Валеология

Гераклит

...в основе жизни лежит сочетание трех потоков: потока вещества, потока энергии и потока информации. Они качественно глубоко различны, но сливаются в некоторое единство высшего порядка, которое можно бы охарактеризовать как «биотическое триединство», составляющее динамическую основу жизни.

В. А. Энгельгардт

Наука о процессах и законах передачи, распространения, обработки и преобразования информации получила название информологии. Эта наука рассматривает «сведения» и «свойства». Только соединяясь с потребителями, информация из «вещи в себе» становится «вещью для нас» [133, с. 13]. Потребность людей в информации (инфопотребность) относится к числу самых древних.

На человека постоянно воздействуют три потока информации: сенсорный, воспринимаемый органами чувств через первую сигнальную систему, вербальный (устное или письменное слово) — через вторую сигнальную систему, и структурный (компоненты пищи и вдыхаемого воздуха), поступающий через желудочно-кишечный тракт и дыхательную систему. Проблема структурной информации применительно к некоторым аспектам фармакологии и науки о питании начала разрабатываться сравнительно недавно [54, 133, 310—313].

Объем каждого вида информации может быть оптимальным, избыточным или недостаточным [135].

Вряд ли можно думать, что для этих разнообразных целей организм имеет множество специфических защитных механизмов. Более вероятно включение древних

м.

г.

Кублановым.

' Глава написана совместно с

15

неспецифических механизмов, преимущественно гуморальной природы.

Все три потока информации соединяются на некотором химическом уровне [54] . Физико-химические факторы среды, действующие на органы чувств, вызывают в конечном счете биологические перестройки организма. У человека важнейшим информационным комплексом является вторая сигнальная система, преобразующая семантику речевых (письменных) сообщений в соответствующую реакцию организма также через химических «посредников». Можно предположить существование некоторого химического «информационного» пространства, обладающего «необходимым разнообразием», которое обеспечивает адаптивные свойства организма. Действительно, известные эффекты павловской башни молчания, гиподи-намии и т. п. можно трактовать как уменьшение вклада информации в общий «информационный котел» организма.

Известно, что общей неспецифической реакцией организма является стрессовая. Определенный уровень стресса, как считал Г. Селье, необходим для обеспечения нормальной реакции организма (эустресс). Но довольно часто уровень стрессорных воздействий оказывается выше оптимального, что приводит к различного рода расстройствам (дистресс) [242]. Естественно было предположить, что если самые различные воздействия физической, химической, биологической и психической природы приводят в принципе к одной и той же реакции, то в организме при этом должны образовываться одни и те же вещества, запускающие весь механизм ответной стрессовой реакции.

И. И. Мечников во втором издании книги «Этюды о природе человека» приводит описание опытов Вейхардта, который установил, что «мускульный выжим» животных, забитых после нескольких часов утомительных движений, введенный другим животным, вызывает у них выраженные явления утомления и даже смерть через 20 — 40 ч.

В последние два десятилетия появилось много сообщений о том, что при самых различных стрессовых воздействиях возникают или увеличиваются сверх нормы оп-

ределенные вещества. Это породило естественное стремление выделить среди них неспецифические, свойственные любому виду стресса. Г. Селье задумывался над тем, что «...кроме специфических изменений ...

По данным американских авторов, при стрессе у крыс (рентгеновское облучение, вращение в центрифуге) и людей (вращение в центрифуге, лишение сна на 33 ч., полеты военных летчиков на фронте) получаются однотипные изменения плазмы крови [303, 364].

Таким образом, стрессовую реакцию организма можно рассматривать как некоторый химический ответ на информационный дисбаланс среды. Поскольку влияние сенсорной и вербальной информации на человека подробно изучено в ряде работ [133, 191, 206, 284], мы попытались выделить информационный аспект взаимодействия

МетабоЛИТЫ

16

17

организма с биологически активными веществами пищи и лекарств. Эти вещества рассматриваются здесь как информационные структуры, для анализа которых используются подходы, разработанные в современной теории информации и теории систем.

Информационные представления в фармакологии. Теоретическая фармакология в широком смысле слова изучает общие закономерности взаимодействия организма с химическими факторами среды. Если учесть, что нарушение постоянства внутренней среды приводит к повреждению и гибели организма [105], то становится понятной регуляторная функция потока биологически активных веществ, поступающих в организм с пищей и лекарствами.

