Адаптация, память и гомеостатическая мощность

биосистем определяют наличие и характер их реакций

Загускин Сергей Львович,доктор биологических наук,

академик МАЭН, член Проблемной комиссии по

хронобиологии и хрономедицине РАМН,член лазерной ассоциации

Лаборатория хронобиологии НИИ физикиРостовского государственного университета344022, Ростов-на-Дону, а/я 3408, т.(8632)-227765, факс (8632)-434044, E-mail: zag@ip.rsu.ru

«Во всем царит гармонии закон, и в мире все суть ритм, аккорд и тон» Дж. Драйден

«В числе основных законов мира необходимо поставить закон периодичности или ритма» В.М.Бехтерев

«Основные проблемы патологии - это проблемы живой клетки»

«Понимание динамики протоплазмы могло бы объяснить действие различных физических и химических факторов»

«Сама природа ответного механизма требует, чтобы блокировать чрезмерно сильную реакцию и обращение коллоидных изменений»

« Кортикальный слой восстанавливает утерянный им кальций, а протоплазма внутри клетки вновь приходит в более жидкое состояние»

«Возможно ли при помощи циклических коллоидных изменений понять ритмические процессы, происходящие, например, при сердечных сокращениях?» Л. Гейльбрун, 1957г.

РИТМЫ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЕРЕХОДОВ В КЛЕТКЕ КАК

АКЦЕПТОРЫ И РЕЦЕПТОРЫ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Гель

ЗольСаi

Первичныеакцепторы

Рецепторы клеточноймембраны

ЦН

Н2О

1О2

Pm МП

Са депо

Функция

Биосинтез

Кровоток

t°C, рН, Росм

Физические воздействия

Химическиевоздействия

Энергети-ческий обменклетки

Прямые функциональные связи,

Обратные связи, Энергетические связи

?

«Внутриклеточная подвижность имеет универсальное биологическое значение, являясь существенным инструментом регуляторных процессов» Г.М. Франк, 1962г.

« Структурная подвижность может быть мощным регулятором интегративной функции клетки в целом» Г.М. Франк, 1970г.

« Два зрелища меня неизменно восхищают и волнуют: танец маленьких лебедей и делящиеся хромосомы»

« Выход один – создавать машины, которые могли бы вместо человека «смотреть» в микроскоп»

« Пройдет немного времени, и автоматы-анализаторы живых структур совершат в биологии такой же переворот, какой около 300 лет назад произвел микроскоп»

« Эпоха машинной биологии не за горами» Г.М. Франк

Дифференциальная интерферометрия живого нейрона. Регистрация ритмов агрегации

ретикулюма (золь-гель структур)

Нервная клетка механорецептора речного рака. Регистрация электрической активности, потребления

кислорода, агрегации митохондрий, биосинтеза белка и других структурно-химических ритмов

70 мкм Камера на столике микроскопа

З- зажимы

З

З

З

рО2

электрод

ганглийТело нейрона

мышцы

аксон

нерв

Интерферометрия живого нейрона с полным раздвоением изображения. Регистрация ритмов содержания белка (сухого

веса) в покое клетки и при физических воздействиях

Фотоэлектрический метод:Ф0-Ф1=А{cos2φ-Lcos2(φ-Δ/2)}+M

Фотографический метод:(S0-S1)/γ=lg{cos2φ/Lcos2(φ-Δ/2)}-M

Увеличение амплитуды ритмов золь-гель переходов при облучении лазером и

стимуляции энергетики клетки

А-Метод микрокиноденситографии

В- агрегаты митохондрий С- увеличение амплитуды колебанийагрегации-дезагрегации митохондрий(оптической плотности 1-2) и уровня золя относительно геля (разжижения цитоплазмы) при стимуляции сукцинатом натрия (или лазером) энергетики клетки.

С

А ВЗонд

1

2

В

Синхронные колебания энергетического обмена и биосинтеза в клетке

Околочасовые ритмы (средний период около 30мин) белка в разныхзонах клетки: Д - между дендритами и ядром, Я - в зоне ядра,А - между ядром и аксоннымхолмиком по поглощениюпри 265 нм. Калибровка:оптическая плотность - 0,1,время - 30 мин.

Аксон Аксон

Ядро

Прижизненная интерферометрия одного и того же нейрона в фазе снижения содержания белка околочасового ритма (слева) и в фазе его увеличения (справа). Видно изменение сдвига фазы волны света над ядром тела нейрона на уровне двух ядрышек и отсутствие изменений в участке отходящего вниз аксона.

