имеет место в термостате, предназначенном для поддержания определенной
температуры, в энергетическом, адаптационном и репродуктивном гомеостате
существует также механизм, которым регулируется соответствующее свойство,
или функция. Но регулирование это особое.
Если деятельность классических кибернетических систем обычно направлена
на поддержание постоянства в контролируемой системе, как это, например,
имеет место в термостате, то в энергетическом, адаптационном и
репродуктивном гомеостате происходит саморазвитие, увеличивающее мощность
этих систем в соответствии с потребностями развития организма. Поэтому
саморазвивающиеся гомеостатические системы правильнее было бы назвать
динамо-кибернетическими.
Чтобы сохранить, например, стабильность температуры в той или иной
системе, чувствительность регулятора к изменению температуры должна
сохраняться постоянной. В термостате как только температура достигнет своего
заданного предела, происходит необходимое воздействие на регулятор, что
приводит к выключению системы нагревания.
Но представим себе, что чувствительность регулятора к температуре с
течением времени будет постепенно снижаться. Это неизбежно приведет к
нагреванию термостата до более высокой температуры, пока не произойдет
необходимого воздействия на регулятор, выключающий тепловой элемент. Если
понижение чувствительности регулятора пусть медленно, но неуклонно
продолжится, то термостат будет все больше и больше разогреваться. Иными
словами, количество тепла, производимое термостатом, или его мощность, будет
возрастать.
Итак, отличие в принципе регуляции между классическими кибернетическими
системами и динамо-кибернетическими и заключается в том, что в последних
чувствительность регулятора изменяется. Это при сохранении механизма
кибернетической регуляции приводит, однако, в конечном итоге к нарушению
стабильности, то есть к отклонению гомеостаза.
Такая ситуация изменения "точки отсчета" чувствительности гипоталамуса,
контролирующего три основные истины гомеостаза, действительно имеет место.
Особенно четко это прослеживается в механизме возрастного включения
репродуктивной функции. Пример тем более убедителен, что, с одной стороны,
половое созревание должно быть каким-то образом задержано до той поры, пока
закончится развитие и рост тела, а с другой -- само половое созревание
обладает наглядными чертами, характеризующими повышение мощности
репродуктивной системы.
Если вспомнить общий принцип работы саморегулирующихся гомеостатических
систем, легко понять, что половое созревание не может быть обусловлено
первичным усилением мощности рабочей эндокринной железы -- половой железы.
Иначе увеличение продукции половых гормонов полностью тормозило бы
деятельность регулятора-гипоталамуса в соответствии с механизмом
отрицательной обратной связи. Это устраняло бы саму возможность и
регулирования и развития. Следовательно, механизм полового созревания должен
быть связан с изменениями состояния самого регулятора, то есть гипоталамуса.
Так оно и есть.
В ряде исследований было показано, что порог чувствительности
гипоталамуса изменяется в течение всей жизни. Вскоре после рождения
гипоталамус обладает максимальной чувствительностью к тормозящему действию
половых гормонов. Поэтому половой центр гипоталамуса в этот период
заторможен тем небольшим количеством половых гормонов, которые уже
вырабатываются незрелым организмом. Это и предотвращает преждевременное
половое созревание, его темпы соизмеряются с общим развитием тела.
Суть механизма возрастного включения репродуктивной функции состоит в
повышении порога чувствительности гипоталамуса к тормозящему действию
половых гормонов. Благодаря этому повышению гипоталамус постепенно
освобождается от торможения, осуществляемого половыми гормонами по механизму
отрицательной обратной связи. В результате постепенно увеличивается
активность гипоталамуса, а затем и гипофиза, который, в свою очередь, своими
гормонами стимулирует половые железы. Однако повышение в крови концентрации
половых гормонов не ведет в этой ситуации к снижению активности
гипоталамуса: благодаря все продолжающемуся повышению порога
чувствительности гипоталамус вновь и вновь освобождается от тормозящего
влияния половых гормонов. Так увеличивается мощность репродуктивной системы
и вместе с тем сохраняется механизм саморегуляции, свойственный
гомеостатической системе.
Таким образом, наряду с механизмом, который направлен на поддержание
равновесия и постоянства (гомеостаза) в каждый данный момент, существует
механизм, который обеспечивает нарушение гомеостаза во времени и тем самым
осуществляет выполнение программы раз вития организма. И если стабильность
внутренней среды организма -- закон существования организма, то
запрограммированное нарушение гомеостаза -- закон развития организма.
Поэтому с законом постоянства внутренней среды сосуществует закон отклонения
гомеостаза.
Скептический читатель может, однако, задать вопрос: что же, собственно,
нового в этом законе? Ведь и без этого ясно, что в силу самого наличия
генетической программы развития должен существовать и конкретный механизм,
обеспечивающий это развитие. Но на такой, казалось бы, простой вопрос можно
дать ответ, именно основываясь на законе отклонения гомеостаза.
Если бы существовал лишь закон постоянства внутренней среды, необходимо
было бы множество исключений, запрещающих действие этого закона во всех тех
условиях, когда осуществляется развитие организма, ибо развитие, как мы
только что выяснили, всегда связано с нарушением равновесия и стабильности.
Иными словами, закон постоянства внутренней среды без своего антипода --
закона отклонения гомеостаза -- должен был бы запрещать развитие.
Следовательно, фундаментальный закон постоянства внутренней среды может
существовать только в диалектическом единстве со своей противоположностью --
законом отклонения гомеостаза.
