CC BY
94
ления к стрессогенному фактору; рост уровня кортикостероидов в крови; общего объема крови из-за задержки натрия и выделения калия: повышение кровяного давления, содержания глюкозы и жирных кислот в крови, обеспечение энергоносителей; разрушение белков из нежировых тканей, особенно мышц, кожи и костей для энергетических нужд; выработка печенью глюкозы из аминокислот за счет неоглюкогенеза; подавление иммунной системы и воспалительной реакции; рост потери кальция из костей.
Фаза истощения. Когда организм плохо приспосабливается к стрессогеному фактору, он вынужден пролонгировать стресс-ответ. Поддержание функциональной устойчивости на высоком уровне - ограничено, и реакция сопротивления уступает место истощению — заключительной фазе стресс-ответа. Жизненно важные функции организма снижаются, сопротивляемость падает ниже изначального уровня. Белки ряда тканей подвергаются распаду, резервы антиоксидантов - исчерпываются, иммунная система заметно угнетается, наблюдается снижение массы тела и нежировой ткани. Потеря калия может стать причиной серьезных нарушений нервной и сердечно-сосудистой системы. Уровень кортикостероидов может быть либо высоким, либо низким, из-за истощения коры надпочечников, что проявляется гипотонией, низким уровнем глюкозы в крови, коллапсом. Снижение уровня адреналина и норадреналина в крови - может привести к шоку.
Фаза истощения, вызванная длительным и интенсивным стрессом, потенциально является фатальной. Характерные симптомы фазы истощения: снижение способности сопротивляться стрессогенным факторам; разрушение жизненно важных тканей; снижение функций всех или ряда органов или систем тела; гипертрофия и др. патологические изменения в коре надпочечников; повреждение иммунной системы - инволюция тимуса, лимфатических узлов и селезенки, разрушение лимфоцитов; истощение запасов антиоксидантов; язвенное поражение желудка; высокий или низкий (при повреждении надпочечников) уровень кортикостероидов; резкий спад уровня катехоламинов; сосудистая гипотония; падение уровня глюкозы в крови, и - шок и смерть. По сути все системы организма страдают от стресса.
Определена значимость регуляции секреции и физиологических эффектов половых стероидов коры надпочечников. Клетками сетчатой зоны у человека секретируются в кровь мужские половые гормоны (андрогены): андростендион, дегидроэпианд-ростерон и меньше - 11-бета-гидроксиандростендинон. Наиболее высок уровень этих гормонов в 6 часов утра, а наиболее низок - в
19 часов. Секреция андрогенов регулируется кортикотропином.
В теории стресса не учитывается роль гипоталамо-гипофизарно-половой системы, которая в ответ на стрессоры выделяет фертильные факторы (гликоделины). За счет фертильных факторов идет включение СПА, которые запускаются в холинореактивных структурах мозга через активацию синтеза у-аминомасляной кислоты гипоталамуса. Фертильные факторы постоянно присутствуют в крови, так как активно вырабатываются в репродуктивных органах: а2-микроглобулин фертильности (АМГФ), трофобластический-р 1-микроглобулин фертильности (ТБГ). Данная группа биологически активных веществ изучена нами при протекании нормального и патологического репродуктивного цикла, а также при холодовом стрессе (2005).
В борьбе за здоровье человека, важную роль играет предупреждение ситуаций, вызывающих эмоциональное напряжение, особенно на фоне гипофункции фертильных факторов, которые могут привести к включению КПА (активации антиоксидантной системы и свертывающей систем крови, повышению биологически активных аминов - адреналина, норадреналина, повышению артериального давления) В этом плане интересные опыты проведены еще И.П.Павловым (1926). Различными методами он получал неврозы у собак. Следствием невроза у представителей сильного безудержного типа являлось перенапряжение процесса коркового торможения. Для представителей слабого типа любой экспериментальный прием: как перенапряжение силы процессов возбуждения и торможения, так и перенапряжение подвижности процессов возбуждения и торможения - были действенным средством инициирования невроза. В исключительных, особо тяжелых условиях альтерации невроз возникает и у представителей сильных уравновешенных типов, или, как их называл И. П.Павлов, идеальных, подлинно нормальных типов. Факторами, способствующими возникновению невротических состояний в этом случае, являются все воздействия на организм, ведущие к ослаблению высшей нервной деятельности, в частности, кастра-
ция и отравление алкоголем. Особое значение имела кастрация, которая у уравновешенных и сильных собак быстро вела к возникновению невроза, хотя до кастрации эти животные выдерживали различные экстремальные нагрузки. В развитии стрессовых реакций организма немаловажное значение имеет состояние репродуктивной системы с ее гормонами - фертильными факторами, которые, по нашим данным, запускают СПА, направленные на поддержание гомеостаза и сопереживание с различными раздражителями, действующими на организм.
