Majitelia patentu RU 2533846:

Vynález sa týka biológie a medicíny, konkrétne skúmania vplyvu životného prostredia a vnútorného prostredia organizmu na zdravie ľudí alebo zvierat. Metóda sa týka štúdia entropie v tele. Na tento účel určte relatívnu hmotnosť srdca vzhľadom na telesnú hmotnosť v % (X), počet úderov srdca (A) a obsah kyslíka v alveolárnom vzduchu pľúc v % (Co2). Výpočet sa vykonáva podľa vzorca: α = (0,25/T) Co 2, kde α je entropia v %, T je čas úplného obratu erytrocytu prietokom cirkulujúcej krvi v sekundách, pričom T = [( 0,44 75) /(X A)] 21,5. Metóda umožňuje merať hlavnú charakteristiku organizmu, ktorá spája živé systémy, pomocou ktorej možno určiť biologický vek, zdravotný stav a študovať účinok rôznych prostriedkov prevencie zdravotných problémov a predĺženia života. 1 stôl

Vynález sa týka biológie a medicíny, menovite metód na štúdium vplyvu prostredia a vnútorného prostredia tela na zdravie ľudí a zvierat a možno ho použiť na určenie ich biologického veku, rýchlosti starnutia, predpovedanie dlhovekosti. jednotlivcov v rôznych stavoch tela a zvládanie týchto životných funkcií.

Je známe, že živé systémy sú otvorené termodynamické systémy a vyznačujú sa zložitou usporiadanou štruktúrou. Ich úroveň organizácie je oveľa vyššia ako v neživej prírode. Na udržanie a zvýšenie svojej vysokej usporiadanosti si živé systémy v rozsahu svojej prirodzenej otvorenosti (aj na úrovni organizmu) neustále vymieňajú energiu, hmotu a informácie s vonkajším prostredím a súčasne vykonávajú prácu na znižovaní entropie (disipácie energie). do prostredia), ktorý sa nevyhnutne zvyšuje v dôsledku strát prenosom tepla, Brownovho pohybu a starnutia molekúl atď. [Nikolis G., Prigozhy I. Poznanie komplexu. M., 1990. - str. 293]. Proces tejto výmeny sa nazýva metabolizmus. Je známe, že metabolizmus s minimálnou úrovňou entropie je výhodný, pretože práve ten zabezpečuje prevádzku systému s maximálnymi úsporami strát a stabilitou vo vonkajšom prostredí [Prigozhy I. Od existujúceho po vznikajúce. - M., 1985. - 113 s.; Prigozhy I. Úvod do termodynamiky nevratných procesov. Za. z angličtiny M., 1960; Frank G.M., Kuzin A.M. O podstate života. - M., 1964. - 350 s.]. Na základe toho predkladáme hypotézu, že čím vyššia je úroveň metabolizmu v živom systéme, teda čím intenzívnejšie si vymieňa energiu, hmotu a informácie s vonkajším prostredím, tým viac práce je tento systém nútený vykonať na udržanie homeostázy, aby sa udržala minimálna úroveň entropie, dochádza v tomto ohľade k výraznejším stratám, stáva sa otvorenejším voči životnému prostrediu, a preto je zraniteľný voči jeho nepriaznivým účinkom. V nadväznosti na túto hypotézu možno úroveň otvorenosti živého systému považovať za indikátor kvality jeho fyziologického stavu, ktorý má inverzný vzťah s charakteristikami tejto kvality – zdravie, výkonnosť, dĺžka života. Treba poznamenať, že ďalší autori [Frolov V.A., Moiseeva T.Yu. Živý organizmus ako informačno-termodynamický systém. - Bulletin Univerzity RUDN, 1999, č.1. - S.6-14] uvažujú aj o otvorenosti živého systému v súvislosti s jeho životnosťou v štádiu evolúcie až po uzavretý termodynamický systém. Metabolizmus, entropia a otvorenosť živého systému pre okolité ovzdušie teda môžu nielen charakterizovať kvalitu procesov podpory života, ktoré sa vyskytujú v tomto systéme, ale môžu byť aj jeho hlavnou príčinou. Samotný pojem otvorenosti živého systému voči okoliu možno definovať takto: otvorenosť živého systému je jeho inherentný rozvoj univerzálnej vlastnosti účelne život udržujúcej interakcie s prostredím.

V súvislosti s vyššie uvedeným sme si dali za úlohu vyvinúť metódu na stanovenie entropie v ľudskom alebo zvieracom tele, aby bolo možné riadiť procesy podpory života.

Entropiu v ľudskom alebo zvieracom tele možno charakterizovať kinetikou O 2 v štádiách jeho pohybu z atmosféry do tela, ktorá závisí od obsahu O 2 vo vdychovanom vzduchu a vo vzduchu obsiahnutom v alveolách alveol. pľúc (alveolárny), čas úplného nasýtenia červenej krvinky kyslíkom v pľúcach, čas poskytnutý erytrocytu na uvoľnenie O 2 prijatého v pľúcach do buniek tela a pevnosť spojenia erytrocytový hemoglobín s O2.

Je známe, že obsah O2 vo vdychovanom vzduchu závisí od jeho obsahu v dýchacej zóne. Prirodzený obsah O 2 vo vzduchu otvorených priestorov je vyšší ako v uzavretých priestoroch a je v priemere 20,9 %. Obsah O 2 v alveolárnom vzduchu je jednou z individuálnych homeostatických konštánt a (za rovnakých okolností: vek, odolnosť voči nedostatku kyslíka atď.) interaguje s ukazovateľmi výkonnosti a celkového zdravia tela [Sirotinin N.N., 1971; Evgenieva L.Ya., 1974; Karpman V.L., Lyubina B.G., 1982; Meerson F.Z., 1981 atď.].

Je známe, že trvanie pobytu erytrocytov v pľúcnych kapilárach závisí od rýchlosti prietoku krvi v pľúcach a je 0,25-0,75 s. Tento čas je dostatočný na okysličenie krvi, pretože normálne je erytrocyt úplne nasýtený O2 za 0,25 s [Zayko N.N., Byts Yu.V., Ataman A.V. a iné Patologická fyziológia (Učebnica pre študentov lekárskych vysokých škôl). - K "Logos", 1996]. Čas úplného nasýtenia erytrocytu kyslíkom v pľúcach, rovný 0,25 s, teda charakterizuje obdobie alebo fázu efektívneho (priameho alebo otvoreného) kontaktu erytrocytu s O 2 alveolárneho vzduchu. Je známe, že čas, keď erytrocyt uvoľní kyslík prijatý v pľúcach do buniek tela pred ďalším prechodom erytrocytu cez pľúca na nasýtenie kyslíkom, charakterizuje obdobie alebo fázu neúčinného (nepriameho alebo uzavretého) kontaktu erytrocytu. cirkulujúcej krvi s O 2 alveolárneho vzduchu. Trvanie tejto periódy (fázy) výrazne presahuje dobu trvania priameho kontaktu cirkulujúceho krvného erytrocytu s O 2 alveolárneho vzduchu a závisí od rýchlosti krvného obehu alebo času (T) úplného obratu cirkulujúcej krvi v telo, ktoré (za rovnakých podmienok) je ovplyvnené srdcovou frekvenciou (HR) [Babsky E.B., Zubkov A.A., Kositsky G.I., Chodorov B.I. Fyziológia človeka. - M.: Medicína, 1966. - S.117]. Napríklad u normálneho dospelého človeka so srdcovou frekvenciou 75 úderov/min (kľudový stav svalov) je T v priemere 21,5 s. Berúc do úvahy známe vek, pohlavie a medzidruhové rozdiely v pomere srdcovej hmoty k telesnej hmotnosti [Zhedenov V.N. Pľúca a srdce zvierat a ľudí. 2. vyd. M., 1961. - 478 s.] hodnotu T pri rôznych srdcových frekvenciách u zvierat a ľudí možno určiť nasledujúcim matematickým vyjadrením:

T = [(0,44⋅75)/(X⋅A)]⋅21,5; (1)

T je čas úplného obratu erytrocytu prúdom cirkulujúcej krvi v tele (čas úplného obratu cirkulujúcej krvi u zvieraťa a človeka, počas ktorého sa cirkulujúca krv úplne obráti v súčte pľúcny a systémový obeh), s;

0,44 - priemerná relatívna hmotnosť ľudského srdca (vo vzťahu k celkovej telesnej hmotnosti), ktorá je charakterizovaná dobou úplného krvného obehu 21,5 s pri srdcovej frekvencii 75 úderov/min, %, %;

75 - srdcová frekvencia (HR), pri ktorej čas úplného obehu cirkulujúcej krvi u človeka nastáva v priemere za 21,5 s, úderov/min;

21,5 - čas úplného obehu cirkulujúcej krvi u osoby pri srdcovej frekvencii 75 úderov / min, s;

X je skutočná alebo (ak to nie je možné zmerať) priemerná relatívna srdcová hmotnosť charakteristická pre ľudí a skúmaný živočíšny druh, %; (podľa [Zhedenov V.N. Pľúca a srdce zvierat a ľudí. 2. vyd. M., 1961. - 478 s.] hmotnosť srdca z celkovej telesnej hmotnosti je v priemere 1/215 u mužov a 1/250 v r. ženy );

A - aktuálna srdcová frekvencia, meraná v čase vyšetrenia jedinca, tepy/min.

Je známe [Eckert R., Randall D., Augustine J. Animal physiology. T.2. M., 1992], že sila spojenia erytrocytového hemoglobínu s O 2 alebo odolnosť oxyhemoglobínu voči disociácii, pri ostatných rovnakých okolnostiach, závisí od hodnoty pH krvi, ktorá napr. klesá so zvyšujúcim sa CO 2 napätie v ňom a tým sa znižuje pevnosť spojenia hemoglobínu s O 2 (afinita hemoglobínu k O 2), čo podporuje uvoľňovanie O 2 do krvnej plazmy a odtiaľ do okolitých tkanív. Je tiež známe, že existuje recipročný (vzájomná spätná väzba) vzťah medzi zmenami koncentrácií CO 2 a O 2 v organizme. Ak teda obsah CO 2 v niektorej časti tela prirodzene ovplyvňuje silu väzby hemoglobínu s O 2, potom vplyv tejto sily na ďalší pohyb O 2 do štruktúr tela môže byť zohľadnený napr. koncentrácia alveolárneho O2.

Avšak tieto fyziologické ukazovatele, ktoré ovplyvňujú interakciu atmosférického O 2 so štruktúrami tela (fázy priamych a nepriamych kontaktov erytrocytu cirkulujúcej krvi s alveolárnym O 2 v pľúcach a jeho koncentrácia), nemôžu úplne charakterizovať. jeho entropiu, keďže v tomto prípade sa neberie do úvahy ich kombinovaný účinok na metabolické procesy.

Cieľom vynálezu je určiť entropiu v ľudskom alebo zvieracom tele interakciou fáz priamych a nepriamych kontaktov cirkulujúceho krvného erytrocytu s alveolárnym O2 v pľúcach a jeho koncentráciou.

Tento problém rieši vynálezecký spôsob stanovenia entropie v ľudskom alebo zvieracom tele, ktorý spočíva v zohľadnení času priameho kontaktu erytrocytu cirkulujúcej krvi s alveolárnym O 2 rovným 0,25 s, pričom sa určí čas úplného obrat erytrocytu s cirkulujúcim prietokom krvi v tele pri skutočnom počte úderov srdca za minútu podľa pomeru súčinu priemernej relatívnej hmotnosti ľudského srdca vyjadrenej v percentách rovným 0,44 počtom 75, vyjadrené v srdcových úderoch za minútu, k súčinu relatívnej hmotnosti srdca skúmaného jednotlivca, vyjadrenej v percentách, počtom skutočných úderov srdca, ktoré má k dispozícii v čase štúdie za minútu, vynásobené časom úplného obratu erytrocytu prúdom cirkulujúcej krvi, vyjadreným v sekundách, rovným číslu 21,5 pri 75 úderoch srdca za minútu, meranie vyjadrené ako percento obsahu O 2 v alveolárnom vzduchu a charakterizované v že entropiu v ľudskom tele alebo zvierati určuje hodnota získaná zo súčinu pomeru času priameho kontaktu erytrocytu cirkulujúcej krvi s alveolárnym O 2 k času úplného obratu erytrocytu s prietokom cirkulujúcej krvi v tele pri skutočnom počte úderov srdca za minútu o percento O 2 v alveolárnom vzduchu.

kde α je entropia v ľudskom alebo zvieracom tele, %;

0,25 - číslo zodpovedajúce času úplného nasýtenia červenej krvinky v cirkulujúcej krvi v tele kyslíkom, s;

T je čas úplného obratu erytrocytu prúdom cirkulujúcej krvi v tele, s;

Navrhovaná metóda na stanovenie entropie v ľudskom alebo zvieracom tele je založená na zohľadnení skutočnosti, že so zvyšujúcou sa srdcovou frekvenciou (HR) sa celkové (za určitý čas) trvanie priamych kontaktov erytrocytu v cirkulujúcej krvi s kyslíkom. v alveolárnom vzduchu sa zvyšuje a nepriame kontakty klesajú, čo je sprevádzané zvýšením metabolizmu v tele a zvýšením nevratného rozptylu voľnej energie do prostredia. Takže u človeka (napríklad za 10 minút) je celkové trvanie priamych kontaktov erytrocytu s O 2 alveolárneho vzduchu pri srdcovej frekvencii 75 úderov/min (T = 21,5 s) 7 s (tj. , 600 s/21,5 s = 27,9 otáčok cirkulujúcej krvi 27,9·0,25 s≈7 s), pri srdcovej frekvencii 100 úderov/min (T=16,1 s) - 9,3 s a pri srdcovej frekvencii 180; tepov/min (T =8,96 s) - 16,7 s. Súčasne za rovnaký čas je celkové trvanie nepriamych kontaktov cirkulujúceho krvného erytrocytu s kyslíkom alveolárneho vzduchu pri srdcovej frekvencii 75 úderov/min 593 s [to znamená 600 s/21,5 s = 27,9 otáčok cirkulujúcej krvi; 27,9·(21,5 s-0,25 s)=593 s], so srdcovou frekvenciou 100 úderov/min - 591 s a so srdcovou frekvenciou 180 úderov/min - 583 s. V navrhovanej metóde sa teda otvorenosť tela voči atmosfére, metabolizmus a entropia zvyšujú so zvyšujúcou sa srdcovou frekvenciou v dôsledku zvýšenia fázy priameho kontaktu erytrocytu s atmosférou (alveolárny vzduch-atmosféra) za jednotku času a redukcia v opačnej fáze bez výmeny plynov s atmosférou.

V tabuľke sú uvedené príklady stanovenia entropie (α) u 12 rôznych druhov zvierat, ktoré boli porovnané s informáciami dostupnými v literatúre o priemernej dĺžke života (D priemer) druhov týchto zvierat. Na základe vyššie uvedených údajov bola získaná nasledujúca rovnica regresie výkonu, charakterizujúca vzťah medzi α a štatistickou priemernou dĺžkou života (D priemer):

kde 5,1845 je empirický koeficient;

R 2 - hodnota spoľahlivosti aproximácie medzi D priemerom a α.

Pre zjednodušenie matematického výrazu 3 sme vyvinuli vzorec 4 s korelačným koeficientom r D priemer / D o priemer = 0,996; R<0,001:

kde D o priemer je očakávaná priemerná dĺžka života;

5,262 - empirický koeficient;

R 2 - hodnota spoľahlivosti aproximácie medzi D o priemerom a α.

Získaná závislosť očakávanej dĺžky života živočíšneho druhu od entropie v tele umožňuje vysvetliť dlhovekosť hlodavca „nahého krtka“ (Heterocephalus glaber), ktorý sa považuje za paradoxný, len tým, že sa tento cicavec ťažko zdržiava. vetrané podzemné podmienky (tunely s priemerom 2-4 cm, hĺbka do 2 m, dĺžka do 5 km ) s extrémne nízkym obsahom O 2 vo vdychovanom vzduchu od 8 do 12 % (v priemere 10 %) a koncentrácia CO 2, ktorá je pre mnohé iné živočíchy smrteľná (10 %). Existujú údaje o obsahu vysokých koncentrácií oxidu uhličitého na povrchu kože a slizníc týchto hlodavcov [Shinder A. Zviera, ktoré necíti bolesť // Týždenník 2000. - 27.06.-07.03.2008. č. 26 (420)], ktoré sa u iných živočíšnych druhov nepozorujú. Špecifikované podmienky existencie krysy nahej vedú k extrémne nízkym koncentráciám O 2 v pľúcnych alveolách (3,5 %) a podľa údajov uvedených v tabuľke znižujú entropiu viac ako 8-krát v porovnaní s inými hlodavce rovnakej hmotnosti, čo zjavne vedie k výraznému (viac ako 15-násobnému) zvýšeniu priemernej dĺžky života jedincov tohto druhu. Naznačený fenomén dlhovekosti Heterocephalus glaber je v nami dostupnej literatúre vysvetľovaný z hľadiska genetiky získanou zvláštnosťou jeho tela, ktorá však ešte necharakterizuje samotnú základnú príčinu (vonkajšiu príčinu) vzniku a konsolidácie. tejto vlastnosti u tohto druhu hlodavcov. Zo získaných výsledkov vyplýva, že (za rovnakých okolností) dĺžka života organizmu je s najväčšou pravdepodobnosťou vážená priemerná hodnota určená trvaním jeho stavov v procese ontogenézy, charakterizovaná intenzitou interakcie červených krviniek v obehu. krv so vzdušným kyslíkom.

