синхронизация ритмов фазовых золь

СИНХРОНИЗАЦИЯ РИТМОВ ФАЗОВЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЕРЕХОДОВ - ОСНОВА
ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ НА ЗЕМЛЕ
Загускин С.Л.
лаборатория хронобиологии НИИ физики Ростовского государственного университета
Гипотеза об энергетических механизмах синхронизации ритмов золь-гель структур и
эволюционном становлении иерархии их периодов является частью хронобиологической
концепции устойчивости биосистем. Биосистема считается устойчивой, а нарушения ее
структуры обратимыми до тех пор, пока десинхронозы (рассогласования ее биоритмов
одного или смежных иерархических уровней) не выходят за пределы гомеостатической
мощности, а функциональный десинхроноз не превышает по длительности время
соответствующего структурно-восстановительного процесса. На основе естественной
эволюционной классификации уровней биологической интеграции, длительностей
переходных процессов для каждого уровня, постоянных времени обратных связей и
периодов биоритмов (С.Л. Загускин, 1986, 2000) возможно оценивать и восстанавливать
гармонию временной организации конкретной биосистемы, диагностировать и
прогнозировать направленность ее реакций и сохранение устойчивости. Эволюция
биосистем идет в направлении более полного и полезного использования внешней энергии и
минимизации интеграла отношения внутренних регуляторных затрат в биосистеме к
внешним функциональным за время переходного процесса. Интеграция биосистем с
образованием новых иерархических уровней и более медленных интегральных биоритмов
происходит за счет преодоления кинетических пределов использования внешней энергии
путем временного и пространственного согласования энергопотребления соответственно
однородных и разнородных элементов при образовании промежуточных уровней и за счет
преодоления конституционного предела по плотности потока используемой энергии при
образовании основных уровней - клетки, организма, биоценоза и современной биосферы.
Периоды основных и реликтовых ритмов (например, ритмы элонгации прокариот и
эукариот) отличаются в π раз. Дискретный шаг временной организации промежуточных
уровней π2, основных - π3. Диапазон критических значений периодов биоритмов на каждом
уровне равен ℮℮. Абсолютные значения биоритмов определяются морфологическими
коэффициентами, числом элементов в системе, степенью их синхронизации и гистерезисной
зависимостью от функции биосистемы. Функциональные десинхронозы для любого
биоритма (отклонения в пределах гомеостатической мощности) необходимы для развития,
роста, адаптивного приспособления, обучения и эволюции. В пределе они оптимально
соответствуют суб- и супергармоникам симметрии 5 рода и "золотому сечению".
Корректируемые внешними гармоническими колебаниями биоритмы годовой, лунный,
суточный варьируют в наименьшей степени. Эталоном биологического времени (в отличие
от условно принятых физических эталонов) в эукариоците является наименьший период
ритма золь-гель структур около 300мкс. (100мкс в прокариоците), для многоклеточного
организма - ритм пульса, для биоценоза - околосуточный ритм, для биосферы - 11-летний
биоритм, соответствующий циклу Вольфа солнечной активности.
Для понимания происхождения и эволюции жизни недостаточно знания эволюции
элементарных открытых каталитических систем (А.П. Руденко), механизмов
хемоосмотического электрохимического генератора энергии и биохимических циклов
(Митчел, Кребс, Хесс), условий работы против равновесия (Э. Бауэр), конвариантной
редупликации (Н.В. Темофеев-Ресовский), роли активных форм кислорода до появления
фотосинтеза (В.Л. Воейков), футильных циклов энергетики (Е.Е. Сельков). Биохимические
механизмы должны быть дополнены знанием образования и эволюции надмолекулярных
комплексов, мембран с двойным электрическим слоем и коллоидных структур, приведшей к
появлению простейшей клетки как началу собственно жизни на Земле. Именно этот
решающий этап, а не вопрос о занесении из Космоса или возникновении на Земле
нуклеиновых кислот, является главным для понимания сущности живого, важным для
диагностики, прогнозирования и управления жизнедеятельностью, включая процессы
морфогенеза, роста, развития, старения, анабиоза, канцерогенеза, адаптации, памяти,
энергоинформационных связей.