Но и это еще не все. Для того чтобы оба противоположных закона могли
сосуществовать, обеспечивая, с одной стороны, стабильность в каждый данный
момент, а с другой -- развитие во времени, необходимо, чтобы оба закона
выполнялись по аналогичным правилам (механизмам). Это условие может быть
удовлетворено только на объединяющем, интегральном уровне гипоталамуса, в
котором сходятся пути трех главных гомеостатических систем. Другого
подобного места в организме нет.
В отношении того, как технически совмещены эти две противоположные
функции, можно предположить следующее. Хотя деятельность всего гипоталамуса
направлена на выполнение закона постоянства внутренней среды, та часть этой
деятельности, которая одновременно служит противоположному закону -- закону
отклонения гомеостаза, как бы выделена особо, образуя
гипоталамо-гипофизарный комплекс. Мы уже говорили, что три основных свойства
живого организма -- способность регулировать поток энергии, адаптацию и
размножение -- обязательно должны усиливаться при осуществлении развития и
роста организма. Таким образом, выполняется закон отклонения гомеостаза. Но
такое увеличение мощности вряд ли осуществимо только в результате изменений
в самом гипоталамусе. Гипоталамус построен из нервных клеток, которые
утрачивают способность к делению в зрелом организме.
Другое дело -- передняя доля гипофиза, входящая в
гипоталамо-гипофизарный комплекс. Эта часть гипофиза построена из железистой
ткани, для которой характерна способность увеличивать как рабочий объем
каждой своей клетки, так и число клеток. Поэтому мощность системы легко
может возрастать (за счет деятельности гипофиза) и вместе с тем в ней может
сохраняться способность к точному регулированию в соответствии с сигналами,
исходящими из нервных клеток гипоталамуса. В силу этого
гипоталамо-гипофизарный комплекс является "материальной базой" особого типа
регулирования, свойственного динамо-кибернетическим системам
энергетического, адаптационного и репродуктивного гомеостата.
Но ведь самой гипоталамно-гипофизарной структуры недостаточно, чтобы
обеспечить увеличение мощности этих трех гомеостатов. Ясно, что был
необходим необычный способ изменения регуляции, при котором кибернетический
принцип, свойственный всем системам управления, трансформировался бы в
динамо-кибернетический, соответствующий закону отклонения гомеостаза.
Данный принцип и лежит в основе развития организма (как мы это видели
на примере обеспечения механизма полового созревания). Таким образом, в
гипоталамусе реализуются одновременно и закон постоянства внутренней среды,
и закон отклонения гомеостаза.
Но есть еще одно свойство гипоталамуса (как части нервной системы),
которое обеспечивает выполнение закона отклонения гомеостаза.
Каждая нервная клетка является миниатюрной эндокринной железой: она
производит вещества, которые в принципе ничем не отличаются от типичных
гормонов. Применительно к нервной системе эти вещества обозначаются как
посредники, или передатчики -- нейромедиаторы.
Дело в том, что нервные клетки, строго говоря, не образуют непрерывную
сеть, по которой двигался бы электрический импульс-сигнал. От тела каждой
нервной клетки отходят провода-отростки, расположенные близко к мембране
соседней нервной клетки. В пространство, или щель (синаптическую щель),
между нервными клетками из отростка выделяются вещества-посредники, которые,
подобно гормонам, действуют на рецепторы мембраны соседней нервной клетки,
стимулируя или, наоборот, тормозя ее деятельность. А каждая гипоталамическая
клетка, кроме того, имеет на своей мембране рецепторы-антенны для
прикрепления рабочих гормонов эндокринных желез. Эти гормоны действуют на
гипоталамус по механизму обратной связи, стимулируя или тормозя деятельность
гипоталамических клеток.
Каждая из трех основных гомеостатических систем имеет в гипоталамусе
свои представительства -- ядра, или центры, а то и ряд взаимосвязанных
центров. В клетках этих центров производятся специальные гипоталамические
гормоны, которые контролируют продукцию каждого гормона передней доли
гипофиза. В свою очередь, на нервные клетки, образующие эти центры,
оказывают действие, как гипофизарные гормоны, так и гормоны периферических
эндокринных желез, то есть рабочие гормоны.
Строение гипоталамуса обеспечивает широкие возможности для изменения
порога чувствительности этого регулятора. Действительно, наиболее простым
способом изменения порога чувствительности к действию рабочих гормонов
является изменение числа антенн-рецепторов на мембране клеток
соответствующего гипоталамического центра, например "полового центра"
репродуктивной системы. Если рецепторов станет меньше, то меньшее число
молекул рабочего гормона будет взаимодействовать с мембраной нервной клетки,
и соответственно чувствительность гипоталамического регулятора снизится*.
Такое явление наблюдается при нормальном старении,
Но если бы с возрастом просто происходило уменьшение числа
антенн-рецепторов, то это явление, по существу, было бы необратимым: в нем
выражалось бы
В такой менее стимулированной и более инертной клетке замедляются
процессы обмена вещества и, в частности, уменьшается производство белковых
антенн-рецепторов на мембране.
Нам могут возразить, что такой двухступенчатый процесс, при котором
вначале снижается количество медиаторов, а затем вследствие этого происходит
снижение числа антенн-рецепторов, ничего принципиально не меняет. Остается
неясным не только то, почему снижается число рецепторов, но и возникает
новый вопрос: почему снижается концентрация медиаторов?
В настоящее время это можно объяснить только одним: такое снижение
"запланировано" генетически, поскольку, например, именно снижение
концентрации медиаторов в гипоталамусе приводит к возрастному выключению
детородной функции в женском организме, или климаксу -- закономерному
проявлению старения. Таким образом, сопряжение обоих законов на
гипоталамическом уровне и сам принцип, которым выполняются оба этих закона,
порождают следствие, имеющее решающее значение в биологической жизни каждого
индивидуума. Этим следствием является регуляторный механизм старения,
болезней старения и естественной смерти.
