Введение к работе
Актуальностьпроблемы
Идея о спецификациях времени как исторического, геологического, биологического и социального, различающихся разной скоростью (степенью неоднородности) и длительностью процессов принадлежит В.И. Вернадскому. Он подчеркивал отличие пространства и времени живых организмов от таковых для неживых систем ввиду особенностей онто- и филогенеза, а также экологии.
Среди специфических свойств живого можно отметить также следующие: наличие не только внешнего, но и динамичного внутреннего пространственно-временного континуума; восприятие объектов внешнего и внутреннего пространств организма как информации о них посредством сенсорных систем; многократные преобразования энергии в процессе восприятия сигналов и кодирования информации об изменениях внешнего и внутреннего пространств, эффекторных реакциях; живые организмы и их сообщества представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы (Скворцов, 1989; Пригожий, Стенгерс, 1999; и др.); в основе самоорганизации всех живых систем лежит информационно-энергетический принцип (Чайлахян, 1996); способность к энергозатратным процессам (делению и росту клеток, дифференцировке и метаморфозам, движению, целенаправленному поведению и т.п.) не приводит организм к "тепловой смерти", но сохраняется в течение жизни и может передаваться генетически благодаря антиэнтропийным механизмам (Романов, 2000); живой организм представляет собой, согласно А.А. Ухтомскому, совокупность временных структур разных уровней как хронотоп.
Достижения представителей отечественной физиологии конца XIX - начала XX
веков - И.М. Сеченова, Н.Я. Пэрна, А.Н. Чижевского, А.А. Ухтомского - послужили
основой для развития во второй трети ХХ-го столетия новых областей знания -
хронобиологии и хрономедицины. Работы в этом направлении связаны, главным
образом, с исследованием роли нервной системы в формировании биоритмов
различных физиологических функций, а также их адаптации (подстройки) к активности
внешних (космических в том числе) «задатчиков» ритмов (Aschoff, 1986; Winfree
А.Т., 1990; Моисеева, 1998; Шапошникова, 1998; Арушанян, Бейер, 2000; Романов,
2000; Алпатов, 2000; Halberg е.а., 1988, 2000; и другие). Однако целостные концепции о
роли других регулирующих систем - гормональной и иммунной - в формировании
специфических свойств пространства и времени внутренней среды организма
практически отсутствуют. Требуют уточнения понятия внутреннего пространства и
биологического времени. Огромный объем нггттглпщщий п |щ ніш і iifillill І'іЦуїттпїїпгтпі
РОС НАЦИОНАЛЫ^ БИБЛИОТЕКА
СПстср О»
делает возможным рассмотрение этих вопросов на новом уровне знаний. Особенно продуктивным представляется подобный анализ на примере гормональной системы организма. В аспекте названной проблематики наиболее интересны такие функции гормонов как информационная (Ашмарин, Обухова, 1999; Хавинсон и др., 2000), энергетическая и синхронизирующая (Теппермен, Теппермен, 1989; Арушанян, Бейер, 2000; Анисимов, 2003; и другие). Это, наряду с разнообразием темпоральных паттернов секреции гормонов, определило цель и конкретные задачи настоящей работы.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящего исследования явилось изучение специфики пространства и времени внутренней среды организма и роли гормонов в их структуре.
В перечень конкретных задач вошли:
анализ и характеристика свойств внутреннего пространства организма;
исследование роли пептидных гормонов (окситоцина, вазопрессина, нейротензина, гонадолиберина) в формировании свойств внутреннего пространства организма;
анализ природы и специфических свойств биологического времени;
характеристика временной структуры организма и ее компонентов;
исследование функций гормонов в генезе эндогенного биологического времени и временной структуры организма в норме и в условиях стресса.
Научная новизна полученныхрезультатов
Проанализированы и обобщены свойства пространства внутренней среды организма. Они состоятв направленности, дискретности, непрерывности, асимметрии и наличии динамичной информационно-энергетической структуры. Выдвинута гипотеза о базисном значении асимметрии мозга и симпато-парасимпатической латерализации для энергетического гомеостазиса и оптимизации уровня энтропии организма. Экспериментально показана зависимость дления субъективной минуты от типа асимметрии автономной и центральной нервной системы у человека.