Адаптивные механизмы (синтоксические и кататоксиче-ские) являются функцией мозга, как основным фактором прогрессивного эволюционного развития, и включаются в зависимости от силы раздражителя и реактивности центральной нервной системы. Включение КПА, наблюдаемое при действии раздражителей большей силы (Морозов В.Н.,1999), сопровождается активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, ведущей к выработке энергии, мобилизируемой адреналином и норадреналином с глюкокортикоидами через усиленный распад жиров и белков (глюконеогенез), с одновременной депрессий антиоксидантных и противосвертывающих механизмов крови и явлениями активации иммуногенеза. При превышении определенных пределов из-за дефицита фертильных факторов может наступить гибель организма. Поэтому, одновременно с активацией КПА, запускаются и СПА, направленные на ослабление эффекта действия сильного раздражителя. При этом активность КПА начинает сдерживаться, так как усиление депрессии антиок-сидантных и противосвертывающих механизмов с явлениями иммуноактивации может привести к разрушению мембранных структур с массивным тромбиногенезом и развитием коагулопа-тии потребления. Это сдерживание осуществляется включением синтоксических программ адаптации, которые запускаются активацией холинорективных структур мозга за счет постоянно присутствующих в крови синтоксинов, вырабатываемых в репродуктивных органах (фертильных факторов). Эта группа биоактивных веществ в норме обеспечивает течение нормального репродуктивного цикла путем сдерживания кататоксических программ адаптации, тормозящих развитие беременности.
Помимо включения коры надпочечников в стресс-реакцию, запускающуюся КПА, которая была разработана Г. Селье [1960], надо также учитывать и включение репродуктивной системы, сдерживающего фактора, помогающему выживать при действии сильных раздражителей. Нами получены опытные данные, указывающие на действие фертильных факторов (АМГФ, ТБГ и др.), как синтоксинов на уровне гипоталамических структур (2003), которые резко тормозят развитие стрессовой реакции, вплоть до ее прекращения. Это можно понять, если учесть, что организм выполняет две основные функции: функцию
выживания, которая поддерживается кататоксическими программами адаптации и функция репродукции, которая поддерживается синтоксическими программами адаптации, работающими в реципрокном режиме.
TO MODERN TREATMENT OF STRESS MECHANISMS V.N. MOROZOV, A.A. KHADARTSEV Tula State University
For understanding of a role of stress in ageing and illnesses the nature of stress as the complex biological phenomenon is considered.
Key words: stress, health, adaptation
УДК 616-092.8; 576.37;681.573.7
ФЛУКТУАЦИИ И ЭВОЛЮЦИИ БИОСИСТЕМ - ИХ БАЗОВЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИ ОПИСАНИИ В РАМКАХ СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПАРАДИГМЫ
В.М. ЕСЬКОВ, А.А. ХАДАРЦЕВ, В.В.ЕСЬКОВ, О.Е. ФИЛАТОВА*
Доказана связь между компартментно-кластерной теорией и синергетическими методами оценки поведения биосистем. Новые аргументы и методы для изучения подобной связи обсуждаются перспективы оценки флуктуаций в медицине, биологии, экологии. Ключевые слова: биосистемы, копартментно-кластерная теория.
ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет Ханты-Мансийского автономного округа Югры», 628400, г. Сургут, пр. Ленина, 1
Синергетика испытывает большие методические трудности, которые связаны с попытками перехода от детерминистских моделей и методов сразу в теорию хаоса и синергетику (ТХС). При реализации этих попыток возникают принципиальные трудности в описании и прогнозировании хаотических процессов - невозможно отдельной траекторией или точкой в пространстве (как это делается в детерминистском и стохастическом подходе (ДСП) описывать хаотический процесс, для которого положение точки в фазовом пространстве состояний в данный момент времени ничего не означает для прогноза ее дальнейшего движения к конечному состоянию к произвольному моменту времени 1
Это противоречие еще более усиливается, если осознать постулат Г. Хакена из области синергетики, в котором главная догма: мы не работаем с отдельными элементами системы (с отдельной точкой в фазовом пространстве состояний (ФПС), а только с совокупностью элементов, с подсистемами [5].
1. Общность компартментно-кластерного подхода и синергетики. Все постулаты Г. Хакена принципиально перечеркивают детерминистский подход и нивелируют значение траектории поведения биологической динамической системы (БДС) в ФПС за исключением одного подхода, который устраняет многие противоречия между ДСП и ТХС. Речь идет о единственной детерминистской теории БДС, существующей на сегодняшний день, которая базируется на компартментно-кластерном подходе (ККП) и дает описание поведения БДС в ФПС с позиций именно детерминизма и ТХС одновременно.
ККП является мостиком между ДСП и ТХС и базируется на компартментно-кластерной теории (ККТБ) БДС, которая еще до конца не понята современной наукой и не получила должную оценку (возможно в силу ее переходного характера), но которая в полной мере осуществляет методически правильный аппаратный переход от ДСП к ТХС. Причем этот переход стал таким обобщенным, что он базируется практически на всех постулатах синергетики Г. Хакена и, главное, описывает усредненную динамику поведения БДС в ФПС. Важность последнего трудно переоценить, т.к. именно в рамках ФПС сейчас создается новая теория идентификации и описания поведения БДС. Эта новая теория базируется на ФПС и уже не оперирует с конкретными уравнениями, а основывается на идентификации параметров квазиаттракторов поведения БДС в ФПС, а числовыми характеристиками являются параметры этих квазиаттракторов.
В рамках этого нового подхода уже сейчас становится возможным решение задачи формальной идентификации параметров порядка (ПП) и русел (основных законов поведения БДС в ФПС), т.е. возможно решение задач системного синтеза. Для формализации этой фундаментальной проблемы ТХС коллективом сотрудников НИИ БМК при СурГУ разработаны и запатентованы алгоритмы и программы ЭВМ, которые обеспечивают минимизацию размерности ФПС и идентификацию наиболее важных диагностических признаков, т.е. ПП для БДС, находящихся в стационарных и квазистационарных состояниях (КСС) -точках покоя в терминологии ДСП. Подчеркнем, что эти КСС отличаются от обычных точек покоя в ДСП тем, что БДС продолжает флуктуировать в пределах некоторого квазиаттрактора, но под действием некоторого возмущающего воздействия выходит из этого КСС и совершает некоторую траекторию в ФПС, которая может быть описана в рамках ККТБ. Более того, в рамках ТХС мы можем описывать не только траекторию БДС в ФПС, но и траекторию движения квазиаттрактора, если речь идет о совокупности БДС (компартменте или кластере биосистем) [2,3]. При этом мы отходим от понятия точки или траектории, а оперируем множеством - квазиаттрактором [2,3,5,6].
Такая двузначность (описание траектории движения отдельного элемента БДС в ФПС или целого кластера элементов) порождается методами ККТБ, она следует из всего подхода ККТБ и тем самым еще раз демонстрирует универсальность и полезность ККТБ для описания поведения БДС со свойствами флуктуации и описания поведения БДС в рамках уже новой ТХС. В целом, и ККТБ, и уже новая ТХС имеют в своей основе учет принципов обязательной флуктуации поведения БДС в ФПС. Однако в рамках ККТБ эти флуктуации не учитываются явно, а постулируются наличием размытого (флуктуирующего) множества элементов в виде компартмента или кластера.