Когда завершается выполнение программы развития организма, закон
отклонения гомеостаза не прекращает своего существования, а, напротив,
продолжает выполняться с той же последовательностью, что и раньше. Поэтому
если отклонение гомеостаза вначале служит развитию и росту, то затем оно
превращается лишь в силу, нарушающую закон постоянства внутренней среды:
после завершения роста развитие как бы продолжается и в результате
постепенно начинают формироваться черты, свойственные нормальному старению и
болезням старения. Действительно, в процессе старения нарушается гомеостаз:
увеличивается в крови уровень сахара, холестерина и т. д. Следовательно,
само нормальное старение есть болезнь, вернее, сумма болезней гомеостаза --
болезней, вызванных нарушением закона постоянства внутренней среды
организма. Такие же изменения, хотя в значительно более быстром темпе,
происходят и у горбуши в период нереста.
Пример гибели горбуши является с этой точки зрения частным примером
гибели вследствие нарушений в системе саморегуляции. Частное значение этого
примера определяется тем, что изменение системы саморегуляции, создающее в
конечном итоге повышенную выработку холестерина, вызывается сигналами,
идущими от половых желез, то есть механизм смерти остро включается в
соответствии с потребностями программы размножения. Но и включение половой
функции осуществляется за счет усиления работы системы саморегуляции, что, с
одной стороны, обеспечивает потребности размножения, а с другой --
становится орудием, вызывающим гибель организма от внутренней причины. Таким
образом, смерть от внутренних причин, присущая высокоорганизованным живым
системам, -- это результат взаимодействия между механизмами развития и
стабилизации, или гомеостаза.
Обращаю внимание читателя вот еще на что. Увеличение мощности главных
гомеостатов в процессе старения означает, что старение и связанные с ним
болезни формируются не за счет снижения, угасания, а, напротив, усиления,
перенапряжения деятельности систем, регулирующих энергетические процессы,
адаптацию и размножение. Это очень важное положение внешне выглядит
прямо-таки неправдоподобным: ведь все мы знаем, что работоспособность, сила,
выносливость организма с возрастом снижаются. Но все это -- результат
старения. Мы же с вами сейчас говорим о его процессе. Жизнь в процессе
старения как бы идет вразнос, подобно тому как рано или поздно нечто
подобное произойдет с термостатом, если его регулятор из-за снижения
чувствительности будет все менее и менее сдерживать повышение температуры в
системе.
Например, известно, что сердце с годами слабеет. Но этому результату --
ослаблению -- предшествует увеличение его размеров, то есть усиление его
мощности. Чело век, старея, как бы движется по лестнице, ведущей вверх...
В свете представлений о законе отклонения гомеоста за становится более
ясным, почему все происходит именно так, а не иначе. Признаки естественного
старения определяются теми изменениями, которые ранее должны быть выполнены
для осуществления развития организма. Более того, закон постоянства
внутренней среды ограничивает сферу применения закона отклонения гомеостаза
тремя главными гомеостатическими системами.
Иными словами, все те физиологические характеристики организма, которые
охраняются законом постоянства внутренней среды, не служат для построения
закономерных возрастных болезней, не лежат в основе возникновения
регуляторного типа болезней, хотя именно эти болезни в конечном счете и
приводят к смерти от внутренних причин; то есть у высших организмов
естественная смерть -- смерть регуляторная.
Исследования, суммированные в табл. на стр. 49, показывают, что
причины, лежащие в основе гибели таких, например, далеких друг от друга
видов, как горбуша, крыса и человек, практически совпадают. Если бы речь шла
не о механизме смерти, то следовало бы сказать, что этот механизм -- чудо
совершенства.
Сегодня можно утверждать, что биологические часы, определяющие
длительность жизни высших организмов, заключены не в каждой отдельной
клетке, а в системе регуляции. Поэтому точнее эти часы было бы назвать
Большими биологическими часами. Вот почему, быть может, нет никакой особой
фатальности в явлении естественной смерти, а есть проблемы познания
механизма развития организма, и в первую очередь -- углубленного изучения
его регуляторных принципов.
В самом деле, как бы ни были сложны эти принципы, они доступны изучению
и контролю. Уже то обстоятельство, что они действуют всегда закономерно,
позволяет их изучать лучше, чем изменения, связанные с действием случайных
факторов, например "поломок" (мутаций) в громадной машине человеческого
тела. Именно наличие перехода программы развития организма в механизм
болезней старения -- неисчерпаемый источник оптимизма в поиске путей и
средств противодействия этим болезням.
С теми из читателей, кто, не устрашась трудностей,
без которых было невозможно обойтись в этой главе, добрался до ее
конца, подведем итоги.
Итак, развитие от одноклеточного организма до многоклеточных
специализированных организмов есть не просто количественный переход от одной
клетки к множеству клеток. Это качественно новый переход от жизни "одного" к
жизни системы. В этом процессе произошло подчинение жизни многоклеточного
организма, наделенного стабилизирующими гомеостатическими системами, как
общим законам работы любых других систем управления, так и специальным
требованиям, определяемым законом отклонения гомеостаза.
Появление в процессе эволюции высших организмов с их саморазвивающимися
гомеостатическими системами ограничило влияние факторов, вызывающих смерть
от внешних причин. Это сделало возможным совершенствование форм жизни. Но
одновременно реализация закона отклонения гомеостаза в конечном итоге
приводит к болезням, не совместимым с неограниченным продолжением жизни
отдельного индивидуума. В результате доминирующее значение приобрела смерть
от внутренних причин.
