Внутренняя среда

Внутренняя среда (или среда обитания по- французски ; Французское произношение: [mi.ljø ɛ̃.te.ʁjœʁ] ) — концепция, разработанная Клодом Бернаром , французский физиолог XIX века, описавший интерстициальную жидкость и ее физиологическую способность обеспечивать защитную стабильность тканей и органов организмов многоклеточных .

Этимология

Клод Бернар использовал французскую фразу «milieu intérieur» (внутренняя среда на английском языке) в нескольких работах с 1854 года до своей смерти в 1878 году. Скорее всего, он перенял ее у гистолога Шарля Робина , который использовал фразу «среда внутренней среды» в качестве термина «среда внутренней среды». синоним древней гиппократовской идеи юмора . Первоначально Бернара интересовала только роль крови, но позже он включил роль всего тела в обеспечение этой внутренней стабильности. Свою идею он резюмировал следующим образом:

Постоянство среды предполагает такое совершенство организма, что внешние изменения в каждый момент времени компенсируются и уравновешиваются... Все жизненные механизмы, какими бы разнообразными они ни были, всегда преследуют одну цель — поддерживать единообразие условия жизни во внутренней среде... Устойчивость внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни.

Работа Бернара в отношении внутренней среды регулирования в то же время поддерживалась работой в Германии. В то время как Рудольф Вирхов сосредоточил внимание на клетке, другие, такие как Карл фон Рокитанский (1804–1878), продолжали изучать гуморальную патологию, особенно вопросы микроциркуляции . Фон Рокитанский предположил, что болезнь возникает из-за повреждения этой жизненно важной микроциркуляции или внутренней системы коммуникации. Ганс Эппингер (1879–1946), профессор внутренней медицины в Вене, развил точку зрения фон Рокитанского и показал, что каждой клетке необходима подходящая среда, которую он назвал основным веществом для успешной микроциркуляции. Эту работу немецких ученых продолжил в ХХ веке Альфред Пишингер (1899–1982), который определил связи между основным веществом или внеклеточным матриксом и как гормональной, так и вегетативной нервной системами и увидел в этом сложную систему регуляции организма как в целом и для клеточного функционирования, которое он назвал основной регуляцией ( система базового регулирования ).

История

Бернар создал свою концепцию, чтобы заменить древнюю идею жизненных сил идеей механистического процесса, в котором физиология тела регулируется посредством множества обратных связей, регулирующих механическое равновесие. В более поздней концепции гомеостаза Уолтера Кэннона (хотя она также была механистической) эта проблема отсутствовала, и ее даже защищали в контексте таких древних понятий, как vis medicatrix naturae .

Кэннон, в отличие от Бернара, рассматривал саморегуляцию тела как необходимое условие эволюционного возникновения и проявления интеллекта и далее поместил эту идею в политический контекст: «Что соответствует в нации внутренней среде тела ?Ближайшим аналогом представляется целая сложная система производства и распределения товаров». В качестве аналогии способности организма обеспечивать внутреннюю стабильность он предположил, что общество должно сохранять себя с помощью технократической бюрократии, «биократии».

Как уже отмечалось, идея внутренней среды привела Норберта Винера к идее кибернетики и отрицательной обратной связи, создающей саморегуляцию в нервной системе и неживых машинах, и что «сегодня кибернетика, формализация гипотезы постоянства Бернара, является рассматривается как один из важнейших предшественников современной когнитивной науки».

Ранний прием

Идея Бернара изначально была проигнорирована в 19 веке. Это произошло несмотря на то, что Бернара высоко чтили как основателя современной физиологии (он действительно получил первые во Франции государственные похороны ученого ). Даже в Британской энциклопедии 1911 года об этом не упоминается. Его идеи о внутренней среде стали центральными в понимании физиологии только в начале 20 века. Только благодаря Джозефу Баркрофту , Лоуренсу Дж. Хендерсону и особенно Уолтеру Кэннону и его идее гомеостаза она получила свое нынешнее признание и статус. В текущем 15-м издании эта идея отмечена как самая важная идея Бернара.

Идея внутренней коммуникации

Плодотворная концепция Бернара о внутренней среде не только обеспечила основу для понимания внутренней физиологии с точки зрения взаимозависимости клеточного и внеклеточного матрикса или основной системы, но и привела к значительным исследованиям, касающимся системы коммуникации, которая учитывает сложную динамику. гомеостаза.

