内部環境

内部環境（フランス語ではmilieu intérieur、フランス語発音: [mi.ljø ɛ̃.te.ʁjœʁ] ）は、19世紀のフランスの生理学者クロード・ベルナール^{[1] [2]}によって開発された概念であり、多細胞生物の組織や器官を保護する安定性を確保する間質液の生理学的能力を説明するために使用されました。

クロード・ベルナールは、 1854年から1878年に亡くなるまで、いくつかの著作でフランス語のmilieu intérieur (英語では内部環境) という語句を使用していました。彼はおそらく、この語句を組織学者のシャルル・ロバンから採用したのでしょう。ロバンは、古代ヒポクラテスの体液の考えの同義語として「milieu de l'intérieur」という語句を使用していました。ベルナールは当初、血液の役割のみに関心がありましたが、後に、この内部の安定性を確保する上で全身の役割も考慮するようになりました。^[3]彼は自分の考えを次のようにまとめています。

環境の固定性は、外部の変化が各瞬間に補償され、平衡が保たれるような有機体の完全性を前提としている。...すべての生命機構は、どれほど多様であっても、常に1つの目標を持っている。それは、内部環境における生活条件の均一性を維持することである。...内部環境の安定性は、自由で独立した生活の条件である。^[4]

ベルナルドの体内調節環境に関する研究は、同時期にドイツで行われた研究によってサポートされた。ルドルフ・フィルヒョウが細胞に焦点を当てる一方で、カール・フォン・ロキタンスキー(1804–1878) などの研究者は、特に微小循環の問題を中心に体液病理学の研究を続けた。ロキタンスキーは、病気はこの重要な微小循環、つまり体内の伝達システムの損傷から始まると提唱した。ウィーンの内科教授ハンス・エッピンガー(1879–1946)は、ロキタンスキーの見解をさらに発展させ、すべての細胞には適切な環境が必要であり、彼はこれを「正常な微小循環のための基質」と呼んだ。ドイツの科学者によるこの研究は、20世紀にアルフレッド・ピシンガー（1899-1982）によって引き継がれました。ピシンガーは、基質または細胞外マトリックスとホルモン系および自律神経系との間のつながりを定義し、そこに身体全体と細胞機能の複雑な調節システムを見出し、それを基質調節（das System der Grundregulation）と名付けました。^[5]

バーナードは、生命力という古代の考えを、身体の生理機能が複数の機械的平衡調整フィードバックを通じて調整される機械論的プロセスという考え方に置き換えるために、この概念を創り出した。 ^[6] ウォルター・キャノンの後の恒常性の概念（これも機械論的だが）にはこの配慮が欠けており、自然療法のような古代の概念の文脈でさえ提唱されていた。^[6]

キャノンはバーナードとは対照的に、身体の自己制御を知性の進化的出現と行使の要件とみなし、さらにその考えを政治的文脈に置いた。「国家において身体の内部環境に相当するものは何だろうか？最も近い類似物は、商品の生産と流通の複雑なシステム全体であると思われる」^[7] 。彼は、身体が内部の安定性を確保する能力との類似性として、社会はテクノクラート的な官僚制、つまり「バイオクラシー」によって自らを維持すべきであると示唆した。^[6]

内部環境というアイデアは、ノーバート・ウィーナーをサイバネティクスと負のフィードバックの概念に導き、神経系と非生物機械に自己制御をもたらすと指摘されており、「今日、バーナードの不変性仮説を形式化したサイバネティクスは、現代の認知科学の重要な先例の1つと見なされている」^{[3] 。}

ベルナールの考えは19世紀には当初無視された。ベルナールは近代生理学の創始者として高く評価されていたにもかかわらず（実際、科学者としてはフランス初の国葬が行われた）、この考えは無視された。ブリタニカ百科事典1911年版でさえこの考えに触れていない。彼の内部環境に関する考えが生理学の理解の中心になったのは、20世紀初頭になってからである。^[3]ジョセフ・バークロフト、ローレンス・J・ヘンダーソン、そして特にウォルター・キャノンと彼の恒常性に関する考えによって、この考えは初めて現在のように認識され、地位を得た。^[6]現在の第15版では、この考えがベルナールの最も重要な考えであると記されている。