Живая клетка с позиции физики - это система отрицательных кристаллов, в каждом
кристалле-компартменте жидкая фаза (золь) окружена твердой фазой (гель). Такая система
исключительно чувствительна к внешним воздействиям благодаря взаимосвязи колебаний
золь-гель структур. Для этого достаточно повышения температуры на 0,01 град в 1мкм3.
Золь-гель структуры - универсальный акцептор внешних ЭМ полей, механических и
гравитационных колебаний, который сохранил свою фундаментальную роль в эволюции и
после появления специализированных рецепторных белков и рецепторных клеток. Системой
отрицательных кристаллов является морской лед, для увеличения организации
(негоэнтропии) которого (опреснения) достаточна внешняя энергия солнечного света. В
биологически активных точках организма акцепторы золь-гель структур настроены на
спектр золь-гель ритмов соответствующих внутренних органов. Не только при КВЧ-терапии,
но и при квантовой терапии лазерное излучения инфракрасного диапазона оказывает
воздействие на глубокорасположенные ткани внутренних органов не благодаря большой
импульсной мощности (исключение - надвенное облучение крови), а за счет эстафетного
переноса сигналов, адекватных иерархии периодов золь-гель колебаний и освобождаемой
энергии при фазовом переходе золя в гель.
Для сохранения колебаний золь-гель структур достаточно протока внешней энергии и
нелинейности обратных связей, в качестве которых выступает зависимость фазовых
переходов золя в гель и обратно от концентрации кальция в цитозоле. В эволюции клетки
кальций становится вторичным внутриклеточным посредником и вместе с циклическими
нуклеотидами и кальцийсвязывающими белками регулирует все внутриклеточные процессы.
Другая параметрическая зависимость обратной связи при золь-гель переходах
обеспечивается колебаниями кластерной структуры воды в золе. "Мерцающие кластеры"
воды через изменения водородных связей обуславливают влияние на золь-гель переходы
изменений химического состава цитозоля, включая и гомеопатические изменения спектра
колебаний. Для перехода части золя в гель необходимы активные формы кислорода, которые
генерируются уже при незначительных механических колебаниях и возникли еще до
появления жизни. Как и колебания кластеров воды, они представляют необходимое условие
появления устойчивой иерархии фазовых золь-гель ритмов, и, значит, "работы против
равновесия" и сохранения устойчивости "волчка жизни". Параметры квантовой терапии,
способствующие максимальной генерации синглетного кислорода, более эффективны при
лечении различных заболеваний.
Экспериментально спектр ритмов золь-гель переходов изучен нами на живых клетках
методами цитоспектрофотометрии, интерферометрии, микрокиноденситографии, скорстной
микрокиносъемки с лазерным усилением яркости изображения. Наиболее быстрые
колебания участков плазматической мембраны и кольцевых диссипативных структур
хроматина интерфазного ядра имели период около 100мкс, а наиболее выраженные по
амплитуде колебаний между разжижением и желатинизацией микроучастков (агрегаты
митохондрий и ретикулюма) имели периоды 1-30 с. Наиболее медленные колебания уровня
для клетки в целом имели околочасовой, околосуточный и сезонный ритмы ("светлые" и
"темные" клетки). "Темные" клетки в фазе увеличения энергообеспечения имеют более
высокий уровень золя, чем геля.
Увеличение амплитуды колебаний внутриклеточных микроструктур (агрегациидезагрегации митохондрий, ретикулюма, микротрубочек и др.) означает увеличение уровня
золя относительно уровня геля в компартменте и в клетке. Это прямой показатель
увеличения метаболизма, так как он коррелирует с уменьшением концентрации кальция в
цитозоле. Старение клетки сопровождается снижением амплитуд этих колебаний.
