Миллиметровые волны в биологии - Бецкий О.В.
Скачать (прямая ссылка):
Начальная реакция организма может проявляться при очень малом времени облучения ~ 0,001 с, но остаточные эффекты после прекращения действия излучения при этом не наблюдаются. Оказалось, что при использовании импульсного режима облучения биологический эффект остается неизменным, если общая длительность облучения (включающая паузы между им. пульсами) сохраняется такой же, что и длительность непрерывного облучения. Эксперименты показывают, что во многих случаях эффект действия излучения на организмы становится заметным лишь при многократных облучениях (сеансы облучения следуют друг за другом через сутки), каждое из которых длится 0,5— 2 ч, При этом увеличение длительности одноразового
21
облучения к аналогичному эффекту не приводит. В некоторых случаях в экспериментах с микроорганизмами для достижения оптимального эффекта требуется определенное число облучений.
Помимо перечисленных, нельзя пренебрегать и другими условиями проведения эксперимента, в частности в случае микроорганизмов, видом питательных сред, концентрацией взвесей микроорганизмов и т. п.
6. О ПЕРВИЧНЫХ ЭФФЕКТАХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
Несмотря на достоверность биологических эффектов миллиметрового излучения, вопрос о физических механизмах, лежащих в их основе, нельзя считать окончательно решенным. Биологически значимые эффекты появляются, как мы уже говорили, при использовании низкой интенсивности излучения, когда отсутствует общее повышение температуры облучаемого объекта. Кроме того, в ряде практически важных случаев воздействие имеет четко выраженный частотно-зависимый характер в очень узкой полосе частот, что является весьма необычным откликом живых организмов на внешнее электромагнитное воздействие. Простые энергетические оценки лишь подтверждают нетривиальность поиска ответов на эти вопросы.
В различное время разными учеными делались физические оценки действия миллиметрового излучения на биологические системы. Имеет смысл, хотя бы кратко, рассмотреть эти оценки, хотя ни одну из них и даже их совокупность невозможно использовать для объяснения механизма действия излучения на биообъекты.
Рассмотрим взаимодействие излучения с биологической средой на различных уровнях ее организации: от отдельных атомов или молекул до простейших структур, таких, как мембраны или инфраструктуры клетки.
Действие магнитной составляющей электромагнитного излучения может быть связано с дна- или парамагнитной ориентацией молекул, а также с изменением траектории движущейся заряженной частицы (под действием силы Лоренца). Действие электрической составляющей связано с колебательным движением свобод-
22
ных зарядов (электронов, ионов). Электрическая составляющая может изменить ориентацию молекул, имеющих начальный дипольный момент. Так как среда обладает электрическим сопротивлением и вязкостью, в ней возникают потери энергии. Эти процессы хотя и могут зависеть от частоты излучения, но вряд ли будут проявлять такую высокую критичность к ней, которая характерна для биологических экспериментов.
При облучении молекул энергия излучения расходуется на переходы молекул из одного энергетического состояния в другое. Переходы электронов между энергетическими состояниями соответствуют оптическому диапазону. СВЧ-диапазону соответствуют вращательные переходы или вибрационные переходы, если рассматривать сравнительно крупные структуры.
В случае совпадения частоты излучения с частотой вращения полярных молекул возможна резонансная перекачка энергии излучения молекуле. При таком взаимодействии структура молекулы не меняется, но вращательная кинетическая энергия ее увеличивается. Дл* эффективности энергообмена важно, чтобы этот процесс был длительным, а диссипация энергии минимальной. В случае молекул воды, как уже указывалось, резонансная перекачка энергии сопровождается быстрым ее рассеянием вследствие соударений молекул. Поэтому резонансный характер взаимодействия наблюдать экспериментально невозможно.
При анализе динамики молекулярных белков также можно выделить колебания отдельных фрагментов о частотами, лежащими в миллиметровом и субмиллимет* ровом диапазонах, однако эти движения ангармонич-ны и по истечении нескольких периодов колебаний прерываются тепловыми флуктуациями. Следовательно, внешнее электромагнитное излучение не может оказать существенного влияния на такие молекулярные движения.
Рассмотрим механизм взаимодействия, связанный с ограниченным вращением молекулярных сегментов. Ориентация такиД участков относительно остальной ча* CfH молекулы определяется потенциалом электростати? ческого взаимодействия между ними и окружающей средой. При анализе экспериментов по исследование влияния излучения на гемоглобин в диапазоне длин волн 6—8 MM ряд исследователей вуюказывал гипотезу
23
о воздействии излучения на молекулярную группу в активном центре гемоглобина — дистальний гистидин Е7, который может совершать вращательное качание с частотой, лежащей в этом диапазоне, и изменять характер связи между геном и глобином. По другой гипотезе миллиметровое излучение может возбуждать упругие колебания всего белкового тела, причем это возбуждение также может передаваться на гистидин Е7 (это — гипотеза «белок — машина», о которой мы также упоминали выше). В водных растворах картина взаимодействия существенно усложняется за счет, сильного поглощения излучения молекулами воды.
