Важно понять два типа процессов, протекающих в клетке, а соответственно и в организме, который состоит, как известно, из множества клеток. Первый – тренировка. Если внешний раздражитель сильный, он заставляет функционировать все молекулы «рабочих» элементов с максимальным напряжением, от них идет максимальный «запрос на синтез», и рибосомы так же максимально синтезируют новый белок, используя информацию ДНК. «Старый» белок при этом продолжает распадаться с постоянной скоростью. В результате при большой нагрузке синтез обгоняет распад, и масса белка возрастает (гипертрофия). Соответственно возрастает и мощность функции. Самый простой пример – тренировка тяжелоатлета: чем больше нагрузка, тем больше возрастает мышечная масса и соответственно увеличивается поднимаемый им вес.
Второй процесс – детренированность. Предположим, внешний раздражитель резко ослабляется, соответственно падает функция и уменьшается «запрос на синтез» новых молекул. В то же время наработанная ранее при большой функции масса белка продолжает распадаться с прежней скоростью. Распад обгоняет синтез, суммарная масса белка уменьшается (атрофия), и соответственно уменьшается возможность функции. Тяжелоатлет бросил тренироваться, мышцы у него растаяли, и он уже не может поднять даже половину того веса, который раньше поднимал легко.
Эти механизмы тренировки и детренированности белковых рабочих структур универсальны для всех клеток: мышечных, нервных или железистых – и для всех их функций. В частности, именно детренированность определяет развитие многих болезней, поскольку орган не в состоянии справиться с возросшей нагрузкой.
Клетка живет по своим программам, заданным в ее генах. Она очень напоминает современный большой завод, управляемый хорошим компьютером с гибкими программами, обеспечивающими выполнение плана при всех трудностях. Если условия среды становятся для клетки неблагоприятными, то функции ее постепенно ослабляются, и, наконец, замирает сама ее жизнь.
Чем, в конце концов, определяется функция клеток, органов, организма? Генами и тренировкой. Наиболее устойчивые и значительные изменения характеристик происходят в период роста и формирования органов, преходящие – при изменении функции в зрелом возрасте.
Уровень тренированности определяет границы внешних воздействий и собственного напряжения, за которыми кончается норма и начинается патология. Наследственность тоже важна: для сильного типа нужны меньшие раздражители, чтобы натренироваться, для слабого – большие. Соответственно, при одинаковых раздражителях слабый менее натренирован и легче заболевает, чем сильный.
В организме взрослого человека «присутствует» вся история его тренировки в период роста. К сожалению, не все дефекты детства можно исправить в зрелом возрасте. Особенно это относится к тем частям организма, которые не только растут, но и формируются после рождения.
На схеме (рис. 2) показаны характеристики функциональной структуры клетки при разных уровнях тренированности. Кривые отражают изменение «специфической» («главной» для целого организма) функции клетки в зависимости от силы внешнего раздражителя.
Над верхней кривой для самой тренированной клетки обозначены три режима: нормальный, форсированный и патологический. Что это такое? Названия говорят сами за себя. Нормальный режим обеспечивает среднюю интенсивность деятельности клетки, он устойчив и не ограничен во времени. Все химические реакции хорошо сбалансированы и не напряжены. На кривых ясно видна линейная зависимость между силой раздражителя и возрастанием функции.
Форсированный режим временно обеспечивает повышенную функцию ценой снижения КПД и расходования запасов энергии. В сложном организме он вызывается действием особых веществ – активаторов, чаще всего гормонов. Длительность его ограничена резервами энергии. Патологический режим – это уже болезнь, и об этом особый разговор.
В чем выражается здоровье клетки? Это выполнение программ жизни: питание, рост, специфические функции, размножение. «Уровень здоровья» – это интенсивность проявлений жизни в нормальных условиях среды, которая определяется тренированностью структур клетки. Есть и другое определение: «Количество здоровья – это пределы изменений внешних условий, в которых еще продолжается жизнь».
Рис. 2. Характеристики функциональной структуры клетки при различных уровнях тренированности
Количество здоровья можно выразить в понятии «резервные мощности». Оно хотя и не биологического происхождения, но всем понятно: например, при движении по ровной дороге с нормальной скоростью от мотора автомобиля требуется 15 лошадиных сил, а максимальная его мощность – 75 сил. Следовательно, есть пятикратный резерв мощности, который можно использовать для движения в гору... То же самое в клетке или органе. Нижняя точка «а» на оси ординат – это величина функции, которую организм в состоянии покоя требует от клетки. Для детренированной клетки – это почти предел нормального режима, чтобы получать больше, нужно переходить на форсированный режим. Для среднетренированной клетки есть трехкратный резерв, а при высокой тренированности – шестикратный. На оси абсцисс треугольником отмечена точка «б1». Для детренированной клетки – это предельная величина силы раздражителя, при усилении раздражений наступает патологический режим. При высокой тренированности раздражитель такой силы является нормальным.
Тренировка наиболее эффективна, когда величина функции приближается к границе форсированного режима. Эта точка отмечена на средней кривой.
Схема показывает, какое значение имеет тренировка для повышения «резервных мощностей». Сильный внешний раздражитель детренированную клетку (или орган, или целый организм) вводит в патологический режим, то есть уже в болезнь, а для тренированной – это нормальная интенсивная работа.
По идее, клетка не должна «болеть», пока она нормально снабжается энергетическими и строительными материалами, пока периодически получает извне раздражители, дающие ей хорошую тренировку, и пока ее «органы управления», то есть ДНК, в порядке.
Даже если клетка «заболела», то при создании ей нормальных условий спустя некоторое время она обновит свои структуры и выздоровеет. Если только гены в порядке. Специалисты по молекулярной генетике считают, что гены повреждаются редко. Подумайте, как это хорошо!
И, тем не менее, болезней полно, и все они первично проявляются в клетках.
Какую клетку сложного организма можно считать больной?
Ту, которая не выдает достаточной функции в ответ на нормальное раздражение. Чтобы не залезать в дебри сложной науки, я лишь перечислю возможные причины патологии клетки.
Детренированность. Если клетка не получала больших нагрузок, она детренируется и на нормальный раздражитель дает пониженную функцию.