Виталий Тихоплав - Идущие по пустыне: время

Процесс, направленный против равновесия, – это анаболизм, связанный с синтезированием новых клеток за счет энергии, выделившейся при катаболизме. Этот процесс идет с поглощением энергии и ростом негэнтропии (энтропия падает).

Итак, в настоящее время существуют два наиболее разработанных теоретически подхода в оценке физической сущности явления самоорганизации в открытых системах. Это подход с позиций неравновесной термодинамики Пригожина и подход с позиций эволюционного катализа Руденко. Оба этих подхода одинаковы в оценке антиэнтропийной природы процесса самоорганизации.

Принципиальное различие теорий самоорганизации Пригожина и Руденко заключается в следующем. Конструктивную роль в возникновении самоорганизации, согласно Пригожину, играет условие необратимости, а согласно концепции эволюционного катализа – условие неравновесности. Причиной самоорганизации в первом случае является диссипация энергии, а во втором случае – внутренняя полезная работа против равновесия. Движущей силой самоорганизации в первом случае является отрицательная энтропия, поступающая в открытую систему из внешней среды, а во втором случае – часть потока свободной энергии обменного процесса в открытой системе [14].

Колебания характеризуются амплитудой и периодом, или обратной ему величиной – частотой колебаний. Амплитуда есть наибольшее отклонение переменной величины от ее среднего значения. Физический смысл частоты – число колебаний в единицу времени. Измеряется частота колебаний в герцах.

Когда период колебаний сохраняется постоянным за все время измерения, такой процесс называется строго периодическим. В апериодическом случае значение периода колебаний не является постоянной величиной. Если имеет место ряд параллельных простых колебательных процессов, суммарное сложное колебание представляет собой суперпозицию всех входящих в него элементарных составляющих сигналов.

Важно отметить, что хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные [41]изменения, связанные с ритмами. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.

Физиологические колебательные процессы в живых организмах, уже многие тысячи лет наблюдаемые человечеством, являются собственными биоритмами. Природой собственных биоритмов являются непрерывные чередования фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ, направленные на обеспечение устойчивого неравновесного термодинамического состояния биологических систем.

В теле человека постоянно имеют место периодические и апериодические колебательные процессы различных частот и амплитуд. Их локализация определяется биофизическими свойствами как задающих генераторов (ритмообразователей, пейсмекеров [42]), так и окружающих их тканей.

Следует различать естественные и искусственные пейсмекеры. Естественные пейсмекеры – это совокупность нервных и мышечных клеток, задающих ритм деятельности какой-либо системе или органу. Физиологическая роль естественного пейсмекера состоит в обеспечении автоматизма и регуляции интенсивности работы физиологических систем организма (в том числе и центральной нервной системы) за счет изменения частоты (ритмики) возбуждения. Отличительной особенностью функциональной организации пейсмекера являются способность к самовозбуждению, участию в развитии распространяющегося возбуждения, исходящего из другого пейсмекера.

Искусственные пейсмекеры – это электроимпульсные устройства, позволяющие навязывать искусственный ритм сокращений различным естественным возбудимым образованиям. Разработаны, в частности, электронные стимуляторы деятельности сердца, дыхания, пищеварительной, мочеполовой и других систем [15].

Центральным ритмообразователем традиционно принято считать сердце. В синусовом узле сердца имеется небольшое количество клеток – «истинных водителей ритма» – это пейсмекер сердца. В таких клетках за фазой реполяризации (возврата к состоянию расслабления) следует фаза самостоятельной медленной деполяризации (электрического возбуждения, или активации сердца), приводящая к повышению деполяризирующего электрического тока до порогового уровня и генерации потенциала действия. Собственный источник энергии – энергия метаболизма клеток.

В пейсмекерных клетках формируется потенциал действия длительностью 200–300 миллисекунд с частотой около 1 Гц в норме. Основным механизмом передачи потенциалов действия в живом организме является распространение волн возбуждения. Так, автоколебания, возникающие в пейсмекере, распространяются по нервным волокнам и мышечным структурам сердца. Волны возбуждения могут распространяться по клеткам скелетной мускулатуры, мочевого пузыря, кровеносных сосудов и другим структурам. Распространение колебаний осуществляется также гидромеханическим путем по главным транспортным путям: артериям, венам и лимфатическим сосудам.

Пейсмекер оказывает влияние на ритм сердца, вызывая его флуктуации. По современным представлениям, на ритм сердца оказывают влияние не только дыхательные нейроны, но и активность симпатической нервной системы, другие отделы мозга. Таким образом, именно комплекс пейсмекеров является системообразующим задающим колебательным контуром.

Кроме сердца, ритмообразователем является дыхательная система. При взаимодействии ритмов различных частот наблюдаются суперпозиции, а также модуляции [43]высокочастотных ритмов низкочастотными. Следует заметить, что природа ритмообразования в деятельности сердца и легких различна: пейсмейкер деятельности сердца находится в самом органе, а пейсмейкер дыхания – в стволовой части мозга [16].

Так уж исторически сложилось, что наиболее исследованными оказались гидромеханические процессы, связанные с флуктуацией артериального давления (АД). В условиях его непрерывной регистрации у бодрствующих животных обнаружен сложный характер колебаний.

Еще в 1760 году швейцарский анатом, физиолог и естествоиспытатель А. Галлер обнаружил периодичность в изменении циклов сердечных сокращений. Это явление получило название вариабельности ритма сердца (ВРС). ВРС наблюдается даже в состоянии покоя в положении лежа.

В 1847 году немецкий физиолог Карл Людвиг впервые обнаружил, что изменения АД связаны с дыхательными движениями, и назвал их «волнами кровяного давления».