Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации. Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением качеств, отличающих её от нежизни. Вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку. Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов.

Жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и самовоспроизведение специфической структуры

Жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в отношении многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений. Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем структурной и функциональной упорядоченности в пространстве и во времени.

Живые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией, являясь, таким образом, открытыми системами. При этом, в отличие от неживых систем, в них не происходит выравнивания энергетических разностей и перестройки структур в сторону более вероятных форм, а непрерывно происходит работа «против равновесия». На этом основаны ошибочные утверждения, что живые системы якобы не подчиняются второму закону термодинамики. Однако снижение энтропии в живых системах возможно только за счёт повышения энтропии в окружающей среде (негэнтропия), так что в целом процесс повышения энтропии продолжается, что вполне согласуется с требованиями второго закона термодинамики.

Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспро- изведение, специфичность организации, упорядоченность структуры, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

Гомеоста́з (др.-греч. ὁμοιοστάσις от ὁμοιος — одинаковый, подобный и στάσις — стояние, неподвижность) — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды. Гомеостаз популяции — способность популяции поддерживать определённую численность своих особей длительное время.Американский физиолог Уолтер Кеннон (Walter B. Cannon) в 1932 году в своей книге «The Wisdom of the Body» («Мудрость тела») предложил этот термин как название для «координированных физиологических процессов, которые поддерживают большинство устойчивых состояний организма». В дальнейшем этот термин распространился на способность динамически сохранять постоянство своего внутреннего состояния любой открытой системы. Однако представление о постоянстве внутренней среды было сформулировано ещё в 1878 году французским учёным Клодом Бернаром.

Свойства гомеостаза

Гомеостатические системы обладают следующими свойствами:

• Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.

• Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.

• Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

Регуляция количества микронутриентов и воды в теле — осморегуляция. Осуществляется в почках.

Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокринными органами — почками, лёгкими, потовыми железами и желудочно-кишечным трактом.

Регуляция температуры тела. Понижение температуры через потоотделение, разнообразные терморегулирующие реакции.

Регуляция уровня глюкозы в крови. В основном осуществляется печенью, инсулином и глюкагоном, выделяемыми поджелудочной железой.

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.

Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

Внутренняя среда организма включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу, межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость. Сохранение стабильности этих жидкостей жизненно важно для организмов, тогда как её отсутствие приводит к повреждению генетического материала.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что она позволяет организму функционировать более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие. Разные факторы влияют на способность жидкостей организма поддерживать жизнь. В их числе такие параметры, как температура, солёность, кислотность и концентрация питательных веществ — глюкозы, различных ионов, кислорода, и отходов — углекислого газа и мочи. Так как эти параметры влияют на химические реакции, которые сохраняют организм живым, существуют встроенные физиологические механизмы для поддержания их на необходимом уровне.

Гомеостаз нельзя считать причиной процессов этих бессознательных адаптаций. Его следует воспринимать как общую характеристику многих нормальных процессов, действующих совместно, а не как их первопричину. Более того, существует множество биологических явлений, которые не подходят под эту модель — например, анаболизм.

Норма

I Но́рма

в биологии и медицине. Исторически сложилось традиционное понятие нормы как стандарта, типичного варианта, идеального образца. В связи с распространением идей кибернетики живой организм стали рассматривать в качестве саморегулирующейся биологической системы; это привело к новому пониманию Н. в медицине как оптимума функционирования и развития организма.

Первое философское определение Н. принадлежит древнегреческим мыслителям. Их представления о Н. основывались на категории меры как обобщенного выражения красоты, гармонии, устойчивости, полезности, равновесия стихий. В средневековой медицине господствовало религиозное толкование Н., исходящее из понятия о недостижимой гармонии божественного совершенства человека. Интерес к строению человеческого тела привел в эпоху Возрождения к развитию анатомии, а позже и физиологии. Это способствовало формированию представления о Н. как особом типе морфофизиологической организации человека. При этом патологическим считали такой признак, который не встречается у большинства особей данного вида.

