Патофизиология (или физиопатология ) — это отрасль исследования, находящаяся на стыке патологии и физиологии , изучающая нарушения физиологических процессов , которые вызывают, являются результатом или иным образом связаны с заболеванием или травмой . Патология — это медицинская дисциплина, описывающая состояния, обычно наблюдаемые во время болезненного состояния, тогда как физиология — это биологическая дисциплина, описывающая процессы или механизмы, действующие внутри организма . Патология описывает аномальное или нежелательное состояние, тогда как патофизиология пытается объяснить функциональные изменения, происходящие внутри человека из-за заболевания или патологического состояния. [1]
Термин патофизиология происходит от древнегреческих слов πάθος ( пафос ) и φυσιολογία ( физиология ).
В Германии в 1830-х годах Йоханнес Мюллер возглавил создание физиологических исследований, независимых от медицинских исследований. В 1843 году Берлинское физическое общество было основано частично для того, чтобы очистить биологию и медицину от витализма , а в 1847 году Герман фон Гельмгольц , присоединившийся к Обществу в 1845 году, опубликовал статью «О сохранении энергии», оказавшую большое влияние на сокращение исследований в области физиологии. фундамент физических наук. В конце 1850-х годов немецкий патологоанатом Рудольф Вирхов , бывший ученик Мюллера, сосредоточил внимание на клетке, сделав цитологию центром физиологических исследований, а Юлиус Конгейм стал пионером экспериментальной патологии в научных лабораториях медицинских школ. [ нужна цитата ]
К 1863 году, мотивированный отчетом Луи Пастера о брожении до масляной кислоты , француз Казимир Давен идентифицировал этот микроорганизм как решающий возбудитель сибирской язвы , болезни крупного рогатого скота , но его регулярное исчезновение из крови заставило других ученых сделать вывод, что это всего лишь побочный продукт гниения. . [2] В 1876 году, после сообщения Фердинанда Кона о крошечной споровой стадии бактериального вида, немец Роберт Кох изолировал бактериды Давена в чистой культуре - решающий шаг, который сделал бы бактериологию отдельной дисциплиной - идентифицировал споровую стадию. , применил постулаты Якоба Генле и подтвердил вывод Давена, что стало большим достижением в области экспериментальной патологии . Пастер и его коллеги продолжили экологические исследования, подтвердившие его роль в естественной среде через споры в почве.
Кроме того, что касается сепсиса , Давейн вводил кроликам сильно разбавленное небольшое количество гнилостной крови, дублируя болезнь, и использовал термин « фермент гниения» , но было неясно, относится ли это к термину Пастера « брожение к микроорганизму» или, как то же самое произошло со многими другими химическими веществами. [3] В 1878 году Кох опубликовал «Этиологию травматических инфекционных болезней» , в отличие от любой предыдущей работы, где на 80 страницах Кох, как отмечает историк, «смог показать практически убедительным образом, что ряд заболеваний, различающихся клинически, анатомически и этиологически могут быть получены экспериментально путем инъекции гнилостных материалов животным». [3] Кох использовал бактериологию и новые методы окрашивания анилиновыми красителями для идентификации конкретных микроорганизмов для каждого из них. [3] Микробная теория болезней кристаллизовала концепцию причины, которую, предположительно, можно определить с помощью научных исследований. [4]
Американский врач Уильям Уэлч обучался немецкой патологии с 1876 по 1878 год, в том числе под руководством Конгейма , и открыл первую в Америке научную лабораторию — лабораторию патологии — в больнице Бельвью в Нью-Йорке в 1878 году . медицинские школы, которые отреагировали открытием собственных лабораторий патологии. [5] После назначения Дэниелом Койтом Гилманом по совету Джона Шоу Биллингса деканом-основателем медицинской школы недавно формирующегося Университета Джонса Хопкинса , который Гилман, как его первый президент, планировал, Уэлч снова отправился в Германию для обучения в Бактериология Коха в 1883 году. [5] Уэлч вернулся в Америку, но переехал в Балтимор, стремясь пересмотреть американскую медицину, смешав при этом анатомическую патологию Вичова, экспериментальную патологию Конгейма и бактериологию Коха. [6] Медицинская школа Хопкинса, которую возглавляли «Четыре всадника» — Уэлч, Уильям Ослер , Говард Келли и Уильям Холстед — открылась, наконец, в 1893 году как первая медицинская школа в Америке, посвященная преподаванию так называемой немецкой научной медицины. [5]
