446
0,2
2017-05-03
Рэй Пит: Усталость, старение и восстановление
В отличие от довольно технической медицинской концепции «стресса» идея усталости понятна почти всем. Исследования стресса, проведенные Гансом Селье, были восприняты только спустя 40 лет после опубликования. А важнейшие работы, касающиеся феномена усталости, и по сию пору практически не известны, хотя прошло уже много лет после того, как они вышли в свет.
Некоторые соображения препятствовали разработкам, например, широко распространенное мнение, что явление усталости уже вполне понятно и до определенной степени является тривиальным, если сравнивать его с такими проблемами как рост, репродукция и болезнь.
Усталость часто определяют, как снижение реакции в результате перенапряжения. В качестве примера приводят снижение мышечной силы или скорости сокращения мышцы, снижение нервной проводимости или понижение чувствительности органа восприятия или его распознающей способности. Другое значение усталости, пониженного сопротивления или прочности, относят к материалам, а также некоторым биологическим функциям, когда, скажем, усталость приводит к тошноте или инфекциям.
«Отклик» предполагает наличие чувствительности. В утомленных органах чувств, нервах, мышцах и многих других типах клеток — иммунных, клетках выделительной системы и т. д. — наблюдают снижение чувствительности к стимулу. Даже в растительных клетках сходные процессы возбудимости можно ослабить повторением стимула.
В серии лекций, прочитанных в Королевском обществе Англии в 1895–1901 гг., физик Джагадиш Чандра Боше сообщил о результатах своей работы, которые сначала восхитили, а затем обеспокоили многих физиков и биологов. Он изобрел устройства, которые создавали и регистрировали электромагнитные волны. Он был первым, кто получил миллимитровые радиоволны (микроволны). Детектор сигнала Боше использовался в первой трансатлантической радиопередаче Маркони. Принцип действия этого устройства заключается в том, что в электрическом или электромагнитном поле металлы при контакте слипаются. А разъединить их можно механическим ударом.
Когда Боше экспериментировал со своим «самовосстанавливающимся когерером», полупроводниковым устройством, не нуждавшемся в механическом встряхивании, он обнаружил, что после длительного использования прибор теряет восприимчивость, то есть утрачивает свою собственную самовосстановительную способность. Но после некоторого периода отдыха вновь становится работоспособным. Боше заметил, что поведение когерера очень похоже на электрическую физиологию живых клеток.
Тогда он начал экспериментировать с растениями, животными, минералами, которые обнаруживали аналогичный отклик на самые разнообразные возбуждения, включая механические, тепловые и электромагнитные.
Идея усталости металлов не была новой, но Боше мыслил гораздо глубже, чем металлурги.
Биологи считали, что реагирование на электрические импульсы является главным признаком жизни, а Боше показал, что не только растения, подобно животным, реагируют на электроимпульсы, но и минералы.
Существовало несколько причин, по которым европейцы и американцы отказывались принять универсальность природы электрических свойств, которые они изучали у животных. Один из мотивов — это желание доказать, что жизнь является чем-то нематериальным, а ее природа не имеет ничего общего с неорганической материей. Вторая проблема была связана с растущей верой в то, что особые свойства живого заключены в наследственном веществе каждой клетки, а электрические клеточные механизмы возникают только благодаря клеточным мембранам, которые окружают водную каплю с беспорядочно перемещающимися в ней растворенными химикатами. С позиции мембранной электрической теории было важно верить в случайное поведение всего, что растворено в клеточной воде.
Поэтому они были уверены в том, что электро-механические реакции и взаимодействия в кристаллах не имеют ничего общего с процессами, протекающими в живых организмах, а посему исключали какие бы то ни было аналогии между ними. Минералы состояли из атомов и, согласно господствующей доктрине того времени, у них не могло быть никаких «физиологических» функций, кроме как на атомном уровне. Все это происходило лет за 20 до того, как идея о нелокальных силах и полях в минералах получила широкое распространение в физике.
Основным интересом на протяжении долгой карьеры (1889–1941) для Джорджа Крайля было стремление понять, что такое шок, биологическая энергия и усталость.
Он полагал, что шок — это результат истощения мозга, а в одной из своих последних работ он показал, что мозг истощенного животного вырабатывал меньше биолюминесценции по сравнению с мозгом отдохнувшего животного. Его заслуга состоит в том, что он показал: усталость и шок — это системные состояния организма, а не изолированные события в среде нервов и мышц. Недавние исследования подтверждают правомерность его точки зрения. Подход Крайля к предупреждению и купированию шока базировался на изолировании поврежденной области с помощью локальной анестезии. Блокировка нервов в поврежденной части тела, например, седалищного нерва в ноге, может сохранить энергопроизводство (и нормальное клеточное функционирование) в остальных частях тела.
Примерно на 30 лет раньше, в 1901-м году, Введенский показал, что некоторые типы утомляемости являются защитным блокированием ответной реакции, когда интенсивная стимуляция не вызывает ответа, а слабая иногда может его вызвать. Такие изменения влияют на функционирование клетки по-разному. Он назвал эти процессы наркозом и парабиозом.
До сих пор было два популярных «объяснения» утомления.
Очевидная проблема с этими объяснениями заключается в том, что утомляемость довольно независима от этих метаболических изменений. Еще одна незадача — эти идеи не объясняют реальных изменений, которые происходят в клетке при утомлении.
Утомленные клетки впитывают воду и становятся тяжелее. Кроме того, они становятся более проницаемыми и протекают. При большей доступности кислорода они становятся менее стойкими к утомлению, а когда организм находится в состоянии легкой гипоксии, как это происходит в горных условиях, мышцы становятся более выносливыми и сильными, а скорость нервной проводимости повышается.
Эти факты не вписываются в стандартную клеточную модель, согласно которой чувствительность клетки определяется строго поведением ее «мембраны». (Например, как мембрана может выпускать из клетки крупные молекулы в то время, когда она не повреждена, и клетки набухают осмотически?) Эти факты объясняет модель, в которой протоплазма рассматривается как особая фаза вещества.
Другая особенность утомления (а зачастую и старения, и стресса, и болезни) состоит в том, что мышечное расслабление замедлено или нарушено.
Гипотиреоз замедляет релаксацию сердечной и скелетных мышц. Ф. З. Меерсон показал, что в результате стресса сердечная мышца оказывается в условиях повышенной концентрации кальция, вслед за чем наступает распад жиров и белков, причем эти изменения непрерывно удерживают поврежденное сердце в состоянии частичного сокращения, мышца становится жесткой и не способной завершить сократительное сокращение. Многие кардиологи, когда говорят о сердечной жесткости, имеют в виду утолщение мышцы и фиброз, но они являются более поздними последствиями сократительной не отрелаксированной жесткости, которую описал Меерсон.
При гипотиреозе сердце в конце концов становится фиброзным, но сначала оно просто не в состоянии как следует расслабляться и полностью сокращаться. Неспособность опустошаться с каждым сокращением — это своего рода «сердечная недостаточность», но ее можно быстро скорректировать, если ввести гормон щитовидной железы. Даже фиброзное сердце может восстановиться под действием адекватного количества гормона щитовидной железы.
Аналогия с «когерером» наталкивает на мысль, что перегруженная мышца не в состоянии декогерировать себя, пока не отдохнет. Она отвечает на стимул, не препятствует течению энергии, но затем просто не в состоянии отключить его, поэтому энергия течет и течет из-за изменения физического состояния.
Альберт Сент-Дьёрди был, возможно, первым человеком, который серьезно изучал полупроводниковые свойства живого. Поскольку он был знаком с идеей В. Ф. Коха о свободно-радикальном катализаторе окислительного метаболизма, в 1941-м году он предположил, что клеточные белки могут функционировать, как электрические проводники (или полупроводники), и скорее всего в этом он опирался на собственные исследования клеточного дыхания и мышечных белков. Он наблюдал, что АТФ снижает вязкость раствора мышечного белка миозина, а это, в свою очередь, заставляет сокращаться миозиновый мышечный филамент. Идея о полимеризации и сокращении белка под действием свободных радикалов была центральной в терапевтических представлениях В. Ф. Коха, но лет на 100 опередила время, по медицинским стандартам.