А

Я

Д

Д

Я

Энергетическая зависимость возбудимости нейрона и пластическое закрепление его адаптации

А Частотограмма импульсной активности нейрона при раздражении с периодом 5

мин.Видно быстрое снижение возбудимости сначала раздражения и быстрое триггерноевосстановление возбудимости через 90 мин.

Б Прижизненная ультрафиолетовая цитоспектрофотометрия нейрона.

Графики колебаний поглощения при длине волны 265 нм в указанных на схеме участкахтела нейрона.Видно первичное увеличение поглощения(увеличение концентрации РНП) в участках над ядром и постепенная фазовая синхронизация с ними колебаний поглощения в других участках клетки в направлении к аксону.

А

Б

Фазовый гель-золь переход с потреблением энергии на границе тела

клетки и аксонного холмика

А- прижизненная морфометрия нервной клетки

(метод дифференциальной интерферометрии),

В- «барьер» митохондрий на границе сомы и

аксонного холмика нейрона при его торможении

С- изменение отношения диаметров сомы и

аксонного холмика-(САИндекса),определяющего

декремент генераторного потенциала и

изменение частоты импульсной активности

А

В

С

Различие при импрегнации серебром морфологии золь-гель структур в цитоплазме и в ядре нервной клетки, зафиксированной в состоянии покоя

(П), импульсной активности, вызванной постоянным умеренным в течение 20 мин (В-20мин) или ритмическим сильным раздражением в

течение 2 мин (БР-2мин)

Окраскана ДНКпоФельгену

П

В-20мин

БР-2мин

Рентгеноспектральный (электронно-зондовый) микроанализхимических элементов в инфузории и цитохимический анализмагния в теле нейрона и в нервных волокнах речного рака

А- Частотограммы импульсной активности нейрона. Вызванные колебания имеют период в 6, 10 и более раз больший, чем ритм раздражения с Т=0,5;1;2;11 и 29с.

В- вызванные медленные ритмы можно подавить другой частотой раздражения.

С- раздражение с Т=0,5с вызывает колебаниячастоты, синхронизацию золь-гель переходов,колебаний Са цитозоля и возбудимости нейронас большей амплитудой, чем раздражение с Т=29с.Д- Осциллограммы импульсной активности нейрона при

выработке временной связи на подпороговое электрическое раздражение и подкреплении адекватным механическим раздражением

А

В

СД

Зависимость функциональных и биосинтетических реакций клетки от фазы энергообеспечения

А Колебания микрогетерогенности (d ) исреднего поглощения (D) при длине волны265 нм в теле нейрона при возбуждении.Снижение d означает увеличение золяотносительно геля при уменьшенииагрегации митохондрий и ретикулюма исответствует увеличению концентрации РНП.

Б Частотограммы импульсной активностинейрона при разражении с частотой 1/с.1- после предварительной активацииэнергетического обмена умереннымвозбуждением в течение 10 мин.2- сразу после увеличения исходной частотыбез активации энергетики.

C Частотограммы импульсной активностисимметричных нейронов в фазе повышенияэнергетического обмена и в фазе сниженияэнергообеспечения. Порог реакции ниже, аблок импульсации наступает при большейсиле раздражения, если энергия выше .

30 60 90 МИН.

%А

Б

С

имп/с

имп/с

20 с.1

2

D

d

0102030405060

1 2 3 4 5 6 7 8Величина раздражения

имп/с

энергия выше энергия ниже

Зависимость направленности реакции клетки (объема, агрегации ретикулюма и золь-гель структур) от исходного

уровня ее энергетики (фазы биоритма +Е или - Е)

+Е

+Е

- Е

- Е

При исходно высоком энергетическом обмене (+Е) увеличивается объем клетки и уровень золя относительно геля, агрегация ретикулюма и концентрация кальция вцитозоле уменьшаются.

Частотограммы импульсной активности нервной клетки механорецептора рака при изолированном

воздействии ИК лазером (пунктир) и сочетании его с адекватным (сплошная линия) раздражением с

периодом 29с.

Появление медленных с периодом Т=2-3 мин. колебаний частоты импульсов в ответ на лазерное облучение Т=29си сохранение их в последействии.

Сочетание лазерного и адекватного механического раздражения с тем же периодом. Каждое механическое раздражение вызывает увеличение с тем же периодом частоты на 4-5имп/с.

Снова изолированное лазерное воздействие вызывает более частые колебания частоты (и возбудимости) сменьшей амплитудой.

Изменение периодов колебаний частотыимпульсов отражает изменение ритмовфазовых золь-гель переходов и ритмовконцентрации кальция в цитозоле ссохранением в последействии.

