Решения задач для самоконтроля

128. Если тепло шить негде, его нужно производить самому. У крупных бабочек, например, бражников, с помощью процесса, похожего на дрожь у млекопитающих, в летательных мышцах вырабатываются повышенные количества тепла до тех пор, пока они не разогреются до 35-36 градусов, после чего полет становится возможным.

129. Если бы клетки или одноклеточные организмы имели еще меньшие размеры, то концентрация молекул во всей клетке пли отдельных ее частях стала столь малой, что случайные столкновения молекул, приводящие к химическим реакциям, происходили бы слишком редко. В результате скорости этих реакций очень замедлились бы. В мире таких клеток жизнь протекала бы настолько медленно, что не могла оказаться успешной.

130. У всех животных энергетика имеет спои особенности. В указанном в задаче состоянии летучие мыши представляют собой пойкилотермные организмы. Температура тела у них равна температуре среды. ЧСС и частота дыхания поэтому очень низкие, а возбудимость анализаторов тоже резко снижена. При раздражении светом наступает длительный период разогревания, все перечисленные функции постепенно усиливаются и только после этого летучая мышь может взлететь. Кстати, это наглядный пример гомеокинетического процесса.

131. Поставленный вопрос имеет принципиальное значение и Вы должны подумать над ним особенно внимательно. Здесь уместно провести аналогию с техникой; Мышца – это двигатель, который преобразует один вид энергии в другой и совершает при этом работу. Понятно, что двигатель большегрузного грузовика потребляет энергии больше, чем например, двигатель мопеда. Чем больше выполняема^ работа, тем больше требуется энергии. Но мозг следует уподобить не двигателю, а компьютеру. Его задача не выполнение механической работы, а переработка информации. И здесь действуют уже не термодинамические, а кибернетические законы. Например, в телефонных устройствах затрачивается энергия для передачи и преобразования сигналов.

Но количество этой энергии совершенно не зависит от того, решаете ли Вы по телефону сложнейшие задачи или диктуете таблицу умножения.

Для работы мозга всегда требуется значительное количество энергии, которая необходима для поддержания жизнедеятельности миллиардов нейронов. Но количество этой энергии опять-таки никак не связано со сложностью решаемой задачи. Решение требует определенного взаимодействия нейронов, но не дополнительной энергии. Иначе наша жизнь намного упростилась бы. Съел несколько лишних кусков сахара, доставил нейронам дополнительную энергию и никакой экзамен теперь не страшен!

132. Иод необходим для синтеза в щитовидной железе ее основного гормона – тироксина, для чего этот элемент накапливается в клетках железы в избыточных количествах. В таких случаях имеет место активный перенос т. е., движение частиц против градиента концентрации, что требует обязательно затрачивать энергию. В живых системах источник энергии – это определенные химические реакции. При охлаждении их скорость замедляется. Следовательно, активный транспорт ослабеет, количество иода в клетках железы будет снижаться.

133. Если Вы успешно проработали материал этой главы, то Ваша первая реакция должна быть такой – «этого не может быть»! И Вы будете совершенно правы. Ведь КПД показывает, насколько эффективно система превращает затрачиваемую энергию в работу. Невозможно представить, чтобы, например, двигатель автомобиля работал все эффективней, но при этом постепенно разрушался. Точно так же термодинамически невозможной является ситуация, когда сердце приближается к критическому состоянию, работает все хуже, а его КПД повышается. Как говорил чеховский герой «этого не может быть,- потому что не может быть никогда» Но ведь специалисты исходили из фактов. И вот здесь мы встречаемся с наглядным примером того, как важно для правильной трактовки фактов понимать некоторые общие принципы. В данном случае принципы термодинамики. Как мы уже говорили, КПД показывает, какая часть затраченной энергии превращается в работу. Применительно к сердцу выполненная работа называется внешней работой а затраченная общая энергия определяется количеством потребленного сердцем кислорода. Оба этих показателя достаточно просто измерить в эксперименте, после чего остается только вычислить величину КПД по формуле КПД = внешняя работа сердца, деленная на количество потребленного сердцем кислорода в процентах. Чисто математические соображения нас интересовать здесь не будут.

Так в чем же состояла ошибка специалистов? Напомним, что речь идет не о здоровом сердце. Его состояние серьезно ухудшилось. Если Вы, не читая дальше, самостоятельно найдете причину, то это будет прекрасно. Значит, Вы уже умеете не только мыслить физиологически, но и успешно находить нужные связи в,изучаемой системе.

А логика рассуждений здесь такова. Любая система потребляет столько энергии, сколько ей необходимо для поддержания стационарного состояния в данных условиях. Потребность в увеличении затрат энергии может возникнуть в двух случаях. 1 – Система находится в нормальном состоянии, но подвергается усиленной функциональной нагрузке. Чтобы удержать стационарное состояние, ей потребуются дополнительные затраты энергии. 2 – Состояние системы ухудшилось и поэтому она использует получаемую энергию менее эффективно. Чтобы сохранить стационарное состояние в этих критических условиях приходится использовать какие-то резервы. Посмотрим с этих позиций на ситуацию с сердцем. Если оно находится в нормальном состоянии, а нагрузки на него не чрезмерные, то оно будет увеличивать потребление кислорода до тех пор, пока получаемая за счет окислительных процессов энергия станет достаточной, чтобы справиться с повышенной нагрузкой. При этом эффективность использования энергии может возрасти, особенно, если условия работы сердца окажутся оптимальными.

Но в критическом состоянии ситуация оказывается совсем другой. Сердце ослаблено, возможности его почти исчерпаны и оно уже не может довести потребление кислорода до необходимого уровня. И тогда в бой бросаются последние резервы – анаэробные процессы – гликолиз. Специальные исследования показали, что в здоровом сердце роль этих процессов очень невелика. Это понятно, ведь они менее эффективны, чем аэробные. Но когда сердце находится в тяжелом состоянии, то мобилизуется все, что хоть как-то может помочь. И в этих условиях доля энергии, доставляемой гликолизом, возрастает во много раз и начинает преобладать над энергией, которая извлекается из окислительных процессов. Вот в чем дело!! Но ведь формула, по которой _#велся расчет, совершенно не учитывала это. Она справедлива лишь для аэробных процессов, протекающих в здоровом, нормально работающем сердце. Таким образом в данном случае непонимание чисто термодинамических закономерностей привело к абсурдному выводу. Это могло серьезно повлиять уже на медицинскую сторону проводимых исследований.

Приведенный поучительный пример должен убедить Вас в том, что непривычный для медицины термодинамический подход в ряде случаев имеет принципиальное значение, а КПД биологических систем является интегральным показателем, характеризующим эффективность работы системы.

Внимание! После того как вопрос о том, что значит мыслить физиологически, стал для Вас более ясным и понятным, можно перейти к той части пособия, работая над которой Вы будете приобретать навыки системного мышления, используя для этого рассмотренные выше правила. Везде, где это целесообразно, указано, какое правило (АСС, АСФ, САС, АРР-ВС) следует применить. Более простые задачи можно решать без этих правил, не забывая при этом о рассмотренных нами ранее принципах.

Глава 7 Системы возбудимых тканей