В соответствии с таким типологическим пониманием Н. как некоторого образца в медицине ее стали отождествлять с типичным, стандартным, обычным или среднестатистическим. В конце 19 в. немецкий патолог Конгейм (J.F. Cohnheim) предложил определять Н. как то, что «свойственно большинству особей». Типологическое представление о Н. получило дальнейшее развитие в связи с использованием в медицинской науке средств вариационной статистики. При определенных условиях, особенно при изучении массовых явлений, отождествление Н. с типичным, среднестатистическим вариантом имеет реальный смысл. Однако еще А.А. Богомолец в 30-е годы 20 в. отмечал, что если канонизировать и абсолютизировать среднестатистический аспект Н., то пришлось бы признать, что для индусов является нормальным умирать от холеры и чумы неизмеримо чаще, по сравнению с англичанами, живущими в тех же местностях.

Необходимо учитывать, что нормальное развитие зависит от индивидуальных, половых, возрастных и конституционных особенностей. При этом патологическое для одного организма может быть нормой для другого.

Объективные трудности в познании диалектики нормы и патологии заставили ряд медиков считать Н. субъективным феноменом. Такой вывод был следствием попытки найти компромисс между традиционным понятием Н. как среднего типа и развивающимися представлениями о вариабельности строения и функций организма. Исходное понимание Н. как средней величины в столкновении с противоречивой природой изменчивости живого приводит к релятивистским выводам о растворении ее в аномалиях, к отрицанию существования объективной нормы вообще.

Абсолютизация среднестатистических норм может привести к теоретическим ошибкам, к шаблону в клиническом мышлении. Вот почему среднестатистический подход может быть дополнен представлением о Н. как интервале, в пределах которого количественные колебания психофизиологических процессов способны удерживать живую систему на уровне функционального оптимума, т.е. нормой можно считать оптимальную зону, в пределах которой организм не переходит на патологический уровень саморегуляции.

Следует различать Н. и нормативы, которые устанавливаются на основе договоренности, т.е. носят достаточно условный характер. Основой теоретического решения проблемы Н. служит диалектическая методология, рассматривающая не изолированного человека, а систему «природа — человек — общество». С этих позиций патологическое развитие человека оценивают как нарушение не только коадаптации, т.е. согласованности процессов на уровне организма, но и межуровневых взаимосвязей более широкого алана (популяций, биоценозов, биосферы в целом). Можно говорить не только о Н. на уровне организма, но и о популяционной, биоценотической, биосферной Н. Особое значение приобретают экологическая Н. и экологические нормативы. В этом подходе к решению проблемы Н. проявляется важная тенденция современной науки к синтезу знаний о человеке и среде его обитания.

Особое значение в детерминации нормального развития человека имеет совокупность социальных факторов. Ошибочно приписывать универсальный характер чисто биологическим дефинициям Н. Психические отклонения от Н., например, нередко имеют выраженную социальную детерминацию, социальные проявления и последствия.

Нормальный человек — это не только биологически здоровое существо. Не все то, что нормально биологически, является одновременно и социально нормальным. Биологическая адаптированность человека необходима и нормальна лишь в тех пределах, в каких она обеспечивает его оптимальную деятельность в качестве члена общества. Человек не рождается готовым членом общества, он становится таковым в процессе обучения и воспитания. Именно процесс превращения биологического индивида в индивидуальность и называется социализацией. Индивид, усвоивший социальные нормы и ставший личностью, и есть нормальный член человеческого сообщества.

Нормальное развитие человека определяется отношениями в процессе производства, в семье, в быту; характером работы, отдыха, питания, жилищными условиями, ритмом жизни, убеждениями, приводящими подчас к подчинению биологической жизнедеятельности целям социального развития; привычками и обычаями, результаты влияния которых нередко почти неуловимы. Нормальное развитие человека может быть достигнуто прежде всего при наличии нормальных жизни.

Здоро́вье — состояние любого живого организма, при котором он в целом и все его органы способны полностью выполнять свои функции; отсутствие недуга, болезни (подробное рассмотрение определений здоровья приведено ниже). К наукам, изучающим здоровье, относятся: диетология, фармакология, биология, эпидемиология, психология (психология здоровья, психология развития, экспериментальная и клиническая психология, социальная психология), психофизиология, психиатрия, педиатрия, медицинская социология и медицинская антропология, психогигиена, дефектология и другие.

По уставу ВОЗ, «здоровье — это не отсутствие болезни как таковой или физических недостатков, а состояние полного физического, душевного и социального благополучия». Однако это определение не может быть использовано для оценки здоровья на популяционном и индивидуальном уровне. По мнению ВОЗ, в медико-санитарной статистике под здоровьем на индивидуальном уровне понимается отсутствие выявленных расстройств и заболеваний, а на популяционном — процесс снижения уровня смертности, заболеваемости и инвалидности.