Выработка временной связи на одиночном изолированном нейроне после усиления его

энергетического обмена

1- частотограмма импульснойактивности нейрона при действии исходно подпорогового электрического (лазерного)воздействия (пунктирная отметка)и подкрепляющего механическогораздражения (сплошная отметка),2- сочетанное воздействие,3- после прекращения подкрепляющегомеханического воздействия видны ответы на только одно электрическое раздражение и следовые колебания средней частоты после прекращенияобоих видов раздражения,4- ответы нейрона на включениетолько ранее подпорогового электрического воздействия

1

2

3

4

Уровни эволюционнойинтеграции биосистем

Основные уровни:Биосфера, Биоценозы,Организмы, Клетки,

БСРЦ-биосинтетическиесаморедуплицирующиесяциклы золь-гель структур

Биосфера

Физико-космический уровень (надбиосферный)

Биоценозы

Организмы

Клетки

БСРЦ

Гены, вирусы

Физико-химический уровень (предбиологический)

ОКК

PКК

Семьи,стада

ФСРО

Ансамбли

ФСО

ФСОБ

ФСРБ

ОМК

РМК

ТКАНИ

ОРГАНЫ

Популяции

Консорции

БИОМЫ

ЗОНЫ

m1

l1k1

w1

v1 u1y1

z1

x2

x1

u0 v0 w0

p1

r0

s0

r0

r1

s1

p2 r2

r3

r4

s4

s2

s3

z2

z3

z4

x3

x4

x5

y4

y3

y2

p5?

p4

p3

u3

u4

u2

u5

k2

k3

k4

k5?

l2

l3

l4

m2

m3

m4

v4

v3

v2

w2

w3

w4

z0

Промежуточные функцио-нальные уровни: ФСРБ-

функциональные системыразнородных биоценозов,ФСОБ - функциональные

системы однородных биоце-нозов, ФСО-функциональные

системы организма, РКК-разнородные компартменты

клетки, ОКК-однородныекомпартменты клетки.

Промежуточные структурные уровни: РМК-разнородные микроструктуры клетки,

ОМК -однородные микроструктуры клетки.

Энергетические потоки на: x,y,z-функциональные и p,r,s-структурные измененияu,v.w-параметрическуюрегуляцию функции,k,l,m-параметрическуюрегуляцию структуры.

Энергетические потоки

Функция Структура

Периоды колебания или длительностьпереходных процессов

Основные уровни

биологической

интеграцииРасход Вход Расход Вход Реликтовые Основные Координации

p5 ?

k5 ?m4

l4

2.3 млрд. лет240 млн. лет24 млн. лет

7.4 млрд. л740 млн. л75 млн. л

23 млрд. лет?

x5

u5

w4

v4

s4

r4

p4

k4

m3

l3

800 тыс. лет80 тыс. лет8 тыс. лет

2.4 млн. л250 тыс. л25 тыс. л

7.4 млн. лет

z4

y4

x4

u4

w3

v3

s3

r3

p3

k3

m2

l2

260 лет26 лет

2 года 8 мес.

800 лет82 года

8 лет 4 мес.

2.5 тыс. лет

z3

y3

x3

u3

w2

v2

s2

r2

p2

k2

m1

l1

1 мес.3 дня8 час.

3 мес.10 дней24 час.

10 мес.

z2

y2

x2

u2

w1

v1

s1

r1

p1

k1 15 мин.1.5 мин.

9 с.

50 мин.5 мин.30 с.

150 мин.

z1

y1

x1

u1

w0

v0

s0

r0

300 мс.30 мс.3 мс.

1 с.100 мс.10 мс.

3 с.

z0 u0 100 мкс. 300 мкс. 1 мс.

До лечения После лечения

Больной К., группа К1

Больной Г., группа О1

Суточный спектральный анализ R-R интервалов ЭКГ

До лечения После лечения

Суточный график ЧСС

Тахограммы

Больной П., группа К2

Почасовые графики

SDNN

rMSSD

pNN50

Индекс 73% - Вы в прекрасной форме

Индекс 39%- Вам следует обратить внимание на свое здоровье

Различие показателей ЭКГ 5-ти минутных записей одного и того же пациента З., 63г

17.12.2002г в 16час.07мин.(слева) и в 16час.50 мин.(справа)

Фрактальная размерность R-R интервалов ЭКГ

Индекс Херста

Нормированный показатель Фишера

До лечения После лечения

Критерии оптимальности параметровквантовой (лазерной) терапии

Гармоническая фиксированная частота лазерного воздействия

Биоритмэнерго-обеспеченияЗнак (+)реакции (--)

Кривая Лапика-Вейса

Время

Пл

отн

ость

мо

щн

ости

Выполняется ли закон Бунзена-Роско?