Na základe analýzy literatúry (Gavrilov L.A., Gavrilova N.S. Biology of life expectancy M.: Nauka. 1991. - 280 s.) by sa však malo považovať za nesprávne prenášať zákony sveta zvierat do chápania problémov dlhovekosti človeka, ktorá je determinovaná predovšetkým sociálno-ekonomickými faktormi (úroveň lekárskej starostlivosti, bezpečnosť práce a efektívnosť voľného času, materiálne zabezpečenie a duchovný komfort). Keďže sociálno-ekonomické životné podmienky Homo sapiens sa počas jeho vývoja výrazne zmenili, meranie priemernej dĺžky života moderného človeka pomocou vzoru identifikovaného a vyjadreného vo vzorci 4 je potrebné doplniť, berúc do úvahy vplyv týchto podmienok na dlhovekosť.

Priemerná dĺžka života človeka v paleolite (pred 2,6 miliónmi rokov), keď sa jeho životné podmienky len málo líšili od zvierat, sa rovnala 31 rokom [Buzhilova A.P. K otázke sémantiky kolektívnych pohrebísk v dobe paleolitu. V knihe: Etiológia človeka a príbuzné odbory. Moderné metódy výskumu. Ed. Butovskoy, M.: Inštitút etiológie a antropológie, 2004. S.21-35], čo zodpovedá výsledku získanému pre opice, napríklad pre samca gorily:

a (pre gorilu) = (0,25 s/21,5 s) · 14,4 % = 0,167 %;

D o priemere =5,262·0,167 -1 =31,5 roka.

Berúc do úvahy výpočty B.T. Urlanis [Urlanis B.Ts. Zvyšujúca sa dĺžka života v ZSSR // Sociálny výskum: So. - M.: Nauka, 1965. - S. 151, 153; Urlanis B.Ts. Náčrt o veku // Týždeň. - 1966. - č. 40], v ktorej na príklade najvyspelejších a najprosperujúcejších krajín štatisticky dokazuje, že druhovo špecifická alebo charakteristická biologická dĺžka života pre človeka, ako jeden z druhov živých bytostí (označený č. autor ako normálne) by malo byť 90 rokov, my sme upravili vzorec 4, transformovali sme ho na vzorec 5, berúc do úvahy ďalších 58 rokov, ktoré by podľa nášho názoru mali muži a ženy žiť v normálnych sociálno-ekonomických podmienkach práce a života . Takže napríklad, ak vezmeme do úvahy, že u dospelého človeka je koncentrácia O 2 v alveolárnom vzduchu normálne 14,4 % [Babsky E.B., Zubkov A.A., Kositsky G.I., Chodorov B.I. Fyziológia človeka. - M.: Medicine, 1966. - S.117, 143], potom (s priemernou srdcovou frekvenciou 72 úderov za minútu typickou pre mužov v stave svalového kľudu a hmotnosťou srdca 1/215 z celkovej telesnej hmotnosti ) doba úplného obehu cirkulujúcej krvi v tele sa rovná 21,4 s, priemer α a Do je:

a = (0,25 s/21,4 s) 14,4 % = 0,168 %;

D o priemere =5,262·0,168 -1 =31,3 roka.

V dôsledku toho je príspevok normálnych sociálno-ekonomických podmienok k strednej dĺžke života mužov: 90 rokov – 31,3 roka = 58,7 rokov.

Pri typickej priemernej srdcovej frekvencii pre ženy v stave svalového pokoja 78 úderov/min a hmotnosti srdca 1/250 celkovej telesnej hmotnosti je doba úplného obehu cirkulujúcej krvi v tele 22,7 s, α a D o priemer sú:

a = (0,25 s/22,7 s) 14,4 % = 0,158 %;

D o priemere =5,262·0,158 -1 =33,3 rokov.

V dôsledku toho je príspevok normálnych sociálno-ekonomických podmienok k strednej dĺžke života žien: 90 rokov – 33,3 rokov = 56,7 rokov.

Na základe týchto získaných údajov, ako je uvedené vyššie, sme akceptovali priemernú hodnotu príspevku normálnych sociálno-ekonomických podmienok k strednej dĺžke života pre mužov a ženy, ktorá sa rovná 58 rokom.

Je známe, že na rozdiel od bežných sociálno-ekonomických podmienok, ktoré poskytujú človeku špecifickú (normálnu) dĺžku života, priemernú dĺžku života tvoria reálne sociálno-ekonomické podmienky súvisiace so skúmaným regiónom a dobou pobytu. Napríklad, ak bola priemerná dĺžka života v Rusku v roku 2011 (podľa Rosstatu) 64,3 roka u mužov a 76,1 roka u žien, potom príspevok existujúcich (v roku 2011) sociálno-ekonomických podmienok k očakávanej dĺžke života Rusa bol:

64,3 rokov - 31,3 rokov = 33,0 rokov (u mužov);

76,1 roka - 33,3 roka = 42,8 roka (u žien).

Vo formuláciách normálnej a priemernej dĺžky života zohľadňuje sémantický obsah výrazov „normálny a priemerný“ predovšetkým sociálno-ekonomické podmienky života (normálne – charakterizujte podmienky blízke ideálnemu, najpriaznivejšie na dosiahnutie druhu, biologická dĺžka života, priemer - odráža skutočné podmienky v regióne počas daného obdobia pobytu). Vzhľadom na vyššie uvedené by sa priemerná dĺžka života osoby (L) mala vypočítať pomocou nasledujúceho matematického výrazu:

Do = 5,262 ⋅ α − 1 + A; (5)

kde A je očakávaný počet rokov života v dôsledku sociálno-ekonomických podmienok (za podmienok blízkych ideálnym, označených ako normálny - 58 rokov; za iných podmienok - počet rokov získaný odčítaním od známych štatistických údajov o priemernej dĺžke života v kraj v tejto dobe pobytu je 31,3 roka u mužov a 33,3 roka u žien). Označenie zostávajúcich symbolov je uvedené vyššie.

Vynikajúci moderný gerontológ akademik D.F. Chebotarev poukazuje na to, že priemerná dĺžka života druhov by mala slúžiť ako skutočný návod na zvýšenie priemernej dĺžky života. Rozdiel medzi týmito hodnotami predstavuje rezervu, ktorú možno ľahko rozvíjať zlepšením podmienok a životného štýlu. Za taktickú úlohu gerontológie považuje boj proti predčasnému starnutiu a aspoň čiastočný rozvoj tých rezerv, ktoré človek určite má a ktoré sú determinované nevyužitým obdobím medzi moderným priemerom a strednou dĺžkou života druhov, zachovanie praktického zdravia počas celého obdobia života. celé obdobie takzvaného tretieho veku (od 60 do 90 rokov). Za strategickú úlohu považuje predĺženie aktívnej dlhovekosti nad rámec druhovej životnosti človeka [Chebotarev D.F. Fyziologické mechanizmy starnutia. L.: Nauka, 1982. - 228 s.]. Vzorec, ktorý definuje konečné ciele gerontológie, „Pridať nielen roky životu, ale aj život rokom“, stelesňuje taktické aj strategické ciele tejto vedy a spája medicínske a sociálne problémy starnutia. Preto vývoj nástrojov, ktoré umožňujú hodnotiť vývoj takých telesných rezerv, ktoré pracujú na dosiahnutí aktívnej dlhovekosti presahujúcej normálnu dĺžku života, treba považovať za jeden z dôležitých primárnych krokov k riešeniu komplexného problému starnutia. V tejto súvislosti sa domnievame, že metóda, ktorú sme vyvinuli na zisťovanie otvorenosti ľudských a živočíšnych organizmov voči atmosfére, je dôležitým prostriedkom na úspešné vyriešenie tohto problému, pretože umožňuje napríklad identifikovať a a priori vyhodnotiť vývoj rezervy dlhovekosti organizmu v štádiách ontogenézy a v rôznych funkčných stavoch, identifikovať podobnosti a rozdiely vo vytváraní tejto rezervy u ľudí a zvierat.

Uveďme príklady využitia navrhovanej metódy u ľudí a niektorých zvierat v rôznych funkčných stavoch (svalový kľud, fyzická aktivita, poruchy kardiovaskulárneho a dýchacieho systému, novorodenecké obdobie a začiatky postnatálnej ontogenézy).

U muža je pri miernej práci srdcová frekvencia 100 úderov/min, koncentrácia O 2 v alveolárnom vzduchu meraná analyzátorom plynov PGA-12 v posledných dávkach vydychovaného vzduchu sa udržiava na 14,4 %. Preto je entropia v ľudskom tele pri vykonávaní miernej práce:

a = (0,25 s/15,4 s) 14,4 % = 0,23 %.

S touto hodnotou entropie môže byť normálna a priemerná dĺžka života v roku 2011:

D o normálne =(5,262·0,23 -1)+58 rokov=80,9 rokov;

D o priemere = (5,262·0,23 -1) + 33,0 rokov = 55,9 rokov.

U muža s poruchou srdcovo-cievneho a dýchacieho systému je srdcová frekvencia v stave svalového kľudu 95 tepov/min, pri vykonávaní miernej práce - 130 tepov/min, koncentrácia O 2 v alveolárnom vzduchu, meraná analyzátor plynu PGA-12 v uvedených podmienkach, rovných 16,1 %. Preto bude entropia v tele:

- (v stave svalového pokoja) α 1 =0,25 s/16,2 s·16,1 %=0,25 %;

- (v stave vykonávania stredne ťažkej práce) α 2 =0,25 s/11,9 s·16,1 %=0,34 %.

Normálna a priemerná dĺžka života muža s poruchami kardiovaskulárneho a dýchacieho systému bude:

D o1 =(5,262·0,25 -1)+58 rokov=79,0 rokov (normálne v stave svalového odpočinku);

D o2 = (5,262·0,34 -1) + 58 rokov = 73,5 roka (normálne v stave vykonávania stredne ťažkej práce);

D o1 =(5,262·0,25 -1)+33,0 rokov=54,0 rokov (priemer v stave svalového odpočinku);

D o2 = (5,262·0,34 -1) + 33,0 rokov = 48,5 roka (priemer v stave vykonávania stredne ťažkej práce).

U novorodenca je srdcová frekvencia 150 úderov/min, hmotnosť srdca v celkovej telesnej hmotnosti 0,89 %, koncentrácia O 2 v alveolárnom vzduchu 17,8 %. Po 1/2 a o rok neskôr sa srdcová frekvencia a obsah O 2 v alveolárnom vzduchu dieťaťa znížili na 130 a 120 úderov/min, 17,3 a 17,2 %. Preto je entropia v tele:

U novorodenca α = 0,25 s/5,31 s · 17,8 % = 0,84 %,

1/2 roka po narodení α=0,25 s/6,13 s·17,3 %=0,70 %,

Jeden rok po narodení α=0,25 s/6,64 s·17,2 %=0,65 %.

Normálna dĺžka života, meraná pri špecifikovaných funkčných stavoch tela, sa bude rovnať:

Pre novorodenca D o =(5,262·0,84 -1)+58 rokov=64,3 rokov

1/2 roka po narodení D o =(5,262·0,70 -1)+58 rokov=65,5 roka

Rok po narodení D o =(5,262·0,65 -1)+58 rokov=66,1 roka.

Priemerná dĺžka života bude:

U novorodenca Do = (5,262·0,84 -1) + 33,0 rokov = 39,3 roka

1/2 roka po narodení D o =(5,262·0,70 -1)+33,0 roka=40,5 roka

Rok po narodení D o =(5,262·0,65 -1)+33,0 rokov=41,1 roka.

Zistené rozdiely v hodnote entropie v organizme za indikovaných podmienok sú v súlade s rizikom zdravotných problémov, ktorým sú novorodenci viac vystavení, zrejme v dôsledku nedostatočne vytvorených metabolických mechanizmov. Najmä z hľadiska telesnej hmotnosti dojčatá a malé deti pijú viac vody, konzumujú viac jedla a vdychujú viac vzduchu ako dospelí [Dyachenko V.G., Rzyankina M.F., Solokhina L.V. Sprievodca sociálnou pediatriou: učebnica / V.G. Djačenko, M.F. Rzyankina, L.V. Solokhin / Ed. V.G. Djačenko. - Chabarovsk: Vydavateľstvo Dalnevostočnyj. štát med. un-ta. - 2012. - 322 s.]. Tieto výsledky testovania navrhovanej metódy sú v súlade s literárnymi údajmi, že biologický vek tela nie je konštantná hodnota, mení sa za rôznych podmienok spôsobených vekom, fyzickou aktivitou, zdravím, psycho-emocionálnym stresom a inými faktormi [Pozdnyakova N.M. , Proshchaev K O.I., Ilnitsky A.N., Pavlova T.V., Bashuk V.V. Moderné pohľady na možnosti hodnotenia biologického veku v klinickej praxi // Fundamental Research. - 2011. - č. 2 - S.17-22].

U vrabca domáceho je srdcová frekvencia vo svalovom pokoji 460 úderov / min a počas letu - 950 úderov / min (priemerná dĺžka života tohto druhu zvieraťa je 1,2 roka a relatívna srdcová hmotnosť 1,5%; [Zhedenov V.N. Pľúca a srdce zvierat a ľudí 2 ed. M., 1961. - 478 s.]), koncentrácia O 2 v alveolárnom vzduchu je 14,4 %. V dôsledku toho bude entropia v tele vrabca domového za týchto podmienok rovná:

- (v stave svalového odpočinku) α 1 = (0,25 s/1,03 s) · 14,4 % = 3,49 %;

- (počas letu) α 2 = (0,25 s/0,50 s) · 14,4 % = 7,20 %.

Priemerná dĺžka života tohto vrabca bude:

- (v stave svalového odpočinku) D o =(5,262·3,49 -1)=1,5 roka;

- (počas letu) D o = (5,262·7,20 -1) = 0,73 roka.

Z príkladov použitia navrhovanej metódy vyplýva, že s nárastom entropie v ľudskom alebo zvieracom tele klesá normálna a priemerná dĺžka života jedincov a naopak. Získané výsledky použitia navrhovanej metódy sú v súlade so známymi výsledkami fyziologických štúdií [Marshak M.E. Fyziologický význam oxidu uhličitého. - M.: Medicína, 1969. - 145 s.; Agadzhanyan N.A., Elfimov A.I. Telo funguje v podmienkach hypoxie a hyperkapnie. M.: Medicína, 1986. - 272 s.; Agadzhanyan N.A., Katkov A.Yu. Zásoby nášho tela. M.: Znanie, 1990. - 240 s.], ktorý stanovil vplyv tréningu organizmu na nedostatok O 2 a nadbytok CO 2 na zlepšenie zdravia, zvýšenie výkonnosti a predĺženie strednej dĺžky života. Keďže štúdie týchto autorov spoľahlivo preukázali, že tréning na nedostatok O 2 a nadbytok CO 2 znižuje srdcovú frekvenciu, frekvenciu a hĺbku pľúcneho dýchania a obsah O 2 v alveolárnom vzduchu, indikovaný priaznivý účinok takéhoto tréningu na tele možno vysvetliť dosiahnutým znížením jeho otvorenosti voči atmosfére a nezvratným rozptylom voľnej energie do prostredia.

Pri systematickom tréningu s vôľovým oneskorením pľúcneho dýchania a inhalácie hypoxicko-hyperkapnických zmesí vzduchu s obsahom O 2 15-9 % a CO 2 5-11 % obsahuje alveolárny vzduch O 2 8,5; 7,5 %. V dôsledku toho (pri srdcovej frekvencii napr. 50 úderov/min) T=32,25 s; a = 0,0659 %; 0,0581 %. Potom bude normálna dĺžka života:

D o =(5,262·0,0659 -1)+58 rokov=138 rokov;

D o1 =(5,262·0,0581 -1)+58 rokov=149 rokov.

Priemerná dĺžka života mužov bude:

D o =(5,262·0,0659 -1)+33,0 rokov=113 rokov;

D o1 =(5,262·0,0581 -1)+33,0 rokov=124 rokov.

V nárokovanom spôsobe stanovenia entropie v ľudskom alebo zvieracom tele je teda vyriešený problém vynálezu: entropia v ľudskom alebo zvieracom tele je určená interakciou kontaktných fáz cirkulujúceho krvného erytrocytu s alveolárnym O2 v pľúc a ich koncentrácie.

LITERATÚRA

1. Agadzhanyan N.A., Elfimov A.I. Telo funguje v podmienkach hypoxie a hyperkapnie. M.: Medicína, 1986. - 272 s.

2. Agadzhanyan N.A., Katkov A.Yu. Zásoby nášho tela. M.: Vedomosti, 1990. - 240 s.

3. Babsky E.B., Zubkov A.A., Kositsky G.I., Chodorov B.I. Fyziológia človeka. - M.: Medicína, 1966. - S. 117, 143.

4. Bužilova A.P. K otázke sémantiky kolektívnych pohrebísk v dobe paleolitu. V knihe: Etiológia človeka a príbuzné odbory. Moderné metódy výskumu. Ed. Butovskoy, M.: Ústav etiológie a antropológie, 2004. - S.21-35.

5. Gavrilov L.A., Gavrilova N.S. Biológia života. M.: Nauka, 1991. - 280 s.

6. Djačenko V.G., Rzyankina M.F., Solokhina L.V. Sprievodca sociálnou pediatriou: učebnica / V.G. Djačenko, M.F. Rzyankina, L.V. Solokhin / Ed. V.G. Djačenko. - Chabarovsk: Vydavateľstvo Dalnevo-stoch. štát med. Univerzita, 2012. - 322 s.

7. Evgenieva L.Ya. Dýchanie športovca - Kyjev, Zdorov, 1974. - 101 s.

8. Žedenov V.N. Pľúca a srdce zvierat a ľudí. 2. vyd. M., 1961. - 478 s.

9. Zaiko N.N., Byts Yu.V., Ataman A.V. a iné Patologická fyziológia (Učebnica pre študentov lekárskych vysokých škôl). - K "Logos", 1996.

10. Karpman V.L., Lyubina B.G. Dynamika krvného obehu u športovcov. M.: Telesná kultúra a šport, 1982. - 135 s.

11. Marshak M.E. Fyziologický význam oxidu uhličitého. - M.: Medicína, 1969. - 145 s.

12. Meerson F.Z. Adaptácia, stres a prevencia. M., 1981.

13. Nikolis G., Prigozhy I. Poznanie komplexu. M., 1990. - S.293.

14. Pozdnyakova N.M., Proshchaev K.I., Ilnitsky A.N., Pavlova T.V., Bashuk V.V. Moderné pohľady na možnosti hodnotenia biologického veku v klinickej praxi // Fundamental Research, 2011. - č. 2 - S. 17-22.

15. Prigozhy I.R. Úvod do termodynamiky ireverzibilných procesov. Za. z angličtiny M., 1960.

16. Prigozhy I. Od existujúceho k vznikajúcemu. - M., 1985. - 113 s.

17. Sirotinín N.N. Regulácia dýchania a fyziologická adaptácia respiračných funkcií počas hypoxie // Fyziol. nažive ZSSR, 1971. - T.7. - č. 12.

18. Urlanis B.Ts. Zvyšujúca sa dĺžka života v ZSSR // Sociálny výskum: So. - M.: Nauka, 1965. - S. 151, 153.

19. Urlanis B.Ts. Náčrt o veku // Týždeň, 1966. - č.40.

20. Frank G.M., Kuzin A.M. O podstate života. - M., 1964. - 350 s.

21. Čebotarev D.F. Fyziologické mechanizmy starnutia. L.: Nauka, 1982. - 228 s.

22. Shinder A. Zviera, ktoré necíti bolesť // Týždenník 2000.-27.06-03.07.2008. č. 26 (420).

23. Eckert R., Randall D., Augustine J. Živočíšna fyziológia. T.2. M., 1992.

24. Stahl W.R. Hmotnosti orgánov u primátov a iných cicavcov, Science, 1965, 150, S.1039-1042.

25. Stahl W.R. Škálovanie respiračných premenných u cicavcov. J. Appl. Physiol., 1967, 22, str. 453-460.

Spôsob stanovenia entropie v ľudskom alebo zvieracom tele, vyznačujúci sa tým, že relatívna hmotnosť srdca vzhľadom na telesnú hmotnosť v % (X), počet úderov srdca (A) a obsah kyslíka v alveolárnom vzduchu pľúc v % (Co 2) sa určí a výpočet sa vykoná podľa vzorca: α=(0,25/T)·Co 2, kde α je entropia v %, T je čas úplného obratu erytrocytu s cirkulujúcou krvou. prietok v sekundách, zatiaľ čo T=[(0,44-75)/(X·A)]·21,5.

Podobné patenty:

Vynález sa týka medicíny, menovite pneumológie, alergológie, kardiológie, funkčnej diagnostiky. Elastické a funkčné vlastnosti aorty sa hodnotia analýzou charakteristík pulzných vĺn zaznamenaných neinvazívnou arteriografiou.

Skupina vynálezov sa týka lekárskej diagnostiky. Zariadenie na zhromažďovanie informácií prenášaných impulzom obsahuje komponent snímača a špecifikovaný komponent snímača obsahuje elektrický stroj inštalovaný v kryte, skrutku pripojenú k špecifikovanému elektrickému stroju, zdvíhaciu konštrukciu umiestnenú mimo špecifikovanej skrutky a snímačovú sondu. upevnené v základni špecifikovaných zdvíhacích konštrukcií.

Vynález sa týka medicíny, súdneho lekárstva, oblasti meraní na diagnostické účely, vrátane vyšetrovacej praxe. Interaktívne psychofyziologické testovanie (IPT) zahŕňa predloženie testovacích otázok testovanej osobe, určenie a analýzu parametrov psychogenézy pomocou senzorov fyzických parametrov testovanej osoby, zobrazenie výsledkov a vykonanie úsudku.

Vynález sa týka oblasti medicíny a medicínskej techniky a môže byť použitý na hodnotenie stavu ľudského kardiovaskulárneho systému (CVS), vrátane na implementáciu automatizovanej elektronickej diagnostiky prostredníctvom diaľkového monitorovania údajov ľudského srdca, ako aj na preventívne vyšetrenie. populácie s cieľom identifikovať riziko vzniku ischemickej choroby srdca (ICHS).

Vynález sa týka medicíny, menovite oftalmológie, a je určený na predpovedanie maximálnej hodnoty denných fluktuácií vnútroočného tlaku (IOP) u pacientov s očnými prejavmi pseudoexfoliačného syndrómu (PES).

[0001] Vynález sa týka prostriedkov na bezkontaktné monitorovanie dýchania pacienta. Spôsob detekcie zmeny z výdychu na vdychovanie pacienta alebo naopak, vrátane štádií vysielania elektromagnetického signálu smerom k pacientovi a prijímania signálu odrazeného od pacienta, konverzie odrazeného signálu na získanie prvého signálu, posunutia fázy odrazeného elektromagnetického signálu a jeho konverzia na získanie druhého signálu, detekcia pomocou výpočtovej jednotky pre súčasné prvé prechody nulou v časovej derivácii prvého signálu a v časovej derivácii druhého signálu, súčasné prechody druhou nulou v časovej derivácii prvého signálu a v časovej derivácii druhého signálu a súčasné tretie prechody nulou v časovej derivácii prvého signálu a v časovej derivácii druhého signálu, určenie prvého a druhého vektora a výpočet ich bodového súčinu ako hodnota indikátora pre zmenu z výdychu na nádych pacienta alebo naopak, porovnanie hodnoty indikátora s vopred definovanou prahovou hodnotou a indikácia zmeny z výdychu do nádychu pacienta alebo naopak, ak je hodnota indikátora nižšia ako prahová hodnota.

Vynález sa týka medicíny, menovite chirurgie, a môže byť použitý pri vykonávaní cholecystektómie u pacientov s cholelitiázou. K tomu sa najprv zisťuje index telesnej hmotnosti (BMI) pacientov, hladina glykémie, glukozúria, meria sa krvný tlak, zisťuje sa prítomnosť spinálnej osteochondrózy a artrózy kolenných kĺbov.

[0001] Vynález sa týka oblasti medicíny, menovite pediatrickej kardiológie, a môže byť použitý na určenie formy esenciálnej arteriálnej hypertenzie u detí a dospievajúcich. U detí a dospievajúcich s esenciálnou arteriálnou hypertenziou sa podľa echokardiografie stanoví hodnota tepového objemu ľavej komory, vypočíta sa obsah olova v krvnom sére a hodnota časového indexu hypertenzie systolického krvného tlaku za deň. použitím vzorca regresnej analýzy: IV deň SBP = 0,12 + 0, 0035*UO+0,13*Pb syv., kde deň IV SBP je časový index hypertenzie SBP počas dňa; SV - zdvihový objem ľavej komory podľa echokardiografie; Pb suché - obsah olova v krvnom sére. Keď je hodnota časového indexu hypertenzie systolického krvného tlaku v rozmedzí od 0,25 do 0,50, forma esenciálnej arteriálnej hypertenzie je definovaná ako labilná, s hodnotami väčšími ako 0,50 - stabilná forma esenciálnej arteriálnej hypertenzie. Metóda umožňuje určiť formu esenciálnej artériovej hypertenzie u detí a dospievajúcich stanovením obsahu olova v krvnom sére podľa atómovej absorpčnej spektrofotometrie a tepového objemu ľavej komory podľa echokardiografie. 1 tab., 3 priem.

Oblasť techniky Vynález sa týka športovej medicíny, konkrétne spôsobu prenosologickej diagnostiky zdravia športovcov. Komplexné klinické a laboratórne vyšetrenie športovca sa vykonáva 12-16 hodín po ukončení ťažkej fyzickej aktivity. Rozsah štúdie je stanovený s prihliadnutím na orgány a systémy, ktoré sú najviac náchylné na fyzickú záťaž, pri hodnotení prognosticky významných kritérií pre morfofunkčný stav tela. Štúdia zahŕňa stanovenie a analýzu biochemických, hematologických, imunologických a funkčných ukazovateľov, ako aj ukazovateľov nasýtenia tela vitamínmi a minerálmi. A ak tieto ukazovatele zostanú stabilne zmenené, výrazne odlišné od normálnych hodnôt, diagnostikujú sa nešpecifické zmeny v orgánoch a systémoch športovca. Metóda poskytuje včasnú diagnostiku významných zmien v orgánoch a systémoch tela počas tréningového a súťažného cyklu, čo umožňuje následne prijať včasné opatrenia na zabránenie ďalšiemu rozvoju patologických stavov a v tomto smere udržať profesionálnu výkonnosť a dosiahnuť trvalo vysoké športové výsledky.

Vynález sa týka lekárskeho zariadenia. Prístroj na meranie krvného tlaku v podmienkach fyzickej aktivity človeka obsahuje merací senzor pulzovej vlny pod pneumatickou manžetou v mieste ramennej tepny a kompenzačný senzor pulzovej vlny na diametrálne opačnej strane paže. Na výstupy meracích a kompenzačných snímačov sú pripojené príslušné zosilňovače, na ktoré je napojený odčítač, ktorého výstup je napojený na pásmový filter, ktorý je výstupom tlakomeru. Zariadenie je navyše vybavené druhým pásmovým filtrom, prvým a druhým komparátorom, prvým a druhým zdrojom záporného prahového napätia, prvým a druhým záložným multivibrátorom, 2I logickým prvkom a zariadením na generovanie informatívneho signálu o neprijateľnom posunutí snímača. Využitie vynálezu odstráni falošné poplachy a chyby pri meraní krvného tlaku v prípadoch neprijateľného premiestnenia snímačov z miesta inštalácie tým, že sa o tom rýchlo získajú informácie. 4 chorý.

Vynález sa týka medicíny, menovite vnútorných chorôb. Pacient je testovaný, určia sa klinické príznaky a každý sa vyhodnotí a vypočíta sa diagnostický indikátor. Súčasne sa určujú klinické príznaky: arteriálna hypertenzia, berúc do úvahy jej štádium a trvanie; diabetes mellitus, jeho trvanie s prihliadnutím na vek pacienta a komplikácie; ischemická choroba srdca a jej trvanie, prítomnosť anginy pectoris, infarkt myokardu a jeho trvanie; vek pacienta; dodržiavanie liečby; fajčenie. Absencia ktoréhokoľvek z uvedených znakov sa hodnotí 0 bodmi. Potom sa vypočíta súčet bodov, v závislosti od získanej hodnoty sa predpovedá vysoká, stredná alebo nízka pravdepodobnosť utrpenia „tichej“ mozgovej príhody. Metóda umožňuje spoľahlivo zistiť prítomnosť „tichej“ mozgovej príhody, ktorá sa dosiahne identifikáciou klinicky významných príznakov a ich klasifikáciou, pričom sa zohľadnia individuálne charakteristiky ich závažnosti u pacienta. 3 och., 4 tabuľky, 3 ex.

Vynález sa týka medicíny, menovite preventívnej medicíny, a je určený na identifikáciu mladých ľudí s vysokým rizikom vzniku kardiovaskulárnych chorôb na jej včasnú nápravu. Vykonáva sa prieskum s cieľom identifikovať hlavné rizikové faktory rozvoja kardiovaskulárnych ochorení v súlade s Národnými smernicami pre kardiovaskulárnu prevenciu. Výsledok prieskumu sa hodnotí v bodoch: ak je úroveň psychickej záťaže 3,01-4 u mužov a 2,83-4 u žien, pridelí sa 0 bodov; ak 2,01-3 pre mužov a 1,83-2,82 pre ženy, pridelí sa 1 bod; ak 2 alebo menej pre mužov a 1,82 alebo menej pre ženy, pridelia sa 2 body; ak respondent nefajčí, pridelí sa 0 bodov, ak respondent vyfajčí menej ako 1 cigaretu za deň, pridelí sa 1 bod, ak vyfajčí 1 a viac cigariet denne, pridelia sa 2 body; pri konzumácii 13,7 gramov alebo menej etanolu denne sa prideľuje 0 bodov, pri konzumácii od 13,8 gramov do 27,4 gramov - 1 bod, pri konzumácii 27,5 gramov alebo viac - 2 body; ak je krvný tlak nižší ako 129/84 mmHg, pridelí sa 0 bodov, ak je v rozmedzí 130-139/85-89 mmHg. - 1 bod, ak je 140/90 mmHg. a viac - 2 body; ak je index telesnej hmotnosti 24,9 kg/m2 alebo menej, pridelí sa 0 bodov, ak je v rozmedzí 25-29,9 kg/m2 - 1 bod, ak 30 kg/m2 alebo viac - 2 body; za fyzickú aktivitu sprevádzanú spaľovaním energie 3 MET/min a viac za posledných šesť mesiacov a viac sa prideľuje 0 bodov, za pohybovú aktivitu sprevádzanú spálením energie 3 MET/min za menej ako posledných 6 mesiacov - 1 bod, za fyzickú aktivitu sprevádzanú spaľovaním energie menej ako 3 MET/min pridelené 2 body; pri konzumácii 500 g a viac zeleniny a ovocia denne sa prideľuje 0 bodov, pri konzumácii menej ako 500 g - 1 bod, ak v dennej strave nie je zelenina a ovocie - 2 body; ak je srdcová frekvencia v pokoji od 50 do 69 za minútu, pridelí sa 0 bodov, od 70 do 79 za minútu - 1 bod, 80 za minútu alebo viac - 2 body; s negatívnou anamnézou kardiovaskulárnych ochorení v prípade manifestácie ischemickej choroby srdca alebo KVO u prvostupňových príbuzných u mužov do 55 rokov a u žien do 65 rokov sa prideľuje 0 bodov, pri pozitívnej anamnéze kardiovaskulárnych ochorení choroby - 1 bod. Body sa sčítajú a ak je súčet 8 bodov a viac, respondent je zaradený do rizikovej skupiny pre rozvoj kardiovaskulárnych ochorení a sú odporúčané preventívne opatrenia. Metóda umožňuje určiť riziko kardiovaskulárnych ochorení u mladých ľudí hodnotením rizikových faktorov. 1 tab., 1 pr.

Metóda sa týka oblasti medicíny, konkrétne klinickej diagnostiky, a je určená na identifikáciu zdravých jedincov s neinfekčnými chronickými ochoreniami alebo predispozíciou k nim pomocou integrálneho hodnotenia rizikových faktorov, suboptimálneho zdravotného stavu a endotelovej dysfunkcie. Pacient odpovedá na dotazník „Hodnotenie suboptimálneho zdravotného stavu. SHS-25”, označuje vašu históriu fajčenia a počet cigariet vyfajčených za deň. Okrem toho sa meria hmotnosť, výška, systolický a diastolický krvný tlak pacienta, glukóza v krvi, celkový cholesterol v krvi a indexy tuhosti cievnej steny a odraz pulzovej vlny sa merajú pomocou testu manžety. Vypočítajú sa indexy fajčiarov, telesná hmotnosť a ukazovatele funkcie endotelu. Počítačové spracovanie údajov sa uskutočňuje podľa rovníc. Na základe najvyššej hodnoty získanej z výpočtov bude subjekt zaradený do jednej z piatich skupín: optimálny zdravotný stav, suboptimálny zdravotný stav s nízkym rizikom vzniku patologických stavov, suboptimálny zdravotný stav s vysokým rizikom rozvoja patologických stavov, kardiovaskulárny fenotyp ochorenia. suboptimálny zdravotný stav s nízkym rizikom rozvoja kardiovaskulárnej patológie, kardiovaskulárny fenotyp suboptimálneho zdravotného stavu s vysokým rizikom rozvoja kardiovaskulárnej patológie. Metóda umožňuje posúdiť zdravotný stav, ktorý má zdravotné odchýlky v predklinickom štádiu identifikáciou a hodnotením rizikových faktorov a určením suboptimálneho zdravotného stavu. 1 ave.

Vynález sa týka oblasti medicíny a môže byť použitý zubnými lekármi v rôznych oblastiach. Pred začatím stomatologických výkonov sa testy používajú na identifikáciu stupňa psycho-emocionálneho stresu a psychofyziologického stavu pacienta a tiež na stanovenie úrovne pulzu pred prvým testom (P1), medzi dvoma testami (P2) a po druhom teste ( P3). V prítomnosti mierneho stupňa psycho-emocionálneho stresu, stabilného psychofyziologického stavu v kombinácii s rozdielom medzi P3 a P2 nie väčším ako 15 úderov/min v porovnaní s rozdielom medzi P2 a P1, sa hodnotí psycho-emocionálny stav. ako stabilný a uvádza sa pripravenosť pacienta na stomatologický zákrok. V prítomnosti priemerného stupňa psycho-emocionálneho stresu, hraničného psychofyziologického stavu v kombinácii s rozdielom medzi P3 a P2 nie viac ako 15 úderov/min v porovnaní s optimálnym stavom s rozdielom medzi P2 a P1, psycho-emocionálny stav stav sa hodnotí ako labilný a pred stomatologickým zákrokom sa konštatuje potreba relaxačných účinkov na pacienta. V prítomnosti ťažkého stupňa psycho-emocionálneho stresu, nestabilného psychofyziologického stavu v kombinácii s rozdielom medzi P3 a P2 viac ako 15 úderov/min v porovnaní s rozdielom medzi P2 a P1 sa psychoemocionálny stav hodnotí ako nepriaznivé pre zubný zákrok, vyžadujúce jeho oddialenie. Metóda vám umožňuje vykonať rýchle posúdenie psycho-emocionálneho stavu pacienta pred zubným zákrokom. 3 ave.

