11.11.2016

У найширшому сенсі, динаміка життя – це процес старіння. Він характеризується змінами ряду фізіологічних показників організму. Найбільш вираженими і типовими є наступні (показники в 70...

17.10.2016

17 жовтня в Студії оздоровчого фітнесу "Doctor FIT" відбулося перше тренування дитячої групи віком від 7 до 11 років. Фітнес для дітей цілком спрямований на зміцнення...



29.07.2017

Геннадий АПАНАСЕНКО [профессор, зав. кафедрой санологии и спортивной медицины НМАПО им. Шупика] В 2008 г. увидел свет доклад Hood L....

27.07.2017

Доктор Шигеаки Хинохара — один из тех, кому Япония обязана своим долголетием. Он и сам — образец невероятно активной старости:...

03.07.2017

Уже каждый четвертый американец имеет мобильные устройства, которые собирают и сохраняют разные показатели его здоровья. В 2016 г. количество владельцев...

12.06.2017

Современные люди смирились с тем фактом, что после 30 лет физическая активность и гибкость тела снижаются. Что является причиной таких...

12.06.2017

У врача, превратившегося в поп-икону стартаперов и инженеров Силиконовой Долины, есть собственный рецепт долгой и счастливой жизни. 49-летний врач и...



12.09.2017

Шотландские генетики нашли в ДНК человека своеобразную программу старения мозга, которая управляет его развитием на протяжении всей жизни и связана...

10.09.2017

17 вересня на Подолі відбудеться легкоатлетичний пробіг серед жінок "Run like a girl". Про це повідомляє Київська адміністрація....

03.09.2017

Ученые из Тилбургского университета Нидерландов путем долго наблюдения за людьми установили максимальную продолжительность жизни современного человека. Результаты исследований ученых...

31.07.2017

Станом на травень 2017 року 38% опитаних дорослих жителів України оцінили своє здоров'я як хороше або дуже хороше, 41% -...

31.07.2017

Американские ученые обнаружили в мозге мышей клетки, которые регулируют скорость старения организма. Результаты работы опубликованы в журнале Nature. Как было неоднократно...

Согласно второму закону термодинамики, в природе существует постоянная тенденция к возрастанию хаоса в виде выравнивания температур, рассеяния энергии. Эти процессы количественно описываются с помощью энтропии - меры неупорядоченности системы, то есть ХАОСА.

Если допустить, что Вселенная замкнута, то в начале Мира должен быть "запас порядка", который потом начинает теряться. Рост энтропии, согласно классической термодинамике, вопреки существующей действительности, неизбежно приводил бы к тепловой смерти Вселенной. В семидесятые годы XX века на основе принципов системности сформировалась новая наука – синергетика, допускающая возможность самоорганизацией хаоса на определённом этапе его развития.

Предполагается, что хаос является нормой динамического поведения не только нелинейных физических, но и биологических систем . Наиболее очевидная особенность живых организмов заключается в том, что они способны к самоорганизации, то есть спонтанному образованию и развитию сложных упорядоченных структур . Любой биологический объект представляет собой иерархию достаточно автономных подсистем, в которой исходящие от верхнего уровня сигналы управления не имеют характера жестких команд. Такой принцип устройства позволяет избежать неустойчивостей и нежелательной динамики, которые неизбежно возникают в сложных системах с жестким централизованным управлением.

Доказано, что среди огромного количества факторов определяющих процессы регуляции сердечного ритма, большое влияние оказывает соотношение хаоса и порядка, которое может быть выражено показателем относительной энтропии, стремящемуся в норме к “Золотому сечению”, что свидетельствует о гармонизации сердечной деятельности .

По-видимому, даже когда отдельные элементы системы (например, живые клетки) обладают сложной внутренней структурой, вся их сложность не проявляется во взаимодействиях между ними, и с точки зрения макросистемы они функционируют как достаточно простые объекты с малым числом эффективных степеней свободы. В противном случае никаких упорядоченных структур в системе обычно не возникает .

Все системы и их подсистемы непрерывно флуктуируют . В живых организмах ширина флуктуационного разброса модулируется параметрами солнечной активности, гравитационного поля, температуры, уровнем гуморальной и нервной активности и т.д..

По данным А.Н. Ложкиной , у каждого индивидуума определяется свой стиль изменчивости R-R интервалов, однако общий рисунок кардиоинтервалограммы в покое сохраняется месяцами и постепенно изменяется с течением лет . Дыхательный цикл более вариабелен по сравнению с сердечным, у некоторых лиц он не сохраняется даже в течение часа. Тем не менее, параметры дыхательного цикла, снятые в спокойном состоянии в одном и том же положении тела в определенной степени воспроизводимы.

A.L. Goldberger (1986) высказал предположение о том, что нормальная динамика у здоровых индивидуумов имеет "хаотическую" природу, а болезнь связана с периодическим поведением . Известно, что вариабельность продолжительности сердечного цикла снижается при ожогах, сепсисе, кровопотере, лихорадке, сахарном диабете, неглубокой гипертензии, инфаркте миокарда, сердечной недостаточности, ишемической болезни сердца.

Статистическим выражением хаотических флуктуаций являются шумы . Выделяют три основных типа шумов: белый, коричневый и фликкер-шум. Характерной особенностью белого (гауссова) шума является то, что в нем можно встретить колебания с любыми частотами и фазами при нулевым средним значением, причем во всем диапазоне частот эти колебания имеют одинаковую амплитуду . В природе белый шум встречается скорее как исключение чем, как правило.

Более сложными характеристиками обладает коричневый шум, характеризующий, например хаотические перемещения малых частиц, взвешенных в жидкости, или тепловые колебания молекул (броуновское движение). Эти движения образует трехмерную сильно коррелирующую последовательность, частица как бы всегда "помнит", где она была и "бродит" вверх и вниз походкой пьяного .

По данным исследования кардиоинтервалограмм фрагменты коричневого и белого шума выявлены у лиц с шизофренией .

Промежуточное положение между белым и коричневым шумом занимает фликкер- или 1/f-шум (flicker – по-английски - мерцание). Его можно получить, используя правила перехода: выбор последующего шага определяется на основание трех или четырех последних. Промежутки движения частицы из 4 или 5 шагов сильно корелируют. Во фликкер-шуме между предыдущими и последующими значениями существует вполне определенная, хотя и не абсолютно жесткая связь. Вероятностное распределение 1/f -шума качественно отличается от гауссова. В отличие от белого шума, имеющего равномерную спектральную плотность на всех частотах, шум типа 1/f имеет повышенную плотность на низких частотах. Его гистограмма мощности асимметрична и имеет характерный длинный хвост .

1/f-систему можно представить как совокупность элементов, в каждом из которых происходит постоянное накопление энергии. В некоторый момент состояние элемента резко меняется, накопленная энергия высвобождается, после чего начинается новый цикл накопления-разрядки. Следовательно, системы с фликкер-шумом могут ответить максимальной реакцией на минимальное возмущение. Необходимым условием поддержания высокой чувствительности 1/f-системы является достаточно большое количество активных элементов .

Природа фликкер-шума остается невыясненной. Одна из гипотез связывает его происхождение с наличием в системе процессов с очень большим временем релаксации (долговременной памятью). При этом достаточно энергичное воздействие на систему заставляет ее забыть о первоначальном состоянии и приведет к исчезновению шума 1/f. Известно, что самоорганизующиеся неравновесные процессы, для которых характерен 1/f-шум, легко подстраиваются под ритмы внешних воздействий, даже очень слабых .

К 1/f-процессам относится широкий класс совершенно несходных явлений. Например: изменения скоростей химических и биохимических реакций, вариации разности потенциалов на нейромембранах и в перехватах Ранвье нервного волокна, осцилляции активности одиночных нейронов и альфа-волн головного мозга, запись ежегодных подъемов воды в реках, интенсивность землетрясений, гроз, пульсации поверхности Земли и Солнца, атмосферно-электрических и геомагнитных полей и т.д. .

В науке происходит пересмотр взглядов на шум. Если раньше его считали помехой в информационной передаче, то в последние годы рассматривался как "подпитку" состояния стохастического резонанса .

Решая научные и практические задачи, врачу постоянно приходится сталкиваться как с упорядоченными (детерминированными), так и со случайными (хаотическими) процессами. Когда говорят о детерминированности некого явления, имеют в виду, что, зная начальные условия и закон его изменения, можно точно предсказать его будущее в любой точке развития. Хаос же, напротив, подразумевает беспорядочный процесс, когда ход событий нельзя ни спрогнозировать, ни воспроизвести. Другими словами, хаос - это ограниченный порядок, а порядок - система хаоса. Общим практически для всех хаотических систем, является фликкер-шум - флуктуации, увеличение амплитуды которых приводит к разрушению .

Для математического и графического описания детерминированного хаоса пользуются понятием, называемым странный аттрактор (to attract – притягивать). Аттрактор – это множество траекторий, к которым притягиваются все остальные траектории из окрестного бассейна притяжения (рис. 1). Термин "странный" используется, чтобы подчеркнуть необычность свойств хаотического поведения..

Характеристики хаотических траекторий не могут быть предсказаны на большие интервалы времени. Прогноз движения вдоль траекторий становится все более и более неопределенным по мере удаления от начальных условий.

Известны три основных типа перехода от регулярной динамики к хаотической:
1) путём появление субгармонических колебаний;
2) через последовательные удвоения периода (бифуркации);
3) вследствие присутствия двух одновременных периодических колебаний.

На первый взгляд природа хаоса исключает возможность управлять им. В действительности все наоборот: неустойчивость траекторий хаотических систем делает их чрезвычайно чувствительными к управлению. Пусть, например, требуется перевести систему из одного состояния в другое (переместить траекторию из одной точки фазового пространства в другую). Требуемый результат может быть получен в течение некоторого времени путем одного или серии малозаметных, незначительных возмущений параметров системы. Каждое из них лишь слегка изменит траекторию, но через некоторое время накопление и экспоненциальное усиление малых возмущений приведут к существенной коррекции движения. При этом траектория останется на том же хаотическом аттракторе. Комбинация управляемости и пластичности, по мнению многих исследователей, является причиной того, что хаотическая динамика является характерным типом поведения для многих жизненно важных подсистем живых организмов .

Например, хаотический характер ритма сердца позволяет ему гибко реагировать на изменение физических и эмоциональных нагрузок, подстраиваясь под них. Известно, что регуляризация сердечного ритма приводит через некоторое время к летальному исходу. Упорядочение работы сердца служит индикатором снижения хаотичности и в других, связанных с ним системах. Регулярность свидетельствует об уменьшении сопротивляемости организма случайным воздействиям внешней среды, когда он уже не способен адекватно отследить изменения и достаточно гибко на них отреагировать.

Иногда весьма беспорядочные системы способны спонтанно "кристаллизоваться", приобретая высокую степень упорядоченности. Предполагается, что этот процесс играет важную роль в биологическом развитии и эволюции. Было замечено, что на границе между регулярным движением и хаосом ("кромка хаоса") могут происходить процессы, подобные эволюции или обработки информации. Возможно, что эволюция отчасти отражает спонтанную упорядоченность, на фоне которой действует механизм естественного отбора. В этом случае могут быть реализованы не все комбинации, а только некоторое избранное множество "аттракторов". Такой механизм резко уменьшает необходимое число итераций для появления того или иного биологического вида .

Несмотря на то, что каждая отдельная хаотическая траектория чрезвычайно чувствительна к малейшим возмущениям, странный аттрактор является очень устойчивой структурой. Динамический (детерминированный) хаос подобен двуликому Янусу: с одной стороны, он проявляет себя как модель беспорядка, а с другой - как стабильность и упорядоченность на разных масштабах.

Самоорганизационные процессы проявляют себя во всех видах материи. Важным свойством самоорганизации материи в полном соответствии с теорией функциональных систем является определенная и ясно выраженная целесообразность формирования и развития целостных структур. Цель развития различных систем можно считать аттрактором .

Знание закономерностей самоорганизации дает возможность в самом прямом смысле вмешиваться в деятельность существующих биосистем и управлять их динамикой, например при помощи лечебных физических факторов. Пока в этом направлении предпринимаются лишь самые первые шаги, наиболее примечательные из них связаны с разработкой принципиально новых методов стабилизации некоторых нарушений сердечного ритма.

Профессор К.Б. Петров, О.С. Калинина [Новокузнецкий институт усовершенствования врачей, кафедра лечебной физкультуры, физиотерапии и курортологии, Россия]

Все статьи раздела »

Комментарии: