CHOROBY RZADKIE- ARTYKUL.docx

Maciej Błaszak
Łukasz Przybylski

CHARAKTERYSTYKA CHORÓB RZADKICH
W OPARCIU O SYSTEMOWY MODEL ROZWOJU CZŁOWIEKA

Spis treści:

1.     Wprowadzenie

2.     Analityczny i systemowy model rozwoju człowieka

3.     Choroba jako defekt fenotypowej plastyczności człowieka

4.     Systemowa interpretacja fenotypowej plastyczności człowieka

4.1 Funkcjonalna kompensacja poznawcza

4.2 Funkcjonalna rozproszona dekompozycja

4.3 Poznanie jako mechanizm regulacyjny rozwoju człowieka

5.     Typologia chorób rzadkich według modelu systemowego

5.1 Trzy rodzaje ewolucyjnej adaptacji: genetyczna, fizjologiczna i poznawcza

5.2 Choroba rzadka jako zaburzenie adaptacji genetycznej, fizjologicznej
i poznawczej

6.     Podsumowanie

1.     Wprowadzenie

Jednym z mitów współczesnej psychobiologii jest przekonanie, że DNA człowieka zawiera przepis na jego anatomiczną formę, fizjologiczne funkcje
i poznawcze formy zachowania. Potencjał adaptacyjny organizmu utożsamiany jest - w modelach psychobiologicznych -z normą reakcji gatunku, czyli przedziałem możliwych fenotypów mających ten sam genotyp. Przystosowanie człowieka do jego otoczenia możliwe jest – w oparciu o kryterium normy reakcji - na dwa sposoby: międzypokoleniowej genetycznej adaptacji i krótkotrwałej fizjologicznej aklimatyzacji. Psychobiologia nie przewiduje istnienia trzeciego sposobu przystosowania organizmu do otoczenia, a mianowicie rozwojowej fenotypowej plastyczności.

Niedoszacowanie potencjału ewolucyjnego ukrytego w fenotypie jest spowodowane błędnym wyobrażeniem psychobiologów o samym procesie rozwojowym. Ich zdaniem potencjał adaptacyjny zdefiniowany jest genetycznie
w momencie zapłodnienia, a rola środowiska ograniczona jest do zmiany kierunku rozwoju w stronę jednego z możliwych stanów końcowych. Przedefiniowanie stanów końcowych wymaga ewolucyjnej zmiany pokoleń, czyli kolejnego przetasowania genów i ich białkowych produktów.

W rzeczywistości, potencjał adaptacyjny zmienia się wraz z postępem rozwoju organizmu. Genotyp człowieka nigdy nie kontroluje przebiegu rozwoju. Ten ostatni na każdym etapie zależy od już istniejącej struktury fenotypu, kompleksowo determinowanej długą historią wpływów genetycznych i środowiskowych. W trakcie rozwoju, organizm zostaje postawiony wobec różnych problemów adaptacyjnych, które są trudne do przewidzenia, ponieważ niemożliwy do przewidzenia jest cel jego rozwoju. Powód jest prosty: taki cel nie istnieje. W ontogenezie istnieje wyłącznie sam proces rozwojowy(Błaszak, Brzezińska, Przybylski, 2010).

Włączenie fenotypowej plastyczności do dyskusji nad ontogenezą, oznacza przyjęcie systemowego modelu rozwoju człowieka. Jego kluczowe założenie – oparte na solidnych podstawach empirycznych – stwierdza, iż ludzkie ciało, a zwłaszcza układ nerwowy, obfituje w możliwe rozwiązania trudnych do przewidzenia problemów. Rozwiązania o których mowa nie mają postaci statycznych śladów pamięciowych, programów czy schematów, które w uśpionej i gotowej postaci czekają na swoją możliwą realizację. Rozwiązania pojawiają się w dynamicznie zaimprowizowanym procesie, odzwierciedlającym plastyczność złożonych układów rozwojowych, działających według mechanizmu pozytywnego sprzężenia zwrotnego (Błaszak, Brzezińska, Przybylski, 2010).