Skupina vynálezov sa týka medicíny. Systém merania krvného tlaku nepriamou metódou obsahuje zariadenie na aplikáciu vonkajšej kontaktnej sily na meranú tepnu, snímač arteriálnej expresie a meracie a záznamové zariadenie na určenie systolických a diastolických periód arteriálneho cyklu na základe hodnôt. zaznamenané snímačom. Meracie a záznamové zariadenie meria diastolický tlak počas diastolického obdobia pred úplným uzáverom tepny a meria systolický tlak počas systolického obdobia, keď je tepna uzavretá. Senzor zaznamenáva významné symptómy pred, počas a po pôsobení vonkajšej sily. Pri meraní krvného tlaku obliteráciou sa arteriálny cyklus získa rozlíšením systolického a diastolického obdobia bez ovplyvnenia prietoku krvi a steny tepny vonkajšími silami. Aplikujte vonkajšiu silu na tepnu a zaznamenajte arteriálny výraz z každej periódy. Vonkajšia sila sa zvyšuje, kým sa nevyrovná krvný tlak v období, ktoré sa má merať. Špecifikovaný krvný tlak sa meria v danom arteriálnom cykle, keď výrazný arteriálny znak zmizne v ktoromkoľvek zo systolických alebo diastolických období. Pri meraní diastolického krvného tlaku uvoľnením pôsobí vonkajšia sila na tepnu, kým nie je uzavretá. Vonkajšia sila je oslabená, až kým sa nevyrovná krvný tlak v diastolickom období. Diastolický tlak sa meria, keď sa zaznamená arteriálny exprimovaný znak v čase, keď sa arteriálny exprimovaný znak objaví z diastolického obdobia arteriálneho cyklu. Využitie skupiny vynálezov zlepší presnosť nepriameho merania krvného tlaku. 3 n. a 29 z.p. f-ly, 13 chorých.

Vynález sa týka lekárskeho zariadenia. Zariadenie na záznam pulzácie arteriálnej krvi obsahuje generátor impulzov, svetelný zdroj, fotodetektor, menič prúdu/napätia, zosilňovač striedavého napätia, synchrónny demodulátor a pásmový filter. Okrem toho zariadenie obsahuje akcelerometer, analógovo-digitálny prevodník, mikrokontrolér, adaptívny filter a odčítaciu jednotku. Výstup pásmového filtra je pripojený na prvý vstup analógovo-digitálneho prevodníka, výstup akcelerometra je pripojený k druhému vstupu analógovo-digitálneho prevodníka, výstup analógovo-digitálneho prevodníka je pripojený na vstup mikrokontroléra, prvý výstup mikrokontroléra je pripojený k prvému vstupu odčítacieho bloku, druhý výstup mikrokontroléra je pripojený k prvému vstupnému adaptívnemu filtru, výstup odčítacieho bloku je pripojený k druhý vstup adaptívneho filtra, výstup adaptívneho filtra je pripojený k druhému vstupu odčítacieho bloku. Použitie vynálezu umožní zvýšiť odolnosť proti šumu pri zaznamenávaní signálu ľudskej arteriálnej pulzácie v prítomnosti pohybových artefaktov spôsobených náhodnými pohybmi subjektu. 1 chorý.

Vynález sa týka biológie a medicíny, konkrétne skúmania vplyvu životného prostredia a vnútorného prostredia organizmu na zdravie ľudí alebo zvierat. Metóda sa týka štúdia entropie v tele. Na tento účel určte relatívnu hmotnosť srdca vo vzťahu k telesnej hmotnosti, počet srdcových kontrakcií a obsah kyslíka v alveolárnom vzduchu pľúc. Výpočet sa vykonáva podľa vzorca: α·Co2, kde α je entropia v, T je čas úplného obratu erytrocytu prietokom cirkulujúcej krvi v sekundách, pričom T·21,5. Metóda umožňuje merať hlavnú charakteristiku organizmu, ktorá spája živé systémy, pomocou ktorej možno určiť biologický vek, zdravotný stav a študovať účinok rôznych prostriedkov prevencie zdravotných problémov a predĺženia života. 1 stôl

„Človek nemôže nájsť podstatu veci, čo sa deje pod slnkom,
-akokoľvek sa človek snaží hľadať, nenájde;
a aj keby mudrc povedal, že môže, nenájde to.“
Šalamún Múdry, kráľ Židov, 10. storočie pred Kristom.

Taký je svet a prečo je taký?
To nevie ani múdry, ani hlupák.
D. I. Fonvizin (1745 – 1792).

Systém možno nazvať súborom interagujúcich častí. Je experimentálnym faktom, že niektoré vlastnosti častí sú diktované samotným systémom, že integračné, systémové vlastnosti tohto celku nie sú vlastnosťami samotných častí. Pre človeka s induktívnym myslením je táto predstava poburovaním a človek by ju chcel anatematizovať.

Bunka v živom ľudskom tele.

Ľudská bunka je súčasťou organizmu. Vnútorný geometrický objem bunky je obmedzený od vonkajšieho prostredia membránou, obalom. Cez túto hranicu dochádza k interakcii medzi prostredím a bunkou. Ľudskú bunku s jej obalom budeme považovať za termodynamický systém, aj keď veľkí termodynamici našej doby považujú bunku vlastného tela za vulgárny a nedôstojný predmet termodynamiky.

Vo vzťahu k ľudskej bunke je vonkajším prostredím medzibunková tekutina, vodný roztok. Jeho zloženie je určené výmenou chemikálií s krvnými cievami (kapilármi) a výmenou s mnohými bunkami. Z medzibunkovej tekutiny cez membránu vstupujú do bunky „užitočné“ látky a kyslík. Z bunky cez tú istú membránu odchádzajú odpadové produkty do medzibunkovej tekutiny, ide o látky potrebné pre telo, vedľajšie produkty, odpad a nezreagované zložky. V dôsledku toho ľudská bunka ako termodynamický systém interaguje s vonkajším prostredím chemicky. Potenciál tejto interakcie sa tradične označuje písmenom μ a súradnica stavu tohto typu interakcie sa označuje m. Potom sa množstvo tejto interakcie medzi vonkajším svetom a bunkami tela rovná

kde j je číslo cesty postupných a/alebo paralelných chemických premien, m j je hmotnosť novovzniknutej j-tej látky. Index (e) navrchu znamená, že treba brať hodnotu j-tého transformačného potenciálu pre vonkajšie prostredie, t.j. pre medzibunkovú tekutinu.

Súčasne cez bunkovú membránu tela dochádza k tepelnej interakcii s potenciálom T (absolútna teplota) a tepelnou súradnicou s (entropia). Množstvo interakcie je T(e)ds.

Pre kvapaliny zanedbávame deformačnú interakciu (potenciál - tlak, stavová súradnica - merný objem sústavy).

Potom je prvý termodynamický zákon pre termochemický systém napísaný v štandardnej forme:

du = μ j (e) dm j + T (e) ds,

kde u je vnútorná energia systému.

Ak sú potenciály v bunke tela μ j (i) a T (i) blízke potenciálom vonku, potom nastáva rovnováha. Rovnováha znamená, že množstvo počiatočných reaktantov a množstvo reakčných produktov pri reverzibilných chemických premenách sa nemení (všetky chemické reakcie sú reverzibilné).

Systémovou vlastnosťou organizmu je, že funkčným účelom každej ľudskej bunky je tvorba látok potrebných pre organizmus (bielkoviny, tuky, enzýmy, nosiče energie atď.). Bunka musí problém tieto látky do medzibunkovej tekutiny a ďalej do obehového systému. Preto stav ľudskej bunky musí byť nerovnovážne a výmenné procesy sú nezvratné. To znamená, že ak

Δμ j = μ j (e) – μ j (i), potom Δμ j /μ j (i) ≥ 10 0.

Pre uvažovanú situáciu (nezvratnosť) má prvý termodynamický zákon formu:

du = T (e) ds + (Δμ j + μ j (i)) dm j = T (e) ds + μ j (i) dm j + Δμ j dm j.

Posledný člen v tejto rovnici je spôsobený nezvratnosťou procesu chemickej interakcie. A podľa druhého zákona termodynamiky táto nezvratnosť nevyhnutne vedie k zvýšeniu entropie:

Δμ j dm j = T (i) ds (m) diss, kde ds (m) diss > 0. (diss = disipácia).

Všetko sa deje ako nezvratnosť počas interakcie akýkoľvek akosi „zapne“ v termodynamickom systéme zdroj tepla s aktivitou T (i) ds (m) diss, telesná bunka sa zohreje (nie nevyhnutne v zmysle zvýšenia teploty ako v kuchyni, ale napr. v širšom zmysle - dodávka tepla). Zvýšenie entropie v ľudskej bunke určite skresľuje priebeh chemických reakcií (o tom trochu neskôr). Vznikajú látky, trosky a toxíny, ktoré sú pre telo nepotrebné, a roztok sa riedi. Telo musí bunke odobrať entropiu, inak jej to urobí!

Termodynamika naznačuje jeden zo spôsobov, ako odstrániť entropiu: je potrebné znížiť tepelný potenciál T (e), urobiť ho menším ako T (i). A aby sa realizoval odvod tepla, musí byť teplotný rozdiel ΔT = T (i) – T (e) opäť konečná hodnota, preto sa aj proces výmeny tepla stane nevratným, ďalší zdroj tepla s aktivitou T (i) ds Objaví sa (T) diss. Nakoniec, prvý zákon termodynamiky pre termochemický systém s ireverzibilnými výmennými procesmi bude mať podobu:

du = T (i) ds + μ j (i) dm j + T (i) ds (m) diss + T (i) ds (T) diss.

Prvé dva pojmy v du vpravo sú zodpovedné za reverzibilné interakčné procesy, posledné dva - za nezvratné a posledný je spôsobený predposledným. Následne sa časť vnútornej energie systému nevratne premení na teplo, t.j. ľudská bunka vytvára entropiu.

Tu sa zameriame na aplikáciu termodynamickej metódy bunkovej analýzy v živom organizme. Zastavenie je určené významom epigrafov k tomuto článku: táto výskumná metóda vyžaduje aj kvantitatívne informácie, ktoré nemáme. Ale to, čo sme dostali, stojí veľa! Zostáva len urobiť komentár a vyvodiť dôsledky.

Prečo je entropia nebezpečná v bunke organizmu?

Skúsme pochopiť, prečo je zvýšenie entropie ds (m) diss > 0 a ds (T) diss > 0 pre telo nebezpečné. Alebo možno je tento rast priaznivý?

Telo „požaduje“ od bunky jej fungovanie, vykonávanie užitočných a potrebných spotrebiteľských služieb vo forme produkcie určitých látok. Navyše si to vyžaduje implementáciu týchto služieb v určitom zmysle „rýchlo“. Rýchlosť transformácie je určená konečnosťou potenciálnych rozdielov, použitím katalyzátorov a špeciálnych transportných molekúl. Ale v každej situácii je potrebné usporiadať molekuly reaktantov tesne a blízko (v geometrickom zmysle). Ďalej, molekuly reagentov, v dôsledku svojej energie E, musia „excitovať“ elektronické obaly niektorých atómov, potom môže dôjsť k aktu spojenia a syntézy s tvorbou nových látok.

Molekuly v ľudskej bunke majú spravidla zložitú priestorovú trojrozmernú štruktúru. A preto takéto molekuly majú mnoho stupňov voľnosti pohybu prvkov. Môže to byť rotačný pohyb fragmentov molekuly, alebo to môže byť vibračný pohyb rovnakých fragmentov a jednotlivých atómov. Pravdepodobne je rotácia veľkých fragmentov molekuly v kvapalnej fáze náročná, veľmi tesná. Vraj sa otáčajú len malé úlomky. Vysoká hustota kvapalnej fázy však príliš nezasahuje do vibrácií malých fragmentov a jednotlivých atómov molekuly. V každom prípade je počet stupňov voľnosti pohybu v takejto molekule obrovský, a preto je celkový počet W možností distribúcie energie E cez tieto stupne voľnosti ešte väčší. Ak budeme nasledovať Boltzmanna a prijmeme

potom zvýšenie entropie v bunke tela vedie k odstráneniu energie z možností, ktoré môžu excitovať elektronické obaly s následnou tvorbou „potrebných“ látok. Navyše s takýmto zvýšením entropie sa začnú syntetizovať vedľajšie produkty.

Telo bude musieť obnoviť poriadok v ľudskej bunke, odstrániť entropiu z objemu bunky, aby koncentrovalo energiu molekúl do „užitočných“ stupňov voľnosti. Chudák organizmus, dokonca ani na bunkovej úrovni nemá zadarmo: ak chcete získať niečo cenné, odstráňte z bunky entropiu.

Metódy zintenzívnenia odstraňovania entropie.

Z teórie prenosu tepla vyplýva, že množstvo tepla

dQ = kF(T (i) – T (e)) dτ = (T (i) ds (m) diss + T (i) ds (T) diss)ρV,

kde k je koeficient prestupu tepla, F je teplovýmenná plocha (membrána telových buniek), τ je čas, ρ je hustota systému. Vydeľme obe strany tejto rovnice objemom bunky V. Potom sa vľavo objaví faktor F/V ∼ d -1, kde d je charakteristická veľkosť bunky telesa. V dôsledku toho, čím menšia je bunka, tým intenzívnejší je proces odstraňovania entropie pri rovnakom rozdiele tepelných potenciálov. Navyše s klesajúcou veľkosťou d možno tento rozdiel zmenšiť pri rovnakom dQ, a teda mieri tepelnej ireverzibilnosti ds (T) diss.

Inými slovami, k tvorbe entropie dochádza v objeme bunky V ~ d 3 a k odstráneniu entropie z ľudskej bunky dochádza cez povrch F ~ d 2 (pozri obr. 1).

Ryža. 1. Ilustrácia na určenie kritickej veľkosti bunky organizmu.

Ale bunka zväčšuje svoju hmotnosť, a teda aj objem. A zatiaľ čo d d 0, povrch odstraňuje menej entropie, ako sa vytvára, a to aj rýchlosťou vonkajšieho prostredia. Keď d > d 0, bunka sa „zahreje“ a začne škodiť telu. Čo robiť? Ľudská bunka potrebuje na jednej strane zväčšiť svoju hmotnosť, no na druhej strane nemôže zväčšiť svoju veľkosť. Jediný spôsob, ako „zachrániť“ bunku a organizmus, je bunkové delenie. Z „veľkej“ bunky veľkosti d 0 (zatiaľ, pre zjednodušenie, považujte ľudskú bunku za sférickú) sa vytvoria dve „deti“ veľkosti d p:

πd03/6 = 2πd3r/6 > dr = 2-1/3 d0 = 0,794 d0.

Veľkosť „detí“ bude o 20 % menšia ako veľkosť „matky“. Na obr. Obrázok 2 ukazuje dynamiku veľkosti ľudských buniek v tele.

Ryža. 2. Dynamika veľkosti telesných buniek. d 00 – veľkosť buniek u novorodenca.

Komentujte. Zvýšenie intenzity odstraňovania entropie z ľudskej bunky je možné nielen znížením teploty T(e) medzibunkovej tekutiny a následne aj krvi v kapilárach, ale aj zvýšením teploty T(i) vo vnútri bunky. bunka tela. Táto metóda však zmení celú chémiu v bunke, prestane vykonávať svoje funkcie v tele a dokonca začne produkovať všetky druhy „odpadu“. Pamätajte si, ako zle sa cítite kvôli vysokej teplote v dôsledku nejakej choroby. Je lepšie nedotýkať sa teploty v ľudskej bunke, aby telo fungovalo, bunka sa bude musieť pravidelne deliť a tá istá okolnosť znižuje nárast ds (T) diss > 0.

Ešte jedna poznámka. Ak vezmeme do úvahy špecifický povrch telies rôznych geometrických tvarov, nie je ťažké vidieť, že minimálny špecifický povrch je guľa. Na severe a na Sibíri si preto obyvatelia stavajú domy v tvare pologúľ a snažia sa aj o veľké domy (d > d 0) pre 2-3 rodiny. To vám umožní výrazne ušetriť energiu na prípravu palivového dreva na zimu. Ale v horúcich krajinách sú domy postavené vo forme predĺžených telies s veľkým počtom rozšírení. Aby sa zintenzívnilo odstraňovanie entropie z ľudskej bunky, ľudská bunka musí mať tvar, ktorý nie je ani zďaleka sférický.

Entropia vládne všetkému.

Teraz si skúsme predstaviť, čo by sa stalo, keby sa rozdelili aj ľudské nervové bunky (neuróny s ich dendritickými procesmi a synapsiami na ich koncoch). Neurofyziológ by sa z takejto vyhliadky okamžite zhrozil: znamenalo by to jednoducho zničenie celého inervačného systému tela a fungovania mozgu. Človek si práve osvojil nejaké vedomosti, osvojil si nejakú zručnosť, techniku ​​a zrazu všetko zmizlo, znova začalo alebo zaniklo.

Jednoduchým analógom delenia nervových buniek sú puč, nepokoj, nepokoje a revolúcie, t.j. zmena tímu vládnucej elity v niektorej krajine. A potom sa národy dlho krútia a prispôsobujú sa novým vládcom. Nie, čisto funkčné ľudské nervové bunky sa nedajú deliť!

