ВРЕМЯ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА И УСЛОВИЯ АКТИВНОГО ДОЛГОЛЕТИЯ
Но как нам быть с тем ужасом, который Был бегом времени когда-то наречен?
А. Ахматова
Все гипотезы о механизмах старения организмов акцентируют внимание на конкретных фактах генной регуляции и программировании старения, либо на стохастических причинах повреждений, накопления ошибок, катастроф, износа, нарушений метаболизма и других процессов жизнедеятельности под влиянием неблагоприятных внешних факторов и адаптационных процессов в самом организме.
Однако прямая генная детерминация, процессы адаптации и регуляции продолжительности жизни не могут основываться на целевой функции непосредственно старения и смерти. Апоптоз клетки и феноптоз организма (например, гибель лососей после размножения) являются регуляцией со стороны вышележащих уровней - соответственно тканей и вида организмов. Снижение энергетического обмена организма человека, снижение амплитуды околосуточных биоритмов, гомеостатической мощности (резервов саморегуляции) и более частое возникновение десинхронозов при старении отражают лишь доминирование одной из двух противоположных стратегий поддержания устойчивости организма. Эта первая стратегия экономичности и минимизации энергозатрат целесообразна и более выгодна в условиях и в моменты дефицита внешних энергоресурсов. Эта стратегия и в пожилом, и в молодом возрасте человека периодически сменяется второй активной стратегией поддержания устойчивости в периоды избытка энергоресурсов. Понять механизмы старения и смерти организмов можно только, опреде-138
лив целевые функции в разные фазы ритмов дисбаланса энергопродукции и энергопотребления всей иерархии биосистем от обновления макромолекул, деления и гибели клеток до направленности процессов в организме, биоценозе и биосфере.
Сохранение устойчивости биосистемы любого иерархического уровня обеспечивается либо элиминированием слабых, неэкономичных и дефектных элементов биосистемы (деполимеризацией и распадом макромолекул, апоптозом клеток, вымиранием организмов, видов, климаксом биоценозов), либо, наоборот, устранением нарушений в этих элементах, повышением их жизнедеятельности.
В фазах дефицита энергии внешних ритмов трофических ресурсов преобладает первая стратегия, благодаря которой получают приоритет и выживают более экономичные биосистемы, способные вовремя снизить энергозатраты и уровень жизнедеятельности. В фазах избытка внешней энергии приоритет получают биосистемы, способные реализовать вторую стратегию, оперативно повысить свою жизнедеятельность и использовать добавочную энергию на повышение своей организации, деление, размножение, сукцессию. Таким образом, отбор биосистем и их выживание определяется не степенью их экономичности или способности к использованию добавочных энергоресурсов в фазах повышения внешней энергии, а в способности чередовать пассивную стратегию экономичности с активной стратегией повышения самоорганизации и жизнедеятельности. Для этого необходимо оперативно и постоянно согласовывать собственные ритмы энергопотребления, восстановительных и функциональных процессов с соответствующими фазами и периодами ритмов внешней среды. Эволюция прокариотической биосферы до ее современной организации сопровождалась возникновением интегральных биоритмов новых иерархических уровней с согласованием и усвоением все более медленных космогелиогеофизиче- ских ритмов внешней среды.Основным условием возникновения и эволюции жизни является постоянное согласование энергетических ритмов биосистем с ритмами внешних потоков энергии, частью которой для любой биосистемы становятся и ритмы энергетики других биосистем. В древнеиндийском эпосе «Лотос Брамы» написано: «Ты научись свободно и легко активный план сменять пассивным планом. В слиянье их, в их плавном сочетанье победа заключается твоя. Не перепутай и не сбейся в ритме. Не действуй, когда надо воспринять». Благодаря временной организации чередования первой и второй стратегий сохранения устойчивости, получившей название «биологические часы», реализуется весь комплекс признаков жизни от ковариантной редупликации генома до адаптации и самоорганизации биосистемы. Биологические часы приобретают свойство, названное П.К.