При этом подразумевается, что компартмент или кластер содержит элементы, флуктуирующие не только в динамике поведения, но и в свойствах самих элементов (флуктуации мор-
фологических свойств и параметров, флуктуации параметров функционирования и т.д.) В то же время в ТХС мы уже также учитываем реальную флуктуацию в динамике поведения БДС, мы говорим о флуктуации движения вектора состояния системы (ВСС) конкретно - БДС в рамках движения ВСС в ФПС. В целом, введение флуктуаций в расчеты БДС и их количественная оценка уже были заложены в постулатах Г. Хакена по синергетике и в ККТБ (в определении компартмента или кластера), но только в ТХС флуктуации получили полные права, т. е. возникла возможность их количественного описания, в том числе и за пределами 3 сигм, что невозможно в ДСП [2,3].
2. Имеются ли аналоги между компартментно-кластерным подходом, синергетикой и теорией вероятности? В рамках этих новых подходов мы говорим о том, что ВСС движется в пределах некоторых квазиаттракторов, которые отличаются от реальных аттракторов движения ВСС также, как в стохастическом подходе частота события отличается от его вероятности. Напомним, что это отличие базируется на числе опытов, т.е. чем больше это число п (п^-да), тем ближе Р*(А) подходит к Р(А). Нечто подобное мы сейчас предлагаем и в ТХС с той существенной разницей, что БДС никогда очень долго (и даже не очень!) мы не сможем удерживать в пределах некоторого квазиаттрактора, т.к. он сам начинает «плавать» (т.е. смещаться, изменять свой объем) под действием внешних или внутренних перестроек в БДС. В этом заключена суть нашего последнего открытия (№ 370), которое постулирует движение (изменение параметров) квазиаттракторов ВСОЧ (вектора состояния организма человека) в ФПС [2].
Это движение для БДС имеет глобальный характер постулата, равно как и наличие флуктуаций в любой БДС, которая еще и постепенно эволюционирует [1,4].
Таким образом, все попытки описания флуктуирующих БДС с позиций ДСП обречены на провал и тупиковые результаты (а максимумы таких достижений - построение ККТБ), и сейчас наступает эра прямого перехода к ТХС, в которой не будет универсальных уравнений, описывающих динамику поведения БДС, но будут другие методы - методы анализа ФПС и параметров квазиаттракторов для любых БДС.
В основе функционирования этих методов лежит компромисс между реальной эволюцией биосистемы и параметрами флуктуации, а также существуют некоторые принципы самоорганизации элементов, образующих БДС, которые обеспечивают устойчивость биосистем или даже их развитие. В рамках такого подхода нами разработана новая теория устойчивости БДС, которая существенно отличается от теории устойчивости А. М. Ляпунова и других подобных математических теорий и имеет особые характеристики именно для биосистем. В рамках ККТБ и ТХС разработана и новая теория идентификации синергизма, степени асинергизма в динамике поведения БДС, которая применяется для описания состояния нормы (саногенеза) и патологии (патогенеза) в медицине, экологии человека, физиологии и пр.
Все эти теории и методы закладывают фундамент будущей ТХС, которая будет лишь частично базироваться на уже существующей математике и частично теории вероятности, а в основном ее фундаментом будут новые методы и подходы в рамках синергетической парадигмы, на базе методов идентификации параметров квазиаттракторов в многомерном ФПС [2,3].
Существенно, что постулаты Г. Хакена и 8 постулатов ККТБ предполагают базирование моделей на свойствах компар-тментов (пулов) и кластеров, т.е. работать придется с подсистемами и системами, для которых важна общая динамика поведения БДС в ФПС, общий вектор движения квазиаттракторов и это уже является базовым принципом организации всей природы на планете Земля. В первую очередь это касается отдельных организмов (человека, животных, растений), которые представляют из себя многочисленные подсистемы (ткани, органы, ФСО), состоящие из отдельных элементов (клеток) с высокой степенью запараллеливания. При этом неважно, выживет или погибнет отдельная клетка, т.к. все запараллеливается, а это значит, что такие системыбудут функционировать, пока работает хотя бы один элемент (клетка или пул) [2,3].
Такие системы обеспечивают свое устойчивое существование именно за счет запараллеливания и объединения в кластеры (компартменты) и это является сейчас базовым принципом синергетики (постулаты Г. Хакена и ККТБ). Однако, и каждый элемент таких компартментных БДС обладает высокой живуче-
стью. Поэтому, когда на Земле происходят глобальные катастрофы (их параметры выходят за пределы 3 сигм), то остаются отдельные клетки или даже организмы в виде растений и животных. При этом эволюция живого опять возобновляется и биосфера восстанавливается (за пределами 3 сигм).