Сент-Дьёрди наблюдал, что хотя молекулы АТФ и участвуют в сокращении мышц, их исчезновение после смерти вызывает сокращение и отвердевание мышц, известное как трупное окоченение. Когда он опускал отвердевшую мертвую мышцу в раствор АТФ, она размягчалась и расслаблялась. Расслабленное состояние — это состояние, характеризуемое адекватным энергетическим запасом.
После переезда в 1947 году в США Сент-Дьёрди показал, как влияет мышечная цитоплазма на поведение флуоресцирующих веществ, которое было похоже на поведение льда, пока мышца не стимулировалась. В процессе сокращения мышцы флуоресцентное вещество вело себя так, как если бы оно находилось в обычной жидкой воде. Этот эффект связан со стабилизацией возбужденных состояний электронов. Одна только эта демонстрация должна была заставить биологов отказаться от мембранной теории клеточного возбуждения и вернуться к основам физики, чтобы на ее основе изучать клеточное поведение. Работы Сент-Дьёрди чрезвычайно важны для биологии и медицины и даже для понимания полупроводников, но мир, по большей части, просто загипнотизирован учебниками с моделью клеточных мембран.
Сент-Дьёрди также показал, что сочетание должным образом сбалансированного количества электронных доноров и акцепторов (ДА-пар) вызывает мышечное сокращение. Он сравнивал это с «допингом» неорганического полупроводника с целью регулирования его электронных свойств. И хотя эти эксперименты были поставлены спустя полвека после того, как Кох применил химию свободных радикалов в медицине, они по-прежнему не в состоянии вывести индустрию лекарств из состояния токсического сна.
У меня сложилось впечатление, что именно работы Сента-Дьёрди по исследованию интереснейших электронных свойств клеточной воды и белков натолкнули Лайнуса Полинга в 1960 году на объяснение анестезии, в особенности анестезии с помощью благородных газов, в терминах формирования водных клатратов и реструктуризирования клеточной воды гидрофобным атомом или молекулой анестетика. Его предположение вызвало такую реакцию среди биологов, что на 40 лет отбило охоту заниматься более глубокими исследованиями в этом направлении.
С подачи Эрвина Шредингера людичасто размышляют о жизни, как о негэнтропии, противодействующей общему росту энтропии, а старение и смерть рассматривают, как проявление закона растущей энтропии.
А. Зотин изучал живые организмы, а не абстракции про электроны, и показал, что старение включает уменьшение энтропии и замедление метаболизма. Уменьшение энтропии при старении, согласно его точке зрения, аналогично кристаллизации, своего рода прогрессирующего замораживания.
При стимуляции нерв резко высвобождает энергию, и, оказывается, большая часть этого тепла является результатом изменения структуры в цитоплазме, поскольку (в нервах ракообразных, которые могут функционировать при низких температурах) в течение фазы восстановления температура нерва опускается чуть ниже температуры окружения, несмотря на то, что часть тепла высвобождается в ответ на химические изменения в метаболизме, которые вызывает нервная деятельность.
Когда физически изменение является эндотермическим, а нервное восстановление является процессом именно такого рода, можно интерпретировать такую ситуацию, как повышение общей энтропии, как и в резинке, которая остывает случае спонтанного сокращения.
Находящийся в состоянии покоя когерер Боше, который с течением времени восстанавливал свои полупроводниковые (т. е. относительно изолирующие) свойства, не получал энергию за счет метаболизма. Когда частицы возвращались в свои относительно изолированные состояния, происходило разупорядочивание, возможно, похожее на спонтанные энергетические переходы в стимулированном нерве ракообразных. Я предполагаю, что эти изменения происходили благодаря поглощению тепла из окружающей среды, быть может, путем инфракрасного резонанса с электронами зоны проводимости.
Если представить структуру цитоплазмы как пружинный механизм, способный колебаться между двумя состояниями или «фазами», то это облегчит понимание клеточного утомления как чего-то отличного от разнообразных метаболических источников энергии; АТФ, гликоген и кислород, вопреки общепринятым предположениям, не так уж плотно завязаны на функциональные потери, имеющие место при утомлении.
Таким образом, роль метаболизма скорее похожа на роль «телеграфного ключа» в ранних образцах когерера.
Вода в обычном состоянии является диэлектриком. Но когда она поляризована электрическим зарядом или при наличии фазовой границы, ее обычное состояние изменяется. Это особая межфазная или вицинальная вода. По мере перемещения ионов (в основном натрия, калия, кальция и магния) в процессе возбуждения состояние клеточной воды обязательно изменяется благодаря присутствию различных веществ. В возбужденном состоянии внутриклеточная вода становится менее гидрофобной, более гидрофильной, чем в состоянии расслабления. Сеть «гидрофобных» взаимодействий пронизывает клетку в состоянии расслабления. Одним из свойств диэлектрика является тенденция к перемещению в область между зарядами под действием силы, которая, в принципе, аналогична той, что действует в процессе диэлектрофореза.
В состоянии покоя основным неорганическим ионом является калий, он связан с кислотными группами, такими как аспарагиновая и глутаминовая кислоты. В процессе возбуждения калий частично заменяется на натрий, который становится основным противоионом для этих кислотных групп, а в клетку наряду с натрием входит и кальций.
Взаимосвязь калия с водой очень слаба (его гидратацию считают отрицательной), что дает возможность воде формировать устойчивую в присутствии гидрофобных поверхностей структуру. Натрий и в особенности кальций (атомы меньшего размера с более высокой поверхностной концентрацией заряда) мощно взаимодействуют с молекулами воды, значительно сильнее, чем это происходит между молекулами воды, нарушая деликатные и довольно гидрофобные структуры межклеточной воды.
(Двухвалентный кальций несет важную стабилизирующую и связующую функцию в покоящейся клетке. При возбуждении клетка выделяет эти внутренние ионы кальция, а на их место внутрь клетки проходят ионы кальция из межклеточного пространства.)
C усилением движения заряженных частиц во время стимуляции нерва или мышцы, когда один противоион заменяется другим, и разрушаются некоторые водные структуры, объемная диэлектрическая вода получает больше возможностей войти в клетку и вступить во взаимодействие с белками, вызывая тем самым отек и разделение структурных элементов клетки. Электронные микрофотографии утомленной мышцы показывают значительное пространственное разнесение актина и миозина.
ЯМР-исследования показывают, что в состоянии возбуждения клеточная вода ведет себя в большей степени как нормальная, то есть движения ее молекул относительно свободны, что свидетельствует о мгновенном разрушении межфазного состояния. В этом состоянии поглощение воды и связанный с утомлением отек нервов и мышц будут осуществляться частично по принципу втягивания диэлектрика в пространство между разделенными зарядами. Нормальная вода, которая заходит в клетку в процессе распада структур вицинальной воды, действует в данном случае как постороннее вещество, которое клетка не может контролировать.
Эти сильно диэлектрические свойства объемной (обычной, нормальной) воды в возбужденном клеточном состоянии могут объяснить многие изменения в активности ферментов. У неполярных липидов образуется отрицательно заряженная поверхность (за счет аккумуляции гидроксильных групп: Marinova и др., 1996), что усиливает их окисление и деградацию. С потерей межфазной воды высокоэнергетичное состояние клетки в покое сменяется на процесс активной мобилизации ее ресурсов, чтобы сохранить и восстановить клеточную структуру. В процесс восстановления начинает поступать метаболическая энергия, которая берет на себя роль телеграфного ключа в ранних когерерах.
Изучая утомляемость, мышечное сокращение и нервную проводимость, мы можем проверить некоторые традиционные модели и оценить, насколько более новые «биоэлектронные» модели соответствуют фактам. Осмотическое давление, гидростатическое давление, атмосферное давление и степень метаболической стимуляции гормоном щитовидной железы влияют на утомляемость, но таким образом, который никак не укладывается в мембранно-электрическую доктрину.
