Конструкция жизни

Прооф., докктор нааук Влаадимир р Назарров

Коонсструукц цияя жи изн ни

Рига 2006 2 2

UDK 615.85 Постановка вопроса 

H192

Знаменитый немецкий мыслитель Фридрих Ницше в своих разработках темы физиологии активности отмечал, что каждая наука в своём развитии проходит 2 этапа: на первом этапе она в состоянии ответить на вопрос «как» происходит то или иное из рассматриваемых явлений и только в период своей зрелости, на втором этапе, становится в состоянии ответить на вопрос «почему» происходит оно, объясняя механизм, первопричины, явления.

В книге рассматривается оригинальная ионная теория процесса жизнедеятельности человека как особой переходной формы существования материи.

Если посмотреть на современную биологию и, в частности, на физиологию человека с тех же позиций спустя полтора столетия, с удивлением можно отметить, что мы далеки от освоения второй ступени, когда имеется возможность ответить на вопросы, почему происходят многие из важнейших проявлений жизнедеятельности человека. И это во время бурного прогресса нанотехнологий и генетики, достижения которых бесспорны! Но всё же, этого недостаточно, чтобы объяснить, как формируется организм человека и как он функционирует в виде единого целого с раннего детства до глубокой старости. Таким образом, проблема конструкции жизни так же нова и злободневна, как и сто лет назад. При этом, как ни странно, она могла быть решена и сто лет назад. Не хватало малого.

In the book is discussed the new original theory of human vital functions as a transitional form of existence of matter.

Сегодня мы располагаем намного большим объемом достоверных открытых данных в биологии и более современными представлениями о физике и химии, подрывающими основы старых догм. Жизнь - это явление природы. И даже самые тонкие проявления природы, относимые обычно к духовным, имеют свои материальные носители, не говоря уже о физико-химических её проявлениях. И если это так, то мы должны задаться в первую очередь вопросом, каким силам обязаны мы преобразованию взаимодействия материальных частиц в жизненные процессы? А затем углубиться в анализ этих взаимодействий. Выбор здесь небольшой. Как известно, в природе существуют всего четыре вида фундаментальных сил. Это гравитационные силы, известные больше нам в проявлениях силы тяжести, электромагнитные силы и две ядерные силы, так называемые сильные и слабые взаимодействия.

ISBN 9984-19-861-8

© Назаров Владимир Титович

Гравитационные силы, силы взаимного протяжения масс, это, так сказать, силы дальнего действия. Они проявляются как в земных условиях (сила тяжести), так и между космическими телами, как сила всемирного тяготения. Благодаря им наша галактика и весь космос как бы связываются в единое целое. Электромагнитным силы - силы взаимодействия положительно и отрицательно заряженных частиц (электронов и протонов) - создают

3

4

исключительно стабильные образования: атомы различных веществ и, далее, молекулы. И, наконец, последние силы, как уже, понятно, из названия, ответственны за стабильность ядра атома (сильное взаимодействие) и взаимодействия в нём элементарных частиц с появлением или исчезновением нейтрино (слабое взаимодействие). В биологии они не играют заметной роли. Таким образом, круг наших интересов сужается до анализа действия первых двух сил в процессе жизнедеятельности - гравитационных и электромагнитных. Количественная оценка их действия выражается во внешне очень похожих формулах. Закон всемирного тяготения, установленный Исааком Ньютоном, имеет вид: F

G

(1)

где m1 и m2 _ суть массы взаимодействия тел или частиц, r - расстояние между ними, a G - гравитационная постоянная. Взаимодействие двух заряженных частиц q1 и q2, согласно закону Кулона, будет иметь вид: F

K

(2)

Дело в том, что физиология человека, по своей проблематике близкая к нашей проблеме, базируется на химических и механических закономерностях (обычно к ним спереди приставляется частица «био»). С химическими преобразованиями в нашем организме относительно ясно. Они вызваны работой электрических сил атомов веществ (точнее протонов ядер и электронов) а сами химические свойства атома зависят от числа внешних наименее связанных с ядром электронов. Собственно химические преобразования происходят при непосредственном контакте соответствующих атомов и молекул. Современная наука настолько продвинулась в познании биохимических процессов в нашем организме, что может не только анализировать преобразования веществ в нём, но и даже синтезировать их промышленным путём, предсказывая поведение веществ в планируемых химических реакциях. Однако, объяснения специфики живого в этой области, увы, не найдено. Тогда остаётся одно - поискать счастья в поиске разгадки существа живого в области биомеханики. Этому, на мой взгляд, узловому вопросу, обозначенному в заглавии, и посвящен данный труд. ***

Как видно из выражений (1) и (2), обе силы одинаково зависят от расстояния r между взаимодействующими частицами: чем меньше расстояние между ними; тем силы больше (в квадрате). Коэффициент К в последней формуле в пустоте равен единице, а во всех других случаях - меньше единицы. Коэффициент G в первой (1) формуле представляет собой так называемую гравитационную постоянную. Если массу измерять в граммах, то её размерность будет состоять 6,68 * 10-8 см3/r * с2 * r. По сравнению с коэффициентом К в (2) G будет исчезающе мало. Исчезающе мало и гравитационное взаимодействие между частями тела человека (или любого другого живого существа). В решении наших проблем им можно смело пренебречь в силу относительно малых масс живых организмов. Другое дело, если они взаимодействуют с огромной массой Земли. Тогда гравитационная сила обозначаемая обычно силой тяжести, будет иметь вид F=mg, где g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2. Учет влияния гравитации на процесс жизнедеятельности организмов и, в частности, их движений, хотя и не всегда прост, но принципиальных трудностей не представляет. (Фишер О., Гардина Я.И., Назаров В: Т., Коренев Г.В. и др.) Таким образом, методом исключения, мы приходим к убеждению, что разгадку нашей проблемы следует в основном искать в рамках электромагнитных явлений. Казалось бы, неожиданное заключение! Но это на первый, поверхностный, взгляд. 5

Биомеханические явления - по существу, явления транспортные. Они связаны с обменом веществ внутри клеток организма, между клетками и межклеточной средой, между органами организма и внешней средой, а так же с актом перемещения всего тела и его отдельных частей в пространстве. Эти перемещения частиц тела происходят преимущественно без изменения их химического состава и, повторяю, что неожиданно - тоже под действием электромагнитных сил организма. Элементарными носителями такого электричества являются ионы различных веществ, взаимодействующие на клеточном уровне. Уяснение этого обстоятельства позволяет заполнить огромную брешь в нашем понимании физиологических процессов и, вообще, процесса жизнедеятельности. Именно здесь скрыта та искомая «искорка жизни». Но обстоятельней об этом - дальше. Важно заметить, что биохимические и биомеханические составляющие процессов жизнедеятельности идут, параллельно, иногда соприкасаясь. Однако их нельзя свести одну к другой! Каждая из них занимает свою нишу в общей картине биосферы и имеет жесткие границы. Настоящая книга представляет собой собрание и обобщение предыдущих научных публикаций автора. Непосредственным поводом для разработки данной темы послужила необходимость осознания механизма биомеханической стимуляции мышечной деятельности, результаты которой оказались во многом необъяснимы в рамках современной физиологии. Поэтому было необходимо ещё раз заново не только критически прочесть, но

6

и существенно скорректировать представления самой физиологии. Результаты этой работы приведены здесь. Возможность ревизии ряда «фундаментальных» представлений физиологии связана, во-первых, с тем, что очень многие её положения в своё время были выдвинуты как гипотезы, а впоследствии не были корректно доказаны; но в силу привычки и отсутствия серьёзных альтернатив со временем они превратились в догмы. Многие из таких догм в последнее время дружно разваливаются (например, представление о том, что нервные клетки не восстанавливаются, новые мышечные волокна не растут и т.п.) Во-вторых, обильный экспериментальный материал, накопившийся в физиологии, и в достоверности которого нет оснований сомневаться, допускает неоднозначную их интерпретацию. Третьей причиной являются результаты собственных, преимущественно биомеханических, исследований автора. Обычное и биологическое электричество  Освежим ещё раз знания об электричестве, памятные нам ещё со школьной скамьи. Элементарным носителем электричества, которым мы пользуемся в быту, является, как уже отмечалось, электрон. Он заряжен отрицательно и имеет массу в 1840 раз меньшую, чем тоже элементарный носитель, но положительного заряда - протон. Направленное движение электронов называется электрическим током. Ток образуется благодаря взаимному отталкиванию электронов как заряженных частиц и направлен с места большей их концентрации в сторону меньшей, если, разумеется, этому не препятствует окружающая среда (сопротивление). Другими словами, необходима разница электрических потенциалов (напряжение). Ток в цепи I прямо пропорционален напряжению в ней U и обратно пропорционален сопротивлению R (закон Ома): U I R Металлы в своей кристаллической структуре имеют много свободных электронов. Поэтому они являются хорошими проводниками тока, если к ним приложить напряжение. Напротив, обезвоженные ткани человека, или другие органические вещества крайне слабо проводят ток через себя. Например, люди с сухими мозолистыми руками порой не чувствуют удара тока, прикасаясь к проводам электрической сети. Вещества, не проводящие ток, являются изоляторами. Картина меняется, если эти вещества смочить. Тогда они становятся проводниками тока. Но ток уже будет несколько иного рода (ионный). Природу такого тока оговорим обстоятельней. 7

Как уже отмечалось, стабильность атома любого химического элемента обеспечивается взаимным притяжением в нём электронов и протонов. В ядре каждого атома находится число протонов, соответствующее номеру этого элемента в известной таблице периодического закона Менделеева. Столько же электронов вращаются вокруг ядра. Поэтому атом в целом электрически нейтрален. Напомним, что на верхней орбите электронного облака вокруг ядра не может быть больше 8 электронов, а меньше может. При определённых обстоятельствах атомы могут терять один или несколько электронов или, наоборот, присоединять их к себе. Тогда между электронным облаком и ядром атома нарушается электрическое равновесие. Атом уже не будет электрически нейтральным: в первом случае он становится положительным ионом (превалирует число протонов ядра), а во втором - отрицательным ионом (превалирует число отрицательных электронов). Для отрыва электрона от атома всегда необходимо внешнее воздействие, энергия извне, обычно в форме тепла. (Точнее, в форме электромагнитных квантов - фотонов). Подогрей слегка атом - и его электроны с основного уровня перейдут на более высокие орбиты во вращении вокруг ядра (в этом случае говорят, что атом возбуждён). Если подогреть атом ещё больше, ряд электронов покинут атом вообще (процесс ионизации атома); а при ещё более высокой температуре связь электронов с ядром вообще разрывается, создавая хаотичную смесь свободных электронов и ядер атомов - плазму. Пример плазмы - пламя обычной свечи, электросварки и т.д. При более высоких энергиях, как мы знаем, расщепляется так же и ядро атома. Все перечисленные преобразования в принципе обратимы. Так, плазма, охлаждаясь, то есть, отдавая энергию вовне, превращается в ионизированный, например, газ. Тот - в атомы, и так далее, пока электроны не достигают наинизших из возможных орбит в атомах данного вещества. Электроны могут покидать атомные орбиты и тогда, когда сами атомы связаны в молекулы различных веществ. Но и в этом случае всегда необходима внешняя энергия, работа внешних сил. Так, натирание сухой кожей янтарного или эбонитового шарика приводит к электризации этого шарика - он заряжается отрицательно. То же происходит при расчесывании сухих и чистых волос. Аналогично заряжаются отрицательно некоторые вещества при лёгкой их деформации - тензоэлектричество (например, кости человека). И, наконец, облучение светочувствительных веществ вызывает фотоэффект (например, сетчатка глаза). Известно и термоэлектричество. Во всех перечисленных случаях благодаря внешнему воздействию на молекулы вещества высвобождаются электроны атомов. Поскольку электроны взаимно отталкиваются, они оказываются на поверхности указанных веществ. Образовавшийся слой электронов может вызвать обычный электрический ток. Этим широко пользуются в технике. Учёт 8

подобных эффектов важен для понимания ряда физиологических явлений в организме человека. Важно также обратить внимание на то, что при электризации само вещество остаётся в целом электрически нейтральным, так как более глубокие его слои, потерявшие электроны, таким образом, заряжаются положительно. Это следует запомнить, так как и это физическое явление имеет прямое отношение к ряду физиологических процессов. Попутно заметим, что наэлектризованное вещество снова приходит в исходное состояние, если прекращается приток внешней энергии и отдаётся поступившая ранее. Тогда электроны снова занимают своё место на орбитах атомов. Всё это известные физические закономерности обычного электричества. Так что будем считать, что всё вышесказанное будет лишь первым шагом, приближающим нас к пониманию биологического электричества. Второй шаг - это уяснение особенностей ионного электричества. Процессы ионизации и электризации имеют много общих свойств. В обоих случаях необходим приток внешней энергии. Исключение составляют отрицательные простые ионы, которые, присоединяя лишний электрон, отдают часть энергии вовне. Ионная химическая связь. Представим себе такую ситуацию: нам удалось сблизить два атома настолько, что они касаются друг друга своими внешними электронными орбитами. Например, атом натрия (Na) и хлора (С1). Тогда, согласно законам физики и химии, будет очевидно, что силы притяжения электронов к ядрам каждого из атомов неодинаковы. Это означает, что ядро атома с большей силой притяжения будет влиять и на электроны другого атома и всё электронное облако его будет сдвинуто в сторону сильнейшего. В данном случае это окажется атом хлора. В химии говорят, что этот атом имеет большее сродство к электрону, а другой меньшее. Так получается, что оба атома как бы преобразуются в ионы. Один в отрицательный, другой в положительный. Между ними создаётся электрическое поле, и атомы притягиваются друг к другу, образуя стабильную молекулу поваренной соли NaCL с ионной химической связью. Особенностью такой связи является ненаправленность её действия и ненасыщаемость. Это означает, что электростатическое взаимодействие каждого из ионов с любыми другими одинаково во все стороны и осуществляется по одному и тому же закону. К данному иону может присоединиться различное количество ионов противоположного знака, порой расположенных не только в одной сложной молекуле, но и за её пределами. Это особенно относится к частному случаю ионной связи - водородной. В этом случае взаимодействуют между собой ион водорода Н+ одной молекулы с ионом фтора F- кислорода О- или азота N- и, несколько слабее, с ионами хлора Cl- и серы S- принадлежащими другой молекуле. Благодаря таким 9

связям образуются порой и целые ассоциации молекул, например, плёнки поверхностного натяжения воды, полимерные цепи аминокислот, двойные спирали белков и т.д. Существенно также отметить, что сила взаимного притяжения подобия ионов в молекулах всегда меньше силы взаимодействия свободных ионов на том же удалении друг от друга. Так, в молекуле NaCl, взятой нами в качестве примера, она будет составлять только 94% от силы взаимодействия свободных ионов. Это характеризует ненасыщаемость ионной химической связи. Диссоциация молекул. Молекулы, построенные на ионных связях, могут при определённых обстоятельствах распадаться на ионы. Особенно легко это происходит с молекулами, растворёнными в воде. Процесс распада таких молекул в воде носит случайный характер. Одни молекулы распадаются, другие снова создаются при случайной встрече ионов. Такой хаотический процесс распада молекул и образования их вновь тем интенсивнее, чем выше температура раствора. Однако, если поместить в данный раствор электроды постоянного тока, то удельный вес образовавшихся ионов резко увеличится, а сами ионы как заряженные частицы начнут упорядоченное перемещение в растворе: отрицательные ионы устремятся к положительному электроду, а положительные - к отрицательному электроду. При этом отрицательный ион отдаёт свои излишки электронов в сеть и сам, таким образом, нейтрализуется и оседает на электроде. Положительный ион, напротив, получает недостающие электроны из сети и тоже нейтрализуется. В нашем примере с NaCl это был бы металлический натрий и, соответственно, газообразный хлор. Такой ускоренный распад молекул на ионы с последующей их нейтрализацией под действием обычного электрического тока называется электролитической диссоциацией. Теорию этого процесса впервые предложил шведский учёный Свент Аррениус (1859-1927), живо интересовавшийся приложением физико-химических законов к биологическим процессам. Вслед за ним В.Ю. Чаговец (1896) высказал гипотезу об ионной природе электрических потенциалов в живых клетках. Итак, мы видим, что ионы, как и электроны, могут в определённых условиях создавать направленные токи зарядов. И это несмотря на то, что ионы в сотни тысяч раз тяжелее электронов и очень часто имеют заряд, равный по абсолютной величине заряду всего лишь одного электрона. Знак иона определяет направление его перемещения. Их два. К одному или другому внешнему электроду. Разумеется, в конструкции нашего организма отсутствует подобие таких электродов. Так что вопрос о живом электричестве остается открытым, хотя мы и сделали важное приближение к его пониманию. Впрочем, высказанные здесь положения о механизме электролитической диссоциации мы ещё используем для уяснения принципа действия электростимуляции мышц. 10

Свободные ионы взаимодействуют не только между собой, но и с электрически нейтральными веществами, когда они оказываются на достаточно близких расстояниях к ним. Так, во время электролитической диссоциации ионы всегда перемещаются, облепленные большим числом нейтральных молекул (сольват), или, наоборот, сами ионы прилипают или отталкиваются от крупных молекул, например, белков в ионных каналах клеток. «Биологическое электричество». В природе существуют и более крупные носители электрического заряда, чем ионы. Это животные и растительные клетки. Клетки могут быть живыми, мёртвыми или находиться в состоянии анабиоза, что зависит от того, имеют ли они электрический заряд или нет. Если заряда нет, то в дальнейшем они иногда в состоянии заряд получить и ожить. Заряд внутри клетки действительно ионный. Ионы бывают простыми, сложными, органическими и неорганическими. Поэтому живые клетки могут либо притягиваться друг к другу, либо отталкиваться, образовывать подобие электрических потоков, обмениваться энергией между собой и внешней средой, перемещаться во внешнем электрическом поле по тем же физико-химическим законам, которые мы рассмотрели выше. Проследим этот феномен обстоятельней. Клетки и ионные каналы  Сейчас, как уже отмечалось, достоверно известно, что клетки живого организма имеют электрический заряд, причём ионного происхождения. Ионы поступают в клетку каким-то образом через клеточную мембрану. Такое предположение было сделано ещё в 1902 году Ю. Бернштейном. Но только спустя полстолетия было доказано, что ионы поступают в клетку через так называемые ионные каналы (американские учёные Хаксли, Ходжкин, Катц). Есть в мембране и другие каналы, водные, через которые может циркулировать вода вместе с веществами, растворёнными в ней. Известно так же, что нервные клетки пропускают в себя положительные ионы, а мышечные, эпителиальные и другие - отрицательные. Соответственно этому первые заряжаются положительно, а вторые - отрицательно. Надо заметить, что биологическое значение этого фактора в полной мере не осознанно до сих пор. Неясен или неправильно трактуется также механизм действия как ионных, так и водных каналов. Постараемся восполнить этот пробел. Сперва, отвлекаясь от механизма работы упомянутых каналов, проследим, как влияет на функцию клетки сам факт её электрической заряжённости. Одинаково заряженные ионы попадают внутрь клетки и располагаются с внутренней стороны её мембраны, так как они отталкиваются друг от друга, а вместе слегка растягивают клетку в разные стороны. По мере дальнейшего поступления ионов в клетку подобное растягивание усиливается, и внутри

11

клетки образуется разряжённое пространство, куда через водные каналы устремляется вода с растворёнными в ней веществами. Одновременно с этим растягивается и клеточная мембрана, как бы образуя жёсткую пружину. Постепенно увеличиваются и просветы ионных каналов. (Почему это существенно - объясним позже.) Когда этот просвет достигает определённого критического размера, ионы покидают клетку. Потеряв вместе с ионами растягивающие её электростатические силы, клетка в силу упругих свойств мембраны сокращается и внутри её образуется повышенное давление. Часть воды совместно с веществами, не вступившими в химические реакции и не образовавшими крупные агрегаты, непроходимые через водные каналы, выдавливаются наружу. Ионные каналы принимают прежние размеры, и весь описанный цикл начинается снова. Таким образом, живая клетка словно дышит и медленно вибрирует. Это и есть механизм обмена веществ между клеткой и внешней межклеточной средой, без которого она не может существовать, расти и делиться. Для последних двух процессов - роста и деления - необходим более мощный приток ионов. Клетка как электрически заряженное образование может обрастать нейтральными веществами. Они со временем затрудняют функционирование каналов мембраны и, наконец, полностью закрывают их. В результате клетка деградирует (склероз) и отмирает. Поэтому в живом организме одни клетки нарождаются и живут, другие склерозируют и отмирают. Самое чувствительное звено в этих процессах - ионные каналы. Попутно мы теперь можем дать ответ на такой курьезный вопрос, почему размеры живых клеток комара, мыши, слона и даже кита практически одинаковы? Казалось бы, большие организмы природе легче было бы строить из больших кирпичиков. Дело в том, что с увеличением размера клеток увеличивается и расстояние между противоположно расположенными электрическими зарядами и сила их взаимоотталкивания уменьшается в квадрате. Поэтому размеры клетки способной к вибрации, то есть к обмену веществ, предопределены. Так что клетка - это действительно особая электрическая частица, свойственная только живой природе. Одинаково заряженные клетки отталкиваются друг от друга. Благодаря этому между ними образуется зазор, который заполняется межклеточной жидкостью. Слипание подобных клеток означает потерю ионного заряда (например, слипшиеся эритроциты крови). Это уже патология. Напротив, разнозаряженные клетки (в нашем случае это будет нервная клетка и какая-нибудь другая) будут притягиваться друг к другу и контактировать. Нарушение подобного контакта тоже ведёт к нарушению функции подобных клеток.

