Миллиметровые волны в биологии - Бецкий О.В.
Скачать (прямая ссылка):
51
возбуждения колебаний зарядов, связанных с белковыми молекулами, совершающими колебания на своих резонансных частотах (за счет энергии метаболизма). Благодаря большому молекулярному весу этих молекул связанные с ними заряды в ходе колебаний могут передать СВЧ-полю мембраны значительную энергию. Обращает на себя внимание тот факт, что многие белковые молекулы работают, будучи ассоциированы с мембранами. Осцилляции отдельных белковых молекул можно уподобить колебаниям пружин, отвечающих затухающими колебаниями на собственных, достаточно многочисленных резонансных частотах на любые непериодические возмущения.
Как было описано Н. П. Диденко и ее сотрудниками, при комнатной температуре различные колебательные состояния белковых молекул находятся в тепловом равновесии, и их излучение практически не отличается от теплового. Для возбуждения когерентных колебаний* осцилляции этих белковых молекул должны быть сфази-рованы. Функцию фазирования по отношению к ассоциированным к ним молекулам могут выполнить мембраны. Но в здоровой клетке с недеформированными и неискаженными мембранами нет условий для преимущественного возбуждения каких-либо из резонансных частот. Поэтому тепловой характер излучения практически не нарушается.
Когда же вследствие тех или иных воздействий на клетку ее функционирование нарушается, мембраны деформируются и создаются условия для преимущественного возбуждения в них определенных резонансных частот. Это приводит к синхронизации колебаний белковых молекул, резонансные частоты которых совпадают или близки к преимущественно возбуждаемым в мембранах. Синхронизация и связанное с ней когерентное сложение колебаний повышают эффективность передачи энергии этих колебаний мембране и ее излучения в окружающее пространство. В результате зависимость излучения от частоты становится отличной от равновесного теплового излучения клетки: на резонансных частотах оно возрастает.
Нарушение теплового равновесия за счет увеличения излучения на определенных частотах приводит к перераспределению энергии между белковыми молекулами, направленному на восстановление равновесного состоя-
52
ния. Этот процесс связан с преимущественной передачей энергии молекулам, синхронизированным мембранами, так как излучение на их резонансных частотах превосходит излучение на частотах колебаний других молекул. Увеличение амплитуды колебаний определенных частот приводит к стягиванию к поверхности мембран, особенно в местах их искажений, белковых молекул, колеблющихся на соответствующих частотах. Амплитуда колебаний возрастает, острота резонансов повышается. Воздействие На поверхность мембраны стягиваемых к ней белковых молекул таково, что искажение поверхности сглаживается.
Таким образом, мы проследили возможный путь от нарушения функционирования клетки к возбуждению отражающих это нарушение когерентных колебаний и к устранению с их помощью исходных нарушений.
О механизмах внешней и внутриклеточной связей клетки на СВЧ
Мы упоминали о том, что связь здоровой, нормально функционирующей клетки с внешней средой очень слаба. Для ее усиления нужны специальные элементы связи. Но необходимость в приеме и излучении сигналов управления нередко бывает временной — от момента возникновения нарушений функционирования до восстановления нормальной жизнедеятельности, т. е. в периоды, когда СВЧ-излучение способствует организации восстановительных или приспособительных процессов в клетках. В периоды нормального функционирования клетки ее сильная связь с помощью СВЧ-поля с внешним пространством привела бы лишь к бесполезным потерям этого вида энергии.
Поэтому можно было ожидать, что и элементы связи в некоторых случаях будут представлять собой лишь временно существующие структуры. Поскольку СВЧ-поле прижато к поверхности мембран на расстояние порядка 1 нм, можно было ожидать, что элементы этих структур — зонды — должны иметь длину в несколько десятков ангстрем, с тем чтобы они могли вывести поле 9а пределы той области, в которой происходит полное
53
внутреннее отражение волн от поверхности мембраны. Очевидно, маловероятно, чтобы отвод энергии с помощью одиночного зонда мог обеспечить достаточную связь, в ряде случаев должны параллельно работать несколько зондов. Для эффективной работы существенно, чтобы они отходили от мембраны в точках, смещенных друг от друга на расстояния, равные или кратные длине волны, колебания в которых происходят в одинаковой фазе.
Проведенные с помощью электронного микроскопа морфологические исследования нейронов — нервных клеток — показали, что в период, когда на них воздействуют неблагоприятные факторы, на мембранах этих клеток появляются выступы (септы) — примембран-ные агрегаты. Эти выступы формируются постепенно, элемент за элементом из белковых молекул, концентрирующихся в определенных точках мембран. Высота этих выступов действительно оказалась равной нескольким десяткам ангстрем. Нередко септы образуют периодические последовательности со смещением одного элемента относительно другого, равным 10—12 нм. Таким образом, результаты радиотехнических и морфологических исследований подтверждают друг друга не только качественно, но и количественно.