Сформулировано и экспериментально подтверждено на примере эффектов вазопрессина, нейротензина и окситоцина представление о модульно-сетевой организации гормональной системы как факторе информационно-энергетической структуры внутреннего пространства. Введено и обосновано понятие гормонального модуля как функциональной единицы гормональной сети, описаны его свойства. Гормональный модуль обладает свойствами локального осциллятора и усилителя сетевых сигналов, регулятора clock-генов, маркера внутреннего пространства и механизма, кодирующего, информацию и время. К свойствам гормональной сети
отнесены: сканирование концентраций гормонов и их эффектов; формирование и усиление асимметрии информационно-энергетической структуры внутреннего пространства; гомеостатирование соотношения гормонов с про- и антиэнтропийным функциями; генез эндогенного времени в виде направленного времени онтогенеза и его периодов, монофазных и циклических временных процессов, а также адаптацию эндогенного времени к экзогенному.
Обоснована концепция об информационно-энергетической природе биологического времени, Она поясняет взаимосвязь информации, времени, энергии и энтропии во внутренней среде организма, свидетельствует об информационно-энергетической природе биологического времени и позволяет объяснить ряд его свойств.
Среди известных свойств биологического времени - направленности, дискретности (неравномерности), ритмичности, - впервые конкретизированы специфические: двойственность, относительная обратимость и цикличность на примере внутренней среды организма. Проанализирована специфика объективных свойств настоящего, прошлого и будущего времени для живых организмов. Впервые детально охарактеризованы особенности временной структуры организма и роль таймеров гормональной и нервной систем в ее формировании.
Впервые проанализированы и экспериментально исследованы факторы эндогенной и экзогенной природы, определяющие неравномерность субъективного времени человека. Выявлена большая скорость эндогенного времени и меньший уровень энтропии по сравнению с экзогенным временем. Доказывается, что это обусловлено большим числом сенсорньж и эффекгорньж стереотипии (в том числе гормональных), свойственных эндогенным информации и времени внутренней среды организма по сравнению с таковыми окружающей среды.
Выдвинута информационно-энергетическая концепция стресса, основанная на представлении о фазной сопряженной динамике секреции комплексов гормонов с про-и антиэнтропийными функциями, доминирования латерализованных влияний парасимпатического или симпатического отделов нервной системы, а также соотношения эндо- и экзогенного времени во временной структуре организма на разных стадиях стресс-реакции.
Научно-практическаязначимостъработы
Полученные результаты и сформулированные научные концепции существенно дополняют современные представления о роли гормонов в организации пространственной и временной структуры внутренней среды организма. Введение
понятия о гормональном модуле как простейшем компоненте гормональной системы и описание его свойств позволяют определить направление научного поиска его компонентов в локальных структурах организма, а также использовать это представление для разработок методов комплексного лечения эндокринных патологий в клинике. Акцентирование внимания на про- или антиэнтропийной направленности воздействий тех или иных гормональных модулей может послужить обоснованием для индивидуально адаптированных стратегий коррекции случаев гормонального дисбаланса в клинике.
Предлагаемая концепция симпато-парасимпатической асимметрии как базисного фактора тендерных и индивидуальных особенностей функциональной межполушарной асимметрии и энергетического гомеостазиса головного мозга и организма у позвоночных животных может быть использована для трактовки экспериментальных данных по соответствующей проблематике или в клинике и педагогической практике.
Сформулированная в работе концепция информационно-энергетической природы биологического времени позволяет обосновать взаимосвязь информации, времени и энтропии живого организма. Она существенно развивает представление о природе биологического времени и может служить вектором в дальнейших исследованиях его специфических свойств, а также временной структуры организма. Выведенные следствия могут быть использованы в теории и практике хронобиологии и хрономедицины.
Предложенная информационно-энергетическая концепция стресса, основанная на взаимосвязи асимметрии функций нейроэндокринной системы с энергетическим гомеостазисом и временной структурой организма, имеет значение для понимания унифицированных базисных принципов стресс-ответа, а также возникновения и динамики развития стресс-болезней. Ее положения могут быть использованы также в медицине катастроф.
Результаты работы включены в курсы лекций по частной эндокринологии, эндокринологии стресса и патофизиологии эндокринной системы для магистров на кафедре общей физиологии СПбГУ.