Работа Сент-Дьёрдьи

Первоначальную работу провел Альберт Сент-Дьёрдьи, который пришел к выводу, что органическую связь нельзя объяснить исключительно случайными столкновениями молекул, и изучил энергетические поля, а также соединительную ткань. Он знал о более ранних работах Моглиха и Шона (1938). и Джордан (1938) о неэлектролитических механизмах переноса заряда в живых системах. Это было дополнительно исследовано и развито Сент-Дьёрдьи в 1941 году в Мемориальной лекции Кораньи в Будапеште, опубликованной в журналах Science и Nature , где он предположил, что белки являются полупроводниками и способны быстро переносить свободные электроны внутри организма. Эта идея была воспринята со скептицизмом, но сейчас общепринято, что большая часть, если не все, части внеклеточного матрикса обладают полупроводниковыми свойствами. Лекция Кораньи положила начало развитию индустрии молекулярной электроники, использующей биомолекулярные полупроводники в наноэлектронных схемах.

В 1988 году Сент-Дьёрдьи заявил, что «молекулам не обязательно соприкасаться друг с другом, чтобы взаимодействовать. Энергия может течь через... электромагнитное поле», которое «наряду с водой образует матрицу жизни». Эта вода также связана с поверхностями белков, ДНК и всех живых молекул в матрице. Это структурированная вода, обеспечивающая стабильность метаболических функций и связанная с коллагеном, основным белком внеклеточного матрикса. и в ДНК. Структурированная вода может образовывать каналы потока энергии для протонов (в отличие от электронов, которые проходят через структуру белка, создавая биоэлектричество ). Митчелл (1976) называет этот поток «протичностью».

Работа в Германии

Работа в Германии за последние полвека также была сосредоточена на внутренней системе связи, особенно в том, что касается наземной системы. Эта работа привела к тому, что они охарактеризовали наземную систему или взаимодействие внеклеточного матрикса с клеточной системой как «наземную регуляторную систему», видя в этом ключ к гомеостазу, системе связи и поддержки всего тела, жизненно важной для всех функций.

В 1953 году немецкий врач и учёный Рейнхольд Фолль обнаружил, что точки, используемые в акупунктуре, обладают электрическими свойствами, отличными от окружающей кожи, а именно более низким сопротивлением. Далее Фолль обнаружил, что измерение сопротивлений в точках дает ценные сведения о состоянии внутренних органов. Дальнейшие исследования были проведены доктором Альфредом Пишингером, создателем концепции «системы наземного регулирования», а также докторами. Хельмут Шиммель и Хартмут Гейне используют метод электродермального скрининга Фолля. Это дальнейшее исследование показало, что ген является не столько контроллером, сколько хранилищем чертежей того, как должны работать клетки и высшие системы, и что фактическая регуляция биологической активности (см. Эпигенетическая клеточная биология ) лежит в «системе базовой регуляции». . Эта система построена на основном веществе, сложной соединительной ткани между всеми клетками, часто называемой также внеклеточным матриксом. Это основное вещество состоит из «аморфного» и «структурного» основного вещества. Первый представляет собой «прозрачный полужидкий гель, производимый и поддерживаемый фибробластов Клетки соединительной ткани », состоящие из высокополимеризованных сахаробелковых комплексов.

Основное вещество, согласно немецким исследованиям, определяет, что входит и выходит из клетки, и поддерживает гомеостаз, что требует системы быстрой связи для реагирования на сложные сигналы (см. также Брюс Липтон ).

Это становится возможным благодаря разнообразию молекулярных структур сахарополимеров основного вещества, способности быстро генерировать новые такие вещества и их высокой взаимосвязанности. Это создает избыточность, которая делает возможным контролируемое колебание значений выше и ниже динамического гомеостаза, присущего всем живым существам. Это своего рода быстродействующая «краткосрочная память» об основном веществе. Без этой лабильной способности система быстро перешла бы к энергетическому равновесию, что привело бы к бездействию и смерти .

Для биохимического выживания каждому организму необходима способность быстро создавать, разрушать и реконструировать компоненты основного вещества.

Между молекулами, составляющими основное вещество, существуют минимальные поверхности потенциальной энергии . Зарядка и разрядка материалов основного вещества вызывает «колебания биополя» (фотонные поля). Интерференция этих полей создает кратковременные (от 10–9 до 10–5 секунд) туннели в основном веществе. Через эти туннели, имеющие форму отверстия в бублике, крупные химические вещества могут проникать из капилляров через основное вещество в функциональные клетки органов и обратно. Все метаболические процессы зависят от этого транспортного механизма.

Основные упорядочивающие энергетические структуры в организме создаются основным веществом, таким как коллаген , который не только проводит энергию, но и генерирует ее благодаря своим пьезоэлектрическим свойствам.

Подобно кристаллу кварца, коллаген находится в основном веществе и в более стабильных соединительных тканях ( фасции , сухожилия , кости и т. д.). преобразует механическую энергию (давление, кручение, растяжение) в электромагнитную энергию , которая затем резонирует через основное вещество (Атенштадт, 1974). Однако если основное вещество химически несбалансировано, энергия, резонирующая в теле, теряет когерентность.

Именно это происходит при адаптационной реакции, описанной Гансом Селье . Когда основная регуляция выходит из равновесия, вероятность хронических заболеваний увеличивается. Исследования Гейне показывают, что неразрешенные эмоциональные травмы высвобождают нейротрансмиттер вещество Р , которое заставляет коллаген принимать гексагональную структуру, более упорядоченную, чем их обычная структура, выводя основное вещество из равновесия, что он называет «эмоциональным шрамом, обеспечивающим» важное научное подтверждение того, что болезни могут иметь психологические причины». (см. также Брюс Липтон )

Работа в США

Хотя первоначальная работа по определению важности наземной регуляторной системы была проведена в Германии, более поздние работы по изучению последствий меж- и внутриклеточной коммуникации через внеклеточный матрикс проводились в США и других странах.

Структурная непрерывность между внеклеточными , скелетными и ядерными компонентами кисты обсуждалась Хэем, Berezny et al. и Ошман. Исторически эти элементы назывались основными веществами, и из-за своей непрерывности они образуют сложную, переплетенную систему, которая проникает в каждую часть тела и контактирует с ней. Еще в 1851 году было признано, что нервная и кровеносная системы не связаны с клеткой напрямую, а опосредованы и через внеклеточный матрикс.

Недавние исследования электрических зарядов различных гликоль-белковых компонентов внеклеточного матрикса показывают, что из-за высокой плотности отрицательных зарядов гликозаминогликанов (обеспечиваемых сульфатными и карбоксилатными группами остатков уроновой кислоты) матрикс представляет собой обширную окислительно-восстановительную систему, способную поглощать и отдавать электроны в любой точке. Эта функция переноса электронов проникает внутрь клеток, поскольку цитоплазматический матрикс также сильно отрицательно заряжен. Весь внеклеточный и клеточный матрикс функционирует как биофизическая система хранения или аккумулятор электрического заряда.

Из термодинамических , энергетических и геометрических соображений считается, что молекулы основного вещества образуют минимальные физические и электрические поверхности, так что, исходя из математики минимальных поверхностей, незначительные изменения могут привести к значительным изменениям в отдаленных областях основного вещества. Это открытие рассматривается как имеющее значение для многих физиологических и биохимических процессов, включая мембранный транспорт , взаимодействие антиген-антитело , синтез белка , реакции окисления , взаимодействия актина и миозина, превращения золя в гель в полисахаридах .

Одним из описаний процесса переноса заряда в матрице является «высоко векторный транспорт электронов по биополимерным путям». Другие механизмы включают облака отрицательного заряда, создаваемые вокруг протеогликанов в матриксе. В клетках и тканях имеются также растворимые и подвижные комплексы переноса заряда (например, Слифкин, 1971; Гутман, 1978; Маттей, 1994 г. ).

Рудольф А. Маркус из Калифорнийского технологического института обнаружил, что когда движущая сила превышает определенный уровень, перенос электронов начнет замедляться, а не ускоряться (Маркус, 1999). и он получил Нобелевскую премию по химии в 1992 году за этот вклад в теорию реакций переноса электрона в химических системах. Смысл работы заключается в том, что процесс векторного переноса электронов может быть тем сильнее, чем меньше потенциал, как в живых системах .