12

Такой контакт очень прочен. Если попытаться развести эти клетки в стороны, то деформируется нервная клетка, прежде чем разорвётся контакт (синапс), обусловленный электростатическими силами их взаимного притяжения. Видимо, подобный процесс происходит во время роста человека. Тогда образуются длинные, порой до полуметра, нервные отростки (аксоны), например, блуждающего нерва. Ведь нелогично было бы предположить, что подобный контакт произошёл в зрелом возрасте, а не изначально, ещё в эмбрионе. Позже мы обратимся к вопросу, почему именно нервная клетка, а не прочие, так легко деформируется. И рассмотрим, как проявляются приведённые выше закономерности в более крупных клеточных образованиях. Но для этого необходимо обсудить самый принципиальный вопрос: как же клетка приобретает свой электрический заряд? Ионные каналы  Обсудим конкретный механизм функционирования ионных каналов и его взаимодействие с работой других каналов (пор) в клеточной мембране. Но вначале о том, что известно об этом из литературных источников [1,6]. Каждая живая клетка ограждена от внешней среды мембраной, состоящей из двойного слоя липидных молекул с вкраплениями белков. Именно белки образуют каналы, через которые ионы поступают внутрь клетки (рис. 1). «Химическая структура этих молекул белка еще не расшифрована, поэтому представление о функциональной организации каналов строится главным образом косвенно на основании анализа данных, полученных при исследованиях электрических явлений в Рисунок 1 мембранах и влияния на каналы различных химических агентов (токсинов, ферментов, лекарственных веществ и т.д.)» [24, с. 28]. Эти каналы распределены по поверхности клеточной мембраны неравномерно. Приводится следующий пример. «Используя радиоактивно меченый тетродоксин, подсчитали плотность натриевых каналов в мембране. У различных клеток эта плотность варьируется от десятков до десятков тысяч натриевых каналов на квадратный микрон мембраны» [24, с. 30]. Очень важное обстоятельство: ионные каналы избирательны. Они пропускают через себя не все ионы одинаково. «По своей селективности электровозбудимые ионные каналы нервных и мышечных клеток подразделяются на натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные. Селективность эта не абсолютная: название канала указывает лишь ион, для которого данный канал наиболее проницаемый» [24, с. 28]. Слово 13

«электровозбудимые» выделено мною в приведенной цитате. Дело в том, что все исследователи данного вопроса предполагают наличие какого-то механизма, как бы открывающего или закрывающего ионный канал, в частности, электрический. И тогда «через открытые каналы ионы движутся по концентрационному и электрическому градиентам» [24, с. 28]. На мой взгляд, и в дальнейшем это будет показано, необходимости подобных дополнительных конструкций для функционирования ионных каналов, как, впрочем, и других пор мембраны, связанных с транспортировкой электрически нейтральных веществ, нет. Еще более серьезное возражение вызывают утверждения о градиентах. Известно, что концентрация ионов натрия в нервных клетках порой в 300 раз превышает ее концентрацию в межклеточной жидкой среде. Концентрация одинаково (положительно или отрицательно) заряженных ионов одновременно определяет и суммарный заряд клетки. Все это означает, что ионные каналы работают как раз против упомянутых градиентов, а не по ним, как это излагается в учебниках. Еще один парадокс: через калиевые каналы клетки ионы натрия не могут пройти внутрь ее, хотя они меньше по размерам ионов калия. В мембране клетки, как отмечалось, имеются и более крупные каналы (поры), через которые проходят внутрь клетки молекулы воды и растворенные в них соли. Однако эти каналы также непроходимы для меньших по размерам ионов хлоридов. Более того, в оболочке ядер клетки также имеются ионные каналы, которые функционируют аналогичным образом, как и во внешней мембране. Кстати сказать, авторы, установившие данные факторы (но не механизм их реализации), удостоены Нобелевских премий за 2001 и 2003 годы1. Вызывает недоумение и поведение ионов в нервных клетках перед мышечным сокращением, в частности, миокарда сердца [24, с.27]. Сперва в нервные клетки поступают ионы Na+, потом К+, а ионы Na+ устремляются обратно из клетки. Завершается процесс формирования потенциала действия поступлением в клетку ионов Са++. Разумеется, возникает о вопрос, какими правилами можно объяснить эту противоречивую и запутанную картину функционирования ионных каналов? На мой взгляд, некоторые разъяснения лежат уже на поверхности. Прежде всего, обращает на себя внимание тот факт, что ионные каналы по строению и функции связаны с наличием в клеточной мембране макромолекул белка. Именно благодаря их волокнистой структуре возможно образование столь длинных, пронизывающих насквозь мембрану каналов. Длина этих каналов в

1

Приводится по [7]

14

тысячу раз больше диаметра проходящих через него ионов. Так, ионные каналы нервных клеток как бы выстилают молекулы белка ацетилхолина, водных пор - белка аквапорина и еще 11 других белков, а мышечных волокон целый комплекс белков их оболочки. Разумеется, канал не представляет собой правильную трубку: в нем имеются зауженные участки и расширения. Благодаря спиралевидной и упругой структуре белка сам просвет ионного канала может изменяться при растягивании клеточной мембраны. Другим важным фактором является атомный состав молекулы белка и характер связи атомов в ней. И, наконец, надо заметить примечательное обстоятельство: названные белки и образуемые ими каналы функционируют только в составе целостной клетки или некоторых ее органелл (вакуоли, ядро). Механизм функционирования ионных каналов  Теперь, чтобы уяснить себе в главных чертах механизм функционирования ионных каналов, необходимо обратить внимание на три вещи: 1)характер ионных связей в молекулах, в частности, белка; 2)характер взаимодействия свободных ионов в канале с молекулами белка; 3)природу сил, проталкивающих соответствующие ионы через ионные каналы внутрь клетки. Важно заметить, что подавляющее большинство связей, образующих белковую молекулу, являются ионными. Это означает, что белковые молекулы взаимодействуют и со свободными ионами, находящимися в ионном канале. Такое взаимодействие будет тем сильней, чем меньше просвет данного канала. Оно носит сложный характер, т.к. свободный ион испытывает силы притяжения ко всем противоположно заряженным ионам белка и отталкивающие силы от одинаковых по знаку ионов. В результате такого взаимодействия свободный ион как бы зависает в пространстве канала или слегка слипается с его стенками. Подобную картину взаимодействия иона с нейтральной молекулой, как уже отмечалось, мы наблюдаем, например, в виде сольвата при электролитической диссоциации веществ или в виде молекулы воды с ионом водорода Н+, образующим гидроксоний Н30. Приведем некоторые данные, характеризующие рассматриваемые нами свободные ионы Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-. Все они являются простыми ионами и обладают сферически симметричными электрическими полями. Их размеры в нм представлены в виде таблицы: Na+ 0,098 К+

0,133

Mg++ 0,074 Са

++

Cl-

0,181

0,104

Мы видим, по величине самый большой ион С1- отличается от самого маленького Na+ примерно в два раза. Еще большая разница в размере с ионом магния, но зато он имеет в два раза больший электрический заряд. 15

Одинаково заряженные по знаку ионы внутри канала, как понятно, взаимодействуют и между собой, взаимно отталкиваясь. Но сила этого отталкивания будет намного меньше обычной, т.к. большую часть своего эффективного заряда они затрачивают на взаимодействие с ионами белка, да и расстояния между свободными ионами в данном канале могут варьироваться в широких пределах. Благодаря этому в каналах может как бы складироваться большое число одинаковых ионов, поступивших в канал благодаря обычной диффузии вещества. Разумеется, все перечисленные взаимодействия не могут обеспечить перемещение взаимно отталкивающихся свободных ионов через канал внутрь клетки, т.е. против своего электрического и концентрационного градиента. Это может произойти благодаря притоку к клеткам дополнительной энергии. Такую энергию клетки получают извне в виде тепла, образующегося в результате гликолиза и окислительных процессов в тонком кишечнике. В этом случае ионы вынуждены перемещаться из более нагретого пространства в прохладное. Попав в клетку, ионы одного знака в силу электростатического взаимного отталкивания растягивают ее мембрану. Она становится как растянутая пружина. Таким образом, электрическая энергия ионов преобразуется в механическую энергию упругой деформации клеточной мембраны, а в самой клетке образуется разряженное пространство [13, 29]. Благодаря ему в клетку через водные и им подобные каналы устремляются электрически нейтральные вещества, в частности, кислород и АТФ. Разумеется, просвет таких каналов будет всегда больше ионных в соответствии с размерами молекул транспортируемых через них веществ. Следует особо подчеркнуть, что транспортировка этих веществ осуществляется не белками, выстилающими стенки, например, водного канала, а работой электрических сил рассматриваемых свободных ионов. Теперь, опираясь на приведенные соображения, мы можем объяснить упомянутые выше казалось бы парадоксальные явления физиологии ионных каналов. Прежде всего, мы можем оценить допустимые размеры просвета ионного канала и причины его селективности. Понятно, что размер канала не может быть меньше размера самого иона (см. таблицу). Так, для наименьшего иона Na+ эта величина не должна быть меньше 0.098 нм. Верхняя граница просвета ионного канала обусловлена величиной силы взаимодействия свободного иона и белков, образующих канал. Эта сила, как сумма электростатических сил, уменьшается в квадрате с увеличением ширины ионного канала. Но для его функционирования эта суммарная сила должна быть больше, чем сила взаимодействия между свободными ионами, находящимися в том же канале. Иначе они недопустимо далеко разбегутся. Именно этими границами определена проходимость ионов через 16

соответствующие каналы. Так, ион К+ и остальные ионы, приведенные в таблице выше, не могут пройти через натриевый канал, а ион натрия не удерживается в калиевом канале. Очевидно, что наиболее широкий канал должен быть для ионов хлора, а Са++ и Mg++ могут пройти через относительно широкий канал, т.к. обладают в два раза большим электрическим зарядом, чем все остальные. Если растягивать мембрану клетки, а это происходит естественным образом, увеличивается просвет ионных каналов. Тогда в структуре белковых островков в мембране могут открыться новые натриевые каналы, через увеличившиеся прежние натриевые каналы уже пройдут ионы калия и т.д., а сами ионы натрия устремятся назад из клетки. Другим существенным фактором для работы ионных каналов является температура внешней среды. При повышенной температуре электроны всех ионов (свободных и несвободных) переходят на более высокие орбиты вокруг их ядер, усиливая взаимодействие между ионами. Следовательно, в этом случае более широкий канал может стать проходимым для относительно маленького иона, ранее не проходившем через него. Но и этот эффект имеет свои пределы. Температурного фактора не хватит для проходимости ионов одного заряда через широкие каналы, как водные, так и другие. Через них могут пройти только связанные в молекулы ионы (например, NaCl и проч.). Однако эти молекулы, в свою очередь, могут диссоциировать в водной среде внутри клетки и в дальнейшем аналогичным образом взаимодействовать с мембраной ядра клетки. То есть, мы имеем как бы клетку в клетке. Вполне понятно также, почему через большой водный канал не могут покинуть клетку маленькие ионы, хотя это вполне возможно через достаточно широкий водный канал. Дело в том, что водный канал заполнен водой и его длина в тысячу раз больше диаметра иона (например, длина одной молекулы белка миозина 160 нм.). Его содержимое обладает несоизмеримо большей массой по сравнению с массой ионов и оказывает им большое сопротивление. Сделаю одно предположение, которое еще надо доказать. Не исключено, что ионные каналы - это просветы внутри спирали молекул белка, а все другие каналы образуются между молекулами белков. Ведь, как отмечалось, специализация ионного канала зависит от вида белка, его образующего; просветы спирали молекул белка и размеры ионов близки нашим требованиям; спирали всех указанных белков должны быть закручены в одну сторону и эти спирали, в зависимости от внешней температуры, тоже могут изменять диаметр своего просвета.

состтавленный из посттупившихх туда ион нов одногго знака. Они форм мируют как к бы упругую у пружину, которая растягиввает мемб брану клетки и обу уславливаает притток в неее воды и других веществ. в Но Н этот слой, с досстигнув критическ к кой вели ичины взааимного отталкива о ания ионо ов, устрем мляется и из клетки либо черрез ионн ные канаалы, либоо в резулльтате объ ъединени ия с ионаами друго ого знакаа в нейттральныее молекуллы. Быстррое, почти и мгновен нное, разб бегание ионов и в эттот мом мент одн новременн но означ чает резккое сниж жение тем мператур ры данноого ионн ного слояя. А это, в свою очеередь, озн начает увееличение разницы температтур внеш шней повверхности и мембраны и вну утренней и, таким м образом м, облегчаает притток новы ых ионовв в клеткку. Поско ольку дан нный прооцесс пер риодичесски повтторяется (напри имер, мышечный м й тремоор, коллебание отросткков мерц цательного эпителлия и т.д.)), то мы имеем и делло с так н называемы ым ионны ым насоосом клеттки. В закключениее этого раздела хоотелось бы б обрати ить вним мание на еще е одну сторону б биофизикки клетки. В учеб бниках фи изиологии и, обознаачая заряяд клетки и с внутрренней стороны с мембран ны, напри имер, (-) с внеш шней стор роны, непременноо ставят знак (+) и наоб борот (ри ис. 2). Этоо нелогич чно. Ионы ы с внутреенней стоороны мем мбраны как к раз будут притягиватьь к себе ионы и противополоожного зн нака. След довательн но, на перифери п и должен н преоблаадать тот же электтрический й знак, чтто и внутрри. Этот электрический заряд уввеличивает налич чие ионов того же ж знака в мноогочислен нных канаалах. Рисун нок 2

Итак, мы ви идим, чтто привед денные соображен с ния удаччно объяясняют вссю проттиворечивую карттину функкционироввания ион нных каналов. Пер реохлажд дение. Раанее былло показаано, что для элекктрическо ой заряд дки клеттки необхходимо, чтобы внешняя тем мператураа среды об битания клетки к бы ыла выш ше внутрриклеточн ной. А что дол лжно прроизойти, если наоборот н темп пература внутри клетки стаанет вышее внешней й? В эттом случ чае по лоогике вещ щей ионы ы из ионн ных каналлов и сам мой клеттки устрремятся наружу н в межклееточную среду. Как К резулльтат это ого, клеттка умен ньшаетсяя в объёмее, жидкоее её содерж жимое вы ыдавливаеется наруж жу, просввет ионн ных каналов сужается, и кллетка в цеелом теряет свои ж жизненны ые силы. Так Т как прекращ щается двуусторонни ий обмен н веществв, клетка находитсся на граани жизни и смеррти (в сосстоянии анабиоза)..

Если это окажется именно так, то, разумеется, традиционную схему ионного канала, приведённую на рис. 1 необходимо будет соответственно изменить.

Если и поменяять темп пературны ый режим и обоогреть вн нешнюю среду, то, т ся вовнуттрь клетки, и она ооживёт. Так поняятно, ион ны снова устремят у Т оживаает приррода вессной послле зимнеей стужи и: почки деревьевв набухаают, в них н начи инается циркуляци ц ия соков, оживаютт земновоодные, порой вмёр рзшие в лёёд, и т.д д.

Ионный насос. Уже отмечалось [13], что клетка, помимо трех белковолипидных слоев в мембране, имеет четвертый, подвижный слой,

Всеггда ли поодобный процесс п о обратим? Нет, не всегда. Мы ы знаем: если е клеттка не смогла с д достаточн но быстроо освобод диться отт своей жидкости и во время

17

18

охлаждения, вода превратится в лёд, мембрана клетки будет разорвана и клетка погибнет. Но эта погибель может случиться и значительно раньше ~ до её охлаждения до точки замерзания воды. Это будет иметь место в процессе охлаждения и сужения просвета ионных каналов до размера меньшего величины иона натрия. В таком случае обратный процесс оживления будет невозможен даже при благоприятном соотношении температур внешней среды и внутриклеточной. Надо полагать, именно этим обстоятельством обуславливается гибель людей, проведших долгое время в холодной воде и получивших переохлаждение организма. Такая картина в художественной форме хорошо показана в заключительной части фильма «Титаник», а в реальной - гибелью лётчиков во время Второй мировой войны, сбитых над Северным морем и приводнившихся с парашютом в его волны. Редкие из них, проведя в холодной воде несколько часов, выживали. Частичным или полным запиранием ионных каналов объясняются осложнения со здоровьем в результате простуды. Это выражается в обезвоживании клеток и межклеточной среды (насморк, холодный пот, диарея) и, наконец, отмирании ряда клеток. Обезвоживание клеточной среды, поясню, вызвано тем, что с уменьшением объёма клеток увеличивается межклеточный просвет эпителия кожи. Становится ясно, почему млекопитающие должны быть обязательно теплокровными, почему птица, высиживающая птенцов, не может надолго покидать гнездо и т.д. перегрев организма. Как и переохлаждение, перегрев организма, однако, тоже вреден для здоровья. Реакция организма на длительное тепловое воздействие, разумеется, в рамках допустимых температурных границ, многопланова. Я хочу обратить внимание только на одну сторону этого явления: при глубоком прогревании тела выравнивается температура межклеточной жидкости и самой клетки. Это снижает интенсивность работы ионных каналов и электрическую зарядку клетки. Как следствие, люди себя чувствуют в жару вялыми, слабыми, и даже может произойти тепловой удар, не исключено, с летальным исходом.

всякого живого организма, она ограждается от окружающего мира тонкой плазматической мембраной. Традиционно мембрана представляется трехслойным белковолипидным образованием. Более тонкие мембраны разграничивают ряд других органелл, образующих в клетке вакуолярную систему и создающих некоторое подобие скелета в самой клетке (Кольцов). Примечательная особенность клеток: их размеры почти одинаковы у больших и маленьких животных. Почему? Это становится понятным, если снова вспомнить, что обмену веществ в клетках мы обязаны работе электромагнитных сил ионов. А они достаточно велики только на близком расстоянии. Этим и обуславливается максимальный размер клеток. Иначе и не могло быть. Клеточное ядро, самая большая органелла в клетке, является, по существу, клеткой в клетке. В нем располагаются хромосомы с наследственной молекулой ДНК и другие нуклеиды. Более того, в ядре имеется еще одно или несколько маленьких ядрышек, о функции которых еще гадают биологи. Ядро и ядрышки обладают мембраной и внутри клетки имеются нейтральные молекулы хлоридов, способных тоже диссоциировать на ионы во внутренней водной среде. Поэтому обмен веществ между клеткой, ядром и ядрышками происходит таким же образом, как и между самой клеткой и внешней средой. Но должны быть и некоторые особенности. Эти особенности тоже определяются размерами внутриклеточных образований и, следовательно, величиной электростатических сил взаимного отталкивания ионов внутри данных образований. Поэтому для подкачки ионов в ядра и ядрышки необходима затрата энергии во много раз большая, чем в саму клетку. Таким образом, сами мембраны ядер и ядрышек будут напряжены больше, чем внешняя клеточная мембрана. Вместе с тем становится понятным, почему при делении клетки первым делится ядро, а ядрышки вообще разрушаются, и только потом, уже в новой клетке, формируются заново. Видимо, и вид веществ, синтезируемых в ядре (нуклеиды) и в плазме самой клетки (белки), тоже определяется интенсивностью электромагнитного поля в этих отделах клетки: ведь сами молекулы существуют благодаря электростатическим силам составляющих ее элементарных частиц.

Безграничной жизни не бывает. Жизнь всегда локализована в пространстве и ограничена во времени. На уровне живой клетки, элементарной частицы

Ограниченное плазматической мембраной пространство может демонстрировать некоторые существенные признаки живой клетки, если внутри этого пространства и в непосредственной близости от него имеются необходимые вещества (вода, аминокислоты и пр.) и, разумеется, достаточный приток энергии. Но, главное, могут начать функционировать ионные каналы. Это чисто физический процесс. Тогда клетка начнет вибрировать, обуславливая интенсивный обмен веществ и провоцируя серию химических реакций: хаотический синтез пептидов из аминокислот и белков из пептидов. То же имеет место в отношении углеводов и липидов, образующих ткани живого.

19

20

Клетка, ткань, орган, функциональная система  Проблема возникновения жизни  Проследим ещё раз несколько обстоятельней биомеханику клетки и других более крупных клеточных образований. Клетка 

Некоторые продукты данных реакций выпадают в осадок, образуя органеллы, ферменты и просто клеточный балласт, и как бы выпадают из цепочки дальнейшего обмена веществ. Это относится и к образующимся газам, покидающим клетку. Такие химические реакции со временем становятся необратимыми, а синтезированные огромные молекулы уже не могут покинуть «клетку». Происходит накопление веществ в ней, она как бы растет. Слово клетка берется здесь еще в кавычки, поскольку это еще только прообраз настоящей клетки. Если этот прообраз в наших рассуждениях мысленно разрезать на части, то, очевидно, мембраны этих частей могут замкнуться (ведь они состоят из полимеров) в самостоятельные образования со свойствами исходной протоклетки. Это, так сказать, имитация процесса клеточного размножения протоклетки. А как этот процесс мог бы происходить в действительной клетке? В безъядерной клетке, а таких в живой природе более 80%, точно так же. Разрыв клетки на части, преимущественно на две, осуществляют те же электростатические силы взаимного отталкивания ионов одного знака. Это вызвано образованием в клетке органелл и перегородок с ростом и созреванием клетки, а также с появлением неоднородностей во внешней мембране. Как говорится, где тонко, там и рвется. Эта «тонкость» в клетках, способных делиться, особенно выражена в клеточном центре и эндоплазматической сети, расположенных вблизи клеточного ядра. Сам процесс деления такой клетки с ядром называется митозом. Митоз и цитокинез, мейоз  Известно, что белки и нуклеиды, как правило, состоят из двух полимерных цепочек, соединенных между собой водородными связями. Эти связи достаточно слабы. Здесь взаимно притягиваются атомы водорода одной цепочки и атомы кислорода или азота другой цепочки. Поскольку эти атомы двух идентичных цепочек находятся на разных уровнях, то указанные цепочки не образуют симметричной системы, а закручиваются в двойную спираль. Если эти цепочки каким-то образом снова растянуть в питательной среде в стороны друг от друга, то в силу тех же водородных связей каждая из цепочек может собрать из мономеров питательной среды другую свою половину (принцип комплиментарности). Подчеркнем: если в питательной среде будут все необходимые мономеры (аминокислоты). Если нет, то нет и подобного синтеза. Еще заметим, что в клетке есть и одноцепочные молекулы РНК, образующие органеллы рибосомы. Именно в них и происходит синтез белков преимущественно в плазме клетки, а не в ядре клетки, откуда они сюда и приходят.

21

Приведенных данных уже достаточно, чтобы представить в главных чертах процесс деления клеток. Он двух видов: с образованием обычных дочерних клеток и половых, соответственно называемый митозом и мейозом. Наследственная молекула ДНК частями располагается в хромосомах ядра. Хромосомы всегда образуются связанными парами. В клетках человека их 46 пар. И как раз деление клетки начинается с деления этих пар на две самостоятельные хромосомы. Надо полагать, что подобное деление хромосом и раскручивание спирали молекулы ДНК происходит под действием электрического заряда мембраны ядра. Об этом уже упоминалось. И здесь не важно, будет ли это положительный или отрицательный заряд. Изменится лишь ориентация спиралей молекулы ДНК, и все равно произойдет нарушение водородных связей. Деление может произойти только при достаточно большом электрическом заряде. В пользу этого утверждения говорит, например, то обстоятельство, что во время мышечной работы не происходит никакого клеточного деления, а вот в длительном покое клетки мышцы обособляются и начинают делиться, образуя новые молодые волокна [22]. Это понятно: во время мышечного сокращения нейтрализуются ионные заряды в мышце. Вслед за разведением в стороны хромосом происходит постепенное деление самого ядра на две части и разрыв его мембраны. Именно в этот момент молекулы РНК, синтезируемые в ядре и образующие вокруг себя рибосомы, частично выбрасываются в клеточную протоплазму. Там посредством РНК впоследствии синтезируются белки. Возможно, и при последующем делении протоплазмы клетки (цитокинез) и разрыва ее мембраны ряд рибосом оказывается вне клетки и продолжает синтезировать белки на основе материала аминокислот межклеточной среды. Пример тому - синтез белка коллагена фиброцитами. Кстати, коллаген состоит из трех белковых нитей. Не исключено, что содержимое плазмы клетки частично проникает и в ядро во время разрыва его мембраны. В дальнейшем одинарные цепочки молекул ДНК в обоих дочерних ядрах из содержимого плазмы ядра образуют недостающую вторую цепочку. На этом завершается процесс митоза. Однако есть и клетки, которые после деления обладают только одной цепочкой ДНК. Это половые клетки (гаметы). Как же с ними? Ответ очень прост: в ядре не оказалось достаточного количества исходного материала для синтеза второй цепочки. Действительно, железы, вырабатывающие подобные клетки, изолированы в организме. Они прямо не связаны с межклеточной жидкостью. Поэтому и получают питание в весьма ограниченных количествах. До тех пор, пока хватает резервов этого питания, половые железы вырабатывают обычные клетки с двойной спиралью ДНК и только потом - с одной полимерной цепочкой ДНК в ядре. Первый период в физиологии называется созреванием половых клеток. Это относится как к 22

муж жским, так и к жен нским пооловым кл леткам. Весь В проц цесс их образован о ния назы ывается мейозом. м

ткани называется синтиций (рис.3) и оно самое распространенное в организме, например, сердечная мышца, клетки мезинхимы и пр.

Обообщая скказанное, еще разз подчерккнем: деление кллетки преежде всеего зави исит от вееличины электриче э еского зар ряда, накоопившегоося в ее мембране, то клетки или половы естьь, от работы ионны ых каналоов, а буду ут ли это обычные о ые зави исит от нааличия в них н питаттельных веществ. в

Вполне понятно, что если клетки заряжены различно по знаку, то процесс слияния будет происходить при меньших абсолютных величинах их зарядов. Это мы наблюдаем на примере нервно-мышечного и нервно-железистого взаимодействия. Видимо, возможность слияния женских и мужских половых клеток тоже вызвана их различными по знаку зарядами. Попутно обратим внимание еще на одну любопытную сторону, связанную с этим процессом. Думается, она объясняет форму строения нервных клеток: они имеют множество отростков и некоторые из них необычайно длинные (аксоны). Чем это вызвано? Из физики известно [25, с. 222], что поваренная соль (NaCl) ведет себя нестандартно во время электролитической диссоциации. Вместо того, чтобы ионам этой соли перемещаться к соответствующим электродам после подачи электрического тока на них, перемещается только ион Na+ к отрицательной обкладке. Ион С1- остается на месте. Встречное движение, как это обычно бывает у других соединений, начинается только после сильного подогрева.

Тка ани  Ткан нями наззываются совокуп пности од днородны ых клетокк вместе с неживы ым меж жклеточны ым вещесством. Коомпонентты этого веществаа в жидко ой, тверд дой или газообрразной фоормах пооступаютт в орган низм изввне (водаа, питани ие, кисллород), а также частично ч являютсся продукктом выд деления клеток. к В Все организм клеттки наашего ма прои исходят от оодной-еди инственн ной оплоодотворен нной яйц цеклетки. Структур рное и функционаальное раазнообраззие клетток опрееделяетсяя только условияями сущ ществован ния этих клеток в оргаанизме и,, в первую ю очеред дь, услови иями обм мена вещееств. С иззменениям ми данн ных услловий меняется строениее клетокк и их функци ия, клеттки переерождаюттся. Так,, под мееханическкой нагруузкой вол локна ры ыхлой соеединителььной ткаани обраазуют пллотную соединит с ельную ткань т в виде сввязок и сухожили с ий, проттоплазма мышечны ых клетокк сливается в многгоядерноее мышечное волокн но, форрмируетсяя пластин нчатая структура с а костной й ткани. Само же ж костн ное компактное веществоо являетсся проду уктом отм мирания и кальци инирован ния частти клетокк периостта вследсттвие криттическогоо накоплеения меж жклеточноого вещ щества и, и следоовательноо, тормо ожения циркуляц ции меж жклеточн ной питаательной жидкости и [11]. С дрругой сторроны, эмб бриональные и ствволовые клетки, к кллетки косттного мозга, попадая в окружение клеток дрругих ткааней, со временем в приобреттают форм му и фуункционаальные свойства эттих тканей й. Отдельны ые клеткки в ткан нях облаадают опр ределенн ной автономи ией. В нормально н ом состояянии они и не моггут слиться, так как их оболлочки од динаково заряжен ны, положительно ил ли отриц цательно, и, след довательн но, будут взаимно в отталкивваться. П Правда, сила с этоого отталкиввания будет б м меньше внутри иклеточноого взаимодеействия ионов и (уучитывая расстоян ние меж жду клетками и).

Рисунок 3

Слияние, частичн ное или полное, п п протоплаззм клетокк в ткани моожет прои изойти толлько при д достаточн но больш шой разнице потенциа п лов их об болочек илли сильно ом внешнем механичееском давлении на нихх. В эттом случ чае объедини ившиеся клетки об бычно тееряют спо особностьь к дальнейш шему дел лению. Такое Т объ ъединение клетокк в 23

Видимо, и в случае взаимодействия клеток мышц и нервных клеток, заряженных соответственно ионами CL- и Na+, имеет место вышеупомянутая закономерность физики. Тогда мышечные (или железистые) клетки при нормальной температуре тела должны оставаться на месте. Зато нервные под действием ионов натрия, притягиваются к первым, деформируя свою мембрану. Отсюда и чрезвычайная разветвленность мембраны нервных клеток, и необходимость их частичной изоляции (миелиновая оболочка). В завершение этого раздела следует ещё раз подчеркнуть, что ткани не могут быть построены из клеток одного рода. Они всегда обладают связующими элементами, придающими им стабильность. Такими элементами являются клетки с противоположным электрическим зарядом и неживые межклеточные вещества, предпочтительно обладающие в своей структуре химическими ионными связями. Орган и функциональная система  Органы, как и ткани, выполняют определённую функцию в процессе жизнедеятельности организма. Они также построены из различных комбинаций клеток и межклеточного вещества. Но главное отличие органа от ткани заключается в его автономизации от организма. Органы всегда покрыты непроницаемой оболочкой из неживого вещества, как у клеток. Связи с остальными отделами организма происходят через нервные и кровеносные сосуды, пронизывающие эту оболочку. (Опять-таки аналогия с ионными и водными каналами клеток). Именно автономия органа позволяет проявить свои специфические функции и свойства. Несколько органов, совместно участвующих в осуществлении какой-либо функции жизнеобеспечения организма, определяется как функциональная система (П.К. Анохин). 24

Полезно заметить: все эти классификации весьма условны. Дело в том, что все без исключения функции жизнеобеспечения в той или иной мере реализуют сами клетки, и их реализация дублируется в организме многократно. Так, нельзя сказать, что сердце является органом сугубо кровообращения. Отнюдь, нет. Оно участвует в транспортировке и лимфы, и межклеточной жидкости. Точно так же, мышца не только орган перемещения звеньев тела и всего тела в пространстве, но и важный фактор гемодинамики и регуляции нервных процессов (как мы увидим дальше). Другими словами, мы должны считаться с тем, что задачи всех функциональных систем тесно переплетаются между собой и, как следствие этого, подобную классификацию следует считать предварительной - нужна динамическая классификация! Клеточные мембраны и проблема возникновения жизни  Мы давно свыклись с мыслью, что все живое происходит от живого. Но исследователей не покидает надежда, что все-таки найдутся достоверные данные, свидетельствующие о возможности перехода неорганической природы к живым существам. Судя по предисловию к этой работе, автор также разделяет эту точку зрения. Действительно, к данному времени искусственно синтезированы практически все органические соединения, составляющие ткани тела человека и показана принципиальная возможность их синтеза в результате работы естественных сил природы в ходе эволюции Земли. Но, вместе с тем, одни они не выражают главных черт живого: способности к обмену веществ, росту и размножению, индивидуальному развитию, раздражимости и подвижности. Нужна еще какая-то объединяющая «жизненная сила». Существует также устоявшееся мнение, что абиогенные истоки жизни надо искать в водной среде, а точнее, в поверхностном слое океана, насыщенном различными органическими соединениями и образующем так называемый «первичный бульон». С другой стороны, известно, что и тело человека на 75-85% состоит из молекул воды. И дело здесь не только в том, что имеется обилие воды в организменных жидкостях, но и в том, что сами клетки почти исключительно состоят из воды. Так, согласно интересной гипотезе Петера Аугустина [22], все клеточные мембраны состоят из полимерных цепочек плотной воды, а образуемая ими полость заполнена насыщенными парами воды. В символической форме это выражается так (Н+_ОН-)х /НОН. В качестве аналогов этих структур клетки приводятся примеры водяной пены и тонкой водяной пленки внушительных размеров, натянутой между стенками проволочной рамки (Lenard Bugel). Известно, что эти образования базируются

25

на эффекте поверхн ностного натяжен ния воды ы. Теорияя данногго эффеккта подрробно изллагается как к в физи ике [26], так т и в хи имии [6]. Былло упомяянуто, чтто в при ироде су уществуетт три ви ида связей атомоов, обраазующих молекулуу: водородная, ион нная и коввалентнаяя. В случаае молекуллы воды ы имеют место вссе три укказанных х вида свяязей, сооответствен нно, меж жду отдеельными молекулаами воды ы (водородная), иоонами Н+ и (ОН)- (ионная),, и атом мами О и Н в струуктуре ОН Н (ковален нтная). Вод дородная связь оссобенно проявляет п т себя при п низки их темпеературах. В ии тверрдой водее (лед) атоом кислоррода кажд дой молеккулы учасствует в образован о двухх водород дных связзей с сосеедними мо олекулам ми воды. Н На схеме (рис. ( 4) они обоззначены пунктирром. Прри таяни ии льда жесткаяя структтура вод ды разррушается.. Однако указанные связи и не исчеезают и ообразуют постоян нно меняющиесяя ассоциац ции молекул. Эти силы взааимного п притяжен ния молеккул воды ы и обусллавливаютт более пллотную сттруктуру поверхноостного сл лоя воды на гран нице с друугими среедами, нап пример, с газообраазной и, в частностти, с парам ми воды ы. Пузыри, обрразованны ые таким образом м, не могуут сущесствовать долго. д Они лопааются, как к толькко слои воды, зааключенн ные межд ду более плотным ми плен нками, поод действвием силы ы тяжести и стекаютт вниз илли просто высыхаю ют. Сущ ществован ние в срреде оргганизменн ных жид дкостей п подобных х пузыреей, проообразов клеток, к ещ ще более проблема п атично. Одн нако данн ную ситуаацию изм меняет слеедующее обстоятеельство. Водородн В ная связзь возниккает не обязателььно межд ду иденттичными молекулами, какк в расссмотренном случаае воды. Она О можеет сущесттвовать и между различным р ми моллекулами, в которы ых наряд ду с водо ородом, с одной сстороны, имеютсяя с друггой сторооны атом мы фтораа, кислоро ода или азота, сп пособные к сильн ной элекктроотриц цательноссти. Посследние два, д кислоород и азот, а а таакже водоород имеются в избытке во всех органичес о ских соед что динениях и их моономерах. А это означает, о они, в прин нципе, могут м объ ъединятьсся с вод дной п фи иксируя ее оболочку и оболлочкой пузырька пены, делаая долговвечней в среде с перрвородногго «бульоона». При и этом липидны ые состаавляющиее «бульоона» надееляют еее водооттталкиваю ющими качествами, а белкковые поззволяют образовыв о вать ионн ные каналлы. Преекрасной иллюсттрацией такой возможноости Рисунок 4 мож жет быть смесь с поррошка беллка желаттина с водой. Онаа быстро превращ щается в упругую студени истую масссу с мельчайшим ми пораами. Чем не ионны ые каналы ы? Будь нечто подообное в «п первично ом бульон не» с таккой оболоочкой вод дяного пуузырька пеены, она неминуем н мо превраатилась бы ыв проообраз жи ивой клеттки, споссобной сн начала к обмену веществ с внешн ней 26

средой по осмотическому принципу, а с образованием внутренней мембранной системы к ускоренному обмену веществ на основе ионного механизма. Это уже живая клетка, способная к росту, делению, совершенствованию, объединению в группы и т.д. Таким образом, представляется, что для возникновения жизни на Земле необходимо наличие воды, энергии солнца или вулканической деятельности, а также достаточное количество исходного материала. В дальнейшем же более быстрый процесс эволюции - это «живое от живого» (биогенное развитие). Возможно, простейшие разновидности океанического планктона могут быть непосредственными продуктами такого процесса анабиозного возникновения жизни, который происходит непрерывно, включаясь в русло эволюции Ясен и вопрос о «жизненной силе». Это сила упругой деформации клеточных мембран, возникшей вследствие работы электростатических сил одинаково (по знаку) заряженных ионов (в нашем случае преимущественно хлоридов).

Нервно­мышечное взаимодействие  (Механизм сокращения мышц)  В настоящем разделе обсудим механизм мышечного сокращения и роли в нем электромагнитных сил ионного происхождения. Понимание этого механизма позволяет по-новому посмотреть на многие физиологические процессы человека и более корректно интерпретировать экспериментальные данные физиологии. Уникальный мотор  Как отмечалось выше, все живые клетки имеют удивительную способность накачивать в себя ионы через ионные каналы клеточной мембраны. Если ионы одинакового знака (положительные или отрицательные), то эта задача совсем не проста. Такие ионы отталкиваются друг от друга, причём, тем сильнее, чем меньше замкнутое пространство, куда они поступают. А это как раз имеет место в организме человека: нервные клетки преимущественно нагнетают в себя положительные ионы натрия, калия, кальция, марганца, магния (Na+, K+, Ca++, Mn++, Mg++), а клетки мышцы (вернее, миофибриллы волокон и саркомеры в них) - отрицательные ионы хлора (С1~). Клетки желез внутренней секреции также накачивают в себя ионы хлора. Учитывая размеры клеток, можно понять, что силы взаимного отталкивания ионов будут просто огромны по сравнению с их весом, а сами клетки в обычном состоянии должны быть как бы раздуты. Когда внутреннее давление в клетках достигает критической величины, происходит выбрасывание некоторого количества ионов наружу, разумеется, вместе с другими электрически нейтральными веществами. Таким образом, объем клетки спадает, а затем снова увеличивается по мере накачивания ионов внутрь. Это создает внутри клетки разряженное пространство, куда попутно устремляются различные вещества из межклеточной Рисунок 5 жидкости. Ионы в этом случае являются как бы ускорителями обмена веществ живой клетки: она будто дышит. Надо заметить, что упомянутые выше положительные ионы легко образуют соединения с хлором (NaCl, KC1, СаС12, МпС12, MgCl2), которые также легко растворяются в воде и могут снова распадаться (диссоциировать) на составляющие ионы.

Рисунок 6

27

Весь этот процесс можно изобразить схемой (рис.5), для простоты взяв только одну молекулу поваренной соли (NaCl), присутствующей практически во всех организменных жидкостях.

28

Особенно интенсивно обмен веществ может происходить между мышечной клеткой (М) и нервной (Н), если они контактируют (рис.6). В этом случае к упомянутым силам отталкивания ионов прибавляются силы взаимного притяжения ионов разного знака (отрицательных ионов мышцы и положительных ионов нерва). В месте контакта они обязательно встретятся, снова образуя нейтральную молекулу NaCl. Электростатические силы взаимодействия ионов как бы исчезают: они замыкаются на саму молекулу. При этом клетки сокращаются в объеме, особенно мышечные, в силу их особого строения. Такое образование нейтральных молекул в области контакта клеток (синапсов) тоже сопряжено с переносом других нейтральных веществ, расположенных между ионами и облепивших их (сольват). Подобный процесс изменения объема взаимодействующих клеток должен происходить периодически по мере накопления электрических зарядов, достаточных для преодоления сопротивления других веществ, лежащих на пути ионов (тремор покоя). Если скорость притока ионов в нервную клетку превысит их приток в мышечную, мы будем иметь титаническое сокращение. В противном случае имеем мышечную слабость. Образовавшиеся нейтральные молекулы NaCl снова поступают в межклеточную жидкость. Таким образом, цикл взаимодействия клеток завершается. Легко понять, что мы имеем здесь уникальный, не встречающийся в технике мотор, преобразующий немеханическую энергию химических соединений (прежде всего АТФ, обеспечивающей энергией работу ионных каналов) в механическую работу по изменению объемов взаимодействующих клеток. Аналогичную картину мы могли бы проследить и на примере КСl, СаС12 или другого упомянутого ранее хлористого соединения. Из рассмотренной модели неожиданно следует, что одновременному сокращению подвержены обе клетки, мышечная и нервная. Да, это не противоречит действительности. Достаточно вспомнить, что наш головной мозг вибрирует с частотой 6-12 раз в минуту (аналог мышечного тремора); на учете этой вибрации строится так называемая краниосакральная терапия [30]. Но почему сократительные свойства мышц выражены явственней, чем мозга? Чтобы уяснить это очевидное обстоятельство, необходимо обратиться к другой, более приближенной к действительности, модели. Этому, однако, целесообразно предпослать количественную оценку силы взаимодействия ионов. Взаимодействие ионов  Сила этого взаимодействия, как уже отмечалось, определяется законом Кулона: F

K

(1) 29

где q1 и q2, соответственно, величины электрического заряда первого и второго иона, г - расстояние между зарядами; коэффициент К в пустоте равен единице, а во всех других случаях, меньше единицы. Знак перед F (+ или -) указывает на взаимное отталкивание ионов или их притяжение. В нашем случае заряды ионов (Na+, K+, CL-) по величине равны заряду одного электрона, в системе CGSE равного е=4,803*10-10

(2)

Ширина синаптической щели r обычно определяется в 50 нм. Подставляя эти данные в формулу (1), мы получаем силу взаимодействия иона CL с ионом Na+ или К+, равную 9,228*10-9 дин в пустоте. Много это или мало для масштабов микромира? Об этом можно судить, сравнив данную силу с весом самих ионов. Для расчетов следует учесть, что масса покоя электрона m0=9,109*10-28 г, масса ядра водорода или всего атома mн≈1650 m0=1,5*1024 г. Помножив эти массы на ускорение силы тяжести, получим искомые веса ионов: РС1=5,22*10-20дин,

РNа=3,445*10-20 дин,

РK=5,76*10-20 дин.

Мы видим, что вес ионов на 11 порядков меньше силы электростатического притяжения ионов. Это означает, что благодаря последней возможны не только встречные перемещения ионов в поле силы тяжести, но и преодоление больших сопротивлений нейтральных веществ, расположенных между ионами. Электростатические силы взаимного притяжения или отталкивания очень быстро убывают с увеличением расстояния между ионами. На расстоянии 0,025 мк (длина одного саркомера) мы имеем 3,6910-8 дин. При r равном 1 см 2,307*10-21 дин, т. е. электростатическая сила взаимодействия ионов будет меньше их веса и, следовательно, практически не будет оказывать существенного влияния на движение ионов. Миофибрилла и мотонейрон  Как известно, мышечное волокно состоит из пучков более тонких волокон, миофибрилл. Последние разделены на маленькие, изолированные друг от друга сегментики - саркомеры. На 1 см длины миофибриллы приходится около 4000 саркомеров. Если, например, раздражать миофибриллу на уровне одного саркомера (рис. 7), то только он откликнется сокращением, а остальные саркомеры остаются в покое. Электростатические силы ионов, проникших в саркомер, как мы видели выше, очень велики. Поэтому саркомер в так называемом расслабленном состоянии на самом деле сильно растянут, а при нейтрализации ионов и сокращении саркомера, напротив,

Рисунок 7

30

рассслаблен. В сумме, одноврем менно сокращаясьь, все саркомеры в состоянии прои извести большое б у укорочени ие миофи ибриллы. Из практики п и известноо, что раасслаблен нная мыш шца мягкаа и подви ижна, а тут т расттянутые, жесткие ж е компон ее ненты! Со овместим мо ли это с физикой й? Да, это нап поминает гибкую цепь, со остоящую ю из жестких зввеньев, или и траккторную гусеницуу. Гибкость «рассл лабленной й» (теперрь мы уж же пишем м с кавы ычками) миофибрриллы опрределяетсся подвиж жностью в межсааркомерны ых переегородкахх. Друугой воопрос: как к жее происсходит синххронизация соккращений й отдел льных сарккомеров? Для этоого надо обратитться к анаттомии мотонейтроона.

буквально мгновенно (очень велики электростатические силы в этой области). Затем происходит подвижка отдельных ионов с той и другой стороны от синаптической щели, но уже с небольшой скоростью (здесь электростатические силы меньше). Эта подвижка обычно обозначается как потенциал действия. Если нервное окончание случайно (в ходе роста) окажется вблизи миофибриллы (менее 2 мм), то оно должно как бы притягиваться к ней до тех пор, пока не образуется контакт. По-видимому, так, а не генетически, образуются синапсы и каналы в них. Мышца и нерв  Перенесем наши новые представления на более крупные образования: мышцу и нерв.

Моттонейрон (рис.8) состоит с и тела кл из летки, длин нного оттростка - аксона (порой ( до 1 м длин ны), им меющего в конц це множ жество отвеетвлений,, которы ые, в свою с оч чередь, обраазуют сеть с неервных окончани ий с конц цевыми пласти инками (синапсами). Каж ждая таккая пласстинка перекрыва п ает в мыш шце не один, а несколькко сарко омеров (рисс.9). Кром ме того, на н теле клетки к им меется Рисунок 8 мноожество коротких к отросткоов, дендр ритов, служ жащих длля связи данной неррвной клеетки с друугими себ бе подобны ыми. Акссон пред дставляетт собой поолую трубку диаметром окооло 0,01 м мм; по неей движуттся вещ щества, прродукты синтеза с к клетки, а также иззвестные нам поло ожительны ые ионы ы. Эти ионы в силуу взаим много оттталкиван ния располагаюттся преимуществен нно вдолль внеш шней меембраны с внутреенней сттороны. Учитываая размер ры объема клетки и и аксон на, легко понять, что нерввная клеттка будет слегка раздута; и тольько одновременн ная деформ мация ты ысяч и милллионов кклеток мож жет создаать заметн ные колеб бательныее движен ния нервных центрров или вссего мозгаа. Однако этих маллых вибрааций вполлне достатточно дляя ускорени ия обменаа веществв в нейрон не.

Как отмечалось, обычная скелетная мышца состоит из мышечных пучков; те состоят из мышечных волокон, а в них размещаются уже рассмотренные миофибриллы. Их около 1000 в каждом волокне. Для нас очень важен вопрос, как положительные ионы действуют на каждый саркомер в мышце. На рис. 10 мы видим, что полупроницаемая мембрана мышечного волокна, состоящая из трех слоев (толщина около 100 А), образует выпячивание в виде трубочек внутрь волокна и пронизывает все миофибриллы на одном и Рисунок 10 том же уровне. Таких поперечных трубочек на оболочках волокон множество и они, надо полагать, обеспечивают доставку ионов ко всем саркомерам всех миофибрилл. Отрицательные ионы CL видимо приходят в саркомер непосредственно из внутриволоконной жидкости.

По мерре поступ пления пооложителльные ион ны в клеттке рассреедоточивааются вдоль аксоона в обаа конца от места их посту упления (двусторо ( онняя про оводимоссть аксона ии а). С дост тижением м достато очной кон нцентрац Рисунок 9 ионов и, следоввательно,, критичееского зар ряда вбли изи синааптическоой щели происход п дит соеди инение ионов противополож жного знаака в нейтралььные молекулы м хлори идов и происхходит сокращен с ние преи имуществвенно ми иофибрилллы (точ чнее, всеех саркомеров, перекрыты п ых конц цевыми пластинка п ами мотоонейрона)). Это соеединение ионов происходи ить

Обсуждение модели 

31

То, что мы обычно называем нервами, это пучки аксонов, отходящих от близко друг к другу расположенных нервных клеток. Поэтому один нерв может обеспечить своими ответвлениями множество сократительных элементов даже не одной, а многих мышц2. К каким заключениям приводит анализ данной модели? Прежде всего, понятно, что данный механизм справедлив как для процесса сокращения скелетной мышцы, так и для объяснения процесса её расслабления. (С этим были проблемы в прежних трактовках данного вопроса.) Данная модель также 2 Схемы на рис. 7-10 [2] традиционной физиологии мышц приведены автором с научной целью показать, что они допускают и иную, нашу, интерпретацию.

32

справедлива для объяснения работы гладкой мускулатуры и сердечной мышцы. (В частности, сердце имеет свои собственные нервные образования: пучки Гиса, волокна Пуркинье и др.). Легко объясняется и возможность сокращения некоторых мышечных образований и без воздействия нервной системы, отмечаемая в физиологии: механизм один и тот же, а особенности их сокращения (скорость, периодичность, мощность) заключаются только в величинах резервуаров ионного вещества и особенности их подкачки и нейтрализации. Более того, данный механизм объясняет и процесс выделения секрета желез (ведь их клетки, как клетки мышц, нагнетают в себя ионы С1-). Для полноты картины следовало бы обсудить и варианты статической работы мышц, а не только единичного сокращения. Но он связан с так называемыми «волевыми усилиями», рассматриваемыми в разделе высшей нервной деятельности. Поэтому к данному вопросу мы вернёмся несколько позже. Электричество и нервно­мышечное взаимодействие  Известно, что если к мышце приложить обычный электрический ток, то мышца отвечает сокращением. В какой мере согласуется это явление с рассматриваемой нами моделью? Когда мы накладываем электроды на отдельные участки мышцы или на мышцу и двигательный нерв, то мы приходим к описанному явлению электролитической диссоциации: положительные ионы нервов и межклеточной жидкости начнут перемещаться в сторону отрицательного электрода, где нейтрализуются, а отрицательные ионы - к положительному, где тоже нейтрализуются. Следовательно, мышцы и нерв должны ответить на такое раздражение сокращением. Если подобные электрические импульсы будут поступать достаточно часто, то образуется титаническое сокращение, в противном случае -одиночное. Если отключить ток, а в тканях ещё остались свободные ионы, то мышца расслабится. Если ток был очень большой и все ионы нейтрализовались, мышцу невозможно расслабить. Так, люди, ухватившись случайно за провода электрической сети, иногда не могут разжать кисти рук и погибают. Так что процесс естественного мышечного сокращения и сокращения мышц, например, при их электрической стимуляции образуется на одинаковом механизме нейтрализации ионного запаса клеток. Но между ними есть и одно принципиальное различие. В первом случае нейтрализация происходит за счёт образования, например, нейтральной молекулы NaCl, способной в дальнейшем снова распадаться в водной среде на ионы. Во втором образуются нейтральные атомы Na и С1, которые оседают на соответствующих электродах. Кстати, они не безвредны для организма. Надо заметить, что электростимуляция как эквивалент естественного сокращения мышц широко используется в физиологических экспериментах. Это не совсем корректно, как мы видим, и необходимо заново осмыслить все полученные таким образом результаты. 33

Даже обычные металлические микроэлектроды, вводимые в клетку для замера её потенциала (то есть, без подключения электричества), вносят искажения в её нормальную физиологию. Ведь металлы, как проводники, являются своеобразным резервуаром свободных электронов и могут взаимодействовать с ионами клеток. Те же факторы приходится учитывать и в использовании элементов электростимуляции в практических целях: например, менять или чистить вживлённые в сердце электроды электростимуляторов, производя повторные операции. Эти отложения на электродах - следствие электролитической диссоциации веществ сердечной ткани - вредны для организма, но в данном случае применяемые токи очень малы и отрицательный эффект долгое время остаётся переносимым. Другое дело при поражении ткани сильными токами. Тогда, кроме ожога тканей, явственно будет чувствоваться запах образовавшегося хлора, как известно, применявшегося в военном деле в качестве боевого отравляющего вещества. Предыстория вопроса  Посмотрим, как соотносится наша гипотеза с имеющейся, главенствующей. Последняя основана на представлении о взаимодействии нитей белков актина и миозина в саркомерах. Они проникают в пространство друг друга как гребенки (рис.11). Разумеется, молекулы белков и сами нити электрически нейтральны. Тогда как же они протягиваются относительно друг друга? Дадим лучше слово американскому авторитету в этой области Дж. Бендоллу [2, с. 40]: «Как происходит такое активное скольжение? Этого мы еще точно не знаем, но исследования живой мышцы методом рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами показывают, что оно, несомненно, связано с движением голов миозина. Они совершают либо колебательные движения вперед и назад, толкая при этом своего актинового партнера к центру саркомера, либо тянут его благодаря незначительным сокращениям в области головы и шейки отдельных молекул». Вот и все! Здесь надо заметить, что движения, происходящие на молекулярном уровне, особенно на уровне таких гигантов как молекулы белков, описываются в рамках Рисунок 11 законов классической механики. Отсюда ясно, что такие хаотические движения головок молекул белка миозина не могут привести к сокращению всего комплекса. Необходима, как минимум, 34

организация соответствующей формы движения «головок» и синхронизация их работы [9]. Но об этом вопрос даже не поднимается. Интересно мнение другого, не менее авторитетного специалиста профессора А.Н. Студитского [23]. Он считает, что актомиозиновым комплексам присуща не сократительная, а опорная функция в мышце, поскольку, выделенные из нее, они не отвечают сокращением на естественные возбуждающие агенты, нервные и электрические раздражения. Сократительная функция присуща внутриклеточным и клеточным оболочкам мембранам, считает он. «В поперечнополосатых мышечных волокнах мембранный сократительный аппарат образован внешней мембраной и так называемой саркоплазматической сетью (СС), которая располагается в виде футляра вокруг каждого саркомера... Образцом сократительной деятельности мембраны можно считать вакуоль, орган выделения у простейших одноклеточных организмов» (23, с. 4-5). То же можно сказать и о подвижной клетке лейкоцита крови. Но, как и у предыдущей модели Дж. Бендолла, конкретный механизм сокращения не установлен.

материалом, накопленным физиологией за долгую ее историю. Разумеется, модель следует конкретизировать, нужны дальнейшие исследования. Но главное, на мой взгляд, установлено: в основе нервно-мышечного взаимодействия лежит работа электромагнитных сил ионов, которая аккумулируется в энергию упругой деформации клеточных мембран. Наши макродвижения обусловлены использованием именно этой разновидности механической энергии.

Признание Дж. Бендола о неясности конкретного механизма мышечного сокращения предполагает, однако, что в общеэнергетическом плане здесь всё в порядке. Так ли это? Отнюдь, нет. Обратимся к предыстории актомиозиновой модели. В 1939 году советские учёные В.А. Энгельгард и М.Н. Любимова приходят к заключению, что непосредственным источником энергии для мышечного сокращения является выделенное тепло при распаде в воде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) в присутствии белка миозина, как катализатора реакции. (Основной признак термодинамики – эквивалентность переданного тепла и работы). Позже венгерский биохимик Сент-Дьорди показал, что данный распад АТФ в 1000 раз быстрее происходит в присутствии актино-миозинового комплекса. Эта реакция распада обратима, но требует для своего течения притока энергии извне. При такой постановке вопроса сразу ощущается ряд логических неувязок. Если, в конечном счёте, необходим приток внешней энергии (а тепло вырабатывается в организме уже в пищеварительном тракте), почему она сразу не используется для работы по сокращению мышцы? Далее, из приведённой модели-гипотезы, прямо не следует объяснение процесса расслабления мышц. Городить одну гипотезу на другую и так далее, как это делается - не решение вопроса. И, наконец, если уж пользоваться правилами термодинамики, то вслед за сокращением мышцы следует ожидать её резкого охлаждения (ведь произведена механическая работа). Но из экспериментов А. Хилла, ставших на долгое время классическими, известно: сокращающаяся мышца, наоборот, интенсивно выделяет тепло [L.c. 208-210]. Итак, мы видим: вопрос о нервно-мышечном взаимодействии и конкретно о механизме мышечного сокращения открыт. Однако наша модель наиболее непротиворечива: она согласуется практически со всем экспериментальным 35

36

Нервно­эпителиальное взаимодействие   

Так, в пищеварительном тракте после приема пищи и воды давление выше, чем в межклеточной среде и, вполне понятно, жидкость из него вместе с продуктами пищеварения как через мелкое ситечко, образуемое эпителиальными клетками, устремляется в межклеточное пространство.

Эпителиальная ткань  Это покровная ткань, граничащая с внешней средой или выстилающая внутренние полости тела (рис. 12). Клетки этой ткани имеют две специфические особенности: они плотно прилегают друг к другу в один или несколько слоев и, второе, обязательно располагаются на относительно плотной соединительно-тканной подложке. Между этой подложкой и клетками проходят нервные и кровеносные сосуды, а иногда и лимфатические.

Во время длительного голодания и воздержания от приема воды или у медведя во время зимней спячки межклеточная жидкость в силу того же механизма поступает обратно в пищеварительный тракт. Иначе кишечник медведя полностью бы склеился к весне. Рисунок 12

Эпителиальные клетки, как и мышечные, заряжаются отрицательно ионами Оl-. Если соединительная подложка образует достаточно замкнутое пространство, образуются железы. Те из них, которые не имеют специального вывода наружу, называются железами внутренней секреции.

В области эпителия почечных канальцев давление межклеточной жидкости, как правило, выше, чем в наружной среде. И данная жидкость, ранее омыв все тело, устремляется в резервуары первичной мочи, мочевой пузырь и, наконец, через мочеточники наружу. Примечательно, что на всем этом пути еще происходит обмен веществ между первичной мочой и эпителием данных путей и резервуаров, опять-таки в рамках упомянутого механизма. На фоне указанных токов жидкостей осуществляется гидролиз питательных веществ и их перераспределение по концентрационному, осмотическому и электрохимическому градиентам.

Железы могут состоять из одной (потовые, сальные и пр.) эпителиальной клетки или из множества, образуя даже массивные железистые органы, как селезенка, почки, печень и др. Однако структура последних в целом повторяет структуру покровного эпителия, так как состоит из множества тонких изолированных долек эпителиальной ткани.

Еще надо заметить, что секретом желез могут быть не только специфические вещества, но также существенная часть протоплазмы эпителиальных клеток (например, молочной железы) или все ее содержимое (одноклеточная сальная железа), а в ряде случаев даже целые клетки, эритроциты, лейкоциты и др., которые вырабатываются в селезенке, печени, красном костном мозгу и в половых железах (гаметы).

Эпителиальной ткани приписываются три основных функции: двигательная (мерцательный эпителий), выделительная (секрет) и поглощающая (инкрет). И, что весьма примечательно, в основе всех этих функций лежит все тот же ионный механизм.

Выделению секрета часто способствует внешнее давление на железы определенных мышечных образований (диафрагма и печень, мышцы ротовой полости и слюнная железа и т.д.)

Действительно, если эпителиальная клетка взаимодействует с положительно заряженной нервной клеткой, то она должна наподобие мышечного саркомера сокращаться и, следовательно, выделять наружу часть содержимого своей протоплазмы, а при последующем восстановлении своей формы получать из межклеточной среды питание. Механика этого сократительного процесса хорошо наблюдается по колебательным движениям ворсинок клеток, выстилающих дыхательный и пищеварительный тракт организма. Но это одна сторона процесса. При сокращении эпителиальных клеток между ними периодически образуется небольшой просвет. А это означает, что через этот просвет может происходить обмен газов и жидкостей с внешней средой. Именно по этому принципу происходит обмен газов в легочных альвеолах или в кожном покрове, а также жидкостей в пищеварительном тракте или почках. Будет ли это поглощение веществ или их выделение (секрет или инкрет), зависит от давления газов и жидкостей с той и другой стороны эпителиального покрова. 37

Эндотелий. Аналогичным образом функционируют и клетки эндотелия, образующие стенки кровеносных сосудов. Их периодическая вибрация обеспечивает обмен веществ, плазмы крови и межклеточной жидкости. Как известно, к кровеносным сосудам также подходят тонкие нервные окончания. Нервная система  Рассмотренная нами модель нервно-мышечного и нервно-эпителиального взаимодействия приводит к не менее впечатляющим коррекциям и наших представлений о механизме работы и о роли нервной системы в процессе жизнедеятельности. В первую очередь, нервные образования - это накопители и распределители положительных ионов в организме. Теперь можно не удивляться, как удается порой одному нерву регулировать самые разнородные функции нашего организма: все они нуждаются в притоке положительных ионов. Без этого притока отомрут как сами нервы, так и регулируемые ими органы. Каждый 38

аксон и нерв, вообще, имеют огромное количество концевых ответвлений. Поэтому они могут синхронизировать сокращения того же огромного числа саркомеров и осуществлять крупномасштабные движения. Еще вопрос. Как объяснить такой факт, что нерв имеет в своем составе, как моторные волокна, так и чувствительные? Ведь все связанные с ними нейроны исходят из одного центра и сами связаны между собой. Здесь, на мой взгляд, может быть только один ответ. Это зависит от того, куда попадет концевая веточка аксона. Если в среду отрицательных ионов CL, то эта веточка и аксон в целом будет выполнять роль двигательных, а если в нейтральную среду или положительно заряженную, то роль чувствительных или, по-другому, центробежных. По этому принципу, надо полагать, функционируют все рецепторы. Понятно также, что сами нейроны, расположенные в нервных центрах, тоже должны обмениваться положительными ионами между собой по градиенту их концентрации; и этот обмен, в силу внутреннего сопротивления, будет происходить порциями, как бы большими квантами, по мере накопления разницы потенциала. Возникает вопрос и о целесообразности выделения особой группы нервов в трофические. Ведь все нервы, как отмечалось выше, в первую очередь служат обмену веществ и, следовательно, росту клеток. Просто названные нервы очень тонкие и слабые, и их действие заметно проявляется только спустя длительный отрезок времени. Этот список разрешаемых парадоксов, конечно, можно было бы продолжить. Остановимся на этих вопросах более обстоятельно. Строение нервной системы 

Рис. 13. Развитие головного мозга А - нервная трубка на горизонтальном разрезе, видны три первичных мозговых пузыря (1, 2, 3); 4 - часть трубки, относящаяся к спинному мозгу.

Она образуется на ранней стадии развития человеческого эмбриона из наружного зародышевого листка. Сперва формируется нервная трубка (прообраз спинного мозга), а потом, разрастаясь вверху и загибаясь спереди, она образует зачатки головного мозга (рис.13). Они затем и составляют центральную нервную систему (ЦНС) (рис.14), имеющую ярко выраженную сегментарную структуру. Она предполагает возможность дальнейшего развития мозга и функциональное увязывание новых нервных образований.

Б - мозг зародыша сбоку.

39

Рисунок к 1413 От каждогоо сегмеента, нее совсем м точноо опред деляемого о уровнем сооттветствую ющего поозвонка, в стороны ы отходятт нервные пути к скелетны ым мыш шцам и об братно, а также т к глладкой му ускулатурре и внутрренним ор рганам. Это Э сферра периф ферическоой нервноой систем мы, делящ щаяся на ссоматичесскую частть, связзанную соо скелетными мыш шцами, и вегетатив в вную. Посследняя имеет и ту особенноость в сттроении, что нервные путти из ЦН НС посттупают не н прямоо к инн нервируем мым оргаанам, а сперва к нервны ым обраазованиям м, гангли иям, и заттем от них к орггану. В си импатичееской чассти вегеетативной й нервной й систем мы эти нервные н у узлы рассполагаюттся как бы б столлбцом вдооль позвооночника слева и справа с (ри ис.15), а в парасим мпатическкой они размещааются неп посредстввенно вбл лизи иннеервируемоого орган на или даж же внуттри его (ррис.16) каак, наприм мер, в сер рдце. Оди ин и тот же внутрренний оррган мож жет быть иннервиррован сразу обеим ми разн новидносттями вегеетативной й нервной й системы ы. Причем м отмечаеется, что их возд действие, как прравило, антагонис а стично. «Так, « си ильное раздражен ние блуж ждающегго нерва вызываает умен ньшение ритма и силы сердечны ых сокрращений, раздраж жение сим мпатическкого нервва увеличчивает ри итм и си илу серд дечных сокращен с ний; параасимпатические влияния в расширяю ют сосуд ды языкка, слюнн ных желез, половы ых органо ов, симпаттические сужают эти э сосуд ды; параасимпати ические нервы сужают с зрачок, симпатичческие расширяю р ют; сужают бронхи, симпати параасимпати ические влияния в ические расширяю р ют; блуж ждающий й нерв сттимулируует работу у желудоочных жеелез, сим мпатическкий торм мозит; паарасимпаатическиее нервы вызываю ют расслаабление сфинктер с ров моч чевого пуззыря и соокращени ие его мусскулатуры ы, симпаттические сокращаю ют сфи инктер и расслабля р ют мускуулатуру и т.д.» [25,, с. 167] Но вот незад дача: мож жно привеести множество примеров, п , где эти правила не собллюдаютсяя. Так сущ ществуютт ли эти пр равила воообще? Ин ными сло овами, в чем кроеется мехаанизм торрможения и возбуж ждения в нервной н ссистеме?

40

В заключение этого раздела добавим, что все уровни организации ЦНС связаны между собой, образуя восходящие пути нервных волокон с нижних отделов спинного мозга до коры больших полушарий и наоборот, как правило, в несколько ступеней - от коры до периферии.

Двусторонняя проводимость нерва и нервных образований  Чтобы нерв (нервное волокно) нормально функционировал, ему необходима достаточная концентрация положительных ионов. (Na+, K+ и др.). Они

Рисунок 17. Электромиограммы, выполненные с помощью поверхностных электродов. 1 - норма, активное сокращение мышцы. Высокоамплитудные колебания большой частоты (до 150 в секунду); 2 - норма, покой

поступают в него из межклеточной среды через ионные каналы. Учитывая огромную силу взаимного отталкивания одинаково заряженных ионов по сравнению с их весом [13], легко видеть, что такая концентрация могла бы быть очень небольшой даже при наличии сильного вязкого сопротивления плазмы нерва. Каждый новый ион, поступающий в нервную клетку из межклеточной среды, как бы раздвигает имеющиеся ионы в сторону синаптической щели и в сторону тела клетки, а все ионы вместе образуют некоторое подобие исключительно гибкой упругой пружины. Ее жесткость, определяемая концентрацией ионов в клетке, обуславливает скорость или вообще возможность самой передачи импульсов по нервному волокну от иона к иону. А когда часть ионов, объединяясь в молекулы, покидает нерв, весь их столб как бы передвигается к периферии; то есть, не какой-то мифический сигнал летит из мозга на периферию, а сдвигается вся совокупность ионов. Каждый ион, приближаясь к синаптической щели и попадая в сильное поле отрицательного иона, получает огромное ускорение. Это отражается на миограмме резким всплеском напряжения (рис.17) и вызвано, как легко понять, нелинейностью (квадратичностью) характера электрического взаимодействия ионов. Следующий всплеск произойдет, когда накопится достаточный электрический заряд, способный преодолеть сопротивление вязкой среды внутри нервного волокна. Если с другой стороны синаптической щели окажется положительный заряд, то такой перескок ионов будет замедлен; а если этот заряд по величине еще будет больше, чем в нерве, то ток ионов перемениться на обратный. Такую картину мы видим, например, при взаимодействии двух нервных клеток.

41

42

Часттично поодобие такого т прроцесса мы м можеем наблю юдать по характееру энцеефолаграм ммы (рисс.18). Разн ница потенци иалов между у полоожительн но заряжеенными клетками, к , разуумеется, будетт отноосительно о небоольшой. Поэттому среднюю ю амплитуду энцефалоограммы следуетт ожи идать наамного меньшую, м , чем у миоограммы. В наших примерахх (рис. 17 7 и 18) - в 10000 раз. Меньше также и часттота к колебани ий нап пряженияя энцеефалограм ммы (окколо 15 раз), что о свид детельстввует о не столь с инттенсивном м обм мене вещ ществ между м н нервными и клеттками.

заряжаются положительно. Тогда в силу взаимного отталкивания ионный столб в нерве (тоже положительно заряженный) будет двигаться в сторону ЦНС. Конечно, возможный объем освобождаемых электронов в рецепторах ограничен. Поэтому рецепторы после интенсивной нагрузки как бы устают и теряют свою чувствительность. Необходим отдых, чтобы электроны снова возвратились к ионизированным молекулам: ведь притяжение между ними осталось, а внешнее воздействие ослабло.

Рисунок 18. Электр роэнцефалогра амма лыжник ка первого разряда С, 222 года. Регуляр рный α-ритм 10 в секунду во всех отведен ниях, максим мальная ампли итуда колебааний 40-60 мк кв.

Итак, мы вид дим, что в действиттельности и мож жет быть двустороонняя прооводимоссть ионовв не тольько внутр ри нервноого волоокна, но также т и через ч синааптическу ую щель. Последнеее, в часттности, яррко пред дставленоо в работе рецептторов, определяющих функци ию центтростреми ительныхх нервов. В сввязи со скказанным м интересн но вспомн нить старрую гипоттезу [28] о том, чтоо в эфф ферентныхх нервах имеется две скоро ости движ жения вещ щества: быстрая б ( (до 150 м/с) и медленная м я (аксоплаазматичесский ток)). Последний ответтственен за троф фику мы ышц. Он содержитт РНК и белки. Подобны ый ток им меется и в центтростреми ительныхх нервах [19]. Леггко видетть, что бы ыстрый то ок связан н с переедачей им мпульса, понимаем мого в фи изическом м смысле, от иона к иону. Он О будеет наблюд даться каак при под дпороговом возбуж ждении н нерва, такк и во время нейттрализаци ии ионов в синапсее; медлен нный же ток т возможен толькко во время взаи имодействвия ионоов в облаасти синааптическоой щели. На мио ограмме он сооттветствуеет короткоому отреззку времеени, обозн наченном му резким м всплескоом потеенциала, т.е. т когдаа сдвигаеттся вся со овокупноссть ионовв в сторон ну синапсаа. В сввете изложенного также наадуманной й предстаавляется и «релейн ная» теоррия провведения импульса и а (от одноого перех хвата Ран нвье до дрругого). Достаточ Д чно вспоомнить, что ч миели иновая об болочка нервов н об бразуетсяя только ко втором му годуу жизни человека,, а многи ие волокн на нервовв взрослоого человеека вообщ ще остааются безз нее на всю в жизн нь, не говворя уже о нервны ых окончааниях, тож же неиззолирован нных, котторые, тем м не менеее, провод дят возбууждения.

Практически осуществить это в условиях целостного организма можно весьма ограниченным числом способов. Они базируются на поглощении внешней, преимущественно электромагнитной энергии. Уже обычные клетки, как мы видим, поглощая или выделяя тепло, изменяют свой ионный заряд. Это способствует обмену веществ в клетках, а с другой стороны, клетки могут служить в организме как своеобразные тепловые (холодовые) рецепторы. И хотя чувствительность к внешним воздействиям свойственна всем без исключения клеткам, особенно она выражена в нервных клетках и их концевых образованиях - рецепторах. Повлиять на ионный ток в нервных сосудах можно тремя способами: 1) механическим воздействием изменить просвет нервного сосуда; 2) наэлектризовать оболочку нервного сосуда механическим путём (трением) или каким-либо другим (фотонным или фононным); 3) прямым взаимодействием ионов нервных сосудов с ионами внешней жидкой среды. К первому способу относятся механорецепторы. Это немиелинизорованные (как бы оголённые) нервные окончания. Когда они сжимаются и расстояние между находящимися в них ионами одного знака уменьшается, растёт сила взаимного отталкивания ионов, и они устремляются к нервному центру, где давление ионов меньше. Этим объясняется также механизм и цель явления натуживания, сопровождающее произвольные мышечные движения. По второму способу функционируют зрительные рецепторы (фотоэффект), слуховая рецепция, а также рецепторы половой сферы (трение). По третьему способу функционируют хеморецепторы. Благодаря им нервы, с которыми они связаны, могут играть роль центростремительных или центробежных. Это зависит от того, могут ли вступать в реакцию ионы, расположенные в нервном окончании, с ионами иннервируемой среды. Рассмотрим один наглядный пример.

В сввете ионн ной гипотеезы следуует пересм мотреть и принцип п функцио онирован ния всехх рецепторов. Как известно, и , электрич ческий си игнал от реецепторов поступаает в ЦНС, т.е. в противоположноом мотор рным неррвам напрравлении. Очевидн но, жет прои исходить только в том сллучае, еслли сами рецепторры что это мож

Известно, что вода, непременный компонент всех организменных жидкостей, сама диссоциируется на ион водорода Н+ и гидроксильную группу (ОН)-. в обычной воде они сбалансированы, а вот вследствие различных химических реакций это соотношение может быть нарушено, и жидкость может приобретать более кислотные свойства (преобладает Н+) или щелочные (равновесие нарушено в сторону группы (ОН)-). Отсюда понятно, что в первом случае ионы, расположенные в нервном окончании, будут испытывать

43

44

Рец цепторы: функци ия и принцип дей йствия  

отталкивающее воздействие избыточных ионов Н+ и сам нерв будет функционировать как чувствительный нерв. Во втором случае ионы Na+, K+, Са++ нервного окончания легко связываются с группой (ОН)- нейтрализуя ее и образуя щелочи: сам нерв будет функционировать наподобие моторного нерва и участвовать таким образом в регуляции рН жидкости. Если сама жидкость электрически нейтральна, то нерв, понятно, не будет реагировать. Видимо, по такому принципу функционируют вкусовые и обонятельные рецепторы, поскольку вкусовые и летучие вещества, соответственно, растворяются в слюне и слизистой оболочке носа, сами диссоциируя на ионы. Тормозное действие нервов  Последний пример двусторонней проводимости нерва приводит нас к пониманию более широкого круга явлений: тормозным действиям нервов. Вернемся опять к парадоксам вегетативной нервной системы. Так почему же в одном случае нерв усиливает деятельность, например, сердца, а в другом тормозит? По логике вещей, это происходит потому, что в первом случае нерв образует синапсы на мышце, а во втором на ганглии, расположенном внутри этого органа. Тогда легко понять, что в первом случае происходит параллельная нейтрализация ионов хлора, а во втором произойдет усреднение концентрации ионов в обоих нервных образованиях: часть положительных ионов перейдет от нервного образования с большей концентрацией в образование с меньшей концентрацией. В итоге мыслимы два варианта развития событий. Если исходная концентрация положительных ионов в нерве будет выше, чем в ганглии, сократительная деятельность мышцы усилится, а если меньше - часть ионов будет востребована обратно из ганглия в нерв. Тогда сократительная деятельность мышцы ослабится, зато тонус нервов повысится. Надо полагать, что таким образом реализуется некоторый предохранительный механизм от истощения нервной системы. Ведь без достаточной концентрации ионов или, по-другому, без достаточного давления в ней, она недееспособна. По этому принципу, видимо, иннервируются и все остальные внутренние органы и системы и даже организуется деятельность самой нервной системы. Отсюда очевидно, что если бы симпатическая и парасимпатическая ветви вегетативной нервной системы не смыкались во внутренних органах, периодически происходил бы паралич этих органов.

Таблица Система кровообращения

Нервная система

1. Артериальная и венозная ветви.

Центробежные и центростремительные нервы.

2. Кровяное давление.

Концентрация ионов в нерве.

3. Депо крови (селезенка, печень, подкожный слой).

Нервные центры, узлы, ганглии и т.д.

4. Капилляры растут всю жизнь.

Нервные окончания растут всю жизнь.

5. Кровеносные сосуды образуют коллатерали. Нервные пути образуют коллатерали.

6. При интенсивном обмене веществ сосуды увеличиваются со временем в диаметре и открываются бездействующие капилляры.

То же происходит с нервами и нервными окончаниями.

7. Все отделы кровеносной системы связаны между собой.

Все отделы нервной системы связаны между собой.

8. Пульсирующий характер движения крови в сосуде.

Пульсирующий характер движения ионов в нерве.

9. Бездействующие капилляры закрываются и зарастают.

Бездействующие нервные окончания отмирают.

10. Кровеносные сосуды обеспечивают приток Нервные окончания обеспечивают приток питания к нервам. питания к мышечным образованиям кровеносных сосудов. 11. Минимальный просвет кровеносного сосуда Диаметр просвета нерва в синапсе - 7 мк. - 7 мк.

***

Нервная система и система кровообращения  Несмотря на присутствие заряженных частиц в аксоплазме, в строении и образе действия нервной системы и кровеносной имеется много общего. Это можно и предполагать, так как они обе обеспечивают транспортировку веществ в организме. В обоих случаях прямо или косвенно это связано с работой электромагнитных сил ионов. Обозначим эти параллели (см. таблицу). 45

Подводя итог настоящему разделу работы, мы видим, что ионная гипотеза [2] не только не противоречит общим чертам деятельности нервной системы, но и раскрывает новые ее свойства. Все это вместе взятое образует более логичную и динамически обусловленную картину строения и функционирования нервной системы.

46

Система кровообращения  Сердце. В центре этой системы, как известно, стоит мышечный орган сердце. Оно размером примерно с кулак. Правда, сила его сокращения намного меньше силы кисти (это важно знать). Плотной перегородкой сердце разделено на две относительно равные половины, каждая из которых имеет по две полости, называемых предсердием и желудочком (рис.19). Желудочки более мощно снабжены мышечными волокнами, они имеют клапаны как в отверстиях, соединяющих желудочки с предсердиями, так и в проходах, переходящих в крупные кровеносные сосуды и направляющих кровь к периферии. Благодаря наличию клапанов, при сокращении сердечной мышцы кровь выдавливается и с другой стороны всасывается только в одном направлении. Из левого желудочка кровь устремляется в самый крупный сосуд - аорту, которая делится далее на более мелкие артерии, те - на артериолы, а они - на густую капиллярную сеть самых маленьких сосудиков. Именно через них кровь отдаёт тканям Рисунок 14 кислород и питательные вещества, так как капиллярные стенки состоят из одного слоя эндотелиальных клеток, просвет между которыми периодически увеличивается. Далее капилляры объединяются в более крупные сосуды - венулы, те - в маленькие вены, а последние - в более крупные вены, которые общим руслом впадают в правое предсердие. Так образуется большой круг кровообращения. В его венозной части кровь принимает в себя углекислый газ и продукты распада из межклеточной среды. Малый круг кровообращения, лёгочный, начинается из правого желудочка, из которого кровь проталкивается в лёгочную артерию. По ней кровь поступает в оба лёгких, артерия опять ветвится до капилляров, в лёгких она принимает в себя кислород и отдаёт углекислый газ, а заканчивает свой путь через лёгочную вену в левом предсердии. Это классическое представление о строении и функционировании системы кровообращения. Из приведённой схемы следует, что сердце является не только главным мотором по перекачке крови в организме, но также воздействует через капилляры на циркуляцию жидкостей в межклеточном пространстве, а через воротную - вену и на ток лимфы в организме, так как эти русла анатомически соединяются.

размер эритроцита в длину (он по форме вытянутый) - 9 мк. Лейкоцит -10 мк, и так со всеми другими форменными элементами крови. Значит, они могут пройти через капилляры только сильно деформируясь. И если теперь вспомнить, что капилляров в организме миллионы, а форменных элементов миллиарды, то становится ясным, что для их постоянной циркуляции в кровеносном русле не хватило бы силы даже мышц кисти (вообразим, что мы мысленно заменили сердце резиновой грушей и периодически сжимаем её кистью). Но вместе с тем кровь исправно циркулирует во всём организме. Парадокс?! Да, это означает, что в организме есть и другие двигатели крови. Ими являются скелетные мышцы. Кровеносная функция мышц. Как она осуществляется? Точно так же, как это делает сердце. Ещё давно было известно, что наши большие вены, как и сердце, имеют клапаны. Если такую вену рядом расположенная мышца и другие органы (например, диафрагма) сдавливают, то благодаря клапанам кровь в этом «сердце» будет выдавливаться преимущественно в сторону общего тока крови. Этот физиологический механизм был назван венозной помпой. Конечно, насосный эффект его деятельности не очень существенен в общей картине циркуляции крови. Однако в 1927 г. датский физиолог А. Крог обнаруживает, что и в маленьких венах, расположенных в скелетных мышцах, тоже имеются клапаны, а несколько позже российские учёные установили, что в венулах и в венозной части капилляров внутрь их русла опускаются отростки, способные в существенной мере играть функцию клапанов (рис. 20).

Рисунок 20

Всё логично, если бы не одно обстоятельство: для решения всех этих задач сердце должно быть как минимум в 25 раз мощнее, чем то, которое мы имеем. Если вдуматься, то это тоже логично. Наименьший просвет капилляра - 7 мк, а

Если теперь вспомнить, что наши мышцы всю жизнь производят колебательные движения (физиологический тремор) и особенно сильно деформируются при произвольном сокращении, то всё становится на свои места. Да, мышцы тоже качают кровь и особенно сильно во время интенсивной мышечной работы, когда амплитуда физиологического тремора возрастает почти в десять раз (Рорахер) по сравнению с состоянием покоя. Такое предположение, что мышцы качают кровь через свои сосуды при тех амплитудах продольных колебаний, что и в наблюдаемом нормальном

47

48

треморе, было блестяще продемонстрировано при помощи устройств биомеханической стимуляции как на действующих мышцах, так и на их препаратах. Иннервация сердца и его автоматика  Сердце имеет собственные нервные образования. Это два нервных узла, расположенных в начале предсердий (узел Кис-Флака), и другой - на границе правого предсердия и желудочка (узел Ашоф-Тавара). Они объединены между собой и имеют густую сеть ответвлений к сердечным мышцам. Данные нервные образования, взаимодействуя с мышцами сердца, обеспечивают автоматику его сокращения. Поэтому, если бы удалось быстро и без повреждений выдернуть сердце из организма, оно бы продолжало сокращаться. Этот эффект особенно охотно демонстрируют студентам на примере препарата сердца лягушки, заполненного физиологическим раствором (раствором поваренной соли в воде!). Такая автоматика по типу нервно-мышечного взаимодействия определяет основной ритм сокращения сердца. Кроме того, к сердцу подходят ответвления от блуждающего нерва и от симпатических ганглиев шейного и грудного отделов. Они взаимодействуют с собственной нервной системой сердца и способны либо ускорить, либо замедлить сократительный ритм сердца. Первое будет иметь место, если ионное давление во внешних нервных центрах будет выше собственно сердечных, а второе, наоборот, если во внешних центрах давление окажется ниже и, следовательно, произойдёт отток положительных ионов от сердца вовне. Здесь не существенно, будет ли этот отток осуществлён в сторону симпатических узлов или парасимпатических ядер. На массивный приток ионов к сердечной мышце влияет «натуживание», сопутствующее мышечной работе человека. Объединение нервных центров и путей симпатической нервной системы, парасимпатической и собственно сердечной имеет большой биологический смысл: оно уравнивает ионные потенциалы этих нервных образований. Будь иннервация построена по другому принципу, в работе сердца происходили бы постоянные сбои вплоть до его остановки. Теперь обратим внимание на то, что как строение нервных путей, так и строение сердечной мышцы сильно отличается от их вида в других отделах организма. Так, проводящие пути построены из волокон Пуркинье, которые имеют не цилиндрическую форму, как у обычных нервных волокон, а вид широких лент; мышечные образования формируют множество пещер, отростков, соединений между мышечными клетками. Отчего такое разительное отличие от обычных скелетных мышц и нервных путей?

предопределяет их форму. Но об этом несколько позже в разделе об эмбриогенезе. Надо ещё подчеркнуть, что в анатомии и физиологии мы искусственно выделяем сердце из системы кровообращения. Строго говоря, сердце имеет своё продолжение в аорте, так как все его оболочки, включая мышечную, плавно переходят на неё и далее, с определёнными потерями на другие более мелкие сосуды. И только в капиллярах имеется одна эндотелиальная оболочка. Функцию клапанов в этих теоретических рассуждениях можно не брать в расчёт, так как они первоначально представляют складки внутренних оболочек сосудов. Да и сама система кровообращения, обмена веществ в организме могла функционировать без клапанов. Только в этом случае ток крови происходил бы не по круговому сценарию, а как бы в виде приливов и отливов. Видимо именно так изначально происходил обмен веществ в эмбрионе, а циркуляция по кругу возникла в связи с закрытием овального отверстия в перегородке сердца в момент рождения ребенка. Дыхание  Основная функция дыхания - внесение кислорода в организм и выделение углекислого газа из него. Кислород необходим для расщепления углеводов в крови до С02 и Н20 с выделением энергии, необходимой для положительной работы ионных каналов клеток. Окислению подлежат также жиры и большинство белков, преобразующихся в организме как и глюкоза в гликоген. Обмен газов происходит в эпителии лёгких, образующего лёгочные альвеолы. В меньшей степени обмену газов способствует работа кожного эпителия. Кислород через альвеолы, связываясь с эритроцитами, переносится во все отделы организма по кровеносному руслу. Его связь с эритроцитом, точнее, с атомом железа в нём, осуществляется по типу химической ионной связи. Она непрочна. Поэтому в дальнейшем кислород может отрываться от эритроцита другими более сильными химическими реагентами. Поступление кислорода в альвеолы лёгких, как и выделение углекислого газа из них, происходит диффузным путём через образующиеся щели между вибрирующими клетками эпителия. Разумеется, данный обмен газов будет эффективней, если в лёгких концентрация кислорода будет выше, а углекислого газа - ниже. Это достигается усиленной вентиляцией лёгких благодаря актам вдоха и выдоха, актам по существу чисто мышечным.

На мой взгляд, ответ может быть только один: начало формирования организма в эмбриогенезе происходит с закладки прототипа сердца, и его нервные и мышечные образования на первом этапе растут раздельно. Это и

Этим движениям присущ определённый автоматизм, природа которого не совсем ясна и трактуется в физиологии совершенно неубедительно. Это относится, на мой взгляд, как к не совсем корректным постановкам экспериментов, так и к заключениям, следующим из них. Продолжим наш обзор.

49

50

Основным двигателем дыхательного акта является мышечное образование диафрагма, образующая перегородку между грудной и брюшной полостью тела. Диафрагма имеет форму купола, обращенного кверху выпуклостью, и крепится сухожильным окончанием к позвоночнику сзади и по окружности нижних рёбер. Во время сокращения данной мышцы (поперечнополосатой) форма диафрагмы уплощается и в грудной полости создаётся разреженное пространство, способствующее притоку в неё воздуха извне, т. е. акта вдоха. При последующем расслаблении диафрагмы её куполообразная форма восстанавливается, давление в грудной полости увеличивается и следует акт выдоха. К вспомогательным органам, в той или иной мере влияющим на акт вдоха-выдоха, относят межрёберные мышцы, мышцы гортани, живота и плечевого пояса. Так происходит вентиляция лёгких, способствующая диффузному насыщению крови кислородом и избавления её от углекислого газа. Попутно происходит и водный обмен с окружающей средой за счёт выдоха пара или мокроты во время кашля или, наоборот, увлажнения лёгких за счёт влажности окружающего воздуха. Диафрагма богато снабжена нервными окончаниями, образующими на ней мощное гревное (солнечное) сплетение. Ведущую двигательную роль в нём осуществляет блуждающий нерв, берущий начало в ядре продолговатого мозга. Именно здесь, считается, находится нервный центр регуляции дыхания. Причём их два: один регулирующий вдох, а второй - выдох. Но так как чёткой границы между ними не было обнаружено (а она, считают, должна быть), то пришли к компромиссному заключению: «Точной границы между экспираторными и инспираторными нейронами не существует, однако имеются участки, где преобладают одни из них (инспираторные - в каудольном отделе одиночного пучка, экспираторные - в центральном ядре nucleus ambiguus)» [25а, с. 157].

угарного газа, который блокирует транспортную функцию кислорода эритроцитами. Может потерять сознание и альпинист, взобравшийся на экстремальную высоту без кислородной маски. Правда, по поводу последнего примера мне могут сделать справедливое замечание: ведь перед потерей сознания спортсмен энергично двигался. Ещё более веский упрёк можно услышать и в связи с судорожными и интенсивными позывами к дыханию после его длительной намеренной задержки. Кислородный недостаток в крови? Как ни странно, но в этом случае может быть даже кислородный избыток! Почему? Поясним это несколько позже. И, наконец, прямо экспериментальные данные: «при раздувании лёгких индифферентным газом, например, азотом, при обязательном условии целостности блуждающих нервов, мускулатура диафрагмы и межреберий внезапно перестаёт сокращаться, вдох останавливается, не достигнув обычной глубины» (25а, с. 162-163). Ещё один интересный и необъяснимый факт. Из физиологии известно, что в организме имеется ещё и другой механизм выработки тепловой энергии, анаэробный, то есть бескислородный. Это когда, например, спортсмен, производя интенсивную мышечную работу, как бы приобретает «второе дыхание». (В этом случае организм переходит на расщепление жиров.) Казалось бы, нет необходимости в дыхательных движениях. Так почему же «второго дыхания» не бывает без интенсивной работы диафрагмы? Но из всего приведённого следует, что указанные примеры никак не укладываются в рамки классических представлений физиологии. Всё это говорит о том, что регулирование процесса дыхания в организме базируется на иных принципах. Вот моя интерпретация этих принципов. Механизм дыхания 

В душном помещении, воздух которого беден кислородом, человек испытывает слабость и сонливость, а не усиление дыхательных движений. Рыба, вытащенная из воды, после нескольких неинтенсивных движений засыпает. Засыпает вечным сном без конвульсий и человек, надышавшийся

Диафрагма, как мы видим, это не просто большая плоская мышца, а составное нервно-мышечное образование. Она имеет мощное нервное сплетение, соединённое с продолговатым мозгом. Поэтому ионные заряды мышечных волокон будут взаимодействовать с ионами сосудов нервного сплетения по типу рассмотренного ранее нервно-мышечного взаимодействия: заряды мышц и нервов, достигнув критической величины, объединяются в нейтральные молекулы, происходит сокращение диафрагмы (вдох); затем снова, спустя некоторое время, ионы, благодаря работе ионных каналов, снова заполняют нервы и мышцы ионами, и мышца расслабляется (выдох). Это своеобразный мышечный тремор, но сообразно размерам нервных и мышечных образований, участвующих в нём, он происходит с большой амплитудой и меньшей частотой. Это автоматика акта дыхания. Она сформировалась ещё в эмбриональном состоянии зародыша человека и обуславливала количество поставки кислорода в эмбрион, его развитие и величину. Это постоянное согласование темпов развития и возможностей для него продолжается и в

51

52

Однако оказалось, что дыхательный центр имеет более сложную структуру, чем это предполагалось прежде. Так последовал новый виток догадок, ведущий в никуда. Выше мы видим, что нервная система - не бог, самостоятельно регулирующий все процессы организма. Она сама зависит от периферии и в состоянии только взаимодействовать с ней. Не к большему успеху привели и попытки напрямую связать автоматизм дыхательных мышц с соответствующей концентрацией кислорода и углекислого газа в крови: всё происходит как будто бы специально наоборот.

онтогенезе. Таким образом, мы имеем тремор покоя. Он достаточен для обеспечения кислородом основного обмена веществ организма во сне, в спокойном состоянии, даже в коме: нет необходимости задумываться о регулировании дыхания, оно автоматично. Надо полагать, что если выделить из организма каким-то образом диафрагму с её нервными центрами и поместить в физиологический раствор, она, как и сердце в подобной ситуации, будет продолжать ритмически сокращаться. Но диафрагма - это поперечнополосатая мышца, притом большая. И как все мышцы подобного рода, она может испытывать регулирующее воздействие на процесс сокращения со стороны психики, т. е. благодаря волевым усилиям, обеспечивающим приток дополнительных ионов к ней. Таким образом, учащая произвольно дыхательные движения, можно усилить вентиляцию лёгких и повысить насыщение крови кислородом, при необходимости образуя его резерв в организме. Именно такой физиологический механизм позволяет быстрее расщеплять и окислять углеводы и энергетически обеспечивать не только основной обмен веществ, но и повышенную работу, как самой диафрагмы, так и других мышц. А, в конечном счёте, как легко понять, мы опять замыкаемся на закономерности функционирования ионных каналов клеток организма. С другой стороны, как и любой тремор, автоматику дыхательных движений нельзя остановить произвольным образом, кроме как разрушив ионный аппарат диафрагмы или критически снизив температуру тканей. Поэтому судорожные дыхательные движения после попытки длительного задержания дыхания связаны, в первую очередь, не с недостатком кислорода в крови, а с катастрофической перегруженностью ионами нервно-мышечного аппарата диафрагмы: интенсивные сократительные движения диафрагмы способствуют нейтрализации ионов в них и тем самым успокаивают судорожное дыхание. Отрицательный эффект недостатка кислорода скажется несколько позже, выражаясь в понижении температуры тела, возникновения чувства усталости. Точно так же трудно угомонить расшалившихся детей: клетки у них ещё не склерозированы, ионный аппарат работает отлично, и у здоровых детей всегда имеется избыток электрического заряда в клетках. Этим и вызвана их активность. Пониженная температура внешней среды, пониженная концентрация кислорода в воздухе и установка на напряжённую мышечную работу выдвигают на первый план кислородное голодание организма. Это упомянутый пример альпиниста при экстремальном восхождении.

