ДИАГНОСТИКА УРОВНЯ ЗДОРОВЬЯ ПО РЕЗЕРВАМ БИОЭНЕРГЕТИКИ

Как уже указывалось, здоровье — абстрактно-логическая категория, которая может быть описана различными моделями. Если попытаться определить сущность здоровья, то наиболее удачным отражением этой сущности будет понятие "жизнеспособность". Говоря о жизнеспособности, мы можем представить, что это некоторые свойства организма, которые позволяют ему выжить в измененных условиях существования, противостоять воздействию патогенных факторов, компенсировать возникшие под их влиянием изменения функций и т.д. Если говорить о человеке, то необходимо учитывать и возможность выполнения им своих биологических и социальных функций в этих условиях. Попытаемся найти эти критерии жизнеспособности и рассмотрим с этой целью проблему прогрессивного развития в биологии.

Естествознание XIX в. по праву гордилось двумя крупнейшими достижениями: разработкой материалистической концепции эволюции в науках о живой природе и концепцией энергии в развитии физики. Поиск внутренней связи между этими концепциями был предметом многих исследований. К.А.Тимирязев в 1912 г. подчеркивал, что вопрос о космической роли растений является пограничной областью между двумя великими обобщениями прошлого века — между учением о рассеянии энергии и учением о борьбе за существование. Попытки найти простые формальные связи и вывести на их основе энергетические принципы развития жизни оказались в то время практически безрезультатными. Бо- . лее того, непосредственное приложение термодинамических законов к анализу явлений жизни привело к прямому противоречию: эволюция (развитие) живых систем происходит в направлении, противоположном указываемому вторым началом термодинамики, т.е. вместо деградации системы (накопления энтропии) и потери энергии происходит повышение степени организации системы. Следовательно, согласно представлениям классической термодинамики, жизнь как устойчивое явление не должна существовать.

Потребовалось развить новую область термодинамики — неравновесную термодинамику (И.Пригожий), на основе которой оказалось возможным ввести термодинамические критерии эволюции открытых систем. В применении к живым системам, открытость которых является одним из важнейших свойств, эти критерии определяют устойчивость стационарного ("неравновесного" — по Э.Бауэру) состояния. 58

Физики назвали энергию "царицей мира", а энтропию — ее тенью. Понятие энтропии имеет двойственную природу. С одной стороны, энтропия характеризует рассеиваемое системой тепло, а с другой — является мерой упорядоченности системы. Чем больше энтропия, тем менее упорядочена система. В теоретической биологии, где упорядоченность структур в процессе эволюции почему-то возрастает, еще до недавнего времени больше внимания уделялось энтропии, а не энергии. "Царица мира" — энергия — оказалась в тени своей собственной "тени" — энтропии. Много говорилось об отрицательной "упорядочивающей энтропии"(негэнтропии), присущей живым организмам. Даже солнечный свет предпочитали рассматривать как мощный источник отрицательной "энтропии", а не как поток энергии (Шредингер, 1972). А между тем для существования любого устойчивого состояния открытой системы необходим приток свободной энергии извне, а не поток отрицательной энергии (негэнтропии) в систему. По словам крупного эволюциониста Э. Майра (1981), "биологическая эволюция — это результат особых процессов, вторгающихся в особые системы, а "органическая эволюция" отличается от эволюции Вселенной и от других процессов, с которыми имеют дело физики". И совершенно очевидно, что не таинственное стремление к самоусовершенствованию, не особая самоорганизация биологических структур, "не могущих жить без метаболизма", а постоянная "накачка" потоком свободной энергии — основа эволюционного процесса. Роль "царицы мира" — энергии — при таком подходе начинает проявляться по-настоящему, а ее "тень" — энтропия — своим ростом только демонстрирует изменение потока свободной энергии. К тому же для неравновесных систем энтропию очень трудно определить, тогда как энергия и ее потоки гораздо легче поддаются количественным измерениям.