П. И. Калью в работе «Сущностная характеристика понятия „здоровье“ и некоторые вопросы перестройки здравоохранения: обзорная информация» рассмотрел 79 определений здоровья, сформулированных в разных странах мира, в различное время и представителями различных научных дисциплин. Среди определений встречаются следующие:

1. Здоровье — нормальная функция организма на всех уровнях его организации, нормальный ход биологических процессов, способствующих индивидуальному выживанию и воспроизводству

2. Динамическое равновесие организма и его функций с окружающей средой

3. Участие в социальной деятельности и общественно полезном труде, способность к полноценному выполнению основных социальных функций

4. Отсутствие болезни, болезненных состояний и изменений

5. Способность организма приспосабливаться к постоянно изменяющимся условиям внешней среды

Согласно Калью, все возможные характеристики здоровья могут быть сведены к следующим концепциям:

• Медицинская модель — для определений, содержащих медицинские признаки и характеристики; здоровье как отсутствие болезней и их симптомов

• Биомедицинская модель — отсутствие субъективных ощущений нездоровья и органических нарушений

• Биосоциальная модель — включаются рассматриваемые в единстве медицинские и социальные признаки, при этом приоритет отдаётся социальным признакам

• Ценностно-социальная модель — здоровье как ценность человека; именно к этой модели относится определение ВОЗ.

• ) Виды гомеостаза:

• 1) Молекулярно-генетический: Молекулярно-генетический уровень гомеостаза обеспечивается процессами редупликации ДНК, репарации на уровне клетки - компенсаторное восстановление ряда органоидов при повышении функции.

• 2)Клеточный: Клеточный гомеостаз

• Обеспечение химической деятельности клетки живого организма создается при помощи множества процессов, из них имеет наибольшее значение имеет изменение активности и структуры ферментов, а также самой цитоплазмы. Клеточный гомеостаз зависит от уровня кислотности, присутствия микро – и макроэлементов, температуры и т.д. Таким образом, он представляет собой саморегуляцию на уровне клетки. КЛЕТОЧНЫЙ ГОМЕОСТАЗ КАК ФАКТОР ТКАНЕВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ Местные защитно-приспособительные реакции органов и тканей организма, обеспечивающие постоянство их функций, сформировались в процессе эволюции на стадии развития простейших многоклеточных организмов. Эти реакции включают в себя слаженную работу трех механизмов регуляции клеточно-тканевых систем: клеточной адаптации, перемещающейся активности клеток, а также защиты их от повреждающего внедрения чужеродных тел (механизм фагоцитоза). В пределах ткани специализированная клетка утрачивает часть своих общих функций и приобретает способность более эффективно противостоять воздействию экстремальных факторов внешней среды (в частности, изменению функциональной нагрузки на ее элементы). Это выражается в более быстрой регенерации разрушенных структур за счет гипертрофии либо гиперплазии отдельных элементов ткани путем включения механизма клеточной адаптации. Механизм перемежающейся активности клеток увеличивает компенсаторные возможности ткани к изменению нагрузок, позволяет регулировать уровень функциональной нагрузки на одну клетку, не допускать длительного превышения ее адаптационной нормы, а также облегчает реадаптацию клетки при восстановлении адаптационной нормы нагрузки. При избыточных нагрузках на ткань, длительно превышающих эволюционную норму адаптации ее клеток, в ткани развивается дополнительный компенсационный процесс, сопровождающийся увеличением количества клеточных структур (гиперплазия ткани). Включение этого вспомогательного механизма компенсации свидетельствует о возникновении адаптации в самой ткани (органе), которая становится способной поддерживать адекватность своей функции за счет снижения компенсирующей функции отдельных клеток (торможение развития стадии клеточной дизадаптации). Специализация клеток в многоклеточных организмах привела также к появлению еще одного защитно-приспособительного механизма тканей — фагоцитоза, который обеспечивается наличием мигрирующих клеток (фагоцитов) и межклеточной жидкости, сигнализирующей хемотаксическими веществами о внедрении патогенного фактора, который подлежит изоляции и уничтожению. Включение всех указанных механизмов составляет инструмент формирования тканевого гомеостаза, с помощью которого изменения, возникшие в отдельных тканевых структурах (клетках) при действии какого-либо экстремального раздражителя, приводятся в соответствие с изменившимися условиями среды, для того чтобы ткань, как единая система, могла продолжать адекватно функционировать в условиях целостного организма [Воложин, Субботин, 1987). На уровне организма гомеостатическое состояние тканей, их устойчивость достигается не только за счет слаженной работы этих местных механизмов. В организме развивается дополнительная цепь регулирующих сигналов (стресс-реакция, по Г. Селье), которая не просто мобилизует энергетические и структурные ресурсы организма, но обеспечивает направленную передачу их из неактивных тканевых систем в активную (доминирующую) для ускоренного формирования в ней структурно-функционального гомеостаза. Последнее становится возможным при участии высших систем регуляции организма: нейрогуморальной и иммунной. По Э. С. Бауэру, формирование структурно-функционального гомеостаза представляет собой не что иное, как способ сохранения «неустойчивого равновесия» клеточной системы в новых условиях. Поскольку из всех видов молекул живого вещества именно белковые молекулы (протеиды) находятся в неравновесном состоянии и способны поддерживать его своими ненасыщенными валентностями и деформациями структуры, можно считать, что в основе тканевой устойчивости лежит прежде всего адаптация (конформационная перестройка) клеточных макромолекул (некробиоз — по Р. Вирхову, паранекроз или обратимая альтерация —по Д. Н. Насонову и В. Я. Александрову). Стратегия этой адаптации универсальна для разных тканей и направлена на изменение функции макромолекул (изменение скорости метаболизма) и (или) на увеличение их количества (синтез так называемых «стрессовых белков» [Браун, Моженок, 1987), формирование системного структурного следа [Меерсон, 1984, 1986]). За счет указанной перестройки работы клеточных макромолекул достигается гомеостатическое состояние тканевых систем как при повреждении, так и при изменении (снижении или превышении) эволюционно установившейся нормы функции на единицу структуры.