взаимодействий, то есть на биомеханическом уровне; он поддаётся тренировке в определённых пределах. Именно этими закономерностями объясняем мы ускоренный вдох при раздражении двигательной ветви блуждающего нерва (икота), остановку дыхания (вдоха) после сильного удара в живот в области солнечного сплетения (поддых), ускоренно нейтрализующего ионы в диафрагме, а также оживление человека лёгкими надавливаниями в районе диафрагмы (искусственное дыхание) и многие другие физиологические эффекты. Перистальтика кишечника тоже обусловлена взаимодействием сократительных элементов кишечника и нервных окончаний в нем. Пища, поступившая в кишечник, сдавливает эти элементы и вызывает локальное тоническое сокращение кишки. Как результат этого пища сдвигается в сторону, где внутреннее давление ниже, постепенно вовлекая и этот участок в сократительный акт. Сфинктеры кишечника при этом играют роль клапанов. Иммунитет  Теперь проследим, как организму удаётся направить деятельность отдельных клеток на его очистку от чужеродных веществ, пыли, микробов и отмерших клеток. Эту защитную функцию на клеточном, т. е. биомеханическом, уровне в основном выполняют лейкоциты и лимфоциты. Это крупные свободные клетки, перемещающиеся как в кровеносном, так и в лимфатическом и межклеточном руслах. Точнее, для них нет преград в любых мягких тканях тела. Такой проходимостью они обязаны вибрационным движениям их корпуса, обусловленным работой ионного аппарата. Направление данного определяется характером изменения формы клеток во время вибрации и особенностями сопротивления внешней среды, а их интенсивность - температурой этой среды. [9] Так что параметры перемещения клеток непроизвольны, а оказываются определёнными. Но где они остановятся - это особый разговор. Вибрационные движения клеток, наподобие дыхательных, периодически создают в них разрежённое пространство. Туда через водные каналы в мембране клетки устремляется межклеточная жидкость вместе с упомянутыми частицами отмерших тканей, пылью, попавшими в организм микробами, если, разумеется, их размеры достаточно малы. Часть этих веществ связывается в клетке и как бы выпадает в осадок. Видимо, перегруженность клетки этим чужеродным материалом и предопределяет относительно короткий срок жизни лейкоцитов и лимфоцитов, исчисляемый всего несколькими днями. Подобный механизм лежит и в основе накопления жира многими соединительно-тканными клетками. Но этот процесс существенно обратим, так как многие жиры растворяются в воде.

На основании предложенной модели акта дыхания, как мы видим, можно объяснить все упомянутые парадоксы. И хотя процесс дыхания косвенно связан с определёнными химическими реакциями, процесс его регулирования может происходить в рамках закономерностей нервно-мышечных

По-иному ведут себя микробы, попавшие внутрь фагоцитарных клеток. Одни из них сразу погибают, другие же, наоборот, находят в ней питательную среду

53

54

и размножаются (трихомонада, частично дрожжевые грибки и пр.). Они могут снова выйти из клетки и стать рассадником инфекции в организме, либо покинуть его вместе с отмершей клеткой (частичное обеззараживание организма). Уже отмечалось, что одинаково, в нашем случае, отрицательно, заряженные клетки, не контактируют между собой. Но с инородными телами, если они по размерам не могут поглотиться клеткой, они сближаются и слипаются. Благодаря насосному эффекту живой клетки неживое вещество будет постепенно распадаться на мелкие части и поглощаться клеткой. Так происходит рассасывание компактного (т.е. неживого) вещества кости, хряща и других материалов: лейкоциты дружно обступают попавшуюся на их пути занозу и даже ослабевшую, то есть потерявшую собственный заряд, клетку, разрушая её. Здесь важно заметить, что клетки теряют ионы не только в силу своей дряхлости, но и в холодной среде. Поэтому люди, часто переохлаждающие свои конечности, страдают ревматизмом костей, суставов, связок и других тканей. Эти ткани становятся полем форменного разбоя лейкоцитов и лимфоцитов, вызывающих воспалительные процессы. Такие недуги в медицине обозначают как автоиммунные болезни. Интересно также заметить, что и другие клетки в процессе регенерации тканей поступают точно таким же образом, как лимфоциты и лейкоциты. Так, недифференцированные клетки костного мозга и стволовые клетки, в изобилии имеющиеся в жировой ткани, попадая в кровеносную систему, могут остановиться только в области отмерших клеток. Попадая в ту же среду, что и другие клетки этой ткани, они специализируются и приобретают их свойства. Так же ведут себя и эмбриональные клетки, искусственно помещённые в поражённый орган. Учёные заметили, что нередко такая пересадка ведёт к развитию раковой опухоли в органе. Причину этого явления мы обсудим позже. Известна предрасположенность растений развиваться либо на кислой, либо на щелочной почве. Надо полагать, что и бактерии (микробы растительного происхождения) тоже обладают таким свойством, что выражается в различии знака их электрических зарядов. Если эти бактерии обладают ещё и достаточно большими размерами, то их взаимодействие с лейкоцитами и лимфоцитами будут носить несколько иной характер. Тогда положительно заряженные бактерии будут притягиваться к лейкоцитам, но так как они велики и не проходят в их водные каналы, между ними возникает как электрическое, так и насосное противостояние. Благодаря первому произойдёт частичная или полная нейтрализация ионов в клетках, а в соответствии со вторым жидкое содержимое одной клетки перекачается в месте контакта в другую клетку, сильнейшую. Так что мы видим: для уничтожения лейкоцитом чужеродной клетки не всегда необходимо её заглатывать. 55

Как уже говорилось, в случае одинакового по знаку заряда лейкоцита и бактерии взаимно отталкиваются. Надо полагать, именно это обстоятельство позволяет образовать целые колонии бактерий в пищеварительном тракте человека. Бактерии там находятся как бы в подвешенном состоянии. Попутно замечу, что в желудке человека среда преимущественно кислотная, а во всех других отделах пищеварительного тракта - щелочная. На тех же принципах основано взаимодействие лейкоцитов и лимфоцитов с микробами животного происхождения (в основном это паразиты). В целом мы можем заключить, что так называемая иммунная деятельность организма на клеточном уровне целиком осуществляется в рамках законов физики: она не целенаправленная и может проявляться как в положительном для целостности всего организма плане, так и в отрицательном. Существенно ещё заметить, что ряд связанных в органах и тканях клеток во время их воспаления и сопутствующего ему локального повышения температуры освобождается и может, как и лимфоциты, выполнять иммунную функцию. На эту особенность поведения в организме клеток ещё сто лет назад указал первый русский Нобелевский лауреат Мечников. Кстати, ему также принадлежит интересное наблюдение: некоторые простейшие морские животные в зимнее время собираются в единый комок (наподобие пчёл в улье зимой) и снова разбегаются весной, с потеплением воды. Этот феномен, как понятно, нельзя объяснить иначе как не в рамках развиваемой здесь теории. Эмбриогенез  Процесс формирования целого организма из одной оплодотворённой яйцеклетки остаётся загадкой до сих пор. Особенно непонятна его начальная стадия, которую весьма трудно наблюдать. Главный вопрос этой проблемы можно сформулировать так: что обуславливает дифференциацию клеток в зародыше изначально, предположительно совершенно одинаковых с одинаковыми наследственными признаками? Корректна ли такая постановка вопроса? Постараемся разобраться в этом, используя для анализа эмбрионального процесса наши биомеханические закономерности. Изначальными действующими факторами в зачатии эмбриона, как известно, являются две клетки гаметы (мужская и женская), каждая с одной спиралью ДНК в ядре. Женская гамета, яйцеклетка, образуется в яичниках и по мере своего созревания движется в фаллопиеву трубу, а в дальнейшем, когда уже произошло её оплодотворение, опускается в полость матки. Здесь она соединяется со стенкой матки, погружаясь в её слизистую оболочку. Заметим, что внутренняя среда женских половых органов от влагалища и далее слабощелочная. Мужская гамета, сперматозоид, в 600 раз меньше яйцеклетки, имеет некоторое подобие головки и большого отростка, напоминающего длинный хвост. Говорят, что головка снабжена некоторым устройством, 56

перфоратором (по-русски - дыроколом), благодаря которому сперматозоид в состоянии проделать отверстие в оболочке яйцеклетки и проникнуть через неё вовнутрь. Это происходит ещё в фаллопиевых трубах. До них, как понятно, сперматозоид самостоятельно должен пройти длинный путь от влагалища и почти до яичников. Интересная деталь. Утверждается, что после прохождения одного сперматозоида внутрь яйцеклетки путь другим каким-то образом становится закрытым! Сперматозоид в яйцеклетке как бы растворяется, а его ядро с одной спиралью ДНК сливается с ядром яйцеклетки (тоже обладающей одной спиралью своей ДНК). Так образуется протоклетка эмбриона внутри оболочки яйцеклетки, но уже с двойной спиралью, как и положено нормальной клетке, с наличием элементов мужской и женской наследственности. Далее полученной эмбриональной клетке остаётся только делиться вновь способом митоза, производя себе подобных, которым, однако, предстоит ещё дифференцироваться. Исходным материалом для производства этих клеток в начальной фазе развития эмбриона является питательное содержимое яйцеклетки. (В частности, в курином яйце - желток). Стоп. Остановимся на этом месте, зададим себе несколько вопросов и попытаемся, если это возможно, найти вразумительные ответы на них. Во-первых, каков биологический смысл соединяться двум ядрам половых клеток, если сразу же возникает необходимость, как при митозе, снова разъединиться и образовать в каждой половине бывшего общего ядра вторые половины ДНК из материала питательных веществ обоих половых клеток? Шаг назад в развитии?! Второй вопрос - где гарантия, что в каждой половине, в отцовской и материнской половой клетке, ДНК обязательно найдёт себе полноценное дополнение? Вспомним, что в каждой цепочке ДНК последовательно объединяются до 3,2 миллиарда нуклеотидов. Притом 95% из них считаются не несущими наследственной информации и, следовательно, только 5% имеют к ней отношение. А ведь нуклеотиды являются матрицами для синтеза белка, через свойства которого в генетике пытаются установить наследственные признаки организма. Более того, ДНК различных людей очень похожи (до 91%) по составу и порядку нуклеотидов. Однако похожесть не определяет необходимую комплиментарность пар нуклеотидов в двойной спирали ДНК. Так что и в современной генетике есть ещё много нерешённых проблем, и мы в своих рассуждениях не можем ещё полностью опереться на её научный фундамент. Продолжим свои вопросы и замечания. В свете первых двух замечаний вообще возникает вопрос о сомнительной необходимости иметь мужскую гамету для оплодотворения яйцеклетки. Ведь при клонировании, как говорят, всё же используется обычная клетка. Кстати, точное время слияния ядер собственно яйцеклетки и сперматозоида неизвестно (и вообще сливаются ли они?). По крайней мере, первое время они ведут раздельное существование. Обратимся снова к традиционной модели развития эмбриона.[4, с. 512]. 57

«На стадии 128 бластомеров зародыш представляет собой комочек из тесно прилегающих друг к другу клеток; но при дальнейшем дроблении между центральными клетками начинает скапливаться жидкость, оттесняющая их к поверхности клеточного шара» [21, с. 48]. Так образуется бластула маленький пузырёк с однослойной клеточной оболочкой и первичной зародышевой полостью. (Цитата приведена как пример логической перестановки причины и следствия). Уже на этом этапе развития эмбриона наблюдается явная дифференциация клеток: нижние из них значительно больше верхних и образуют как бы фундамент данного живого образования. Попутно замечу, что самообразование новых клеток, обозначаемое в биологии как процесс дробления яйцеклетки, терминологически не совсем удачен. Ведь мы не видим, например, деления куриного яйца на две дольки, четыре и т. д. С учётом всех этих замечаний становится понятным, что весь данный процесс должен происходить иначе. Вот моя версия: сперматозоид, как и нервная клетка, должен быть заряжен положительно. К такому заключению подвигнуло не внешнее сходство данных клеток (сперматозоид — нервная клетка с аксоном), а его способность перемещаться по поверхности щелочной среды. Будь он сам заряжен отрицательно, контакта с нею, необходимого для перемещения, не получилось бы. Сам же механизм движения сперматозоида такой же, что и у лейкоцита. Направление движения - в сторону головки, так как масса её больше массы хвостика. Яйцеклетка - это очень большая клетка. Рис. 21. Развитие эмбриона на примере ланцетника. Самостоятельно она не может делиться 1 - оплодотворенная яйцеклетка; 2 - стадия 2 (нужен был бы очень большой ионный бластомеров; 3 - стадия 4 бластомеров; 4 - стадия 8 заряд в ней). Для проникновения бластомеров; 5 - стадия 32 бластомеров; 6 бластула в разрезе; 7 - ранняя гаструла; 8 сперматозоида в неё нет необходимости поздняя гаструла; а - эктодерма, b - энтодерма буравить её оболочку: яйцеклетка, заряженная отрицательно, сама его притягивает к себе и поглощает через водные каналы, видимо, с частью секрета мужских половых желез. Внутри яйцеклетки ядра сперматозоида и самой яйцеклетки набирают свои вторые половины ДНК. Так образуются две самостоятельные клетки, прообразы нервной и эпителиальной клеток, способных к дальнейшему

58

делению. Этот процесс, как мы видим, полностью заключительные фазы митотического деления клеток.

напоминает

Положительно заряженный сперматозоид, попав в яйцеклетку, существенно связывает её отрицательные заряды, препятствуя тем самым проникновению других сперматозоидов в яйцеклетку. Деление вновь образованных клеток в пределах яйцеклетки и за счёт её материала приводит к образованию на слизистой оболочке матки упомянутого ранее зародышевого комочка, переходящего в бластулу. Своей шарообразной форме в один слой клеток на поверхности бластула обязана взаимному электрическому отталкиванию однородных клеток, а некоторое нарушение формы шара (ближе к грушевидной) объясняется наличием двух видов клеток в ней, которые начинают взаимодействие между собой по типа нервно-мышечного, нервно-эпителиального. Важный момент: во время как бы разбегания клеток внутри их образования создаётся вакуум, который заполняется содержимым слизистой оболочки матки; её кровеносные сосуды приближаются и входят в контакт с бластулой, так что не жидкость «раздвигает» клетки, как это думалось раньше, а вакуум, образуемый электрическими силами, накачивает её внутрь, и сама бластула погружается в слизистую оболочку. Пока бластула не превышает размеров яйцеклетки, обмен веществ с внешней, материнской, средой осуществляется всей её поверхностью. По мере же роста зародыша относительная площадь контакта становится всё меньше и меньше. На ней впоследствии формируется пуповина, а бывшая мембрана яйцеклетки тоже растягивается и растёт за счёт неживого вещества, (преимущественно липидо-белкового, представляющего собой полимеры), преобразуется в плаценту. Но это потом. Бластула не может расти бесконечно. Силы взаимного отталкивания быстро (в квадрате) убывают в зависимости от расстояния между клетками. Поэтому делящиеся клетки, как бы расталкивая друг друга, расходятся в стороны, образуя всё более вытянутый эллипсоид, который, изгибаясь, контактирует потом своими противоположными концами. Клетки этого образования, называемого теперь гаструлой, вообще бы разбежались, если бы не сдерживающая сила общей, тоже деформируемой, оболочки, а главное притягивающая сила нервных клеток, образующих стойкие соединения с отрицательно заряженными материнскими клетками (рис.21). Стенки гаструлы, как мы видим, теперь состоят из двух слоев клеток. Их обычно называют, соответственно, внутренним и внешним зародышевыми листками. Легко понять, что дальнейший рост зародыша возможен как в сторону образования большей гаструлы, так и в направлении внутрь и вне от упомянутых зародышевых листков. Однако этот дальнейший рост по существу повторяет закономерности предыдущих этапов. Если, например, клетки внутреннего листка получают достаточно питания и энергии, то они 59

образуют на его поверхности вначале клеточный комочек, затем бластулу и далее подобие гаструлы. Так образуются новые полости, складки, перегородки и даже органы. Их формы и размеры определяются электрическим взаимодействием клеток между собой и межклеточным неживым веществом. Так формируются трубчатые кости и кровеносные сосуды, сердце с его четырьмя камерами, нервная хорда и головной мозг с теми же полостями (мозговые синусы) и т. д. Напоследок замечание о трёх зародышевых листках, из которых развивается весь организм, постулируемый в классической анатомии и физиологии. Из приведённых выше соображений, однако, следует, что, строго говоря, может быть только два различных листка, представляющих в эмбрионе мужское и женское начала. Третий - переходной с тенденцией к потере электрического заряда. Интересно также обратить внимание на то, что в растительном мире мы тоже видим взаимодействие двух начал: в цветках мы всегда имеем пестик (женское начало) и тычинки (мужское начало). Пыльца с тычинок как бы прилипает к пестику, думается, вследствие различных по знаку зарядов. Раковые заболевания  Рак характерен интенсивным делением клеток практически всех видов. Однако наиболее часто подвержены ему клетки эпителия как кожного покрова, так и эпителия пищеварительного тракта и дыхательных путей, лёгких, всех желез, печени, почек и пр. Как правило, это следствие хронических воспалительных процессов в данных тканях и органах, вызванных механическими, химическими, инфекционными, радиационными и прочими раздражителями. Широк и разнообразен процесс развития этого заболевания: от вялотекущего процесса, развивающегося многие годы, до почти мгновенного образования метастазов сразу во многих отделах организма. Известны также и случаи, когда безнадёжно больного пациента врачи отпускают домой умирать, а он вдруг выздоравливает и потом долго живёт. С чем связано такое разнообразие течения одной и той же болезни? С другой стороны, мы видим, что и в эмбриогенезе клетки зародыша исключительно быстро делятся, но это приводит к формированию и росту нового организма. В чём же тогда разница в развитии обоих процессов? Принципиально здесь, как легко понять, то, что рак развивается из деления однородных клеток, а эмбрион из клеток двух видов, электрически положительно и отрицательно заряженных, т. е. из нервных клеток и клеток женского начала. Уяснив это, проследим подробней механизм образования раковой опухоли. Но предварительно напомним условия сохранения жизнедеятельности клеток 60

и особенности их поведения в зависимости от температуры внешней среды [16].

огромны). Вспомним хотя бы то, как грибы во время роста просто взламывают толстую поверхность асфальта.

Обязательным для жизнедеятельности клетки являются: целостность клеточной мембраны, наличие в ней ионных и водных каналов, наличие водной среды как внутри клетки, так и вне её, наличие питательных веществ и соответствующих ионов и, наконец, притока извне энергии (преимущественно в форме тепла). Отсутствие любого из этих условий приводит к отмиранию клетки.

Здесь возможны два крайних варианта её развития: либо опухоль прекратит свой рост, либо она как бы «взорвётся» в результате сил отталкивания однородных клеток.

От притока тепла к клетке зависит функционирование ионных каналов и приток в неё ионов и, стало быть, её электрический заряд. В этом случае говорят, что клетка возбуждена. Если клетка находится в кругу себе подобных, то они будут отталкиваться друг от друга. Сила отталкивания тем выше, чем больше заряд каждой взаимодействующей клетки, или, по-другому, чем больше эти клетки поглотили внешней энергии. Когда уровень заряда клетки достигает определённого предела, она начинает вибрировать, то сжимаясь, то снова немного расширяясь. Это механизм обмена веществ клетки с внешней средой. При дальнейшем увеличении клеточного заряда клетка растёт и наконец делится. Если какая-либо клетка связана с другой клеткой, но заряжена электрически противоположно, обе они начинают вибрировать при меньшей (по абсолютному значению) величине заряда, но теряют способность к делению. Теперь становится понятным, почему при воспалительном процессе в любом из отделов организма повышается температура. Там же имеется избыточное питание. Электрический заряд клеток в очаге воспаления растёт и некоторые однородные клетки, отталкиваясь друг от друга, высвобождаются от связи с межклеточным веществом (связь химическая ионная). Вероятность освобождения клеток, непосредственно контактирующих с нервными окончаниями, меньше (например, в мышечной ткани), так как сила их взаимного притяжения велика. Дальнейшее поведение освободившихся клеток идёт по известному нам сценарию, как в эмбриогенезе: из первоначального клеточного комочка образуется бластула, а потом - подобие гаструлы. Такие клеточные образования, с разрежённым пространством внутри, втягивают в себя межклеточную жидкость с питанием и кровеносные капилляры. Именно последним и объясняется быстрая васкуляризация раковых образований - они как бы обирают окружающие ткани.

Первое возможно, когда опухоль исчерпала источники питания, на своём пути роста вошла в контакт с обильным неживым межклеточным веществом, либо вошла в непосредственный контакт с нервными окончаниями другой ткани. В последних двух случаях клетки опухоли частично связывают свой электрический заряд и теряют способность делиться. Ещё важно заметить, что с ростом опухоли и образованием внутри её подобия вакуума она охлаждается и её клетки теряют свой электрический заряд. Неблагоприятному развитию заболевания способствует прежде всего большое сопротивление внешних тканей росту опухоли. В ней тогда образуется большое внутреннее давление и она частично или полностью лопается. Тогда осколки данной опухоли, перемещаясь по кровеносному или межклеточному руслу, распространяются по всему организму. Там они либо нейтрализуют свой электрический потенциал (преимущественно в области отмерших тканей), либо образуют новые очаги, метастазы, развивающиеся точно по тому же принципу, что и основная опухоль. Другими словами, на конечный результат влияет соотношение суммарного электрического заряда вновь прибывших клеток и потенциальной способности материала и клеток данной области эффективно связать указанный заряд пришельцев. Теперь нам, в частности, понятно, почему при пересадке эмбриональных клеток в поражённый орган образуются иногда раковые опухоли (было внесено слишком большое число эмбриональных клеток); или почему в воспалённом желчном пузыре, в почках, как правило, процесс ограничивается образованием, так называемых камней, полых внутри (в этих областях много межклеточного вещества, образующего оболочку камней).

Намного сложней картина и механизм развития опухоли на этапе гаструла и дальше. Это зависит от вида тканей, в которых она развивается, от резервов питания и жидкости, ей доступных, и от вида тканей, с которыми она контактирует при дальнейшем росте. Заметим, что рост может быть очень мощным (электромагнитные силы зарядов на малых удалениях просто

Общая картина протекания ракового заболевания, разумеется, намного сложней изложенной схемы. Во время роста опухоли происходит пережимание различных кровеносных и нервных сосудов окружающих тканей, закрываются порой транспортные пути пищеварительного тракта, лёгких и многих других. Это вызывает большие осложнения в функционировании организма как целого, и летальный исход болезни может наступить задолго до полного развития раковой опухоли. С другой стороны, клетки опухоли, находящиеся под внешним давлением, порой тоже не могут покинуть её. В этом случае они сами претерпевают изменения: либо связываются друг с другом протоками (синтициев), либо частично или полностью сливаются как, например, при образовании мышечного волокна. В обоих случаях, как легко понять, происходит понижение внутреннего давления в новых клеточных образованиях и клетки теряют способность к дальнейшему делению. Однако, если подобный процесс всё же будет

61

62

Легко понять, что этап бластулы — маленького пузырька с однослойной клеточной оболочкой — обратим. Как только ликвидируются причины воспаления, спадают в объёме и бластулы, а с ними и воспалённая ткань.