Выработка молочной кислоты в процессе интенсивной мышечной деятельности навела некоторых специалистов на мысль, чтоутомление наступает, когда мышца недополучает кислород. Однако, экспериментально показано, что утомление наступает даже в том случае, когда мышца адекватно снабжается кислородом. Дайверы иногда получают избыточное количество кислорода, что нередко вызывает мышечную усталость и болезненность. На больших высотах, где кислорода относительно немного, выносливость и сила могут получить развитие.
Избыток кислорода может замедлить нервную проводимость, а гипоксия — ускорить. (Усиленная подача кислорода под более высоким давлением не вызывает его повышенного потребления клеткой или снижения выработки молочной кислоты (Kohzuki и др., 2000), а содействует перекисному окислению липидов).
Высокое гидростатическое давление вызывает сокращение мыщцы, хотя в течение многих лет мембранная доктрина не позволяет принять этот факт. Мозг дайвера под действием очень высокого давления находится в возбужденном состоянии. Поскольку вицинальная вода имеет больший объем, чем обычная (по аналогии с изменением объема в процессе образования льда, хотя увеличение объема клеточной воды несколько меньше, 4 %, чем у льда, который на 11 % объемнее воды), то сжатие под действием высокого давления переводит вицинальную клеточную воду в состояние, имеющее место в возбужденной клетке, подобно таянию льда под действием давления. Пока вода находится в этом состоянии, возбуждение клетки сохраняется.
Это изменение состояния под действием давления напоминает то, как Боше применял давление в некоторых своих когерерах, и как давление меняет чувствительность электронов в полупроводнике, изменяя «запрещенную зону» — количество энергии, которое требуется для перехода в зону проводимости.
Самый простой способ продемонстрировать, что вода изменяет свое фазовое состояние в процессе сокращения мышцы, — измерить объем изолированной мышцы. При стимуляции и сокращении мышечный объем несколько изменяется. (Мышцу целиком погружали в воду в запаянном контейнере и измерения показывали снижение объема контейнера). Это соответствует переходу вицинальной воды в обычное (диэлектрическое) состояние. (Эти эксперименты со спонтанным изменением объема, несущие угрозу мембранной доктрине, очень раздражали многих и многих биологов поколения моих учителей).
В стимулированном состоянии поглощение воды клеткой из окружающего пространства очень близко совпадает по времени с ее электрической и тепловой активностью, а выделение — с восстановлением. В небольшом нервном волокне или у поверхности более крупного волокна эти изменения происходят очень быстро, а в большой мышце поглощение воды опережает скорость поступления воды из капилляров, и если стимуляция продолжается несколько минут, поглощение воды становится значительным. Например, двухминутная стимуляция может привести к росту веса мышцы на 6 %, при этом межклеточное пространство теряет 4 %, а это значит, что за короткий интервал времени мышца набирает в весе заметно больше, чем 6 % (Ward и др., 1996). Вода, поглощенная мышцей, поступает из крови, которая становится несколько дегидратированной и вязкой.
Вера в «полупроницаемые мембраны» (которые в течение долгого времени не могут объяснить клеточную физиологию) заставляет некоторых людей объяснять клеточный отек осмотическими процессами, то есть это означает, что они просто предполагают значительное увеличение числа растворенных в клетке частиц за короткое время. По результатам экспериментов Tasaki (1980, 1981, 1982) отек нерва совпадает с электрическим потенциалом действия, который, согласно осмотическому объяснению, означает, что значительный прирост внутренней осмолярности происходит практически мгновенно. Потенциал действия возникает и исчезает примерно за 2 милисекунды. Отек также совпадает по времени с теплопродукцией и укорочением нервного волокна. Сокращение нервного волокна после затухания волны потенциала действия может происходить так же быстро, и мембранная теория не может это объяснить. (А восстановление неотечного состояния может занимать продолжительное время в зависимости от внешних условий каждой конкретной мышцы или клетки). Предпринятая Трошиным проверка теории осмотического регулирования клеточного объема выявила, что представление клетки в качестве мембранного осмометра ошибочно, но мало кто из биологов прочел его книгу.
Поскольку возбужденная или утомленная мышца или нерв отекают и прибавляют в весе, интересно посмотреть, что происходит с их чувствительностью и прочностью под действием гипотонических растворов, которые, как известно, содействуют отекам, или гипертонических, которые им противодействуют.
В гипотоническом растворе клетки находятся в возбужденном состоянии (Lang и др., 1995: «Воздействие гипотонической внеклеточной жидкости на фрагменты ткани аорты морских свинок сопровождается выраженной вазоконстрикцией…»), но за возбуждением следует сниженный отклик (Ohba и др., 1984: «Воздействие гипотонического (70 % от нормального) раствора на мышцу сначала вызывает временное усиление ее подергивания, после чего оно спадает до уровня ниже контрольного»). Гипертонические растворы обладают тенденцией вызывать релаксацию в нормальных мышцах, в том числе и в мышце аорты (Tabrizchi, 1999), но в случае нарушения мышечной функции (особенно в циркуляторной системе, например, при шоке) они улучшают сократительную функцию (Elgjo и др., 1998: «Максимум измеренной сократительная силы правой сосочковой мышцы ex vivo в случае воздействия гипертонического раствора значительно превышал аналогичный параметр при обработке нормальным солевым раствором»). Спортсмены могут терять до 4 % веса за счет дегидратации без снижения мышечной силы.
Гипотиреоз вызывает тенденцию к уменьшению натрия крови, а гипонатриемия иногда приводит к общему снижению тонуса организменных жидкостей. Гормон щитовидной железы сам по себе действует как антиоксидант, но большая часть его защитных свойств против клеточного повреждения является, возможно, результатом предотвращения набухания клеток и ускоренного выведения клеточного кальция. (Набухание, как и усталость, вызывает повышение концентрации межклеточного кальция.)
Рост поверхностного электрического заряда липидов в объемной воде, возможно, возникает благодаря усилению их перекисного окисления, которое имеет место при усталости, отеке и гипотиреозе, когда вода утрачивает свою нормальную частичную гидрофобность. Известно, что повышение углекислоты приводит к снижению перекисного окисления липидов, а ее производство нуждается в адекватном функционировании щитовидной железы.
Повышенный запрос на потребление кислорода, вызываемый гормоном щитовидной железы, препятствует выработке молочной кислоты; это удерживает цитоплазму в состоянии относительного окисления, т. е. концентрация НАД+ поддерживается на уровне, в сотни раз превышающем концентрацию НАДФ. НАДФ требуется для превращения пирувата в лактат и является источником снижения потенциала множества токсичных окислительно-восстановительных циклов, которые приводят к образованию перекисных липидов. НАДФ также поддерживает сульфгидрильную систему, а также баланс восстановленного глутатиона и сульфгидрильно-дисульфидной системы белковых связей, который управляет состоянием электронов клетки и оказывает влияние на гидрофобность и гидрофильность.
Повреждающее окисление липидов нарушает процессы энергопроизводства и регуляции и несет ответственность за последствия долговременного воздействия утомления, отека и гипотиреоза. Затяжные эффекты, вызванные окислением липидов, без всяких сомнений усиливаются в присутствии больших количеств нестабильных полиненасыщенных жиров, поскольку энергозапрос в состоянии утомления приводит к мобилизации свободных жирных кислот из тканей.
Один из старейших тестов на гипотиреоз — это Ахиллов рефлекс, в котором степень расслабления икроножной мышцы соответствует уровню функционирования щитовидной железы — расслабление у людей, страдающих гипотиреозом, замедлено. Гипотиреоидная мышца медленнее выделяет воду, натрий и кальций. Точно такое же замедленное расслабление происходит и в гипотиреоидной сердечной мышце, способствуя застойной сердечной недостаточности, поскольку полусократившееся сердце не может получить достаточную порцию крови, по сравнению с нормальным расслабленным сердцем. Гипотиреоидные кровеносные сосуды не могут должным образом расслабляться, что приводит к повышению давления. Гипотиреоидные нервы с трудом возвращаются в расслабленное энергетическое состояние, что приводит к бессоннице, парестезии, двигательным нарушениям, а сами нервы становятся отечными и легко повреждаются давлением.
В процессе старения, стресса, при усталости и гипотиреозе количество эстрогена в организме обычно возрастает. Эстроген по отношению к мышцам является катаболическим и вызывает системные отеки и нервное возбуждение. Он ослабляет мышечную сократимость мочевого пузыря, хотя и снижает порог стимуляции ощущения и сокращений (Dambros и др., 2004). По этой причине люди часто пробуждаются, чтобы освободиться от незначительного количества мочи. (Прогестерон обладает противоположным действием на мочевой пузырь, поднимая порог реакции и усиливая сократимость, как и в желчном пузыре). Эстроген снижает порог стимуляции в желчном пузыре, как и в мозге. Частично его возбуждающее действие может быть результатом увеличения объема гипотонической клеточной воды, а его влияние на порог нервной возбудимости осуществляется практически мгновенно.
Выработка молочной кислоты растет в состоянии усталости, в процессе старения, при гипотиреозе, избытке эстрогена и других неэффективных биологических состояниях. Наличие молочной кислоты в присутствии кислорода означает: что-то мешает эффективному окислительному метаболизму. Выработка аммиака, свободных жирных кислот и различных воспалительных цитокинов, скорее всего, тоже будут расти в этих стрессовых состояниях.
Представляющий опасность высокий ровень аммиака в крови (гипераммониемия) может быть вызван изнурительной нагрузкой, а также гипербарическим кислородом (или высокой концентрацией кислорода), высокими значениями эстрогена или гипотиреозом. Это, как правило, связано с избытком молочной кислоты, возможно потому, что аммиак стимулирует гликолиз. Избыток кислорода, как при гипотиреозе, эквивалентен «гипервентиляции» в выработке ненормально низкого уровня углекислого газа в крови. Цикл Кребса в условиях стресса ограничивается недоступностью углекислого газа. Эти факторы приводят к неэффективному использованию глюкозы, когда она превращается в молочную кислоту, а не в углекислый газ и энергию. В этом смысле метаболизм утомленной мышцы (и любой клетки в состоянии стресса) аналогичен метаболизму опухоли.
Гипераммониемия нарушает процессы возбуждения и может привести к судорогам, ввести в ступор и, вероятно, участвует в маниакальных и депрессивных состояниях. Литий, как оказалось, присоединяется к нему за счет электронной оболочки, и я думаю, это объясняет некоторые его терапевтические свойства, но основным биологическим фактором устранения аммиака является углекислый газ, поскольку он объединяется с ним для образования мочи. Изменения в клеточной воде в состоянии возбуждения/утомления приводят к росту ее «структурной температуры», а это значит, что при возбуждении меньшее количество углекислого газа может оставаться растворенным в ней.
Употребление сахара и применение кофеина, который увеличивает окисление сахара (Yeo и др., 2005), может уменьшить утомление, как объективно, так и субъективно. С метаболической точки зрения они увеличивают выработку углекислого газа. Рост сахара снижает высвобождение и усвоение жирных кислот и, за счет ряда механизмов, оказывает содействие в снижении производства аммония, лактата и воспалительных цитокинов. (Молочная кислота в сочетании с ацидозом и свободными фосфолипидами может нарушать эффективное исполнение клеточных функций [Pacini и Kane, 1991; Boachie-Ansah и др., 1992].) Свободные жирные кислоты высвобождают триптофан из альбумина, внося тем самым вклад в образование серотонина, который усиливает ощущение утомления.
Аспирин и ниацин помогают предотвратить симптомы утомления и многие повреждающие системные оксидативные последствия. (Оба являются антилиполитиками; аспирин разъединяет митохондрии.)
Разъединение митохондриального оксидативного метаболизма и выработки АТФ помогает в усвоении сахара, который иначе был бы преобразован в молочную кислоту, и вместо этого превращается в углекислый газ. Умеренная гипоксия (как в условиях высокогорья) подавляет выработку молочной кислоты («лактатный парадокс») и увеличивает содержание углекислого газа в тканях.
Аспирин и гормон щитовидной железы (Т3) усиливают разъединение. Лекарство, которое когда-то применяли для снижения веса, динитрофенол, также разъединяет митохондриальный метаболизм и, удивительное дело, обладает некоторыми положительными эффектами, которые присущи аспирину и Т3. Оно стимулирует потребление молочной кислоты и выработку углекислого газа.
Проживающие в горных условиях люди обычно едят больше и остаются более худыми, чем когда они живут на уровне моря. По всей видимости, их митохондрии довольно разъединенные, и у них больше митохондрий, что частично объясняет у них более низкую выработку молочной кислоты при мышечном напряжении. Повышенная активность щитовидной железы также способствует как увеличению митохондриальной массы, так и разъединению митохондрий.
Большая часть того, что мы считаем утомлением, является результатом нарушения гидратации клеток, чья чувствительность, состав и структура изменяются в зависимости от степени этого нарушения. Гидратация клетки управляется ее «электрическими» свойствами, которые регулируют внутренние процессы — метаболические и системные. Когда клеточное утомление достигает определенного уровня, стабильную клеточную структуру и функции могут восстановить только органы при слаженном взаимодействии. Печень устраняет молочную кислоту и аммиак, надпочечники и половые железы вырабатывают стабилизирующие стероиды, мозг подстраивает активность и поведение таким образом, чтобы сделать обратимыми последствия утомления.
Однако, если в тканях находится много полиненасыщенных жиров, то каждый эпизод утомления и длительного возбуждения приводит к оксидативному повреждению, в результате чего адаптационный механизм становится все менее и менее эффективным. Когда наиболее мощные адаптационные механизмы, такие как своевременная выработка прогестерона, прегненолона, ДГЭА, Т3, ингибирующих нейротрансмиттеров, ГАМК и глицина повреждаются, то хронически активируются другие, более примитивные защитные механизмы, и тогда даже сон не справляется с восстановлением нормальной клеточной гидратации и метаболизма. Часто проблемой становится гипервентиляция, усугубляющая протечку капилляров.
Вода в теле сосредоточена в трех основных местах — кровеносных сосудах, внеклеточном матриксе и во влажной субстанции самих клеток — и в каждом из этих мест ее состояние неодинаково и варьируется. В США отсутствуют учебники, в которых бы излагался научный подход в описании межклеточной воды, в результате чего врачи, сталкиваясь со случаями отеков или нарушениями объема крови у пациентов, часто сбиваются с толку. Крайне редко врачу приходит в голову рассмотреть вопрос распределения воды при таких состояниях, как хроническая усталость, фибромиалгия, нарушения сна, частое мочеиспускание, замедленное опустошение мочевого пузыря, беспокойство, парестезия, двигательные нарушения, туннельный синдром и даже замедленное мышление, хотя «внутриклеточное утомление», приводящее к сверхгидратации, является, скорее всего, центральной проблемой в этих и многих других дегенеративных и воспалительных процессах.
Тема улучшения клеточного функционирования и распределения воды, которое обратно пропорционально давлению кислорода и прямо пропорционально давлению углекислого газа, не войдет в учебники до тех пор, пока царит идея о регулировании состояния клетки с помощью мембран.
«Лечение» внутриклеточного утомления состоит:
Простое увеличение углекислого газа снижает молочную кислоту и аммиак, повышает ГАМК (улучшающий сон нейромедиатор), а также регулирует перемещение минералов и воды.
Исследование физиологии утомления ведет к лучшему пониманию клетки в целом и дает возможность глубже заглянуть в процессы старения, воспаления и множество связанных со стрессом заболеваний.опубликовано
© Рэй Пит
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: //ekiri22.blogspot.ru/2016/04/blog-post.html
Некоторые соображения препятствовали разработкам, например, широко распространенное мнение, что явление усталости уже вполне понятно и до определенной степени является тривиальным, если сравнивать его с такими проблемами как рост, репродукция и болезнь.
