5.2. КАТАЛИЗ *
Стыдно признаться, но ведь из всех
живых существ лишь один человек не знает,
что для него полезно.
Гай Плиний Секунд
Здоровье - это естественное состояние организма, которое позволяет человеку полностью реализовывать свои способности, вести активный образ жизни при максимальном сохранении продолжительности и качества жизни. Здоровый человек имеет гармоничное физическое и умственное развитие, быстро и адекватно приспосабливается к непрерывно меняющейся природной и социальной среде, у него отсутствуют какие-либо болезненные изменения в организме. Субъективно здоровье проявляется чувством общего благополучия, радости жизни, высокой работоспособностью. Но, увы, человеку не всегда удается приспособиться к лавинообразным изменениям окружающего мира, что влечет за собой снижение способности к воспроизводству, повышение заболеваемости из-за общего ослабления организма.
На протяжении всей своей жизни люди занимаются каким-либо видом деятельности. В принципе, жизнь сама по себе уже достаточно сложный, трудный и малопредсказуемый вид деятельности, нередко связанный с повышенными энергетическими, умственными, психологическими затратами, причем на значительном временном промежутке. Происходит ощутимый износ организма, и порой устранить последствия колоссального перенапряжения физических, моральных и прочих сил практически невозможно.
Кроме того, напомним, что наш организм постоянно подвергается воздействию огромного количества вредных веществ, а также избыточной концентрации веществ, в обычных количествах не являющихся опасными; воздействию их соединений в самых разнообразных модификациях. Соответственно, речь идет даже не о том, чтобы просто поддержать работу организма в пределах нормы для обычных условий жизни, а о том, чтобы все системы переработки и выведения поднять на качественно новый уровень и обеспечить снижение нагрузки на организм вредных факторов окружающей среды. В противном случае маловероятна возможность избавления от причин возникновения огромного количества заболеваний, формирующих современную «эпидемию неинфекционных заболеваний».
Известно, благодаря чему движется автомобиль. Работа автомобиля зависит от процесса сгорания топлива. Если топливо высококачественное - процент его сгорания высокий, а вредный выброс минимальный. На низкокачественном топливе автомобиль далеко неуедет, несгоревшие вещества отложатся на клапанах и других деталях и мотор быстро выйдет из строя.
С точки зрения законов переработки пищи, организм человекаможно сравнить с работой сложного механизма, например, автомобиля. Человек тоже питается своеобразным «топливом». При неправильном питании биологически активные вещества зачастую не используются до конца, а «откладываются» в виде «несгоревших отходов». Пища из лекарства превращается в «яд». Эти «яды» (отходы обмена) могут являться причиной многих отклонений в здоровье.
Главная задача каждого человека - сделать так, чтобы как можно больше «топлива» использовалось по назначению («сгорало»). Но если в случае с автомобилем мы можем взять щетку и почистить внутренности или залить синтетические реагенты, удаляющие несгоревшие отходы, то для человека единственной универсальной «щеткой» может служить система ГИГИЕНЫ.
Для того чтобы устранить последствия вредного действия веществ, накапливающихся вокруг каждой клетки каждого органа, обеспечить полноценное «сгорание» топлива, необходимо комплексное использование средств гигиены питания, обеспечивающих не только удаление вредных веществ и отходов обмена, но и оптимизирующих работу внутренних процессов человека, перерабатывающих это «топливо».
В каждой клетке живого организма ежеминутно протекают сотни самых различных реакций по производству биологически активных веществ, по переработке токсинов, синтезу «строительных» материалов Для самой клетки (схема 4.). Любую клетку можно сравнить с большим городом, в котором есть разные «фабрики», «заводы» и т.д.
Схема 4. Биохимические процессы, протекающие в одной усредненной клетке ( Boehringer Mannheim, Editor Geryard Michal, edition 1992)
Что необходимо сделать, чтобы все эти структуры нормально работали и обеспечивали иммунную, нейроэндокринную, сердечнососудистую и другие системы всей необходимой продукцией, без которой, как без подвоза продовольствия, расходных материалов, инструментов и т.д., они работать не смогут, а значит, рано или поздно перейдут в состояние заболевания?