Без вмешательства в эти биологические закономерности не могут быть
полностью устранены основные болезни высших организмов, ибо эти болезни --
тяжелая, но вполне приемлемая плата за достигнутое в процессе эволюции
совершенство. В это диалектически противоречивое влияние законов
стабильности и отклонения гомеостаза должен вмешаться homo sapiens --
Человек разумный, не только высший продукт живой природы, но и ее
Инструмент, который теперь на новом этапе ускоряет, изменяет и
совершенствует эволюцию живой Природы, а следовательно, и самого себя.
Как неоднократно подчеркивалось в предыдущих главах, выполнение закона
отклонения гомеостаза формирует картину старения и сцепленных с ним
болезней, определяя в конечном итоге механизм смерти от внутренних причин.
Но для того чтобы лучше понять, каким образом отклонение гомеостаза создает
группу определенных болезней, рассмотрим в следующей главе роль внешних
факторов в механизме возникновения этих болезней. Сделать это необходимо еще
и вот почему.
По настоящее время многие полагают, что основные болезни человека
связаны прежде всего с неблагоприятным влиянием ряда внешних факторов.
Действительно, например, переедание может привести к возникновению ожирения,
сахарного диабета тучных, атеросклероза. Более того, внешние факторы могут
вызвать появление любой из 10 главных болезней человека. Эта зависимость
определенных болезней и от строгого порядка внутренних факторов развития
организма, и от многих внешних факторов, сама хаотичность которых как бы
опровергает представление о порядке, установленном законом отклонения
гомеостаза, не позволяла в течение многих лет увидеть то общее в нарушении
гомеостаза, что обусловливает возникновение этих болезней.
Рассмотрим на примере стресса, почему определенные внешние факторы
вызывают развитие болезней, обычно сцепленных со старением.
Эволюция, формируя высшие организмы, определила, что лучше иметь
возможность прожить видовой лимит жизни и умереть старым и больным, чем
умереть молодым и здоровым в любой момент, наступление которого могло бы
определиться только факторами внешней среды. Поэтому вернее было бы сказать,
что цивилизация не вызывает болезней цивилизации, а вносит принцип
неопределенности в "запрограммированный" механизм болезней старения.
В организме в ответ на всякое изменение условий, требующее повышения
его работоспособности, возникает серия стереотипных приспособительных
реакций, направленных на обеспечение его защиты. Совокупность этих защитных
реакций известный физиолог Ганс Селье определил как адаптационный
(приспособительный) синдром, или стресс.
Повышение или понижение температуры окружающей среды, голод или жажда,
кровопотеря или физическое усилие, инфекция или травма, эмоциональное
напряжение или обездвиживание -- все это вызывает ряд изменений в организме,
которые объединяются в понятие "стрессорная реакция".
Организм в этих случаях как бы не интересуется деталями, то есть тем,
что составляет особенность каждого из перечисленных факторов -- стрессоров,
а реагирует в целом на повреждающий фактор. Стрессорная реакция особенно
выгодна для организма тем, что она стереотипна: организм имеет возможность
сразу приступить к защите, использовав для этого одну закрепленную реакцию в
ответ на все многообразие чрезвычайных раздражителей, или стрессоров.
Реакция адаптации, или стресса, пожалуй, самый бдительный страж организма,
ибо она всегда автоматически включается и без участия сознания, а лишь под
влиянием безусловных рефлексов -- боли или изменения состава внутренней
среды (например, при кровотечении, при снижении уровня сахара в крови
вследствие голодания и т. д.).
Искусственное нарушение системы адаптации влечет за собой самые тяжелые
последствия. Так, если удалить у животного надпочечники -- эндокринную
железу, без которой не может быть осуществлена стрессорная реакция, то
сохранить его жизнь даже в идеальных условиях ухода и питания можно, лишь
постоянно вводя гормоны надпочечников. Но как только возникает стрессорная
ситуация, доза этих гормонов должна быть резко увеличена, иначе животное
погибнет из-за недостаточности системы защиты.
И все же организм нередко дорого платит за свою способность защищаться
путем приспособления. Большая группа болезней, так называемых болезней
адаптации, возникает именно в условиях стресса. Почему?
Рассмотрим классический пример встречи кошки с собакой,
проанализированный с физиологической точки зрения еще Уолтером Кенноном --
создателем учения о гомеостазе. Дополним этот пример описанием стрессорной
реакции в духе Ганса Селье, но включим сюда некоторые дополнительные детали,
выясненные многочисленными исследователями стресса в дальнейшем, после
основополагающих работ Ганса Селье. Наконец, введем в описание этой картины
важный элемент -- повышение гипоталамического порога чувствительности,
которого ни Г. Селье, ни другие исследователи стрессорной реакции не
увидели. А между тем без повышения гипоталамического порога не могла бы быть
осуществлена сколько-нибудь длительная стрессорная реакция. Правда, в этом
температуры, в энергетическом, адаптационном и репродуктивном гомеостате
существует также механизм, которым регулируется соответствующее свойство,
или функция. Но регулирование это особое.
Если деятельность классических кибернетических систем обычно направлена
на поддержание постоянства в контролируемой системе, как это, например,
имеет место в термостате, то в энергетическом, адаптационном и
репродуктивном гомеостате происходит саморазвитие, увеличивающее мощность
этих систем в соответствии с потребностями развития организма. Поэтому
саморазвивающиеся гомеостатические системы правильнее было бы назвать
динамо-кибернетическими.
