Факультет

Студентам

Посетителям

Моделирование клетки

Бесконечно разнообразны функции живого организма. Ни одна из них не может быть сведена к простым аналогиям, встречающимся в неживой природе.

Все попытки вскрыть специфику реакций живого организма традиционными научными методами не приводят к желаемым результатам.

Функции живого организма можно исследовать методами атомной и молекулярной биофизики, методами волновой и квантовой физики, методами кибернетики, радиотехники, с помощью статистической теории или спектрального анализа. Но на сегодняшний день еще не разработан обобщенный метод, который позволил бы объединить отдельные методы частных наук в единую, стройную теорию биофизических закономерностей живого организма.

Одним из важнейших «кирпичиков» организма является клетка. Исследованию ее свойств посвящены многочисленные работы. «Клетка — это машина,— утверждает Сент-Дьерди, — и как всякая машина, она должна получать энергию». Достижения в области создания новых материалов, имеющих физико-химические свойства, близкие по своим показателям к живой клетке, наметили пути моделирования ее функций. Существуют различные подходы к моделированию живой клетки. Математиков интересуют информационные аспекты этой проблемы. Изучая специализированные функции клеток мозга — нейронов, они с помощью вычислительных машин создают абстрактные нейрональные сети. Исследования в этом плане открывают новые пути для совершенствования вычислительной техники. Но электронно-вычислительная машина ни в коей мере не способна воспроизвести ту часть клеточных функций, которая связана с познанием процесса энергетического обмена клетки с внешней средой, специфики физико-химических изменений, а также моделирования разнообразных болезненных процессов.

Функция теплорегуляции в электронно-вычислительной машине реализуется совершенно другим способом, нежели решение этой задачи мозгом. Когда электронно-вычислительную машину сравнивают с мозгом, это нужно понимать лишь как узкоограниченное сопоставление информационных аналогий искусственной и живой нейрональной сети. Биохимики пытаются в живой клетке вскрыть специфику физико-химических взаимодействий, ограничивая свои интересы познанием того, что протекает в изолированной клетке. Но клетка по невидимым каналам связана не только с себе подобными клетками, но и молекулами окружающего тело человека влажного атмосферного воздуха (в окружающей среде всегда имеется определенное количество влажности), а также с другими живыми организмами— растениями, животными, людьми. Особую роль при этом играют те клетки, которые способны воспринимать и транслировать сигналы о состоянии живого организма во внешнюю среду.

По мнению некоторых ученых, энергоинформационную функцию выполняют преимущественно те клетки, которые расположены на отдельных участках (точках) поверхности тела, обладающих повышенной электронной проводимостью.

Исследования московского ученого Е. М. Пяткина у сельскохозяйственных животных позволили установить наличие дополнительных точек повышенной электропроводности, так называемых «мерцающих» точек, появляющихся в зависимости от функционального состояния организма. После смерти животных точки повышенной электронной проводимости исчезают. Эти наблюдения подтверждают тот факт, что активные точки являются физиологической характеристикой живого здорового организма.

Исследования биоэлектрических эффектов человеческого организма, позволили установить, что на величину электрического потенциала определенного участка тела оказывают воздействие длительность и характер концентрации минеральных веществ, применяемых в процессе водных процедур. Нужно сказать, что выбор режимов таких процедур должен осуществляться строго индивидуально, поскольку при ослабленном биоэнергетическом поле человека увеличивается нагрузка на сердце.

Связь гермиантивных свойств организмов с возмущениями солнечной плазмы была установлена исследователем Д. И. Маликовым по результатам 20-летних опытов, проведенных им на овцах Ставропольского края. Выяснилось, что в период увеличения солнечной активности от оплодотворений получен более крупный и многочисленный молодняк, чем в дни пониженной активности Солнца.

Нужно сказать, что живые клетки могут воздействовать на биоэнергетические реакции себе подобных не только внутри организма, но и за его пределами.

Клетка обладает способностью «радировать» о своем тревожном состоянии, более того, пораженная клетка может вызвать заболевание здоровых клеток даже при условии их экранировки, например, кварцевым стеклом, поглощающим тепловые и упругие волны. Эту информационную функцию больных клеток открыл новосибирский ученый В. П. Казначеев, исследуя особого вида ультрафиолетовое излучение клеток. Еще в 30-х годах подобные опыты были поставлены исследователем А. Г. Гурвичем, открывшим особые виды биологических излучений, названные им «метагенетическими» лучами.

Разнообразные энергетические и информационные функции клеток отражают сложный характер взаимодействия человека с внешней средой. Так, например, клетки ритмоводителя, входящие в состав сердца, обеспечивают определенную стабильность сердцебиения в течение всей жизни человека. К этим клеткам предъявляется требование повышенной жизненной стойкости и строгого согласования частотных и временных реакций с другими сердечными клетками. Нарушение этого условия приводит к аритмии, и в этом случае резко ослабляются сердечные функции.

Еще в 20-х годах академик Лазарев провел исследования по наблюдению синхронных реакций изолированных сердец, способных одно другому навязывать свой ритм. В качестве объектов использовались сердца лягушек, способные продолжать свою сократительную деятельность в течение 1,5—2 часов после их отторжения от тела.

В последнее время аналогичные опыты были осуществлены ленинградским ученым С. П. Сарычевым, несколько видоизменившим методику эксперимента. Сарычев писал кардиограмму сердца и регистрировал объемные электрические заряды на расстоянии нескольких десятков сантиметров от сердца-генератора. Бесконтактная запись производилась с помощью предложенного нами датчика. Было установлено, что между кривой энергетической реакцией сердца — биоплазмопраммой и кардиограммой существует жесткая статистическая связь, что отражается совпадением спектров. Частота сердцебиения заметно изменялась под влиянием отражения энергетических волн от стенок металлической сферы, в фокусе которой устанавливалось сердце. Это происходило лишь в тех случаях, когда сердце помещалось в область наибольшей концентрации отраженных лучей от ее стенок. На стабильность сердечных ритмов могут влиять энергетические реакции человеческого мозга, фокусируемые в точке расположения сердечного органа. Подобные наблюдения были поставлены нами совместно с С. П. Сарычевым, и они подтвердили факт возможного взаимодействия энергетических полей мозга и сердца.

Некоторые исследования по изучению аритмии сердца были проведены на человеке. Согласованные эмоциональные реакции, как правило, вызывали изменение частоты сердцебиения. В одном из опытов у испытуемых одновременно производилась запись кардиограммы.

В течение 5 мин динамическая аритмия человека-индуктора полностью определяет реакции сердца второго испытуемого, находящегося от него на расстоянии до 2 м. Подобные реакции особенно заметно проявляются у людей с нарушенными функциями сердечной деятельности. Колебания сердечных ритмов находятся в строгом согласовании с частотой мозговых волн и биологических ритмов других органов. Рассматривая организм как целостную динамическую систему, нужно учитывать, что устойчивость ее функционирования может достигаться путем строгой синхронизации биологических ритмов всех его важнейших органов. Поэтому любое нарушение стабильности ритма немедленно сказывается на состоянии сердечных, мозговых и других функций организма.

В настоящее время важнейшей задачей является установление связи между частотой биологических ритмов организма и колебаниями физических параметров внешней среды. Решение этой проблемы должно опираться на данные моделирования энергетических функций клетки. В этом плане мы провели серию экспериментальных исследований. В качестве энергетической модели клетки был использован емкостный накопитель энергии, заполненный легированным жидким кристаллом холестеринового типа.

Жидкий кристалл обладает резко выраженной анизотропностью своих диэлектрических, магнитных и температурных характеристик. Был подобран такой вид жидкого кристалла, который в наибольшей степени моделировал температурные реакции живой клетки. Для живой клетки характерна наибольшая физико-химическая активность при температуре 36,6°. Максимальное значение диэлектрической проницаемости наблюдается при той же температуре, что и для живой клетки, — при 36,6° С. Живую клетку можно рассматривать как электрохимический генератор электрического тока с напряжением порядка 60—80 МВт. Холестериновая модель клетки также является активным электрическим преобразователем, способным за счет структурной перестройки доменов жидкого кристалла создавать пульсирующее напряжение порядка десятков милливольт. С помощью специальной электронной аппаратуры сигналы клетки-модели усиливаются в несколько тысяч раз. Поэтому возможно провести детальный анализ спектральных характеристик в разных условиях моделирования входных возмущений, воздействующих на клетку-рецептор.

Первое, что было установлено: клетка-модель способна создавать сигналы, очень близко совпадающие по своей спектральной структуре с биотоками мозга, сердечных электрических реакций и биопотенциалов других органов. Энергия внешнего поля ионизации окружающей атмосферы, воздействуя на паракристаллическую структуру жидкокристаллического заполнения клеточных мембран как в живых организмах, так и в искусственно построенных конструкциях, преобразуется в электрическое напряжение. При изменении влажности окружающей атмосферы клетка заметно учащала свой ритм, и это не удивительно. Структурные изменения атмосферы, вызванные перераспределением концентрации молекул влажной и сухой фазы, немедленно сказывались на доменной структуре клетки-модели. Она заметно реагировала на слабые магнитные поля напряженностью в тысячные доли эрстед.