Анохиным «опережающим отражением». Их внутренний эндогенный механизм относительно автономен и лишь корректируется внешними ритмами в случаях значительного рассогласования. Допустимый без потери устойчивости биосистемы диапазон отклонения внутренних параметров биосистемы характеризует ее гомеостатическую мощность или текущие резервы саморегуляции.Любая патология и любые нарушения жизнедеятельности сопровождаются сбоями биологических часов, фазовыми, системными или иерархическими десинхронозами. Болезнь и старение с позиции хронобиологии подобны нарушениям расписания движения электричек и поездов дальнего следования при авариях разного масштаба и продолжительности. Но допустимы небольшие опоздания поездов, которые практически не сказываются даже на локальном движении. Сердце бьется у человека не как часы. В виду суперпозиции постоянно идущих переходных процессов все биоритмы имеют варьирующие периоды. Только на стадии агонии при смерти человека сердце начинает работать строго ритмично и значит независимо от других органов и систем организма. Допустимые без потери устойчивости биосистемы данного уровня десинхронозы в пределах гомеостатической мощности необходимы для развития, адаптации и реорганизации биосистемы. Именно это отличительное свойство жизни Э. Бауэр назвал «устойчивым неравновесием». Источником работы против равновесия в клетке является броуновское движение и постоянно идущие золь-гель переходы в компартментах клетки. Ритмы золь- гель переходов связаны с колебаниями концентрации кальция в цитозоле, которые являются необходимым элементов общеклеточного колебательного контура, включающего систему циклических нуклеотидов и регуляцию энергопродукции. Собственная частота ионосферного волновода Земли, микропульсации геомагнитного поля класса Рс не диктуют, а лишь поддерживают иерархию «волчков жизни», закрепленную в эволюции биосистем. Противофазные к ним колебания высвобождения кальция из различных его внутриклеточных депо и его энергозависимого связывания избирательно увеличивают чувствительность к корректирующим внешним ритмам и снижают чувствительность к другим, в том числе случайным внешним колебаниям.
Интеграция коллоидных макромолекулярных структур в клетке путем согласования ритмов их золь-гель переходов, чередования первой и второй стратегий поддержания их устойчивости и выработки интегрального ритма для этого объединения обеспечивало более полное и рациональное использование внешней энергии каждым элементом и первичной живой клеткой в целом. Интеграция в сообщество одноклеточных организмов или клеток в ткани многоклеточных организмов в зависимости от фазы внешнего ритма энергетики позволяет элиминировать энергетически неоптимальные клетки с недопустимыми отклонениями параметров ритмов (возникновение апоптоза, цис- тирования, анабиоза) или усиливать восстановительные процессы и корректировать ритмы жизнедеятельности этих клеток. Для выживания организма может быть необходимой как смерть отдельных клеток, так и усиление их жизнедеятельности. Для сохранения устойчивости биоценоза может быть полезно вымирание отдельных организмов и видов, либо наоборот увеличение их жизнедеятельности. В любом случае устраняется тот или иной десинхроноз, увеличивается гармония в иерархии биоритмов, настройка и точность биологических часов.
Как же устроены и работают биологические часы? Почему они, в конце концов, ломаются при старении и смерти организма человека? Как для активного долголетия человека сохранить правильную работу этих часов?
Под биологическими часами обычно подразумевают сохранение околосуточного эндогенного ритма около 500 изученных показателей жизнедеятельности на уровне организма, которые могут подстраиваться по фазе с разной скоростью к фазе внешнего ритма.
Задатчиком и корректором фазы околосуточных биоритмов является комплекс суточных изменений внешней среды. Для одних видов организмов главным фактором этого комплекса является изменение освещения. Например, для человека восход Солнца и увеличение освещенности является сигналом, который через зрительный анализатор и супрахиазматические ядра гипоталамуса тормозит продукцию мелатонина в эпифизе.