Полученные данные соответствуют определению биологического возраста по
электрофоретическому смещению ядра в клетке (метод В.Г. Шахбазова). Полное
разжижение цитоплазмы означает ее смерть. То же происходит при почти полной
желатинизации, повышении концентрации кальция, потери калия и накоплении внутри
клетки хлора. По-видимому, биотрансформация ксенобиотиков путем микросомального
окисления, окислительное фосфорилирование, электроосмотические процессы, колебания рН
и окислительно-восстановительного потенциала, действие антиоксидантов различной
химической структуры и активных форм кислорода осуществляются через параметры зольгель переходов. Коррекция иерархии ритмов золь-гель переходов с увеличением
интегративной целостности всех клеток и организма, вероятно, обеспечивается
околосуточным ритмом продукции и транспорта во все клетки мелатонина.
Фазовый переход первого рода геля в золь с использованием внешней энергии и
фазовый переход золя в гель с выделением энергии сопряжены с эндо и экзотермическими
реакциями. Гистерезисная зависимость переходов объясняет явления суммации
раздражений, триггерность и латентность ответных реакций. Выделение энергии при
фазовом переходе золя в гель объясняет эффекты митогенетических лучей А.Г. Гурвича,
феномен В.П. Казначеева и Л.П. Михайловой и энергоинформационных связей между
клетками в ткани и в организме. Для последних характерны биологические коды
многочастотных сигналов в соответствии с иерархией периодов золь-гель колебаний,
эволюционно закрепленных как биологически значимые. Благодаря параллельному
многочастотному биорезонансному захвату энергия этих сигналов крайне мала, а биоситемы,
"обученные" к ним помехоустойчивы к случайным внешним частотам даже близким к
средним значениям периода одного биоритма.
Фазовые гель- золь переходы лежат в основе всех видов внутриклеточных движений.
Фазовые переходы второго рода, образование солитонов (волн золя) и поисковая
энергетическая оптимизация взаимосвязи колебательных процессов разной энергоемкости и
лабильности между компартментами клетки объясняют целенаправленность биологических
реакций направленный перенос веществ и микроструктур и другие феномены цитоэтологии
клетки (по В.Я. Александрову). Золь-гель колебания чрезвычайно чувствительны к
гравитационным, осмотическим и электромагнитным биологически значимым сигналам. На
доклеточном этапе спектр этих колебаний был достаточно широк, а интенсивность
отдельных частот определялась размерами золь-гель структур и соответствовала фликкершуму. Коэволюция временной организации внешней среды и биосистем шла в направлении
все большего согласования от более высоких частот до все более медленных биоритмов по
мере усложнения и интеграции биосистем. Синхронизация (согласование иерархии) ритмов
золь-гель переходов при функциональных десинхронозах и акцепции результата действия в
виде достижения полезного результата (в энергетическом смысле) означает сохранение
устойчивости биосистемы.
В изменяющейся внешней среде для сохранения устойчивости биосистемы к одним
внешним ритмам, биологически значимым и повышающим их энергетическую
конкурентную способность, увеличивали чувствительность и использовали их для коррекции
своих эндогенных ритмов. К другим внешним ритмам они становились нечувствительны
путем эволюционного отбора морфологических форм кальциевых депо, обеспечивающих
противофазные колебания высвобождения и связывания кальция разного объема и кинетики.
На этапе эволюции клетки как иерархической системы возникли многочастотные
биологические коды информационных биологических связей, обеспечивающих высокую
помехоустойчивость при одновременно чрезвычайной чувствительности к биологически
значимым сигналам. Появление колониальных и многоклеточных организмов потребовало
выработки ритма смены стратегий устойчивости, соответствующим фазам внешних ритмов
дефицита и избытка внешней энергии. В условиях дефицита внешней энергии выживают
более экономичные биосистемы, снижающие как внешние функциональные энергозатраты,
так и особенно внутренние регуляторные. В период роста внешних энергоресурсов,
приоритет, наоборот, имеют биосистемы, способные полезно и более полно использовать их
для повышения своей организации, увеличения как внутренних регуляторных, так особенно
внешних функциональных затрат.
