Радиовибрационный механизм взаимодействия биологической ткани организмов с электромагнитными полями и излучениями

К настоящему времени еще не сложилось четкого представления о роли электромагнитных излучений (ЭМИ) и полей различного происхождения для живых организмов. Результаты ряда экспериментальных исследований по оценке модифицирующего действия электромагнитных излучений на объекты живой природы не находят зачастую адекватного биофизического толкования. Именно поэтому рассмотрение новых особенностей (механизмов) взаимодействия биологических структур организмов с электромагнитными полями и излучениями является актуальным.

Радиовибрационный механизм взаимодействия биологической ткани организмовс электромагнитными полями и излучениями

Прежде всего, обратим внимание на тот факт, что биологическая ткань состоит из клеток и межклеточного пространства. При этом особая роль в клеточном метаболизме принадлежит обменным процессам взаимодействия ионов, входящих в состав клетки (преимущественно ионы калия K+) и ионов, содержащихся вне её (преимущественно ионы Na+). Нарушения этого взаимодействия лежит в основе возникновения различного рода патологических процессов на различных уровнях организации организма [1].

Для описания радиовибрационного механизма взаимодействия биологической ткани с электромагнитными полями и излучениями целесообразно использовать модель биологической ткани, в которой были бы отражены основные её электродинамические свойства.

Ограничимся следующими её электрическими аналогиями. В частности, межклеточное пространство будем рассматривать как объемную сеть проводников электрических зарядов, которые перемещаются по этой сети в зависимости от характеристик электрических полей эндогенного и экзогенного происхождения. В ячейках этой сети находятся клетки, мембраны которых образуют поверхность указанных проводников. В зависимости от состояния клетки внешняя часть клеточной мембраны может быть заряжена или положительно, или отрицательно. Такая биофизическая особенность клеточного метаболизма создает в межклеточном пространстве на коротких расстояниях, равных среднему размеру диаметра клетки (около 10 мкм) непродолжительные по времени (от долей до единиц миллисекунд) разности потенциалов (несколько десятков милливольт), способствующих переносу ионов от одних участков клеточных структур к другим.

Таким образом, согласно описанной модели межклеточное пространство представляет собой пространство короткоживущих разнонаправленных потоков заряженных частиц (катионов и анионов). Вышеназванные потоки заряженных частиц в межклеточном пространстве можно представить как проводники с электрическим током плотности j. Так как эти проводники находятся в магнитном поле Земли c индукцией B, то на элемент объема dV их, будет действовать сила Ампера [2]

d F = j × B dV.

При этом многообразие ам плитудных значений плотностей электричес ких токов, их напра в лений порождают и многообр азие по амплитуде и направлению сил Амп ера, действующих на мембраны клеток, образующи е вышеназванные проводники.

Под воздействием этих сил , которые носят пульсирующий характер, бу дет происходить пр о странственно разнесенное возб уждение акустических колебаний в клеточн ых структурах за счет упругих деформаций мембран клеток. Такой радиовибра ционный эффект (механизм) лежит в основе обеспечения необходи мых условий для выполнения клеткой сокр атительной функции, повышение её двигательной активности.

Аналогичные процессы бу дут иметь место и при воздействии на клето чные структуры эле ктромагнитных излучений низкой интенсивности (менее 10 мВт/см ²) микроволнового диапазона. Отличие будет состоять лишь в том, что характер движения заряженных частиц будет опред е ляться не только электрическ ими процессами эндогенного происхождени я, но и параметрами внешне го электромагнитного излучения: его амплитудно -частотными характеристиками, поляризацией и интенсивностью.

Именно этот эффект можн о положить в основу объяснения высокой э ффективности прим енения сложно- модулированны х электромагнитных излучений низкой инте нс ивности в экспери менте при удлинении голени у собак [3].