• 3)Биохимический:

• 4)Физиологический

• 5)Системный

• 6)Эволюционный:

• 7)Биосферный

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ КЛЕТКИ: ГОМЕОСТАЗ И БИОРИТМЫ Гомеостаз клетки, как и биосистем других уровней, характеризуется колебательными изменениями структурно-химических параметров в определенном диапазоне. Колебательный способ поддержания средних уровней и темпов регуляции внутриклеточных параметров в противоположность жесткому сохранению их постоянных значений объясняется двумя причинами. Первая — инерционность обратных связей в контурах саморегуляции параметров. Вторая причина — энергетическая параметрическая зависимость и взаимосвязь внутриклеточных процессов, результатом чего является, во-первых, чередование приоритетов разных по скорости и энергоемкости процессов, например функциональных и биосинтетических, а во-вторых, неравномерность самих потоков энергии в клетке [Загускин, 1980]. Колебательная форма гомеостаза оказывается энергетически более экономичной. Для этого требуется одно условие — временное согласование активных регуляторных процессов с фазами ритмов возрастания энергопродукции, т. е. определенная временная организация гомеостатических механизмов. Можно утверждать, что колебательный режим является необходимым и универсальным проявлением гомеостаза. Тот факт, что амплитуда колебаний некоторых параметров может резко возрастать в условиях энергетического дефицита, не противоречит такому представлению. Более того, колебательный редким создает наиболее благоприятные условия не только для сохранения, но и для быстрого и энергетически легкого приспособления и корректировки гомеостатируемых параметров к изменяющимся внешним условиям. Хронобиологический подход в изучении гомеостаза открывает новые возможности для определения гомеостатической мощности клетки как диапазона допустимых без потери устойчивости десинхронозов и отклонений внутриклеточных параметров, дает новый принцип диагностики ее гомеостатических систем и управления гомеостатическими процессами в клетке путем оценки и устранения десинхронозов. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ КЛЕТКИ Термин «гомеостаз» предложен У. Кенноном для организма, по не для клетки, поэтому Л. Гейльбрун [1957], доказывая способность уже клетки поддерживать свое постоянство, использовал термин «биостаз», сводя его сущность к тому, что сама природа ответной реакции (или ряда реакций) тормозит избыточную реакцию. Для понимания природы такого поведения клетки важен биоэнергетический принцип регуляции метаболизма, согласно которому уменьшение энергетического заряда аденилатов стимулирует катоболические реакции, ведущие к повышению энергообразования, а его увеличение активирует анаболизм и энергозатраты. В клетке таким образом автоматически поддерживается определенное соотношение АТФ, АДФ и АМФ, а оптимуму любой реакции нагрузки соответствует стационарное состояние адениловой системы [Atkinson, 1977]. Энергетический механизм гомеостаза клетки включает различные метаболические приспособления к разным по силе, скорости и длительности функциональным нагрузкам: включение метаболических шунтов и альтернативных путей обмена, смена субстратов и изменение соотношения дыхания и гликолиза. Цитологическим выражением энергетического механизма гомеостаза в клетке являются обнаруженные нами процессы агрегации и дезагрегации митохондрий. В них четко прослеживается двойственный характер регуляции энергетики: усиления и ограничения. Дезагрегация митохондрий, увеличивая их суммарную свободную поверхность и транспорт в них субстратов, способствует активизации окислительного метаболизма. Это было видно по увеличению активности цитохромоксидазы, потребления кислорода и но ультраструктуре митохондрий. Агрегация митохондрий. наоборот, тормозила их окислительный метаболизм. Разные по скорости и мощности гомеостатические механизмы включаются, а точнее, проявляются последовательно в соответствии с интенсивностью и длительностью возмущающего воздействия. Это хорошо видно, например, в последовательности фаз изменения частоты импульсной активности нейрона под действием 1 мМ 2,4-ДНФ. Временную иерархию энергетических механизмов гомеостаза клетки можно продемонстрировать