ベルナールの実りある内部環境の概念は、細胞と細胞外マトリックスまたは基底システムの相互依存性という観点から内部生理学を理解するための基礎を提供しただけでなく、複雑な恒常性ダイナミクスを可能にするコミュニケーションシステムに関する重要な研究にもつながっています。^[8]

最初の研究はアルベルト・セント＝ジェルジによって行われ、彼は有機的なコミュニケーションは分子のランダムな衝突だけでは説明できないという結論に達し、エネルギー場と結合組織を研究した。彼は、生体システムにおける電荷移動の非電解的メカニズムに関する、モグリッヒとショーン（1938）^[9]およびジョーダン（1938）^[10]による以前の研究を認識していた。これは1941年にブダペストで行われたコラニ記念講演でセント＝ジェルジによってさらに探求され、サイエンスとネイチャーの両方に掲載され、タンパク質は半導体であり、生物内で自由電子を迅速に移動できると提唱された。この考えは懐疑的に受け止められたが、現在では細胞外マトリックスのすべてではないにしてもほとんどの部分が半導体特性を持っていることが一般に認められている。^{[11] [12]コラニ記念講演は、}ナノ電子回路に生体分子半導体を使用する分子エレクトロニクス産業の成長のきっかけとなった。

1988年、セント・ジェルジは「分子は相互作用するために互いに接触する必要はない。エネルギーは電磁場を流れることができる」と述べ、「電磁場は水とともに生命の基質を形成する」。この水は、タンパク質、DNA、基質内のすべての生体分子の表面にも関連している。これは代謝機能に安定性をもたらす構造化された水であり、細胞外基質^[13]およびDNA[14]の主要なタンパク質であるコラーゲンにも関連している。^{[15]構造化された水は、プロトンのエネルギーフローのチャネルを形成することができる（}生体電気を生成するためにタンパク質構造を流れる電子とは異なる）。ミッチェル（1976）は、これらの流れを「プロティシティ」と呼んでいる。^[16]

ドイツでは過去半世紀にわたり、体内のコミュニケーションシステム、特に基底システムとの関連に焦点を当てた研究が続けられてきました。この研究により、基底システムまたは細胞外マトリックスと細胞システムの相互作用が「基底調節システム」として特徴づけられ、そこに恒常性の鍵、つまり体全体のコミュニケーションとサポートのシステムがあり、すべての機能にとって重要であるとみなされました。^[5]

1953 年、ドイツの医師で科学者のラインホルト・フォルは、鍼治療に使われるツボが周囲の皮膚とは異なる電気的特性、つまり低い抵抗を持っていることを発見しました。フォルはさらに、ツボの抵抗を測定すると、内臓の状態に関する貴重な指標が得られることを発見しました。「基底調節システム」の概念の創始者であるアルフレッド・ピシンガー博士、ヘルムート・シメル博士、ハルトムート・ハイネ博士は、フォルの皮膚電気スクリーニング法を使用して、さらに研究を行いました。このさらなる研究により、遺伝子はコントローラーというよりも、細胞やより高次のシステムがどのように機能するかについての青写真の保管​​庫であり、生物学的活動の実際の調節 (エピジェネティック細胞生物学を参照) は「基底調節システム」にあることが明らかになりました。このシステムは、すべての細胞間の複雑な結合組織である基底物質 (細胞外マトリックスとも呼ばれる) 上に構築されています。この基底物質は、「非晶質」基底物質と「構造的」基底物質で構成されています。前者は「結合組織の線維芽細胞によって生成され維持される透明な半流動性のゲル」であり、高度に重合した糖タンパク質複合体で構成されています。 ^{[17] [信頼できない情報源? ]}

ドイツの研究によると、基質は細胞に出入りするものを決定し、恒常性を維持しますが、これには複雑な信号に応答するための迅速な通信システムが必要です (ブルース・リプトンも参照)。

これは、基質の糖ポリマーの分子構造の多様性、新しい物質を迅速に生成する能力、およびそれらの高い相互接続性によって可能になります。これにより冗長性が生まれ、すべての生物に存在する動的恒常性の上下の値の制御された振動が可能になります。これは、基質の高速応答の「短期記憶」の一種です。この不安定な能力がなければ、システムはすぐにエネルギーの平衡状態に移行し、不活性と死をもたらします。^[17]

生化学的生存のために、すべての生物は基質の構成要素を迅速に構築、破壊、再構築する能力を必要とする。^[17]