Następstwem systemowego myślenia o rozwoju człowieka jest przyjęcie – przez Światową Organizację Zdrowia (WHO)[1] – systemowego modelu niepełnosprawności, definiującego ograniczoną sprawność poznawczą i motoryczną jako wypadkową predyspozycji organizmu i otoczenia w którym człowiek przebywa. Jeśli czynniki biologiczne lub środowiskowe, których dysfunkcja zaburza stan dynamicznej równowagi między elementami tworzącymi układ ‘organizm-otoczenie’ są nietypowe, niepełnosprawność przybiera postać choroby rzadkiej.[2] Artykuł stanowi próbę podania typologii chorób rzadkich w oparciu o systemowy model rozwoju człowieka.

2.     Analityczny i systemowy model rozwoju człowieka

Współczesne modele psychologiczne akcentują dynamiczną, relacyjną
i systemową naturę rozwoju człowieka (Learner, 1998). Stanowią tym samym przeciwwagę dla upraszczających modeli „jednej zmiennej”, redukujących zachowanie fenotypu do informacji zawartej w genotypie, i rozdzielających materialne substraty rozwoju na biologiczne i środowiskowe. Obydwa podejścia – systemowe
i analityczne (Błaszak, Przybylski, 2010) - odmiennie kształtują publiczne myślenie
o zdrowiu i chorobie człowieka, oraz proponują odmienne rekomendacje dla społecznych programów podwyższających jakość życia osób niepełnosprawnych.

Podejście analityczne, skoncentrowane na genetycznych determinantach zachowania człowieka, utożsamia przyczynę niepełnosprawności z etiologią choroby. Badając rodziny, bliźnięta i dzieci adoptowane, zwolennicy modeli analitycznych prezentują zmienność rozkładu cech – związanych przede wszystkim
z temperamentem, osobowością i inteligencją człowieka – w świetle składowych genetycznych i środowiskowych. Choć podkreślają znaczenie interakcji genów ze środowiskiem, obliczają współczynnik odziedziczalności danej cechy, czyli udział czynnika genetycznego w jej całkowitej zmienności. Dzięki niemu badacze dowiadują się jaki jest wkład genów w powstawanie różnic międzyosobniczych, na przykład między ludźmi zdrowymi a niepełnosprawnymi.

Model analityczny generuje dwa pojęciowe błędy, przed którymi przestrzegał Craig Venter, szef zespołu odpowiedzialnego za zsekwencjonowanie ludzkiego genomu: „błąd determinizmu, czyli przeświadczenie, iż cechy człowieka są zapisane w genomie, oraz błąd redukcjonizmu, czyli przekonanie, że (…) jest kwestią czasu kiedy zrozumienie funkcji genów i interakcji między nimi dostarczy pełnego przyczynowego opisu ludzkiej zmienności” (Venter, Adams, Myers, Li, Mural, 2001). Istnienie obydwu błędów sygnalizuje, iż modele analityczne nie doceniają roli środowiska w kształtowaniu przebiegu ludzkiego rozwoju, szczególnie na najwcześniejszych etapach ontogenezy.

Genom człowieka zawiera znacznie mniej sekwencji kodujących niż pierwotnie sądzono – prawdopodobnie około 20 tysięcy, zamiast wstępnie szacowanych 100 tysięcy (International Human Genome Sequencing Consortium, 2004). Skoro
w genach nie ma kompletnego zbioru instrukcji dla działań podwyższających szanse organizmu na przeżycie i reprodukcję, wartość przystosowawcza fenotypu musi być rezultatem interakcji między informacją zapisaną w genach, a informacją obecną
w bodźcach środowiskowych, do odbioru których jesteśmy ewolucyjnie przystosowani. Reguły i rezultaty owej interakcji nie są definiowane przez ludzki genotyp, lecz przez rozwój całego fenotypu, podczas którego widać, że efekty czynników genetycznych i środowiskowych są w znacznym stopniu równoważne
i potencjalnie wymienne.

