2 курс / Нормальная физиология / Вегетативные_пароксизмальные_состояния_и_терморегуляция_организма

к уменьшению теплосодержания оболочки тела наиболее близкий к коже слой ткани толщиной 1см составляет уже около 20% массы тела, т. е. около 15кг). Утраченное тепло в этих условиях компенсируется нагреванием тела днем за счет внешней температуры или усиленной работы, а также согревания теплом костров, вокруг которых эти люди спят ночью.

Адаптация, состоящая в снижении теплосодержания оболочки тела, сказывается на ее некоторых функциях. Например, отмечается понижение болевой чувствительности кожных покровов, повышение порогов охлаждения, вызывающих пробуждение от сна ночью (по сравнению с контрольными наблюдениями над европейцами, не адаптированными к охлаждению).

Социально-биологическое значение приспособления к низким температурам, при котором теплосодержанием «оболочки» жертвуется ради сохранения теплового гомеостаза «ядра» тела, обусловлено особенностями жизни этих народов, находящихся на низких ступенях материальной культуры. Вследствие неблагоприятных социальных условий они вынуждены переносить если не голодание, то во всяком случае значительное ограничение питания в условиях холодного климата и микроклимата (ночью). Приспособительная реакция повышения термогенеза, позволяющая поддерживать высокую температуру и «ядра» и «оболочки», неизбежно связанная с повышенным распадом энергетических ресурсов и необходимостью их восполнения за счет пищевых веществ, не может быть вполне оптимальной. Поэтому адаптация к охлаждению происходит не путем усиления теплопродукции, а главным образом за счет снижения теплосодержания поверхностных тканей тела. Этот последний эффект связан с уменьшением кровообращения в тканях и, следовательно, снижением их теплопроводности, а также и с уменьшением в них интенсивности обмена веществ и энергии. Внутренние органы и мозг оказываются как бы окруженными достаточно толстым теплоизоляционным слоем, что сохраняет тепловой гомеостаз в этих органах.

1.4. Собственные исследования теплового гомеостаза человека и определение его роли в системных метаболических и гемодинамических реакциях, инициирующих механизмы пароксизмальных состояний.

Анализ предшествующих работ и формул

31

Фai b Cb Kai Tb

для артериальной крови,

Фvi b Cb Kvi FL iTi

для венозной крови послужил основой для более детального изучения показателей температуры сонных артерий (слева и справа), подмышечных артерий (слева и справа), абдоминальной области и установление их значения в формировании вегетативной пароксизмальной реактивности организма с энергетических позиций обеспечения главных метаболических путей жизнедеятельности и активности тромбин-плазминовой системы. Ферменты, способные осуществлять гидролиз фибриногена, находятся в поджелудочной железе, некоторых клетках крови и тканях внутренних органов. Плазминовый протеолиз фибриногена - главный путь гидролиза этих белков до аминокислот и пептидов (веществ с определѐнной молекулярной массой от 20 000 до 80 000). Количество образующихся промежуточных продуктов расщепления фибриногена (ПРФ) непостоянно и велико. Определение ПРФ можно использовать для диагностики некоторых патологических пароксизмальных состояний. При этом нарушения моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта и желудка играют важную роль в развитии вегетативных параксизмальных состояний и гемодинамических реакциях, связанных с ПРФ. Количество ПРФ взаимосвязано с Kai i Kvi по своей структурно-функциональной организации являются носителями информации энергетических аспектов химической термодинамики и отражают условия их самопроизвольного течения. При этом регуляторные системы организма обмениваются с окружающей средой, энергией и массой. Возникающие при этом термодинамические характеристики (а1) зависят от количества вещества, его фазового состояния и складываются при сложении однородных компонентов с включением объема (V), массы (m), количества вещества (п), энергии

( ) (144, 145, 148, 151, 152, 156, 157).

Компоненты системы определяют состояние вещества – Т, Р и п, т.е. температуру давления и количества вещества. Остальные характеристики зависят от этих трех параметров и определяют функции состояния.