基質を構成する分子の間には、位置エネルギーの最小面がある。基質の物質の充電と放電は「バイオフィールド振動」（光子場）を引き起こす。これらのフィールドの干渉により、基質を貫通する短寿命（10-9秒から10-5秒まで）のトンネルが形成される。ドーナツの穴のような形をしたこれらのトンネルを通って、大きな化学物質が毛細血管から基質を通り、臓器の機能細胞に入り、また戻ってくる可能性がある。すべての代謝プロセスはこの輸送メカニズムに依存している。^[17]

体内の主要な秩序あるエネルギー構造は、コラーゲンなどの基質によって作られます。コラーゲンは、その圧電特性により、エネルギーを伝導するだけでなく、エネルギーを生成します。

水晶のように、基質とより安定した結合組織（筋膜、腱、骨など）のコラーゲンは、機械的エネルギー（圧力、ねじれ、伸張）を電磁エネルギーに変換し、それが基質を通じて共鳴します（Athenstaedt、1974）。しかし、基質が化学的に不均衡であれば、体を通じて共鳴するエネルギーは一貫性を失います。^[17]

これは、ハンス・セリエが説明した適応反応で起こることです。基底調節のバランスが崩れると、慢性疾患の可能性が高まります。ハイネの研究によると、未解決の感情的トラウマによって神経伝達物質 Pが放出され、コラーゲンが通常の構造よりも整然とした六角形構造をとるようになり、基底物質のバランスが崩れます。彼はこれを「感情的な傷跡」と呼び、病気には心理的原因がある可能性があるという重要な科学的証明を「提供する」としています。^{[17] (}ブルース・リプトンも参照)

基底調節システムの重要性を特定する最初の研究はドイツで行われましたが、細胞外マトリックスを介した細胞間および細胞内コミュニケーションの影響を調べる最近の研究は米国やその他の国で行われています。^{[説明が必要]}

細胞外、嚢胞骨格、核成分間の構造的連続性は、ヘイ^[18]、ベレズニーら^[19]、オシュマン^[20]によって議論された。歴史的に、これらの要素は基質と呼ばれ、その連続性のために、体のあらゆる部分に届き接触する複雑に絡み合ったシステムを形成するように機能する。1851年にはすでに、神経系と血液系は細胞に直接接続するのではなく、細胞外マトリックスを介して媒介されることが認識されていた。^[21]

細胞外マトリックスのさまざまなグリコールタンパク質成分の電荷に関する最近の研究では、グリコサミノグリカンの負電荷の密度が高いため（ウロン酸残基の硫酸基とカルボキシレート基によって提供される）、マトリックスはあらゆる点で電子を吸収および供与できる広範な酸化還元システムであることが示されています。^[22]この電子伝達機能は細胞の内部まで達し、細胞質マトリックスも強く負に帯電しています。^[23]細胞外マトリックスと細胞マトリックス全体が、電荷の生物物理学的貯蔵システムまたは蓄積装置として機能します。

熱力学的、エネルギー学的、幾何学的観点から、基質の分子は極小の物理的および電気的表面を形成すると考えられており、極小表面の数学に基づくと、ごくわずかな変化が基質の遠隔領域に大きな変化をもたらす可能性がある。^[24]この発見は、膜輸送、抗原抗体相互作用、タンパク質合成、酸化反応、アクチンミオシン相互作用、多糖類のゾルからゲルへの変換など、多くの生理学的および生化学的プロセスに影響を与えると考えられている。^[25]

マトリックス内の電荷移動プロセスの説明の1つは、「バイオポリマー経路に沿った高度にベクトル化された電子輸送」です。^[26]他のメカニズムには、マトリックス内のプロテオグリカンの周囲に生成される負電荷の雲が含まれます。細胞や組織には可溶性で可動性の電荷移動複合体も存在します（例：Slifkin、1971年、^[27] Gutman、1978年、^[28] Mattay、1994年^[29]）。

カリフォルニア工科大学のルドルフ・A・マーカスは、駆動力が一定レベルを超えると、電子移動は加速するのではなく減速し始めることを発見しました（マーカス、1999）^{[30] 。そして、化学システムにおける電子移動反応の理論へのこの貢献により、1992年に}ノーベル化学賞を受賞しました。この研究の意味は、生体システムの場合と同様に、ベクトル電子輸送プロセスは電位が小さいほど大きくなる可能性があるということです。