Чтобы сохранить, например, стабильность температуры в той или иной
системе, чувствительность регулятора к изменению температуры должна
сохраняться постоянной. В термостате как только температура достигнет своего
заданного предела, происходит необходимое воздействие на регулятор, что
приводит к выключению системы нагревания.
Но представим себе, что чувствительность регулятора к температуре с
течением времени будет постепенно снижаться. Это неизбежно приведет к
нагреванию термостата до более высокой температуры, пока не произойдет
необходимого воздействия на регулятор, выключающий тепловой элемент. Если
понижение чувствительности регулятора пусть медленно, но неуклонно
продолжится, то термостат будет все больше и больше разогреваться. Иными
словами, количество тепла, производимое термостатом, или его мощность, будет
возрастать.
Итак, отличие в принципе регуляции между классическими кибернетическими
системами и динамо-кибернетическими и заключается в том, что в последних
чувствительность регулятора изменяется. Это при сохранении механизма
кибернетической регуляции приводит, однако, в конечном итоге к нарушению
стабильности, то есть к отклонению гомеостаза.
Такая ситуация изменения "точки отсчета" чувствительности гипоталамуса,
контролирующего три основные истины гомеостаза, действительно имеет место.
Особенно четко это прослеживается в механизме возрастного включения
репродуктивной функции. Пример тем более убедителен, что, с одной стороны,
половое созревание должно быть каким-то образом задержано до той поры, пока
закончится развитие и рост тела, а с другой -- само половое созревание
обладает наглядными чертами, характеризующими повышение мощности
репродуктивной системы.
Если вспомнить общий принцип работы саморегулирующихся гомеостатических
систем, легко понять, что половое созревание не может быть обусловлено
первичным усилением мощности рабочей эндокринной железы -- половой железы.
Иначе увеличение продукции половых гормонов полностью тормозило бы
деятельность регулятора-гипоталамуса в соответствии с механизмом
отрицательной обратной связи. Это устраняло бы саму возможность и
регулирования и развития. Следовательно, механизм полового созревания должен
быть связан с изменениями состояния самого регулятора, то есть гипоталамуса.
Так оно и есть.
В ряде исследований было показано, что порог чувствительности
гипоталамуса изменяется в течение всей жизни. Вскоре после рождения
гипоталамус обладает максимальной чувствительностью к тормозящему действию
половых гормонов. Поэтому половой центр гипоталамуса в этот период
заторможен тем небольшим количеством половых гормонов, которые уже
вырабатываются незрелым организмом. Это и предотвращает преждевременное
половое созревание, его темпы соизмеряются с общим развитием тела.
Суть механизма возрастного включения репродуктивной функции состоит в
повышении порога чувствительности гипоталамуса к тормозящему действию
половых гормонов. Благодаря этому повышению гипоталамус постепенно
освобождается от торможения, осуществляемого половыми гормонами по механизму
отрицательной обратной связи. В результате постепенно увеличивается
активность гипоталамуса, а затем и гипофиза, который, в свою очередь, своими
гормонами стимулирует половые железы. Однако повышение в крови концентрации
половых гормонов не ведет в этой ситуации к снижению активности
гипоталамуса: благодаря все продолжающемуся повышению порога
чувствительности гипоталамус вновь и вновь освобождается от тормозящего
влияния половых гормонов. Так увеличивается мощность репродуктивной системы
и вместе с тем сохраняется механизм саморегуляции, свойственный
гомеостатической системе.
Таким образом, наряду с механизмом, который направлен на поддержание
равновесия и постоянства (гомеостаза) в каждый данный момент, существует
механизм, который обеспечивает нарушение гомеостаза во времени и тем самым
осуществляет выполнение программы раз вития организма. И если стабильность
внутренней среды организма -- закон существования организма, то
запрограммированное нарушение гомеостаза -- закон развития организма.
Поэтому с законом постоянства внутренней среды сосуществует закон отклонения
гомеостаза.
Скептический читатель может, однако, задать вопрос: что же, собственно,
нового в этом законе? Ведь и без этого ясно, что в силу самого наличия
генетической программы развития должен существовать и конкретный механизм,
обеспечивающий это развитие. Но на такой, казалось бы, простой вопрос можно
дать ответ, именно основываясь на законе отклонения гомеостаза.
Если бы существовал лишь закон постоянства внутренней среды, необходимо
было бы множество исключений, запрещающих действие этого закона во всех тех
условиях, когда осуществляется развитие организма, ибо развитие, как мы
только что выяснили, всегда связано с нарушением равновесия и стабильности.
Иными словами, закон постоянства внутренней среды без своего антипода --
закона отклонения гомеостаза -- должен был бы запрещать развитие.
Следовательно, фундаментальный закон постоянства внутренней среды может
существовать только в диалектическом единстве со своей противоположностью --
законом отклонения гомеостаза.
Но и это еще не все. Для того чтобы оба противоположных закона могли
сосуществовать, обеспечивая, с одной стороны, стабильность в каждый данный
момент, а с другой -- развитие во времени, необходимо, чтобы оба закона
выполнялись по аналогичным правилам (механизмам). Это условие может быть
удовлетворено только на объединяющем, интегральном уровне гипоталамуса, в
котором сходятся пути трех главных гомеостатических систем. Другого
подобного места в организме нет.
