<<< www.interlibrary.narod.ru

Доброборский Б.С.

О природе гомеостаза

Впервые представление о свойстве живых организмов сохранять постоянство внутренней среды было сформулировано французским учёным К. Бернаром в 1878 году. Он обратил внимание на то, что благодаря приспособительным (адаптационным) механизмам живых организмов физические и химические параметры, определяющие жизнедеятельность организма, меняются в сравнительно узких пределах, несмотря на значительные изменения внешних условий.

Позже, в 1929 году, американским физиологом У. Кенноном для обозначения этого свойства живых организмов был предложен термин «гомеостаз», под которым понималось «относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма человека, животных и растений» [1, 3, 4 ].

Термин гомеостаз (гомеостазис) был составлен из элементов греческих слов hómoios — подобный, одинаковый и stásis — состояние, неподвижность [ 3 ].

Первоначально термин «гомеостаз» означал только поддержание постоянства внутренней среды, т.е. крови, лимфы, межклеточной жидкости. В дальнейшем, по мере развития биологии и медицины, к показателям гомеостаза стали относить практически все параметры живых организмов, характеризующие их состояния на уровнях клеток, органов, систем и целостных организмов [6, 7, 8, 9].

Тот факт, что параметры любого организма стремятся к какому-то определенному состоянию, соответствующему окружающей обстановке, был для всех очевидным, понятным и безусловным. Поэтому, несмотря на неточность и противоречивость его формулировок, он стал широко использоваться в биологических науках.

Действительно, если проанализировать определение гомеостаза, приведенное выше, то нетрудно заметить, что в словах «относительное динамическое постоянство» кроется определенное противоречие и неточность. Это вызвало многочисленные попытки найти более точные определения этого термина. Одним из последних вариантов можно считать следующий: Гомеостаз — способность организма поддерживать функционально значимые переменные в пределах, обеспечивающих его оптимальную жизнедеятельность.

Как видно из этого определения, оно тоже противоречиво и неточно, так как сразу вызывает много вопросов: что такое функционально значимые и функционально не значимые переменные, кто это определяет и на каком основании; что такое оптимальная и не оптимальная жизнедеятельность и в чем они различаются; чем определяются пределы, обеспечивающие оптимальную жизнедеятельность; чем обусловлена способность организма поддерживать функционально значимые переменные.

Такая ситуация с неоднозначным определением понятия «гомеостаз» связана с тем, что вплоть до настоящего времени отсутствовало достаточно строгое научное объяснение свойства живых организмов сохранять в определенной степени постоянство внутренней среды.

Ответ на этот вопрос удалось получить лишь путем проведенного нами термодинамического анализа биологических систем. В результате была установлена сущность их жизнедеятельности, вытекающая из двух законов термодинамики биологических систем:

Первый закон термодинамики биологических систем устанавливает факт того, что живые организмы могут находиться только в устойчивом неравновесном термодинамическом состоянии [ 2 ]. Он формулируется следующим образом:

Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях.

Здесь следует указать, что неживая материя, в силу законов открытых термодинамических систем, всегда находится в неустойчивом неравновесном термодинамическом состоянии.

Второй закон термодинамики биологических систем устанавливает, каким образом биологическими системами обеспечивается устойчивость неравновесного термодинамического состояния со следующей формулировкой [ 5 ]:

Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ соответственно.

Из этих законов следует, что сущностью жизнедеятельности биологических систем является обеспечение устойчивости их неравновесного термодинамического состояния, в результате чего выделяется необходимая им свободная энергия. Поэтому вся совокупность процессов метаболизма и работа многочисленных механизмов обратных связей на всех уровнях: целостных организмов, систем, органов и клеток, управляющих этими процессами, в конечном итоге направлена именно на эту цель, то есть на максимальную продолжительность жизни. Потеря устойчивости неравновесного термодинамического состояния означает смерть.

Исходя из изложенного и на основании приведенных выше законов термодинамики биологических систем было сформулировано новое определение гомеостаза:

Гомеостаз – свойство живых орнанизмов сохранять устойчивое неравновесное термодинамическое состояние при изменениях внешних условий.

Возвращаясь к формулировке гомеостаза, приведенной в самом начале настоящей работы, необходимо отметить, что указанное в ней свойство: относительное динамическое постоянство полностью подтверждается полученными результатами исследований термодинамики биологических систем.

Как следует из формулировки Второго закона, в живом организме устойчивость неравновесного термодинамического состояния – его среднее значение (т.е. гомеостаз) обеспечивается непрерывными динамическими процессами - энергетическими колебаниями, вызываемыми последовательными реакциями синтеза и расщепления АТФ, управляемые системами обратных связей в зависимости от условий внешней среды.

Таким образом, природой гомеостаза являются энергетические колебания, направленные на обеспечение устойчивости неравновесного термодинамического состояния биологических систем.

Литература

1. Адольф Э. Развитие физиологических регуляций, пер. с англ. М. 1971.

2. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. Росток. 2002.

3. Большая медицинская энциклопедия. Т.6. М. 1977.

4. Винчестер А. Основы современной биологии, пер. с англ. М. 1967.

5. Доброборский Б.С. Термодинамика биологических систем. Учебное пособие. СПб. 2006.

6. Гелльгорн Э. Регуляторные функции автономной нервной системы, пер. с англ. М. 1948.

7. Кассиль Г. Н. Гемато-энцефалический барьер. М. 1963.

8. Cannon W. В. The wisdom of the body, N. Y. 1932.

9. Lerner I. М. Genetic homeostasis, N. Y. 1954.

Сайт управляется системой uCoz