий методами количественной морфологии. Постулированный нами принцип сохранения репрезентативности признаков патологического процесса на всех уровнях морфологического исследования также призван: увеличить обоснованность выводов. Количественная характеристика динамики структурных изменений на всех морфологических уровнях и установление на этой базе определенных закономерностей составляют основное содержание количественной патологической морфологии человека. К числу наиболее важных задач медицинской морфометрии относятся:
      1. Класс отображений и образов морфологических процессов — дает математическое описание морфологии большинства; нозологических форм, патологических процессов и состояний с учетом их этиологии, патогенеза, морфогенеза, органопатологии, танатологии, а также клинических проявлений и эффективности, лечения.
      2. Класс функций разброса — адекватен изучению нормальных и патологических явлений, так как они объективно демонстрируют закономерности вариабельности морфологических изменений на всех уровнях структурной организации в условиях нормы и патологии.
      3. Класс сличений и оценок морфологических процессов и состояний — связан с вопросами патологоанатомической диагностики и особенно с дифференциальной диагностикой, а также с оценкой эффективности терапии и прогнозированием процесса по данным исследования биоптатов.
      Перспектива успешного развития морфологии и патологии будет зависеть не только от технической оснащенности и новых методов исследования, но и от перестройки психологии морфолога, от применения им рациональной методологии познания, в которой математический анализ как самый высокий уровень анализа позволит достоверно устанавливать законы, т. е. необходимые и повторяющиеся в определенных условиях взаимосвязи, лежащие в основе морфологических изменений. Эти подходы в основном связаны с синтетическим изучением качественных и количественных изменений морфологических систем в условиях нормы и патологии. В связи с этим не только подробное описание морфологических изменений и их репродукция врачом
      для целей диагностики, не только создание аналитических и синтетических концепций и теорий, основанных на мнениях исследователей и остающихся без математического анализа на уровне недоказанных предположений и гипотез, определяют пути развития патологической анатомии. В ближайшем будущем магистральным путем станет исследование сложных многокомплексных и многоуровневых морфологических систем с помощью методов медицинской морфометрии и математического анализа.
      В этих аспектах проведение исследований с учетом требований медицинской морфометрии включает в себя следующие этапы:
      1. Подготовка и проведение количественного морфологического исследования: определение цели, конкретных задач, планирование наблюдений (экспериментов) с созданием представительных выборок, достаточных для вскрытия изучаемых явлений в плане системного подхода (среда — система — элемент), четкое определение, описание и формализация существенных морфологических признаков, подлежащих изучению.
      2. Проведение морфометрического (стереометрического) исследования с учетом принципа репрезентативности изучаемых признаков патологического процесса на всех уровнях морфологического анализа (антропометрия, органометрия, гистометрия, кариоцитометрия, ультраструктурометрия, микроспектрофото-метрия).
      3. Осуществление адекватного задачам исследования морфологостатистического анализа получаемых данных.
      4. Математическое описание и математическое моделирование патологических процессов с учетом их информационной оценки.
      5. Доказательство справедливости выдвинутых гипотез и представление их в виде принципов, закономерностей, законов [Автандилов Г. Г., 1980, 1984].