2 курс / Нормальная физиология / Загускин_С_Л_Ритмы_клетки_и_здоровье_человека

3.3. Адаптация и устойчивость биосистем

Первой стратегии устойчивости биосистемы соответствует ее эволюционный регресс, старение и пассивная (в энергетическом смысле) адаптация. Второй стратегии – прогресс, развитие, дезадаптация путем энергетически активной перестройки. Каждый из этих процессов может основываться на преимущественном снижении (первая стратегия) или повышении (вторая стратегия) либо плотности (концентрации, уровня) потока используемой энергии, либо скорости. Их образно обозначают как стратегии стайера и спринтера. Принципиально, происходит ли адаптация лишь функциональная, либо структурная, на основе функциональной индукции пластических процессов, качественная или количественная. Чем выше уровень интеграции биосистемы, тем больше у нее эшелонов последовательных по скорости (периодам биоритмов) адаптаций. Причем направление адаптации и соотношение стратегий на разных уровнях могут не совпадать. Адаптации каждого уровня складываются для биосистемы высшего уровня в систему модуляций со все большим и большим периодом. Эволюция биосферы – это адаптации всех ее уровней, вплоть до макромолекул. На каждом новом ОУБИ добавляется шесть видов адаптаций по их скорости (u, v, w, k, l, m) (рис. П. 2, 3). Критерий адаптированности – равенство периодов функциональных (N уровня) и структурных (N–1 уровня), чему соответствует минимум энергетического дисбаланса.

Напримереадаптацииклеткиобнаружено,чтопассивнаяадаптация(преобладание первой стратегии) выражается увеличением концентрации кальция в цитозоле за счет пассивного его высвобождения из внутриклеточных депо. Активная адаптация сопровождалась перераспределением кальция между различными его депо с преимущественным энергозависимым связыванием его в ретикулюме, активирующем биосинтез и восстановительные процессы. При адаптации к ритмическим внешним воздействиям перестройки микроструктуры клетки идут таким образом, что ритм (ритмы) освобождения кальция из тех или иных микроструктур становится равным по периодуритму(ритмам)входящеговклеткуподвлияниемвнешнегоритмического воздействия потока кальция. Противофазность этих колебаний стабилизирует концентрацию кальция в цитозоле, что энергетически выгодно, так как снимает возмущения и чувствительность внутриклеточных процессов.

По мере повторения и увеличения привычности воздействия в биосистеме уменьшается положительная функциональная индукция восстановительных процессов. Баланс биосинтеза и распада в результате адаптации становится отрицательным. Это означает, что обучение биосистемы необратимо ведет к потере устойчивости ее элементов и старению.

91

Развитие (рост, эволюционный прогресс) сопровождается по направленности самого медленного биоритма, модулирующего все другие биоритмы нижележащих уровней, увеличением энергозатрат как на внешние функциональные и структурные процессы (xN+1 и pN+1), так и на внутренние регуляторные функциональные и структурные процессы (zN и sN). Старение (регресс) сопровождается также ростом qNвх и qNвыхх, но снижением как внешних, так и внутренних регуляторных энергозатрат. Снижение последних до критического для отдельного ПУБИ уровня приводит к смерти (потере устойчивости) биосистемы, если до этого не произошло резкого снижения внешних функциональных процессов и потери приобретенной информации в этой биосистеме или в ее части в результате деления, размножения или перехода

ванабиоз.

Вбиосфере Земли (в отличие от других ОУБИ) в настоящее время, по-

видимому, нет внешних для нее функциональных (x5, как у раковой клетки) и структурных (p5) процессов. Однако она способна адаптироваться (эволюционировать) в направлении увеличения восприятия Солнечной энергии

(u5), как и «бессмертная» раковая клетка, за счет не внешних, а внутренних перестроек до тех пор, пока все внутрибиосферные ритмы не согласуются с ритмами внешней для нее среды. Из-за изменчивости этих ритмов в эволюции Галактики и Вселенной переход биосферы в глобальном масштабе к первой стратегии устойчивости (старению) вряд ли возможен, скорее, он

может наступить в результате снижения k5 – уровня энергетической активности Солнца.