развиваться дальше, содержимое самой опухоли будет всё больше представлять смесь клеточной плазмы и остатков клеточных мембран. Такую картину подтверждают гистологические исследования злокачественных опухолей. В заключение хотелось бы выразить надежду, что понимание биомеханической сути развития опухоли, приведённой здесь, послужит хорошим ориентиром для поиска новых эффективных методов профилактики и лечения этого страшного недуга, уносящего столько жизней. Высшая нервная деятельность  «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению - мышечному движению. Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге - везде окончательным фактом является мышечное движение». Эти проникновенные слова принадлежат великому русскому ученому и мыслителю, основоположнику отечественной физиологии, психологии и биомеханики Ивану Михайловичу Сеченову (1829- 1905). Опираясь на представления Декарта о машинообразности реакции живого организма на внешние воздействия и являясь последовательным сторонником эволюционной теории Ч. Дарвина, он счел возможным использовать категорию рефлекса сперва для объяснения физиологических явлений, а затем и психических. По тому времени это был исключительно прогрессивный шаг [20]. В последнем случае Сеченов как бы отщепляет мышечные ощущения от самого носителя - мышцы, отводя им роль фундамента психологии во всех ее аспектах. В этом отношении невольно напрашивается параллель в научной логике Сеченова и Максвелла. Последний, английский физик, в 1864 году выдвинул идею о том, что процесс электромагнитных колебаний не обязательно должен быть связан с проводником, а может существовать и сам по себе. Вскоре эта гипотеза была подтверждена исследованиями Герца (1888 г.) и позже продемонстрирована в конструкциях «беспроводного телеграфа» (радио) А.С. Поповым в 1895 году. Это сходство тем более примечательно, что процесс мышечного сокращения в конечном счете имеет электромагнитную природу, обусловленную перемещением заряженных частиц (ионов) в нервах и мышечных волокнах. Раз это так, то, надо полагать, и вихревые замкнутые электромагнитные поля, сопутствующие им, будут теми искомыми элементарными материальными носителями психических явлений, «отщепленных» Сеченовым от мышцы в 63

область мышечных ощущений. Действительно, на базе каждого нервного синапса образуется настоящий открытый колебательный контур с подобием искрового промежутка. Гениальность сеченовской мысли не оценена и не использована должным образом до сих пор. Да и не могла быть осознана ни тогда, ни сейчас. Ведь гипотеза об ионной природе электрических потенциалов (а не обычных электронов) в живой клетке была высказана В.Ю. Чаговец значительно позже, в 1896 году, со ссылкой на теорию электролитической диссоциации Аррениуса. Достаточно стройная мембранно-ионная теория живого электричества была построена только в 1902 году. Предвестница квантовой физики, работа М. Планка, тоже появилась почти через 40 лет после выхода в свет сеченовских «Рефлексов головного мозга». Кстати, сам Планк к своим квантам в то время относился еще с большой осторожностью. Поэтому представляет несомненный интерес еще раз пройтись по следам сеченовских рассуждений, но с позиций современной физики и, в первую очередь, в свете предложенной ранее модели механизма нервно-мышечного взаимодействия [13]. Это составляет основную задачу настоящего раздела работы. *** Итак, в своих теоретических рассуждениях Сеченов принимает мышечные сокращения и сопутствующие им ощущения, выражаясь математическим языком, за независимые переменные психологического процесса. Вместе с тем он ясно представляет, что способность осознанно сокращать мышцы приходит к человеку не сразу и не полностью, а в процессе взаимодействия с внешней средой, в процессе воспитания и тренировки. Именно эта способность произвольно сокращать свои мышцы является внешним выражением воли. Отсюда деление движений на непроизвольные и произвольные, а человек, условно обладающий способностью сокращать все без исключения мышцы своего тела, обозначается как человек «с идеальной силой воли». В противовес ему ставится новорожденное дитя, движения которого сперва происходят полностью автоматически (рефлекторно), как мышечный ответ на внешние и внутренние раздражения чувственных приборов (рецепторов) организма. Хотя, учитывая структуру памяти взрослого человека, он добавляет в дальнейшем, что «все движения, носящие в физиологии название произвольных, суть в строгом смысле рефлекторные» [20, с.53] и «что первая причина всякого человеческого действия лежит вне его» [20, с.114], и если «противник заговорил, значит не мог не заговорить» [20, с.112]. Наряду с обычными рефлексами Сеченов различает рефлексы с усиленным и заторможенным концом. Это провоцирует поиск мозговых образований и механизмов, обеспечивающих эффекты возбуждения и торможения нервных 64

процессов. Этот поиск в трудах его последователей растянулся как минимум на одно столетие. Сам Сеченов видел разрешение этой проблемы на следующих путях: изучение электрических явлений не только в мышцах и нервах, но и в других животных тканях; сопоставление эффектов электрических воздействий с эффектами химических и механических раздражений тех же органов.3 Последуем и мы тем же путем, опираясь на нашу ионную гипотезу. Ионная модель и нервная система  Обратим внимание еще раз на основные положения и ближайшие следствия разрабатываемой здесь функциональной модели нервной системы, необходимые для обсуждения затронутой проблемы [13, 14]. Нервная система, состоящая из миллиардов нервных клеток, представляет собой единое целое, как система сообщающихся сосудов. Это обусловлено тем, что каждый нейрон многими тысячами коротких отростков соединен с другими нервными клетками, а посредством длинных отростков, аксонов, осуществляет связь и с другими тканями. Наряду с плазмой, заполняющей эти сосуды, в них находятся положительные ионы (прежде всего Na+, K+, Са2+). Благодаря электромагнитным силам взаимоотталкивания эти ионы образуют упругую внутреннюю среду в нервных сосудах. Для нормального функционирования нервной системы, как и для кровеносной, необходимо достаточное внутреннее давление в сосудах. Ионы постоянно циркулируют в нервной системе: покидают ее, объединяясь в нейтральные молекулы с ионами С1- в мышцах и железах внутренней секреции, и поступают в нее благодаря работе ионных каналов нервных клеток. Движение ионов в нервных сосудах, а вместе с ними и нейтральных веществ плазмы, происходит импульсами (физиологический тремор или сердцебиение). Это обусловлено вязкостью внутренней среды нервных сосудов и нелинейностью электромагнитных сил взаимодействия ионов. Это же объясняет и способность нервных образований (центров, узлов и пр.) накапливать положительные ионы в них. Внутреннее давление в нервной системе или ее отдельных образованиях, следовательно, и способность воздействовать на другие системы организма зависит от интенсивности работы ионных каналов, электризации ряда рецепторов, а также от изменения объема самих сосудов в результате действия внешних сил. Отправляясь от данной модели можно легко представить биофизическую сущность ряда понятий и законов традиционной физиологии и психологии.

3

Раздражимость, сократимость и возбудимость ткани  Все биологические ткани, как известно, обладают указанными свойствами. С наших позиций очевидно, что под раздражимостью ткани надо понимать ее способность накачивать в себя ионы какого-либо одного знака (положительные или отрицательные). Это происходит за счет энергии известных химических реакций, а следствием является повышение внутреннего давления в ткани и увеличение их объема. Сократимость, напротив, связана с потерей части или всех одноименных ионов или их нейтрализацией при образовании молекул с ионами противоположного знака. Результат - снижение внутритканного давления и уменьшение объема ткани. Возбуждение ткани выражается в направленном перемещении одноименных ионов в ней, а, следовательно, и электрического заряда. Обычно это относят к нервной, мышечной или железистой ткани. Ощущение - специфическая реакция организма или части его преимущественно на уровне нервно-мышечных образований на энергию внешнего воздействия. Она зависит от типа этого образования, вида энергии и ее интенсивности. Вид энергии, данной нам в ощущение, занимает широкий диапазон воздействий: от обычных механических, преобразуемых в теле в инфразвуковые электромагнитные колебания, до звуковых и инфракрасных. Наш организм реагирует и на ультрафиолетовое, рентгеновское и прочие излучения более коротких волн, но на уровне клеток, молекул и атомов. Поэтому в ощущения они входят с опозданием и, как правило, в виде отрицательных последствий этих воздействий. Конкретное ощущение складывается из элементов ощущений всех раздражаемых тканей. Однако особенно ярко воспринимается изменение концентрации положительных ионов в нервной ткани. Это, видимо, связано с тем, что мышечная и железистая ткани обладают крепкой внешней оболочкой и поэтому меньше деформируются в результате растягивающего действия ионов. Нервные же клетки и их отростки порой соприкасаются с внешним окружением только своей тончайшей мембраной. К основным ощущениям человека, формируемыми обособившимися в ходе эволюции нервно-мышечными аппаратами относятся свет, звук, вкус, запах, тактильное (т.е. сугубо механическое), а также тепло и холод. Любопытно заметить, что все эти ощущения могут быть воспроизведены в организме частично или полностью за счет напряжения соответствующих групп мышц, т.е. как бы без внешнего воздействия. Но это, разумеется, возможно только на основе прежнего жизненного опыта.

приводится по [27, с.56]

65

66

Бол ль и «ною ющее» чу увство  Больь связана с криттически большим б давлени ием в рааздражимых тканяях. Опяять-таки это, э в пеервую очередь, оттносится к нервноой ткани. Основн ной прич чиной поовышенияя давлени ия внутр ри нервны ых сосудов, как отмечалос о сь, являяется гип перфункци ия ионны ых канало ов. Она имеет место при повышенн ной темп пературе в тканях,, ожогах, воспалиттельных процессах п х инфекци ионного или и хим мическогоо характерра и просто сильно ого давлеения извн не на нерввный сосууд. Если и это давлление буд дет запред дельным, то произойдет раззрыв данн ного сосуд да, конц центраци ия одинакково заряж женных ионов и в нем сниззится или и упадет до нуляя. Результтат - пареез или парралич инн нервируем мого учасстка ткани и. Инттересно явление я ф фантомн ной боли,, когда у пациен нта вдруг начинаает «боллеть», наапример, нога, кооторая уж же давноо ампути ирована. Суть этоого явлеения легкко понятьь, если вспомнитьь, что ран нее мышцы ампуттированн ной ноги и своими и отрицаттельными и ионами и связываали полоожительны ые ионы ы в нерввных путяях и, сталло быть, снижали с в них давлление. У чуувства бооли, однакко, есть и положи ительные биологичческие мо оменты: она о сигн нализируеет об опасных о взаимодеействиях с окруужающей средой и форрмирует заащитные двигателльные реаккции и пооведение человекаа вообще. Иноого рода неприятны н ые ощущеения мы испытыва и аем при ги ипофункц ции ионны ых канаалов. Их можно м прредставитть как ною ющая болль, ноющеее чувство о. В чистоом видее это ощ щущается на морозе, особеенно руки и, когда мерзнем. Подобны ые ощуущения сопутству с уют и мн ногим заб болеванияям, с наарушением м функции кроввообращеения. Реф флекс, ре ефлектор рная дугга  Под д рефлексом, о коттором уже упом миналосьь, поним мается закономер з рная реаккция оргаанизма на изменени ие внешн ней и внуттренней среды. с Этта реакцияя выражаается преи имуществвенно в сокращении или рассслаблении и соотвветствующ щих гр рупп мыш шц или в регуляяции секрреции жеелез. Дей йствия этоого механ низма обееспечиваю ются нейрронной цепочкоой, сосстоящей из рецеепторныхх, вставоч чных и эффектор э рных нейрронов и поллучившей й назваание рефллекторноой дуги и. Она объедин няет рецеепторы с исполниттельным органом. о

автоматически (рефлекторно) сокращение мышечной клетки, волокна или мышцы. Кстати, подобным образом обеспечивается автоматизм работы сердца. Этот процесс непроизвольного сокращения мышечной клетки можно ускорить, если добавить действие электромагнитного поля рецептора [13] (схема «а»), или увеличить число нейронов в положительном звене рефлекторной дуги (схема «б»). По делению И.М. Сеченова такая ситуация относится к рефлексам с усиленным концом. К рефлексам с заторможенным концом относится ситуация, когда к промежуточному звену рефлекторной дуги присоединяется отрицательно заряженный фактор (схема «в»), например, дополнительная мышца. Тогда часть положительных ионов из нейронов будут отвлекаться от первой мышечной клетки (или целой мышцы). В последнем случае, как мы видим, наблюдается некоторое разночтение с постулатами традиционной физиологии: не специальные нервные центры тормозят действие рефлекса, а мышцы или железы, связанные с этим центром. Условный рефлекс  Природу условного рефлекса, приобретаемого на основе «жизненного опыта», легко понять, если вспомнить, что все отделы нервной системы связаны между собой. Поэтому частое сочетание нового раздражителя с врожденным безусловным рефлексом приведет к более тесной связи и образованию цепи нового, более сложного, условного рефлекса. При этом может стать, что вторичный раздражитель, хотя и несущественный, превратится в ведущий, преобладающим над первым. Так, например, у собаки в классических опытах И. Павлова не будет выделяться слюна при виде пищи, если не позвонить в колокольчик. По инерции, неподтвержденный условный рефлекс будет функционировать некоторое время. Затем он стирается, а точнее, пути рефлекторной дуги буквально зарастают, так как для их сохранения необходимы периодические подкрепления. Натуживание  Когда рассматриваются явления рефлекса, обычно приводят примеры одноразового сокращения мышц: скажем, пример коленного рефлекса. А как обстоит дело с длительным, титаническим сокращением мышцы со статической работой? Здесь, очевидно, необходим более мощный приток положительных ионов, чтобы постоянно нейтрализовывать ионы в мышце; другими словами, приток положительных ионов в нерве должен превысить приток отрицательных ионов в мышцу. Как этого достичь?

Рисунок 22

Легкко поняять, чтоо привееденная ранее [12,13] схема механизма йствия является базовым нерввно-мышеечного взаимоде в я м элемеентом вссех разн новидносттей рефлеексов. Зд десь анало огом внеш шнего разздражител ля являеттся рабоота ионны ых каналоов. По доостижении достатоочного вн нутреннегго давлен ния (за счет эллектростаатическихх сил положите п ельных и ионов) происход п дит 67

Видимо каждый, наблюдая за работой своей мускулатуры, отмечал, что интенсивной работе мышц рук, ног и др., предшествует тоническое напряжение коротких мышц позвоночника и некоторых других глубоких мышц спины*, казалось бы, не имеющих никакого отношения к осуществлению конкретных движений. Но это не так. Дело в том, что эти 68

маленькие мышцы, рассредоточенные по сегментам позвоночника и окутанные твердой соединительно-тканной оболочкой, инер-вируются непосредственно от двигательных ганглиев спинного мозга. Поэтому они всегда находятся в повышенном тонусе; с другой стороны, эти мышцы при изменении своего напряжения изменяют давление и на сами ганглии, соответственно увеличивая или понижая давление ионов в нервных путях конкретного сегмента. По своему действию этот механизм аналогичен механизму венозной помпы в системе кровообращения, когда большие мышцы сжимают крупные вены, обладающие клапанами, и ранее [9] эти группы мышц автор относил к мышцам, обеспечивающим так называемую динамическую осанку в целенаправленных движениях. проталкивают кровь по кровеносному руслу. В случае названных ганглиев этот эффект будет многократно выше, так как давление в нервном русле должно увеличиться в квадрате по сравнению с уменьшением просвета в нервных путях. Попутно замечу, что подобный эффект наблюдается и при деформации посредством мышц ганглиев симпатической и парасимпатической нервных систем. Это вызывает интенсификацию деятельности внутренних органов. Так человеку произвольно удается перераспределять запасы положительных ионов в нервах в соответствие сиюминутным жизненным задачам. В повседневном обиходе это явление определяется как нанатуживание. В физиологии специального термина еще нет. Однако со следствиями этого явления мы сталкивается достаточно часто. Приведу несколько примеров. Врачи, стараясь оживить остановившееся во время операции сердце, периодически надавливают на него, увеличивая ионное давление как в сердечных нервных образованиях, так и в самой сердечной мышце. То же производится и в срочной реанимации давлением на сердце через грудную клетку. В обоих случаях облегчается процесс объединения отрицательных ионов в мышцах с положительными в нервах, приводящее к естественному сокращению мышцы. Аналогичное мы наблюдаем и в приемах акупрессуры, когда с терапевтической целью сильно давят на нервы в местах их близкого расположения к кожной поверхности. (Акупунктура, напротив, благодаря прокалыванию нервных сосудов, снижает ионное давление в них.) С другой стороны известно множество заболеваний периферической нервной системы, связанных с излишним давлением на нервы разросшихся и склерозированных соединительных тканей и мышц. Аналогичный эффект можно усмотреть и в явлениях, традиционно относимых к чисто рефлекторным. К ним относится так называемый рефлекс на растягивание гладкой мускулатуры кишечника и классический коленный рефлекс. На мой взгляд, в обоих случаях речь идет не о действии специальных рецепторов в 69

кишечных мышцах или сухожилии четырехглавой мышцы бедра, а просто об уменьшении просвета в нервных сосудах и хранилищах ионов в мышцах, инициирующих мышечное сокращение. Забегая несколько вперед, отметим, что обсуждаемый механизм лежит в основе человеческих эмоций и вообще связан непосредственно с проявлением воли, понимаемой всеми как способность к мобилизации сил для преодоления трудностей, и выносливость. Более того, на тоническое напряжение глубоких мышц верхнего отдела шейной части позвоночника совместно с соответствующими мышцами головы опирается процесс внимания. Сон и бодрствование  Теперь нам легко уяснить себе сущность явлений сна и бодрствования, а также логическую непоследовательность сновидений. Все они связаны с процессом натуживания. Как только мышечное давление на нервные ганглии позвоночника ослабевает (а это связано с утомлением или принятием надлежащей позы, способствующей расслаблению мышц, например, положение сидя или лежа) человек расслабляется и приходит в состояние полудремы, дремоты, полусна, глубоко сна и т.д. Это зависит от степени утомления или, другими словами, от интенсивности работы ионных каналов соответствующих нервно-мышечных образований. Видимо, и летаргический сон относится к параличу мышц, обеспечивающих эффект натуживания. Результат известен: снижение кровяного давления, снижение частоты пульса, частоты и амплитуды мышечного тремора и других функций. Однако, надо заметить, что во время сна или в расслабленном состоянии у человека усиливается деление клеток и рост тканей. Это явление тоже объяснимо в рамках развиваемой здесь гипотезы, но лежит в стороне от рассматриваемой нами конкретной темы. Поэтому мы опустим его. Во время сна координация функций организма как бы распадается на сегменты, а в бодрствующем состоянии, напротив, консолидируется во взаимосвязанное целое. Физиологический  принцип  доминанты  и  физический  принцип  наименьшего действия  Принцип доминанты постулирует следующее [24]. При сильном раздражении какого-либо одного нервного центра на него начинают работать и другие до тех пор, пока этот очаг возбуждения не ликвидируется. Тогда образовавшееся временное объединение нервных центров распадается. Легко понять, что во время интенсивной работы мышц, обслуживаемых данным нервным центром, в нем расходуются положительные ионы. В нем происходит как бы опустошение. Тогда, конечно, из других нервных центров, где ионное давление выше, они устремляются в данный центр, где давление ниже. Ведь все нервные центры соединены между собой. Отсюда также ясно, 70

что рефлекторные дуги, обслуживаемые этими побочными нервными центрами, будут угнетены.

2. когда мы произвольно сокращаем мышцы, вызывая ощущение, образ, двигательное действие из пережитых ранее.

Обрисованная картина полностью соответствует принципу наименьшего действия. Однако в современной физиологии принцип наименьшего действия считается неприложимым к описанию деятельности живых существ. В чем же здесь дело? Обратимся к истории вопроса.

Эффект памяти проявляется в динамике, когда по нервным путям перемещаются положительные ионы. Иначе бы весь запас знаний и переживаний, накопленный в течение всей жизни, постоянно роился бы гигантским сонмом в душе и в мыслях. Но это не так. Запасом памяти мы пользуемся избирательно (вольно или невольно), в соответствии с потребностями момента.

Принцип доминанты был сформулирован А.А. Ухтомским в двадцатые годы прошлого столетия и развит его последователями. В семидесятые годы он был положен в основу теории «функциональных систем» ПК. Анохиным, в которой обсуждался физиологический механизм достижения цели. Еще в 1903-1904 гг. оксфордский психофизиолог Мак Даугал, исследуя механизм внимания, вводит такие понятия как нервный потенциал, нервная энергия, сопротивление между сенсорной и моторной половиной центральной нервной системы и др. «Вы чувствуете, - писал по этому поводу А.А. Ухтомский [24, с.89], что эта попытка схематически подойти к явлениям этого ряда с точки зрения законов Пуазеля или Ома, с точки зрения наименьшего сопротивления и наименьшего действия». И далее: «... к нашему счастью, поведение человека может быть направлено в сторону наибольшего сопротивления, когда это нужно». Согласиться с этим нельзя, хотя Ухтомский в этом мнении не одинок. Дело в том, что движения человека являются целенаправленными и относительно реализуемой цели всегда происходят с минимально возможными затратами, в том числе, и в нервной системе, если, конечно, этой целью не является тренировка функций организма и, следовательно, их сознательное нагружение. В наиболее чистом виде принцип наименьшего действия наблюдается в состоянии сна. Малоплодотворны, конечно, были и соображения Мак Даугала без учета ионной сути биоэлектричества. В то время не было высказано даже гипотез о механизме мышечного сокращения. Таким образом, наша гипотеза благополучно распутывает этот клубок противоречий, затянутый в начале прошлого столетия. Память долговременная и оперативная, инстинкт  В свете изложенного логично было бы представить память как нервно-мышечные, нервно-железистые и т.д. пути связи, сложившиеся в результате взаимодействия человека с внешним и внутренним миром. Эти пути, разумеется, образуются в соответствии с принципом наименьшего действия. Они используются организмом в двух ситуациях:

Частые и энергичные использования этих путей, в силу интенсивного обмена веществ, ведут к росту числа нейронов и увеличению диаметра нервов, то есть, числа нервных волокон в них. Затем нервы покрываются миелиновой оболочкой, фиксируя пути рефлекторных дуг. Так образуется механизм долговременной памяти. В основном миелинизация нервов заканчивается к двухлетнему возрасту ребенка, но не полностью. Оставшаяся немиелинизированной часть нервных путей составляет основу оперативной, краткосрочной памяти. В силу этих обстоятельств пожилые люди хорошо помнят события далекого детства, но не ранее двух лет. С другой стороны известно: если миелиновая оболочка теряется, что имеет место, например, вследствие заболевания рассеянным склерозом, теряется координация движения и происходит расстройство долговременной памяти; с ним ухудшаются умственные способности человека. Зато часто образуются новые, совершенно неожиданные нервно-мышечные связи, как правило, неоптимальные для всего организма. Одноразовые связи, не идущие по руслу долговременной памяти, быстро теряют свою силу, так как для их поддержания необходимы реальные или мнимые повторения исходных жизненных ситуаций. Поэтому люди, порой отчетливо помнящие события далекого прошлого, легко забывают недавние события, если они, разумеется, не связаны со стрессовыми ситуациями. Инстинкт. Основные нервно-мышечные и прочие связи формируются у человека еще во внутриутробном периоде развития. Причем посегментно и по принципу наименьшего действия. В этот период большинство клеток тела человека уже дифференцированы и в них функционируют ионные каналы. Такие связи наиболее сильны в организме и в дальнейшем определяют нервную структуру человека, в виде его безусловных рефлексов, то есть во многом и его поведение в онтогенезе. Управлять ими сознательно возможно только, связав со стойким условным рефлексом.

