Миллиметровые волны в биологии - Бецкий О.В.
Скачать (прямая ссылка):
46
ного эффекта, тем выше степень сформированности информационной подструктуры на данной частоте.
Впрочем, во избежание неправильного понимания сказанного сразу оговоримся, что при этом необходимо учитывать тот факт, что и максимально возможная интенсивность генерации, и степень сформированности подструктур для разных частот могут быть различными, и это необходимо учитывать при истолковании результатов экспериментов. Но что очень существенно — такое выявление характера спектра может быть использовано для определения состояния организма или для диагностики его заболевания, а также для установления характера воздействия излучения, обеспечивающего желаемый терапевтический эффект.
Анализ механизма возбуждения колебаний миллиметрового диапазона в живых-клетках
Все оценки, начиная с первых попыток теоретического анализа экспериментальных фактов, связанных с воздействием излучения на живые организмы, говорили о том, что реагируют на воздействие излучения клетки и, более конкретно, клеточные мембраны. Об этом же говорит, в частности, практическое совпадение спектра резонансных частот одномембранных клеток и их мембран.
Механизм выработки клеткой информационного сигнала под воздействием внешнего излучения в какой-то мере аналогичен синхронизации колебаний многих осцилляторов. О природе этих осцилляторов можно судить по тонкой структуре спектров действия, возбуждаемых излучением, обусловленной, как это будет показано ниже, возможностью возбуждения в липидных клеточных мембранах акустических волн шепчущей галереи (волн, не излучающихся во внешнюю среду благодаря полному внутреннему отражению).
Для оценки можно принять, что упругие свойства этих мембран (см. рис. 4) определяются в основном их модулем упругости Ky и толщиной гидрофобной области Am : ^y-0>46 н/м» A" ^3-10"9 мм. Эти данные, дополненные величиной плотности р липидного (жиро-подобного) слоя (р с* 800 кг/м3), позволяют оценить
47
скорость t'a распространения акустических волн вдоль мембраны: иа ~ (Яу/рАм)1^. Она составляет ~ 400 м/с.
Мембраны ряда клеток и субклеточных элементов имеют форму цилиндров. Если колебания возбуждаются по периметру боковой поверхности этих цилиндров, то условие резонанса определяется равенством периметра nd (d — диаметр цилиндра) целому числу W длин акустических волн Л : Л = vjv, где v — частота колебаний. Поскольку = nd/A, то
v-iV(/Cy/pAM)1/2(nrf)-1.
Разделение по частоте Av между соседними резонансами соответствует изменению числа длин волн на ±1 и равняется
I Av I = vjnd & (/Су/рАм)1/2(яс?)-1.
Клеточные мембраны поляризованы, и на них имеется постоянная разность потенциалов, соответствующая напряженности поля порядка 1O6 В/см. Благодаря этому деформирующие мембрану акустические колебания вызывают появление переменного электрического поля — образуется акустоэлектрическая волна.
Пространственный период переменной составляющей электрического поля, естественно, равняется длине волны акустических колебаний. Например, для бактерии кишечной палочки, имеющей диаметр около 0,65 мкм, при возбуждении колебаниями с длиной волны в свободном пространстве К «= 6,5 мм (что соответствует частоте v = 46,1 ГГц) длина волны в мембрану приблизительно равна 10 нм. Электрическая длина N периметра близка к 200. Изменение длины волны в свободном пространстве между соседними резонансами составляет 3-10~2 мм. Это практически совпадает с экспериментальными данными.
Однако существенны не только количественные совпадения вычисленных и экспериментально установленных спектров действия. Более важно познавательное значение проведенного анализа. Как же можно интерпретировать эти оценки?
Прежде всего становится понятным, чем объясняется узость линии в спектрах действия, а также наличие в них полос, которым соответствует близкий биологический эффект. И то и другое связано с тем, что клеточные мембраны представляют собой для акустических
48
колебаний многочастотные резонансные системы, т. е. такие, в которых может возбуждаться большое число видов колебаний, и в некоторых из них (мало отличающихся величиной N) картины возбуждающихся полей оказываются сходными.
Становится понятным также, почему, судя по биологическому эффекту, на текущее функционирование здоровой клетки излучение действует относительно слабо: обычно только после нескольких сеансов облучения. Дело, видимо, в частности, в том, что полученное выше значение скорости волны va^ 400 м/с соответствует замедлению волны (снижению ее скорости по отношению к скорости света в вакууме) почти в 1 000 000 раз. Поэтому поле практически вплотную прижато к мембране: глубина проникновения б поля в мембрану для волны Я = 5 мм составляет всего ~ 1 нм.
Для того чтобы такая система оказалась связанной с волной, распространяющейся во внешней среде, необходимы специальные элементы связи. Забегая вперед, скажем, что такие элементы возникают лишь в неблагоприятных биологических условиях, на которые клетки или системы клеток отвечают структурной перестройкой. В нормальных условиях мембраны должны слабо излучать миллиметровые волны. Соответственно и внешнее излучение воспринимается ими слабо.