32

а1

Рис.1. 1. Формирование состояния в зависимости от параметров и функций

Возникающая термодинамическая система включает термодинамические процессы, основанные на взаимодействии организма с окружающей средой (атмосферное давление, содержание азота в атмосфере, содержание кислорода в атмосфере, содержание углекислого газа и инертных газов). Возникающие состояния бывают равновесными или переходными, взаимосвязанными с процессами обратимых и необратимых реакций. Всякое изменение параметров состояния (т.е. переход системы из одного состояния в другое) есть термодинамический процесс, который может быть обусловлен воздействием различных факторов внешней среды (звук, действие химических факторов, физических факторов) с последующим выведением системы из равновесного состояния с изменением температуры. Последняя определяется химической реакцией – функцией состояния, получившей название закона Гесса. Теплота химической реакции (при постоянном давлении или при постоянном объеме) не зависит от пути процесса, а определяется только начальным и конечным состоянием системы. В случае параллельных цепей реакций:

Рис.1. 2. Взаимосвязь независимости хода реакций и формирование состояния

Согласно закону Q1 + Q2 = Q3 + Q4 , при последовательном ходе реакций:

33

вновь получаем две параллельные цепи (где одна цепь представлена только одной реакцией) и по аналогии можем записать Q0 = Q1 +... + Q4.

Составляющие взаимосвязаны с тремя величинами - (изменение внутренней энергии), работой W и теплотой Q. – внутренняя энергия системы, определяемая совокупностью теплового движения молекул, внутримолекулярной энергией и энергией межмолекулярных взаимодействий. Абсолютное значение этой величины неизвестны. Что же касается теплоты и работы, то это две единственные формы передачи энергии от системы к внешней среде и обратно. При этом работа – такой переход одной формы энергии в другую (в т.ч. и в тепловую), который сопровождается преодолением некоего сопротивления, определяемого производимой работой – электрической, химической, осмотической, возникающей в системе по отношению к внешней среде. В этом случае = Q + W.

Человеческий организм можно рассматривать как кибернетическую сумму клеток. Клетка, в свою очередь, имеет кровоснабжение, состоящее из системы притока, оттока крови и лимфатической системы. Для регуляции адекватного кровоснабжения клетка имеет в своем распоряжении ряд субсистем, зарождающих энтропию и на уровне которых протекают в течение жизни индивида необратимые процессы, обусловленные энтальпией: H E + PV. Особенность энтальпии состоит в том, что она всегда является функцией состояния и взаимосвязана с параметрами Р, V и функцией Е состояния.

Следовательно, Н = Н2 – Н1 во всех процессах (как и Е) зависят только от начального и конечного состояний: Н = Н2 – Н1.

где Н2 и Н1 – энтальпии этих состояний.

Для изобарного процесса, протекающего в условиях атмосферного давления, изменение энтальпии равно теплоте:

Н = Е + PV = Qp

Поэтому теплоту реакций можно находить по разности энтальпии продуктов и реагентов:

34

Qp H H прод Н реаг (1.9.)

Пусть данная разность положительная, т.е. образуются более теплоемкие вещества. Тогда при нагревании системы все большая часть теплоты должна как бы оставаться в продуктах реакции, а время стабилизации измеряемых температур в вышеуказанных точках увеличивается. Следовательно, выделение теплоты в реакции уменьшается, а это значит, что величина Н возрастает – например, с 200кДж/моль до 100кДж/моль. Аналогично, если Ср 0, то образуются менее теплоемкие вещества: при нагревании они поглощают меньше теплоты, чем реагенты, отчего больше теплоты выделяется в ходе ре-

акции, а величина 0рц уменьшается. При этом время стабилизации

температурных показателей уменьшается.

По крайней мере, две из субсистем клеток обусловливают развитие положительной энтропии:

–энзиматическая субсистема, которая в сети метаболических линий анаболизма — катаболизма имеет хотя бы по одной необратимой узловой точке на каждом из основных путей (например, превращение пировиноградной кислоты в активный ацетат);

–оболочковая субсистема, которая уже более десятилетия стала моделью биологической системы, в которой происходят термодинамические необратимые процессы (Katchalsky). Расчеты необратимости основаны на следующем ключевом положении: изменение энтропии измеряется приведенной теплотой обратимого процесса, связывающего соответствующие состояния системы.

dS Qобр , или ТdS Q обр (1.10.)

Т

Cоотношения (1.10.) основываются на следующих факторах:

1. Приведенная теплота обратимого микропроцессаQ обр/ Т в отличие от просто теплоты Q является

функцией состояния, и не зависят от способа перехода из одного состояния в другое.

2.Функция, измеряемая данной величиной, в необратимых процессах в изолированных системах всегда возрастает,

35

а, значит, является критерием самопроизвольности процесса.

3.Одновременно эта функция непосредственно связана с числом микросостояний, возможных в системе, т.е. характеризует меру ее энергетического беспорядка. Отсюда следует, что величиной Q обр/ Т измеряется изменение

именно энтропии.

Все естественные процессы представляют собой динамическую последовательность состояний равновесия, обусловленных ходом окислительных и восстановительных реакций. Вся материальная феноменология находится в состоянии устойчивой непрерывности взаимодействия клеточного состава крови на уровне микроциркуляторного звена кровообращения, а ее обратимый аспект представляет собой лишь временное рассмотрение момента встречи между процессами, которые фактически протекают необратимым образом. При этом возникающие структурно-функциональные изменения клеток и микроциркуляторного русла являются реактивными, т.е. обусловленными не только закономерностями течения процесса жизнедеятельности, но и ответом организма на влияние окружающей среды в данный момент, путем воздействия газового состава атмосферы, атмосферного давления, давления кислорода в атмосфере на организм. Эти воздействия приводят к изменениям хода окислительных и восстановительных реакций, которые определяют распад и синтез веществ. Кровь и лимфа с их клеточными элементами и наличием лизосом, содержащих кислые гидролазы (КГ) и щелочные фосфотазы, являются разновидностью внутренней среды, где в циклическом процессе результирующей изменение любой функции состояния, зависящей от рН среды, очевидно, должно равняться 0 - цикл Карно, который включает 4 обратимые стадии (см. рис.1.3.) перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое с формированием рН среды:

36

Рис.1.3.

1)изотермическое расширение газа от V1 до V2 при температуре T1; поглощается теплота Q1;

2)адиабатическое расширение от V2 до V3 (при этом Q = 0, а температура снижается от Т1 до Т2);

3)изотермическое сжатие от V3 до V4 при температуре T2; отдается теплота Q2;

4)адиабатическое сжатие от V4 до V1 (вновь Q= 0, а температура увеличивается до T1)

Адиабатическими называются процессы, в которых исключен теплообмен системы с окружающей средой. Исходя из свойств адиабатических процессов, можно доказать, что:

Для сохранения постоянства довольно жестких констант этих механизмов в регуляции рН среды и сохранения определенной активности ТПС организм располагает определенными механизмами регуляции, осуществляемыми костным мозгом, который изменяет свою активность и определяет клеточный состав крови, в зависимости от микроокружения, взаимосвязанного с Рн среды, температурой. Масса ко-

37

стного мозга составляет 4 – 6% от массы тела (Чертков И.А., Фриденштейн А.Я.,1977г.; Козинецг.И.,1980г.). В среднем у человека в день образуется 20·109 лимфоцитов,200·109 эритроцитов,120·109 гранулоцитов (Козинецг.И.,1983г.). Митотический индекс в группе миелобласта составляет 25‰, промиелоцитов -15‰, миелоцитов - 10‰ (Козинецг.И.,1980г.).