Ako sa to realizuje, keďže entropia v bunkách tela neúprosne rastie? V prvom rade venujme pozornosť rozvetveniu ľudskej nervovej bunky, veľkému rozvinutiu jej teplovýmennej plochy (povrch tenkého dlhého vlákna je oveľa väčší ako povrch guľôčky rovnakého objemu).

Ďalej sa ukazuje, že telo starostlivo monitoruje teplotu arteriálnej krvi vstupujúcej do mozgu. Prejavuje sa to najmä tým, že teplokrvné živočíchy majú vytvorený autonómny systém (malý kruh) krvného obehu. Jediný snímač teploty je umiestnený v krčnej tepne, pomocou ktorej telo riadi teplotu arteriálnej krvi prichádzajúcej do mozgu. Obavy o reguláciu tejto teploty dosiahli bod, že teplokrvné suchozemské zvieratá majú dodatočnú schopnosť ochladzovať krv vstupujúcu do mozgu. Ukazuje sa, že krčná tepna sa vetví tak, že časť krvného bypassu prechádza cez ušné výmenníky tepla. Špeciálny senzor riadi prietok tejto krvi. Ak sa teplota zvýšila nad nominálnu hodnotu, potom sa tento prietok zvýši, krv sa ochladí v ušiach vo vánku, potom sa zmieša s hlavným prúdom a pošle sa do mozgu.

Pamätajte na úbohého slona afrického: v horúčave musíte neustále mávať ušami. Pamätajte si, aké veľké sú uši cicavcov v horúcich krajinách a aké malé sú v chladných krajinách. V ruskom kúpeli alebo parnej miestnosti by ste si mali zakryť uši, aby ste si užili dlhší parný kúpeľ. Pri lyžovaní v zime si zase treba zapchať uši, aby si neochladil mozog. Študent so zlou známkou, snívajúci o hanebnom C, má na skúške alebo teste vždy červené uši, zatiaľ čo výborný študent má uši normálnej farby. Svoju známku môžete okamžite určiť podľa farby uší!

No keď ľudská hlava úplne prestane myslieť, t.j. nahromadil veľa entropie v nervových bunkách mozgu, potom budete musieť ísť na prechádzku, zmeniť typ činnosti, napríklad rúbať drevo. Nakoniec už len spať, odbremeniť neuróny mozgu, znížiť produkciu entropie a za 8 hodín nočného spánku ju odstrániť z mozgu pomocou venóznej krvi. Ukazuje sa, že akumulácia entropie v nervových bunkách človeka určuje celý jeho životný vzorec: ráno ideme do práce, potom ideme domov z práce, trochu si oddýchneme a potom spíme.

Prial by som si, aby sme prišli na mechanizmus odstraňovania entropie z nervových buniek, aby sme mohli pracovať 24 hodín denne! Aká by to bola radosť pre tvorivých ľudí a pre vykorisťovateľov! HDP krajiny by sa okamžite zvýšil o viac ako 30%! Na prepravu ľudí nie je potrebná doprava, nie je potrebné bývanie, ale iba pracovné miesta. Organizácia života by sa stala najjednoduchšou: dieťa nepretržite študuje v škole, potom v ústave alebo odbornej škole, potom je osoba umiestnená na pracovisku a nakoniec odvezená do krematória. Sci-fi chlapci, chopte sa nápadu!

Je asi jasné, že produkcia rôznych cieľových produktov pre telo vedie k rôznym rýchlostiam tvorby entropie v rôznych ľudských bunkách. Všetko je určené „zložitosťou“, t.j. priestorová architektúra molekúl cieľovej látky a rozmanitosť a počet radikálov a atómov v jej zložení. Čím väčšia je táto „zložitosť“, tým viac entropie klesá počas syntézy z jednoduchých radikálov, ale aj väčší nárast disipatívnej entropie.

Produkcia mužských pohlavných hormónov u teplokrvných suchozemských zvierat sa líši od produkcie iných látok potrebných pre telo. Podstatou veci je, že tento hormón musí obsahovať obrovské množstvo informácií, ktoré chce telo – tatko preniesť do ženského vajíčka. Obáva sa, že svoje vlastnosti a črty prenesie na svoje dieťa, keďže otcovi umožnili prežiť v makrosvete okolo neho.

Odborníci na teóriu informácie tvrdia, že informácia neexistuje bez svojich hmotných nosičov. A takýmto nosičom informácií o vlastnostiach a črtách otca je molekula hormónu, presnejšie jej architektúra, súbor a usporiadanie fragmentov, radikálov a atómov prvkov z tabuľky D.I. Mendelejev. A čím je množstvo informácií väčšie, čím sú podrobnejšie a detailnejšie, tým je molekula hormónu zložitejšia. Krok doprava, krok doľava - vytvorí sa mutácia, odchýlka od otcových snov. Následne syntéza takejto molekuly znamená výrazný pokles entropie v systéme a zároveň produkciu ešte väčšieho množstva disipatívnej entropie v ľudskej bunke.

Jednoduchá analógia je stavba budovy. Výstavba kráľovského Zimného paláca v Petrohrade so všetkými jeho architektonickými excesmi a luxusom znamená silný pokles entropie v porovnaní s výstavbou dedinských chát rovnakej úžitkovej plochy, no množstvo odpadu (entropie) po dokončení je neúmerné.

Produkcia mužských pohlavných hormónov u teplokrvných suchozemských živočíchov generuje disipatívnu entropiu tak intenzívne, že medzibunková tekutina s krvnými cievami ju nedokáže z buniek toľko odstrániť. Úbohý samec musel tieto orgány oddeliť pre studený atmosférický vzduch. Ak mladý chalan sedí na lavičke v metre alebo v autobuse s rozkročenými kolenami na veľké rozhorčenie svojich starých susedov, potom mu nevyčítajte hrubosť, toto je entropia. A chlapci do 15 rokov, starci a starenky všetkých vekových kategórií sedia s kolenami skromne a kultúrne blízko pri sebe.

A v ženskom vajci po jeho vytvorení dochádza k chemickým transformáciám, ktoré ho udržiavajú v stave „pripravenosti na boj“. Ale entropia sa časom neúprosne zvyšuje, v podstate nedochádza k žiadnemu odvodu tepla, telo musí vajíčko vyhodiť a potom vyrobiť nové, čo našim milým dámam spôsobuje veľa problémov. Ak to neurobíte, potom buď nedôjde k počatiu, alebo sa zrodia všetky druhy hororových príbehov. Iné cicavce tieto problémy s entropiou vo vajci nemajú, sú pripravené na pôrod v krátkom čase, a to aj prísne diskrétne: slony - raz za 5-6 rokov, ľudoopice - raz za 3 roky, kravy - raz ročne, mačky - 3-4 krát ročne. Ale človek – takmer nepretržite. A prečo ho príroda tak zaťažila? Alebo ju možno potešila? Tajomstvo!

Podľa Boltzmannovho vzorca je entropia definovaná ako logaritmus počtu možných mikrostavov v danom makroskopickom systéme.

kde Ain = 1,38-1016 erg-deg alebo 3,31? 10 24 jednotiek entropie (1 e.u. = 1 cal deg 1 = 4,1 J/K), alebo 1,38 10“ 23 J/K. - Boltzmannova konštanta; W- počet mikrostavov (napríklad počet spôsobov, akými môžu byť molekuly plynu umiestnené v nádobe).

V tomto zmysle je entropia mierou neporiadku a chaosu v systéme. V reálnych systémoch existujú stabilné a nestabilné stupne voľnosti (napríklad pevné steny nádoby a molekuly plynu v nej uzavreté).

Pojem entropia je spojený práve s nestabilnými stupňami, v ktorých je možná chaotizácia systému, a počet možných mikrostavov je oveľa väčší ako jeden. V úplne stabilných systémoch sa realizuje len jedno jediné riešenie, t.j. počet spôsobov, akými sa realizuje tento jediný makrostav systému, sa rovná jednému (IV = 1) a entropia je nulová. V biológii sa pojem entropia, ako aj termodynamické pojmy, môžu používať iba vo vzťahu ku konkrétnym metabolickým procesom, a nie na opis celkového správania a všeobecných biologických vlastností organizmov. Spojenie medzi entropiou a informáciou v teórii informácie bolo stanovené pre štatistické stupne voľnosti.

Predpokladajme, že sme dostali informácie o tom, ako sa tento makrostav systému realizuje. Je zrejmé, že množstvo získaných informácií bude tým väčšie, čím väčšia bude počiatočná neistota alebo entropia.

Podľa teórie informácie sa v tomto jednoduchom prípade bude množstvo informácií o jedinom skutočnom stave systému rovnať

Jednotka množstva informácie (bit) sa považuje za informácie obsiahnuté v spoľahlivej správe, keď sa počet počiatočných možných stavov rovnal W= 2:

Napríklad správa o tom, na ktorej strane pristála minca pri vyhodení do vzduchu, obsahuje množstvo informácií 1 bit. Porovnaním vzorcov (7.1) a (7.2) možno nájsť súvislosť medzi entropiou (v jednotkách entropie) a informáciou (v bitoch)

Skúsme teraz formálne odhadnúť množstvo informácií obsiahnutých v ľudskom tele, kde je 10 13 buniek. Pomocou vzorca (7.2) získame množstvo

Na uskutočnenie jediného správneho usporiadania buniek v tele by bolo potrebné na začiatku získať také množstvo informácií. To je ekvivalentné veľmi miernemu poklesu entropie systému o

Ak predpokladáme, že telo má tiež jedinečné usporiadanie aminokyselinových zvyškov v proteínoch a nukleotidových zvyškov v DNA, potom celkové množstvo informácií obsiahnutých v ľudskom géli bude

čo je ekvivalentné miernemu poklesu entropie o AS~~ 300 e.s. = 1200 J/K.

V metabolických procesoch GS je tento pokles entropie ľahko kompenzovaný zvýšením entropie počas oxidácie 900 g glukózy. Porovnanie vzorcov (7.1) a (7.2) teda ukazuje, že biologické systémy nemajú žiadnu zvýšenú informačnú kapacitu v porovnaní s inými neživými systémami, ktoré pozostávajú z rovnakého počtu štruktúrnych prvkov. Tento záver na prvý pohľad protirečí úlohe a významu informačných procesov v biológii.

Avšak spojenie medzi / a S v (7.4) platí len s ohľadom na informácie o tom, ktoré zo všetkých W mikrostavy sú v súčasnosti implementované. Tieto mikroinformácie spojené s umiestnením všetkých atómov v systéme si v skutočnosti nemožno zapamätať a uložiť, pretože ktorýkoľvek z takýchto mikrostavov sa rýchlo premení na iný v dôsledku tepelných výkyvov. A hodnotu biologickej informácie určuje nie kvantita, ale predovšetkým možnosť jej zapamätania, uloženia, spracovania a ďalšieho prenosu na využitie v živote organizmu.

Hlavnou podmienkou pre vnímanie a zapamätanie informácií je schopnosť receptorového systému v dôsledku prijatej informácie prejsť do jedného zo stabilných stavov vopred určených svojou organizáciou. Preto sú informačné procesy v organizovaných systémoch spojené len s určitými stupňami voľnosti. Samotný proces zapamätania si informácie musí byť sprevádzaný určitou stratou energie v receptorovom systéme, aby tam mohla zostať dostatočne dlhý čas a nestratila sa v dôsledku tepelných výkyvov. Práve tu dochádza k transformácii mikroinformácií, ktoré si systém nedokázal zapamätať, na makroinformácie, ktoré si systém zapamätá, uloží a následne môže preniesť do iných akceptorových systémov. Ako sa hovorí, entropia je mierou množiny mikrostavov, ktoré si systém nepamätá, a makroinformácia je mierou množiny ich stavov, v ktorých si systém musí pamätať.

Napríklad informačná kapacita v DNA je určená iba počtom špecifických nukleotidov, a nie celkovým počtom mikrostavov, vrátane vibrácií všetkých atómov reťazca DNA. Proces ukladania informácie do DNA je fixácia špecifického usporiadania nukleotidov, ktoré je stabilné vďaka chemickým väzbám vytvoreným v reťazci. Ďalší prenos genetickej informácie sa uskutočňuje ako výsledok biochemických procesov, pri ktorých disipácia energie a tvorba zodpovedajúcich stabilných chemických štruktúr zaisťuje efektívnosť biologického spracovania informácií.

Vo všeobecnosti sú informačné procesy v biológii rozšírené. Na molekulárnej úrovni sa vyskytujú nielen pri zapamätávaní a spracovaní genetickej informácie, ale aj pri vzájomnom rozpoznávaní makromolekúl, zabezpečujú špecifickosť a riadený charakter enzymatických reakcií a sú dôležité pri interakcii bunkových membrán a povrchov.

Na interakciách makromolekúl sú založené aj fyziologické receptorové procesy, ktoré v živote organizmu zohrávajú samostatnú informačnú úlohu. Vo všetkých prípadoch sa makroinformácia spočiatku objavuje vo forme konformačných zmien počas disipácie časti energie pozdĺž určitých stupňov voľnosti v interagujúcich makromolekulách. Výsledkom je, že makroinformácie sú zaznamenané vo forme súboru dostatočne energeticky hlbokých konformačných podstavov, ktoré umožňujú uchovať túto informáciu na čas potrebný na jej ďalšie spracovanie. Biologický význam tejto makroinformácie sa realizuje v súlade so zvláštnosťami organizácie biologického systému a špecifických bunkových štruktúr, na ktorých sa odohrávajú ďalšie procesy, ktoré v konečnom dôsledku vedú k zodpovedajúcim fyziologickým a biochemickým účinkom.

Možno tvrdiť, že živé systémy špecificky riadia biochemické reakcie na úrovni jednotlivých makromolekúl.

ktorých súhrn v konečnom dôsledku určuje makroskopické vlastnosti biologických systémov.

Ani najmodernejšie technologické zariadenia nemajú také vlastnosti, ako napríklad submikrónové počítačové procesory, kde dochádza k riadeniu elektronických tokov s nevyhnutnými stratami energie. Nižšie bude ukázané, že v biomembránach sa regulácia tokov elektrónov uskutočňuje vo vzťahu k prenosu každého jednotlivého elektrónu pozdĺž reťazca makromolekulárnych nosičov.

Okrem toho sa ukáže, že transformácia energie v biologických procesoch prebieha v makromolekulárnych „strojoch“ na premenu energie, ktoré majú nanorozmery.

Malé veľkosti tiež určujú malé hodnoty energetických gradientov. a následne približujú činnosť takýchto strojov podmienkam termodynamickej reverzibility. Je známe, že to zlepšuje energetickú účinnosť (účinnosť) premeny energie. Práve v takýchto nano-veľkostných molekulárnych strojoch sa optimálne kombinuje maximálny energetický výstup a nízka úroveň disipácie energie, ktorá zodpovedá nízkej miere produkcie entropie v systéme.

Nízke rozdiely v hodnotách redoxného potenciálu medzi jednotlivými nosičmi v reťazci fotosyntézy a dýchania ilustrujú túto situáciu a poskytujú podmienky blízke reverzibilite jednotlivých procesov transportu elektrónov.

Štúdium činnosti jednotlivých molekulárnych motorov spojených s transformáciou energie vyvoláva potrebu rozvoja termodynamiky malých systémov, kde poklesy energie v elementárnych štádiách prevádzkových cyklov sú svojou veľkosťou porovnateľné s tepelnými fluktuáciami. V skutočnosti priemerná hodnota celkovej energie makrosystému (ideálneho plynu) pozostávajúceho z Nčastice a rozložené nad nimi podľa Gaussovho zákona, je 2>/2Nk b T. Veľkosť náhodných fluktuácií tejto veličiny je rádovo l/V)V a je zanedbateľná vo vzťahu k priemernej hodnote pre systém pozostávajúci z veľkého počtu častíc. Avšak pri malom N veľkosť výkyvov sa približuje priemernej energetickej hodnote takého malého systému, ktorý sám o sebe môže byť len niekoľko jednotiek kh T.

Napríklad molekula kinezínu menšia ako 100 nm sa pohybuje pozdĺž mikrotubulov, transportuje bunkové organely a robí 8 nm „kroky“ každých 10-15 ms v dôsledku energie hydrolýzy ATP (20 k a T).„Kinezínový motor“ robí prácu na každom kroku 2 kg, T s účinnosťou = 60 %. V tomto ohľade je kinezín jedným z mnohých molekulárnych strojov, ktoré využívajú energiu hydrolýzy fosfátových väzieb v rôznych procesoch, vrátane replikácie, transkripcie, translácie, opravy atď. Malá veľkosť takýchto strojov im môže pomôcť absorbovať energiu veľkých tepelných výkyvy od okolitého priestoru. V priemere samozrejme, keď sa molekulárny motor pohybuje po svojej dynamickej trajektórii, práca je sprevádzaná uvoľňovaním tepelnej energie, je však možné, že náhodne absorbovaná energia tepelných výkyvov v jednotlivých fázach operačného cyklu v kombinácii s „riadená“ energia hydrolýzy fosfátových väzieb prispieva k pomeru medzi zmenou voľnej energie a vykonanou prácou. V tomto prípade už môžu teplotné výkyvy viesť k citeľným odchýlkam od priemerných dynamických trajektórií. V dôsledku toho takéto malé systémy nemožno primerane opísať na základe klasickej termodynamiky. V súčasnosti sa tieto otázky intenzívne študujú, a to aj s vývojom nanotechnológií spojených s vytváraním molekulárnych strojov nano veľkosti.

Ešte raz si všimnime, že biochemické procesy premeny energie, pri ktorých sa vykonáva užitočná chemická práca, sú samy o sebe len dodávateľom počiatočných prvkov pre samoorganizáciu biologických štruktúr a tým aj tvorbu informácií v biologických systémoch.