Снижение концентрации этого гормона в крови запускает перестройку метаболизма и изменение функции всех органов на дневной тип функционирования с увеличением использования углеводов и повышением симпатического тонуса. Однако в условиях полярной ночи или полярного дня главным кор - ректором может стать изменение температуры и (или) магнитного поля Земли, либо для человека - социальный ритм. При этом рассогласование биологических задатчиков биоритмов человека с социальными (начало работы, телепередачи, уровень шума) может стать причиной десинхроноза, зимней депрессии, невроза и других заболеваний. Для змей главным фактором коррекции фазы околосуточных биоритмов может быть температура, а для рыб - изменение параметров магнитного поля Земли. Интересен факт возникновения раковой опухоли кишечника у таракана при перевозе его из Австралии в Америку. Бизнесменам, прилетевшим из Америки в Европу, не рекомендуется в первые сутки подписывать важные документы. Прием искусственно синтезированного мелатонина позволяет быстрее перестроить свои биологические часы по местному времени. Прием мелатонина эффективно излечивает многие заболевания: язву желудка, гипертонию и др. Однако при этом подавляется продукция мелатонина в собственном эпифизе. Уровень же концентрации мелатонина в крови в ночное время снижается с возрастом, коррелируя с биологическим возрастом человека. Нами разработан метод усиления продукции мелатонина в эпифизе с помощью био- управляемой лазерной и светотерапии.Кроме слабо варьирующего околосуточного ритма в клетках, тканях и органах человека регистрируется широкий дискретный спектр других биоритмов с варьирующими периодами. Все они согласуются между собой и с околосуточным ритмом подобно колесикам в обычных часах, но разве что с большими люфтами. У этих ритмов имеются свои «маятники» смены фаз, представленные в эволюции избирательным повышением чувствительности внутриклеточных процессов к одним привычным внешним кос- могелиофизическим колебаниям и нечувствительностью к другим внешним колебаниям, не имеющим биологической значимости, и к помехам.
Высокая помехоустойчивость биосистем сочетается с исключительной чувствительностью к биологически значимым сигналам. В этих сигналах биологическим кодом являются не абсолютные значения периодов ритмов, а их инвариантные отношения, подобно одному и тому аккорду в разных октавах. Генерируемые при переходе золя в гель в клетках акустические и электромагнитные сигналы сверхслабой интенсивности являются эволюционно древним способом физических внутриклеточных, межклеточных, межорганных и межорганизменных информационных взаимодействий, к которым в эволюции лишь добавляются гуморальные и нервные сигналы. В отличие от физического резонанса биорезонанс основан на многочастотном параллельном резонансном захвате. Для эффективного биоуправления необходим набор ритмов с инвариантным, эволюционно привычным соотношением периодов. Никаких магических фиксированных частот для биосистем не может быть.Внешние ритмы, в частности ритмы солнечной активности, Рс колебания, изменения магнитного поля и освещенности видимого диапазона исполняют роль регулятора хода часов, корректора периода и фазы маятника биологических часов. «Гирей» или «пружиной» биологических часов является внутренняя продукция энергии в клетках, которая используется для энергозависимого связывания и снижения концентрации кальция в цитозоле, повышение которого происходит в первую фазу внутренней или внешней активации клетки. Благодаря разным по скорости и буферной емкости кальциевым депо клеток, в эволюции закреплены морфологически разные наборы ритмов золь-гель переходов, которые обеспечивают все виды внутриклеточных движений и регуляцию всех внутриклеточных процессов. Для поддержания устойчивости всей иерархии этих «волчков жизни» их морфология и набор ритмов стремятся к фрактальной организации как наиболее экономичной и способной к самосинхронизации. Принципиальным вопросом, однако, из нерешенных остается механизм смены направления маятников биологических часов, иначе смены первой и второй стратегий поддержания устойчивости, смены преобладания разных процессов.
Решение этого вопроса получено нами в опытах с использованием методов дифференциальной интерферометрии, интерферометрии с полным раздвоением изображения, цитоспектрофото- метрии, микрокиноденситографии и лазерной микроскопии с усилением яркости изображения и скоростной киносъемкой жи - вой клетки. Одновременно изучены на одной гигантской нервной клетке ритмы функциональной импульсной активности, ритмы энергетических (потребление кислорода и агрегации митохондрий) и ритмы пластических (концентрация белка, нуклеопротеи- дов, биосинтез, агрегация ретикулюма и хроматина) процессов при различных состояниях и внешних воздействиях на клетку. Обнаружена энергетическая параметрическая зависимость функциональной индукции пластических процессов. Функциональные процессы имели большую скорость и меньшую энергоемкость, чем пластические. Скорость изменения энергетических процессов была меньше, чем функциональных и больше, чем пластических. С учетом этих данных разработаны несколько моделей взаимосвязи ритмов функции, биосинтеза и энергетики, которые показали хорошие предсказательные возможности переходных процессов для разных условий, силы и длительности внешних воздействий, подтвержденные затем в проверочных экспериментах.
Энергетическая регуляция увеличения функциональной активности или биосинтеза в клетке имеет три диапазона. Первый диапазон - отсутствие влияния изменений энергетики на функцию или биосинтез характеризует подпороговые значения плотности или скорости энергопродукции. Второй диапазон характеризуется логистической зависимостью усиления функции или биосинтеза от величины (скорости и плотности) энергетического потока. Третий диапазон характеризует отсутствие влияния дальнейшего увеличения энергии на функцию или биосинтез, но уже по причине насыщения и отсутствия энергетического лимитирования и регулирования при избытке энергии. При этом функция клетки имеет более низкий порог энергетической стимуляции по плотности потока энергии, а биосинтез - более низкий порог усиления по скорости потока и более высокий по плотности потока используемой энергии. Функция является более лабильным, но менее энергоемким процессом, чем биосинтез. Колебания возникают при протоке энергии и нелинейной обратной связи. Нелинейность обратной связи определяется гистерезисной зависимостью золь-гель переходов от концентрации кальция и АТФ в цитозоле клетки.
Устойчивыми со свойствами биологических часов ритмы золь-гель переходов становятся благодаря энергетической интеграции процессов разной лабильности и энергоемкости. Ритмы золь-гель переходов в реальной живой клетке отражают не два, а множество ритмов в диапазоне периодов от 100 мкс до года. Биологические часы это большой набор осцилляторов, согласованных через параметры скорости и плотности потоков потребляемой энергии. Исследованный нами переменно-приоритетный принцип распределения потоков энергии на процессы разной лабильности и энергоемкости объясняет механизм биологических часов. Усиление функции вызывает снижение концентрации АТФ и в силу гомеостатической зависимости (кривые Аткинсона - зависимость синтеза и расхода АТФ от энергетического заряда аденилатов) с некоторым запаздыванием увеличивает энергетику больше, чем требуется для обеспечения увеличенной функции. Благодаря большей, чем у функции инерционности гомеостатической регуляции энергетики увеличивается не только скорость, но и плотность потока продуцируемой энергии. Последний параметр достигает и на некотором этапе превышает порог энергетической стимуляции биосинтеза. С этого момента уже биосинтез регулирует параметры энергетики, увеличивает плотность потока продуцируемой энергии. Результатом является избыточный анаболизм. В эту фазу приоритета биосинтеза скорость потока энергии начинает падать в результате саморегуляции и различия инерционностей обратных связей функции и биосинтеза, что приводит к энергетическому лимитированию функции. Дальнейшая нормализация (снижение) энергетики начинает лимитировать и биосинтез уже по плотности потока энергии и приоритет по энергетической стимуляции вновь переходит к функции. Энергетика вновь начинает расти, вновь достигает предела стимуляции функции и затем начала энергетической стимуляции биосинтеза. Циклы повторяются, биологические часы идут за счет внутренних запасов энергии и биологической памяти о ритмах внешней среды. Спектр биоритмов закрепляется морфологией каждого вида клеток и организмов. Чередование приоритетов функции и биосинтеза в клетке за счет различия плотности и скорости общей энергетической параметрической регуляции обоих этих процессов описано в упрощенной модели. В живой клетки, в организме и в других сложных биосистемах на этом принципе осуществляется интеграция десятков разных по энергоемкости и лабильности процессов и их согласование в пространстве и во времени целостной биосистемы. Переменноприоритетный принцип объясняет чередование активности и смену приоритетов органов в организме (в отсутствие патологических десинхронозов 12 меридианов по 2 часа в течение суток).
Смена фаз маятника околосуточного ритма путем энергетической параметрической регуляции проявляется в футильных циклах энергетики. В дневное время, когда усиливаются менее энергоемкие быстропротекающие функциональные процессы в организме, расходуются углеводы как более лабильное, но менее энергоемкое «топливо». В ночное время приоритет получают более инертные, но более энергоемкие пластические процессы, биосинтез. Для этого расходуются жирные кислоты и накапливаются углеводы. Смена приоритетов энергетического обеспечения имеет автоматический характер и характеризует много ос- цилляторный характер биологических часов не только в клетке, но и в организме, и в биосистемах более высоких иерархических уровней. Кроме известного околосуточного ритма смены доминирования симпатического и парасимпатического тонуса в организме здоровых людей нами обнаружены околочасовые и более быстрые ритмы вегетативного статуса, смены приоритетов симпатической и парасимпатической регуляции ритма сердца. Нарушения этих показателей биологических часов обнаружены уже на ранних стадиях заболеваний, что указывает на преимущество использования разработанных нами с аспирантом Ю.В.Гуровым хронобиологических алгоритмов диагностики.
Согласование биоритмов всех процессов и элементов в любой биосистеме между собой и с ритмами внешней среды имеет термодинамическую направленность на повышение энергетической экономичности и означает адаптацию и обучение. Однако минимизация энергетических затрат неизбежно ведет к снижению гомеостатической мощности, к снижению резервов саморегуляции. Вероятность возникновения различных видов десинхро- нозов увеличивается, а это в свою очередь ускоряет старение и повышает вероятность смерти при превышении резервов саморегуляции уже на верхнем иерархическом уровне данной биосистемы. За обучение и приспособление биосистемы платят старением, снижением устойчивости к неблагоприятным внешним воздействиям, особенно непредсказуемым. Избежать старения биосистема может в период роста, увеличения числа новых элементов при преобладании этих процессов над процессами адаптации и согласования биоритмов. Для этого необходимы внешние условия для непрерывного преобладания второй стратегии сохранения устойчивости (достаточных источников доступной внешней энергии). Для внутриклеточных микроструктур и клеток это практически невозможно за исключением специальных условий (гигантские митохондрии, яйцеклетки птиц). Рост организмов, биоценозов и биосферы ограничен энергетическим пределом экономичности морфологии к текущей временной организации и физическим параметрам внешней среды. Исключения, скорее особые условия, характеризуют рост грибницы некоторых грибов и рост коралловых рифов, представляющих, однако, в большей степени биоценозы, чем собственно организмы. Формально и организм человека это тоже биоценоз громадного числа полезных и нередко патогенных микроорганизмов. Скорость старения организма человека зависит и от их состава, на что обратил внимание еще И.И. Мечников. Другие способы задержки старения и смерти - соответственно прекращение обучения и адаптации путем цистирования клеток микроорганизмов, анабиоза, в какой-то мере зимней спячки, летаргического сна. Наконец, прекращение старения и теоретическое бессмертие возможно при нарушении биосинтеза специфических рецепторных белков (канцерогенез), биосинтезе эмбриональных белков (дедифферен- цировка), за счет потери способности к обучению и адаптации, потери усвоенной информации в процессах малигнизации (ракового перерождения клеток в ткани).
Общие хронобиологические и энергетические механизмы старения и элиминации (смерти) биосистем проще пояснить на примере потери устойчивости отдельной рибосомой. Эта микроструктура в живой клетке реализует бионанотехнологический процесс сборки из аминокислот полипептидной цепи белка для замены им в ходе работы клетки таких же белков, структура которых становится не экономичной и не оптимальной для выполнения заданной функции. Если человек научится копировать и использовать нанотехнологии синтеза и замены дефектных макромолекул, изобретенные живой природой еще на заре возникновения жизни, то он сможет создавать самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся информационные структуры предельной надежности. Структура самой рибосомы, состоящей у разных клеток и организмов из 3 молекул РНК и 20-30 молекул белка, также претерпевает изменения по мере адаптации к внутриклеточной среде.
Увеличение энергетической экономичности работы рибосомы по мере согласования с ритмами внешней для неё среды сопровождается уменьшением диапазона изменения скорости и периодов ритмов ее функции. Адаптированное экономичное состояние рибосомы к синтезу нового белка уже не требует дополнительной энергии на перестройку её структуры, но при уменьшении энергии Е в цене действия Et для сохранения точности трансляции неизбежно увеличивается средний период t. При изменениях потребности клетки в синтезе нового количества и спектра белков вероятность десинхроноза между ритмами экономичной к прежним условиям рибосомы и внешними ритмами золь-гель переходов увеличивается. Уменьшение резерва саморегуляции повышает вероятность ошибок при синтезе белка, а уменьшение допустимых отклонений увеличивает вероятность потери устойчивости и распада рибосомы. Уменьшение диапазона регуляции темпа биологического времени функции рибосомы означает ее старение и может во избежание ошибок трансляции привести к резонансной активации ферментов, которые её разрушают. Таким образом через временные параметры биоритмов контролируется надежность и правильность работы рибосомы и оптимизируются энергозатраты.