1. когда на сенсорные аппараты воздействуют внешние или внутренние стимулы, вызывая по рефлекторной дуге соответствующую реакцию;

Отсюда все компоненты поведения человека, опирающиеся на структуру памяти, базирующейся на безусловных рефлексах, с полным правом можно отнести к инстинктивным. Когда обсуждают природу инстинкта у животных, обычно вспоминают поведение перелетных птиц, летящих к местам своих

71

72

прежних гнездовий или миграцию некоторых пород рыб в отдаленные места нереста, лежбища морских животных и т.п. Да, все они стремятся по возможности зачинать новую жизнь в условиях, которым в большей степени соответствуют безусловные рефлексы, передающиеся по наследству. Здесь тоже имеет место своеобразный принцип наименьшего действия. Вообще понятие памяти, как следовых явлений в организме, также разнообразно, как и многообразна деятельность человека. Здесь можно полностью согласиться с И.М. Сеченовым: «Органы памяти. Говорю не орган, а органы потому, что для физиолога это суть центральные придаточные снаряды к органам чувств и всем заучиваемым человеком сложным движениям». «...механизм памяти работает независимо от сознания, рассуждения и воли по неизменным для всех людей законам». [20, с. 121] Отсюда мы вправе различить зрительную, двигательную, музыкальную, эмоциональную и прочие виды памяти. Вместе с тем важно подчеркнуть и принципиальную разницу в понимании физиологической сути памяти Сеченовым с его последователями и развиваемом здесь. Здесь, образно выражаясь, память представляется как сеть протоптанных в лесу тропинок или сеть ручейков и речушек, русла которых иногда пересыхают летом и снова наполняются после дождя или весеннего паводка; или, наконец, как прямая аналогия с кровеносной системой. В ней, как мы знаем, ряд капилляров иногда за ненадобностью закрывается или даже зарастает; так и в нервной системе раз созданные ионные пути могут некоторое время бездействовать и впоследствии использоваться. Но если они долго не востребованы, то могут даже зарастать. Для И.М. Сеченова же память - это остаточное (после событий) возбуждение, которое возможно где-то складывать. Приведем еще некоторые цитаты на этот счет. «Мысль о скрытом состоянии в нервных аппаратах, так сказать, начало воспроизведения. Если бы действительное ощущение, в самом деле, совершенно кончалось с удалением внешнего субстрата, тогда и нечему было воспроизводиться. Читатель уже догадывается, что дело идет о памяти, то есть, о той неизвестной для психологов силе, которая лежит в основе всего психического развития». [20, с. 84] В другом месте: «Как бы то ни было, а гипотеза о скрытом нервном возбуждении нисколько не выходит из области физических возможностей, объясняет самые тонкие стороны психических актов». [20, с. 116] И далее: «...запоминанию впечатлений должно соответствовать образование определенных следов возбуждения в нервной организации... К существенным чертам следа относится усиление возбудимости в соответственных ему путях по мере повторения процесса возбуждения». [20, с.276] «...сохранение есть лишь продолжение реального возбуждения только в значительно слабейшей степени». [20, с.87]

С нашей же точки зрения память - это ионные пути, сформировавшиеся в организме, а возбуждение, как ток ионов, это механизм включения памяти в действие, а не ее суть. Ощущение, образ, мышление, интуиция  Уже отмечалось, что ощущение это суть специфическая реакция определенных раздражимых тканей на внешние воздействия. Так, например, свет - это реакция зрительных органов на электромагнитные колебания длинной волны 4.10-5 -6.10-5 см. О том, что свет является одновременно и продуктом деятельности организма, можно судить по всем известным примерам. Так, если человека вывести из полудремы резким неожиданным звуком, в его закрытых глазах блеснет световой сполох. Всем известны «искры» из глаз при достаточно сильном ударе по голове. Если посмотреть на светлое окно или настольную лампу, а затем закрыть глаза, мы заметим, что эти яркие предметы как бы не исчезли из поля зрения, а их изображение постепенно тускнеет. Стоит, однако, напрячь мышцы глаз, не открывая их, данный образ снова станет ярким. Во всех перечисленных примерах вольно или невольно вступает в действие мышечный компонент ощущений. Это показывает, что само ощущение света, не говоря уже об образе, зависит от активности организма, работы его мышц. Подобную картину мы можем наблюдать и в отношении остальных ощущений. Всем известен невольный звон в ушах (тинитус). Стоит только расслабить мышцы, окружающие ушную раковину и среднее ухо как этот звон понижается в тоне и вскоре исчезает. То же происходит и с холодовой реакцией, гусиной кожей, и т.д. Во всех подобных случаях с участием мышечного компонента все ощущения переходят в более упорядоченную осознанную форму - в чувства и от них один шаг до образа или, по-другому, представления. Как же конкретно формируется образ? Это легко понять, если мы вспомним механизм видения. В главных чертах он будет выглядеть так. Мы смотрим перед собой, и освещенные предметы через оптическую систему глаза проецируются на сетчатку, возбуждая ее. Положительные ионы в зрительном нерве сдвигаются к зрительному центру, расположенному в затылочной части, где формируются световые ощущения, а оттуда поступают к девяти парам мышц, глазодвигательным и аккомодационным, вызывая соответствующее их сокращение. Так формируется отражение внешнего предмета в нервно-мышечной системе, образующее по мере повторений достаточно стойкие следы в ней.

Как мы видим, свое понимание феномена памяти И.М. Сеченов относит к разряду гипотез. Надо заметить, что к этим представлениям за последние сто лет добавлено не много существенного.

Теперь представим, что нам удалось напрячь упомянутые мышцы точно так, как это имело место в процессе формирования образа. Это, очевидно, приведет к перемещению ионов в нервно-мышечных путях точно так же, как и в процессе его первичного формирования. Более того, в рецепторах сетчатки тоже ослабнет связь между свободными электронами и положительно

73

74

заряженной частью молекул сетчатки (в связи с уменьшением ионного давления в нервах после сокращения мышц). Точно так, как при действительном процессе смотрения. Если повторять подобную процедуру, образ будет становиться все ярче и ясней. Он может быть настолько ярким, что мы, глядя на залитые солнцем объекты, видим на их фоне и образ, о котором сейчас думаем. Настолько внутренние позывы оказываются сильнее внешних раздражителей. Точно так же мы воссоздаем музыку, напрягая височные мышцы и мышцы среднего уха в той же последовательности и с той же силой, которая наблюдалась в оригинальном прослушивании мелодии. По мышечным ощущениям воспроизводится и ранее выполнявшееся движение; для незрячих важны тактильные образы, а для дегустаторов - вкусовой образ (букет). Здесь везде образ уже отслоился от ощущаемого предмета и тоже имеет свою материальную основу. Им можно отдельно оперировать, по необходимости усиливая его (сильнее сокращая соответствующие мышцы) или ослаблять по частям или весь. А в этом уже заключается процесс мышления. И.М. Сеченов придавал мышечному чувству значение наиболее достоверного источника познания внешнего мира. Он говорил, что в ходе эволюции и появления мышления человеку оставалось только распоряжаться теми категориями, «которые в нем создавались и складывались из элементов, посеянных мышечным чувством». «...человек обладает способностью думать образами, словами и другими ощущениями...» [20, с.83]. «Мне кажется, говорил он, - что я никогда не думаю прямо словом, а всегда мышечными ощущениями, сопровождающими мою мысль в процессе разговора. По крайней мере, я не в силах мысленно пропеть себе одним звуком, а пою ее всегда мышцами; тогда является как будто и вспоминание звуков» [20, с.89]. И далее: «все разнообразие мысли и заключается собственно в эволюции ее объектов из исходных более слитых форм в формы, более расчлененные путем дроблений и пересочетаний». [20, с.246] Интуиция. Образ зрительный или слуховой мы можем воспроизвести вне организма, как бы расширяя пределы нашей памяти. Этот дополнительный образ мы можем анализировать, т.е. над ним производить мысленные операции. С мышечным образом, однако, этого не удается: мышечные чувства, хотя и исключительно важны, сами по себе неясны и темны. Элементы мысли, построенные на этих смутных мышечных чувствах, на мой взгляд, мы и относим в область подсознания, в интуицию.

75

Эмоции  «...Одушевленность, страстность, насмешка, печаль, радость и прочие эмоции суть не что иное, как результат большего или меньшего укорочения какой-либо группы мышц - акта, как всем известно, чисто механического» [20, с.36]. Опять мышцы и мышечные сокращения? А вот другое мнение на этот счет, опубликованное через сто лет после выхода в свет важнейшей работы ИМ. Сеченова «Рефлексы головного мозга» и принадлежащее Симонову. Оригинальность его заключается в том, что автор видит функцию эмоции на перекрестке умственной и чисто физической деятельности. Он утверждает, что эмоциональное состояние вплотную связано с различного рода потребностями человека и оценкой возможности его удовлетворения. Эту зависимость он даже выражает в формуле: Э = П(В2 – B1) где Э - эмоция, П - потребность, В2 - предположительная оценка человека, что необходимо для удовлетворения этой потребности, и В1 - что он имеет сейчас. Анализ данной формулы раскрывает любопытную картину. Из формулы мы видим, что если у человека в данный момент нет никакой потребности (П=0), то никакое эмоциональное состояние не возникнет. То же имеет место, если для удовлетворения имеются все возможности (В2 - B1 = 0). Зато, если потребности очень велики, и В2 - В1 ≠ 0, то эмоции, так сказать, бьют через край. Причем, они могут быть положительными, когда В2 – В1 > 0, или отрицательными, когда В2 – B1< 0. Здесь так же можно усмотреть градацию. Когда для достижения цели необходимо добавить немногое, это вызывает эмоцию, мобилизующую силы человека. Если же для достижения необходимы титанические усилия или вообще это невозможно, т.е. В2 – В1 <<0, то такая ситуация сопровождается пессимизмом и упадком сил. Сопоставляя приведенные два мнения, естественно напрашивается вопрос, а какие конкретные мышцы могли бы обеспечить реализацию эмоционального процесса, предвосхищающего активные действия человека и определяющие его поведение? На мой взгляд, к таким мышцам, прежде всего, следует отнести межреберные мышцы и диафрагму. В пользу этого предположения говорят следующие факты. Межреберные мышцы в два слоя соединяют края близлежащих ребер. Иннервируются они межреберными нервами, берущими начало от спинного мозга, а своими окончаниями вплетаются в нервные сплетения грудной полости. Таким образом, эти соматические нервы прямо связываются с нервами - черепно-мозговыми (III, VII, IX, и X пары) и симпатическими. В межреберных пространствах эти нервы располагаются между двумя слоями мышц. Межреберные мышцы прямо не участвуют в локомоциях человека и их роль в акте дыхания человека невелика. Но если их напрячь, они сжимают межреберные нервы, увеличивая внутреннее давление в них, а также и в 76

вегетативных нервах, относящихся к конкретному нервному сплетению. Отсюда и возможность регуляции сердечной деятельности, дыхания и ряда других физиологических функций. То же можно сказать и о мышечном органе - диафрагме, воздействующей на солнечное сплетение и частично обуславливающей венозный отток крови из печени. Итак, мы видим прямую связь нервно-мышечных аппаратов, формирующих мысль (черепно-мозговые нервы и мимические мышцы), аппаратов, прямо воздействующих на важные физиологические функции человека (парасимпатические и симпатические нервы и мышцы гортани, сердца и диафрагмы), и межреберных нервов и мышц, произвольное напряжение или расслабление которых регулирует интенсивность сердцебиения, дыхания и других физиологических функций. Все это вместе взятое формирует фундамент поведения человека при недостатке информации о возможности удовлетворения тех или иных потребностей. Отсюда, например, понятно, что если потребность велика, а возможности для ее удовлетворения, по мнению конкретного человека, не достаточны, но достижимы, это вызывает его мобилизацию от простой активности до ярости и агрессии. Заведомо невыполнимая задача приводит нас в уныние, депрессию, а неожиданный, скажем, выигрыш в лотерее при острой нужде в средствах вызывает взрыв радости, хотя мы еще не воспользовались этими средствами. Во всех этих случаях эмоция предваряет действие. Примечателен в этой связи феномен юмора и смеха: искусственно ставится жизненная проблема, а потом она легко и абсурдно решается. Результат - разрядка нервных центров путем пульсирующих расслаблений диафрагмы и межреберных мышц (акт смеха). Но это возможно при избытке сил: смертельно усталому человеку буквально не до шуток и не до эмоций вообще. Истощение запасов ионов в обозначенных нами эмоциональных нервных центрах и путях приводит к глубокой депрессии. Мы обозначаем это как «болит душа» (упомянутое раньше «ноющее чувство»). Аналогичным образом поступают и психотерапевты. Чтобы успокоить человека, они рекомендуют расслабить мышцы лица, гортани, межреберные мышцы и диафрагму. Но наиболее действенное средство, конечно - найти эффективное решение стоящей перед человеком проблемы.

направленного процесса воспитания, способствующего формированию нужных рефлексов, необходимо создать соответствующую искусственную среду (если нет естественной) и повторять данную ситуацию регулярно. Но и в этом надо знать меру, чтобы воспитание не превратилось в манию: пример этому - религиозный фанатизм. *** Подводя итог настоящему разделу, мы видим, что новая модель механизма нервно-мышечного взаимодействия [13] удачно вписывается в систему современных представлений психологии. Более того, благодаря этому, психология приобретает необходимую динамику и прогностическую силу. В научном плане она впервые научно связывается с физиологией и биомеханикой процессов жизнедеятельности. Надо отметить также удивительную проницательность И.М. Сеченова, так много предвидевшего в области психологии при минимуме исходных научных данных. Его постановочные работы, часть из которых цитировались здесь, актуальны и сейчас и требуют вторичного прочтения уже с учетом биофизической сущности понятия рефлекса.

В свете изложенного становится понятней и природа психосоматических заболеваний, как сбоев в эмоциональной деятельности человека, и становятся ясней пути борьбы с ними. Воспитание и обучение. В самом широком смысле этого слова, по Сеченову, это столкновение человека с жизнью. Жизнь учит! Благодаря этим «столкновениям» образуются, в первую очередь, нервно-мышечные связи. Они и определяют форму реакций человека на различные житейские ситуации, то есть его поведение. И оно тем более предсказуемо, машинообразно, чем старше и воспитаннее человек. Следовательно, для 77

78

© Биомеханическая стимуляция (Nazarov Stimulation®)  Уже отмечалось, что одним из побудительных мотивов разработки данной темы являлась необходимость осознания механизма воздействия на организм человека «биомеханической стимуляции». [10] Эта форма воздействия получила очень быстрое применение в физической культуре, в спорте высших достижений, в косметике и медицине. Возникшая тридцать лет назад, эта теория и практика сейчас используется практически во всех развитых странах; можно с ответственностью сказать, что нет в мире человека, который бы в той или иной мере не нуждался в такой стимуляции, если он хочет быть здоровым, лучше выглядеть и дольше жить. Её воздействие на организм человека (и не только человека) исключительно универсально. Чем это вызвано и что собственно она представляет собой?

мышечными движениями человека и, разумеется, с пониманием биомеханической сути важнейших физиологических процессов. В заключение книги хотелось бы еще раз подчеркнуть, что биомеханические явления в нашем организме - это только одна часть физиологических процессов. По отношению к биохимическим они являются макропроцессами, составляя как бы скелет, рамки, внутри которых проявляются процессы биохимии. Без обмена веществ, без надлежащей их транспортировки в организме невозможны надлежащие химические реакции, обеспечивающие процесс жизнедеятельности. Поэтому не так уж редки случаи, когда устранение только биомеханических проблем в различных отделах организма «неожиданно» приводит к оздоровлению, омоложению и исцелению людей. [11]

Биомеханическая стимуляция (БМС) - это механическое воздействие на напряжённые или растянутые мышцы вдоль мышечных волокон, а не поперёк, как это обычно делается посредством обычного вибрационного массажа, притом на расслабленной мышце. Характер механического воздействия преимущественно вибрационный: вибрация определённой частоты, амплитуды и формы. Почему вдоль мышечных волокон? Именно вдоль мышечных волокон мышца развивает своё напряжение. Это физиологично. А напряжённая или растянутая мышца? Только в этом случае вибрация вдоль мышечных волокон с малой амплитудой может вызвать достаточную деформацию как кровеносных сосудов, расположенных в мышце, так и нервных. Благодаря этому, достигаются следующие эффекты. Во-первых, насосная функция вибрирующих мышц вызовет принудительное повышение кровотока, как в самих мышцах, так и в других органах, связанных по системе кровообращения с этими мышцами. Во-вторых, периодическое сжимание нервных окончаний, расположенных в мышце, как, впрочем, и их саркомерах, обуславливает повышение ионного давления и в тех, и других, тем самым облегчая мышечное сокращение, то есть тренировку мышц, одновременно улучшая и функционирование нервной системы в целом. В-третьих, повышая частоту стимуляций, мы интенсифицируем процесс нейтрализации ионов в нервах и мышце. Ионное давление в них заметно снижается, а это означает временное снижение чувствительности тканей. На фоне подобной анестезии можно мануально безболезненно освобождать ткани от различного рода сращений, передвигать их в организме, освобождать от отложений излишнего неживого материала, то есть фактически как бы производить небольшие хирургические операции без ножа, непосредственно омоложая организм. Всё это стало возможно благодаря правильному пониманию биомеханической сущности процесса жизнедеятельности человека. Всё это достигается благодаря относительно несложным стимуляционным устройствам (Рис.) в сочетании с необходимыми 79

80

Биомеханический стимулятор для мышц лица и головы. Биомеханический стимулятор для мышц и суставов ног

Биомеханический стимулятор для мышц спины и суставов позвоночника

Биомеханический стимулятор для мышц и суставов кисти и предплечья.

81

82

Литература  1. Байер В. Биофизика. - Перевод с немецкого. Издательство иностранной литературы. М., 1962; 430 с. 2. Бендолл Дж. Мышцы, молекулы и движение. - Перевод с английского. Издательство «Мир», М., 1970 3. Вернадский В.И. Биосфера. - Издательский Дом «Неосфера», 2001; 244 с. 4. Вилли К. Биология. - Перевод с английского. Издательство «Мир», М., 1968; 712 с. 5. Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н. Эволюция органического мира. Издательство «Просвещение», М., 1991; 224 с. 6. Глинка Н.Л. Общая химия. - Издательство «Химия», Л., 1983; 702 с. 7. Лозовская Е. Мембранные каналы: вода отдельно от ионов, а ионы друг от друга. - Журнал «Наука и жизнь», № 12, 2003; с. 14-15. 8. Назаров В.Т. Об одном из способов управляемого изменения механической энергии тела гимнаста в оборотовых упражнениях на перекладине. Журнал «ГиПФК», 1966, № 3. 9. Назаров В.Т. Движения спортсмена. - Издательство «Полымя», Минск, 1984; 176 с. 10. Назаров В.Т. Биомеханическая стимуляция: явь и надежды. -Издательство «Полымя», Минск, 1986 г.; 96 с. 11. Назаров В.Т. Оптимизация человека. - Рига, 1996; 188 с. 12. Назаров В.Т. Красота через здоровье. - Журнал «Kosmetik Baltikum», 2000, № 1; с. 94-95. 13. Назаров В.Т. Нервно-мышечное взаимодействие.- Рига, 2002 г. 14. Назаров В.Т. Нервная система. - Рига, 2002. 15. Назаров В.Т. Высшая нервная деятельность. - Рига, 2003. 16. Назаров В.Т. Конструкция жизни. - Рига, 2004. 17. Назаров В.Т. Ионные каналы. - Рига, 2004. 18. Назаров В.Т. Иммунитет, эмбриогенез, рак. - Рига, 2005. 19. Полянский Я.Ю. Болезни периферической нервной системы. -Издательство «Медицина»; М.1989. 20. Сеченов И.М. Избранные произведения. - Издательство Министерства просвещения РСФСР; М., 1963; 340 с. 21. Станков А.Г. Анатомия человека. - Издательство «Медицина», М., 1959. 22. Студитский А.Н., Игнатьева З.П. Восстановление мышц у высших млекопитающих. - Издательство АН СССР, М., 1961; 161 с. 23. Студитский А.Н., Игнатьева З.П Управление ростом и развитием мышц. Издательство АН СССР, М., 1978 24. Ухтомский А.А. Доминанта. - Издательство «Наука», М.-Л., 1966; 273 с.

Практические аспекты биомеханической стимуляции в области медицины, спорта и косметики

25а. Физиология человека. - Учебник для мединститутов. Издательство «Медицина», М. 1966; .656 с. 25б. Физиология человека. - Учебник для мединститутов. Издательство «Медицина», М., 1985; 560 с. 83

84

26. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики, т.1. - Гизтех - теор. лит., М., 1957; 310 с. 27. Augustin P. Wasser Oberflache, - Delta pro Design und Verlag GmbH. Berlin, 2002. 148 5. 28. Gutman E. Nourotrophik relation. -Ann.Rev.Physiol. - 1976. - Vol.38, p.177-216. 29. Nazarov V. The biomechanics of neuromuscular interaction. - Int. Scient. Conference "Biomedical Engineering and Micratechnologies". Riga, 2002, p.13 30. Upledger I.E. Vredevoogd. Lehrbuch der Kraniosakraltherapie. - Karl Haug Verlag. Heidelberg, 1996

Оглавление  Постановка вопроса ....................................................................................................................... 4  Обычное и биологическое электричество ................................................................................... 7  Клетки и ионные каналы............................................................................................................. 11  Ионные каналы ........................................................................................................................ 13  Механизм функционирования ионных каналов ................................................................... 15  Клетка, ткань, орган, функциональная система .......................................................................19  Проблема возникновения жизни ............................................................................................19  Клетка ....................................................................................................................................... 19  Митоз и цитокинез, мейоз ......................................................................................................21  Ткани ......................................................................................................................................... 23  Орган и функциональная система.......................................................................................... 24  Клеточные мембраны и проблема возникновения жизни ................................................... 25  Нервно-мышечное взаимодействие ........................................................................................... 28  (Механизм сокращения мышц) ..............................................................................................28  Уникальный мотор .................................................................................................................. 28  Взаимодействие ионов ............................................................................................................29  Миофибрилла и мотонейрон .................................................................................................. 30  Мышца и нерв ..........................................................................................................................32  Обсуждение модели ................................................................................................................ 32  Электричество и нервно-мышечное взаимодействие ..........................................................33  Предыстория вопроса ..............................................................................................................34  Нервно-эпителиальное взаимодействие .................................................................................... 37  Эпителиальная ткань ............................................................................................................... 37  Нервная система ..........................................................................................................................38  Строение нервной системы .................................................................................................... 39  Двусторонняя проводимость нерва и нервных образований ..............................................42  Рецепторы: функция и принцип действия ............................................................................ 43  Тормозное действие нервов .................................................................................................... 45  Нервная система и система кровообращения ....................................................................... 45  Система кровообращения ........................................................................................................... 47  Иннервация сердца и его автоматика ....................................................................................49  Дыхание ........................................................................................................................................50  Механизм дыхания ..................................................................................................................52  Иммунитет .................................................................................................................................... 54  Эмбриогенез ................................................................................................................................. 56 

85

86

Раковые заболевания ...................................................................................................................60  Высшая нервная деятельность ................................................................................................... 63  Ионная модель и нервная система ......................................................................................... 65  Раздражимость, сократимость и возбудимость ткани .........................................................66  Боль и «ноющее» чувство .......................................................................................................67  Рефлекс, рефлекторная дуга ...................................................................................................67  Условный рефлекс ...................................................................................................................68  Натуживание ............................................................................................................................ 68  Сон и бодрствование ...............................................................................................................70  Физиологический принцип доминанты и физический принцип наименьшего действия 70  Память долговременная и оперативная, инстинкт ...............................................................71  Ощущение, образ, мышление, интуиция ..............................................................................74  Эмоции..........................................................................................................................................76  © Биомеханическая стимуляция (Nazarov Stimulation®) ........................................................ 79  Литература ...................................................................................................................................84 

Отпечатано в типографии "Е1ра-2" Домская площадь 1, Рига, LV-1050 Заказ № 442

87

88

89