CC BY
54
При распространении волны критической плотности фононов веерного типа, начиная с аксонного холмика, величина этой плотности в мембране аксона увеличивается за счёт уменьшения удельного объёма мембраны ( V/L - объём мембраны на единицу длины аксона ) вследствие уменьшения диаметра мембраны аксона. Это увеличение объёмной плотности фононов позволяет перемещаться переднему фронту волны с высокой скоростью и на большие расстояния до терминалей аксона и пресинаптических окончаний, в которых плотность фононов достигает максимальной величины.
Список использованной литературы:
1. Болдырев А.А. Введение в биомембралогию.// М. Изд. МГУ, 1990. 360 с.
2. Антонов В.Ф., Смирнов В.Ю. Липидные мембраны при фазовых превращениях // М. Наука, 1992. 350 с.
3. Стокач Н.С., Шигорян Д.Н. , Щеглова Н.А. Электронно - колебательные спектры многоатомных молекул // М. Наука, 1982. 360 с.
4. Шигорян Д.Н.. Валькова Г.А., Гастолович Е.А. Электронно - возбуждённые состояния многоатомных молекул.// М. Наука, 1982. 468 с.
5. Грибов Л.А. Колебания молекул.// М. ЛИБРОКОМ, 2008. 450 с.
6. Галанов Е.К., Бродский И.А. Длинноволновые ИК - спектры сегнетоэлектрических кристаллов группы триглицинсульфата в различных фазовых состояниях // Физика твёрдого тела. 1969. т.11. С. 2485-2488.
7. Галанов Е.К. Колебательные спектры ангармонических осцилляторов молекулярных криталлов.// Оптический журнал. 2010, №9. С. 8-10.
8. Галанов Е.К. Оптические фононы модельной мембраны нейрона.// Альманах современной науки и образования. 2017, №1, С. 19-22.
9. Галанов Е.К. Собственный потенциал действия нейрона с модельной мембраной. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018, №5(2), С.312-317.
10. Хамермаш М. Теория групп и её применение к физическим проблемам.// М. УРСС, 2002, 540 с.
11. Галанов Е.К. Оптические фононы и электромагнитные волны терегерцового диапазона в нейронных структурах. // Инновационная наука. 2019, №3, С.18-24.
© Галанов Е.К., 2020
УДК 57.011
Б.С. Доброборский
канд. техн. наук, доцент, ООО «СПбГАСУ-Дорсервис» г. Санкт-Петербург, РФ Е.Е. Медрес канд. экон. наук, доцент СПбГАСУ г. Санкт-Петербург, РФ
О ГОМЕОСТАЗЕ С ПОЗИЦИИ ТЕРМОДИНАМИКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Аннотация
Проведены теоретические исследования гомеостаза и его роли в функционировании живых организмов как неравновесных термодинамических систем. Установлено, что гомеостаз представляет собой комплекс процессов, направленных на обеспечение оптимального неравновесного термодинамическому состоянию живого организма в зависимости от условий его функционирования.
Ключевые слова термодинамика, биологическая, система, гомеостаз, живой, организм
B.S. Dobroborskiy
Phd, A.P.
Researcher of J.S.C. «SPbGASU-Dorservis» Saint-Petersburg, Russia E.E. Medres Phd, A.P.
St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering Saint-Petersburg, Russia
ON HOMEOSTASIS FROM THE POSITIONN OF TERMODYNAMICS OF BIOLOGICAL SYSTEMS
Abstract
Theoretical studies of homeostasis and its role in the functioning of living organisms as nonequilibrium thermodynamic systems have been carried out. It has been established that homeostasis is a complex of processes aimed at ensuring the optimal nonequilibrium thermodynamic state of a living organism, depending on the conditions of its functioning.
Key words
thermodynamics, biological, system, homeostasis, living, organism
К настоящему времени гомеостаз определяется как способность живых организмов сохранять динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды [4]. В этой формулировке содержится противоречие - динамическое постоянство, что свидетельствует о недостаточном понимании природы этого свойства.
Целью настоящего исследования являлось определение фактического содержания и роли гомеостаза в жизнедеятельности живых организмов с позиции термодинамики биологических систем.
Как известно, в растениях днем посредством фотосинтеза вырабатывается ряд органических веществ, в том числе наиболее энергоемкое вещество - аденозинтрифосфат (АТФ), а ночью он расщепляется с выделением энергии. Энергетическое обеспечение других организмов происходит путем использования растений в качестве продуктов питания. Таким образом, все живые организмы всегда находятся в неравновесном термодинамическом состоянии. Это свойство было открыто Э.С. Бауэром в 1935 г. [1, 4].
В результате анализа этих процессов Б.С. Доброборским в 2006 г. был сформулирован «Второй закон термодинамики биологических систем», объясняющий, каким образом живые организмы поддерживают свое неравновесное термодинамическое состояние в следующей редакции [2]:
Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием биохимических процессов потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ соответственно.
Из этого закона вытекают следующие следствия:
1) В живых организмах ни один процесс не может происходить непрерывно, а должен чередоваться с противоположно направленным: вдох с выдохом, работа с отдыхом, бодрствование со сном, синтез веществ с расщеплением и т.д.
2) Состояние живого организма никогда не бывает статическим, а все его физиологические и энергетические параметры всегда находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно средних значений, как по частоте, так и по амплитуде.
Закономерности этих процессов, управляемых системами обратных связей организма, реагирующих на параметры внешней среды и его внутреннее состояние, происходят в соответствии с теорией А.М. Ляпунова, и в конечном итоге подчиняются закону действующих масс [3].
Пример графиков закомерности изменения интенсивности синтеза и расщепления АТФ и их
энергетических процессов показаны на рисунке 1: графики а) - чередование фаз синтеза и расщепления АТФ; Ь) чередование фаз I и II потребления и выделения энергии. На графиках обозначены С-концентрация АТФ, W - энергия. - энергия потребляемая; Wв - энергия выделяемая; WCр -среднедействующее значение выделяемой энергии.
Как видно из рисунка 1, в результате непрерывных чередований процессов синтеза и расщепления АТФ происходят соответствующие чередования процессов потребления и выделения энергии, в результате чего организм всегда находится в неравновесном термодинамическом состоянии.
С UlliSVIl pasiLUVItltTIHO
j II 1 It
Рисунок 1 - Графики процессов синтеза и расщепления АТФ
Таким образом, комплекс биохимических реакций живого организма, направленный на обеспечение его неравновесного термодинамического состояния, в основном путем непрерывного чередования фаз синтеза и расщепления АТФ и является тем, что биологи и физиологи называют гомеостазом. Список использованной литературы:
1. Бауэр Э.С., Теоретическая биология. М - Л.: ВИЭМ, 1935. 206 с.
2. Доброборский Б.С. Термодинамика биологических систем. СПб.: СПбГМА им. И.И. Мечникова. 2006. 52 с.
3. Ляпунов А.М. Общая задача об устойчивости движения. М.; Л.: Гос. Изд-во техн.-теорет. лит., 1950. 471 с.
4. Бекиш О.-Я.Л. Медицинская биология. Минск: Ураджай, 2000. 520 с.
© Доброборский Б.С., Медрес Е.Е., 2020