Энергетическая параметрическая регуляция генов (r0) является конечным звеном обратных связей в эволюционной адаптации биосферы, «учитывающих»устойчивостьвсехОУБИ.Фенотипическиефакторыотборагенотиповв популяциях организмов должны основываться на энергетических критериях адаптации и устойчивости всех ОУБИ. Вероятность мутаций в направлении возникающих модификаций стремится к единице, если внешние условия, вызывающие последние, сохраняются на срок, в π7 раз больше длительности смены поколения, т. е. на срок отличия структурных и функциональных биоритмов одного и того же уровня. Отбор на всех уровнях имеет энергетическую основу. Длительное сохранение в эволюции отдельных видов означает замедление биологического времени их адаптации в стабильных для них условиях и в отсутствие энергетического лимитирования со стороны еще не достаточно адаптированного верхнего ОУБИ. Адаптация высших уровней ускоряет эволюционный процесс. Смена стратегий устойчивости совпадает с изменением видового состава биоценоза и биосферы. Эти и другие следствия важны для понимания механизмов старения и эволюции биосистем на разных уровнях.

92

3.4. Модели информационной функции, памяти и обучения клетки

Алгоритмическая модель клетки реализует такие свойства живой клетки, как адаптивная классификация сигналов внешних воздействий, обучение, память и адаптация (рис. 19). Эта модель разработана нами совместно с проф. С. Н. Гринченко на основании наших экспериментальных данных изучения ритмов живой клетки с использованием элементов автоматического регулирования, методов поисковой оптимизации и теории случайного поиска проф. Л. А. Растригина. Подробно с этой моделью можно ознакомиться в монографии [15].

Рис. 19. Алгоритмическая модель клетки

Каждый из 15 блоков этой модели представляет собой модель конкретных функциональных подсистем клетки – рецепторных зон нервной клетки, биосинтеза, генома, основного обмена, распределения потоков энергии, биологических часов, экстремального регулятора, многоканального оптими-

93

затора, целевой функции, информационного преобразования, эфферентной функции и др.

Целевойфункциейоптимизациивсехвнутриклеточныхпроцессов(функциональных, биосинтетических и энергетических) является приведенный выше энергетический критерий направленности биологических процессов. В применении к адаптации, обучению и хранению информации в нервной клетке он достигается изменением спектра ритмов золь-гель переходов в компартментах клетки и согласованием их параметров между собой. В частности, восприятие информации происходит за счет сдвигов концентрации кальция в постсинаптических зонах нейрона. Ее сохранение в кратковременной памяти происходит с учетом изменений исходной и средней концентрации кальция в теле нейрона. Обучение происходит путем оценки вызванных сдвигов локальной концентрации кальция, АТФ и исходных факторов, определяющих структуру воды, специфику макромолекул и морфологию мицелл. Поисковая оптимизация нового спектра и соотношений параметров ритмов золь-гель переходов осуществляется путем оценки всех факторов изменений агрегации митохондрий. Переход в долговременную память основан на поисковой оптимизации агрегации ретикулюма и на биосинтезе новых или замене исходных белковых макромолекул. Хранение биологически значимой информации обеспечивают новые параметры ритмов золь-гель переходов в соответствующемкомпартментеклетки.Учитываякодированиеинформации в живой клетке путем изменения спектра ритмов золь-гель переходов и их параметров, а также многочастотный характер биологических кодов, объем памяти живой клетки, скорость ее считывания и поиск связей и логических ассоциаций несопоставимо больше, чем в существующих компьютерных искусственных системах. Большая тактовая частота технических компьютеров не компенсирует недостатки формальной логики. Использование бионических принципов обработки информации в живой клетке может кардинально увеличить эвристические возможности технических компьютерных систем.

Гидродинамическая модель энергетической взаимосвязи ритмов клетки математически не реализована (рис. 20). В случае ее реализации с подбором коэффициентов дифференциальных уравнений в частных производных, планируемые исследования позволят решить ряд фундаментальных проблем, в том числе: 1) происхождение футильных циклов обмена веществ как одного из критериев живого, важного для понимания происхождения жизни вообще и памяти и обучения в частности; 2) значение соотношения гликолиза и дыхания, что важно также для понимания эволюции обмена веществ и эволюции жизни; 3) условия и способы биоуправления митозом (делением клетки), механизмы канцерогенеза, морфогенеза, регуляции внутриклеточной регенерации и тканевой пролиферации; 4) прогнозирование развития десин-

94

Рис. 20. Гидродинамическая модель энергетической взаимосвязи ритмов жизнедеятельности клетки

хронозов как основы любых заболеваний и оценка эффективности лечебных воздействий; 5) оптимальные условия и параметры биоуправления жизнедеятельностью на клеточном уровне; 6) обоснование биоуправления жизнедеятельностью любых биосистем; 7) бионические механизмы синхронизации нелинейных колебаний; 8) причины дискретности спектра биоритмов; 9) обоснование универсального энергетического критерия направленности любых биологических процессов; 10) условия и параметры индукции апоптозаиэлиминированиявнутриклеточныхструктуримакромолекул;11)проверка хронобиологической концепции старения биосистем; 12) механизмы памяти и адаптации, адаптивной классификации сигналов, фиксации истории входных воздействий; 13) различения помех и биологически значимой информации.

Важнейшим элементом теории функциональных систем организма, разработанной П. К. Анохиным, является акцепция результата действия [3]. В биокибернетике это необходимое звено обратной связи, определяющее достижение цели регуляции любых реакций и функций в организме. В последних своих публикациях и выступлениях П. К. Анохин призывал изучать структурно-метаболические процессы клетки, с которыми он связывал процессы памяти, адаптации и интегративную функцию нейрона. В личной бе-

95

седе в 1972 г. Петр Кузьмич поддержал интерпретацию в то время первых наших результатов о роли агрегации митохондрий и ретикулюма, как показателей энергетического и пластического обмена, объяснение регуляции чувствительности нейронов локальной концентрацией кальция в постсинаптических областях (регуляция на входе) и декременте генераторного потенциала при изменении самааксонного индекса (регуляция на выходе) [19]. Однако ученый признал, что природа и механизм самого акцептора результата действия в замкнутой цепи рефлекторных реакций остаются неизвестными.

Внастоящее время ясно, что согласование ритмов золь-гель переходов

вкаждом элементе замкнутой цепи эфферентных нейронов, регулируемого органа, афферентных и центральных нейронов является критерием достижения цели регуляции любым процессом в организме. С позиции хронобиологии, это завершение переходных процессов увеличения универсального энергетического критерия направленности любого биологического процесса

qNвых→max с нормализацией суммарных энергозатрат. Реакция нейронов и регулируемого органа на новый непривычный раздражитель сопровождается самосогласованием ритмов золь-гель переходов во всей цепочке нейронов и устранением десинхронозов. Переходный процесс уже в обученной системе на привычное воздействие короче, энергетически экономичнее с меньшими изменениями внешних функциональных и внутренних регуляторных энергозатрат.

96

Глава 4. Хронобиология и хрономедицина

Невозмутимый строй во всем, Созвучье полное в природе, Лишь в нашей призрачной свободе Разлад мы с нею сознаем.

Ф. И. Тютчев

Многие болезни на самом деле являются скорее болезнями адаптации, т. е. отклонениями общего адаптационного синдрома, чем результатом прямого повреждающего действия патогенных агентов.

Г. Селье

Даннаяглавакниги адресуетсянетольковрачам,ноивсемлюдям,длякоторых важны не механизмы работы клетки и не теория, возникшая на стыке разных наук и поэтому непонятная в отдельных частях даже для ученых конкретных специальностей, а практические рекомендации – что следует изменить или учесть в медицине и как использовать новые хронобиологические методы в диагностике, профилактике и лечении различных заболеваний. В этой главе нет необходимости пересказывать рекомендации по здоровому образу жизни, активному долголетию, питанию, сну, отдыху, применению лекарств и т. д., что достаточно подробно описано в существующей литературе. В данной главе все эти вопросы рассматриваются с позиции хронобиологии и хрономедицины. Именно они недостаточно освещены в современной научной и популярной литературе.