Усталость часто определяют, как снижение реакции в результате перенапряжения. В качестве примера приводят снижение мышечной силы или скорости сокращения мышцы, снижение нервной проводимости или понижение чувствительности органа восприятия или его распознающей способности. Другое значение усталости, пониженного сопротивления или прочности, относят к материалам, а также некоторым биологическим функциям, когда, скажем, усталость приводит к тошноте или инфекциям.
«Отклик» предполагает наличие чувствительности. В утомленных органах чувств, нервах, мышцах и многих других типах клеток — иммунных, клетках выделительной системы и т. д. — наблюдают снижение чувствительности к стимулу. Даже в растительных клетках сходные процессы возбудимости можно ослабить повторением стимула.
В серии лекций, прочитанных в Королевском обществе Англии в 1895–1901 гг., физик Джагадиш Чандра Боше сообщил о результатах своей работы, которые сначала восхитили, а затем обеспокоили многих физиков и биологов. Он изобрел устройства, которые создавали и регистрировали электромагнитные волны. Он был первым, кто получил миллимитровые радиоволны (микроволны). Детектор сигнала Боше использовался в первой трансатлантической радиопередаче Маркони. Принцип действия этого устройства заключается в том, что в электрическом или электромагнитном поле металлы при контакте слипаются. А разъединить их можно механическим ударом.
Когда Боше экспериментировал со своим «самовосстанавливающимся когерером», полупроводниковым устройством, не нуждавшемся в механическом встряхивании, он обнаружил, что после длительного использования прибор теряет восприимчивость, то есть утрачивает свою собственную самовосстановительную способность. Но после некоторого периода отдыха вновь становится работоспособным. Боше заметил, что поведение когерера очень похоже на электрическую физиологию живых клеток.
Тогда он начал экспериментировать с растениями, животными, минералами, которые обнаруживали аналогичный отклик на самые разнообразные возбуждения, включая механические, тепловые и электромагнитные.
Идея усталости металлов не была новой, но Боше мыслил гораздо глубже, чем металлурги.
Биологи считали, что реагирование на электрические импульсы является главным признаком жизни, а Боше показал, что не только растения, подобно животным, реагируют на электроимпульсы, но и минералы.
Существовало несколько причин, по которым европейцы и американцы отказывались принять универсальность природы электрических свойств, которые они изучали у животных. Один из мотивов — это желание доказать, что жизнь является чем-то нематериальным, а ее природа не имеет ничего общего с неорганической материей. Вторая проблема была связана с растущей верой в то, что особые свойства живого заключены в наследственном веществе каждой клетки, а электрические клеточные механизмы возникают только благодаря клеточным мембранам, которые окружают водную каплю с беспорядочно перемещающимися в ней растворенными химикатами. С позиции мембранной электрической теории было важно верить в случайное поведение всего, что растворено в клеточной воде.
Поэтому они были уверены в том, что электро-механические реакции и взаимодействия в кристаллах не имеют ничего общего с процессами, протекающими в живых организмах, а посему исключали какие бы то ни было аналогии между ними. Минералы состояли из атомов и, согласно господствующей доктрине того времени, у них не могло быть никаких «физиологических» функций, кроме как на атомном уровне. Все это происходило лет за 20 до того, как идея о нелокальных силах и полях в минералах получила широкое распространение в физике.
Основным интересом на протяжении долгой карьеры (1889–1941) для Джорджа Крайля было стремление понять, что такое шок, биологическая энергия и усталость.
Он полагал, что шок — это результат истощения мозга, а в одной из своих последних работ он показал, что мозг истощенного животного вырабатывал меньше биолюминесценции по сравнению с мозгом отдохнувшего животного. Его заслуга состоит в том, что он показал: усталость и шок — это системные состояния организма, а не изолированные события в среде нервов и мышц. Недавние исследования подтверждают правомерность его точки зрения. Подход Крайля к предупреждению и купированию шока базировался на изолировании поврежденной области с помощью локальной анестезии. Блокировка нервов в поврежденной части тела, например, седалищного нерва в ноге, может сохранить энергопроизводство (и нормальное клеточное функционирование) в остальных частях тела.
Примерно на 30 лет раньше, в 1901-м году, Введенский показал, что некоторые типы утомляемости являются защитным блокированием ответной реакции, когда интенсивная стимуляция не вызывает ответа, а слабая иногда может его вызвать. Такие изменения влияют на функционирование клетки по-разному. Он назвал эти процессы наркозом и парабиозом.
До сих пор было два популярных «объяснения» утомления.
- Первое объяснение: утомление наступает, когда клетка израсходовала запас энергии (обычно считают, что это АТФ или гликоген).
- Второе: накопление продуктов метаболизма (обычно это молочная кислота) препятствует дальнейшему функционированию.
Очевидная проблема с этими объяснениями заключается в том, что утомляемость довольно независима от этих метаболических изменений. Еще одна незадача — эти идеи не объясняют реальных изменений, которые происходят в клетке при утомлении.
Утомленные клетки впитывают воду и становятся тяжелее. Кроме того, они становятся более проницаемыми и протекают. При большей доступности кислорода они становятся менее стойкими к утомлению, а когда организм находится в состоянии легкой гипоксии, как это происходит в горных условиях, мышцы становятся более выносливыми и сильными, а скорость нервной проводимости повышается.
Эти факты не вписываются в стандартную клеточную модель, согласно которой чувствительность клетки определяется строго поведением ее «мембраны». (Например, как мембрана может выпускать из клетки крупные молекулы в то время, когда она не повреждена, и клетки набухают осмотически?) Эти факты объясняет модель, в которой протоплазма рассматривается как особая фаза вещества.
Другая особенность утомления (а зачастую и старения, и стресса, и болезни) состоит в том, что мышечное расслабление замедлено или нарушено.
Гипотиреоз замедляет релаксацию сердечной и скелетных мышц. Ф. З. Меерсон показал, что в результате стресса сердечная мышца оказывается в условиях повышенной концентрации кальция, вслед за чем наступает распад жиров и белков, причем эти изменения непрерывно удерживают поврежденное сердце в состоянии частичного сокращения, мышца становится жесткой и не способной завершить сократительное сокращение. Многие кардиологи, когда говорят о сердечной жесткости, имеют в виду утолщение мышцы и фиброз, но они являются более поздними последствиями сократительной не отрелаксированной жесткости, которую описал Меерсон.
При гипотиреозе сердце в конце концов становится фиброзным, но сначала оно просто не в состоянии как следует расслабляться и полностью сокращаться. Неспособность опустошаться с каждым сокращением — это своего рода «сердечная недостаточность», но ее можно быстро скорректировать, если ввести гормон щитовидной железы. Даже фиброзное сердце может восстановиться под действием адекватного количества гормона щитовидной железы.
Аналогия с «когерером» наталкивает на мысль, что перегруженная мышца не в состоянии декогерировать себя, пока не отдохнет. Она отвечает на стимул, не препятствует течению энергии, но затем просто не в состоянии отключить его, поэтому энергия течет и течет из-за изменения физического состояния.
Альберт Сент-Дьёрди был, возможно, первым человеком, который серьезно изучал полупроводниковые свойства живого. Поскольку он был знаком с идеей В. Ф. Коха о свободно-радикальном катализаторе окислительного метаболизма, в 1941-м году он предположил, что клеточные белки могут функционировать, как электрические проводники (или полупроводники), и скорее всего в этом он опирался на собственные исследования клеточного дыхания и мышечных белков. Он наблюдал, что АТФ снижает вязкость раствора мышечного белка миозина, а это, в свою очередь, заставляет сокращаться миозиновый мышечный филамент. Идея о полимеризации и сокращении белка под действием свободных радикалов была центральной в терапевтических представлениях В. Ф. Коха, но лет на 100 опередила время, по медицинским стандартам.