на примере регуляции дыхания (потребления кислорода). Уровень напряжения кислорода в месте локализации каждой из митохондрий регулируется его градиентом и темпом пассивной диффузии. Способы регуляции градиента напряжения кислорода между наружной средой и митохондриями разнообразны. Они соответствуют эволюционно закрепленной временной иерархии регуляторных процессов. Нами исследованы изменения энергетических характеристик клетки, связанных с сезонными, околосуточными, околочасовыми ритмами и длительностью переходных процессов при разных адекватных и фармакологических воздействиях. Использованы методы цитохимии, интерферометрии, электронной микроскопии, прижизненной окраски митохондрий и микрокинодепситографии. МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОГО ГОМЕОСТАЗА По результатам этих исследований можно выделить несколько способов гомеостатирования уровня кислорода в клетке через параметрическое регулирование темпа его диффузии. 1. Изменение степени синхронизации дыхательной активности митохондрий по их ультраструктуре и цитохромоксидазной активности, изменение ритмики агрегации митохоидрий и колебаний напряжения кислорода над поверхностью клетки. В тканях такой способ временного согласования темпа дыхания с ритмикой кровотока может иметь ведущее значение (Кисляков и др., 1976]. 2. Изменение среднего уровня цитохромоксидазной активности в теле нейрона в целом. 3. Перераспределение уровней активности цитохромоксидазы между зонами в теле нейрона. Повышение активности в зоне между ядром и аксоиным холмиком при снижении в зоне между ядром и дендритами коррелировано с увеличением амплитуды колебаний напряжения кислорода в аксонной зоне. 4. Изменение градиента цитохромоксидазной активности от периферии клетки к ядру без перемещения самих митохондрий. 5. Перемещение митохондрий к плазматической мембране. 6. Изменение размеров тела нейрона и аксонного холмика. Дополнительное поступление кислорода в тело нейрона возможно при его гидратации. Последующий переход «отфильтрованной» от кислорода воды в аксонный холмик, где практически нет митохондрий, обеспечивается внутриклеточным транспортом калия (но данным рентгеноспектрального микроанализа). Такая периодическая перекачка может быть энергетически активной, о чем можно судить но образованию своеобразного барьера мнтохондрий с повышенной активностью цитохромоксидазы на границе с аксонным холмиком. 7. Изменение среднего уровня агрегации митохондрий. 8. Изменение количества митохондрий. 9. Ультраструктурная, морфологическая и биохимическая специализация митохондрий, обеспечивающих соответственно быстрые примембранные процессы и относительно медленные околоядерные пластические. Такая же система разных по скорости и продолжительности адаптаций характерна и для структурных основ гомеостаза клетки, связанных с ее пластическим обменом и внутриклеточной регенерацией [Федоров, 1977; Саркисов, 1987]. Этот гомеостаз клетки при усилении функциональной нагрузки осуществляется в следующей последовательности: рост числа активно функционирующих элементов в клетке; увеличение частоты периодического включения резервных элементов; увеличение уровня функционирования основных элементов с короткой репарацией; то же для элементов с длительной репарацией и увеличение скорости их обновления: участие дублирующих структур лабильного резерва в преимущественном выполнении данной гомеостатируемой функции; включение элементов жесткого резерва с появлением структурных признаков основных элементов; ускорение дифференцирования эмбриональных структур со специализацией в направлении основных элементов; включение элементов гибкого резерва, выполняющих в норме другие функции (физиологическая субституция); структурная субституция. Важной особенностью структурного гомеостаза клетки является не просто поддержание концентрации макромолекул, числа микроструктур и органоидов, но и их селективное обновление в соответствии с изменяющимися потребностями в новых условиях функционирования клетки. «Неработающие» белки-ферменты легче денатурируются и в результате быстрее подвергаются аутолизу. Гомеостатический аппарат двойственной природы — ресиптоза и деструкции — обеспечивает избирательный биосинтез и