Несмотря на явный прогресс медицины в исследовании и понимании механизмов различных заболеваний, в разработке новых методов диагностики и лечения, более эффективных лекарственных форм, общая заболеваемость населениявмиренетольконеуменьшается,нопорядуболезнейдажеувеличивается. Увеличивается число онкологических, психических заболеваний. Растет число людей с аллергическими реакциями, с метаболическим синдромом (с избыточным весом), с синдромом хронической усталости (зимняя депрессия) и др. С каждым годом увеличивается зависимость человека от биологически непривычных искусственных факторов внешней среды – телевизоров, мобильных телефонов, компьютеров и Интернета, городского транспорта. Все это не может не влиять на естественные биологические ритмы. Без их коррекции возможны устойчивые десинхронозы и, следовательно, различные заболевания. Наша «свобода» от естественных факторов внешней природной среды становится главной причиной роста заболеваний. Хронобиология способна объяснить и выработать рекомендации по устранению этого разлада с природой. Она способна устранить десинхронозы как причину развития заболеваний.

97

Десинхронозы появляются уже на доклинической, т. е. на ранней, стадии заболевания, когда еще нет самих симптомов болезни. Поэтому хронодиагностика важна не только для прогноза течения заболевания и оценки эффективности выбранного метода его лечения, но и для профилактики любых болезней. Что же такое десинхроноз? Десинхронозы как рассогласование биоритмов организма или других биосистем бывают фазовые, системные и иерархические.

Фазовые десинхронозы характеризуются сдвигом фазы ритмов одинаковых периодов и одинакового иерархического уровня за счет разных постоянных времени обратных связей во время переходных процессов. Например, при трансмеридианных перелетах согласование фаз околосуточных ритмов артериального давления, температуры, частоты пульса и других биоритмов относительно друг друга нарушается и восстанавливается с разной скоростью. Для нормализации сдвигов акрофаз разных околосуточных биоритмов относительно друг друга требуется адаптация сроком от одного дня до трех месяцев. Фазовые десинхронозы биоритмов других периодов могут нарушаться по различным патологическим и функциональным причинам.

Системные десинхронозы – это рассогласование биоритмов с разными периодами, но одного иерархического уровня. Например, рассогласования соотношения частоты сокращений сердца и частоты дыхания. Это один органный уровень иерархии биосистем, но разные периоды. Такой десинхроноз может быть функциональным и указывать на адаптивную перестройку функциональных систем организма, если он длится не более длительности переходного процесса на данном уровне (рис. П. 2–3), или патологическим, характеризующим определенное заболевание, если соотношение частоты сокращений сердца к частоте дыхания выходит из нормального диапазона этого отношения от 3 до 5 и превышает по сроку длительность переходного процесса.

Иерархические десинхронозы – это рассогласование биоритмов разных периодов и разных иерархических уровней, но одинаковой принадлежности к функциональным, структурным или энергетическим процессам в иерархии биосистемы. Например, рассогласование (отклонение от дискретности средних значений с шагом π2) околочасовых ритмов потребления кислорода, агрегации митохондрий в клетках, кровотока в тканях и органах, с околосуточным биоритмом футильных циклов энергетического обмена, теплопродукции, содержания сахара в крови, с 10-дневными биоритмами акклимации (уровень основного обмена, гормонов энергетического обмена) и сезонными биоритмами тех же энергетических показателей. По длительности и степени рассогласованиябиоритмовэнергетикиразныхиерархическихуровнейможно не только диагностировать, но и прогнозировать направленность реакций

98

клетки на внешнее воздействие, начальную доклиническую стадию заболевания организма, начало климаксовой стадии развития биоценоза, снижение устойчивости и буферной емкости саморегуляции биосферы.

Фазовые, системные и иерархические десинхронозы, как снижение устойчивости биосистем, обнаруживаются уже при ухудшении функционального состояния и метаболизма клетки, на доклинической стадии заболевания организма, при снижении гомеостатической мощности биоценоза и биосферы.

На основании медицинской практики существует мнение, что здоровье человека в меньшей степени зависит от его генетики и существующей в настоящее время медицины и здравоохранения, но в большей степени от внеш- нейсредыиобразажизни.Главныеизних–неестественнаяпохимическими физическим параметрам экология жизни и работы. «Болезни цивилизации», малоподвижный образ жизни, нерациональное питание, плохое качество пищевых продуктов, воды, загрязнение атмосферы – все это сопровождается возрастанием стрессовых нагрузок, вызванных социальными и бытовыми причинами.

Такая ситуация объясняется во многом и тем, что обычные физиотерапевтические методы не гарантируют исключительно положительного лечебного и профилактического эффекта, так как используют постоянные фиксированные частоты, которые неадекватны варьирующим по длительности периодам биоритмов. Эффективные же лекарства также не свободны от побочных эффектов, нередко вызывают аллергические реакции и привыкание (человек становится «заложником» фармакологических фирм). Информирование населения о здоровом образе жизни, рациональном питании и профилактике весьма ограничено либо искажено недобросовестной рекламой различных, якобы панацейных методов лечения и биологически активных добавок.

Методы восточной и народной медицины, разные виды рефлексотерапии, гомеопатии, герудотерапии, апитерапии, разные виды массажа и др. не спасают положения. Для их использования необходим индивидуальный практический опыт врача, по сути, искусство, которое не может стать массовым, и тем более панацеей, так как особенности климата, питания, образа жизни людей в разных странах и их генетические особенности не позволяют непосредственно копировать этот опыт. Попытки формализовать и автоматизировать искусство восточной медицины и других специальных приемов отдельных целителей не дают нужного результата при массовом применении. Использование различных биологически активных пищевых добавок, препаратов для коррекции обмена веществ и профилактики заболеваний также требует индивидуального подхода, оценки содержания микроэлементов, учета экологии среды и генетических особенностей конкретного человека,

99

его биоритмов. Необходимо кардинальное переосмысление стратегии и тактики современной медицины. Иначе, необходимо на деле реализовать принципы «Не навреди!» и «Лечить не болезнь, а больного!»

Увеличение эффективности лекарственных средств, объемов их производства и закупок, увеличение потребления БАДов и использования существующих нелекарственных методов лечения напоминает вычерпывание воды из тонущей лодки вместо того, чтобы устранить саму течь. Главным направлением развития медицины и здравоохранения должна стать профилактическая интегративная медицина. Обосновать и помочь реализовать эту задачу может хронобиология.

Необходимо отметить, что важное значение биоритмов организма человека и его органов для диагностики и лечения заболеваний понимают и используют практики восточной медицины (дыхательная гимнастика пранаяма, метод цигун, иглоукалывание) и остеопаты (В. Г. Сазерленд, С. Д. Джелэс, И. А. Литвинов и др.).

Еще в 1939 г. В. Г. Сазерленд описал первичный респираторный механизм и его ритмы, включающий– 1) врожденное движение головного мозга и спинного мозга, которые с позиции хронобиологии соответствуют ритмам золь-гель переходов в клетках; 2) флюктуации цереброспинальной жидкости, что отражает гетерогенность изменений соотношения золя и геля в клетках разных областей мозга; 3) подвижность интракраниальных и интравертебральных мембран, соответствующую связи ритмов золь-гель переходов с ритмами микроциркуляции крови; 4) суставную подвижность костей черепа, что соответствует известным в хрономедицине ритмам давления ликвора; 5) непроизвольное движение крестца между подвздошными костями, отражающими ритмы кровотока, лимфотока и цереброспинальной жидкости.

Нарушения любых этих ритмов используются остеопатами для диагностики, а их нормализация – для лечения. Фактически это те же методы хронодиагностики и биоуправляемой хронофизиотерапии. Однако в остеопатии владение этими методами требует особых навыков индивидуального и, главное, не только теоретического, но и практического обучения. Овладеть приемами диагностики и лечения остеопатии не просто – это требует способностей и большой практики врача. Однако опыт остеопатии необходим для формализации и автоматизации этого искусства, чтобы он стал более доступным для современной интегративной и профилактической медицины, включающей и интегрирующей достижения и западной и восточной медицины.

С позиции хронобиологической теории устойчивости биосистем и гипотезы о физической природе основной информационной функции биосистем можно сопоставить процессы и явления, используемые в хронобиологии

100