Миллиметровые волны в биологии - Бецкий О.В.
Скачать (прямая ссылка):
Жизненный процесс связан с непрерывными изменениями в деятельности организма. Некоторые из этих процессов изменения регулярно повторяются, и их можно назвать регулярными. К ним относятся процессы метаболизма, период повторения которых сравнительно велик (часто около суток), сезонные изменения и многие другие. Влиять излучением на нормально протекающие процессы, вероятно, нет необходимости, и на быстро протекающие регулярные процессы даже невозможно, так как необходимая для получения остаточного био-
60
логического эффекта длительность воздействия СВЧ слишком велика (порядка 1 ч). Не могут дать положительного эффекта и воздействия излучения на нормально протекающие регулярные процессы с большим периодом: воздействия излучения лишь нормализуют процессы, а при нормальном их протекании организм успевает приспособиться к изменениям естественным путем.
Совершенно иначе обстоит дело, когда речь идет о нерегулярных процессах, т. е. о процессах, не повторяющихся или повторяющихся очень редко по сравнению с периодом времени, потребным для перестройки организма. Таковы, например, восстановление организма после повреждений или его перестройка, связанная с внезапным или быстрым изменением условий существования. Такие процессы нередко желательно ускорять.
В некоторых случаях пораженный болезнью или ослабленный вследствие возрастных изменений организм уже не способен самостоятельно, без дополнительных сигналов, поступающих извне, сформировать необходимые информационные структуры, и воздействие излучения позволяет восстановить утраченную ,функцию.
Таким образом, смысл и значение терапевтических воздействий могут заключаться в организации или ускорении протекания нерегулярных восстановительных или приспособительных процессов в организме.
Одна особенность излучения миллиметрового диапазона. Информационная ценность электромагнитных излучений неодинакова. Наименее ценны хаотические тепловые излучения в живых организмах. Несравненно более информативны упорядоченные электромагнитные колебания, причем их информативность возрастает с частотой. Не будем останавливаться на общеизвестном ~ на том, что с увеличением частоты колебаний v возрастает возможность передачи по одному каналу информации о быстро изменяющихся процессах или о большом числе процессов (что используется, например, в системах связи).
Для изучения специфических процессов в живых организмах особенно существенна, по-видимому, другая информация, связанная с длиной волны Л. Дело в том, что для резонансной системы, обладающей средним линейным размером L, число резонансных частот возрастает с укорочением Л пропорционально L/A. А каждому резонансу соответствует свой характер распределения
61
полей в системе, определяющей состояние системы. Скорость распространения акустоэлектрических колебаний ua в поляризованных клеточных мембранах, как уже отмечалось, примерно в 106 раз меньше скорости распространения электромагнитных волн в свободном пространстве. А это означает, что информативность определенного участка (составляющего некоторую долю средней волны) миллиметрового диапазона может превысить информативность таких же участков более высокочастотного диапазона. Например, информативность равного участка оптического диапазона оказывается приблизительно в 102 раз меньшей (акустоэлектрические волны с присущим им огромным замедлением, в оптическом диапазоне могут иметь место лишь вблизи абсолютного нуля, так как при нормальных температурах величина Л оказывается сравнимой с тепловыми флук-fуяциями размеров информационных структур.
Информационная ценность того или иного диапазона длин волн, особенно для живых организмов с их ограниченными энергетическими ресурсами, определяется не только его информативностью, но и энергетическими затратами на обеспечение определенного объема информации. Поэтому информационную ценность рационально определять отношением объема информации к энергетическим затратам на ее обеспечение.
Если для низкочастотных диапазонов, для которых Av < ItT1 а доминирующими являются шумы, имеющие тепловую природу, информационная ценность возрастает пропорционально v, то для частот, для которых Av > %kff где доминируют квантовые шумы, определяемые Дискретным характером излучения, положение изменяется на обратное. Дело в том, что для передачи некоторой информации в области, где Av ^> kT, необходимо число квантов, не меньшее некоторой величины. Поэтому энергия, нужная для уверенной передачи одной и той же информации, возрастает пропорционально v, что приводит к снижению информационной ценности диапазона. Дли миллиметрового диапазона Av лишь приблизительно на два порядка меньше kTt так что энергетические затраты ра обеспечение определенного объема информации в этом диапазоне близки к минимуму.
Таким образом, информационная ценность миллиметровых волн для изучения процессов в живых, организ-
62
мах особенно велика как вследствие очень малых величин V*, обеспечивающих высокую информативность при использовании этого диапазона, так и вследствие малых энергетических затрат на возбуждение колебаний па резонансных частотах, определяющих состояние системы.