Эффект воздействия лазера0,3 дж/см 2 = Ес мВ/см2 х Тмин

Критерии оптимальностипараметров лазерной терапии

0,5 х10 1х5 5х1Переход части геля в золь нет + ++Активность СОД + + нетУровень микроциркуляции нет ++ +Продукция Т-лимфоцитов нет ++ +Нормализация ЧП/ЧД ++ + нетФрактальная размерность ЧП ++ + нет

Оптимальны параметры тольков режиме биоуправления.Факторный анализ значенийЕс, Т, S, λ не корректен из-занеаддитивности реакций ответа.Биорезонанс возможен толькопри многочастотной биоритмологическойбиосинхронизации.

Зависимость знака ответной реакции от исходного состояния и фазы ритма

энергетики клетки, ткани, органа, организма

ЯнИнь

Вдогонку

Навстречу

Фаза снижения кровенаполнения

= деструкция

Фаза увеличениякровенаполнения

= увеличение биосинтеза

Качели энергообеспечения

Соотношение 1-2-3 глубин амплитудной модуляции физиотерапевтического воздействия меняют в зависимости от характера патологии (гипоксия,

артериальная или венозная гиперемия) и наличия дисбаланса артериальной и венозной частей

капиллярного русла

1.Тремор 7-13Гц

2. Пульс

3. Дыхание

Суммарныйсигнал (1,2,3)биоуправления

систола сердца

диастола

вдох

выдох

АППАРАТ БИОУПРАВЛЯЕМОЙ КВАНТОВОЙ ХРОНОТЕРАПИИ «РИКТА-05»

• Хронодиагностика и контроль состояния пациента во время сеанса хронотерапии с биоуправляением по отношению частоты пульса (ЧП) к частоте дыхания (ЧД).

• Норма: 3<ЧП/ЧД <5.• Режим 1-4 : разные

соотношения глубин модуляции по сигналам пульса, дыхания, тремора.

• С учетом скорости пульсовой волны и места патологии вводят задержку по сигналу пульса.

• При воздействии в проекции миокарда включают реверсию знака сигнала пульса.

Датчик пульса

Датчик дыхания

Дисплей:ЧП, ЧД, ЧП/ЧД,биотаймер,1-4 режим

Терминал:8 красных,1 ИК лазер,магнит

Выводы:«Привычка свыше нам дана, замена ……(Биологическим эффектам солнечной активности) она» А.С. Пушкин

1.Способы снижения чувствительности к привычным внешним воздействиям, не имеющим сигнальной биологической значимости:

А)Морфологические, метаболические и физиологические способы повышения порогов и смещения диапазона восприятия, защитного экранирования,

Б)Противофазные эндогенные колебания высвобождения и связывания ионов кальция, закрепленные морфологическими параметрами внутриклеточных кальциевых депо и соответствующими ритмами фазовых золь-гель переходов, направленных на гомеостатирования концентрации кальция в цитозоле клетки.

Гомеостатическая мощность биосистемы N-уровня – диапазон допустимых отклонений параметров по амплитуде и длительности при Т функциональных изменений меньше Т структурного восстановления

Старение, локальная патологияРегуляция по отклонению

Системная хроническая патология,Регуляция по возмущению

Нор

ма

Устойчивость = «работа против равновесия» (Э. Бауэр) =«Волчки жизни» иерархии биосистем

Клетки

ы

Органы

Организм

Ткани

Вывод 2Величина и знак(направленность)реакции биосистемызависят от фазы ритмаэнергообеспечения, отисходного состояниябиосистемы прирегуляции повозмущению и толькопри регуляции поотклонению реакция имеет нормализующий,корректирующий фазу ритма характер.

Т

Е

Зависимость реакции клетки, органа, организмаот интенсивности и длительности воздействия

00,20,40,60,8

1

Длительность

Реа

кци

я

Постоянное Биоуправление

ИмпульсноеБиоуправление- нет адаптации

Вывод 3:Законы Арндта-Шульца,Вебера-Фехнера, Бунзена-Роско и Лапика-Вейса выполняются при исходно (и условно) постоянном уровне чувствительности(возбудимости нервных и мышечных клеток по Н.Е.Введенскому). При исходноколебательном уровнечувствительности (возбудимости) знак и величина ответазависят от фазы ритмаэнергообеспечения реакции.

Не так страшнасолнечнаяактивность,как ее…..

4. Повышение чувствительности к биологически значимым сигнатурным воздействиям происходит за счет обучения (повторяемости) не к определенным частотам, а к образам - многочастотным многомодовым воздействиям с инвариантным соотношением периодов колебаний, соответствующим иерархии биоритмов биосистемы. Увеличение фрактальной размерности обеспечивает восприятие сверхслабых сигналов- биологических кодов на основе многочастотного параллельного резонансного захвата.