Основныеположения, выносимые на защиту:
- гормональная система организована по модульно-сетевому принципу; свойства гормонального модуля и гормональной сети определяют специфику информационно-энергетической структуры внутренней среды организма; пептидные гормоны усиливают асимметрию внутреннего пространства, направленную на снижение роста энтропии и поддержание энергетического гомеостазиса;
биологическое время организма имеет информационно-энергетическую природу, основанную на взаимосвязи времени, информации, энергии и энтропии;
временная структура организма включает три компонента: генераторы эндогенного времени, временные процессы, а также механизмы сличения экзо- и эндогенного времени;
- неравномерность субъективного времени при стрессе обусловлена динамикой соотношений активности парасимпатической и симпатической систем, экзо- и эндогенных информации и времени, анти- и проэнтропийньж комплексов гормонов.
Апробацияработы
Результаты исследований были представлены на Всесоюзных симпозиумах по физиологии лактации (Ленинград, 1972, 1975; Баку, 1972), V Всесоюзной конференции по физиологии вегетативной нервной системы, посвященной 100-летию акад. ЛА. Орбели (Ереван, 1982), 12-й Всесоюзной конференции по физиологии и патологии кортико-висцеральных. взаимоотношений, посвященной 100-летию К.М. Быкова (Ленинград, 1986), XV съезде Всесоюзного физиологического общества им. И.П. Павлова (Кишинев, 1987), П-й республиканской конференции «Перспективы клинического применения препаратов пептидной природы (Москва, 1987), Всесоюзной конференции «Проблемы нейрогуморальной регуляции деятельности висцеральных систем», посвященной 80-летию акад. В.Н. Черниговского (Ленинград, 1987), Всесоюзной конференции «Психофизиология человека в условиях перестройки» (Уфа, 1988), Всесоюзной конференции с международным участием, посвященной 100-летию, основания кафедры нормальной физиологии Томского ГУ (Томск, 1989), IX Всесоюзной конференции «Проблемы нейрокибернетики» (Ростов-на Дону, 1989), 4-м Всесоюзном симпозиуме «Стресс, адаптация, дисфункция» (Кишинев, 1991), Школе Головного совета по физиологии (Одесса, 1991), 2-м Симпозиуме стран СНГ«Организм и среда» (Бухара, 1992), Научной конференции, посвященной 150-летию кафедры физиологии человека, и животных КГУ им. Шевченко. (Киев, 1992), Российские симпозиумы с международным участием «Нейроэндокринология- 1993, -1995, -2000, -2003» (СПб), 1-ом Международном симпозиуме «Структура и функции вегетативной нервной системы» (Воронеж, 1995), XVII European Congress of Comperative endocrinology (Barcelona, 1995), Forth IBRO Congress ofNeurosciences (Kyoto, 1995), 2-й конференции Российской ассоциации по изучению боли (СПб, 1995), Международном симпозиуме «Проблемы интерорецепции» (СПб., 1997), Межвузовской конференции "Биология человека" (СПб, 1996), Всероссийской конференции "Механизмы адаптации организма" (Томск,. 1996), Всероссийской
конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем» (СПб, 1999), ХХХ-м совещания по проблемам высшей нервной деятельности, посвященного юбилею И.П. Павлова (СПб, 2000), Всероссийской конференции по проблемам висцеральных систем памяти А.М. Уголева (СПб, 2001), Всероссийской конференции, посвященной 125-летию А.А. Ухтомского «Учение Ухтомского и современная наука» (СПб, 2001), Всероссийской конференции по проблемам эндокринологии (Пермь, 2002), Всероссийском симпозиуме с международным участием «Механизмы функционирования висцеральных систем, посвященном Ф.В.Овсянникову» (СПб, 2003), Всероссийской конференции с международным участием "Функциональная межполушарная асимметрия головного мозга"(Москва, 2003), VIII Int. Biophisical Congress "Stress and behavior" (St.-Peteisbuig, June, 2004), II Int Symp. "Behavior and Morphological Assymmetry". St.-Petersburg, September, 2004.
Публикации.
Основное содержание работы отражено в 48 работах, опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях, а также в трех книгах: «Висцеральные рефлексы» (в соавторстве с Ноздрачевым АД., 1989), Гормоны животных (1995), Функциональная межполушарная асимметрия и психология человека (в соавторстве с Ребровой Н.П., 2004).
Структура и объем работы. Диссертация включает главы: введение, методические приемы и материалы, анализ специфики биологического пространства организма, анализ и характеристика биологического времени, временная структура организма, заключение, выводы, список цитируемой литературы. Работа изложена на 329 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц и 33 рисунка. Список цитированной литературы включает 645 источник.