Клеточные структуры орг анизма являются достаточно сложными си стемами. Управление сложной системой в целях под держания в них гомеостатических процессов должно обладать т а ким же необходимым разнообраз ием, как и сама система [4]. В природе такое управление на ос нове использования электрома гнитных излучений экзогенного происхожден ия напрямую связано с космическим микроволновым фоном [5]. Его использование позволяет «в ключить» в организме эволюционно сфор мированны е высокоэффективные механизмы регуляции . К сожалению, в н а стоящее время такие механизм ы используются организмом не в полной ме ре из -за сильного воз действия на него электромагни тных полей и излучений антропогенного пр оисхождения, а также других эко логически неблагоприятных факторов.

На основании полученных экспериментальных данных [6 –8] можно утверждать, что элек тромагнитные поля и излучени я антропогенного происхождения вносят оп ределенный «электр о динамический диссонанс» в метаболические процессы кл еточных структур организма. В боль шинстве случаев такие поля и излучения следует рассматривать для кле точных структур как стресс- фактор со всеми негативными для них последствиями.

Для противодействия ука занному процессу необходимо восстановит ь управляющую роль природного электромагнитног о фактора [9]. Для восстановления управляю щей роли природного электромагнитного фактора в виде космического микроволнового фона нео бходимо использов а ние моделированного его анал ога, интенсивность которого была бы сравни ма с интенсивностью электромагнитного излучения антропогенного происхождения [5].

В настоящее время разработаны устройства микроволновой терапии (рис. 1), в которых для лечения широкого спектра за болеваний человека применяется моделиро ванный космический микроволновой фон.

Рис. 1. Устройства микроволновой терапии

Основными принципами их построения, которые отражают основные характеристики микроволнового излучения ближнего и дальнего космоса, а также современное соотношение природного и антропогенного электромагнитного фактора, являются [10, 11]:

– использование одноканальных или многоканальных широкополосных передающих устройств в диапазонах микроволнового излучения природных источников ближнего и дальнего космоса, обеспечивающих излучение электромагнитной энергии с различными видами поляризаций и плотностью потока, сравнимого с интенсивностью электромагнитного фона антропогенного происхождения;

– для частотной и амплитудной модуляции высокочастотных излучений необходимо использование реальных параметров низкочастотных флуктуаций космического микроволнового фона или их аналогов, которые формируются аппаратными или программными средствами.

В разработанных устройствах для имитации космического микроволнового фона в диапазоне частот около 4,1 ГГц используются сложные виды амплитудной и частотной модуляции. Спектры генерируемых ими электромагнитных излучений (рис. 2) отражают многообразие флуктуации космического микроволнового фона.

Одно из эффективных приложений использования моделированного космического микроволнового фона может быть связано с повышением эффективности клеточного иммунитета организмов.

Давно установлено, что снижение эффективности клеточного иммунитета не позволяет организму противостоять развитию в организме патогенной микрофлоры, которая со временем начинает функционировать, как самостоятельная экосистема, способная противостоять воздействию антибиотиков не только эндогенного, но и экзогенного происхождения.

В этих условиях восстановление защитных функций организма может быть достигнуто за счет разобщения (раздробления) патогенной микрофлоры. Для этого необходимо осуществить воздействие на нее электромагнитным излучением низкой интенсивности с указанной выше частотно-временной структурой. Возбуждение при этом излучении в патогенной микрофлоре упругих колебаний будет лежать в основе разобщения клеточной структуры на более мелкие её фрагменты. В этой связи есть все основания предполагать, что указанное дробление будет сопровождаться изменением биофизических и биохимических свойств патогенной микрофлоры и, как следствие, способствовать снижению её резистентности к антимикробным препаратам.

Заключение

Рассмотренный выше «радиовибрационный механизм» является отражением новых особенностей взаимодействия организмов с электромагнитными полями и излучениями. Он позволяет дать биофизическую интерпретацию результатов ранее проведенных экспериментальных исследований по оценке противовоспалительного действия электромагнитных излучений природного происхождения при лечении широкого спектра заболеваний человека [12–15]. Высокая эффективность противовоспалительного действия разработанных аппаратных средств указывает на то, что уже сейчас можно говорить о разработке новой, очень перспективной, технологии лечения воспалительных заболеваний при использовании радиофизического подхода. Широкое внедрение этой технологии в мировую систему здравоохранения позволит значительно ослабить современные проблемы антибиотикотерапии.