В отношении того, как технически совмещены эти две противоположные
функции, можно предположить следующее. Хотя деятельность всего гипоталамуса
направлена на выполнение закона постоянства внутренней среды, та часть этой
деятельности, которая одновременно служит противоположному закону -- закону
отклонения гомеостаза, как бы выделена особо, образуя
гипоталамо-гипофизарный комплекс. Мы уже говорили, что три основных свойства
живого организма -- способность регулировать поток энергии, адаптацию и
размножение -- обязательно должны усиливаться при осуществлении развития и
роста организма. Таким образом, выполняется закон отклонения гомеостаза. Но
такое увеличение мощности вряд ли осуществимо только в результате изменений
в самом гипоталамусе. Гипоталамус построен из нервных клеток, которые
утрачивают способность к делению в зрелом организме.
Другое дело -- передняя доля гипофиза, входящая в
гипоталамо-гипофизарный комплекс. Эта часть гипофиза построена из железистой
ткани, для которой характерна способность увеличивать как рабочий объем
каждой своей клетки, так и число клеток. Поэтому мощность системы легко
может возрастать (за счет деятельности гипофиза) и вместе с тем в ней может
сохраняться способность к точному регулированию в соответствии с сигналами,
исходящими из нервных клеток гипоталамуса. В силу этого
гипоталамо-гипофизарный комплекс является "материальной базой" особого типа
регулирования, свойственного динамо-кибернетическим системам
энергетического, адаптационного и репродуктивного гомеостата.
Но ведь самой гипоталамно-гипофизарной структуры недостаточно, чтобы
обеспечить увеличение мощности этих трех гомеостатов. Ясно, что был
необходим необычный способ изменения регуляции, при котором кибернетический
принцип, свойственный всем системам управления, трансформировался бы в
динамо-кибернетический, соответствующий закону отклонения гомеостаза.
Данный принцип и лежит в основе развития организма (как мы это видели
на примере обеспечения механизма полового созревания). Таким образом, в
гипоталамусе реализуются одновременно и закон постоянства внутренней среды,
и закон отклонения гомеостаза.
Но есть еще одно свойство гипоталамуса (как части нервной системы),
которое обеспечивает выполнение закона отклонения гомеостаза.
Каждая нервная клетка является миниатюрной эндокринной железой: она
производит вещества, которые в принципе ничем не отличаются от типичных
гормонов. Применительно к нервной системе эти вещества обозначаются как
посредники, или передатчики -- нейромедиаторы.
Дело в том, что нервные клетки, строго говоря, не образуют непрерывную
сеть, по которой двигался бы электрический импульс-сигнал. От тела каждой
нервной клетки отходят провода-отростки, расположенные близко к мембране
соседней нервной клетки. В пространство, или щель (синаптическую щель),
между нервными клетками из отростка выделяются вещества-посредники, которые,
подобно гормонам, действуют на рецепторы мембраны соседней нервной клетки,
стимулируя или, наоборот, тормозя ее деятельность. А каждая гипоталамическая
клетка, кроме того, имеет на своей мембране рецепторы-антенны для
прикрепления рабочих гормонов эндокринных желез. Эти гормоны действуют на
гипоталамус по механизму обратной связи, стимулируя или тормозя деятельность
гипоталамических клеток.
Каждая из трех основных гомеостатических систем имеет в гипоталамусе
свои представительства -- ядра, или центры, а то и ряд взаимосвязанных
центров. В клетках этих центров производятся специальные гипоталамические
гормоны, которые контролируют продукцию каждого гормона передней доли
гипофиза. В свою очередь, на нервные клетки, образующие эти центры,
оказывают действие, как гипофизарные гормоны, так и гормоны периферических
эндокринных желез, то есть рабочие гормоны.
Строение гипоталамуса обеспечивает широкие возможности для изменения
порога чувствительности этого регулятора. Действительно, наиболее простым
способом изменения порога чувствительности к действию рабочих гормонов
является изменение числа антенн-рецепторов на мембране клеток
соответствующего гипоталамического центра, например "полового центра"
репродуктивной системы. Если рецепторов станет меньше, то меньшее число
молекул рабочего гормона будет взаимодействовать с мембраной нервной клетки,
и соответственно чувствительность гипоталамического регулятора снизится*.
Такое явление наблюдается при нормальном старении,
Но если бы с возрастом просто происходило уменьшение числа
антенн-рецепторов, то это явление, по существу, было бы необратимым: в нем
выражалось бы
В такой менее стимулированной и более инертной клетке замедляются
процессы обмена вещества и, в частности, уменьшается производство белковых
антенн-рецепторов на мембране.
Нам могут возразить, что такой двухступенчатый процесс, при котором
вначале снижается количество медиаторов, а затем вследствие этого происходит
снижение числа антенн-рецепторов, ничего принципиально не меняет. Остается
неясным не только то, почему снижается число рецепторов, но и возникает
новый вопрос: почему снижается концентрация медиаторов?
В настоящее время это можно объяснить только одним: такое снижение
"запланировано" генетически, поскольку, например, именно снижение
концентрации медиаторов в гипоталамусе приводит к возрастному выключению
детородной функции в женском организме, или климаксу -- закономерному
проявлению старения. Таким образом, сопряжение обоих законов на
гипоталамическом уровне и сам принцип, которым выполняются оба этих закона,
порождают следствие, имеющее решающее значение в биологической жизни каждого
индивидуума. Этим следствием является регуляторный механизм старения,
болезней старения и естественной смерти.
