Читинская государственная медицинская академия

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии» (2004 год, выпуск 1), под редакцией проф., д.м.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Несмотря на разнообразие фактического материала для физиологии проблемным остается феномен синхронизации некоторых физиологических процессов.  Так, на внешнее воздействие может произойти коллективный отклик конформационных подструктур большинства клеток [5]. Периоды структурных колебаний макромолекул составляют 10–2–102 с; примерно такой же диапазон охватывают колебания биопотенциалов в нервной системе [4]. Нервные импульсы формируют изменяющееся электрическое поле. Предполагают, что резонансное поглощение электромагнитного поля белками определяет способность протеиновых молекул совершать флуктуации, переходя из одного конформационного состояния в другое, причем, многие из этих состояний оказались близкими друг к другу; данное обстоятельство имеет важное значение для регуляции биологической активности макромолекул и функционирования ионных каналов [6].  Синхронизация конформационных колебаний молекул может наблюдаться не только под действием электромагнитного воздействия (излучения, поля), но и волн структурной перестройки воды, акустического поля, создаваемого самими молекулами, и других факторов [14]. Помимо конформационных можно выделить кинетические (регуляционные) колебания макромолекул [14]. А.А.Егоров и Е.В.Абрашин /1985/ несколько раз определяли ферментативную активность лактатдегидрогеназы после разморозки раствора фермента. [3] Динамика изменения активности энзима во времени оказалась сходной в нескольких повторах данного эксперимента.
Дистантная синхронизация функциональной активности бактерий описана В.П. Казначеевым /1989/ в экспериментах с двумя емкостями, разделенными кварцевой пластинкой. [11] Синхронизация определяет и "рисунок" сложных по форме микробных колоний. В биотехнологии явление синхронизации используется для повышения выхода получаемых бактериальных продуктов.
При взаимодействии нелинейных осцилляторов возникает еще одно явление – захватывание частоты. В определенных условиях собственные колебания двух взаимодействующих осцилляторов как бы "объединяются" так, что эти два осциллятора образуют единую колебательную систему, т. е. начинают вести себя как один. При исследовании электрических и механических систем [2, 15, 17] было показано, что взаимодействие таких осцилляторов при захватывании асимметрично, т. е. один осциллятор "захватывает" другой и заставляет его колебаться синхронно с собой. Как установил Прингл (Pringle J.W.S.,1951), роли "хищника" и "жертвы" в таких системах распределяются в зависимости от того, с какой стороны частота одних колебаний приближается к частоте других [2, 16].
В химии активно изучаются  реакции Белоусова-Жаботинского с феноменом синхронизации процессов химических преобразований молекул в макрообъеме (колбы, пробирки, чашки Петри).  При проведении реакций один цвет (субстрата или продукта) сменяется другим: на протяжении сравнительно длительного времени (минуты в больших объемах) сохраняется спектр довольно широких полос разного цвета, периодически сменяющих друг друга до затухания реакции [9, 18].
Феномен синхронизации описан и в области физиологии. Установлено, что за счет эффекта синхронизации осуществляется восприятие информации, происходит реакция на изменение освещенности, влажности, температуры, метеофакторов, формирование ритмов изменения биохимических показателей крови [1], "усвоение ритма" мышечной деятельности [13]. В период эмбрионального развития описана синхронизация гепатоцитов, находящихся в одинаковых фазах функционального цикла; функциональная гетерогенность (десинхронизация)  клеток печени наблюдается после рождения животного. [7]
Значимость феномена синхронизации интенсивно изучается в функционировании центральной нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной системы, в сфере гормональной регуляции, поведенческой деятельности человека и животных.
Обнаружена связь явления синхронизации в электрической активности мозга с психическими процессами [12]. Так, существует прямая зависимость между увеличением трудности выполняемых заданий и интенсивностью роста синхронности корковых потенциалов [8]. В.В.Майоров и И.Ю.Мышкин /1993/ экспериментально подтвердили гипотезу о зависимости объема кратковременной памяти от разнообразия периодических процессов электрической активности мозга [10]. С этих позиций наличие динамического хаоса является необходимым условием нормального функционирования мозга. По-видимому, в любой адаптирующейся природной системе должно быть оптимальное соотношение синхронизации и степени стохастичности развивающихся процессов (двух полярно противоположных и необходимых вида поведения динамических систем).
Таким образом, меняющееся соотношение синхронизации-десинхронизации составляющих физиологических систем определяет функциональное состояние элементов адаптирующейся системы; поэтому изучение функциональных процессов в различных клетках, органах, тканях с данной точки зрения представляется весьма актуальным.
В настоящей работе была использована плазма здоровых доноров (добровольцев; n = 18). Цитратную кровь (9 частей  крови и 1 части 3,8% лимоннокислого натрия) центрифугировали при 3000 об./мин. в течение 15 минут. Затем в водяном термостате при 37 градусах исследовали время рекальцификации плазмы: к 0,07 мл цитратной плазмы добавляли 0,14 мл 0,025М раствора СаСl2 – инициатора каскада свертывающей системы крови. В момент добавления CaCl2 секундомером фиксировали время начала и затем при образовании первых нитей фибрина или сгустка фибрина (различия зависят от активности фибринстабилизирующего фактора в данном образце плазмы) – время окончания реакции.
Время свертывания цитратной плазмы, измеренное 20 и более раз, постоянно флуктуирует. Например, плазма одного донора свертывается последовательно за 164, 180, 158, 175, 190, 172 секунд. Вариативность индивидуальна: коэффициент вариации (т.е. среднеквадратическое отклонение, выраженное в процентах от среднеарифметической величины), составляет от 4 до 19%; в среднем 9,30,6% (по 20 измерений у 40 человек); свертывание некоторых образцов плазмы варьируют в пределах даже 100 секунд. Возможная причина вариативности – методический разброс, однако, во-первых, ширина разброса (коэффициент вариации) – индивидуальный признак, коррелирующий при повторных измерениях в другие дни с r=0,56 (по 40 измерений /20х2/ у 23 человек); во-вторых, при одномоментном запуске реакции бросается в глаза синхронизация времени свертывания.
Для более подробного изучения явления в данной серии исследований измерение времени рекальцификации проводили одновременно в двух стеклянных центрифужных пробирках, по 20 пар (40 измерений) каждого образца плазмы. Пробирки периодически наклонялись для выявления момента образования сгустка. Условно синхронными нами считались те значения времени свертывания, которые различались в парных пробирках менее чем на 5 (т.е. 0–4) секунд. К примеру,  могут получаться следующие значения: 164–164, 180–181, 158–187, 175–154, 190–190, 172–175 и пр. В норме показатели должны варьировать с индивидуальным распределением значений, поэтому вероятность полного совпадения результатов должна быть низкой.
Независимо от исходных показателей времени свертывания (гипо- или гипернаклонности во времени появления фибринового сгустка) в 344% парных измерений (18 человек по 40 измерений) сгусток образовывался синхронно, допустим, через 164 секунды после внесения раствора хлористого кальция в первую пробирку (несмотря на то, что во вторую пробирку CaCl2 добавляется через 3–4 секунды после первой). Чем с большей разницей во времени добавляется хлористый кальций, к примеру, во вторую пробирку через 5–10–15 секунд после первой, тем меньше степень синхронизации свертывания, но она может сохраняться даже при 20-секундной разнице добавления инициатора свертывания (CaCl2). Синхронизироваться могут и образцы плазмы от разных доноров, если их среднеарифметическая величина свертывания приближена друг к другу.
В исследованиях, не регламентирующих момент забора крови (не натощак, а в любое время суток), было замечено, что синхронизация хилезных образцов плазмы (с хиломикронами после приема жирной пищи) существенно выше, чем нехилезных. Так, если обычно синхронизируется 34+-4% пар измерений, то в хилезных образцах – 57+-4% (Р<0,001) . "Чувствительность" ферментов не теряется при отставлении пробирок на расстояние 15 см друг от друга. Механизм явления не ясен.
 

Литература
1. Агаджанян Н.А.,Грачев Ю.П.,Торчиин В.И. Экология человека. – Избранные лекции. – Москва-Новосибирск, 1997. – 355 с.
2.  Гудвин Б. Временная организация клетки. Динамическая теория внутриклеточных регуляторных процессов. – М.: Мир, 1966. – 252с.
3. Егоров А.А.,Абрашин Е.В. Индуцирование детерминированных биений активности лактатдегидрогеназы при быстром подогреве // Биофизика. – 1985. – Т.30, Вып.1. – С.159–160.
4. Зидермане А.А. Некоторые вопросы хронобиологии и хрономедицины. – Рига: Зинатне, 1988. – 214с.
5. Караченцева А.И.,Левчук Ю.Н. Подвижные микроорганизмы – сенсовы высокочастотного электомагнитного и биологического поля // Биополимеры и клетка. – 1989. – Т.5, N 4. – С.76–83.
6. Катков В.Ф.,Павловский В.Ф.,Дьяков С.Е. Исследование информационных эффектов модулированных низкоинтенсивных магнитных полей СВЧ-диапазона // Биомедицинская информатика и эниология. — С-Пб, 1995. – С.141–170.
7. Крыжановский Г.Н. Некоторые основные закономерности осуществления биологических процессов и их роль в патологии // Патологическая физиология. – 1974. – N 6. – С.3–15.
8. Ливанов М.Н.,Королькова Т.А.,Свидерская Н.Е. Пространственная синхронизация биоэлектрической активности коры головного мозга как показатель интеллектуальной работоспособности человека // Диагностика и прогнозирование функционального состояния мозга человека. – М.: Наука, 1988. – С.7–50.
9. Лихтенберг А.,Либерман М. Регулярная и стохастическая динамика. – М.: Мир, 1984. – 528с.
10. Майоров В.В.,Мышкин И.Ю. Корреляционная размерность электроэнцефалограммы и ее связь с объемом кратковременной памяти // Психол. журн. – 1993. – Т.14, N 2. – C.62–72.
11. Роль электромагнитного излучения в межклеточных взаимодействиях / Казначеев В.П.,Михайлова Л.П.,Иванова М.П.,Харина Н.И. // Материалы Всес. Комитета по проблемам энерго-информационного обмена в природе. – Т.1, Ч.1. – М., 1989. – С.177–188.
12. Свидерская Н.Е. Синхронизация электрической активности мозга и психические процессы. – М.: Наука, 1987. – 156с.
13. Ухтомский А.А. Собр. соч. – Л., 1950. – Т.1.
14. Шноль С.Э. Конформационные колебания макромолекул // Колебательные процессы в биологических и химических системах. – М.: Наука, 1967. – С.22–41.
15. Appleton E.V. The automatic synchronisation of triode oscillators // Proc. Camb. Phil. Soc. – 1922. – V.21. – Р.231.
16. Pringle J.W.S. On the parallel between learning and evolution // Behaviour. – 1951. – V.3. – Р.174.
17. Vander P.B. On oscillation hysteresis in a triode generator with two degrees of freedom // Phil. Мag. – 1922.- V.43. — Р.700.
18. Zaikin A.N.,Zhabotinsky A.M. Concentration ware propagation in two-dimensional liquid-phase self-oscillating system // Nature. – 1970. – V.225, N 5232. – P.535–537.