Адаптация, память и гомеостатическая мощность биосистем определяют наличие и характер их реакций Загускин Сергей Львович, доктор биологических наук, академик. - презентация

1 Адаптация, память и гомеостатическая мощность биосистем определяют наличие и характер их реакций Загускин Сергей Львович, доктор биологических наук, академик МАЭН, член Проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине РАМН, член лазерной ассоциации Лаборатория хронобиологии НИИ физики Ростовского государственного университета , Ростов-на-Дону, а/я 3408, т.(8632) , факс (8632) ,

2 «Во всем царит гармонии закон, и в мире все суть ритм, аккорд и тон» Дж. Драйден «В числе основных законов мира необходимо поставить закон периодичности или ритма» В.М.Бехтерев «Основные проблемы патологии - это проблемы живой клетки» «Понимание динамики протоплазмы могло бы объяснить действие различных физических и химических факторов» «Сама природа ответного механизма требует, чтобы блокировать чрезмерно сильную реакцию и обращение коллоидных изменений» « Кортикальный слой восстанавливает утерянный им кальций, а протоплазма внутри клетки вновь приходит в более жидкое состояние» «Возможно ли при помощи циклических коллоидных изменений понять ритмические процессы, происходящие, например, при сердечных сокращениях?» Л. Гейльбрун, 1957г.

3 РИТМЫ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ПЕРЕХОДОВ В КЛЕТКЕ КАК АКЦЕПТОРЫ И РЕЦЕПТОРЫ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Гель Золь Са i Первичные акцепторы Рецепторы клеточной мембраны ЦН Н2ОН2О 1О21О2 Pm МП Са депо Функция Биосинтез Кровоток t°C, рН, Р осм Физические воздействия Химические воздействия Энергети- ческий обмен клетки Прямые функциональные связи, Обратные связи, Энергетические связи ?

4 «Внутриклеточная подвижность имеет универсальное биологическое значение, являясь существенным инструментом регуляторных процессов» Г.М. Франк, 1962г. « Структурная подвижность может быть мощным регулятором интегративной функции клетки в целом» Г.М. Франк, 1970г. « Два зрелища меня неизменно восхищают и волнуют: танец маленьких лебедей и делящиеся хромосомы» « Выход один – создавать машины, которые могли бы вместо человека «смотреть» в микроскоп» « Пройдет немного времени, и автоматы-анализаторы живых структур совершат в биологии такой же переворот, какой около 300 лет назад произвел микроскоп» « Эпоха машинной биологии не за горами» Г.М. Франк

5 Дифференциальная интерферометрия живого нейрона. Регистрация ритмов агрегации ретикулюма (золь-гель структур)

6 Нервная клетка механорецептора речного рака. Регистрация электрической активности, потребления кислорода, агрегации митохондрий, биосинтеза белка и других структурно-химических ритмов 70 мкм Камера на столике микроскопа З- зажимы З З З рО 2 электрод ганглий Тело нейрона мышцы аксон нерв

7 Интерферометрия живого нейрона с полным раздвоением изображения. Регистрация ритмов содержания белка (сухого веса) в покое клетки и при физических воздействиях Фотоэлектрический метод: Ф 0 -Ф 1 =А{cos 2 φ-Lcos 2 (φ-Δ/2)}+M Фотографический метод: (S 0 -S 1 )/γ=lg{cos 2 φ/Lcos 2 (φ-Δ/2)}-M

8 Увеличение амплитуды ритмов золь- гель переходов при облучении лазером и стимуляции энергетики клетки А - Метод микрокиноденситографии В - агрегаты митохондрий С - увеличение амплитуды колебаний агрегации-дезагрегации митохондрий (оптической плотности 1-2 ) и уровня золя относительно геля (разжижения цитоплазмы) при стимуляции сукцинатом натрия (или лазером) энергетики клетки. С А В Зонд 1 2 В

9 Синхронные колебания энергетического обмена и биосинтеза в клетке Околочасовые ритмы (средний период около 30 мин) белка в разных зонах клетки: Д - между дендритами и ядром, Я - в зоне ядра, А - между ядром и аксонным холмиком по поглощению при 265 нм. Калибровка: оптическая плотность - 0,1, время - 30 мин. Аксон Ядро Прижизненная интерферометрия одного и того же нейрона в фазе снижения содержания белка околочасового ритма (слева) и в фазе его увеличения (справа). Видно изменение сдвига фазы волны света над ядром тела нейрона на уровне двух ядрышек и отсутствие изменений в участке отходящего вниз аксона. А Я Д Д Я

10 Энергетическая зависимость возбудимости нейрона и пластическое закрепление его адаптации А Частотограмма импульсной активности нейрона при раздражении с периодом 5 мин. Видно быстрое снижение возбудимости с начала раздражения и быстрое триггерное восстановление возбудимости через 90 мин. Б Прижизненная ультрафиолетовая цитоспектрофотометрия нейрона. Графики колебаний поглощения при длине волны 265 нм в указанных на схеме участках тела нейрона. Видно первичное увеличение поглощения (увеличение концентрации РНП) в участках над ядром и постепенная фазовая синхронизация с ними колебаний поглощения в других участках клетки в направлении к аксону. А Б

11 Фазовый гель-золь переход с потреблением энергии на границе тела клетки и аксонного холмика А- прижизненная морфометрия нервной клетки (метод дифференциальной интерферометрии), В- «барьер» митохондрий на границе сомы и аксонного холмика нейрона при его торможении С- изменение отношения диаметров сомы и аксонного холмика-(САИндекса),определяющего декремент генераторного потенциала и изменение частоты импульсной активности А В С

12 Различие при импрегнации серебром морфологии золь-гель структур в цитоплазме и в ядре нервной клетки, зафиксированной в состоянии покоя (П), импульсной активности, вызванной постоянным умеренным в течение 20 мин (В-20мин) или ритмическим сильным раздражением в течение 2 мин (БР-2мин) Окраска на ДНК по Фельгену П В-20мин БР-2мин

13 Рентгеноспектральный (электронно-зондовый) микроанализ химических элементов в инфузории и цитохимический анализ магния в теле нейрона и в нервных волокнах речного рака

14 А- Частотограммы импульсной активности нейрона. Вызванные колебания имеют период в 6, 10 и более раз больший, чем ритм раздражения с Т=0,5;1;2;11 и 29с. В - вызванные медленные ритмы можно подавить другой частотой раздражения. С - раздражение с Т=0,5с вызывает колебания частоты, синхронизацию золь-гель переходов, колебаний Са цитозоля и возбудимости нейрона с большей амплитудой, чем раздражение с Т=29с. Д- Осциллограммы импульсной активности нейрона при выработке временной связи на подпороговое электрическое раздражение и подкреплении адекватным механическим раздражением А В С Д

15 Зависимость функциональных и биосинтетических реакций клетки от фазы энергообеспечения А Колебания микрогетерогенности (d ) и среднего поглощения (D) при длине волны 265 нм в теле нейрона при возбуждении. Снижение d означает увеличение золя относительно геля при уменьшении агрегации митохондрий и ретикулюма и сответствует увеличению концентрации РНП. Б Частотограммы импульсной активности нейрона при разражении с частотой 1/с. 1- после предварительной активации энергетического обмена умеренным возбуждением в течение 10 мин. 2- сразу после увеличения исходной частоты без активации энергетики. C Частотограммы импульсной активности симметричных нейронов в фазе повышения энергетического обмена и в фазе снижения энергообеспечения. Порог реакции ниже, а блок импульсации наступает при большей силе раздражения, если энергия выше МИН. % А Б С имп/с 20 с. 1 2 D d

16 Зависимость направленности реакции клетки (объема, агрегации ретикулюма и золь-гель структур) от исходного уровня ее энергетики (фазы биоритма +Е или - Е) +Е - Е При исходно высоком энергетическом обмене (+Е) увеличивается объем клетки и уровень золя относительно геля, агрегация ретикулюма и концентрация кальция в цитозоле уменьшаются.

17 Частотограммы импульсной активности нервной клетки механорецептора рака при изолированном воздействии ИК лазером (пунктир) и сочетании его с адекватным (сплошная линия) раздражением с периодом 29с. Появление медленных с периодом Т= 2-3 мин. колебаний частоты импульсов в ответ на лазерное облучение Т=29с и сохранение их в последействии. Сочетание лазерного и адекватного механического раздражения с тем же периодом. Каждое механическое раздражение вызывает увеличение с тем же периодом частоты на 4-5имп/с. Снова изолированное лазерное воздействие вызывает более частые колебания частоты (и возбудимости) с меньшей амплитудой. Изменение периодов колебаний частоты импульсов отражает изменение ритмов фазовых золь-гель переходов и ритмов концентрации кальция в цитозоле с сохранением в последействии.

18 Выработка временной связи на одиночном изолированном нейроне после усиления его энергетического обмена 1- частотограмма импульсной активности нейрона при действии исходно подпорогового электрического (лазерного) воздействия (пунктирная отметка) и подкрепляющего механического раздражения (сплошная отметка), 2- сочетанное воздействие, 3- после прекращения подкрепляющего механического воздействия видны ответы на только одно электрическое раздражение и следовые колебания средней частоты после прекращения обоих видов раздражения, 4- ответы нейрона на включение только ранее подпорогового электрического воздействия

19 Уровни эволюционной интеграции биосистем Основные уровни: Биосфера, Биоценозы, Организмы, Клетки, БСРЦ- биосинтетические саморедуплицирующиеся циклы золь-гель структур Биосфера Физико-космический уровень (надбиосферный) Биоценозы Организмы Клетки БСРЦ Гены, вирусы Физико-химический уровень (предбиологический) ОКК PКК Семьи,стада ФСРО Ансамбли ФСО ФСОБ ФСРБ ОМК РМК ТКАНИ ОРГАНЫ Популяции Консорции БИОМЫ ЗОНЫ m1m1 l1l1 k1k1 w1w1 v1v1 u1u1 y1y1 z1z1 x2x2 x1x1 u0u0 v0v0 w0w0 p1p1 r0r0 s0s0 r0r0 r1r1 s1s1 p2p2 r2r2 r3r3 r4r4 s4s4 s2s2 s3s3 z2z2 z3z3 z4z4 x3x3 x4x4 x5x5 y4y4 y3y3 y2y2 p5?p5? p4p4 p3p3 u3u3 u4u4 u2u2 u5u5 k2k2 k3k3 k4k4 k5?k5? l2l2 l3l3 l4l4 m2m2 m3m3 m4m4 v4v4 v3v3 v2v2 w2w2 w3w3 w4w4 z0z0 Промежуточные функцио- нальные уровни: ФСРБ- функциональные системы разнородных биоценозов, ФСОБ - функциональные системы однородных биоце- нозов, ФСО-функциональные системы организма, РКК- разнородные компартменты клетки, ОКК-однородные компартменты клетки. Промежуточные структурные уровни: РМК-разнородные микроструктуры клетки, ОМК -однородные микроструктуры клетки. Энергетические потоки на: x,y,z- функциональные и p,r,s- структурные изменения u,v.w-параметрическую регуляцию функции, k,l,m-параметрическую регуляцию структуры.

20

21 До леченияПосле лечения Больной К., группа К1 Больной Г., группа О1 Суточный спектральный анализ R-R интервалов ЭКГ До леченияПосле лечения Суточный график ЧСС Тахограммы Больной П., группа К2 Почасовые графики SDNN rMSSD pNN50

22 Индекс 73% - Вы в прекрасной форме Индекс 39%- Вам следует обратить внимание на свое здоровье Различие показателей ЭКГ 5-ти минутных записей одного и того же пациента З., 63г г в 16час.07мин.(слева) и в 16час.50 мин.(справа)

23 Фрактальная размерность R-R интервалов ЭКГ Индекс Херста Нормированный показатель Фишера До лечения После лечения

24 Критерии оптимальности параметров квантовой (лазерной) терапии Оптимальны параметры только в режиме биоуправления. Факторный анализ значений Ес, Т, S, λ не корректен из-за неаддитивности реакций ответа. Биорезонанс возможен только при многочастотной биоритмологической биосинхронизации.

25 Зависимость знака ответной реакции от исходного состояния и фазы ритма энергетики клетки, ткани, органа, организма Ян Инь Вдогонку Навстречу Фаза снижения кровенаполнения = деструкция Фаза увеличения кровенаполнения = увеличение биосинтеза Качели энергообеспечения

26 Соотношение глубин амплитудной модуляции физиотерапевтического воздействия меняют в зависимости от характера патологии (гипоксия, артериальная или венозная гиперемия) и наличия дисбаланса артериальной и венозной частей капиллярного русла 1.Тремор 7-13Гц 2. Пульс 3. Дыхание Суммарный сигнал (1,2,3) биоуправления систола сердца диастола вдох выдох

27 АППАРАТ БИОУПРАВЛЯЕМОЙ КВАНТОВОЙ ХРОНОТЕРАПИИ «РИКТА-05» Хронодиагностика и контроль состояния пациента во время сеанса хронотерапии с биоуправляением по отношению частоты пульса (ЧП) к частоте дыхания (ЧД). Норма: 3

28 Выводы: «Привычка свыше нам дана, замена …… (Биологическим эффектам солнечной активности) она» А.С. Пушкин 1.Способы снижения чувствительности к привычным внешним воздействиям, не имеющим сигнальной биологической значимости: А)Морфологические, метаболические и физиологические способы повышения порогов и смещения диапазона восприятия, защитного экранирования, Б)Противофазные эндогенные колебания высвобождения и связывания ионов кальция, закрепленные морфологическими параметрами внутриклеточных кальциевых депо и соответствующими ритмами фазовых золь-гель переходов, направленных на гомеостатирования концентрации кальция в цитозоле клетки.

29 Гомеостатическая мощность биосистемы N-уровня – диапазон допустимых отклонений параметров по амплитуде и длительности при Т функциональных изменений меньше Т структурного восстановления Старение, локальная патология Регуляция по отклонению Системная хроническая патология, Регуляция по возмущению Норма Устойчивость = «работа против равновесия» (Э. Бауэр) = «Волчки жизни» иерархии биосистем Клетки ы Органы Организм Ткани Вывод 2 Величина и знак (направленность) реакции биосистемы зависят от фазы ритма энергообеспечения, от исходного состояния биосистемы при регуляции по возмущению и только при регуляции по отклонению реакция имеет нормализующий, корректирующий фазу ритма характер. Т Е

30 Зависимость реакции клетки, органа, организма от интенсивности и длительности воздействия Вывод 3: Законы Арндта-Шульца, Вебера-Фехнера, Бунзена- Роско и Лапика-Вейса выполняются при исходно (и условно) постоянном уровне чувствительности (возбудимости нервных и мышечных клеток по Н.Е. Введенскому). При исходно колебательном уровне чувствительности (возбудимости) знак и величина ответа зависят от фазы ритма энергообеспечения реакции.

31 Не так страшна солнечная активность, как ее….. 4. Повышение чувствительности к биологически значимым сигнатурным воздействиям происходит за счет обучения (повторяемости) не к определенным частотам, а к образам - многочастотным многомодовым воздействиям с инвариантным соотношением периодов колебаний, соответствующим иерархии биоритмов биосистемы. Увеличение фрактальной размерности обеспечивает восприятие сверхслабых сигналов- биологических кодов на основе многочастотного параллельного резонансного захвата.