Práve na biochemické reakcie sú aplikovateľné základné princípy chemickej termodynamiky a najmä fundamentálny koncept chemického potenciálu ako miery závislosti počtu prípustných mikrostavov od počtu častíc v systéme.

Chemická reakcia sa považuje za výsledok redistribúcie počtu mólov alebo relatívneho počtu častíc (molekúl) činidiel a produktov počas reakcie so všeobecne konštantným počtom ich atómov. Tieto redistribúcie sú spojené s lámaním a tvorbou chemických väzieb, a preto sú sprevádzané tepelnými účinkami. V oblasti lineárnej termodynamiky sa ich všeobecný smer riadi Prigoginovou vetou. Obrazne povedané, biochemická reakcia vytvára počiatočné prvky a dodáva ich na miesto samozostavenia stabilných „informačných“ makromolekulových komplexov, nosičov informácií. Priame samozostavenie sa vyskytuje spontánne a prirodzene prichádza so všeobecným poklesom voľnej energie: A F= D U - TAS

V skutočnosti, keď sa objaví stabilná usporiadaná štruktúra, energia vytvorených štruktúrnych väzieb (-AU) v absolútnej hodnote musí byť väčšia ako pokles členu entropie ( -TAS) vo výraze pre voľnú energiu |DS/| > | 7A,S|, takže D F

Pripomeňme si, že v období prebiologickej evolúcie sa tak spontánne, abiogénne, z anorganických jednoduchých zlúčenín, bez akejkoľvek účasti živých systémov, v dôsledku vonkajších zdroje energie (svetlo, elektrické výboje) potrebné na prekonanie aktivačných bariér fúznych reakcií.

Vo všeobecnosti priamy vznik biologickej informácie na makromolekulárnej úrovni skutočne vedie k zodpovedajúcemu zníženiu štrukturálnej entropie (vznik negatívnej entropie). Tento pokles entropie je kompenzovaný vytvorením stabilných spojení v informačnej štruktúre. Zároveň je rovnováha „termodynamickej“ entropie v otvorenom systéme určená pomerom hnacích síl a rýchlostí v skupine chemických procesov, ktoré vytvárajú podmienky pre syntézu informačných štruktúr.

Je zrejmé, že výpočet celkovej rovnováhy zmenenej štrukturálnej a termodynamickej entropie v živom systéme má čisto aritmetický charakter. Je determinovaná dvomi vzájomne prepojenými, ale povahou odlišnými skupinami procesov, priama kompenzácia zmien entropie medzi nimi neprebieha.

V roku 1945 vydal jeden zo zakladateľov kvantovej mechaniky Erwin Schrödinger knihu „Čo je život z pohľadu fyzika?“, kde skúmal živé objekty z hľadiska termodynamiky. Hlavné myšlienky boli nasledovné.

Ako sa biologický organizmus vyvíja a existuje? Zvyčajne hovoríme o počte kalórií absorbovaných z potravy, vitamínov, minerálov, vzduchu a slnečnej energie. Hlavnou myšlienkou je, že čím viac kalórií skonzumujeme, tým viac priberieme. Jednoduchý západný stravovací systém je založený na počítaní a obmedzovaní počtu skonzumovaných kalórií. Ale po obrovskom množstve publikovaných materiálov a zvýšenom záujme verejnosti starostlivá štúdia zistila, že v mnohých prípadoch koncept kalórií nefunguje. Telo funguje oveľa zložitejšie ako sporák, v ktorom sa spaľuje jedlo, pričom sa uvoľňuje určité množstvo tepla. Niektorí ľudia môžu jesť veľmi málo a zostávajú energickí a aktívni, zatiaľ čo iní potrebujú jedlo neustále spracovávať, nehovoriac o neustálom hlade rastúcich detí. A čo môžeme povedať o národoch Ďalekého severu, ktorí jedia iba mäso bez toho, aby dostávali vôbec nejaké vitamíny? Prečo sú také veľké rozdiely? Prečo sa rôzni ľudia, rôzne národnosti tak líšia vo svojich stravovacích návykoch?

Na druhej strane získavame energiu len z jedla? Ako potom môžu malé vtáky preletieť cez Atlantik? Je ľahké vypočítať mechanickú prácu, ktorú vykonávajú mávaním krídel na určitú vzdialenosť a previesť ju na kalórie. Potom môžete vypočítať, koľko kalórií dokážu vtáky získať z kilogramu obilia. A potom uvidíme, že každý vták musí mať so sebou poriadnu tašku zásob, tak ako lietadlo nesie nádrž paliva. Takže z klasického hľadiska je let vtákov cez Atlantik nemožný! Mali by spadnúť na polovicu a utopiť sa! Ale lietajú už tisíce rokov!

Funguje v tomto prípade nejaká špeciálna fyzika? Fyzika biologických objektov?

Veríme, že existuje len jedna fyzika: fyzika Materiálneho sveta, ktorá platí pre anorganické aj biologické objekty. Rozdiel je len v zložitosti organizácie a charakteristickom čase procesov. Zároveň spolu s Materiálnym Svetom hovoríme o Informačnom, Duchovnom Svete alebo Svete vedomia. Tieto Svety existujú spolu s Materiálom a ovplyvňujú ho prostredníctvom Vedomej činnosti Ľudstva.

Prvým princípom, ktorý poznamenal E. Schrödinger a neskôr ho rozvinuli I. Prigogine a A. Haken, bol princíp OTVORENÉ SYSTÉMY. To znamená, že biologické systémy si neustále vymieňajú materiálne látky, energiu a informácie s okolitým priestorom. Keď kameň leží na slnku, jeho teplota stúpa – čím viac slnka, tým vyššia je teplota. Vo všeobecnosti možno kameň považovať za pasívny uzavretý systém. Keď zdravý človek zostane na slnku, jeho teplota zostáva konštantná – 36,6 C°. Môžeme povedať, že človek si udržiava stav homeostázy – rovnováha, aktívna rovnováha s okolím. Táto rovnováha je možná len prostredníctvom obojstranného výmenného procesu. Telo absorbuje energiu z potravy, slnka, vzduchu a zároveň energiu vyrába a rozptyľuje v priestore. Pre presnejšie vyjadrenie ďalších myšlienok je potrebné napísať niekoľko rovníc.

Entropia je vyjadrená ako: S = k ln p(E), Kde Komu- Boltzmannova konštanta, R- pravdepodobnosť, E- možné energetické stavy systému.

Ako je uvedené vyššie, pojem entropia je vo fyzike široko používaný a čoraz viac sa zavádza do biologických a spoločenských vied. Entropia je mierou diverzity. Napríklad najorganizovanejšou spoločnosťou je armádny pluk, kde všetci nosia rovnaké oblečenie a prísne plnia rozkazy. V občianskej spoločnosti je oblečenie a správanie ľudí veľmi rôznorodé. Preto je entropia armádnej jednotky oveľa nižšia ako entropia občianskej spoločnosti. Ale entropia je tiež mierou chaosu.

Pre živé systémy je možné určiť zmenu entropie. Rovná sa súčtu „vonkajšej“ entropie pochádzajúcej z potravy a vody dS (potrava), vzduchu dS (vzduchu), svetla dS (svetlo) a „vnútornej“ entropie, ktorú telo dáva do priestoru dS (inter).

dS = dS (jedlo) + dS (vzduch) + dS (svetlo) + dS (inter) = dS (ext) + dS (inter) (1)

Táto rovnica môže viesť k trom rôznym situáciám:

dS = dS (ext) + dS (inter) = 0

dS=dS (ext) +dS (inte g)<0

dS=dS (ext) + dS (inter) >0

Prvá rovnica dS = 0 charakterizuje stav homeostázy, čiže rovnováhy s prostredím, kedy je absorbovaný tok entropie alebo energie úplne vyrovnaný vplyvom vnútorných procesov organizmu.

dS = dS (ext) + dS (inter) = 0 . Tento stav je typický pre dospelého, prakticky zdravého človeka v pokojnom stave. Inými slovami, všetky parametre tela sú udržiavané konštantné. Táto rovnica môže byť vyjadrená v inej forme:

dS (ext) = - dS (inter)

Ako z tejto rovnice vyplýva, dS (inter) musí byť záporné! V súlade s terminológiou E. Schrödingera telo „vyrába“ negatívnu entropiu. Nie je v tom žiadny rozpor s fyzikálnymi alebo termodynamickými zákonmi, pretože negatívna nie je entropia, ale miera jej produkcie. To znamená, že biologický organizmus štruktúruje, usporadúva, organizuje energiu a informácie, a tým znižuje chaos vo vesmíre. Práve táto vlastnosť podľa E. Schrödingera oddeľuje živé systémy od nebiologickej prírody. Biologické systémy počas svojho života organizujú priestor, vytvárajú poriadok a štruktúru v neusporiadanom svete.

Ale táto rovnováha entropie platí len pre dospelý organizmus v normálnom zdraví. Choroba je reakcia tela na vonkajší vplyv, ktorý posúva telo z rovnovážneho stavu. To znamená, že dS(inter) sa prudko zvyšuje. Telo reaguje na vonkajšie vplyvy zvýšením tvorby vnútornej energie a vnútornej aktivity. So zvyšujúcou sa teplotou sa dS (inter) zvyšuje v snahe kompenzovať dS (ext). To okamžite ovplyvňuje správanie: počas choroby telo potrebuje menej jedla - to je jeden zo spôsobov, ako znížiť (inter) spotrebu dS. V tomto štádiu sa rýchlosť produkcie entropie celým organizmom stáva negatívnou:

dS(ext)< dS (inter) , =>dS< 0 . При этом энтропия всего организма может быть вычислена как:

To znamená, že rovnica (1) neurčuje hodnotu entropie, ale uhol sklonu krivky entropie: tá sa stáva plochá pri dS = 0, rastie pri dS > 0 a klesá pri dS< 0. Конкретное значение энтропии в данный момент времени зависит от "истории" развития организма, от всех его предшествующих трансформаций и изменений.

V prípade choroby sa krivka entropie najskôr zväčšuje od rovnovážnej čiary a potom vďaka boju tela so zápalom klesá na nižšie hodnoty, na vyšší rád. Telo teda bojuje proti vonkajším vplyvom, proti chorobám, znížením celkovej entropie v dôsledku zvýšenej tvorby vnútornej „negatívnej“ entropie!

Podobný proces sa vyskytuje v detstve: telo dieťaťa produkuje veľké množstvo „negatívnej“ entropie v dôsledku aktívnejších fyziologických procesov v porovnaní so stavom dospelých. To sa prejavuje fyzickou aktivitou a zvýšenou spotrebou informácií. Skúste skákať spolu so zdravým päťročným dieťaťom - za hodinu padnete vyčerpaní na posteľ a dieťa bude skákať ďalej. To isté s informáciami: dieťa vníma a spracováva obrovské množstvo informácií a rýchlosť spracovania je spravidla neporovnateľná so schopnosťami dospelého.

Aký je rozdiel medzi stavom dieťaťa a chorobným stavom? Rozdiel je v tom, že na kompenzáciu produkcie „negatívnej“ entropie telo dieťaťa spotrebuje veľké množstvo energie z okolitého priestoru. Deti skonzumujú niekoľkonásobne viac potravy na jednotku hmotnosti v porovnaní s dospelými, detský organizmus túto energiu aktívne spracováva a len malá časť ide na zvýšenie telesnej hmotnosti.

Dá sa predpokladať, že počas spánku dochádza k špeciálnemu kompenzačnému procesu dS (inter). Zrejme ide o kompenzáciu informačnej zložky toku entropie. Počas spánku si polovice mozgu aktívne vymieňajú informácie prijaté počas dňa, vyhodnocujú ich význam a rozhodujú o ich implementácii. Toto je čas, keď pravá polovica mozgu, zvyčajne potláčaná ľavicou, získava „hlasovacie právo“ a môže vynášať na povrch nepotvrdené, nestabilné informácie: vnemy, intuitívne podozrenia, úzkosti, obavy, túžby, vznikajúce procesy. A tieto informácie sú vizualizované vo forme snov, transformujúcich informačné toky do fantastických, ale skutočných obrazov!

To je dôvod, prečo deti a pacienti potrebujú oveľa viac času na spánok – to je čas na spracovanie informácií, spracovanie entropie. Telo sa odpája od vonkajšieho sveta a nalaďuje sa na vnútornú prácu, pri ktorej dochádza k aktívnemu procesu vytvárania spojení a vytvárania informačných štruktúr. Sledujte svoje dieťa: jeho aktívna spánková fáza je podstatne dlhšia ako u dospelého a v týchto snoch dieťa spracováva dojmy z obrovského nepochopiteľného sveta.

U starších ľudí sa rýchlosť produkcie entropie dS (inter) znižuje: všetky procesy sa spomaľujú. V súlade s tým klesá potreba jedla, spánku a nových informácií, ale postupom času prestáva byť rýchlosť vstupu entropie zvonku kompenzovaná vnútornými procesmi dS (ext) > - dS (inter) a bilancia sa stáva pozitívnou. To zodpovedá skutočnosti, že krivka celkovej entropie sa začína ohýbať smerom nahor – pre telo je čoraz ťažšie obnoviť poriadok v systéme a udržať jeho štruktúrnu organizáciu. V určitom bode už telo nedokáže tento stav udržať a preskočí do iného organizovaného stavu s nízkou entropiou – do stavu Smrti.

To. vyššie uvedené rovnice môžeme dať do súvislosti s rôznym vekom:

dS = dS (ext) + dS (inter) = 0 zdravotný stav dospelých,

dS = dS (ext) + dS (inter)< 0 датско-юношеский возраст или заболевание,

dS = dS (ext) + dS (inter) > 0 staroba.

Podobná energetická analýza môže byť použitá v evolučnom aspekte. Pri porovnaní nižších a vyšších foriem organického života vidíme, že prvoky majú primitívny systém premeny energie prichádzajúcich látok (hlavným procesom premeny je fermentácia) a veľkú plochu kontaktu s prostredím v porovnaní s objemom. organizmu, čo zvyšuje energetické straty a sťažuje riadenie metabolických procesov. Životný cyklus takýchto organizmov je preto veľmi krátky a vďaka intenzívnej reprodukcii prežívajú ako druh. Pre takéto organizmy je miera produkcie negatívnej entropie nízka.

Ako sa organizmus vyvíja, stále viac sa izoluje od okolia, vytvára sa Vnútorné prostredie so špeciálnym systémom kontroly a regulácie vnútorných parametrov. Na úrovni určitých systémov organizmu funguje princíp minimálnych strát energie. V procese vývoja sa parametre rôznych funkčných systémov vyvíjali smerom k minimalizácii spotreby energie potrebnej na vykonávanie určitých funkcií: dýchanie, krvný obeh, svalové kontrakcie atď.

Z tohto hľadiska platí, že čím pestrejšia je potrava, ktorú telo prijíma, tým jednoduchší je proces výmeny entropie. Rastlinná strava je bohatá na minerály a stopové prvky, mäso je zdrojom bielkovín a energie priamo do svalov, kostí a vyvíjajúcich sa tkanív. Preto je mäso v detstve a dospievaní neoddeliteľnou súčasťou entropicko-energetického metabolizmu: zachováva silu tela pre tvorivú činnosť. V starobe nie je potrebná aktívna fyzická práca ani vytváranie nových štruktúr, takže konzumáciou mäsa sa v tele vytvára nadbytok bielkovín, ktoré je potrebné zužitkovať. A to vedie k nadmernej produkcii negatívnej entropie s využitím už aj tak malých zdrojov tela. Mäso zároveň obsahuje negatívne informácie zo zabitých zvierat. Aj tieto informácie si vyžadujú spracovanie, telo musí byť aktívne a „sebecké“, čo je tiež charakteristické najmä pre mladistvý stav, ale často sa prejavuje v starobe ako vedľajší produkt určitého druhu výživy.

A opäť musíme venovať pozornosť informačnému aspektu našej existencie. Dôležitým bodom biologického vývoja bola separácia VÝMENA ENERGIE A INFORMÁCIÍ organizmu s prostredím. Telo spotrebúva nielen energiu potrebnú na existenciu, ale aj informácie, ktoré určujú zložité formy správania. U najjednoduchších organizmov prebieha interakcia s prostredím ako jasne definovaný proces podráždenia – reakcie. Čím je organizmus zložitejší, tým zložitejší je charakter jeho reakcie na podráždenia prostredia - závisí od aktuálneho stavu, veku, stupňa vývoja, interakcie s inými organizmami. Telo neustále spotrebúva, spracováva, analyzuje, ukladá a využíva informácie. Toto je nevyhnutná podmienka existencie. Ale v modernej fyzike môžu byť informácie vyjadrené pomocou entropie, takže môžeme povedať, že výmena informácií je súčasťou výmeny entropie a všetky vlastnosti procesov entropie, ktoré sme uvažovali, sú plne aplikovateľné na informačné procesy. Preto hovoríme o ENERGETICKO-INFORMAČNÁ BURZA organizmu s prostredím. Výmena energie patrí k materiálnym procesom a riadi sa hmotnými fyzikálnymi zákonmi, výmena informácií patrí k nehmotným javom, toto nie je fyzikálny proces a fungujú tu pravidlá teórie informácie. (Zároveň si musíme uvedomiť, že nosičmi informácií sú vždy materiálne procesy alebo častice). V tomto zmysle sú duchovné procesy najvyššou formou informačných procesov.