Сент-Дьёрди наблюдал, что хотя молекулы АТФ и участвуют в сокращении мышц, их исчезновение после смерти вызывает сокращение и отвердевание мышц, известное как трупное окоченение. Когда он опускал отвердевшую мертвую мышцу в раствор АТФ, она размягчалась и расслаблялась. Расслабленное состояние — это состояние, характеризуемое адекватным энергетическим запасом.
После переезда в 1947 году в США Сент-Дьёрди показал, как влияет мышечная цитоплазма на поведение флуоресцирующих веществ, которое было похоже на поведение льда, пока мышца не стимулировалась. В процессе сокращения мышцы флуоресцентное вещество вело себя так, как если бы оно находилось в обычной жидкой воде. Этот эффект связан со стабилизацией возбужденных состояний электронов. Одна только эта демонстрация должна была заставить биологов отказаться от мембранной теории клеточного возбуждения и вернуться к основам физики, чтобы на ее основе изучать клеточное поведение. Работы Сент-Дьёрди чрезвычайно важны для биологии и медицины и даже для понимания полупроводников, но мир, по большей части, просто загипнотизирован учебниками с моделью клеточных мембран.
Сент-Дьёрди также показал, что сочетание должным образом сбалансированного количества электронных доноров и акцепторов (ДА-пар) вызывает мышечное сокращение. Он сравнивал это с «допингом» неорганического полупроводника с целью регулирования его электронных свойств. И хотя эти эксперименты были поставлены спустя полвека после того, как Кох применил химию свободных радикалов в медицине, они по-прежнему не в состоянии вывести индустрию лекарств из состояния токсического сна.
У меня сложилось впечатление, что именно работы Сента-Дьёрди по исследованию интереснейших электронных свойств клеточной воды и белков натолкнули Лайнуса Полинга в 1960 году на объяснение анестезии, в особенности анестезии с помощью благородных газов, в терминах формирования водных клатратов и реструктуризирования клеточной воды гидрофобным атомом или молекулой анестетика. Его предположение вызвало такую реакцию среди биологов, что на 40 лет отбило охоту заниматься более глубокими исследованиями в этом направлении.
С подачи Эрвина Шредингера людичасто размышляют о жизни, как о негэнтропии, противодействующей общему росту энтропии, а старение и смерть рассматривают, как проявление закона растущей энтропии.
А. Зотин изучал живые организмы, а не абстракции про электроны, и показал, что старение включает уменьшение энтропии и замедление метаболизма. Уменьшение энтропии при старении, согласно его точке зрения, аналогично кристаллизации, своего рода прогрессирующего замораживания.
При стимуляции нерв резко высвобождает энергию, и, оказывается, большая часть этого тепла является результатом изменения структуры в цитоплазме, поскольку (в нервах ракообразных, которые могут функционировать при низких температурах) в течение фазы восстановления температура нерва опускается чуть ниже температуры окружения, несмотря на то, что часть тепла высвобождается в ответ на химические изменения в метаболизме, которые вызывает нервная деятельность.
Когда физически изменение является эндотермическим, а нервное восстановление является процессом именно такого рода, можно интерпретировать такую ситуацию, как повышение общей энтропии, как и в резинке, которая остывает случае спонтанного сокращения.
Находящийся в состоянии покоя когерер Боше, который с течением времени восстанавливал свои полупроводниковые (т. е. относительно изолирующие) свойства, не получал энергию за счет метаболизма. Когда частицы возвращались в свои относительно изолированные состояния, происходило разупорядочивание, возможно, похожее на спонтанные энергетические переходы в стимулированном нерве ракообразных. Я предполагаю, что эти изменения происходили благодаря поглощению тепла из окружающей среды, быть может, путем инфракрасного резонанса с электронами зоны проводимости.
Если представить структуру цитоплазмы как пружинный механизм, способный колебаться между двумя состояниями или «фазами», то это облегчит понимание клеточного утомления как чего-то отличного от разнообразных метаболических источников энергии; АТФ, гликоген и кислород, вопреки общепринятым предположениям, не так уж плотно завязаны на функциональные потери, имеющие место при утомлении.
Таким образом, роль метаболизма скорее похожа на роль «телеграфного ключа» в ранних образцах когерера.
Вода в обычном состоянии является диэлектриком. Но когда она поляризована электрическим зарядом или при наличии фазовой границы, ее обычное состояние изменяется. Это особая межфазная или вицинальная вода. По мере перемещения ионов (в основном натрия, калия, кальция и магния) в процессе возбуждения состояние клеточной воды обязательно изменяется благодаря присутствию различных веществ. В возбужденном состоянии внутриклеточная вода становится менее гидрофобной, более гидрофильной, чем в состоянии расслабления. Сеть «гидрофобных» взаимодействий пронизывает клетку в состоянии расслабления. Одним из свойств диэлектрика является тенденция к перемещению в область между зарядами под действием силы, которая, в принципе, аналогична той, что действует в процессе диэлектрофореза.
В состоянии покоя основным неорганическим ионом является калий, он связан с кислотными группами, такими как аспарагиновая и глутаминовая кислоты. В процессе возбуждения калий частично заменяется на натрий, который становится основным противоионом для этих кислотных групп, а в клетку наряду с натрием входит и кальций.
Взаимосвязь калия с водой очень слаба (его гидратацию считают отрицательной), что дает возможность воде формировать устойчивую в присутствии гидрофобных поверхностей структуру. Натрий и в особенности кальций (атомы меньшего размера с более высокой поверхностной концентрацией заряда) мощно взаимодействуют с молекулами воды, значительно сильнее, чем это происходит между молекулами воды, нарушая деликатные и довольно гидрофобные структуры межклеточной воды.
(Двухвалентный кальций несет важную стабилизирующую и связующую функцию в покоящейся клетке. При возбуждении клетка выделяет эти внутренние ионы кальция, а на их место внутрь клетки проходят ионы кальция из межклеточного пространства.)
C усилением движения заряженных частиц во время стимуляции нерва или мышцы, когда один противоион заменяется другим, и разрушаются некоторые водные структуры, объемная диэлектрическая вода получает больше возможностей войти в клетку и вступить во взаимодействие с белками, вызывая тем самым отек и разделение структурных элементов клетки. Электронные микрофотографии утомленной мышцы показывают значительное пространственное разнесение актина и миозина.
ЯМР-исследования показывают, что в состоянии возбуждения клеточная вода ведет себя в большей степени как нормальная, то есть движения ее молекул относительно свободны, что свидетельствует о мгновенном разрушении межфазного состояния. В этом состоянии поглощение воды и связанный с утомлением отек нервов и мышц будут осуществляться частично по принципу втягивания диэлектрика в пространство между разделенными зарядами. Нормальная вода, которая заходит в клетку в процессе распада структур вицинальной воды, действует в данном случае как постороннее вещество, которое клетка не может контролировать.
Эти сильно диэлектрические свойства объемной (обычной, нормальной) воды в возбужденном клеточном состоянии могут объяснить многие изменения в активности ферментов. У неполярных липидов образуется отрицательно заряженная поверхность (за счет аккумуляции гидроксильных групп: Marinova и др., 1996), что усиливает их окисление и деградацию. С потерей межфазной воды высокоэнергетичное состояние клетки в покое сменяется на процесс активной мобилизации ее ресурсов, чтобы сохранить и восстановить клеточную структуру. В процесс восстановления начинает поступать метаболическая энергия, которая берет на себя роль телеграфного ключа в ранних когерерах.
Изучая утомляемость, мышечное сокращение и нервную проводимость, мы можем проверить некоторые традиционные модели и оценить, насколько более новые «биоэлектронные» модели соответствуют фактам. Осмотическое давление, гидростатическое давление, атмосферное давление и степень метаболической стимуляции гормоном щитовидной железы влияют на утомляемость, но таким образом, который никак не укладывается в мембранно-электрическую доктрину.