Разработанная модель клетки оказалась адекватной тем конструкциям биологических систем, которые в свое время были обоснованы биологом-теоретиком З. С. Бауэром. Он считал, что энергия живого организма высвобождается за счет изменения структуры белковых образований. Жидкий кристалл, изменяя свою доменную структуру, как бы воспроизводит энергетическую реакцию клетки, создавая колебания электрического заряда на токосъемных пластинах конденсаторного датчика. Жидкокристаллическая модель клетки может рассматриваться в качестве элементарного динамического звена при построении более сложных и специализированных биоструктур. Дело в том, что группа клеток, объединяясь в сложное динамическое звено, приобретает повышенную селективность в усилении биотоков определенного участка спектра частот биоритма. Так, например, если сердце обладает стабильной частотой сердцебиения 60 ударов в минуту, то в какой-то мере это его свойство обусловлено частотными параметрами сложного динамического звена, состоящего из группы взаимосвязанных клеток ритмоводителей. Для проверки этой функции были объединены несколько жидкокристаллических моделей клетки и в процессе экспериментального и теоретического исследования была установлена их высокая частотная избирательность.

Моделирование радиотехнических аналогов живой клетки может открыть новые перспективы создания средств вычислительной техники. Экспериментальные исследования показывают, что частотная избирательность жидкокристаллической модели клетки зависит от величины постоянного магнитного поля, управляя которым, можно настраивать искусственную клетку на определенный участок спектра.

Живой клетке принадлежит особая биохимическая функция. Она заключается в выборе оптимальных режимов регулирования концентрации ионов натрия и калия, просачивающихся черев клеточную мембрану. Нужно сказать, что основоположники ионной теории клеточного возбуждения придерживаются того мнения, что именно энергия ионных процессов ответственна за высвобождение электрических зарядов, создающих биопотенциал клетки. Любое нарушение натриево-калиевого баланса внутри клетки должно отражаться в виде изменения спектра биопотенциалов. Поэтому естественно встал вопрос: сможет ли жидкокристаллическая модель клетки изменить свою электрическую реакцию под воздействием биохимических реагентов, включающих в свой состав натрий и калий?

Был поставлен следующий опыт. На жидкокристаллический датчик (модель клетки) устанавливалась колба с различными растворами. Полученные записи электрических реакций клетки, т. е. своеобразные искусственные биотоки клетки, затем были обработаны на цифровой вычислительной машине и получены типовые спектры. Анализ показал, что спектры имеют индивидуальный характер, тем самым подтверждая возможность преобразования физических воздействий на домены жидкого кристалла электростатических полей отдельных химических компонентов, соответствующих структуре сигнала.

Это дает возможность по стандартным спектральным характеристикам электрических реакций клетки-модели идентифицировать или опознавать химический состав у тех или иных веществ. Сможет ли искусственная клетка прореагировать на химические свойства пахучего вещества? Запись сигналов при воздействии на датчик различных пахучих веществ подтвердила возможность идентификации отдельных видов пахучих веществ с помощью жидкокристаллического индикатора.

Одной из важнейших биохимических функций живого организма является его способность оптимальным образом регулировать кислотно-щелочную реакцию, необходимую для поддержания заданного уровня интенсивности биохимических процессов. Любое нарушение равновесия между концентрацией щелочных и кислотных остатков в составе крови, мозгового вещества немедленно отражается на состоянии организма в целом. Например, при дефиците кислорода нарушается кислотно-щелочной баланс и в организме появляется избыток молочной кислоты. В организме существуют клетки — хеморецепторы, подающие сигналы тревоги в момент нарушения кислотно-щелочной реакции. Встает вопрос, а не сможет ли жидкокристаллическая модель клетки зафиксировать нарушение кислотно-щелочной реакции?

Это особенно важно в тех случаях, когда у человека могут быть нарушены функции хеморецепторов. Спектрографический метод дает возможность, таким образом, моделировать функции хеморецепторов, а это открывает пути для диагностики заболеваний и новых методов их лечения. Разумеется, функции клетки-модели не ограничиваются перечисленными примерами. По мере развития электронной технологии искусственные клетки смогут моделировать жизненно важные клеточные структуры, способные восполнить функции тех или иных человеческих органов. Подобно тому, как совершенствование динамических свойств живого организма проходило в процессе жестокой борьбы за существование, отшлифовалось в процессе взаимодействия с земными и космическими факторами, так и дальнейшее совершенствование и специализация функций клетки-модели должна пройти путь адаптации.