Model systemowy rozwoju człowieka charakteryzuje ludzki fenotyp jako spójnie zorganizowany zbiór wielu czynników genetycznych, somatycznych
i środowiskowych, mający określoną wartość przystosowawczą, czyli funkcjonalność. Opisując adaptacyjne formy jego zachowania, możemy zapytać: „do czego ono służy?”. Budując model systemowy musimy zatem wyróżnić trze zbiory zmiennych: elementy, z których system jest zbudowany; relacje miedzy nimi; oraz adaptacyjność jego zachowania.

Najłatwiej jest poklasyfikować elementy systemu, na pewnym podstawowym poziomie kategoryzacji: geny, białkowe produkty genów, receptory komórek docelowych, związki chemiczne obecne w środowisku, skrajne przedziały wartości ciśnienia atmosferycznego i temperatury. Trudniej wyszczególnić relacje, które utrzymują poszczególne elementy w spójnej formie: fizyczne przepływy materii, energii i informacji, procesy metaboliczne, sygnały środowiskowe, oferty informacyjne. Najtrudniej uchwycić funkcjonalność systemu – niezbędna jest obserwacja jego zachowania i analiza jego otoczenia.

Zmiana zachowania systemu może – choć nie musi - nastąpić na skutek zastąpienia jednego elementu innym. Przykładem jest korekcja wzroku, kiedy zastępujemy wadliwą soczewkę oka soczewkami okularów. Większą zmianę zachowania zaobserwujemy kiedy zmienimy relacje w obrębie systemu, na przykład część mapy ciała w korze mózgowej przejmie odbieranie wrażeń z innych fragmentów ciała, wywołując efekt kończyn fantomowych. Zmianę na dużą skalę –
z reguły obniżającą wartość przystosowawczą systemu – obserwujemy gdy zmienimy którąś z jego funkcji. Przykładem są choroby autoimmunologiczne, takie jak stwardnienie rozsiane czy cukrzyca młodzieńcza (typu I), kiedy układ odpornościowy przestaje odróżniać struktury własne (self) od obcych (non-self), czyli traci funkcję do której jest ewolucyjnie dedykowany.

System potrafi utrzymywać stabilność przez dłuższy okres czasu, za co odpowiedzialny jest mechanizm sprzężeń zwrotnych. Ideę stabilizacyjnego sprzężenia zwrotnego można zilustrować za pomocą przykładu. Jesteśmy na górskim szlaku i zaczynamy odczuwać zmęczenie, spowodowane brakiem energii. Sięgamy wówczas po tabliczkę czekolady. Nasze ciało – przede wszystkim układ nerwowy – definiuje pożądany poziom energii, niezbędny do podjęcia wysiłku
w górach, w pracy lub w domu. Celem sięgnięcia po czekoladę jest utrzymanie aktualnego poziomu energii ciała w okolicach poziomu definiowanego jako optymalny.[3]

Relacje między elementami układu są dwukierunkowe: czasami potrzebujemy energii i sięgamy po czekoladę, ale czasami zjedliśmy zbyt dużo czekolady
i zaczynamy odczuwać nudności. W obydwu przypadkach system rejestruje odstępstwo aktualnego poziomu energii od zdefiniowanego przez homeostazę
i reguluje ilość czekolady przyjmowanej przez organizm.

Jak jednak każdy górski turysta wie, czekolada jest względnie krótkotrwałym stymulatorem, który przydaje się, gdy nie ma niczego lepszego pod ręką. Jej spożycie uruchamia mechanizm sprzężenia zwrotnego przywracający względną stabilność organizmu. Pozwala nam zejść ze szczytu do schroniska, ale nie odbudowuje naszego rezerwuaru energii na poziomie zdefiniowanym jako optymalny. Jej działanie po krótkim czasie się kończy, pozostawiając nasz organizm z większymi niedoborami energii niż na początku wycieczki. Odczuwane braki mogą nas zmusić do sięgnięcia po kolejny kawałek czekolady, bądź też  uruchomiają mechanizm przywracający optymalny poziom energii. Po całodziennej wycieczce należy zjeść kaloryczną kolację i porządnie się wyspać.