Система кроветворения по данным Марачева и соавторов (1983г.) зависит от температуры. По их данным под влиянием холода суточный эритропоэз увеличивается в 1,5 раза, но при этом продолжительность жизни эритроцитов снижается в 2,5 раза. Продолжая эти работы, Малыхин и соавторы установили, что изменения периферического состава крови зависит от температурных показателей, прежде всего абдоминальной области, принимающей участие в регуляции остаточного азота, полипептидов, поступающих в кровь из желудочно – кишечного тракта при переваривании белков. Количество полипептидов взаимосвязано с функциональным состоянием желудка и печени, участвующих в регуляции ТПС. Существенное значение при этом имеет время стабилизации температурных показателей (Малыхин А.В. и соавторы: Патент Украины «Способ оценки расстройств гемодинамики» №22161,1998г.; Патент Украины №3028 А61В5/02 Бюллетень №10 от 15.10.2004 «Способ диагностики вегето-сосудистых пароксизмов»; Патент Украины №3546 А61В5/02 Бюллетень №11 от 15.11.2004 «Процесс неинвазивного определения показателей гомеостаза объекта биосреды»). Время стабилизации температурных показателей абдоминальной области колеблется от 180 до 720 сек. Эти показатели, взятые по отношению к коэффициенту растворимости кислорода, отражают функциональное состояние моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта, которое оценивалось двумя методами: а) по дыхательному тесту с 13 С-октановой кислотой (188, 285, 328), который отражает зависимость развития заболеваний желудочнокишечного тракта от наличия бактерий Helicobacter pylori; б) с помощью аппаратно – программного комплекса А.В.Малыхина, основанного на анализе температурных показателей активных точек в ходе биохимических, биофизических преобразований в системе кровообращения внутренних органов.

Протекая в виде элементарного превращения, любая система прибегает к обмену с окружающей средой определенного количества тепла Qei; вследствие этого система изменяет свою энтропию S, согласно следующему соотношению:

38

ds QeI (1.12.)

T

в котором Т — абсолютная температура.

В случае процесса, считаемого обратимым, соотношение (1.12) принимает следующий вид:

TdS - Qel = 0 (1.13.)

то есть, в обратимом процессе количество тепла, обмененного с внешней средой равно с вариацией энтропии данной системы.

В отличие от обратимых, во время необратимых процессов количество обмененного тепла с внешней средой меньше, чем энтропия система, осуществляя истинное неравенство:

TdS – Qel > 0 (1.14.)

или

TdS > Qel (1.15.)

Следовательно, при необратимом процессе, вариация энтропии превосходит количество обмененного с внешней средой тепла.

Результат разницы из соотношения (1.13.) обозначаемый Q eI

называется количеством некомпенсированного тепла и отмечает, насколько вариация энтропии системы превышает количество тепла QeI обмененного с внешней средой, регулируемой ВНС (55, 57, 68, 69, 84, 108, 119, 121). Применяя это обозначение, соотношение (1.13.) принимает следующий вид:

TsS – Qel = Q eI (1.16.)

Принимая во внимание соотношение [5], получаем следующее:

39

В вышеуказанном соотношении пропорция QeI / T представляет

собой обмененную энтропию системы с внешней средой dSe a QeI / T

— вариацию внутренней энтропии dSi; следовательно, соотношение (1.16.) можно написать в следующей форме:

dS = dSe + dSi (1.18.)

а соотношение (1.14.) — в форме:

dS > dSe (1.19.)

и, следовательно:

dSi > 0 (1.20.)

Соотношение (1.20.) выражает действительность, а именно то, что во время необратимого процесса внутренняя энтропия системы и ее внешней среды (в ее целом) повышается или, иначе говоря, необратимые процессы обусловливают развитие энтропии в системе (33, 34, 35, 53, 56, 73).

Термодинамика необратимых процессов отрицает подобное упрощенческое развертывание событий и взамен этого предлагает теорию связанных между собой процессов, согласно которой в одном и том же месте могут протекать несколько соединенных между собой процессов (некоторые из которых могут утратить энтропию), при условии, чтобы они происходили одновременно, пo крайней мере с одним необратимым процессом, обусловливающим энтропию и таким образом, чтобы общая вариация dSi оставалась положительной в соответствующем месте.

Обратимые процессы, связанные с одним или с несколькими необратимыми процессами, называемыми связывающими процессами – система кроветворения и система периферического состава крови, реологические свойства которой определяются активностью ТПС, имеют место повсюду в человеческом организме (например, возникающие при этом осмотические градиенты перехода воды связаны с куплирующим, необратимым процессом прохождения через оболочку иона Na), сопровождаются термодинамическими силами X, градиенты некоторых интенсивных величин, обусловливающих необратимые процессы в соответствующей термодинамической системе (например, градиенты температуры, химических потенциалов, механических сил какого-либо фактора и т.д.). Термодинамические силы характеризуют-

40