Telo spotrebúva hmotné látky, energiu a informácie z okolia. K vnímaniu informácií dochádza prostredníctvom zmyslových systémov (zrak, sluch, hmat) a vnútorných receptorov (chemické, baro-, gluko- atď.). Informačné toky sú analyzované centrálnym a periférnym nervovým systémom a mozgom, výsledky spracovania a analýzy ovplyvňujú psychologické, fyziologické a duchovné správanie. To vedie na jednej strane k formovaniu programov rozhodovania a správania a na druhej strane nových informácií.

Jedným z univerzálnych nástrojov na popis systémového fungovania biologických objektov a najmä ľudského tela je využitie synergicko-pravdepodobnostného prístupu s využitím zovšeobecneného konceptu entropie. Tento koncept je široko používaný v termodynamike na určenie miery požadovanej straty energie nerovnomerného termodynamického systému a v štatistickej fyzike ako miera pravdepodobnosti, že systém bude v danom stave. V roku 1949 Shannon zaviedol entropiu do teórie informácie ako mieru neistoty výsledku experimentu. Ukázalo sa, že koncept entropie je jednou zo základných vlastností každého systému s pravdepodobnostným správaním, ktorý poskytuje nové úrovne porozumenia v teórii kódovania informácií, lingvistike, spracovaní obrazu, štatistike a biológii.

Entropia priamo súvisí s pojmom informácia, ktorá matematicky charakterizuje vzťah rôznych dejov a nadobúda čoraz väčší význam pri skúmaní fungovania biologických objektov. Uznáva sa, že pri popise fungovania biologického organizmu, ktorý je otvoreným disipačným systémom, je potrebné brať do úvahy procesy výmeny energie aj informácií. Vplyv vonkajších informácií na organizmus možno hodnotiť cez zmenu entropie stavu.

Ryža. 1. Energetické stavy biologického systému.

V súlade s koncepciami laureáta Nobelovej ceny I. Prigogina v procese rastu a vývoja organizmu klesá rýchlosť produkcie entropie na jednotku hmotnosti objektu. Pri dosiahnutí stacionárneho stavu možno celkovú zmenu entropie považovať za rovnú nule, čo zodpovedá vzájomnej kompenzácii všetkých procesov spojených s príjmom, odoberaním a premenou hmoty, energie a informácií. I. Prigogine sformuloval hlavnú vlastnosť stacionárneho stavu otvorených systémov: pri pevných vonkajších parametroch je rýchlosť tvorby entropie v dôsledku výskytu ireverzibilných procesov v čase konštantná a minimálna v hodnote dS / dt -> min.

Podľa Prigoginovej vety je teda stacionárny stav charakterizovaný minimálnym rozptylom entropie, čo pre živé systémy možno formulovať takto: udržiavanie homeostázy vyžaduje minimálnu spotrebu energie, t.j. Telo sa snaží pracovať v čo najúspornejšom energetickom režime. Odchýlka od stacionárneho stavu - choroba - je spojená s ďalšími stratami energie, kompenzáciou vrodených alebo získaných biologických chýb a ekonomickým zvýšením entropie.

V dynamickom systéme môže existovať niekoľko stacionárnych stavov, ktoré sa líšia úrovňou produkcie entropie dS k / dt. Stav organizmu možno opísať ako súbor energetických hladín ( Obr.1), z ktorých niektoré sú stabilné (úrovne 1 a 4), iné sú nestabilné (úrovne 2, 3, 5). V prítomnosti neustále pôsobiaceho vonkajšieho alebo vnútorného rušenia môže dôjsť k náhlemu prechodu z jedného stavu do druhého. Akýkoľvek zápal je charakterizovaný zvýšenou spotrebou energie: telesná teplota stúpa, rýchlosť metabolických procesov sa zvyšuje.

Odchýlka od stacionárneho stavu s minimálnou spotrebou energie spôsobuje rozvoj vnútorných procesov, ktoré sa snažia systém vrátiť späť na úroveň 1. Pri dlhšom pôsobení faktorov sa systém môže posunúť na úroveň 3, do bodu rozdvojenia tzv. možných výsledkov je niekoľko: návrat na stabilnú úroveň 1, prechod do iného stabilného rovnovážneho stavu 2, charakterizovaného novou energeticko-informačnou úrovňou, alebo „skok“ na vyššiu, ale nestabilnú úroveň 5.

Pre organizmus to zodpovedá niekoľkým adaptívnym úrovniam relatívneho zdravia alebo chronického ochorenia s rôznymi úrovňami fungovania systému. Akútnemu ochoreniu zodpovedá nestacionárny stav so zvýšenou produkciou entropie, t.j. neekonomický typ fungovania tela. Podľa teórie katastrof V. I. Arnolda je pri akútnych ochoreniach alebo akútne sa rozvíjajúcich patologických syndrómoch (akútny nástup ťažkého zápalu pľúc, status astmaticus, anafylaktický šok a pod.) potrebné náhle preniesť telo zo „zlého“ stabilný stav na „dobrý“. V tomto prípade je vhodné použiť veľké dávky liekov. Vo fáze doznievania exacerbácie a pri ústupe chronických ochorení sa zvyšuje úloha malých vplyvov, napríklad akupunktúry a homeopatík, ktoré majú pozitívny energeticko-informačný účinok.

Multistabilita zložitých nelineárnych systémov, ako je ľudské telo, pravdepodobnostná povaha jeho neustáleho vývoja a samoorganizácia vedú k potrebe hľadania „systémotvorných faktorov“, ktoré môžu zahŕňať entropiu.

Curieov princíp ako regulačný mechanizmus evolúcie v bifurkačných procesoch.

Vyjadruje sa názor, že k evolúcii v geologických systémoch dochádza v dôsledku tvorby disipatívnych štruktúr v nerovnovážnych procesoch v súlade s ustanoveniami I. Prigoginovej nelineárnej termodynamiky. Podložená je použiteľnosť a vedúca úloha univerzálneho princípu symetrie - disymetrie P. Curieho, ktorý určuje stupeň zložitosti alebo stupeň degradácie systémov pri dosiahnutí kritického bodu nerovnovážneho stavu, ako aj mechanizmus dedičnosti hlavné črty systémov v procese ich vývoja. Kombinácia Prigoginovej teórie a Curieho princípu umožňuje v princípe predpovedať cestu vývoja zložitých systémov.

Pod evolúciou mnohí výskumníci chápu postupnosť prechodov v hierarchii štruktúr s narastajúcou zložitosťou. Táto definícia zjavne vystihuje:

1) postupné evolučné procesy;

2) postupnosť zvyšovania zložitosti pri vytváraní nových štruktúr. Podľa definície evolúcia nie je vlastnosťou niektorých vybraných systémov alebo skupín systémov.

Predstavy o evolúcii vznikli a rozvíjali sa v hĺbke biológie. Antientropická povaha evolúcie a jej zjavný rozpor s druhým termodynamickým zákonom nás prinútili myslieť si, že na termodynamický popis biologickej evolúcie musíme ešte objaviť naše zákony, že druhý termodynamický zákon platí len pre objekty neživej prírody. . Zároveň sa predpokladalo, že v neživej prírode evolúcia buď chýba, alebo jej prejav nevedie k porušeniu druhého princípu.

Evolúcia objektov neživej prírody je vedecky podložený fakt a tento fakt si vyžaduje pochopenie z hľadiska všeobecných zákonitostí a mechanizmov prirodzenej spontánnej realizácie.

Nemecký bádateľ W. Ebeling uvádza, že „problematika formovania štruktúr patrí k základným problémom prírodných vied a skúmanie vzniku štruktúr je jedným z najdôležitejších cieľov vedeckého poznania“. Nevyhnutné predpoklady na riešenie problému vzniku štruktúr boli vytvorené v rámci nelineárnej termodynamiky I. Prigogina a z nej vyplývajúcej teórie vzniku disipatívnych štruktúr. Žiaľ, tieto myšlienky pomaly prenikajú aj do geológie. Ustanovenia nelineárnej termodynamiky (alebo termodynamiky nerovnovážnych, ireverzibilných procesov) sú rovnako použiteľné pre biologické objekty aj neživé objekty. Pripomeňme si v krátkosti niektoré závery z tejto teórie.

· I. Prigogine a jeho študenti ukázali, že otvorené systémy ďaleko od rovnováhy sa môžu vyvinúť do nejakého nového stavu vďaka tomu, že mikrofluktuácie v nich nadobúdajú kooperatívny, koherentný charakter. Nový stav systému môže existovať nekonečne dlho, pričom v systéme vznikajú nové štruktúry, ktoré sa nazývajú disipatívne. Patria sem známe hydrodynamické nestability Benarda, periodické reakcie Belousova-Žabotinského, Briggsa - Rauschera atď. Ich výskyt je „antientropický“ v tom zmysle, že je sprevádzaný všeobecným poklesom entropie systému ( v dôsledku výmeny hmoty a/alebo energie s vonkajším prostredím).

· Zvyšujúce sa výkyvy so vzdialenosťou od rovnovážneho stavu vedie k spontánnej strate stability systému. V kritickom bode, nazývanom bifurkačný bod, systém buď skolabuje (premení sa na chaos), alebo v ňom v dôsledku prevahy koherentného správania častíc dochádza k tvorbe disipatívnych štruktúr. Systém si volí cestu svojho ďalšieho vývoja pod vplyvom náhodných faktorov, preto nie je možné predpovedať jeho konkrétny stav po bode bifurkácie a charakter vznikajúcich disipatívnych štruktúr.

· Najdôležitejšou vlastnosťou disipatívnych štruktúr je zníženie ich priestorovej symetrie v bode bifurkácie. Znížená symetria generuje vyšší rád, a preto znižuje entropiu systému.

· Evolúcia je postupná tvorba disipatívnych štruktúr v stavoch vzdialených od termodynamickej rovnováhy. (Nerovnováha je to, čo generuje poriadok z chaosu.) Zároveň, napriek zvýšeniu úrovne organizovanosti a zložitosti systémov v procese sebarozvoja, sa evolúcia časom zrýchľuje.

Ako z uvedeného vyplýva, teória disipatívnych štruktúr vychádza z náhodného správania sa systému v bodoch bifurkácie, t.j. postuluje náhodnosť morfologických charakteristík novovznikajúcich disipatívnych štruktúr. Existuje len jedno obmedzenie - všeobecný pokles symetrie, ale to je tiež nepredvídateľné. Inými slovami, táto teória pri všetkej jej revolučnosti a schopnosti odpovedať na najpálčivejšiu otázku prírodných vied: čo spôsobuje, že sa systémy vyvíjajú, vo všeobecnosti neobsahuje podmienky na obmedzenie diverzity vznikajúcich štruktúr a v zásade umožňuje vznik štruktúry akejkoľvek zložitosti v jedinom nerovnovážnom procese. To odporuje paradigme evolúcie, ktorej hlavným prvkom je neustále potvrdený princíp: od jednoduchého k zložitému.

Morfológiu výsledných heterogenít v primárne homogénnom médiu nemožno považovať za náhodnú. Dá sa predpokladať, že charakter udalostí, ktoré vedú k vzniku stabilných priestorovo periodických štruktúr, sa riadi nejakým všeobecným zákonom.

Autor teórie disipatívnych štruktúr cítil naliehavú potrebu takéhoto zákona a podnikol určité kroky k jeho identifikácii. Je zrejmé, že z tohto dôvodu Prigogine potreboval analyzovať zmenu charakteristík symetrie v bode bifurkácie, pretože potreboval zistiť použiteľnosť princípu symetrie - Curieovej disymetrie na rozsah skúmaných javov. Tento princíp obsahuje veľmi špecifické obmedzenia na symetriu vznikajúcich štruktúr a následne na rast ich poriadku. I. Prigogine to čítal ako princíp aditivity symetrie, podľa ktorého „vonkajšie vplyvy spôsobujúce rôzne javy nemôžu mať vyššiu symetriu ako efekt, ktorý generujú“, t. nový jav má symetriu nie nižšiu ako je symetria príčin, ktoré ho vyvolali. Keďže v bode bifurkácie je pozorovaný pokles symetrie, vyvodil sa záver, že Curieho princíp nie je použiteľný na rovnovážne, nezvratné procesy.

Podľa I.I. Shafranovského, princíp Curie je rozdelený do štyroch bodov, ktoré sú neoddeliteľne spojené, ale odhaľujú ho z rôznych strán:

1) symetria podmienky pre koexistenciu prostredia a javov, ktoré sa v ňom vyskytujú (v prostredí môže existovať jav s charakteristickou symetriou alebo symetriou niektorej zo superskupín alebo podskupín druhého);

2) potreba disymetrie („disymetria vytvára fenomén“);

3) pravidlo superpozície (superpozície) prvkov symetrie a nesymetrie prostredia a javu (v dôsledku toho sa zachovávajú len prvky spoločné pre prostredie a jav – princíp disymetrizácie);

4) pretrvávanie prvkov symetrie a nesúmernosti príčin v účinkoch, ktoré generujú (prvky symetrie príčin sa nachádzajú vo vyvolaných účinkoch, nesúmernosť účinku by sa mala nachádzať v príčinách, ktoré ho vyvolali - princíp symetrizácia).

Analýza textu P. Curieho, podporená konkrétnymi príkladmi skutočnej tvorby minerálov, viedla I.I. Šafranovského k záveru, že jadrom princípu je bod 3 - o zachovaní javu len zo všeobecných prvkov symetrie príčin, ktoré dali. stúpať k nemu (princíp disymetrizácie). Naopak, prítomnosť akýchkoľvek prvkov symetrie v jave, ktoré nie sú charakteristické pre jednu z vyvolávajúcich príčin (princíp symetrizácie - bod 4), je spojená s existenciou špeciálnych podmienok. Podľa I.I. Shafranovského sa princípy symetrizácie a disymetrizácie v ich prirodzenej implementácii výrazne líšia z hľadiska prevalencie. Prvý sa realizuje len v špeciálnych, špecifických podmienkach, druhý sa prejavuje doslova všade. V práci I.I. Shafranovského a spoluautorov sa teda uvádza: „Princíp „symetrizácie“ nie je univerzálny, ale v prírode sa prejavuje iba za prísne definovaných a obmedzených podmienok. Naproti tomu princíp „disymetrizácie“ je s určitými výhradami skutočne univerzálny. Vidíme jej prejav na akomkoľvek prírodnom objekte.“

Symmetrizačné javy v skutočnej tvorbe minerálov sú spojené s výskytom zrastov (dvojčatá, odpaliská, štvorce atď.) alebo s výskytom falošných jednoduchých foriem. Takéto „superformy“ a falošné jednoduché formy pozostávajú zo súborov tvárí patriacich do niekoľkých jednoduchých foriem, ktoré sú spojené prvkami zjavnej vysokej symetrie.

Príklady fungovania disymetrizačného princípu sú mimoriadne početné a sú spojené so zánikom určitých prvkov charakteristickej symetrie kryštálov v prípadoch, keď v prostredí tvorby minerálov chýbajú. Za takýchto podmienok je vonkajšia symetria kryštálu podskupinou jeho charakteristickej symetrie a zároveň je podskupinou symetrie prostredia.

I. Prigogine a jeho kolegovia absolutizovali princíp symetrizácie („vonkajšie vplyvy... nemôžu mať vyššiu symetriu ako efekt, ktorý vytvárajú“) a nahradili ich plným obsahom myšlienok P. Curieho. Ako vyplýva z vyššie uvedeného, ​​takéto čítanie Curieho princípu je vo všeobecnosti nesprávne a odráža len jednu z možných podmienok vzniku procesov (podľa Šafranovského - špeciálne, špecifické), ktoré sa podľa nášho názoru realizujú vo svojej čistej tvoria v bode rozdvojenia, ak si systém zvolí katastrofický vývoj cesty. Záver o neaplikovateľnosti Curieho princípu na teóriu samoorganizácie prostredníctvom vzniku disipatívnych štruktúr v nerovnovážnych podmienkach preto nemožno považovať za opodstatnený.

Tento záver radikálne mení chápanie podstaty javov vyskytujúcich sa v bifurkačných bodoch. Myšlienka náhodnej povahy nových štruktúr vznikajúcich v týchto bodoch, formulovaná v Prigoginovej teórii, podlieha prísnym obmedzeniam, ktoré umožňujú posúdiť stupeň zložitosti systému pri vytváraní disipatívnych štruktúr.

Zhrnutím vyššie uvedeného môžeme vyvodiť tieto závery:

1. Pri aplikácii na disipatívne štruktúry, keď chaos za určitých podmienok vzdialených od rovnováhy vedie k priestorovým a/alebo časovým periodickým nehomogenitám, ktoré vo všeobecnosti znižujú symetriu média, formulácia Curieho princípu, uvedená vyššie ako princíp disymetrizácie, má vedúci význam.

2. Podľa Curieho princípu by sa malo predpokladať, že symetria disipatívnych štruktúr vznikajúcich v nerovnovážnom procese nie je náhodná: nemôže byť nižšia ako tá, ktorá je určená spoločnými prvkami symetrie média a procesom ako príčinami. ktoré vedú k javu v podobe nových štruktúrnych prvkov. Tento záver sa javí ako dôležitý z toho hľadiska, že obmedzuje „zdola“ stupeň usporiadania vznikajúcich disipatívnych štruktúr a napĺňa tak skutočným obsahom myšlienku evolúcie ako sledu prechodov v hierarchii štruktúr narastajúcej zložitosti, a v každom konkrétnom akte evolúcie dochádza k poklesu symetrie (narastajúcemu poriadku). Berúc do úvahy vyššie uvedené, možno tvrdiť, že v nerovnovážnom procese nemôžu vzniknúť štruktúry žiadnej veľkej zložitosti (čo v zásade umožňuje Prigoginova myšlienka nepredvídateľnosti správania systému v bodoch bifurkácie). Úroveň zložitosti štruktúry je jasne obmedzená „zdola“ princípom Curie.

3. Ak si systém v bode bifurkácie zvolí katastrofickú cestu, štruktúra novovznikajúceho chaosu sa vyznačuje nie ľubovoľne veľkým, ale striktne definovaným nárastom symetrie (pokles poriadku, nárast entropie). Tento nárast je určený princípom symetrizácie ako jednej zo strán univerzálneho princípu Curieho symetrie-disymetrie. Involúcia v tomto prípade nie je absolútna; stupeň štrukturálnej degradácie systému je úplne určený súčtom prvkov symetrie prostredia a procesu, ktorý dal vznik javu. Tu Curieho princíp obmedzuje „zhora“ mieru štrukturálneho zjednodušenia systému.

Teda, prichádzame k záveru, že v prírode existuje mechanizmus, ktorý riadi morfológiu disipatívnych štruktúr, ktoré vznikajú za nerovnovážnych podmienok, t.j. stupeň usporiadania evolučných objektov. Úlohu takéhoto mechanizmu zohráva univerzálny princíp symetrie - Curieova disymetria . Tento princíp umožňuje vo všeobecnosti predpovedať morfologické charakteristiky produktov evolúcie v neživej prírode, ako aj v biologických a sociálnych systémoch, na základe úplného opisu charakteristík symetrie prostredia a prebiehajúcich procesov. v ňom. To neznamená nič menšie ako schopnosť predpovedať evolučné cesty. Je tiež potrebné zdôrazniť, že Curieho princíp symetrie umožňuje pochopiť mechanizmus dedenia systémom po tom, čo prejde bodom rozdvojenia hlavných prvkov svojho predchádzajúceho stavu. Dedičnosť, kontinuita hlavných znakov v rade evolučných zmien v systéme, je jedným z neustále pozorovaných vzorcov a nikto ho nespochybňuje. Evolúcia podľa I. Prigogina , interpretovaný ako vznik stále nových disipatívnych štruktúr v prudko nerovnovážnych podmienkach vo všeobecnosti vylučuje nielen prognózu budúceho stavu, ale aj možnosť posudzovať stav predchádzajúci rozdvojeniu.

Tento uvedený uhol pohľadu odstraňuje všetky problémy spojené so štúdiom evolúcie. Zároveň existuje dôvod domnievať sa, že táto cesta výskumu môže byť produktívna tak pri rozvíjaní teoretických základov evolúcie, ako aj pri riešení konkrétnych problémov súvisiacich s objasnením mechanizmu tvorby nových štruktúr.

1. Poznámky k prednáške.

2. Gubanov N.I. Lekárska biofyzika. M.: Medicína, 1978, s. 39 – 66.

3. Vladimirov Yu.A. Biofyzika. M.: Medicína, 1983, s. 8 – 29.

4. Remizov A.N. Kurz fyziky. M.: Drop drop, 2004, s. 201 – 222.

5. Remizov A.N. Lekárska a biologická fyzika. M.: Vyššia škola, 1987, s.216 – 238.

Všeobecne uznávaná formulácia druhého termodynamického zákona vo fyzike tvrdí, že v r uzavreté systémy energia býva rozložená rovnomerne, t.j. systém smeruje k stavu maximálnej entropie.

Výraznou črtou živých tiel, ekosystémov a biosféry ako celku je schopnosť vytvárať a udržiavať vysoký stupeň vnútorného poriadku, t.j. stavy s nízkou entropiou. koncepcia entropia charakterizuje tú časť celkovej energie systému, ktorú nemožno použiť na výrobu práce. Na rozdiel od voľnej energie je degradovaná, plytvá energiou. Ak označíme voľnú energiu podľa F a entropia cez S, potom celková energia systému E sa bude rovnať:

E=F+ST;

kde T je absolútna teplota v Kelvinoch.

Podľa definície fyzika E. Schrödingera: „život je usporiadané a pravidelné správanie hmoty, založené nielen na jednej tendencii prechádzať od usporiadanosti k neusporiadanosti, ale čiastočne aj na existencii usporiadanosti, ktorá je neustále udržiavaná. .. - ... znamená, s pomocou, ktorou sa organizmus neustále udržiava na dostatočne vysokej úrovni poriadku (a na dostatočne nízkej úrovni entropie), v skutočnosti spočíva v neustálom získavaní poriadku z prostredia.“

U vyšších živočíchov dobre vieme, akým typom poriadkumilovnosti sa živia, totiž: ako potrava im slúži extrémne usporiadaný stav hmoty vo viac či menej zložitých organických zlúčeninách. Zvieratá po použití tieto látky vracajú vo veľmi znehodnotenej forme, nie však úplne znehodnotené, keďže ich ešte môžu rastliny absorbovať.

Pre rastliny je silným zdrojom „negatívnej entropie“. negentropia - je slnečné svetlo.

Vlastnosť živých systémov extrahovať poriadok zo svojho prostredia dala niektorým vedcom dôvod k záveru, že pre tieto systémy nie je splnený druhý zákon termodynamiky. Druhý zákon má však aj inú, všeobecnejšiu formuláciu, platnú pre otvorené systémy vrátane živých. Ona to hovorí účinnosť spontánnej premeny energie je vždy menšia 100 %. Podľa druhého zákona termodynamiky je udržanie života na Zemi bez prílevu slnečnej energie nemožné.

Vráťme sa opäť k E. Schrödingerovi: „Všetko, čo sa deje v prírode, znamená nárast entropie v tej časti Vesmíru, kde sa to deje. Rovnako aj živý organizmus neustále zvyšuje svoju entropiu, prípadne produkuje pozitívnu entropiu a tým sa približuje k nebezpečnému stavu – maximálnej entropii, ktorá predstavuje smrť. Tomuto stavu sa môže vyhnúť, t.j. zostať nažive iba neustálym získavaním negatívnej entropie z prostredia.“

Prenos energie v ekosystémoch a jej straty

Ako je známe, prenos potravinovej energie z jej zdroja - rastlín - cez množstvo organizmov, ku ktorému dochádza požitím niektorých organizmov inými, prechádza potravinovým reťazcom. Pri každom nasledujúcom prenose sa väčšina (80 – 90 %) potenciálnej energie stratí a premení sa na teplo. Prechod na každý ďalší odkaz znižuje dostupnú energiu asi 10-krát. Ekologická energetická pyramída sa vždy na vrchole zužuje, pretože energia sa stráca na každej ďalšej úrovni (obr. 1).

Účinnosť prírodných systémov je oveľa nižšia ako účinnosť elektromotorov a iných motorov. V živých systémoch sa veľa „paliva“ minie na „opravy“, čo sa pri výpočte účinnosti motorov nezohľadňuje. Akékoľvek zvýšenie účinnosti biologického systému má za následok zvýšenie nákladov na ich udržiavanie v stabilnom stave. Ekologický systém možno prirovnať k stroju, z ktorého sa nedá „vyžmýkať“ viac, ako je schopný dodať. Vždy príde limit, po ktorom sú zisky zo zvýšenej efektívnosti negované zvýšenými nákladmi a rizikom zničenia systému. Priame odstránenie viac ako 30 – 50 % ročného vegetačného rastu ľuďmi alebo zvieratami môže znížiť schopnosť ekosystému odolávať stresu.

Jedným z limitov biosféry je hrubá produkcia fotosyntézy a tomu bude musieť človek prispôsobovať svoje potreby, kým sa nepreukáže, že absorpciu energie fotosyntézou možno veľmi zvýšiť bez toho, aby bola ohrozená rovnováha ostatných, dôležitejších zdrojov v životnom cykle. Teraz sa absorbuje len asi polovica všetkej energie žiarenia (hlavne vo viditeľnej časti spektra) a najviac asi 5% - za najpriaznivejších podmienok sa premení na produkt fotosyntézy.

Ryža. 1. Pyramída energií. E - energia uvoľnená s metabolitmi; D = prirodzené úmrtia; W - výkaly; R - dýchanie

V umelých ekosystémoch sú ľudia nútení vynakladať ďalšiu energiu, aby získali väčšiu úrodu. Je to nevyhnutné pre industrializované poľnohospodárstvo, pretože to vyžadujú plodiny špeciálne vytvorené na to. „Industrializované (poháňané fosílnymi palivami) poľnohospodárstvo (ako sa praktizuje v Japonsku) môže produkovať 4-krát vyššie výnosy na hektár ako poľnohospodárstvo, v ktorom všetku prácu vykonávajú ľudia a domáce zvieratá (ako v Indii), ale vyžaduje 10-krát viac. výdavky na rôzne druhy zdrojov a energie“.

Uzavretie výrobných cyklov podľa parametra energia-entropia je teoreticky nemožné, keďže tok energetických procesov (v súlade s druhým termodynamickým zákonom) je sprevádzaný degradáciou energie a nárastom entropie prírodného prostredia. Pôsobenie druhého termodynamického zákona je vyjadrené v tom, že premeny energie prebiehajú jedným smerom, na rozdiel od cyklického pohybu látok.

V súčasnosti sme svedkami toho, že zvyšovanie úrovne organizácie a diverzity kultúrneho systému znižuje jeho entropiu, no zvyšuje entropiu prírodného prostredia, čo spôsobuje jeho degradáciu. Do akej miery možno tieto dôsledky druhého termodynamického zákona eliminovať? Sú dva spôsoby.

Prvý spôsob je znížiť straty energie využívanej človekom pri jej rôznych premenách. Táto cesta je účinná do tej miery, že nevedie k zníženiu stability systému, ktorým energia prúdi (ako je známe, v ekologických systémoch zvýšenie počtu trofických úrovní pomáha zvyšovať ich stabilitu, ale zároveň prispieva k zvýšeniu energetických strát prechádzajúcich systémom ).

Druhý spôsob spočíva v prechode od zvyšovania usporiadanosti kultúrneho systému k zvyšovaniu usporiadanosti celej biosféry. Spoločnosť v tomto prípade zvyšuje organizáciu prírodného prostredia tým, že znižuje organizáciu tej časti prírody, ktorá sa nachádza mimo biosféry Zeme.

Transformácia látok a energie v biosfére ako otvorenom systéme

Teória a metódy otvorených systémov, ktoré sú jedným z najvýznamnejších výdobytkov 20. storočia, majú zásadný význam pre pochopenie dynamiky biosférických procesov a konštruktívne riešenia konkrétnych environmentálnych problémov.

Podľa klasickej teórie termodynamiky sa fyzikálne a iné systémy neživej prírody vyvíjajú v smere zvyšovania ich neusporiadanosti, deštrukcie a dezorganizácie. Súčasne má energetická miera dezorganizácie, vyjadrená entropiou, tendenciu neustále narastať. Vynára sa otázka: ako by mohla živá príroda, ktorej systémy vo svojom vývoji majú tendenciu zlepšovať a komplikovať svoju organizáciu, vzniknúť z neživej prírody, ktorej systémy majú tendenciu dezorganizovať? Navyše v spoločnosti ako celku je pokrok zrejmý. V dôsledku toho pôvodný koncept klasickej fyziky - koncept uzavretého alebo izolovaného systému neodráža realitu a je v jasnom rozpore s výsledkami výskumu v biológii a spoločenských vedách (napríklad pochmúrne prognózy „tepelnej smrti“ Vesmír). A je celkom prirodzené, že v 60. rokoch sa objavila nová (nelineárna) termodynamika, založená na koncepte ireverzibilných procesov. Miesto uzavretého izolovaného systému v ňom zaujíma zásadne odlišný fundamentálny koncept otvoreného systému, ktorý je schopný vymieňať si s okolím hmotu, energiu a informácie. Prostriedky, ktorými sa organizmus udržiava na dostatočne vysokej úrovni poriadku (a na dostatočne nízkej úrovni entropie), v skutočnosti spočíva v neustálom získavaní poriadku z prostredia.

Otvorený systém, teda zvonku si požičiava buď novú látku alebo čerstvú energiu a zároveň uvoľňuje použitú látku a odpadovú energiu do vonkajšieho prostredia, t.j. ona nemôže zostať zatvorená. Počas procesu evolúcie systém neustále vymieňa energiu s prostredím a produkuje entropiu. V tomto prípade sa entropia, ktorá charakterizuje stupeň neusporiadanosti v systéme, nehromadí, ale je transportovaná do prostredia, na rozdiel od uzavretých systémov. Logický záver je taký otvorený systém nemôže byť v rovnováhe, keďže si vyžaduje nepretržitý prísun energie alebo látky na ňu bohatej z vonkajšieho prostredia. Podľa E. Schrödingera v dôsledku takejto interakcie systém čerpá poriadok z prostredia a tým doň vnáša neporiadok.

Interakcie medzi ekosystémami

Ak existuje spojenie medzi dvoma systémami, je možný prechod entropie z jedného systému do druhého, ktorého vektor je určený hodnotami termodynamických potenciálov. Tu vstupuje do hry kvalitatívny rozdiel medzi izolovanými a otvorenými systémami. V izolovanom systéme zostáva situácia nerovnovážna. Procesy pokračujú, kým entropia nedosiahne maximum.

V otvorených systémoch môže odlev entropie smerom von vyvážiť jej rast v samotnom systéme. Tieto druhy podmienok prispievajú k vzniku a udržiavaniu stacionárneho stavu (druh dynamickej rovnováhy), ktorý sa nazýva súčasná rovnováha. V ustálenom stave zostáva entropia otvoreného systému konštantná, hoci nie je maximálna. Konstanta je zachovaná vďaka tomu, že systém nepretržite odoberá voľnú energiu z prostredia.

Dynamiku entropie v otvorenom systéme popisuje rovnica I.R. Prigogine (belgický fyzik, laureát Nobelovej ceny za rok 1977):

ds/dt = ds 1 /dt + ds e /dt,

Kde ds 1/dt- charakterizácia entropie ireverzibilných procesov v samotnom systéme; ds e /dt- charakteristika výmeny entropie medzi biologickým systémom a prostredím.

Samoregulácia fluktuujúcich ekosystémov

Celkový pokles entropie v dôsledku výmeny s vonkajším prostredím môže za určitých podmienok prevýšiť jej vnútornú produkciu. Objavuje sa nestabilita predchádzajúceho neusporiadaného stavu. Vznikajú veľké výkyvy, ktoré narastajú na makroskopickú úroveň. V tomto prípade je to možné samoregulácie, t.j. vznik určitých štruktúr z chaotických útvarov. Takéto štruktúry sa môžu postupne transformovať do stále viac usporiadaného stavu (disipatívne štruktúry). Entropia v nich klesá.

Disipatívne štruktúry sa vytvárajú v dôsledku vývoja vlastných vnútorných nestabilít v systéme (v dôsledku samoorganizácie), čo ich odlišuje od organizácie usporiadaných štruktúr vytvorených pod vplyvom vonkajších príčin.

V ekologických systémoch sa realizujú aj usporiadané (disipatívne) štruktúry, ktoré spontánne vznikajú z neporiadku a chaosu v dôsledku procesu samoorganizácie. Príkladom je priestorovo usporiadané usporiadanie baktérií v živných médiách, pozorované za určitých podmienok, ako aj dočasné štruktúry v systéme „predátor-korisť“, charakterizované stabilným režimom kolísania s určitou periodicitou v počte populácií zvierat.

Samoorganizačné procesy sú založené na výmene energie a hmoty s prostredím. To umožňuje udržiavať umelo vytvorený stav aktuálnej rovnováhy, keď sa straty v dôsledku disipácie kompenzujú zvonku. S príchodom novej energie alebo hmoty do systému sa nerovnováha zvyšuje. V konečnom dôsledku sú zničené predchádzajúce vzťahy medzi prvkami systému, ktoré určujú jeho štruktúru. Medzi prvkami systému sa vytvárajú nové spojenia, ktoré vedú ku kooperatívnym procesom, t.j. na kolektívne správanie jeho prvkov. Toto je všeobecná schéma procesov samoorganizácie v otvorených systémoch, nazývaných veda synergetika.

Koncept sebaorganizácie, ktorý vrhá nové svetlo na vzťah medzi neživou a živou prírodou, nám umožňuje lepšie pochopiť, že celý svet okolo nás a vesmír sú súborom samoorganizujúcich sa procesov, ktoré sú základom každého evolučného vývoja.

Je vhodné venovať pozornosť nasledujúcej okolnosti. Z toho vyplýva, že na základe náhodného charakteru výkyvov Vznik niečoho nového vo svete je vždy dôsledkom pôsobenia náhodných faktorov.

Vznik samoorganizácie je založený na princípe pozitívnej spätnej väzby, podľa ktorej zmeny, ktoré v systéme vznikajú, sa neodstraňujú, ale kumulujú. V konečnom dôsledku to vedie k vzniku nového poriadku a novej štruktúry.

Bifurkačný bod je impulzom pre rozvoj biosféry po novej ceste

Otvorené systémy fyzického Vesmíru (ktorý zahŕňa našu biosféru) neustále kolíšu a v určitom štádiu môžu dosiahnuť bifurkačné body. Podstatu rozpoltenosti najzreteľnejšie ilustruje rozprávkový rytier stojaci na rázcestí. V určitom bode cesty je odbočka na ceste, kde sa treba rozhodnúť. Keď sa dosiahne bod rozdvojenia, je v zásade nemožné predpovedať, akým smerom sa bude systém ďalej vyvíjať: či prejde do chaotického stavu alebo získa novú, vyššiu úroveň organizácie.

Pre bod rozdvojenia je to impulz pre jeho vývoj po novej, neznámej ceste. Je ťažké predpovedať, aké miesto v ňom zaujme ľudská spoločnosť, no biosféra bude s najväčšou pravdepodobnosťou pokračovať vo svojom vývoji.