Однако вид Homo Sapiens уникален и об этом нам надо помнить всегда и реализовывать синергетическую парадигму, которая направлена в глобальном плане на выживание человечества за счет быстрого накопления знаний. Один из аспектов этого знания - прогноз катастроф на основе регистрации периодов усиления флуктуаций в параметрах систем. Например, авторов очень тревожат землетрясения в Канаде и на Гаити, т.е. в окружении Йеллоустоунского национального парка, что усиливает уровень флуктуаций.
3. Каковы перспективы компартментно-кластерного подхода (ККП) и синергетики? Фактически, синергетические принципы лежат в основе жизни на Земле, и только сейчас человечество начинает их понимать и реализовывать. Существенно, что сама эволюция живого и прогресс человечества происходят в областях, выходящих далеко за пределы среднестатистических параметров любого процесса. Например, эволюция по Ч. Дарвину происходит за счет мутаций и возникновения отклонений в наследственности, т.е. возникает единичное и уникальное, которое может отличаться от средних параметров, характеризующих вид. И если новые свойства обеспечивают и новые качества и приспособляемость, то они закрепляются в поколениях, и это особенное становится жизнестойким (появляется новый вид).
В теории эволюции возникающее новое свойство, выходящее за пределы известных интервалов в диапазоне 3а, является двигателем приспособляемости и выживаемости видов в изменяющихся условиях среды (а они на Земле меняются часто в сравнении с длительностью существования нашей планеты). Еще более разительная картина происходит с человечеством и наукой, которая обеспечивает развитие человечества.
Именно выдающиеся неординарные личности, выходящие далеко за пределы усредненных статистических интервалов способностей и личных возможностей, существенно влияют на динамику развития человечества (как в хорошую сторону, так и в плохую). Поэтому правило 3 сигм не применимо для эволюции живого и человечества, а в более широком смысле не применимо для описания любой биосистемы (организм человека, экосистема, социум и т.д.). Что же происходит за пределами 3 сигм, если отойти от проблемы биосферы и развития человечества и рассматривать организм человека, как уникальную и эволюционирующую систему? Этот парадоксальный для специалиста в области детерминизма и стохастики вопрос можно поставить и в другой трактовке, более понятной всем. За пределами 3 сигм происходят гигантские (редкие) флуктуации и тогда можно спросить и так: а эти флуктуации имеют значение для жизни человека или любой эволюционирующей биосистемы?
Эти вопросы три автора настоящего сообщения задали себе
20 лет назад и сейчас вполне определенно получили на него ответ в разных областях биологии, медицины, социологии, психофизиологии и даже в вопросах педагогики (если выводить детей за пределы их интеллектуальных, средних возможностей). Приоткрыв эту дверь (в пространство за пределами 3 сигм), можно увидеть очень много интересного, увлекательного и даже закономерного. Например, в рамках зарегистрированного открытия № 370 было установлено явление изменения параметров реальных аттракторов движения ВСС (параметры идеальных аттракторов недостижимы).
Эти изменения происходят с возрастом, под действием факторов среды или при заболеваниях, которые возникают из-за изменения взаимоотношений в системах регуляции БДС. Причем, параметры реальных аттракторов движения ВСС в фазовом пространстве состояний (так называемых квазиаттракторов) под действием внешних факторов, внутренних перестроек (например, старения) или при заболеваниях, вызывают изменения объема у
g
квазиаттрактора, координат с его центра, увеличение расстояния Z между центрами квазиаттракторов до возникновения изменений в динамике движения ВСС и после (угнетения, подавления деятельности БДС).
Прекращение действия факторов или выздоровление могут возвращать у , с и Z в исходное состояние параметров квази-
аттракторов. Характер же таких изменений (например, скорость изменения у или Z) может характеризовать тяжесть
заболевания или скорость старения [2,3].
Итак, за пределами 3 сигм находятся флуктуации, которые могут в большинстве случаев оказывать решающее влияние на дальнейшую эволюцию биосистемы (жизнь человека). При этом возникают определенные закономерности на уровне изменения параметров квазиаттракторов движения ВСС или даже быть предвестниками грядущих (приближающихся) катастроф.