Первые биомедицинские институты — Институт Пастера и Берлинский институт инфекционных болезней , первыми директорами которых были Пастер и Кох , были основаны в 1888 и 1891 годах соответственно. Первый биомедицинский институт Америки, Институт медицинских исследований Рокфеллера , был основан в 1901 году под руководством Уэлча, прозванного «деканом американской медицины», в качестве его научного директора, который назначил своего бывшего студента Хопкинса Саймона Флекснера директором лабораторий патологии и бактериологии. Благодаря Первой и Второй мировым войнам Институт Рокфеллера стал мировым лидером в области биомедицинских исследований. [ нужна цитата ]
Пандемия 1918 года вызвала лихорадочные поиски ее причины, хотя большинство смертей было вызвано крупозной пневмонией , уже приписываемой пневмококковой инвазии. В Лондоне патологоанатом из Министерства здравоохранения Фред Гриффит в 1928 году сообщил о трансформации пневмококка из вирулентного в авирулентный и между антигенными типами (почти смена вида), что ставит под сомнение конкретную причину пневмонии. [7] [8] Лаборатория Института Рокфеллера Освальда Эйвери , ведущего американского эксперта по пневмококку, была настолько обеспокоена этим сообщением, что отказалась повторять его. [9]
Когда Эйвери был на летних каникулах, Мартин Доусон , британец канадского происхождения, убежденный, что все, что происходит в Англии, должно быть правильным, повторил результаты Гриффита, а затем также осуществил трансформацию in vitro , открыв ее для точного исследования. [9] Вернувшись, Эйвери держал фотографию Гриффита на своем столе, пока его исследователи шли по следу. В 1944 году Эйвери, Колин МакЛауд и Маклин Маккарти сообщили о факторе трансформации как о ДНК , что вызывало большие сомнения на фоне оценок того, что с ней что-то должно действовать. [10] На момент публикации доклада Гриффита еще не признавалось, что у бактерий вообще есть гены. [11]
Первая генетика, менделевская генетика , началась в 1900 году, однако к 1903 году наследование менделевских признаков было локализовано в хромосомах , то есть в хромосомной генетике. Биохимия возникла в том же десятилетии. [12] В 1940-х годах большинство учёных рассматривали клетку как «мешок с химическими веществами» — мембрану, содержащую только свободные молекулы, находящиеся в хаотическом движении — и единственные особые клеточные структуры — хромосомы, которых у бактерий как таковых нет. [12] Хромосомная ДНК считалась слишком простой, поэтому гены искали в хромосомных белках . Тем не менее, в 1953 году американский биолог Джеймс Уотсон , британский физик Фрэнсис Крик и британский химик Розалинда Франклин сделали вывод о молекулярной структуре ДНК — двойной спирали — и предположили, что она представляет собой код. В начале 1960-х годов Крик помог взломать генетический код ДНК , тем самым создав молекулярную генетику .
В конце 1930-х годов Фонд Рокфеллера возглавил и профинансировал программу исследований в области молекулярной биологии , направленную на поиск фундаментального объяснения организмов и жизни, которую в основном возглавлял физик Макс Дельбрюк из Калифорнийского технологического института и Университета Вандербильта . [13] Тем не менее, реальность органелл в клетках была спорной на фоне неясной визуализации с помощью обычной световой микроскопии . [12] Примерно в 1940 году, в основном благодаря исследованиям рака в Институте Рокфеллера, клеточная биология возникла как новая дисциплина, заполнившая огромный разрыв между цитологией и биохимией путем применения новых технологий — ультрацентрифуги и электронного микроскопа — для идентификации и деконструкции клеточных структур, функций и механизмов. . [12] Две новые науки переплелись: клеточная и молекулярная биология . [12]
Помня о Гриффите и Эйвери , Джошуа Ледерберг подтвердил бактериальную конъюгацию – о которой сообщалось десятилетиями ранее, но противоречиво – и был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1958 года . [14] В лаборатории Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк, Дельбрюк и Сальвадор Лурия возглавляли группу фагов , в которой работает Уотсон , обнаруживая детали физиологии клеток, отслеживая изменения в бактериях при заражении их вирусами , процесс трансдукции . Ледерберг возглавил открытие кафедры генетики в медицинской школе Стэнфордского университета и способствовал налаживанию связей между биологами и медицинскими факультетами. [14]
В 1950-х годах исследования ревматической лихорадки , осложнения стрептококковых инфекций, показали, что она опосредована собственным иммунным ответом хозяина, что стимулировало исследование патологоанатома Льюиса Томаса , которое привело к идентификации ферментов, высвобождаемых макрофагами клеток врожденного иммунитета и разрушающих ткани хозяина. . [15] В конце 1970-х годов, будучи президентом Мемориального онкологического центра Слоана-Кеттеринга , Томас сотрудничал с Ледербергом , который вскоре стал президентом Университета Рокфеллера , чтобы перенаправить фокус финансирования Национальных институтов здравоохранения США на фундаментальные исследования механизмов, действующих во время болезненных процессов, о которых в то время ученые-медики почти ничего не знали, поскольку биологи почти не интересовались механизмами заболеваний. [16] Томас стал для американских фундаменталистов покровителем . [17]
Патофизиология болезни Паркинсона заключается в гибели дофаминергических нейронов в результате изменения биологической активности головного мозга по отношению к болезни Паркинсона (БП). Существует несколько предполагаемых механизмов гибели нейронов при БП; однако не все из них хорошо поняты. Пять предложенных основных механизмов гибели нейронов при болезни Паркинсона включают агрегацию белков в тельцах Леви , нарушение аутофагии , изменения клеточного метаболизма или функции митохондрий , нейровоспаление и разрушение гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), приводящее к неплотности сосудов. [18]
Патофизиология сердечной недостаточности заключается в снижении эффективности сердечной мышцы вследствие повреждения или перегрузки. Таким образом, оно может быть вызвано широким рядом состояний, включая инфаркт миокарда (при котором сердечная мышца испытывает недостаток кислорода и умирает), гипертонию (которая увеличивает силу сокращения, необходимую для перекачивания крови) и амилоидоз (при котором неправильно свернутая белки откладываются в сердечной мышце, вызывая ее жесткость). Со временем такое увеличение нагрузки приведет к изменениям в самом сердце.
Патофизиология рассеянного склероза представляет собой воспалительное демиелинизирующее заболевание ЦНС, при котором активированные иммунные клетки проникают в центральную нервную систему и вызывают воспаление, нейродегенерацию и повреждение тканей. Основное условие, вызывающее такое поведение, в настоящее время неизвестно. Современные исследования в области невропатологии, нейроиммунологии, нейробиологии и нейровизуализации, а также клинической неврологии подтверждают представление о том, что рассеянный склероз — это не отдельное заболевание, а целый спектр [19].
Патофизиология гипертонии представляет собой хроническое заболевание, характеризующееся повышением артериального давления . Гипертонию можно классифицировать по причине как эссенциальную (также известную как первичная или идиопатическая ) или вторичную . Около 90–95% гипертонии является эссенциальной гипертензией. [20] [21] [22] [23]
Патофизиология ВИЧ/СПИДа предполагает, что после заражения вирус реплицируется внутри и убивает Т-хелперные клетки , которые необходимы почти для всех адаптивных иммунных реакций . Существует начальный период гриппоподобного заболевания , а затем латентная, бессимптомная фаза. Когда количество лимфоцитов CD4 падает ниже 200 клеток/мл крови, у хозяина ВИЧ развивается СПИД, [24] состояние, характеризующееся дефицитом клеточного иммунитета и, как следствие, повышенной восприимчивостью к оппортунистическим инфекциям и некоторым формам рака .
Патофизиология укусов пауков обусловлена действием его яда . Отравление пауком возникает всякий раз, когда паук впрыскивает яд в кожу. Не при всех укусах паука выделяется яд — это сухой укус, и количество впрыскиваемого яда может варьироваться в зависимости от типа паука и обстоятельств встречи. Механическая травма от укуса паука не представляет серьезной опасности для человека.
Патофизиология ожирения включает множество возможных патофизиологических механизмов, участвующих в его развитии и поддержании. [25] Эта область исследований была практически неисследована до тех пор, пока в 1994 году в лаборатории Дж. М. Фридмана не был открыт ген лептина . [26] Эти исследователи предположили, что лептин является фактором насыщения. У мышей ob/ob мутации в гене лептина привели к фенотипу ожирения, что открыло возможность терапии лептином при ожирении у человека. Однако вскоре после этого лаборатория Дж. Ф. Каро не смогла обнаружить никаких мутаций в гене лептина у людей с ожирением. Напротив, экспрессия лептина была увеличена, что указывает на возможность резистентности к лептину при ожирении у человека. [27]