Фракталите в нас

Фрактална физиология

Неслучайно в културата на Изтока и Западa се твърди, че целия свят се проявява в един човек, и човекът отразява целия свят. Така относителната фракталност на човека и света се представя във всеобща и цялостна форма.

Човекът представлява много сложен фрактален обект. Мускулите, костите (скелета), белите дробове, мозъка, кръвоносните съдове, различните проводящи тъкани, а и какъвто и да е клетъчен строеж имат фрактална структура.

Ясни примери за фрактални форми се откриват във физиологията: дихателната, кръвоносната, и нервната системи са забележителни примери за фрактална архитектура.





Бронхите и бронхиолите на белите дробове образуват „дърво“ с многобройни разклонения, които се разклоняват отново и отново. От близо дихателните пътища изглеждат по същия начин както и от по-отдалече.

Все още не е открит никакъв ясен генетичен, ензимен или биофизически механизъм, който да е отговорен за тази фрактална структура.

Анализът, който са направили американските учени Goldberger, Rigney и West, показал, че тази фрактална структура прави дробовете по-устойчиви на грешки в течение на разтежа.



Кръвоносните съдове имат фракталоподобни разклонения. По-големите съдове се разклоняват на по- малки съдове, които на свой ред се разклоняват на още по-дребни.
Някои неврони (нервни клетки), например, също имат фракталоподобна структура. Ако се разгледат под микроскоп може отчетливо да се видят излизащите от тялото на клетката асиметрични разклонени израстъци, наречени дендрити. При по-голямо увеличение може да се наблюдават още по-малки разклонения и т.н.




Схема: Vascular Anatomy


Представям малка хистологична галерия. Всеки може да открие сам фракталните структури.
 

Макар че фракталните анатомични структури изпълняват различни функции в различните органи, в тях все пак се забелязват някои общи анатомични и физиологични свойства. Фракталните разклонения или гънки значително увеличават площта на повърхността, необходима за всмукване (в тънките черва), разпределението или събирането на различни вещества (в кръвоносните съдовете, жлъчните протоци и бронхиолите) и обработката на информацията (в нервната система). Фракталните структури, благодарение на своето изобилие и нелинейност са системи, които са добре застраховани от повреди. Например, сърцето е способно да продължи работа при относително неголеми механични нарушения.


Хаосът е здравословен

Фракталните структури в човешкия организъм са резултат на забавената динамика на ембрионалното развитие и еволюция. Тези процеси, подобно на други процеси, пораждащи фрактални структури, демонстрират детерминиран хаос.

Неотдавна в хода на физиологически изследования били открити някои явни примери на хаотична динамика в по-кратки, достъпни за експеримент периоди от време. Установило се, че ритъма на здравото сърце има „шумен“ (хаотичен) тип изменчивост (горната кардиограма), докато при пациент с паралич на сърцето се откриват периодични осцилации, повторящи се 1 цикъл за минута (~.02 Hz)- долната кардиограма. 13 часа до спирането на сърцето ритъма е почти стабилен, а 8 денонощия до внезапната сърдечна смърт, сърдечния ритъм се характеризира с изразена периодичност.
Имайте предвид, че съгласно класическите физиологични догми, базиращи се на хомеостазиса, се смяташе , че трябва да се работи за да се отслаби шума и да се установи постоянно равновесно състояние.




В нервната система също могат да се наблюдават загуба на променливостта и появата на патологични периодичности при такива заболявания, като епилепсия, паркинсон и маниакално-депресивни психози.
Г. Майер-Крес от Лосаламоската национална лаборатория, П. Рап из Пенсилванския медицински колеж, са анализирали електроенцефалограми на здрави хора и също са открили признаци на хаос в нервната система.

О. Реслер и неговите колеги из Тюбингенския университет анализирали временните изменения в съдържанието на хормони в кръвта при здравите хора и установили наличие на явни хаотични флуктуации. При нормални условия количеството на левкоцитите в кръвта при здрав човек се изменят хаотично всеки ден, а в някои случаи при левкози то се колебае периодично.




Инструмент за динамичен анализ на сложните нелинейни системи, каквито представляват физиологичните системи, е тяхното поведение във „фазовото пространство„. Неотдавна Е.Л. Холдбергер, Дейвид Р. Ригни, Бр Дж. Уест анализирайки нормалния сърдечен ритъм в фазовото пространство, получават резултат по-близък до страннния атрактор, отколкото до цикличния, характерен за периодичните процеси.

Защо за сърдечния ритъм и другите процеси в организма, е свойствена хаотичната динамика? Такава динамика дава много функционални преимущества. Хаотичните системи са способни да работят в широк диапазон условия и затова лесно се адаптират към измененията. Тази пластичност позволява на системите да удовлетворяват изискванията на непредсказуемата и изменяща се външна среда.

Физиологията може да се окаже една от най-перспективните лаборатории за изучаване на фракталите и хаоса. На физиолозите все още предстои да разберат по какъв начин процесите на развитие водят до възникване на фрактални структури и как динамичните процеси в организма пораждат наблюдаваните признаци на хаос.

В недалечно бъдеще, благодарение на изучаването на фракталите и хаоса е възможно да се получат по-точни методи на анализ на различните нарушениятя на функциите на организма при стареене, заболявания и употребата на лекарственни препарати. 

http://bgchaos.com/318/fractals/curiosity/%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5-%D0%B2-%D0%BD%D0%B0%D1%81/