При этом речь идет как об организме одного человека, так и о глобальных системах, например, биосфере Земли.
У авторов уже нет сомнений в том, что учащение явления ниньё (переход от четырехлетнего цикла к полугодовому за последние 30-40 лет) может быть предвестником грядущих катаклизмов на планете Земля. С такой же долей уверенности можно говорить, что нарастание частоты (количества) экстрасистол в организме человека (при холтеровском мониторировании) может быть предвестником грядущих глобальных катаклизмов в КРС и во всем организме еще вроде бы здорового человека.
Усиление флуктуаций в системах регуляции ФСО человека на Севере РФ (в Югре) обеспечивают пик смертности мужского населения в области 46-47 лет (уникальное явление для РФ, т.к. в остальных регионах этот пик приходится на 57-58 лет).
Можно бы было привести множество примеров из области биологии и медицины, но они уже довольно подробно описаны в 26 монографиях, которые представлены в списке литературы на сайте www.surgu.ru (Институты^-НИИ БМК^-Монографии и статьи) и в многочисленных статьях (более 500 публикаций).
Литература
1. Актуальные проблемы философии науки / Под ред. Э.В. Гирусов М.: Прогресс. Традиция, 2007. 344 с.
2. Еськов В.М. Синергетика в клинической кибернетике. Часть I. Теоретические аспекты системного анализа и исследований хаоса в биомедицинских системах / В.М. Еськов, А.А. Хадарцев, О.Е. Филатова. Самара: ООО «Офорт», 2006. 233 с.
3. Еськов В.М. Образовательный процесс России в аспекте синергетики и перехода в постиндустриальное общество. Самара: ООО «Офорт», 2008. 231 с.
4. Майнцер К. Сложносистемное мышление: Материя, разум, человечество. Новый синтез / Под. ред. Г.Г. Малинецкого. М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. 464 с.
5. Хакен Г. Принцип работы головного мозга. Per Se. М. 2001. 351 с.
6. Хакен Г. Самоорганизующееся общество // Будущее России в зеркале синергетики. М.: Ком. Книга / URSS, 2006. С. 207.
FLUCTUATION AND EVOLUTION ARE THE BASIC PROPERTY OF BIOSYSTEM ACCORDING TO SYNERGETIC PARADIGM
V.V. ES’KOV, V.M. ES’KOV, O.E. FILATOVA, A.A. KHADARTSEV
Surgut State University of the Hanty-Mansiysk Autonomous Region, Yugry, 628400, Surgut, Lenin's avenue, 1
It was proved the connection between compartmental-cluster theory and synergetic approaching. The new methods of such comparing are presented. It was discuss great perspectives of such approaching for medicine and biology.
Key word: biosystems, compartmental-cluster theory.
УДК 685.73.797.2
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ КВАЗИАТТРАКТОРОВ КАР-ДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ СИТСТЕМЫ БОЛЬНЫХ, ПОСТОЯННО ПРОЖИВАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА РФ, В СТАДИИ ОБОСТРЕНИЯ ХРОНИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЛА И ВОЗРАСТА
В.М. ЕСЬКОВ, В.В. ЕСЬКОВ, Ю.В. ДОБРЫНИН, Ю.Е. ГРИШАЕВА, Е.В. ДРОЖИН*
Динамика показателей кардио-респираторной системы у больных, находящихся в стадии обострения хронического заболевания описывается с использованием метода идентификации параметров аттракторов динамики поведения вектора состояния организма человека. В результате выявлены значительные разбросы показателей КРС в стадии обострения хронических заболеваний у женщин старше 50 лет, что объясняется действием на организм женщины, помимо болезни, совокупности двух факторов - гипоэстрогения и непосредственно старение.
Ключевые слова: кардио-респираторная система, хронические заболевания, обострения
Здоровье человека - одно из важнейших условий его всестороннего, гармоничного и свободного развития. Организм человека постоянно находится в тесной взаимосвязи с состоянием окружающей среды, которая оказывает непосредственное влияние на его регуляторные системы. Воздействие окружающей