Когда завершается выполнение программы развития организма, закон
отклонения гомеостаза не прекращает своего существования, а, напротив,
продолжает выполняться с той же последовательностью, что и раньше. Поэтому
если отклонение гомеостаза вначале служит развитию и росту, то затем оно
превращается лишь в силу, нарушающую закон постоянства внутренней среды:
после завершения роста развитие как бы продолжается и в результате
постепенно начинают формироваться черты, свойственные нормальному старению и
болезням старения. Действительно, в процессе старения нарушается гомеостаз:
увеличивается в крови уровень сахара, холестерина и т. д. Следовательно,
само нормальное старение есть болезнь, вернее, сумма болезней гомеостаза --
болезней, вызванных нарушением закона постоянства внутренней среды
организма. Такие же изменения, хотя в значительно более быстром темпе,
происходят и у горбуши в период нереста.
Пример гибели горбуши является с этой точки зрения частным примером
гибели вследствие нарушений в системе саморегуляции. Частное значение этого
примера определяется тем, что изменение системы саморегуляции, создающее в
конечном итоге повышенную выработку холестерина, вызывается сигналами,
идущими от половых желез, то есть механизм смерти остро включается в
соответствии с потребностями программы размножения. Но и включение половой
функции осуществляется за счет усиления работы системы саморегуляции, что, с
одной стороны, обеспечивает потребности размножения, а с другой --
становится орудием, вызывающим гибель организма от внутренней причины. Таким
образом, смерть от внутренних причин, присущая высокоорганизованным живым
системам, -- это результат взаимодействия между механизмами развития и
стабилизации, или гомеостаза.
Обращаю внимание читателя вот еще на что. Увеличение мощности главных
гомеостатов в процессе старения означает, что старение и связанные с ним
болезни формируются не за счет снижения, угасания, а, напротив, усиления,
перенапряжения деятельности систем, регулирующих энергетические процессы,
адаптацию и размножение. Это очень важное положение внешне выглядит
прямо-таки неправдоподобным: ведь все мы знаем, что работоспособность, сила,
выносливость организма с возрастом снижаются. Но все это -- результат
старения. Мы же с вами сейчас говорим о его процессе. Жизнь в процессе
старения как бы идет вразнос, подобно тому как рано или поздно нечто
подобное произойдет с термостатом, если его регулятор из-за снижения
чувствительности будет все менее и менее сдерживать повышение температуры в
системе.
Например, известно, что сердце с годами слабеет. Но этому результату --
ослаблению -- предшествует увеличение его размеров, то есть усиление его
мощности. Чело век, старея, как бы движется по лестнице, ведущей вверх...
В свете представлений о законе отклонения гомеоста за становится более
ясным, почему все происходит именно так, а не иначе. Признаки естественного
старения определяются теми изменениями, которые ранее должны быть выполнены
для осуществления развития организма. Более того, закон постоянства
внутренней среды ограничивает сферу применения закона отклонения гомеостаза
тремя главными гомеостатическими системами.
Иными словами, все те физиологические характеристики организма, которые
охраняются законом постоянства внутренней среды, не служат для построения
закономерных возрастных болезней, не лежат в основе возникновения
регуляторного типа болезней, хотя именно эти болезни в конечном счете и
приводят к смерти от внутренних причин; то есть у высших организмов
естественная смерть -- смерть регуляторная.
Исследования, суммированные в табл. на стр. 49, показывают, что
причины, лежащие в основе гибели таких, например, далеких друг от друга
видов, как горбуша, крыса и человек, практически совпадают. Если бы речь шла
не о механизме смерти, то следовало бы сказать, что этот механизм -- чудо
совершенства.
Сегодня можно утверждать, что биологические часы, определяющие
длительность жизни высших организмов, заключены не в каждой отдельной
клетке, а в системе регуляции. Поэтому точнее эти часы было бы назвать
Большими биологическими часами. Вот почему, быть может, нет никакой особой
фатальности в явлении естественной смерти, а есть проблемы познания
механизма развития организма, и в первую очередь -- углубленного изучения
его регуляторных принципов.
В самом деле, как бы ни были сложны эти принципы, они доступны изучению
и контролю. Уже то обстоятельство, что они действуют всегда закономерно,
позволяет их изучать лучше, чем изменения, связанные с действием случайных
факторов, например "поломок" (мутаций) в громадной машине человеческого
тела. Именно наличие перехода программы развития организма в механизм
болезней старения -- неисчерпаемый источник оптимизма в поиске путей и
средств противодействия этим болезням.
С теми из читателей, кто, не устрашась трудностей,
Горбуша (по Б. Векслеру, 1978) | Крыса | Человек |
Повышение уровня сахара в крови Повышение жирных кислот в крови Повышение деятельности коры надпочечников Атрофия тимуса Ожирение Повышение холестерина в крови (до 1000 мг% во время нереста) Смерть от инфаркта миокарда, мозга, почек | Повышение уровня сахара в крови Повышение инсулина в крови Повышение уровня жира и холестерина в крови Повышение деятельности коры надпочечников (кортикостероидов) Ожирение Атрофия тимуса со снижением иммунитета Смерть от артериосклероза, опухолей гипофиза, инфекций и рака | Повышение уровня сахара в крови Повышение инсулина в крови Повышение уровня жира (триглицеридов) и холестерина в крови Повышение деятельности коры надпочечников (относительный избыток кортизола) Ожирение Снижение клеточного иммунитета Смерть каждых 85 человек из 100 в среднем и пожилом возрасте от болезней компенсации: ожирения, сахарного диабета тучных, гиперадаптоза, климакса, атеросклероза, метаболической иммунодепрессии (снижение иммунитета), аутоиммунных болезней, гипертонической болезни, психической депрессии и рака |
без которых было невозможно обойтись в этой главе, добрался до ее
конца, подведем итоги.