Отбор закрепил в эволюции биоситемы, способные оперативно сменять, чередовать
стратегии устойчивости, стратегию экономичности и снижения связи с внешней средой со
стратегией активной адаптации с увеличением использования внешней энергии. Первая
стратегия преобладает при цистировании, анабиозе, старении, регрессе, вторая - при
увеличении рабочего обмена, при росте, развитии, регенерации, прогрессе. Для этого
возникла необходимость усвоения околочасовых, околосуточных, сезонных и других более
медленных внешних ритмов колебания внешних потоков энергии и информационных
сигналов для опережающего отражения предстоящих изменений внешней среды.
Энергетическая параметрическая зависимость функциональной индукции пластических
(восстановительных) процессов указывает на необходимость для увеличения устойчивости
биосистемы автоматической синхронизации ритмов функциональной нагрузки с фазами
ритмов увеличения энергообеспечения ответных реакций. Это условие избыточного
анаболизма, роста и развития на всех уровнях биологической интеграции оказалась также
необходимым условием усложнения биосферы и эволюционного прогресса. В медицинской
практике это условие гарантированного лечебного эффекта с устранением патологических
десинхронозов без расшатывания гомеостатических параметров, без негативных реакций и
передозировки.
Практическим следствием исследования золь-гель колебаний и их роли в
происхождении и эволюции жизни на Земле является обоснование новых методов
хронодиагностики и биоуправляемой хронофизиотерапии. Они апробированы на уровне
клетки и организма человека и могут быть использованы для диагностики, прогнозирования
и управления процессами не только в медицине, но и в экологии, сельском хозяйстве на
уровне биоценозов и биосферы. При хронодиагностике иерархические десинхронозы
оцениваются по изменению фрактальной размерности регистрируемых биоритмов.
Системные десинхронозы - по выходу из нормального диапазона соотношений периодов
разных биоритмов, но одного уровня. Например, нормальный диапазон отношения частоты
сердечных сокращений к частоте дыхания находится от 3 до 5. Фазовые десинхронозы
определяются по сдвигу акрофазы при Косинор-анализе биоритмов одинакового периода.
Методы биоуправляемой хронофизиотерапии - это физиологически адекватный (без
расшатывания параметров гомеостазиса) способ профилактики и лечения различных
заболеваний, так как любая патология - это снижение кпд энергетики клеток, нарушение
гармонии ритмов золь-гель колебаний в клетках и биоритмов вышележащих уровней.
Согласование ритмов местного и центрального кровотока при модуляции и синхронизации
физиотерапевтического воздействия по сигналам с датчиков пульса и дыхания пациента
устраняет патологические десинхронозы за счет усиления естественной саморегуляции.
Воздействие в ритмах кровенаполнения ткани, открытия капилляров над активными
клетками не нарушает ритмов осмотических градиентов между клетками и внешней средой.
Воздействие носит многочастотный резонансный характер, так как соответствует ритмам
золь-гель переходов, ритмам осмотического давления внутри клеток. На биологическую и
физиологическую адекватность и переход к эстафетному передачу сигналов естественных
для межклеточных взаимодействий указывает и возможность использования очень малых
интенсивностей биоуправляемой квантовой терапии. Такой способ не имеет побочных
эффектов. Благодаря образованию тканевой памяти (подкрепление реакции капиллярной
сети вдохом) лечебный эффект более стабилен, чем при обычной физиотерапии. Только в
режиме биоуправления восстанавливается не только уровень, но и спектр ритмов
микроциркуляции, что исключает энергетическую дискриминацию одних видов клеток
относительно других. Профилактическое значение данного метода, направленного на
поддержание интегральной целостности организма и устранение доклинических нарушений
согласования биоритмов, заключается в сохранении устойчивости клеток и организма в
целом, замедления старения и увеличения продолжительности активной жизни человека.
Работа поддержана РГНФ, грант 020600010а.