К сожалению, недостаточно снабдить «фабрики» по производству важнейших пластических, регуляторных веществ организма всеми необходимыми «расходными материалами», «сырьем». Необходимо еще сделать так, чтобы эти «фабрики» и «заводы» работали и выпускали из сырья необходимую готовую продукцию. Структуры клеток, отвечающие за «выпуск продукции», достаточно «умные». В них изначально заложены различные программы, регулирующие вид и количество выпускаемой «продукции» в зависимости от того, что именно необходимо организму в целом и его отдельным органам, чтобы справиться с действием внешних факторов, с внутренними проблемами.
Если пользоваться медицинской терминологией, подобное «программирование» осуществляется генетическим аппаратом, несущим огромное количество самых различных программ на все случаи жизни, в том числе, так называемых, «спящих», которые, может быть, никогда не потребуются организму. Как ни удивительно, но те вещества, которые мы получаем из внешней среды, в том числе с пищей, влияют на включение/выключение различных генетически заложенных «программ производства» «фабрик» и «заводов» клеток.
Согласно научной терминологии, такие свойства пищи - влиять на основные программы - называются «геномикой», а на более специальные программы - «транскриптомикой», «метаболомикой», «протеомикой» (рисунок 5).
При постоянном воздействии неблагоприятных внешних факторов (п. 1 рисунка), длительно существующем хроническом заболевании, то есть внутреннем нарушении, с которым организм не может справиться самостоятельно (п.2 рисунка), эти программы нарушаются. В них закрадываются ошибки, нарушается переключение «производства» с одного вида веществ на другой, снижается (или, наоборот, безудержно повышается) количество производимой продукции, нарушается ее качество. В данном случае работа «фабрик» и «заводов» клеток и организма в целом, уже не особенно зависит от количества и качества «сырья», которое Вы «поставите» в организм (белки, жиры, флавоноиды, антиоксиданты и т.д.). Разбалансированность работы «цехов», «станков», биохимических «конвейеров» воспрепятствует переработке «сырья», использованию его по назначению, «производству» необходимой продукции. Соответственно, не позволит обеспечить отдельные органы и системы жизненно необходимыми для их работы веществами, а значит, не получится улучшить их функциональное состояние, нормализовать нарушенный обмен, отрегулировать нарушенные функции органов и систем. Такой организм не сможет защититься от вредного действия окружающей среды, не найдет сил и возможностей избавиться от внутреннего неблагополучия. Данный процесс невозможен без нормализации «программного обеспечения» работы «фабрик» и «заводов» клеток.
Рисунок 5.
Способом восстановления генома, метаболома, протеома клетки является использование определенных веществ и мероприятий, действующих на отдельные специализированные (в зависимости от существующего заболевания, территории проживания, особенностей организма) «программы производства», призванные обеспечить, в числе прочего, устранение действия неблагоприятных факторов внешней среды и последствия их влияния на организм.
Подобные вещества должны обладать свойствами КАТАЛИЗАТОРА - способностью «включать» или корректировать «программное обеспечение», специально предназначенное для того, чтобы преодолевать неблагоприятное действие определенных факторов внешней среды, усиливать и ускорять работу «фабрик» и «заводов» клеток, направленную на переработку и удаление вредных веществ, на регулирование функций органов и систем.
Выявленные каталитические эффекты некоторых пищевых веществ нашли отражение и в современном представлении об эволюции Жизни на Земле - важнейшая роль отводится пищевым веществам, обладающим подобными свойствами. Так, например, одна из современных гипотез эволюции Человека обоснованно предполагает, что факторами, которые «включили» «спящие» гены и катализировали превращение предков человека в Homo Sapiens , стали обработанная на огне пища и расширение рациона питания.
Что такое «катализ»? Существует ряд научных определений этого процесса.
Например: «Катализ - это процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами. Катализаторы - это вещества, изменяющие скорость химической реакции, они могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными. Каталитические реакции - реакции, протекающие в присутствии катализаторов.
Когда-то катализ рассматривался как особое, немного таинственное явление со специфическими законами. Сейчас мы знаем, что это не совсем так. Катализ по своей сущности - химическое явление. Изменение скорости реакции при каталитическом воздействии обусловлено промежуточным химическим взаимодействием реагирующих веществ с катализатором» (Г. К. Боресков, 1968).
«География» катализа необычайно широка и разнообразна - от многотоннажного производства органических веществ до управления жизненно важными биохимическими процессами в живой клетке (а возможно, и «управляемого» ядерного синтеза) - и охватывает поле деятельности исследователей многих профилей и направлений («Общая Химия», 1995).
Иными словами, катализ - это управление обменом веществ: активизация обмена или его торможение (иногда и это необходимо), в зависимости от исходного состояния организма и существующих проблем, которые необходимо решить с помощью направленного катализа специальных функций клеток, органов и организма в целом.
Катализ, в том числе направленный, регулирующий специфичные процессы при различных нарушениях, является одним из важнейших разделов Гигиены, поскольку пренебрежение данным этапом зачастую сводит на нет любые попытки по нормализации здоровья. Существует несколько видов катализа.
В гетерогенном катализе существует представление, что ускорителем реакций является адсорбция - сгущение количества молекул в поверхностном слое катализатора (Фарадей). Также известна теория «активных центров» (Констебль и Тейлор), согласно которой утверждается, что каталитически активна только незначительная доля (нередко не более 1%) поверхности катализатора. Сейчас это считается одним из основных представлений в катализе. Однако важно, какие элементы структуры кристаллической решетки служат активными центрами (и это предмет дискуссии в настоящее время). Некоторые исследователи считают, что каталитическими свойствами обладают все нарушения кристаллической структуры решетки, имеющие избыток свободной энергии (теория перенасыщения Рогинского). То есть при определении каталитической активности большое значение придается дефектам кристаллической решетки, любым отклонениям от идеальной периодичности при упаковке атомов в кристаллической решетке.
Анализ всех существующих теорий катализа (Полтарак, Боресков, Баландин и др.) позволяет сделать вывод, что главными являются понятия об активных центрах (как некотором углублении в теле катализатора) и группе атомов реагирующей молекулы - реактанта, которая временно фиксируется внутри центра, а затем (после разрыва в ней связей и образования новых) удаляется. Кроме того, важнейшим условием катализа является кратковременность встраивания молекул - реактантов в активные центры и быстрое последующее удаление из них, чтобы освободить место другим молекулам. От степени задержки реактанта в
активном центре зависит скорость катализа и принципиальная возможность протекания процесса катализа. Наиболее вероятной причиной непрочности и временности связи реактанта с активным центром является тепловое движение молекул (цеолит обладает свойствами гидрофобности и гидрофильности), которое стремится разорвать химические связи и оторвать молекулы с поверхности катализатора. Энергия отклонения атомов от узлов кристаллической решетки создает силу разуплотнения поверхностных слоев (СРПС) (молекулярная составляющая СРПС участвует в этом процессе).
Приведем такой наглядный, очень простой и доступный пример, построенный на аналогии.
Когда мы, например, готовим суп, то складываем по рецепту в кастрюлю лук, картофель, мясо, капусту..., не забываем посолить, накрываем крышкой и ставим на плиту. Так же мы вводим в организм флавоноиды, витамины и другие биологически активные вещества - на основании рекламы производителя или теоретического творчества в области того, что именно эти вещества крайне необходимы и важны при определенной болезни. Но следует заметить, что следующим этапом, который мы проделываем (и проделываем, не задумавшись) -ВКЛЮЧАЕМ ПЛИТУ, ПРИЧЕМ ИМЕННО ТУ КОНФОРКУ, НА КОТОРОЙ СТОИТ НАША КАСТРЮЛЯ с будущим ВКУСНЫМ супом. То есть, просто нагрузив организм некими полезными веществами, -витаминами, минеральными соединениями, флавоноидами, полиненасыщенными жирными кислотами и др. - мы «сложили в кастрюлю все необходимые ингредиенты, согласно рецепту», НО не активизировали те обменные процессы, в которых они используются, то есть НЕ ВКЛЮЧИЛИ ПЛИТУ!
Другой пример, объясняющий задачи катализа в рамках гигиены внутренней среды организма: для того, чтобы восстановить состояние какого-либо органа либо системы организма (сердечно-сосудистой, пищеварительной, нейроэндокринной, иммунной и других), специализированным клеткам необходимо произвести определенные регуляторные вещества. Для этого «фабрикам» и «заводам», во-первых, необходимо дать техническое задание. Например, перейти на выпуск «танков» для иммунной системы. Иначе соответствующий «завод» так и будет продолжать выпуск, допустим, «тапочек», и смысла в поставке сырья для производства «танков» не будет. Данный элемент катализа называется термином «геномика».
После этого в каждом «цехе» этой «фабрики» нужно ввести в «компьютер», управляющий «станками», соответствующую программу. В противном случае, один цех будет выпускать «башни для танков», а другой вместо «гусениц» - «стулья». Согласно медицинской терминологии, данный процесс соответствует термину «транскриптомика».
После того, как все «цеха» выпустят продукцию, необходимую для производства конечного вещества, на конечном этапе осуществляется «сборка» готового субстрата (протеомика).
И, наконец, готовый «танк» прибывает в необходимую точку и выполняет свою задачу - устраняет неблагополучие (метаболомика).
И только при условии выполнения данных этапов поставка в организм «сырья» в виде биологически активных веществ может быть обоснована и принесет ожидаемую пользу.
Безусловно, при наличии особенностей обмена, в том числе, обусловленном заболеваниями, необходим целенаправленный катализ определенных процессов. Или, другими словами, каждый раз необходимо «включать нужную конфорку», менять «техническое задание» определенным «фабрикам», «программы» - «цехам» и т.д.
После того, как Вы обеспечили освобождение околоклеточного пространства от вредных веществ, направленный катализ и снабдили организм необходимым «сырьем», он становится способным справиться с последствиями влияния неблагоприятных факторов внешней среды, обеспечить направленную регуляцию нарушенных вследствие заболеваний обменных процессов.
То есть над «фабриками» и «заводами» организма не идут «кислотные дожди», их «рабочие» не задыхаются от вредных выбросов, «руководству завода» переданы необходимые инструкции и задания, а в управляющие станками компьютеры введены правильные программы. После этого обмен обеспечивается необходимым сырьем и организм становится способным справиться с существующими нарушениями, обеспечить необходимую активность переработки вредных веществ и справиться с последствиями их воздействия.
Также важным является другой вид катализа - ферментный.
Ферменты представляют собой крупные белковые молекулы, по размерам превосходящие молекулы, подвергающиеся катализу, в сотни, а порой и в тысячу раз. На поверхности каждой ферментной молекулы имеется только один активный центр - углубление в виде щели, где размещается субстрат. Сущность ферментативного катализа сводится к следующему.
Существуют углубления определенной конфигурации внутри фермента и почти в точности подобные им по форме выступы в теле молекул субстрата. В процессе хаотического блуждания и соударения последних с катализатором выступы попадают в соответствующие углубления катализатора, и таким образом вся молекула субстрата временно фиксируется.
Гетерогенный катализ в микропористых средах обладает особенностями, не присущими ферментному катализу. Микропористые вещества (цеолиты, диатомиты, активированный уголь) являются хорошими катализаторами. Например, каталитическая активность цеолитов при крекинге нефти более чем на порядок превышает активность других катализаторов - аморфных алюмосиликатов. Большинство продукции современной нефтехимии получено с помощью цеолитовых катализаторов.
Это обусловлено тем, что кристаллическая структура цеолитов содержит огромное количество микропор, внутри которых расположены каталитически активные центры. Причиной высокой каталитической активности микропористых веществ считается, так называемый « эффект поверхностной кривизны», обусловленный особенностями влияния Ван-дер-вальсовских сил притяжения молекул внутри микропор. Кроме того, причиной высокой каталитической активности микропористых минералов является микропородиффузионный каталитический эффект (МДК-эффект), который способствует увеличению частоты соударения реагирующих молекул со стенками микропор и ускорению удаления из них продуктов реакций. Каждая молекула, попавшая внутрь микропор, как в малое замкнутое пространство, в результате частых соударений со стенками имеет большую вероятность столкнуться с активным центром и осуществить реакцию, а затем так же быстро удалиться из микропоры, освобождая место для новых молекул. Микропористые минералы регулируют (катализируют) обмен веществ и в живых организмах.
Разнообразие образующихся в цеолитах активных центров объясняет то, что цеолиты и катализаторы на их основе могут быть использованы практически для любого химического процесса см. рис. 6(а,б) (А.А. Кубасов, 1998).
В целях доступности понимания функций ферментного катализа в рамках гигиены внутренней среды организма также охарактеризуем его с помощью наглядного примера.
Определенные вещества, условно говоря, способны выполнять функции мельчайших роботов (нанороботов), специально запрограммированных на выполнение определенных операций (синтезировать вещества либо, наоборот, разрушать их).
Подобные вещества проявляют свойства направленного изменения различных процессов в организме, обеспечения синтеза важнейших веществ из поступающего в организм биологически активного «сырья», создавая тем самым необходимые условия для восстановления нарушенных звеньев обмена, целенаправленно помогая устранять различные нарушения.
В целом ферментный катализ как процесс имеет огромное прикладное значение в решении проблемы восстановления здоровья и, соответственно, избавления от заболеваний. Весьма заманчивы перспективы использования каталитических" процессов в терапевтических целях. Иммунная система организма могла бы быть «улучшена» за счет выработки антител, которые способны не только связывать токсины, бактерии, вирусы или раковые клетки, но и катализировать их разрушение. Уже не подлежит сомнению, что катализаторы должны найти широкое применение в биологии, химии, промышленности и медицине. Есть все основания ожидать, что катализаторы будут одним из важных инструментов биотехнологии, которая, скорее всего, станет преобладающей технологией XXI века.
Однако в случае применения БАД к пище при различных заболеваниях КАТАЛИЗОМ практически никто не занимается («конфорку не включает»), продолжая «пихать» в организм ингредиенты. В этом случае организм не сможет использовать биологически активные вещества, которые Вы в него ввели, «суп не приготовится» - эффекта от приема БАД к пище не будет. Это одна из причин, почему при использовании БАД к пище потребитель не получает ожидаемый эффект, попавшись недостаточно образованному консультанту, не владеющему знаниями о гигиене вообще и о гигиене внутренней среды организма, катализе, в частности.
Рисунок 6(a). Основные механизмы катализа модифицированных стандартизованных природных цеолитов
Рисунок 6(б). «Полет»
через структуру цеолита
(атомы других элементов
«экранированы» атомами
кислорода - голубого цвета
и натрия - красного цвета
и поэтому не видны).
Не обеспечив за счет катализа нормальную «производственную деятельность» клеток, не восстановив нормальную регуляцию их работы («программное обеспечение»), необоснованно надеяться и убеждать кого- либо в том, что то или иное средство повысит уровень здоровья, окажет положительный эффект при определенном заболевании. Однако, к сожалению, многие «консультанты», не пройдя специального лицензированного обучения в области функциональных основ питания, не имея представления об основах Гигиены, рекомендуют БАД к пище, специализированные продукты питания, утверждая, что одна упаковка поможет избавиться от заболеваний на том основании, что в ней содержатся определенные полезные вещества (полиненасыщенные жирные кислоты, флавоноиды и т.д.).
Подобная практика не учитывает основ биоорганической, аналитической химии, физиологии и многих других дисциплин, необходимых для правильного использования биологически активных веществ пищи.
Возьмем любое образующееся в организме или поступившее в него полезное вещество, например, сахар, витамины, микроэлементы. Без них организм погибнет. Но когда их количество избыточное - наступает отравление, которое может привести к тяжелым последствиям.
Отсутствие направленного катализа может приводить к тому, что чем больше биологическая доступность «полезного» вещества (флавоноидов, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов, микроэлементов и т.д.), тем выше риск вреда от их использования вне комплекса мероприятий ГИГИЕНЫ.
Например:
Витамины, микроэлементы из-за низкой активности специального обмена, вследствие отсутствия его катализа не успевают переработаться. Последствия - они не доходят до органов-потребителей, а из-за высокой биологической доступности (в составе специальных соединений и растворов) их избыток «отравляет» те системы, которые при нормальном, активированном обмене должны были их перерабатывать на пользу организму.
Растительные соединения (флавоноиды, полиненасыщенные жирные кислоты и др.) из-за нарушений «таможенной» функции органов (околоклеточное пространство, лимфатическая система) извращаются их свойства. Последствия необдуманного использования (например, смеси компонентов БАД с родиолой розовой) вызывают многоплановые нарушения различных систем, в том числе сдвиги иммунитета, характерные для скрытой аллергии, проявляющиеся иногда через 1-2 года - вплоть до бронхиальной астмы (Ю.М. Левин с соавт., 1999).
* - данное издание предназначено для широкой аудитории. Желающим на более глубоком уровне ознакомиться с данным направлением, рекомендуем специальную литературу, посвященную вопросам катализа (прим. отв. редактора).