избирательную по локализации в клетке активацию пептидаз и лизосом. Согласованно, хотя и со смещением по фазе, происходят колебания в клетке синтеза и распада белка, что проявляется в околочасовых ритмах содержания и концентрации белка, РНП, сухой массы. При функциональной нагрузке, вследствие которой клетка переходит на новый режим с более высоким содержанием в ней белка, происходит изменение темпа биосинтеза. В ритмах содержания белка это выражается в уменьшении периода колебаний во время переходного процесса. Энергетический, пластический и функциональный (ионный) гомеостаз оказываются тесно связанными в клетке как целостной интегральной системе. В фазе снижения энергетического метаболизма при его гомеостатических колебаниях происходят деструкция микроструктур и белков, снижение биосинтеза, в фазе возрастания преобладают биосинтетические восстановительные процессы. Аналогично в фазе снижения энергетики функциональный гомеостаз проявляется в пассивной адаптации клетки, которой соответствует высвобождение кальция из внутриклеточных депо и увеличение его концентрации в цитозоле. В результате увеличивается выход из клетки калия и повышается порог чувствительности клетки к внешнему воздействию. Наоборот, фаза роста энергопродукции благоприятствует развитию активной адаптации клетки к внешнему воздействию. Энергозависимая адаптация клетки выражается в активной перестройке ее микроструктуры: уменьшении агрегации ретикулюма и топохимическом перераспределении кальция. Закрепление нового устойчивого режима гомеостаза проявляется, по-видимому, во встраивании в мембрану клетки новых рецепторных белков, адекватных привычному функциональному воздействию. Таким образом, функциональный, пластический и энергетический гомеостаз клетки взаимосогласованы с общеклеточными механизмами интеграции. Отсюда возникает вопрос о природе сопряжения и координации отдельных гомеостатических процессов клетки в целостной ее реакции на внешние воздействия. Дж. Баркрофт [1937] отмечал, что приспособление к работе является интеграцией большого числа факторов, ни один из которых в отдельности не может настолько измениться, чтобы стать вполне эффективным. Данный принцип полностью приложим и к интегральному механизму гомеостаза клетки. Нами предложена гипотеза кальцийэнергетического сопряжения и координации всех внутриклеточных процессов [Загускин, 1981]. В клетке выделяются кальциевые колебательные контуры, соответствующие каждому виду внутриклеточного процесса и связанных с ним микроструктур. Общим их фактором является кальций цитозоля. Каждый вид микроструктур — плазматическая мембрана, разные виды ретикулюма, ядро, митохондрии, цитоскелет — имеет свои параметры объема депонируемого кальция, кинетики его высвобождения, кинетики и энергоемкости его связывания. В разных типах клеток они имеют эволюционно закрепленные особенности. Важно, что любой внутриклеточный процесс — ионный транспорт, биосинтез белка, секреция, активность генома и т. д.— тесно связан с. энергозависимой аккумуляцией кальция в соответствующих структурах и, следовательно, кооперативно взаимодействует со всеми другими процессами в клетке через общий фактор — концентрацию кальция в цитозоле — и распределение потоков энергии между всеми энергопотребляющими внутриклеточными процессами в соответствии с их энергоемкостью и скоростью. Важнейшее следствие такой пространственно-временной организации внутриклеточных процессов — их координация в направлении минимизации энергетического дисбаланса в клетке в целом. Любой десинхроноз, т. е. временное рассогласование внутриклеточных процессов, оказывается термодинамически менее вероятным и энергетически невыгодным. Сама организация клетки обеспечивает ее гомеостаз. Конкретным координирующим механизмом выступает при этом общеклеточный колебательный контур: кальций цитозоля — кальцийсвязывающие белки — система циклических нуклеотидов. Предложенная гипотеза позволяет дать естественное объяснение целенаправленности гомеостатических реакций. Целенаправленность же морфологических изменений также можно понять, если рассматривать любое внешнее воздействие как суперпозицию различных по периодам ритмических составляющих. Для каждого из них, представляющих волну входящего или десорбируемого с мембраны потока кальция, для гомеостатического сохранения постоянной концентрации кальция в цитозоле должна существовать противофазная волна связывания и освобождения кальция из внутриклеточных структур с теми же периодами. Поскольку ритмы освобождения и связывания кальция неодинаковы у разных микроструктур и зависят от их организации, то каждой временной структуре привычного внешнего воздействия должна соответствовать определенная морфология микроструктур клетки, оптимально обеспечивающая ее гомеостаз. Приобретение живой клеткой свойства усваивать ритмы внешних воздействий через параметры своей микроструктуры и гомеостатирование концентрации кальция в цитозоле должно быть особенно заметно у эукариоцитов, обладающих наибольшим разнообразием микроструктур и их кальциевых ритмов. Гомеостатическая функция клетки приобретает способность к перенастройке и опережающему отражению внешних воздействий через функцию при обучении оптимальной микроструктуры. Если же клетка по каким-либо причинам не может перестроить свою микроструктуру так, чтобы демпфировать и компенсировать противофазными ритмами колебания концентрации кальция в цитозоле, вызываемые внешним воздействием, то ее морфология становится энергетически неустойчивой. Возникающий десинхроноз неизбежно ведет к другим компенсирующим десинхронозам, что ускоряет старение клетки и переход от острой ее патологии к хронической. Отражением таких событий должно быть увеличение среднего уровня концентрации кальция в цитозоле. В свою очередь, это ведет к выходу из клетки калия и увеличению в ней концентрации хлора [Motais et а1., 1981]. Действительно, при различных видах патологии растений в их клетках обнаружено накопление хлора [Тер-Сааков, Куринный, 1983]. ДЕСИНХРОНОЗЫ КЛЕТОЧНЫХ БИОРИТМОВ Из кальцийэнергетической гипотезы следует, что любые нарушения гомеостаза клетки должны сопровождаться десинхронозами — рассогласованием ее бноритмов. Возможны 12 видов десинхронозов клетки, каждый из которых отражает определенную форму снижения устойчивости и нарушения гомеостаза. Фазовые десинхронозы биоритмов одного и того же периода могут проявляться между функциональными (1), энергетическими (2) и структурными (3) процессами, между функциональными и обеспечивающими их энергетическими (4), между функциональными и структурными (5), между структурными и энергетическими (6) ритмическими процессами. Примером фазового десинхроноза в клетке может служить ослабление ее ответа в рефракторную фазу вызванных колебаний возбудимости. Системные десинхронозы в клетке выражаются в нарушении оптимальных соотношений периодов биоритмов между одноуровневыми функциональными (7), энергетическими (8) и структурными (9) процессами. Например, нарушение соотношений между периодами ритмов транскрипции и трансляции ведет к отклонению от оптимального уровня концентрации в клетке РНК. Иерархические десинхронозы отражают нарушение оптимальных и характерных для гармонии соотношений периодов биоритмов функциональных (10), энергетических (11) и структурных (12) процессов разных иерархических уровней клетки. Так, изменение функциональных параметров ритмов плазматической мембраны клетки относительно интегральных для клетки ведет к нарушению ее ионного гомеостаза. Обратимые функциональные десинхронозы но приводят к потере устойчивости и гомеостаза клетки в целом. Они устраняются в силу лабильности самих биоритмов в системе гомеостаза клетки. Однако, если отклонения уровней внутриклеточных характеристик или темпов их регуляции превышают по длительности время соответствующих структурных восстановительных процессов, данный десинхроноз приобретает патологический характер, выходящий за пределы гомеостатической мощности клетки. Оценка гомеостатической мощности может быть проведена не только по длительности соответствующего десинхроноза относительно критической продолжительности структурного дисбаланса, но и по диапазону регуляции темпа его устранения. Гомеостатическая мощность зависит также от исходного уровня регулируемого параметра, и прежде всего от таких характеристик обмена, как энергетический заряд аденилатов и лабильные энергоресурсы, которые уменьшаются по мере старения клетки.