Классическая фармакология исследует лекарственные вещества главным образом как лечебный фактор. Для лечения серьезных заболеваний и реанимации медицина использует преимущественно индивидуальные (синтетические и природные) соединения быстрого и сильного действия, которые в подавляющем большинстве случаев непригодны для длительного лечения хронических больных, профилактики и ряда других целей. Они оказываются более токсичными, являются причиной аллергизации и других лекарственных болезней. В современном мире во многих странах Востока сохраняется традиционная (восточная) медицина, принципы и структура лекарственной терапии которой прямо противоположны таковым научной медицины.

Информационные аспекты науки о питании. Наиболее тесный и постоянный контакт животных и человека с природой осуществляется посредством питания. Химические элементы пищи — нити, связывающие человека с природой, они более существенные компоненты среды, чем физические агенты [16]. Это было подчеркнуто еще Ф. Энгельсом: «...все животные в высшей степени расточительны в отношении предметов питания и притом часто уничтожают в зародыше их естественный прирост... Это хищническое хозяйство сильно способствовало превращению наших предков в людей. У той породы обезьян, которая далеко превосходила все остальные смышле-

18

ностью и приспособляемостью, это хищническое хозяйство должно было привести к тому, что в пищу стали употреблять все большее и большее количество новых растений ... следствием чего было проникновение в организм все более разнообразных веществ, создавших химические условия для превращения этих обезьян в людей»1. Поскольку известно, что трудовые навыки не закрепляются генетически, можно думать, что структурная информация пищи, потребляемой предками человека, сыграла очень большую роль в выделении человека из мира животных. Это нисколько не умаляет роли труда но «формула о том, что труд сделал обезьяну человеком, начала реализовываться тогда, когда часть обезьян просто не могла выжить без систематического изготовления орудий» [166], так как в местах их обитания разнообразие дикорастущих растений становилось все меньше.

44 000 поколений предков человека (из них 16 000 поколений людей) потребляли исключительно натуральную пищу, сохраняющую нетронутыми присущие каждому продукту природные комплексы биологически активных веществ.

Химические структуры и язык. Естественно предположить, что эволюционно наиболее древнее химическое информационное взаимодействие организмов со средой привело к созданию специальной знаковой системы — языка, позволяющего отличать одну химическую структуру от другой. Хеморецепция на всех уровнях — от субклеточного до организменного (вкус, обоняние) — не что иное, как считывание химической структурной информации, записанной в этом языке. Вообще говоря, организм использует не один, а целую группу языков различных уровней для передачи информации. Хорошо известен генетический код ДНК, определяющий реализацию наследственной информации, язык нервных импульсов, передаю-

' Энгельс Ф. Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека//Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд. Т. 20. С. 491.

19

і

щих информацию от дистантных рецепторов в мозг и от него на мышцы, и т. д. В данном случае нас интересует язык химической структуры, используемый организмом для распознавания поступающих в него веществ. Среди множества биополимеров, синтезируемых организмом, всегда есть функциональная структура, комплементарная любому поступающему в него соединению. Это значит, что организм способен воспринять химическую структурную информацию, записанную в любом соединении, так же, как человек, владеющий грамматикой иностранного языка, способен прочитать любую фразу, написанную на этом языке. Следовательно, все вещества, проникающие во внутреннюю среду организма, биологически активны. Если вещество, попав в организм, не окислилось как энергетический субстрат и не осталось в нем как пластический материал, то оно будет выведено из организма в виде метаболита, сохраняющего, как правило, все фрагменты первоначальной структуры. В последнем случае мы имеем дело со специфическими информационными молекулами. Отсутствие в некоторых случаях видимой реакции объясняется тем, что в данных условиях «прочитанная» информация оказалась бесполезной для организма.

Попавшее в организм химическое соединение можно уподобить некоторой «фразе», записанной на специфическом языке в виде набора «слов» — признаков. Некоторые заключения о «признаках химической структуры» можно сделать, изучая особенности взаимодействия ее с биологическими рецепторами. Детали этого процесса «узнавания» еще неясны, поэтому в качестве первого приближения можно попытаться использовать признаки, характеризующие химические структуры в каком-либо из языков, ориентированных на прогнозирование типов биологической активности, что более подробно изложено в первом издании [40], а также в ряде публикаций [2, 93, 110, 226, 306—308, 319].

Для расчета структурной информации (С), естественно, необходимо знать полный состав комплекса. При этом можно не учитывать невсасывающиеся компоненты (клетчатку, нерастворимые минеральные примеси, наполнители для лекарств).