Все энергетические затраты в клетке можно разделить на основной и рабочий обмен. Основным энергетическим обменом считают затраты на поддержание жизни при условном отсутствии внешней функции и внешних воздействий, рабочим - дополнительные внутренние регуляторные и внешние функциональные затраты. Отношение суммарных энергозатрат на регуляцию (Ер) к суммарным функциональным энергозатратам (Еф) при завершении любого переходного процесса в клетке и в других биосистемах при адаптации, любых внешних или внутренних биологических процессах всегда стремиться к минимуму. При этом значения Еф и Ер не могут стать нулевыми, пока биосистема жива. Первая стратегия сохранения устойчивости характеризуется снижением обоих показателей, но Ер в большей степени, чем Еф. Вторая стратегия ведет к увеличению обоих показателей, но Еф в большей степени, чем Ер.
Период ритма элонгации, т.е. присоединения аминокислот при синтезе белка на рибосоме, значительно варьирует, особенно во время переходных процессов сдвига и восстановления энергобаланса, при изменении спектра синтезируемых белков, вызванных изменением состояния клетки при внешних воздействиях. Энергетическая регуляция уровня и скорости (периода ритма) синтеза белка происходит за счет конформационных изменений белковых факторов, ферментов биосинтеза, механохимических изменений рибосом и агрегации их в полисомы. Большие затраты энергии на обеспечение и управление биосинтезом - плата за высокую точность трансляции. Отношение функциональной составляющей обеспечения уровня трансляции Еф к регуляторной Ер избыточной энергии, затрачиваемой во время переходного процесса на структурные перестройки белоксинтезирующего аппарата, определяет целевой критерий оптимизации точности и скорости (периода ритма) биосинтеза. Тепловые флуктуации структуры макромолекул матричных РНК (мРНК), транспортных РНК (тРНК) выполняют роль поисковых случайных переменных на всех этапах трансляции: активации (А) с помощью тРНК и транспорта аминокислот, инициации (И) синтеза, элонгации (Э), состоящей из трех этапов и терминации (Т) синтеза (см. схему).
Минимизация критерия Д=Ер/Еф означает наибольшую экономичность и точность трансляции, которые достигаются путем перестройки структуры и уровня активации аминокислот в соответствии с заданным мРНК уровнем трансляции и максимально допустимой для данных условий её скорости. Активация аминокислот - первоначальный, относительно автономный процесс, обеспечивающийся непосредственно энергией АТФ. Этапы И, Э и Т требуют затрат ГТФ - энергии, используемой только при биосинтезе белка. Величины изменений расхода АТФ и ГТФ (последний синтезируются из АТФ) отражаются на величине сдвига энергетического заряда аденилатов, который в интегрированном виде отражает степень оптимизации всего процесса биосинтеза белка - минимизацию Q. Так энергетически оценивается и определяется скорость и направленность всех этапов трансляции.
Операторы 1,4,7,11 и 16 на схеме отражают входные условия синтеза, определяющие величину Еф: заданный (минимально необходимый) уровень активации аминокислот (1), информацию инициирующего кодона мРНК (4), возможность и скорость элонгации, определяемые фактором Т рибосомы на первом этапе (7) и фактором G на третьем этапе (11) элонгации, а также возможность терминации, т.е. её период и скорость, определяемые фактором R рибосомы (16). Операторы 2,5,8,10,12 и 14 обеспечивают структурно-термодинамическую оценку направленности процесса на каждом этапе. Второй этап элонгации не требует энергии, но обеспечивается активностью пептидилтрансферазы, являющейся частью 50S субъединицы рибосомы (10). Операторы 3,6,9,13 и 15 обеспечивают вычисление энергозатрат на регуляцию на всех этапах синтеза, т.е. величин Ер и, тем самым, - степени приближения к глобальному экстремуму - наибольшей экономичности и точности при максимально возможной скорости всего процесса в целом. Например, оператор 15 реализует учет дополнительных энергозатрат на биосинтез белка с учетом интенсивности и направленности других внутриклеточных процессов, в соответствии с которыми скорость биосинтеза белка сопрягается со скоростью продукции ГТФ путем структурных перестроек рибосомы. Иначе, минимизация изменений энергетического заряда аденилатов происходит уже с учетом этих иных условий с сохранением максимальной экономичности и точности.