Выработка молочной кислоты в процессе интенсивной мышечной деятельности навела некоторых специалистов на мысль, чтоутомление наступает, когда мышца недополучает кислород. Однако, экспериментально показано, что утомление наступает даже в том случае, когда мышца адекватно снабжается кислородом. Дайверы иногда получают избыточное количество кислорода, что нередко вызывает мышечную усталость и болезненность. На больших высотах, где кислорода относительно немного, выносливость и сила могут получить развитие.
Избыток кислорода может замедлить нервную проводимость, а гипоксия — ускорить. (Усиленная подача кислорода под более высоким давлением не вызывает его повышенного потребления клеткой или снижения выработки молочной кислоты (Kohzuki и др., 2000), а содействует перекисному окислению липидов).
Высокое гидростатическое давление вызывает сокращение мыщцы, хотя в течение многих лет мембранная доктрина не позволяет принять этот факт. Мозг дайвера под действием очень высокого давления находится в возбужденном состоянии. Поскольку вицинальная вода имеет больший объем, чем обычная (по аналогии с изменением объема в процессе образования льда, хотя увеличение объема клеточной воды несколько меньше, 4 %, чем у льда, который на 11 % объемнее воды), то сжатие под действием высокого давления переводит вицинальную клеточную воду в состояние, имеющее место в возбужденной клетке, подобно таянию льда под действием давления. Пока вода находится в этом состоянии, возбуждение клетки сохраняется.
Это изменение состояния под действием давления напоминает то, как Боше применял давление в некоторых своих когерерах, и как давление меняет чувствительность электронов в полупроводнике, изменяя «запрещенную зону» — количество энергии, которое требуется для перехода в зону проводимости.
Самый простой способ продемонстрировать, что вода изменяет свое фазовое состояние в процессе сокращения мышцы, — измерить объем изолированной мышцы. При стимуляции и сокращении мышечный объем несколько изменяется. (Мышцу целиком погружали в воду в запаянном контейнере и измерения показывали снижение объема контейнера). Это соответствует переходу вицинальной воды в обычное (диэлектрическое) состояние. (Эти эксперименты со спонтанным изменением объема, несущие угрозу мембранной доктрине, очень раздражали многих и многих биологов поколения моих учителей).
В стимулированном состоянии поглощение воды клеткой из окружающего пространства очень близко совпадает по времени с ее электрической и тепловой активностью, а выделение — с восстановлением. В небольшом нервном волокне или у поверхности более крупного волокна эти изменения происходят очень быстро, а в большой мышце поглощение воды опережает скорость поступления воды из капилляров, и если стимуляция продолжается несколько минут, поглощение воды становится значительным. Например, двухминутная стимуляция может привести к росту веса мышцы на 6 %, при этом межклеточное пространство теряет 4 %, а это значит, что за короткий интервал времени мышца набирает в весе заметно больше, чем 6 % (Ward и др., 1996). Вода, поглощенная мышцей, поступает из крови, которая становится несколько дегидратированной и вязкой.
Вера в «полупроницаемые мембраны» (которые в течение долгого времени не могут объяснить клеточную физиологию) заставляет некоторых людей объяснять клеточный отек осмотическими процессами, то есть это означает, что они просто предполагают значительное увеличение числа растворенных в клетке частиц за короткое время. По результатам экспериментов Tasaki (1980, 1981, 1982) отек нерва совпадает с электрическим потенциалом действия, который, согласно осмотическому объяснению, означает, что значительный прирост внутренней осмолярности происходит практически мгновенно. Потенциал действия возникает и исчезает примерно за 2 милисекунды. Отек также совпадает по времени с теплопродукцией и укорочением нервного волокна. Сокращение нервного волокна после затухания волны потенциала действия может происходить так же быстро, и мембранная теория не может это объяснить. (А восстановление неотечного состояния может занимать продолжительное время в зависимости от внешних условий каждой конкретной мышцы или клетки). Предпринятая Трошиным проверка теории осмотического регулирования клеточного объема выявила, что представление клетки в качестве мембранного осмометра ошибочно, но мало кто из биологов прочел его книгу.
Поскольку возбужденная или утомленная мышца или нерв отекают и прибавляют в весе, интересно посмотреть, что происходит с их чувствительностью и прочностью под действием гипотонических растворов, которые, как известно, содействуют отекам, или гипертонических, которые им противодействуют.
В гипотоническом растворе клетки находятся в возбужденном состоянии (Lang и др., 1995: «Воздействие гипотонической внеклеточной жидкости на фрагменты ткани аорты морских свинок сопровождается выраженной вазоконстрикцией…»), но за возбуждением следует сниженный отклик (Ohba и др., 1984: «Воздействие гипотонического (70 % от нормального) раствора на мышцу сначала вызывает временное усиление ее подергивания, после чего оно спадает до уровня ниже контрольного»). Гипертонические растворы обладают тенденцией вызывать релаксацию в нормальных мышцах, в том числе и в мышце аорты (Tabrizchi, 1999), но в случае нарушения мышечной функции (особенно в циркуляторной системе, например, при шоке) они улучшают сократительную функцию (Elgjo и др., 1998: «Максимум измеренной сократительная силы правой сосочковой мышцы ex vivo в случае воздействия гипертонического раствора значительно превышал аналогичный параметр при обработке нормальным солевым раствором»). Спортсмены могут терять до 4 % веса за счет дегидратации без снижения мышечной силы.
Гипотиреоз вызывает тенденцию к уменьшению натрия крови, а гипонатриемия иногда приводит к общему снижению тонуса организменных жидкостей. Гормон щитовидной железы сам по себе действует как антиоксидант, но большая часть его защитных свойств против клеточного повреждения является, возможно, результатом предотвращения набухания клеток и ускоренного выведения клеточного кальция. (Набухание, как и усталость, вызывает повышение концентрации межклеточного кальция.)
Рост поверхностного электрического заряда липидов в объемной воде, возможно, возникает благодаря усилению их перекисного окисления, которое имеет место при усталости, отеке и гипотиреозе, когда вода утрачивает свою нормальную частичную гидрофобность. Известно, что повышение углекислоты приводит к снижению перекисного окисления липидов, а ее производство нуждается в адекватном функционировании щитовидной железы.
Повышенный запрос на потребление кислорода, вызываемый гормоном щитовидной железы, препятствует выработке молочной кислоты; это удерживает цитоплазму в состоянии относительного окисления, т. е. концентрация НАД+ поддерживается на уровне, в сотни раз превышающем концентрацию НАДФ. НАДФ требуется для превращения пирувата в лактат и является источником снижения потенциала множества токсичных окислительно-восстановительных циклов, которые приводят к образованию перекисных липидов. НАДФ также поддерживает сульфгидрильную систему, а также баланс восстановленного глутатиона и сульфгидрильно-дисульфидной системы белковых связей, который управляет состоянием электронов клетки и оказывает влияние на гидрофобность и гидрофильность.
Повреждающее окисление липидов нарушает процессы энергопроизводства и регуляции и несет ответственность за последствия долговременного воздействия утомления, отека и гипотиреоза. Затяжные эффекты, вызванные окислением липидов, без всяких сомнений усиливаются в присутствии больших количеств нестабильных полиненасыщенных жиров, поскольку энергозапрос в состоянии утомления приводит к мобилизации свободных жирных кислот из тканей.
Один из старейших тестов на гипотиреоз — это Ахиллов рефлекс, в котором степень расслабления икроножной мышцы соответствует уровню функционирования щитовидной железы — расслабление у людей, страдающих гипотиреозом, замедлено. Гипотиреоидная мышца медленнее выделяет воду, натрий и кальций. Точно такое же замедленное расслабление происходит и в гипотиреоидной сердечной мышце, способствуя застойной сердечной недостаточности, поскольку полусократившееся сердце не может получить достаточную порцию крови, по сравнению с нормальным расслабленным сердцем. Гипотиреоидные кровеносные сосуды не могут должным образом расслабляться, что приводит к повышению давления. Гипотиреоидные нервы с трудом возвращаются в расслабленное энергетическое состояние, что приводит к бессоннице, парестезии, двигательным нарушениям, а сами нервы становятся отечными и легко повреждаются давлением.