Представляет интерес также сравнение пищевых продуктов, различающихся по калорийности (К), с помощью информационно-энергетического коэффициента (Q):Q = — С/К- 100. Это величина представляет собой информа-

20

ционную «стоимость» одной калории продукта и позволяет полнее охарактеризовать свойства пищи. Любопытно, что значение показателя С увеличивается у более «сложных» продуктов (например, в ряду молочных, где С молока — 1,23, творога — 2,95, сыра — 6,29), но при этом уменьшается количество информации на каждую калорию (табл. 1).

Для определения структурно-энергетического потока, потребляемого в течение дня, взяли два рациона приблизительно равной калорийности (2700 ккал), но различающихся по набору продуктов («богатый» и «бедный»), содержащих соответственно 26 и 15 природных пищевых веществ. Структурно-информационные характеристики продуктов при расчете суммировали. Таким образом, введенная характеристика количественно распределяет рационы по разнообразию входящих в них компонентов и может служить мерой информационного богатства пищи.

Соответствующие оценки количества структурной информации (композиционной сложности) можно делать для алкогольных напитков и лекарств. Например, в процессе брожения и дистилляции резко уменьшается структурно-информационная сложность: сусла — 18,3, сухого вина — 10,4, водки — 1,7, 100 % алкоголя — 0 бит структурной информации. Пример из ряда лекарственных препаратов показывает, что по мере очистки препаратов снотворного мака (опий-сырец — 57,3, пантопон — 2,53,

Таблица 1

Структурно-энергетические характеристики некоторых пищевых продуктов различной степени очистки [по 54] Продукт

К, ккал на 100 г продукта

С, бит

Q, бит/ (ккал X X 100)

Сахар:

белый

370

0,10

0,02

желтый

370

3,00

0,80

Мука:

высший сорт

330

12,70

3,80

пшеничная обойная

330

13,65

4,10

обдирная

330

12,60

3.80

ржаная обойная

320

13,00

4,10

Масло подсолнечное

900

14,50

1,60

Семена подсолнечника

600

17,30

2,90

Молоко

60

1,23

2,10

Творог

230

2,95

1,30

Сыр

370

6,29

1,70

морфин — 0 бит) возрастает опасность развития болезненного пристрастия к ним. Употребление опия-сырца вызывает привыкание только спустя длительное время, для полуочищенных неогаленовых препаратов (пантопон, омнопон) достаточно несколько недель, для морфина, и особенно героина, — считанных инъекций [224].

Если попытаться разделить пищевые и лекарственные вещества на основе развиваемого информационного подхода (по оценке структурной информации) по четырем группам, то в первой, содержащей природные или синтетические индивидуальные вещества, структурно-информационный индекс будет равен 0—1 бит; в эту группу входят морфин, никотин, резерпин, рафинад (сахар) и др. Ко второй группе (1,1—9,0 бит) относят такие вещества, как омнопон, раувазан, желтый сахар, водка, виски. В третью группу (9,1—99,0 бит) следует включить такие лекарства, как опий, отвар раувольфии, а также овощи, фрукты, мед, натуральные вина, приправы и специи. Наконец, в четвертой группе (100 и более бит) будут находиться сложные композиции лекарственных веществ (например, для лечения гипертонической болезни), компоты, салаты и тому подобные сложные пищевые блюда, содержащие многие продукты. Естественно, что деление на группы условно, хотя факт повышения полезности (или уменьшения вредности лекарств) по мере возрастания группового числа очевиден.

Таким образом, объем структурной информации продукта в какой-то мере связан с его «ценностью» для организма. Предложенный нами подход позволяет количественно оценить поступающий в организм поток структурной информации, носителями которой являются биологически активные вещества. Этот поток рассматривается лишь с точки зрения первого уровня восприятия (по выражению М. В. Волькенштейна) [77], на котором распознаются лишь кодовые символы химического языка. Смысл и ценность химического «сообщения» могут быть поняты только на более высоком уровне, возможно на уровне целого организма [246].

Сложность, ценность, незаменимость и др. Рассмотрим подробнее понятия «организация», «сложность», «ценность», «заменяемость» применительно к структуре живо-

22

го. Эти понятия — системные характеристики, и выражают они свойства и отношения между элементами системы. Системные свойства определяются скорее не элементами системы, а их организацией. Это важно для систем любой природы, в том числе неорганической. Простой пример, известный из школьного курса химии: атомы углерода, объединенные различными кристаллическими решетками, образуют разные вещества: алмаз, уголь и графит. Даже обычная вода проявляет различные свойства в зависимости от структурного состояния ее молекул [263]. В еще большей степени это относится к живым системам с упорядоченной организацией элементов, специфика которых имеет подчиненное значение. «Я полагаю, — пишет Ф. Дж. Фримен, — что мой разум существует благодаря тому, что молекулы в моей голове упорядочены, а не благодаря составу самих молекул» [269]. Реконструируемая упорядоченность — характерное свойство живого. До последнего времени эта характеристика была качественной, однако теперь наметились тенденции к ее метризации.

