Энтропия и болезни

Кстати, о болезнях. Они тоже в ведении термодинамики. Практически все болезни - начиная обычным гриппом и заканчивая пугающим раком - развиваются по закону, очень похожему на статистическую трактовку энтропии Больцмана:

S = KlnW

Рассмотрим единую биологическую систему - население современного мегаполиса. Общая энтропия этой системы

Sобщ. = XSj,

где Sj,— энтропия отдельного человеческого организма.

Пусть в системе появился один носитель заболевания. Упорядоченность работы его организма уменьшается - вирус вносит хаос в отлаженную систему. следовательно, тоже повышается и резко увеличивает вероятность наступления события - заражения вирусом других членов мегаполиса. При заражении второго организма снова возрастает и снова резко «подскакивает» величина W. Возможно, такая трактовка распространения заболевания вызовет сомнение, но экспериментальными данными доказан экспоненциальный характер развития эпидемий среди людей и животных. Поэтому врачи должны быть максимально внимательны - при несвоевременных медицинских мерах эпидемия почти мгновенно охватывает город. Мы не зря говорили о мегаполисе - как и в термодинамике, чем больше число объектов в составе макросистемы, тем точнее действует закон.

Подобная экспоненциальная зависимость действует и внутри отдельного организма. Рассмотрим распространение в нем одного из самых страшных заболеваний - рака. Здоровые клетки организма высоко дифференцированы - клетки печени, мозга, мышечных тканей не похожи друг на друга, они имеют сложное строение и строго выполняют свою функцию. Высокая их организация означает очень низкую величину энтропии здоровой клетки S;^, При возникновении опухолей клетки начинают себя вести подобно одноклеточным организмам - размножаются. При этом каждая клетка опухоли постепенно теряет свою дифференциацию - опухолевые клетки мозга, печени, желудка все менее отличаются друг от друга. Их структура становится менее упорядоченной, а деятельность - менее специализированной. Это означает, что энтропия опухолевых клеток больше, чем здоровых. Таким образом, для процесса образования опухоли:

Опухоли > 0

Долгое время лекарства, замедляющие развитие опухоли, искали наощупь. Основываясь на термодинамических выводах, можно сказать - лекарство против рака должно действовать таким образом, чтобы приостанавливать рост энтропии в системе. По принципу «подобное лечи подобным», действие лекарства должно описываться во времени экспоненциальной зависимостью, причем величина уменьшающего энтропию действия лекарства должна. перекрывать увеличивающуюся энтропию опухоли, тогда развитие заболевания приостанавливается. Сейчас эффективность лекарства описывают величиной

где тконтр. - степень экспоненты в уравнении динамики образования опухоли без лечения; тог1 - степень экспоненты при действии лекарства.

Чем больше N, тем эффективнее лекарство.

Итак, термодинамика вносит свой вклад в борьбу с самыми страшными заболеваниями человечества. Но в запасе у медиков остался самый глобальный вопрос: почему человек всю жизнь пытается удалиться от равновесия, потребляя негэнтро-пию, и все равно в конце концов стареет и умирает?

Процесс старения характерен только для многоклеточного организма, состоящего из множества дифференцированных клеток. Все клетки можно разделить на две группы:

-клетки, способные к делению - клетки разных органов;

-неделящиеся клетки - клетки поперечно-полосатой мышцы и головного мозга. Таким образом, старение связано либо с деятельностью клеток первой группы, либо с дегенеративными процессами клеток второй группы.

Иногда старение организма уподобляют изнашиванию машины. Наибольшему износу, очевидно, должны подвергаться неделящиеся клетки, и этот износ означает увеличение энтропии — беспорядка их действия и смерть.

Но путем сложных экспериментов биологам удалось показать, что жизнь неделящейся клетки представляет собой непрерывный процесс адаптации к условиям среды, это означает постоянное уменьшение энтропии неделящихся клеток.

Таким образом, процесс старения и смерти организма связан с деятельностью делящихся паренхиматозных клеток. Значит, для обеспечения долголетия врач должен советовать своим пациентам побольше нагружать работой клетки головного мозга и поперечно-полосатой мышцы и, напротив, избегать сильных раздражителей и задавать умеренную функциональную нагрузку паренхиматозным органам - печени, почкам, эндокринному аппарату. На более понятном языке это означает - не злоупотреблять спиртным, табачными изделиями, жареной и жирной пищей, не нарушать гормональный фон организма.