В процессе старения, стресса, при усталости и гипотиреозе количество эстрогена в организме обычно возрастает. Эстроген по отношению к мышцам является катаболическим и вызывает системные отеки и нервное возбуждение. Он ослабляет мышечную сократимость мочевого пузыря, хотя и снижает порог стимуляции ощущения и сокращений (Dambros и др., 2004). По этой причине люди часто пробуждаются, чтобы освободиться от незначительного количества мочи. (Прогестерон обладает противоположным действием на мочевой пузырь, поднимая порог реакции и усиливая сократимость, как и в желчном пузыре). Эстроген снижает порог стимуляции в желчном пузыре, как и в мозге. Частично его возбуждающее действие может быть результатом увеличения объема гипотонической клеточной воды, а его влияние на порог нервной возбудимости осуществляется практически мгновенно.
Выработка молочной кислоты растет в состоянии усталости, в процессе старения, при гипотиреозе, избытке эстрогена и других неэффективных биологических состояниях. Наличие молочной кислоты в присутствии кислорода означает: что-то мешает эффективному окислительному метаболизму. Выработка аммиака, свободных жирных кислот и различных воспалительных цитокинов, скорее всего, тоже будут расти в этих стрессовых состояниях.
Представляющий опасность высокий ровень аммиака в крови (гипераммониемия) может быть вызван изнурительной нагрузкой, а также гипербарическим кислородом (или высокой концентрацией кислорода), высокими значениями эстрогена или гипотиреозом. Это, как правило, связано с избытком молочной кислоты, возможно потому, что аммиак стимулирует гликолиз. Избыток кислорода, как при гипотиреозе, эквивалентен «гипервентиляции» в выработке ненормально низкого уровня углекислого газа в крови. Цикл Кребса в условиях стресса ограничивается недоступностью углекислого газа. Эти факторы приводят к неэффективному использованию глюкозы, когда она превращается в молочную кислоту, а не в углекислый газ и энергию. В этом смысле метаболизм утомленной мышцы (и любой клетки в состоянии стресса) аналогичен метаболизму опухоли.
Гипераммониемия нарушает процессы возбуждения и может привести к судорогам, ввести в ступор и, вероятно, участвует в маниакальных и депрессивных состояниях. Литий, как оказалось, присоединяется к нему за счет электронной оболочки, и я думаю, это объясняет некоторые его терапевтические свойства, но основным биологическим фактором устранения аммиака является углекислый газ, поскольку он объединяется с ним для образования мочи. Изменения в клеточной воде в состоянии возбуждения/утомления приводят к росту ее «структурной температуры», а это значит, что при возбуждении меньшее количество углекислого газа может оставаться растворенным в ней.
Употребление сахара и применение кофеина, который увеличивает окисление сахара (Yeo и др., 2005), может уменьшить утомление, как объективно, так и субъективно. С метаболической точки зрения они увеличивают выработку углекислого газа. Рост сахара снижает высвобождение и усвоение жирных кислот и, за счет ряда механизмов, оказывает содействие в снижении производства аммония, лактата и воспалительных цитокинов. (Молочная кислота в сочетании с ацидозом и свободными фосфолипидами может нарушать эффективное исполнение клеточных функций [Pacini и Kane, 1991; Boachie-Ansah и др., 1992].) Свободные жирные кислоты высвобождают триптофан из альбумина, внося тем самым вклад в образование серотонина, который усиливает ощущение утомления.
Аспирин и ниацин помогают предотвратить симптомы утомления и многие повреждающие системные оксидативные последствия. (Оба являются антилиполитиками; аспирин разъединяет митохондрии.)
Разъединение митохондриального оксидативного метаболизма и выработки АТФ помогает в усвоении сахара, который иначе был бы преобразован в молочную кислоту, и вместо этого превращается в углекислый газ. Умеренная гипоксия (как в условиях высокогорья) подавляет выработку молочной кислоты («лактатный парадокс») и увеличивает содержание углекислого газа в тканях.
Аспирин и гормон щитовидной железы (Т3) усиливают разъединение. Лекарство, которое когда-то применяли для снижения веса, динитрофенол, также разъединяет митохондриальный метаболизм и, удивительное дело, обладает некоторыми положительными эффектами, которые присущи аспирину и Т3. Оно стимулирует потребление молочной кислоты и выработку углекислого газа.
Проживающие в горных условиях люди обычно едят больше и остаются более худыми, чем когда они живут на уровне моря. По всей видимости, их митохондрии довольно разъединенные, и у них больше митохондрий, что частично объясняет у них более низкую выработку молочной кислоты при мышечном напряжении. Повышенная активность щитовидной железы также способствует как увеличению митохондриальной массы, так и разъединению митохондрий.
Большая часть того, что мы считаем утомлением, является результатом нарушения гидратации клеток, чья чувствительность, состав и структура изменяются в зависимости от степени этого нарушения. Гидратация клетки управляется ее «электрическими» свойствами, которые регулируют внутренние процессы — метаболические и системные. Когда клеточное утомление достигает определенного уровня, стабильную клеточную структуру и функции могут восстановить только органы при слаженном взаимодействии. Печень устраняет молочную кислоту и аммиак, надпочечники и половые железы вырабатывают стабилизирующие стероиды, мозг подстраивает активность и поведение таким образом, чтобы сделать обратимыми последствия утомления.
Однако, если в тканях находится много полиненасыщенных жиров, то каждый эпизод утомления и длительного возбуждения приводит к оксидативному повреждению, в результате чего адаптационный механизм становится все менее и менее эффективным. Когда наиболее мощные адаптационные механизмы, такие как своевременная выработка прогестерона, прегненолона, ДГЭА, Т3, ингибирующих нейротрансмиттеров, ГАМК и глицина повреждаются, то хронически активируются другие, более примитивные защитные механизмы, и тогда даже сон не справляется с восстановлением нормальной клеточной гидратации и метаболизма. Часто проблемой становится гипервентиляция, усугубляющая протечку капилляров.
Вода в теле сосредоточена в трех основных местах — кровеносных сосудах, внеклеточном матриксе и во влажной субстанции самих клеток — и в каждом из этих мест ее состояние неодинаково и варьируется. В США отсутствуют учебники, в которых бы излагался научный подход в описании межклеточной воды, в результате чего врачи, сталкиваясь со случаями отеков или нарушениями объема крови у пациентов, часто сбиваются с толку. Крайне редко врачу приходит в голову рассмотреть вопрос распределения воды при таких состояниях, как хроническая усталость, фибромиалгия, нарушения сна, частое мочеиспускание, замедленное опустошение мочевого пузыря, беспокойство, парестезия, двигательные нарушения, туннельный синдром и даже замедленное мышление, хотя «внутриклеточное утомление», приводящее к сверхгидратации, является, скорее всего, центральной проблемой в этих и многих других дегенеративных и воспалительных процессах.
Тема улучшения клеточного функционирования и распределения воды, которое обратно пропорционально давлению кислорода и прямо пропорционально давлению углекислого газа, не войдет в учебники до тех пор, пока царит идея о регулировании состояния клетки с помощью мембран.
«Лечение» внутриклеточного утомления состоит:
- в нормализации метаболизма щитовидной железы и стероидного обмена,
- перехода на диету, включающую фруктовый сок, молоко, яйца или печень, желатин, с адекватным количеством кальция, натрия и магния,
- применение, при необходимости, ниацинамида, аспирина и углекислоты.
Простое увеличение углекислого газа снижает молочную кислоту и аммиак, повышает ГАМК (улучшающий сон нейромедиатор), а также регулирует перемещение минералов и воды.
Исследование физиологии утомления ведет к лучшему пониманию клетки в целом и дает возможность глубже заглянуть в процессы старения, воспаления и множество связанных со стрессом заболеваний.опубликовано
© Рэй Пит
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: //ekiri22.blogspot.ru/2016/04/blog-post.html