Сложность объекта определяется числом компонентов, но не сводится только к этому. Сложность — понятие относительное, зависящее от уровня восприятия [77]. В этом смысле она эквивалентна ценности информации, как было показано ранее. Сложность, которой может достичь жизнь в данной окружающей среде пропорциональна количеству компонентов потребляемого вещества, пригодного для использования. В самом начале зарождения жизни появилась только коацерватная капля, и до одноклеточного организма прошло много миллионов лет эволюции по пути усложнения органических форм.

Важнейшее для эволюции понятие приспособленности вида некоторые исследователи считают семантической (ценностной) информацией [116]. В работах М. Эйгена рассмотрено возникновение селективной (ценной) информации в процессе предбиологической эволюции макромолекул [295]. Увеличение сложности не всегда, однако, совпадает с направлением эволюции (паразитические формы). Более точной характеристикой этого процесса являются информационные аспекты эволюции. М. В. Воль-кенштейн [76] сформулировал критерий эволюции, в основе которого лежит представление о возрастании ценности (незаменимости) информации в процессах развития. Если сложность относится к объекту в целом, характеризуя его структуру, то ценность, незаменимость

23

выражает функциональность объекта и его элементов. Тем не менее существует глубокая связь между сложностью и ценностью. Как отмечает М. В. Волькенштейн, сложно то, что незаменимо.

Вопрос о незаменимости информации требует некоторого уточнения. Информацию как таковую, то есть все ее виды, необходимые человеку, конечно, абсолютно ничем заменить нельзя. Но внутри этого триединого потока взаимозаменяемость имеет место, когда недостаток в русле одного потока информации может компенсироваться возрастанием его в другом.

По-видимому, не случайно обеднение информационной среды и дефицит общения у человека приводят к усилению аппетита, в то время как избыток впечатлений или творческая деятельность, сопровождаемая переработкой большого количества информации, зачастую снижает потребность в пище.Согласно информационной теории эмоций [250], они возникают как результат разрыва между реально существующей потребностью организма (самосохранения, пищевой, половой) и отсутствием достаточной информации о возможности удовлетворения этой потребности в данных условиях среды. Используя эти представления, Ф. 3. Меерсон [168] приводит факты и соображения о заполнении «информационной пустоты» оборонительной доминантой, проявляющейся возникновением многообразных, нередко ненужных движений. Дефицит структурной информации при потреблении большого количества рафинированных продуктов, как это ни кажется на первый взгляд парадоксальным, приводит к гипогликемии, которая является причиной гиперактивности детей и множества других расстройств (подробнее об этом см. в ч. I, гл. 4).

Г. Кастлер отмечал, что существует совокупность структурно родственных аминокислотных полимеров, способных осуществлять одну и ту же функцию, а идентичные функции могут выполняться целым рядом близких, но структурно неродственных соединений [129, 130]. Такого рода явления известны и для витаминов, когда при общей обеспеченности витаминами недостаточность одного из них сказывается не столь заметно, как при определенном общем полиавитаминозе. Наряду с элементами узкого назначения известны так называемые оли-гобиогенные элементы (К, Na, C1, Mg, Fe), роль которых в организме многолика: описано явление замещения функции в организме иона одного какого-либо металла дру-

24

гим, близким по химическим свойствам, обычно соседом по группе периодической системы [80].

Сложность и ценность вносимой в организм информации имеет очень большое значение для процессов питания и фармакологического действия. Однако рассмотрение химического канала взаимодействия организма со средой под этим углом зрения не заменяет накопленного поколениями ученых знания о биохимии питания и фармакологии лекарственных веществ.

Биологически значимый сигнал всегда сопряжен с веществом [полем] и соответствующей формой энергии. Для вещества и энергии есть единицы измерения. Но для питания и лечебно-профилактических целей важны качественный состав пищи и ее структура, что не отражается ни массой, ни калорийностью. Масса, объем и калорийность — показатели экстенсивные; структурная информация — интенсивный показатель. Энергия и структурная информация одинаково важны для организма. В соответствии с принципом дополнительности Н. Бора эти две противоположности не противоречивы, а дополнительны (Contraria non contrad-tona sed complementa sunt). В этом философское единство противоположностей энергетико-структурного дуализма связей организма со средой, которые являются важнейшим фактором, определяющим здоровье человека.