Итак, развитие от одноклеточного организма до многоклеточных
специализированных организмов есть не просто количественный переход от одной
клетки к множеству клеток. Это качественно новый переход от жизни "одного" к
жизни системы. В этом процессе произошло подчинение жизни многоклеточного
организма, наделенного стабилизирующими гомеостатическими системами, как
общим законам работы любых других систем управления, так и специальным
требованиям, определяемым законом отклонения гомеостаза.
Появление в процессе эволюции высших организмов с их саморазвивающимися
гомеостатическими системами ограничило влияние факторов, вызывающих смерть
от внешних причин. Это сделало возможным совершенствование форм жизни. Но
одновременно реализация закона отклонения гомеостаза в конечном итоге
приводит к болезням, не совместимым с неограниченным продолжением жизни
отдельного индивидуума. В результате доминирующее значение приобрела смерть
от внутренних причин.
Без вмешательства в эти биологические закономерности не могут быть
полностью устранены основные болезни высших организмов, ибо эти болезни --
тяжелая, но вполне приемлемая плата за достигнутое в процессе эволюции
совершенство. В это диалектически противоречивое влияние законов
стабильности и отклонения гомеостаза должен вмешаться homo sapiens --
Человек разумный, не только высший продукт живой природы, но и ее
Инструмент, который теперь на новом этапе ускоряет, изменяет и
совершенствует эволюцию живой Природы, а следовательно, и самого себя.
Как неоднократно подчеркивалось в предыдущих главах, выполнение закона
отклонения гомеостаза формирует картину старения и сцепленных с ним
болезней, определяя в конечном итоге механизм смерти от внутренних причин.
Но для того чтобы лучше понять, каким образом отклонение гомеостаза создает
группу определенных болезней, рассмотрим в следующей главе роль внешних
факторов в механизме возникновения этих болезней. Сделать это необходимо еще
и вот почему.
По настоящее время многие полагают, что основные болезни человека
связаны прежде всего с неблагоприятным влиянием ряда внешних факторов.
Действительно, например, переедание может привести к возникновению ожирения,
сахарного диабета тучных, атеросклероза. Более того, внешние факторы могут
вызвать появление любой из 10 главных болезней человека. Эта зависимость
определенных болезней и от строгого порядка внутренних факторов развития
организма, и от многих внешних факторов, сама хаотичность которых как бы
опровергает представление о порядке, установленном законом отклонения
гомеостаза, не позволяла в течение многих лет увидеть то общее в нарушении
гомеостаза, что обусловливает возникновение этих болезней.
Рассмотрим на примере стресса, почему определенные внешние факторы
вызывают развитие болезней, обычно сцепленных со старением.
Эволюция, формируя высшие организмы, определила, что лучше иметь
возможность прожить видовой лимит жизни и умереть старым и больным, чем
умереть молодым и здоровым в любой момент, наступление которого могло бы
определиться только факторами внешней среды. Поэтому вернее было бы сказать,
что цивилизация не вызывает болезней цивилизации, а вносит принцип
неопределенности в "запрограммированный" механизм болезней старения.
В организме в ответ на всякое изменение условий, требующее повышения
его работоспособности, возникает серия стереотипных приспособительных
реакций, направленных на обеспечение его защиты. Совокупность этих защитных
реакций известный физиолог Ганс Селье определил как адаптационный
(приспособительный) синдром, или стресс.
Повышение или понижение температуры окружающей среды, голод или жажда,
кровопотеря или физическое усилие, инфекция или травма, эмоциональное
напряжение или обездвиживание -- все это вызывает ряд изменений в организме,
которые объединяются в понятие "стрессорная реакция".
Организм в этих случаях как бы не интересуется деталями, то есть тем,
что составляет особенность каждого из перечисленных факторов -- стрессоров,
а реагирует в целом на повреждающий фактор. Стрессорная реакция особенно
выгодна для организма тем, что она стереотипна: организм имеет возможность
сразу приступить к защите, использовав для этого одну закрепленную реакцию в
ответ на все многообразие чрезвычайных раздражителей, или стрессоров.
Реакция адаптации, или стресса, пожалуй, самый бдительный страж организма,
ибо она всегда автоматически включается и без участия сознания, а лишь под
влиянием безусловных рефлексов -- боли или изменения состава внутренней
среды (например, при кровотечении, при снижении уровня сахара в крови
вследствие голодания и т. д.).
Искусственное нарушение системы адаптации влечет за собой самые тяжелые
последствия. Так, если удалить у животного надпочечники -- эндокринную
железу, без которой не может быть осуществлена стрессорная реакция, то
сохранить его жизнь даже в идеальных условиях ухода и питания можно, лишь
постоянно вводя гормоны надпочечников. Но как только возникает стрессорная
ситуация, доза этих гормонов должна быть резко увеличена, иначе животное
погибнет из-за недостаточности системы защиты.
И все же организм нередко дорого платит за свою способность защищаться
путем приспособления. Большая группа болезней, так называемых болезней
адаптации, возникает именно в условиях стресса. Почему?
Рассмотрим классический пример встречи кошки с собакой,
проанализированный с физиологической точки зрения еще Уолтером Кенноном --
создателем учения о гомеостазе. Дополним этот пример описанием стрессорной
реакции в духе Ганса Селье, но включим сюда некоторые дополнительные детали,
выясненные многочисленными исследователями стресса в дальнейшем, после
основополагающих работ Ганса Селье. Наконец, введем в описание этой картины
важный элемент -- повышение гипоталамического порога чувствительности,
которого ни Г. Селье, ни другие исследователи стрессорной реакции не
увидели. А между тем без повышения гипоталамического порога не могла бы быть
осуществлена сколько-нибудь длительная стрессорная реакция. Правда, в этом