По основам методологии все современные концепции развития жизни можно отнести к трем основным типам: субстратные, энергетические и информационные. Разработка общей теории развития жизни должна естественным образом опираться на все три концепции, органически связывая их друг с другом. Но исторически сложилось так, что первой стала развиваться субстратная концепция (Ламарк), начавшись с морфологии организмов. Бурный взрыв исследований по молекулярной биологии и генетике в последние десятилетия привел к триумфальному шествию этой концепции и абсолютизации некоторых ее положений, что сводит ся к одностороннему толкованию причин возникновения и развития жизни ("гены хотят жить и размножаться").

59

Таблица 2. Значение параметра "а" для разных групп животных, мВт (А.И.Зотин и соавт., 1976)

Типы или классы

 

"а"

 

Типы или классы

 

"а"

 

Простейшие

 

0,09

 

Насекомые

 

3,15

 

Губки

 

0,14

 

Амфибии

 

1,45

 

Кораллы

 

0,19

 

Рыбы

 

1,66

 

Олигохеты

 

0,54

 

Пресмыкающиеся

 

4,58

 

Ракообразные

 

0,73

 

Птицы

 

21,05-40,94

 

Моллюски

 

0,90

 

 

 

 

 

Таблица 3. Значение параметра "а" для разных отрядов класса млекопитающих (В.А.Коноплев и соавт., 1975)

Отряд

 

"а", мВт

 

Отрад

 

"а", мВт

 

Однопроходные

 

6.7

 

Грызуны

 

24,2

 

Сумчатые

 

13.9

 

Хищные

 

29,2

 

Неполнозубые

 

ШГ"

 

Непарнокопытные

 

33,6

 

Рукокрылые

 

18.3

 

Парнокопытные

 

33,6

 

Насекомоядные

 

20,8

 

Приматы (высшие)

 

~~збТ^

 

Зайцеобразные

 

23,0

 

 

 

 

 

Информационная концепция появилась самой последней, начала быстро развиваться с совершенствованием кибернетики и информатики.

Энергетическому подходу повезло меньше двух других из-за противоречий в методологии физики и биологии. Однако именно он указывает направление развития сложных открытых систем, подвергающихся постоянной накачке энергий извне.

Для плодотворного, равноправного синтеза всех трех концепций время только наступает, и пока менее всего готов к этому, слабее всех разработан именно энергетический подход. Выделяют два энергетических направления эволюции: экстенсивного и интенсивного развития жизни. Первый связан с увеличением захвата энергии биосистемами, а второй — с повышением эффективности ее использования, причем более существенную роль играют процессы, направленные на улучшение качества использования энергии. В частности, повышение дыхательной функции является одним из главных эволюционных изменений. Конкретизация этого положения привела к идее, согласно которой прогрессивная эволюция живого мира связана с усилением интенсивности дыхания, или внутриклеточного энергообразования.

Для того чтобы сравнивать интенсивность дыхания разных по размеру организмов, вычисляют интенсивность дыхания условного организма массой в 1 г, т.е. используют показатель "а" из уравнения: Q0 = а • W~B, где Q0 — интенсивность дыхания (количество энергопродукции за счет потребления кислорода); W~B — масса организма; "а" — "коэффициент эволюции".

Было показано, что коэффициент "а" возрастает по мере усложнения организации животных (табл. 2), в том числе и внутри одного класса.

В табл. 3 приведены данные для разных отрядов классов млекопитающих, из которых следует, что этим параметром можно характеризовать биоэнергетический прогресс и внутри класса.

60

Как видно из табл. 2 и 3, интенсивность дыхания сильно возрастает от простейших к млекопитающим и птицам в животном царстве и от однопроходных к приматам в классе млекопитающих. Это показывает, что имеет место явная биоэнергетическая направленность эволюционного прогресса организмов.

Еще более убедительные данные, подтверждающие эту закономерность, можно получить при сопоставлении интенсивности дыхания животных и времени обнаружения их в палеонтологической летописи. На рис. 2 представлены соответствующие данные, из которых следует, что в процессе эволюции происходило последовательное появление животных со все более высоким уровнем интенсивности дыхания.

Биологический смысл этого процесса состоит в увеличении мощности внутриклеточного энергообразования, а следовательно, и величины активного обмена, обеспечивающего полноту приспособительных реакций. Вывод очевиден: прогрессивная эволюция живого связана с увеличением интенсивности энергообразования организмов. Физический же смысл прогрессивной эволюции заключается во все большем удалении от состояния равновесия, от состояния той первичной среды, в которой возникли первые живые системы.

Таким образом, возрастание активного обмена, или интенсивности энергообразования, есть итоговая мера прогресса.

Наиболее полное представление о жизни как процессе пополнения энергии и о воздействии пополненной энергии на неживую природу было развито создателем биогеохимии В.И.Вернадским. По его мнению, всегда существовало и существует "резкое, материально-энергетическое различие между живым и неживым ("косным") телом". Вещество биосферы состоит из двух состояний, материально-энергетически различных — живого и косного. Живое вещество, хотя в биосфере материально ничтожно, энергетически оно выступает в ней на первое место" (Философские мысли натуралиста. — М.: Наука, 1988. - С.172).

Положение об источниках и характере энергии, обес-

61

Биоэнергегический прогресс . эволюции живого

ю

500 «Ю 300' 200 Рис. 2. Биоэнергегический прогресс . эволюции живого (Зотин, 1981) По оси абсцисс - палеонтологический возраст (количество лет • Ш\- L ^ ординат - шггеисивиосгь .„лрнклеточиог?, ДьЛГІГер^бразо'ваГ"

62

печивающих функционирование живых систем, о применимости к ним второго начала термодинамики высказано Э.С. Бауэром. Им сформулирован так называемый принцип "устойчивого неравновесия"; именно непрерывное неравновесие — кардинальное отличие живого от неживого. Исходя из этой посылки, Э.С.Бауэр сформулировал основной закон биологии:"Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии..." (Э. Бауэр. Теоретическая биология.— М. - Л., 1936. — С.43).

Неживые системы иногда также обнаруживают признаки неравновесного состояния. Однако, если в неживых системах причиной их неравновесия является влияние окружающей среды, то в системах живых, в организме такая причина заключена в нем самом, в его внутренней энергии. Это не значит, что живая система не нуждается в энергии извне. Но внешняя энергия, поступающая, например, с пищей, трансформируется в специфическую энергию химических соединений, аккумулируется и способна производить работу, обеспечивая неравновесное состояние, иными словами — жизнеспособность. Эта специфическая энергия, присущая только живым системам, представляет собой энергию фосфатных связей. Способность накапливать энергию в макроэрги-ческих связях обнаруживается как универсальная энергетическая функция всего организма в целом. Именно эта функция обеспечивает неравновесное состояние биосистемы — жизнь, а ее количественная характеристика может служить основой для оценки жизнеспособности конкретного организма.

Итак, основное условие существования всего живого на Земле — возможность поглощать энергию из окружающей среды, аккумулировать ее и использовать для осуществления процессов жизнедеятельности. Чем выше доступные для использования резервы биоэнергетики, тем организм жизнеспособнее, ибо жизнь поддерживается тратой энергии: работа многочисленных клеточных насосов, определяющих распределение между клеткой и средой электролитов, неэлектролитов и макромолекул; разнообразные процессы всасывания, выделения и внутриклеточного обмена, синтез белков, необходимых для клеточной регенерации, и т.п. — все это сопровождается энерготратами на всех уровнях. Это и энергия сокращения мышечного волокна, и энергия нервных импульсов, и энергия, идущая на синтез секрета железистой клетки, и т.п. При этом отмечается одна важная закономер-

63

ность: чем мощнее аппарат митохондрий, являющийся субстратом энергопотенциала клетки, тем больший диапазон внешних воздействий она способна выдержать и восстановить свою структуру. На органном уровне отмечена та же закономерность: чем меньше резерв энергии, тем значительнее и быстрее проявляется влияние на орган экстремального воздействия в виде нарушения гомеостаза. Способность мобилизовать ресурсы органов, систем, всего организма — первое условие срочного его приспособления к воздействию экстремальных факторов. Все основные факторы реакции стресса — усиление секреции АКТГ и кортикостероидов, гиперплазия коры надпочечников и даже образование язв в пищеварительном тракте (мобилизация белков в целях глюко-неогенеза) — являют собой звенья срочной адаптационной реакции, направленной на мобилизацию энергетического потенциала.

Исходя из того, что каждый атом кислорода для образования молекулы воды требует двух атомов водорода и двух электронов, подсчитано, что в каждую минуту во всех клетках тела человека с молекул усвоенных пищевых веществ через ферменты дегидрогеназы и цитохромы на кислород (при среднем его потреблении) переходит 2,86 • 1022 электронов. Но эта "биологическая батарея" способна при необходимости многократно — в 15—20 раз — увеличивать количество генерируемой энергии, используемой для различных проявлений жизнедеятельности. И чем больше образование энергии на единицу массы организма, тем эффективнее осуществляется биологическая функция.

Окисляя пищевой субстрат в процессе дыхания, биосис-' тема функционирует как "биологическая печь", обеспечивая клетки энергией для осуществления ими своих функций. Энергия, освобождаемая при биологическом окислении, частично рассеивается в виде тепла, а частично аккумулируется путем форфорилирования АДФ с образованием АТФ — соединения с непрочными связями, в котором сосредоточено большое количество энергии. В организме существуют в небольших количествах и другие макроэрги, но основной источник энергии для клетки сконцентрирован в АТФ.

Для образования энергии в организме используются главным образом два механизма — анаэробный, т.е. гликолиз, и аэробный. В условиях гликолиза на каждую потребленную молекулу глюкозы продуцируется всего 2 молекулы АТФ. Что это дает в энергетическом отношении? При расщеплении одной грамм-молекулы (180 г) с образованием молочной кислоты выделяется 234 кДж. Поскольку при образовании 64

грамм-молекулы АТФ связывается около 42 кДж, эффектиъ ность процесса "улавливания" энергии при гликолизе равна Примерно 36% (84 кДж из 234 кДж). Эти 84 кДж, превращенные в энергию фосфатных связей АТФ, составляют лишь ничтожную часть (около 3%) всей энергии, заключенной в грамм-молекуле глюкозы (2889 кДж).

Процессы аэробного использования углеводов энергетически значительно более эффективны. При расщеплении молекулы лактата до СО2 и воды удается извлечь большую часть содержащейся там энергии. Всего в результате окисления одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ, при-'чем 36 из них возникают при аэробиозе. При синтезе 38 грамм-молекул АТФ аккумулируется 1591 кДж из 2889, содержащихся в грамм-молекуле глюкозы. Следовательно, энергетическая эффективность окисления глюкозы составляет 55%, из них 3% приходится на гликолиз.

Таким образом, аэробное окисление эффективнее и экономичнее анаэробного в 17 раз. Кроме того, необходимо учитывать, что при аэробном окислении, кроме глюкозы, используются и другие энергетические субстраты. При гликолизе, при котором используются лишь углеводы, для пополнения энергетических ресурсов потребовалось бы доставлять такое количество субстрата, которое не может быть обеспечено через кровоток. Отсюда понятно, что все высокоорганизованные животные с высоким уровнем потребления энергии не в состоянии длительно существовать без кислорода. Борьба за поддержание оптимального напряжения кислорода в клетке во многом определила весь ход эволюции живого. Способность увеличивать при необходимости поглощение кислорода определяет тот резерв энергии, который может быть использован для интенсификации процессов жизнедеятельности. Чем больше эта способность, тем организм жизнеспособнее.

Итак, проблема измерения степени жизнеспособности, иными словами — уровня соматического здоровья — упирается в проблему оценки мощности и эффективности аэробного энергообразования.

С физиологической точки зрения этот показатель интегрально характеризует состояние дыхательной, кровеносной и метаболических функций, с биологической — степень устойчивости (жизнеспособности) неравновесной системы — живого организма.

65

Определение мощности аэробного энергообразования (максимального потребления кислорода — МПК) производится с помощью различных тестирующих процедур с физи-

3. Медицинская валеология

150

100}-

50

12

11

Рис. 4. Смертность, %о, за шестилетний период наблюдения 40—59-летних мужчин в зависимости от максимальной ЧСС при тредмилл-тесте. / — всего, // — сердечно-сосудистые катастрофы, /// — рак. / — были противопоказания к проведению теста; 2 — реакция на нагрузку носила ишемический характер, нагрузка прекращена до достижения должных возрастных величин ЧСС; 3 — закончили нагрузку, не достигнув возрастного уровня ЧСС; 4 — достигли возрастного уровня ЧСС

** 67

_____-----_____I

ческой нагрузкой ("до отказа"), при которых достигается индивидуально максимальный транспорт кислорода (прямое определение МПК). Наряду с этим величину МІЖ определяют с помощью косвенных расчетов, которые основываются на данных, полученных в процессе выполнения испытуемым непредельных физических нагрузок (непрямое определение МПК). Одним из самых распространенных методов непрямого определения МПК является тест Купера — полуторамильный или двенадиатиминутный тест. Этот тест основан на том, что энергетической основой физического качества общей выносливости являются аэробные механизмы энергообразования. В связи с этим вполне реально определить функциональный класс аэробной способности по расстоянию, пробегаемому испытуемым за 12 мин (корреляция между показанным результатом и МПК составляет 0,897; табл. 4.).

В то же время доказано, что МПК — показатель, характеризующий усточивость организма к самым различным факторам — от гипоксии и кровопотери до радиоактивного излучения. Установлен также оптимальный уровень аэробной способности, ниже которого риск смерти увеличивается. Он равен 9 метаболическим единицам (МЕТ) для женщин и 10 МЕТ для мужчин (рис. 3). Информативными могут оказаться и другие показатели свидетельствующие об уровне толерантности к физической нагрузке (рис. 4).

Вместе с тем, использование проб с физической нагрузкой "до отказа" не может быть рекомендовано для широкого применения, так же как и тест Купера (из-за его опасности для лиц с латентными формами сердечно-сосудистых заболеваний).

Систематическими исследованиями установлено, что при возрастании толерантности к физической нагрузке отмечается закономерное снижение индекса Робинсона ("двойного произведения") в покое, весо-ростового показателя, одновре-66

10

Рис. 3. Показатели смертности (по оси ординат, на 10 000 человек) у мужчин (/) и женщин (2) за одиннадцатилетний период наблюдения зависимости от мощности аэробного энергетического потенциала (по оси абсцисс, МЕТ) (по Blaire et al., 1989)

Показатели смертности

Таблица 6. Экспресс-оценка уровня физического здоровья у мужчин и женщин (по Г.Л.Апанасенко, Науменко,1988)

 

 

Мужчины                                    1

 

Женщины

 

 

 

 

 

Показатель

 

Низкий

 

Ниже среднего

 

Средний

 

Выше среднего

 

Высокий

 

Низкий

 

Ниже среднего

 

Средний

 

Выше среднего

 

Высокий

 

Индекс массы тела масса тела, кг

 

18,9 и менее

 

19,0— 20,0

 

20,1— 25,0

 

25,1— 28,0

 

28,1 и более

 

16,9 и менее

 

17,0-18,6

 

18,1 — 23,8

 

23,9-26,0

 

26,1 и более

 

(рост, м2)

 

-2

 

-1

 

0

 

-1

 

_ 2

 

-2

 

-1

 

0

 

-1

 

-2

 

баллы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЖЕЛ            .

 

<50

 

51-55

 

56-60

 

61-65

 

>66

 

<40

 

41-45

 

46-50

 

51-56

 

>56

 

 

 

(-1)

 

(0)

 

(1)

 

(2)

 

(3)

 

(-1)

 

(0)

 

(1)

 

(2)

 

(3)

 

масса тела

 

Динамометрия

 

<60

 

61-65

 

66-70

 

71—80

 

>80

 

<40

 

41-50

 

51-55

 

56-60

 

>61

 

кисти         w

 

(-1)

 

(0)

 

(1)

 

(2)

 

(3)

 

(-D

 

(0)

 

(1)

 

(2)

 

(3)

 

масса тела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЧСС.АДСИСТ

 

 

95-100

 

85-94

 

70—84

 

<69

 

>111

 

95-110

 

85—94

 

70—84

 

<69

 

100

 

(-2)

 

(-1)

 

(0)

 

(3)

 

(5)

 

(-2)

 

(-D

 

(0)

 

(3)

 

(5)

 

Время, мин, восстановления ЧСС

 

>3

 

2-3

 

1.30-1.59

 

1.00-1.29

 

<59

 

>3

 

2-3

 

1.30-1.59

 

1.00-1.29

 

<59

 

после 20 приседаний

 

(-2)

 

(1)

 

(3)

 

(5)

 

(7)

 

(-2)

 

(1)

 

(3)

 

(5)

 

(7)

 

за 30 с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая оценка уровня здоровья, сумма

 

<3

 

4-6

 

7-11

 

12-15

 

16-18

 

<3

 

4-6

 

7-11

 

12-15

 

16-18

 

баллов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание.

В скобках — баллы.

 

Уровень физиче­ского здоровья по экспресс-оценке

 

Достигнутая мощность нагрузки, Вт -кг-1, М±м

 

Прирост ЧСС на пороговой мощности нагрузки, % от исходной,

М+м

 

МП К на пороге толерантности , мл • (кг-'/мин)

 

Низкий, п=38

 

1,04+0,06

 

38,89+1,16

 

16+7

 

Ниже среднего, п=32

 

1,26±0,13

 

46,4511,49

 

23±8

 

Средний, п=18

 

1,88±0,11

 

68,2512,27

 

29+4

 

Выше среднего, п=9

 

2,82±0,08

 

97,52±1,91

 

41±3

 

Высокий, п=3

 

3,58±0,11

 

151,46+7,82

 

62+6

 

<< | >>
Источник: Апанасенко Г.Л., Попова Л.А.. Медицинская валеология / Серия «Гиппократ». Ростов н/Д.: Феникс— 248 с.. 2000

Еще по теме ДИАГНОСТИКА УРОВНЯ ЗДОРОВЬЯ ПО РЕЗЕРВАМ БИОЭНЕРГЕТИКИ:

  1. ДИАГНОСТИКА УРОВНЯ ЗДОРОВЬЯ ПО ПРЯМЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
  2. ДИНАМИКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО РЕЗЕРВА БИОЭНЕРГЕТИКИ В ОНТОГЕНЕЗЕ
  3. Лекция 4 ДИАГНОСТИКА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗДОРОВЬЯ
  4. О "БЕЗОПАСНОМ" УРОВНЕ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА
  5. 1. Понятие здоровья, его уровня (количества)
  6. Статья 324.1. Порядок учета расходов на формирование резерва предстоящих расходов на оплату отпусков, резерва на выплату ежегодного вознаграждения за выслугу лет
  7. Лекция 1 ОЦЕНКА ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ С ПОЗИЦИЙ БИОЭНЕРГЕТИКИ
  8. 4.2.1. Уровни биоиндикации в соответствии с организациоными уровнями биологических систем
  9. Уровни бытия и уровни опыта
  10. ДОНОЗОЛОГИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА
  11. 48.1. Государственный материальный резерв
  12. Скрытые резервы
  13. 1.3.4. Формирование резерва кадров
  14. 4.4. ПРАКТИКА ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗЕРВА ПЕРСОНАЛА УПРАВЛЕНИЯ
  15. Создание резерва
  16. Поведенческая диагностика