Используя данную модель и бионические алгоритмы поисковой оптимизации, С.Н. Гринченко и Б.Е. Шварцман разработали программу дискретной оптимизации раскроя-синтеза змеевиков котельных агрегатов из труб нескольких десятков типоразмеров по критериям точности (минимума отхода металла) и скорости (частоты итераций поиска и обращений к вычислению целевой функции). Для техники такой бионический подход дал экономический эффект, сократив отход металла и увеличив оперативность выбора труб, а в биологии позволил объяснить изменения амплитуды и периода ритма синтеза белка при переходных процессах. Этапу активации аминокислот соответствовал этап выбора труб со склада, этапу инициации - выбор участка чертежа, первому этапу элонгации - синтез очередного виртуального змеевика, второму этапу элонгации - переход к синтезу змеевика по другому чертежу, третьему этапу элонгации - синтез всех виртуальных змеевиков пакета. Терминации соответствовал синтез реальных змеевиков с учетом дополнительных производственных требований.
На примере энергетической оптимизации функции рибосомы видно, что обучение путем согласования ритмов биосистемы с ритмами внешней среды, включая и биоритмы других биосистем, взаимодействующих с данной биосистемой, сопровождается минимизацией энергозатрат, увеличением экономичности. Однако эта, казалось бы благоприятная направленность биологических процессов, неизбежно сопровождается уменьшение диапазона варьирования периодов собственных биоритмов, специализацией с уменьшением гомеостатической мощности и резервов саморегуляции. За это обучение биосистемы платят старением, снижением помехоустойчивости, надежности в отработке неблагоприятных воздействий, большей вероятностью развития фазовых, системных и иерархических десинхронозов.
Уменьшение мезора, вариабельности периода и снижение амплитуды биоритмов - характерные хронодиагностические признаки старения любой биосистемы. «Волчки жизни» менее устойчивы в старости, а «дни мелькают как листки календаря под порывом ветра». Та внешняя информация, включая взаимодействие и с другими биосистемами, которая в молодости с большой производной вызывала индукцию избыточного анаболизма, теперь эмоционально не заметна и даже не компенсирует катаболизм и деструктивные процессы. Эта информация для стариков привычна и не вызывает отклик. Ребенок же активно реагирует на все для него новое. Также далеки клетки и органы его организма до уравновешивания и обучения между собой, особенно в периоды роста и развития. Запрограммирована не смерть, запрограммировано увеличение экономичности при усвоении информации. Обучение полезно, оно сокращает время и затраты на принятие решений. Запретить или остановить обучение означает лишить биосистему жизни. Раковая клетка не обучается и не реагирует на сигналы нормальных клеток, она потенциально бессмертна. Анабиоз, споры, другие способы блокировки входной информации - тоже не жизнь, а ее консервация. Потеря приобретенной в онтогенезе клетки или организма информации - плата за передачу новым поколениям генетической информации.
Это справедливо не только для полового размножения, но и вегетативного. Вирусы имеют только генетическую информацию и вне клетки не являются живыми. Только человек научился передавать новым поколениям онтогенетическую индивидуальную информацию с помощью бумажных, магнитных и других носителей. И в этом смысле проблема бессмертия в масштабе существования человеческого разума решена. Мутации генов - один из способов обучения и адаптации биоценозов и биосферы, но не для внутриклеточных микроструктур, клетки или организма. Может ли храниться генетический код в промежутках между «большими взрывами» - это вопрос о вечности жизни, ее происхождении на Земле и ее распространении во Вселенной.
Время жизни человека измеряется не годами, а биологическими эталонами времени, числом биологических информационных событий. По С.Я. Маршаку: «Мы знаем, время растяжимо, оно зависит от того, какого рода содержимым Вы наполняете его». Информационно богатая и разнообразная жизнь увеличивается и по физическим эталонам времени. Время жизни человека - это «искусство не сокращать его» вредными привычками и следуя здоровому образу жизни. Однако далеко не всё зависит от самого человека. Неблагоприятная наследственность и плохая экология требуют для активного долголетия специальных новых методов ранней диагностики и прогнозирования заболеваний, эффективной их профилактики и лечения.
Старение, как и любой другой биологический процесс, является ритмическим. Организм периодически находит возможность устранять возникающие десинхронозы. Такое «омоложение» В.В. Фролькис назвал витауктом. Но сам по себе организм способен восстановить гармонию биоритмов только по сниженному уровню функции лимитирующего органа или системы за счет адаптации и увеличения экономичности всех других органов и систем. Такое временное улучшение жизнедеятельности лишь уменьшает гомеостатическую мощность и продолжительность жизни. Важно определить, диагностировать лимитирующий орган и восстановить уровень его функции по согласованию с другими органами организма. Необходимо лечение не болезни и не больного органа, а больного, его организма в целом. Это возможно только в режиме биоуправления, биосинхронизации физиотерапевтических воздействий с ритмами центрального кровотока, при котором автоматически перестраиваются и нормализуются ритмы микроциркуляции, энергообеспечения, золь-гель переходов, функции и биосинтеза клеток в зоне патологии и устраняются компенсаторные изменения во всех других органах организма. Лимитирующим звеном, ускоряющим старение, может быть недостаток определенных органоспецифических пептидов. Прием конкретных цитаминов может замедлить старение, однако для эффективной профилактики и замедления старения необходимо ликвидировать лимит не только по структуре (что выполняют цитамины), но и по функциональной активности соответствующего органа, без которой не может быть эффективное их использование. Устранение лимитирования по функции возможно с помощью разработанных нами методов биоуправляемой хронофизиотерапии.
Активное долголетие возможно только при профилактике и устранении десинхронозов на доклинической стадии заболеваний. Из хронобиологической теории устойчивости биосистем следует необходимость ранней диагностика лимитирующего звена в организме конкретного человека. Для этого нужны не оценки отклонения параметров функции конкретных органов или изменения их морфологии, что успешно реализую существующие методы, а возможность прогнозировать эти нарушения по виду, характеру и степени десинхронозов с помощью разработанных нами новых хроно- биологических алгоритмов и методов компьютерного анализа.
Новые возможности для активного долголетия открывает аутотрансплантация стволовых клеток. Однако надежное и безопасное использование этого метода возможно только при согласовании ритмов стволовых клеток с ритмами окружающих клеток ткани в месте пересадки. Для этого может быть использован наш метод биоуправляемой лазерной терапии. Естественный процесс замещения тканевых дефектов органов стволовыми клетками в самом организме реализуется слабо, хотя потенциальные возможности в любом организме для этого велики. Стволовые клетки выходят в кровяное русло по часам, поддержание и профилактика нарушений гармонии биоритмов в организме любого человека для этого чрезвычайно важна.
Среди других условий активного долголетия необходимо отметить: 1) рациональное и полноценное питание с учетом индивидуальных особенностей и специфики места проживания, 2) оптимальную физическую и умственную нагрузку (труд) как способы сохранения второй стратегии устойчивости организма, 3) разнообразие и новизну внешних воздействий, положительные эмоции, доброжелательные отношения в обществе, ощущение нужности и полезности человека как личности, 4) минимизацию неблагоприятных внешних физических и химических экологических загрязнений, оптимальность ионизации и содержания активных форм кислорода в воздухе, 5) высокое качество питьевой воды по физико-химическим и структурным характеристикам с желательным удалением тяжёлой воды (Д2О), 6) периодическое определение уровня клеточного иммунитета разработанным нами методом дифференциальной термометрии и его нормализацию с помощью биоуправляемой лазерной терапии, 7) профилактику и нормализацию сна помощью биоуправляемой светотерапии, 8) компенсацию биоуправляемой лазерной терапией снижения продукции мелатонина в эпифизе, 9) профилактику различных соматических заболеваний, коррекцию проявлений климакса, нарушений гормональных функций и нарушений психоэмоционального состояния с помощью разработанного нами компьютерного устройства для автоматизации различных видов дыхательной гимнастики, профилактики и лечения функциональных нарушений зрения и слуха с одновременной хронодиагностикой и улучшением памяти с помощью биоуправляемого обучения предъявляемой зрительной и слуховой информации, 10) профилактику остеопороза с помощью разработанного нами метода биоуправляемого электрофореза кальция или ксидифона, 11) профилактику хронической венозной недостаточности и тромбофлебита с помощью разработанного нами метода биоуправляемого пневмомассажа, 12) профилактику артериальной гипертензии, атеросклероза, гипоксических нарушений, онкологических заболеваний, метаболического синдрома и других по В.М. Дильмару болезней старения, инфекций (хламидий и других паразитических и патогенных форм микроорганизмов, нанобактерий и вирусов) с помощью биоуправляемой хронофизиотерапии.
УДК 530.1
© П.А.Зныкин, 2008