Istnienie stabilizacyjnych mechanizmów sprzężenia zwrotnego – tych krótkotrwałych (czekolada) i tych nastawionych na odtworzenie optymalnego poziomu energii (kolacja i sen) – nie oznacza, że funkcjonują one zawsze dobrze. Mogą nie być dostatecznie silne by przywrócić optymalny poziom energii, materii lub informacji. Stymulacja może docierać za późno lub w niewłaściwe miejsce, oraz może być trudna do interpretacji przez organizm. Rozregulowanie mechanizmów kontrolnych systemu jest jedną z głównych przyczyn chorób organizmu człowieka.

W systemie - zwłaszcza tak złożonym jak rozwijający się ludzki organizm – poza stabilizacyjnymi pętlami sprzężenia zwrotnego, istnieją pętle wzmacniające dany kierunek zmian. Pojawiają się wówczas, gdy system może powielać swoje własne struktury. Przykładowo, im dłużej utrzymuje się nadciśnienie krwi, tym mocniej pogrubiają się ścianki naczyń włosowatych; im mocniej pogrubiają się ścianki naczyń włosowatych, tym dalej wzrasta ciśnienie krwi, doprowadzając do likwidacji światła naczyń włosowatych i postępującej martwicy tkanek.

Wzrost grubości ścian naczyń włosowatych – kontynuując przykład – nie jest stały, lecz wykładniczy, co oznacza, że wzmacniające pętle sprzężenia zwrotnego mogą albo doprowadzić do stanu zdrowia i optymalnego rozwoju, albo też do całkowitej destrukcji organizmu. Przykładem tego ostatniego procesu jest wykładniczy wzrost populacji wirusa HIV, bądź populacji komórek nowotworowych, kończący się śmiercią człowieka.

Podsumowując krótką charakterystykę systemowego modelu rozwoju człowieka, warto zwrócić uwagę na dwie kluczowe cechy układu ‘organizm-otoczenie’:

Po pierwsze, układ taki składa się z wielu indywidualnych elementów,
z których każdy działa według względnie prostych reguł, bez potrzeby istnienia centralnego ośrodka kontroli. Ani geny nie są uprzywilejowane, ani układ nerwowy, ani środowisko – informacja, energia i materia z tych wszystkich źródeł, definiują stan zdrowia lub choroby człowieka.

Po drugie, układ ten przystosowuje się, czyli zwiększa własne szanse na przeżycie i reprodukcję. Układ podwyższa własną wartość przystosowawczą, zmieniając swoje zachowanie za pomocą mechanizmów sprzężenia zwrotnego.

3.     Choroba jako defekt fenotypowej plastyczności człowieka

Problemy zdrowotne człowieka są – w modelu systemowym – wypadkową biologicznej podatności na chorobę i tych cech środowiska, które zwiększają ryzyko wystąpienia objawów. Im większy stopień zaburzenia dynamicznej równowagi między elementami systemu, tym bardziej prawdopodobne pojawienie się choroby. Jeżeli czynnik zaburzający równowagę będzie bardzo nietypowy, pojawi się choroba rzadka.

O tym, że równowaga w której pozostają elementy systemu ma dynamiczny charakter, kształtowany przez zmienne wartości czynników genetycznych, epigenetycznych, behawioralnych i symbolicznych (Jablonka, Lamb, 2005) tworzących układ ‘człowiek-otoczenie’, świadczy wiele obserwacji:

Po pierwsze, nie wszyscy ludzie ujawniają symptomy choroby, nawet jeśli znajdują się w tych samych – niekorzystnych - warunkach środowiskowych. Stopień zachorowalności zależy od genetycznej konstytucji, fizjologicznej homeostazy, poznawczej aktywności i wielu innych czynników będących elementami systemu.

Po drugie, środowisko człowieka może się zmieniać w subtelny i mało oczywisty sposób, co nie wyklucza dramatycznego wpływu tej zmiany na rozkład choroby w populacji. Choroba, która według kryteriów statystycznych kwalifikowana jest jako rzadka, może występować z dużym nasileniem tam, gdzie parametry środowiska są bardzo nietypowe i przez badaczy jeszcze słabo poznane.

Po trzecie, nawet subtelne zmiany w środowisku mogą mieć kolosalny wpływ na zdrowie człowieka, w zależności od charakteru środowiskowej zmiany i etapu rozwoju na którym człowiek się znajduje. Im wcześniejszy etap ontogenezy człowieka, tym subtelniejsze zaburzenie dynamicznej równowagi potrafi wywołać te same lub mocniejsze symptomy choroby człowieka.

Po czwarte, utrzymanie dynamicznej równowagi człowieka z otoczeniem dokonuje się na poziomie jego anatomii, fizjologii, poznania, kultury i organizacji społecznej. Zaburzenie równowagi przez każdy z czynników – od anatomicznego po kulturowy i społeczny - może wywołać stan choroby człowieka.

Po piąte, środowisko można zmienić na dwa sposoby: modyfikując warunki naturalne ekosystemu (temperatura, ciśnienie, stopień nasłonecznienia), bądź warunki materialne i społeczne miejsca życia (przestrzeń społeczna, strefa intymności, dostępność miejsc użyteczności publicznej).

Rozwój człowieka jest brakującym ogniwem między genami a środowiskiem
w genezie ludzkiego fenotypu (West-Eberhard, 2003). Już od najwcześniejszych momentów życia, organizm człowieka stanowi wypadkową informacji zawartej
w strukturach biologicznych i informacji środowiskowej. Kiedy ujawniają się procesy poznawcze, fizjologiczne i behawioralne każda kolejna zmiana ich organizacji bazuje na wcześniejszej strukturze fenotypu, skupiającego wpływy wszystkich czynników podwyższających szanse organizmu na przeżycie i reprodukcję. Struktura organizmu na danym etapie rozwojowym jest rezultatem uporządkowania jego formy, funkcji
i zachowania przez materię, energię i informację docierającą z wielu źródeł.

W języku nauk biologicznych i kognitywistycznych, zaburzenie równowagi między elementami układu ‘organizm-otoczenie’ jest defektem fenotypowej plastyczności człowieka (Feinberg, 2007), czyli niezdolności do zmiany zachowania w odpowiedzi na wewnętrzne i zewnętrzne bodźce: materialne, energetyczne
i informacyjne. Czym jest fenotypowa plastyczność i dlaczego odgrywa kluczową rolę w systemowym modelu rozwoju człowieka? Najłatwiej odpowiedzieć na to pytanie analizując wpływ kluczowego czynnika utrzymującego dynamiczną równowagę układu ‘człowiek-otoczenie’, jakim jest informacja.

4.     Systemowa interpretacja fenotypowej plastyczności człowieka[4]

Wyjaśnianie rozwoju umysłu człowieka – ewolucyjnie dedykowanego do przetwarzania informacji – za pomocą własności ludzkiego fenotypu, oznacza postulowanie przez autorów tej pracy fenotypowej genezy poznania. Zgodnie z jej definicją, cały organizm – plus wybrane struktury jego otoczenia – są materialnym substratem procesów przetwarzania informacji. Wartość mózgu jest pochodna względem wartości przystosowawczej organizmu, który wykorzystuje centralny układ nerwowy w stopniu, uzasadnionym regułami ekonomii poznania.

Rozwój umysłu – w świetle tych założeń - jest procesem w którym każda zmiana formatu i treści mentalnych bazuje na uprzedniej organizacji fenotypu i jego interakcjach z wieloma czynnikami środowiskowymi. Fenotyp podlega zasadzie ekologicznej równowagi (Principle of Ecological Balance), zgodnie z którą podczas realizacji zadania poznawczego „musi istnieć dopasowanie między stopniem złożoności systemów sensorycznych, motorycznych i neuronalnych agenta” oraz „rozkład zadań między morfologią, materiałami, kontrolą i środowiskiem” (Pfeifer, Bongard 2007). W praktyce oznacza to funkcjonalną kompensację poznawczą[5] oraz funkcjonalną rozproszoną dekompozycję (Clark, 2008) wielu jego struktur.

4.1 Funkcjonalna kompensacja poznawcza

Mechanizm kompensacji poznawczej jest możliwy dzięki nadprodukcji materialnych korelatów procesów poznawczych, po której następuje selekcja rozwojowa (Frank, 1996) i wykorzystanie jedynie niewielu z nich...