Вполне понятно, что живая клетка совершенствовала свои динамические свойства, не пользуясь критериями, вытекающими при решении интегральных уравнений. И при создании искусственной модели клетки можно идти путем приближенных решений, а не точных аналитических построений, во много ускоряя выбор оптимальных вариантов. Подобный путь значительно убыстряет процесс моделирования, а следовательно, и познания сложных биофизических закономерностей живых организмов. Он создает благоприятные предпосылки внедрения в технику моделирования материалов с новыми физико-химическими свойствами, к тому же обладающими более широким диапазоном воспроизведения физико-химических процессов.

Этот путь моделирования может привести к открытию новых принципов построения высокоэффективных средств вычислительной техники, способных решать сложнейшие задачи с быстродействием порядка 1012—1014 операций в секунду. Такие устройства вычислительной техники откроют новую эру в управлении технологическими процессами, обеспечивающими выпуск материалов с заранее заданными физико-химическими свойствами. Именно такие средства вычислительной техники в дополнение к хорошо разработанным методам диагностики и лечения организма обеспечат более эффективное излечивание человека от тяжелейших недугов и помогут контролировать и управлять факторами, влияющими на продолжительность человеческой жизни.

На основе жидкокристаллического датчика в настоящее время создана аппаратура, позволяющая регистрировать электромагнитные излучения в инфранизкочастотном диапазоне. Измерительная установка имеет два приемных канала, один из которых настроен на электрическую, а второй на магнитную составляющую естественного электромагнитного излучения поля Земли. В результате измерений о помощью этой установки может быть рассчитано объемное сопротивление атмосферы.

В состав измерительной аппаратуры входят: измерительная камера, выполненная в виде кварцевой спирали, внутри которой циркулирует намагниченная жидкость; датчики электрической и магнитной составляющей, установленные внутри измерительной камеры; электронные усилители и фильтры. В качестве выходного блока используется электронный преобразователь, позволяющий получить текущую оценку объемного сопротивления.

При помещении датчика внутри спирали возникает взаимодействие молекулярных резонансных реакций жидкого кристалла с пульсирующим магнитным потоком. В случае частичного поглощения энергии магнитного поля больным органом изменяется соотношение между показаниями каналов, воспринимающих магнитную и электрическую энергию. В данном случае больной участок тела играет роль своеобразной «электромагнитной аномалии», избирательно поглощая электрическую либо магнитную составляющую энергии естественного электромагнитного поля. В зависимости от биологической активности исследуемого объекта характер изменения электропроводных свойств может изменяться вполне закономерно по мере угасания жизненных реакций.

Поскольку электропроводность атмосферы зависит от колебания магнитного поля Земли, степени загрязненности, концентрации аэрозолей и других факторов, она не остается стабильной величиной, оказывая влияние на перестройку жидкокристаллических структур живых организмов, в процессе которой существенно изменяются химические реакции биоструктур. Это, в свою очередь, сказывается на величине объемного сопротивления того или иного органа. Таким образом, показания «жидкокристаллического биопеленгатора» дают возможность оценивать направленность биохимических реакций. Например, при увеличении объемного сопротивления по отношению к фону развиваются кислотные реакции и, напротив, при уменьшении — щелочные. Подобные свойства оказались ценными при проведении ряда биофизических экспертиз, связанных с исследованием новых методов лечения.

Широкое распространение нашел метод лечебного голодания, развиваемый в нашей стране исследованиями профессора Ю. С. Николаева. С помощью жидкокристаллической установки мы произвели измерения электропроводной реакции затылочной части мозга у группы людей, находившихся в клинике лечебного голодания. Отмечается неуклонное повышение кислотной реакции по мере увеличения сроков голодания, что может объясняться воздействием продуктов интоксикации на мозг человека. Длительное голодание (свыше 7—10 суток) при отсутствии контроля биоэлектрической функции мозга может привести к нарушению теплопроводных свойств мозговой ткани.

В последнее время находят широкое распространение методы энергетической биостимуляции, основанные на внутримышечном введении микродоз уротропина в организм человека. Исследования в этом плане проведены врачами Л. М. Кацманом и М. М. Сергеевой. Изучение электропроводных реакций мозга с помощью жидкокристаллических датчиков показывает, что микродозы уротропина стабилизируют электропроводную функцию мозга, уменьшая дисперсность (разброс электропроводных реакций) примерно в 6 раз после введения инъекции по сравнению с исходными электропроводными характеристиками.

Жидкокристаллические датчики могут найти широкое применение в диагностике электромагнитных реакций организма, а также в задачах контроля эффективности воздействия на организм различных препаратов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: