Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Физико-биологические механизмы воздействия электромагнитных полей на биосистемы 15
1.1 .Исторический аспект и постановка задач исследования
1.2. Существующие теории биофизического механизма взаимодействия электромагнитных полей с живой материей 19
1.3.Клинический опыт использования электромагнитных полей низкой интенсивности 29
1.4.Механизмы активации клеточных электромагнитных полей при внешнем облучении 37
1.5.Известные концепции оценки характеристик собственного электромагнитного поля клетки 42
І.б.Биоинформационная природа воздействия низкоинтенсивных электромагнитных полей на живой организм; биосферная экология 48
ГЛАВА 2. Физико-биологические модели электромагнитных резонансных эффектов 53
2.1. Частотный и двойной частотный резонансы на клеточном уровне.. 53
2.2. Стохастический резонанс в шумовом спектре собственных электромагнитных полей биообъекта 62
2.3. Природная асимметрия биологических структур и киральный (частотно-киральный) резонанс 72
2.4. Фрактальная структура биообъектов и множественное распределение резонансов 82
2.5. Комбинированные виды биорезонансов 106
Глава 3. Жизнедеятельность в аспекте биорезонансных явлений, вызванных электромагнитными полями (теория и эксперимент)... 108
3.1. Роль излучений дальнего и ближнего космоса в процессах жизнедеятельности 108
3.2. Влияние солнечного излучения и малых доз радиоактивных излучений 115
3.3. Акцепторная роль организма в отношении внешних излучений. Базовая теорема 120
3.4. Электромагнитный перенос собственных полевых характеристик биообъектов (экспериментальное исследование) 127
3.5. Сано- и патогенные эффекты внешнего облучения в рамках биорезонансной концепции (норма и адаптация) 135
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования электромагнитных биорезонансов 141
4.1. Схемы постановки экспериментов по исследованию биорезонансных электромагнитных эффектов 141
4.2. Исследования биорезонансов в фрактальных растительных средах. 151
4.3. Стохастические биорезонансные явления в бактериальных популяциях 157
4.4. Киральный биорезонанс: исследования в опытах с воздействием на организм право- и левовращающихся полей 165
4.5. Частотный и двойной частотный резонансы: исследования в опытах с воздействием на млекопитающих низкоинтенсивного электромагнитного излучения 175
Выводы и практические рекомендации 187
Список использованной литературы 189
Приложение: акты внедрения результатов диссертационной работы
- Существующие теории биофизического механизма взаимодействия электромагнитных полей с живой материей
- Стохастический резонанс в шумовом спектре собственных электромагнитных полей биообъекта
- Влияние солнечного излучения и малых доз радиоактивных излучений
- Стохастические биорезонансные явления в бактериальных популяциях
Введение к работе
Актуальность темы. В последние 20...25 лет все больший интерес биофизиков привлекают вопросы воздействия на живые организмы низкоинтенсивных, то есть нетепловых (Р < 10 мВт/см ) электромагнитных излучений (ЭМИ) крайневысоких частот (КВЧ, 30 -^ 300 ГГц), сверхвысоких частот (СВЧ, 3 -^ 30 ГГц), излучений более длинноволновых диапазонов, а также низкочастотных (/"< 200 Гц) низкоинтенсивных (В < 50 мТл) магнитных полей (МП). Биоинформационный характер таких воздействий акцентирован в самом названии Тульской научной школы биофизики полей и излучений и биоинформатики, в рамках которой выполнена настоящая работа. Однако еще выдающийся русский энциклопедист XVIII века А.Т. Болотов практически использовал электролечение. Собственно говоря, и сама наука биофизика началась с опытов Гальвани. У истоков биофизики полей и излучений стояли выдающиеся отечественные ученые: Н.А. Умов, А.Л. Чижевский, А.А. Любищев, А.Г. Гурвич, Н.Д. Девятков и Л.А. Блюменфельд.
В современной России и странах СНГ сложились авторитетные научные школы биофизики полей и излучений; в первую очередь, это Пущинская биофизическая школа Е.Е. Фесенко (Н.К. Чемерис, Т.Н. Пашовкин, А.Б. Гапеев и др.), радиофизическая школа ИРЭ РАН (Ю.В. Гуляев, О.В. Бецкий и др.), Крымская школа гелиобиологии (Н.А. Темурьянц, Б.М. Владимирский и др.), Тульская школа биофизики полей и излучений (А.А. Хадарцев, Т.И. Субботина, А.А. Яшин и др.), Самарская радиофизическая школа (В.А. Неганов, А.Н. Волобуев и др.). Активно работают в данном направлении и зарубежные исследователи (Н. Frohlich, 1988; W.R. Adey, 1988; F. Kaiser, 1992 и др.).
К настоящему времени выявлено значительное число биофизических эффектов воздействия ЭМИ КВЧ и СВЧ, а также МП природного (геомагнитное поле Земли) и искусственного (технического) происхождения на биообъекты. В частности, достоверно установлена реакция организма в
-6-части основных органов и систем: сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварения, а также других. Во многом полученные результаты суммированы в обобщающих работах: воздействие ЭМИ КВЧ (N.D. Deviatkov, O.V. Betskii, 1994), низкоинтенсивных МП (В.Н. Бинги, 2002), воздействие ЭМИ КВЧ на фотосинтезирующие организмы (А.Х. Тамбиев и др., 2003), биоинформационный характер данных воздействий (А.В. Сергеев, Т.И. Субботина, А.А. Яшин, 2002).
В названных исследованиях удачно сочетаются фундаментальные биофизические и прикладные интересы, прежде всего, использование ЭМИ КВЧ и МП в клинической медицине - КВЧ-терапия и магнитотерапия (М.В. Теппоне, 1997; A.M. Беркутов и др., 2000; СП. Ситько и др., 1999). Вместе с тем, в большинстве как чисто биофизических, так - и особенно - в прикладных исследованиях не акцентируется вопрос об имманентности биорезонансного характера взаимодействия физических полей с живым веществом в самой основе жизнедеятельности. Это самый важный и существенный момент как в смысле понимания биофизики соответствующих процессов, так и оценки ситуаций, в которых организм - под воздействием внешних ЭМИ и МП - выходит за пределы адаптационных норм и в нем развивается патологический процесс. Исследованию биорезонансных эффектов в естественных и искусственных электромагнитных полях, как имманентного фактора жизнедеятельности, и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование биорезонансов, возникающих в живом организме под воздействием естественных и искусственных (технических) низкоинтенсивных электромагнитных полей, являющихся важной составляющей процессов жизнедеятельности, имманентной самой жизни.
Для эффективного достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать известные теории и концепции электромагнитных биорезонансов, их использование в медико-биологических исследованиях и в клинической медицине.
Разработать физико-биологические модели частотного, стохастического и кирального биорезонансов при воздействии внешних электромагнитных полей (ЭМП) и МП.
Исследовать фрактальную структуру биообъектов в связи с множественным (широкополосным) характером электромагнитных резонансов.
Исследовать основные процессы жизнедеятельности в аспекте биорезонансных явлений, вызванных внешними (природными) ЭМП.
Выявить характеристики внешних (природных и технических) ЭМИ, вызывающих саногенные и патогенные эффекты.
Выполнить экспериментальные исследования по всем учитываемым видам электромагнитного резонанса на объектах живой природы, включая микроорганизмы и фотосинтезирующие биосистемы.
Определить основные области практического использования эффектов электромагнитного биорезонанса в искусственных ЭМП и соответствующие ограничения.
Методы исследования. Для реализации цели исследования и поставленных задач диссертации использовались методы биофизики, электродинамики и техники электромагнетизма, а также методы математической статистики для обработки результатов биофизического эксперимента. Для получения последних использованы основные методы экспериментальной обработки и медико-биологических исследований: методы Туголукова и Анисона - Мирского (в модификации Черникова), морфологические и микробиологические исследования, биохимические и гемодинамические исследования.
Научная новизна. Выполнено комплексное теоретико-экспериментальное биофизическое исследование с практическими выводами для биомедицины,
утверждающие, что биорезонансные эффекты при внешнем воздействии ЭМИ имманентны процессам жизнедеятельности.
Выполнено физико-биологическое моделирование основных видов биорезонансов в электромагнитных полях (частотного, частотного с модуляцией, стохастического и кирального).
Экспериментально выявлены на биообъектах различных классов - от фотосинтезирующих биосистем до млекопитающих - основные виды биорезонансов по морфологическим и другим исследованиям отклика организма.
Исследована фрактальная структура объектов живой природы, обуславливающая множественные биорезонансы при изменении параметров облучающего ЭМП.
Обоснованы области применимости немедикаментозных методов лечения с использованием биорезонансов с выявлением характеристик воздействующих ЭМИ, не приводящих к патогенным эффектам.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования. Полученные результаты могут быть использованы в теоретической и экспериментальной биофизике и медико-биологических исследованиях при дальнейшем изучении биорезонансной реакции организма на воздействие низкоинтенсивных ЭМИ и МП природного и технического (искусственного) происхождения. В прикладном аспекте полученные результаты теоретической проработки и биофизических экспериментов позволяют более обоснованно подойти к разработке методологии КВЧ-терапии и магнитотерапии с точки зрения выбора параметров воздействующих на организм пациента ЭМИ и МП и тем самым свести к минимуму риск побочного, в том числе отдаленного, наследственного, негативного воздействия. Наконец, результаты диссертационной работы позволяют оценить степень патогенного воздействия природных и технических полей, в частности, для групп профессионального риска: в
промышленности, связи, в здравоохранении ( персонал физиотерапевтических кабинетов).
Основные результаты внедрены (в рамках научного сотрудничества) в научно-исследовательские работы в области биофизики, медицины, медицинского приборостроения, а также в учебный процесс в следующих организациях и учреждениях России, Украины и Киргизии: ГУП НИИ новых медицинских технологий (Тула), Тульский государственный университет, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, Волгоградский государственный университет, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Курский государственный технический университет (кафедры КЗИС и БМИ), МГУ им. М.В. Ломоносова (биологический факультет), Смоленская государственная медицинская академия, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасск), НОУ ВПО «Омский гуманитарный институт», Институт биофизики РАН (Пущино), ООО «Исток Аудио Трейдинг» (Фрязино), Институт «Трансмаг» НАН Украины (Днепропетровск, Украина), НИИ проблем семьи Донецкого государственного медицинского университета им. М. Горького (Донецк, Украина), Киргизско-Российский славянский университет, лаборатория биотехнологий (Бишкек, Киргизия).
Соответствующие акты внедрения приведены в приложении к диссертации.
Работа выполнена в рамках целевых программ, в которых участвовали ГУП НИИ НМТ и медицинский факультет ТулГУ (объединенная лаборатория биофизики полей и излучений и биоинформатики) в 1998-2005 гг., в частности, ее результаты использованы при выполнении заказных НИР «Кальб», «Отмель-2М», «Шунгит-Био», «Веер-НМТ» (по заказу «KRUNG SIAM» St. Carlos Medical Centre, Таиланд, Бангкок), проект МНТЦ №1023, а также в рамках международного научного сотрудничества: Институт «Трансмаг» НАН Украины, Днепропетровская областная клиническая
больница, НИИ гастроэнтерологии НАН Украины (Днепропетровск), Институт общей и неотложной хирургии АМН Украины (Харьков), Киргизско-Российский славянский университет (Бишкек, Киргизия) -лаборатория биотехнологий, проект МНТЦ-KR-156.2 (2000-2002 г.).
Основные положения, выносимые на защиту. В соответствии с поставленной целью и задачами, на защиту выносятся следующие положения:
создание непротиворечивой биофизической и радиофизической концепции биорезонанса при воздействии на живой организм внешних ЭМИ;
разработка физико-биологических моделей основных видов биорезонанса в электромагнитных полях: частотный, стохастический и киральный;
исследование фрактальных структур биообъектов, как фактор множественных распределенных биорезонансов;
разработка теории электромагнитных биорезонансных явлений как фактора жизнедеятельности, имманентного организации жизни;
экспериментальные исследования основных видов биорезонанса на млекопитающих (мыши, крысы), микроорганизмах и фотосинтезирующих организмах;
экспериментально-теоретическое обоснование параметров воздействующих на организм ЭМИ с сано- и патогенными эффектами.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации были представлены и обсуждены на научных мероприятиях различного уровня в период с 1998 по 2005 гг., в том числе: «Фридмановские чтения» -Всероссийская научная конференция (Пермь, 1998); Международный конгресс «Медицинские технологии на рубеже веков: Биология. Медицина. Техника. Экономика» (Тула, 1998); Второй и Третий Международные симпозиумы «Биофизика полей и излучений и биоинформатика» (Тула, 1998 и 2000); Постоянно действующий семинар Московского НТОРЭС им. А.С. Попова «Электродинамика и биоинформатика» (Москва, 1998-2005); XXVI И XXVII Конференции профессорско-преподавательского состава ТГПУ им.
-11-Л.Н. Толстого (Тула, 1999 и 2000); Международная конференция по биомеханике (Пермь, 1999); VI Международная конференция «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (Самара, 1999); VII Международная конференция «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 1999); III Международная конференция «Радиоэлектроника в медицинской диагностике» (Москва, 1999); I Всесибирский конгресс женщин-математиков (Красноярск, 2000); X Международная школа-семинар «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и низких частот» (Москва, 2002); III Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (Волгоград, 2004).
Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, анализе современного состояния проблемы, разработке физико-биологических моделей основных видов электромагнитных биорезонансных явлений, обосновании базовой концепции электромагнитных биорезонансов как имманентного живой природы фактора жизнедеятельности, постановке биофизических экспериментов и анализе их результатов, разработке методологии оценки сано- и патогенных эффектов, вызываемых внешним облучением ЭМП и МП организма, системной адаптации аппаратуры (КВЧ-генераторов, магнитогенераторов, линий обработки сигналов) для биофизического эксперимента, выработке требований к техническим характеристикам клинической аппаратуры КВЧ-терапии и магнитотерапии.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано в 1998 - 2005 гг. 14 работ, в том числе 8 статей в центральной научной периодике, 6 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения (выводов), списка использованной литературы (214 источников на русском и английском языках, включая патентный поиск) и приложения (акты внедрения основных результатов диссертационной работы) - общим объемом 228 страниц. Работа содержит 72 иллюстрации, 6 таблиц.
Аннотированное содержание работы
Во введении рассмотрено современное состояние теории и практики биорезонансного воздействия ЭМИ и МП на биообъекты, обсуждены существующие методы исследования, обоснована актуальность темы исследования. Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, его научная новизна и практическая значимость. Аннотировано содержание результатов работы.
В первой главе рассмотрено современное состояние вопросов изучения физико-биологических механизмов воздействия низкоинтенсивных ЭМП и МП на живой организм, включая исторический аспект. Выполнен анализ существующих концепций биофизического, биорезонансного механизма взаимодействия ЭМП с биообъектами, а также клинического опыта использования ЭМИ низкой интенсивности (КВЧ-терапии). Особое внимание уделено исследованиям активации собственных клеточных ЭМП при внешнем облучении. Аналогично рассмотрены вопросы воздействия низкоинтенсивных МП. Показано, что взаимодействие низкоинтенсивньк ЭМИ с живым организмом носит не энергетический, а информационный (биоинформационный) характер.
Во второй главе разработаны физико-биологические модели электромагнитных резонансных явлений (базовая теоретическая глава работы). Исследованы основные виды биорезонансов: частотный и двойной частотный (с модуляцией несущей частоты ЭМИ) на клеточном уровне, то есть на уровне взаимодействия внешнего, облучающего ЭМИ с собственными ЭМП клеточных структур. Исходя из теории увеличения степени порядка в шумовом ансамбле при воздействии внешнего детерминированного сигнала, разработана физико-биологическая модель стохастического резонанса в шумовом спектре собственных ЭМП биообъекта, что адекватно реальным процессам взаимодействия внешних ЭМИ с живым веществом. Исследована природная асимметрия биоструктур (киральность живой материи) и разработана физико-биологическая модель кирального резонанса, то есть
совпадение поляризации воздействующего ЭМИ и вида асимметрии (правая D и левая L) биомолекул.
Рассмотрены комбинированные виды биорезонансов и разработаны соответствующие физико-биологические модели. С использованием новой отрасли математики - фрактальной геометрии - рассмотрена фрактальная структура биообъектов; именно такая структура позволяет говорить о множественном распределении биорезонансов. Особенно это относится к фотосинтезирующим организмам (растениям). Построены соответствующие модели.
Третья глава посвящена обоснованию базового положения диссертационной работы: биорезонансы в естественных (о искусственных речь особая) ЭМП имманентны самому возникновению и функционированию биосистем. Исследована роль излучений дальнего и ближнего космоса в процессах гомеостаза, в частности, солнечного излучения во всех его спектральных диапазонах, а также сверхнизких доз естественных радиоактивных излучений.
Определена акцепторная роль живых организмов в отношении внешних излучений; на примере экспериментов по электромагнитному переносу собственных полевых (ЭМП организма) характеристик биообъектов сформулирована базовая теорема, гласящая, что воздействие ЭМИ на живой организм всегда векторно: от источника на биообъект (акцептор ЭМИ). Поэтому все живые объекты биосферы связаны между собой по ЭМП солнечного излучения, а воздействие одного биообъекта на другой посредством направленного и ненаправленного излучения собственных ЭМП (основное утверждение парапсихологии, экстрасенсорики, «передачи мысли на расстоянии» и т.п. вплоть до квазинаучных теорий) есть заблуждение и не имеет под собой серьезных биофизических обоснований.
Исследованы сано- и патогенные эффекты внешнего облучения в рамках биорезонансной концепции; здесь основной вывод: при проектировании
аппаратуры и процедур КВЧ-терапии и магнитотерапии необходим тщательный выбор параметров воздействующих ЭМИ, чтобы свести к минимуму возможность сопутствующей патологии.
Четвертая глава содержит результаты исследований электромагнитных биорезонансов. Для экспериментов с частотным биорезонансом выполнены морфологические исследования опытных животных, подвергшихся воздействию ЭМИ. Выполнен анализ полученных эффектов, причем животные (крысы Wistar , мыши линии С57/В16 и рандомбредные крысы и мыши) подверглись воздействию ЭМИ СВЧ- и КВЧ- диапазонов. Первый из них однозначно дает патологический эффект, что объяснимо с позиции теории биорезонанса.
Эксперименты по киральному биорезонансу проводились в режиме воздействия на организм низкоинтенсивных право- и левовращающихся МП и низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ с D- и L- вращением плоскости поляризации. Исследовалась динамика микроциркуляции крови и протеолитическая активность пепсина.
Выполнены серии экспериментов по стохастическому биорезонансу, а также биорезонансу в бактериальных популяциях и в фрактальных фотосинтезирующих организмах (растениях). На основе полученных опытных результатов определены основные объекты практического использования эффектов электромагнитного биорезонанса.
Выводы и практические рекомендации имеют целью резюмировать содержание диссертационной работы и показать область их применимости.
Список использованной литературы содержит указания на отечественные и зарубежные источники (в достаточной полноте их представления), использованные при написании диссертации.
В приложении содержатся акты внедрения основных результатов диссертационной работы.
Существующие теории биофизического механизма взаимодействия электромагнитных полей с живой материей
Исследование электрических и магнитных полей для лечебных целей имеет давнюю историю. О целебном воздействии на организм человека постоянного магнитного поля утверждал и экспериментально подтверждал это в XV веке английский монах и естествоиспытатель Роджер Бэкон. Наш выдающийся ученый-энциклопедист Андрей Тимофеевич Болотов более 200 лет тому назад использовал на практике электротерапию; в изданном в 1803 г. руководстве по «электролечению» [113] Болотов приводит описание своих аппаратов, в основе устройства которых лежит получение статистического электрического заряда с помощью лейденской банки, результаты клинического опробования по достаточно широкой нозологии заболеваний.
На рубеже XIX и XX вв. появляется рентгеновская установка, как мощное средство лучевой диагностики. В 20-40-ые годы отечественные ученые А. А. Любищев и А. Г. Гурвич [76, 77, 117] выполнили фундаментальные исследования, развиваемые ныне школой академика В. П. Казначеева [103], поясняющие биофизические воздействия физических полей, волновую природу энерго- и информационного обмена в живом организме, включая обмен информацией биосистем на молекулярном уровне, кодовые языки ДНК, топографический механизм хранения, передачи и восстановления морфогенетической информации. Достижения в этой области позволяют современным исследователям развивать достаточно емкие концепции, как, например, теорию волнового генома [56].
Создание первых научных концепций, объясняющих механизмы взаимодействия высокочастотных ЭМП, прежде всего КВЧ-диапазона, с живым веществом, во многом базирующиеся на названных выше фундаментальных исследованиях, относится к концу 80-х - началу 90-х гг. Первой из них по времени появления и сохраняющей в настоящее время сильные позиции, является теория, разработанная школой академика Н. Д. Дееяткова {М.Б.Голант, О. В. Бецкий и др.) [34, 58, 59, 79, 80, 115] - Институт радиотехники и электроники РАН.
В основе последней лежит предложенная в [79] гипотеза о взаимосвязанности воздействия высококогерентных ЭМВ нетепловой (биоинформационной) интенсивности на собственные ЭМП клеток организма. Особый акцент здесь ставится на информационно-управляющую роль высокочастотных излучений (КВЧ-, ИК-, оптического и УФ-диапазонов длин волн) в жизнедеятельности организма.
Разработанная концепция имеет следующие ключевые положения. Во-первых, излучение каждого из названных выше диапазонов имеет свою «сферу действия» в системе гомеостаза. В то же время, учитывая сложную, тесно функционально взаимодействующую систему организма, о полной автономности воздействия говорить не приходится. Что же касается клеточных и субклеточных структур, не говоря уже о составляющих генетического аппарата, то здесь взаимовлияние излучений всех частотных диапазонов наиболее явное. Последнее существенно в плане биологическом и медицинском.
Во-вторых, эксперименты показали, что наиболее характерным является острорезонансный (А///«10 ) характер «отклика» организма на облучение когерентными ЭМИ КВЧ. Причем каждой частоте соответствует свой, особый характер биологического действия. Возможно, это связано с различием резонансных размеров клеточных мембран. Второй результат, вытекающий из экспериментальных исследований, заключается в том, что роль ЭМИ КВЧ в функционировании клеток сводится, в основном, к поддержанию или восстановлению гомеостаза. То есть, если клетка не имеет патологии, то никаких изменений в ней при внешнем облучении не происходит. Отсюда следует, что именно нарушение нормального состояния клетки инициирует возникновение резонанса на той или иной частоте, а при совпадении ее с частотой внешнего ЭМИ КВЧ активируются соответствующие метаболические процессы, что, в конечном счете приводит к устранению патологии.
Наконец, третий существенный момент концепции соотносится с физическими механизмами взаимосвязанного возбуждения ЭМВ различных диапазонов. Прежде всего, здесь речь идет о нелинейных преобразованиях высокочастотных сигналов; что же касается потребных для этого нелинейных элементов, то их в клеточных системах имеется достаточно, например, как указывается в [79], последними могут быть клеточные мембраны с изменяющимися электрическими проницаемостями в электрическом поле. Таким образом, при оценке собственных ЭМП клеток необходимо учитывать влияние гармонических составляющих основного сигнала. Причем, если в начале клеточного цикла наблюдаются только исходные частоты, то в ходе метаболического процесса спектр расширяется в сторону более высоких частот, что связано с генерирующими характеристиками клеток и влиянием нелинейностей.
Кроме того, поскольку электрические заряды распределены вдоль белковых молекул неравномерно, то, учитывая наличие акустических колебаний молекулы, возбуждаются два типа колебаний: акустоэлектрические колебания КВЧ-диапазона, определяемые общей длиной молекулы, и колебания УФ- и оптического диапазонов, связанные с возбуждением в молекуле электромагнитных колебаний, возникновение которых связано с запасанием энергии упругих деформаций в точках резких изгибов молекулы [79].
Таким образом, привлекательным в данной гипотезе, подтвержденной многочисленными биологическими и клиническими экспериментами [34, 58, 59, 79, 115], является непротиворечивый механизм генерации собственных ЭМП клеток в нескольких диапазонах частот и объяснимый эффект взаимодействия этих ЭМП с внешним (когерентным) ЭМИ КВЧ.
Стохастический резонанс в шумовом спектре собственных электромагнитных полей биообъекта
Нормальное состояние клетки соответствует генерации бесконечного спектра шумового сигнала Аш(/). Появление патологии клетки вызывает появление когерентных колебаний на некоторых частотах (fp\ и fp2 на рис. 2.3) в относительно узких полосах (2A/p H 2Afp2 соответственно). При воздействии (в данном случае монохроматического) внешнего ЭМП Авн (/), совпадающего по частоте, например, с fp2, происходит переход осцилляции клетки в генераторный режим работы Агенкл (/).
Далее, следуя предложенной в [58] концепции, можно утверждать, что наложение внешнего когерентного ЭМП приводит к формированию резонансной системы клетки, включающей в себя мембрану и вновь образующиеся подструктуры. Именно такая сформировавшаяся в переходном колебательном процессе система и обеспечивает генерацию клеткой узкоспектральных когерентных колебаний в КВЧ-диапазоне. Так формируется собственное ЭМП клеток.
Аналогично радиофизическим системам, ширина спектра определяется добротностью Q системы; в данной биосистеме «резонансным контуром» является периметр мембраны. Этот контур характеризуется очень большой электрической длиной [58] и небольшими омическими потерями.
Таким образом, смысл биорезонансного воздействия внешнего КВЧ ЭМП заключается в резонансном усилении генерации клеткой на частоте «патологии» (fp2 - на рис. 2.3) собственных колебаний, подпитываемых первоначально внешним ЭМП, а далее формируется и включается собственная генерирующая система, которая: а) «затягивает» приток свободной энергии метаболизма на данный частотный спектр осцилляции клетки; б) инициирует генерацию колебаний в данном (узком) спектре у здоровых клеток локализованной агрегации. В результате возникает эффект обратной связи, включается механизм хемотаксиса, и направление биохимических процессов изменяется в сторону нормализации работы клетки. Однозначно следует, что воздействие внешнего ЭМП здесь нетепловой (биоинформационной) интенсивности.
Явление стохастического резонанса (СР), несмотря на сравнительно недавнее появление самого термина (Benzi R. et al, 1981), хорошо известно в физике, особенно в описании индуцированных шумов переходов в нелинейных системах, возбуждаемых при одновременном воздействии на них информационного сигнала и шума [6, 35, 40, 54, 124, 157, 165, 166, 176, 206]. Применительно к воздействию ЭМИ КВЧ на живой организм явление СР рассмотрено в [55]. Еще раз подчеркнем, что СР реализуется исключительно в нелинейных системах, генерирующих собственный шум.
С этих позиций воздействие низкоинтенсивного ЭМИ КВЧ на биосистему с собственным шумом - стохастическим интегральным ЭМП клеточных агрегатов - создает оптимальные условия для возникновения СР, учитывая выраженную нелинейность живого вещества в физическом плане, а также динамичность организующих его биофизикохимических процессов.
С позиций управленческих, информационно-системных специфика и понятный интерес к явлению СР заключается в его функции «упорядочения», то есть в нелинейных системах шум индуцирует новые и более упорядоченные режимы функционирования системы, что приводит к образованию более регулярных структур, увеличивает когерентность, усиление накладываемого на шум сигнала, увеличение отношения сигнал/шум (5С/5Ш), словом - это позволяет определить СР как «индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка» [6]. При этом требования к характеристикам Sc и 5Ш весьма ослабленные: шум может быть белым, аддитивным и пр., однако сигнал Sc должен быть низкоинтенсивным; в противном случае мы имеем другой эффект, не связанный с квазипороговым воздействием Sc на 5"ш.
На рисунке 2.4 приведена схема возникновения СР в биосистеме при воздействии КВЧ-сигнала; рассматривается простейший вариант монохроматического облучения: Sc = Asin((urt), где cor =2nfr -частота ЭМИ КВЧ. Условие одинакового порядка амплитуд воздействующего сигнала (Ас) и шума (Аш) отвечает оптимальности возникновения СР с эффектом «порогового срабатывания». Кстати, именно учет действия механизма СР наиболее аргументировано объясняет тот экспериментально доказанный факт (школа С. П. Ситько) [206], что КВЧ-терапия тем эффективнее, чем ближе уровень воздействующего ЭМИ КВЧ к мощности собственного клеточного ЭМП; имеется в виду мощность ЭМИ, приведенная к структурному уровню клетки.
Влияние солнечного излучения и малых доз радиоактивных излучений
О выдающейся роли А. Л. Чижевского в исследовании влияния солнечного ЭМИ на биоорганический мир Земли мы уже говорили.
Из предыдущего параграфа ясно, что космические излучения являются фактором как динамического (текущего, конкретного во времени) воздействия на живой мир Земли, так и долговременного, повторяющегося в своих циклах. Причем период пассионарности в 1200 лет (по Л. Н. Гумилеву) вовсе не является - в исторической эволюционной шкале - сколь-либо длительным; просто, сам этногенез в исторический период цивилизации и культуры одного порядка длительности с этим циклом Солнца.
О воздействиях на живой мир более длительных циклов мы не имеем прямых указаний по понятным причинам: не наступил еще тот период цивилизации и культуры с историческими свидетельствами о произошедшем... Однако существуют артефакты далеких биогеохимических эпох, которые позволяют указать на действенность долгих циклов. Например, великие оледенения и потепления климата Земли есть явное свидетельство изменений в энергетичности солнечного ЭМИ. Рассуждая таким образом, самым длительным циклом в интересующем нас плане можно считать ...само возникновение жизни. Ибо этот момент, скорее всего, был связан с мощным циклическим изменением солнечного ЭМИ. Более того, В. И. Вернадский [46] был уверен в цикличности самого факта существования жизни на Земле; так он полагал, что базальтовые породы суть свидетельства существования предыдущих биосфер.
Гелиобиология АЛ. Чижевского. В самом названии обобщающего учения А. Л. Чижевского акцентировано воздействие солнечного излучения на живой мир Земли. Во вводной главе к своей книге [180] выдающийся ученый связывает само появление жизни, ее дальнейшее развитие и современное состояние с солнечным ЭМИ, вообще - он видит жизнь в неразрывном единстве с окружающим миром, включая космос. «А между тем всегда, от начала веков как в бурные, так и в мирные эпохи своего существования, живое связано со всей окружающей природой миллионами невидимых, неуловимых связей - оно связано с атомами природы всеми атомами своего существа. Каждый атом живой материи находится в постоянном, непрерывном соотношении с колебаниями атомов окружающей среды-природы; каждый атом живого резонирует на соответствующие колебания атомов природы. И в этом воззрении сама живая клетка является наиболее чувствительным аппаратом, регистрирующим в себе все явления мира и отзывающаяся на эти явления соответствующими реакциями своего организма» ([180], С. 25).
Таким образом, в потоке солнечного ЭМИ происходит процесс резонансной «настройки» живого организма, а исходный момент - резонанс молекулярных субстратов живой материи, о чем мы много говорили выше. Однако кроме прямого воздействия солнечного ЭМИ на живые организмы, излучение Солнца действует опосредованно: динамически изменяя информационно-энергетические характеристики собственных полей Земли: магнитного и электрического. Наконец, третьей составляющей гелиобиологии являются ионные и электронные потоки солнечного излучения. «Великолепие полярных сияний, цветение розы, творческая работа, мысль - все это проявление лучистой энергии Солнца» ([180], С. 28). - Трудно сказать изящнее и поэтичнее; впрочем, все русские ученые-космисты были поэтами в душе и обладали великолепным литературным слогом...
А. Л. Чижевский задолго до современных исследований разделял энергетическую и информационную функции солнечного излучения в организации и эволюции земной жизни. Энергетическая основа жизни - это фотосинтез и тепло поверхности планеты, ее литосферы и «биосферной» атмосферы. А информационная составляющая суть прямое воздействие определенных спектральных составляющих ЭМИ Солнца на физико-химические процессы жизнедеятельности живого: от микроорганизмов до человека. Современные исследователи ни на йоту не отошли от этого принципиального положения гелиобиологии. (Первые направленные эксперименты в этой части были выполнены А. Л. Чижевским в конце 20-х гг.)
Отличие предмета гелиобиологии от исследований информационно-волновой биофизики (см. предыдущее содержание этой работы) состоит в доминанте исследования достаточно длительных во времени воздействий ЭМИ на биосистемы в соотнесении с циклами и ритмами солнечной активности. В этом принципиальная позиция А. Л. Чижевского и его современных последователей. «...Периодическая деятельность Солнца - процесс не вполне самостоятельный. Есть веские основания думать, что он находится в определенной зависимости от размещения планет солнечной системы в пространстве, от их констелляций по отношению друг к другу и к Солнцу. Уже много лет назад астрономы предположили, что Солнце представляет собой тончайший инструмент, который учитывает все влияния планет соответствующими изменениями. Таким образом, и земные явления, зависящие от периодической деятельности Солнца, стоят, так сказать, под контролем планет...» ([180], С. 30).
Стохастические биорезонансные явления в бактериальных популяциях
Ниже экспериментально исследуется стохастический биорезонанс на примере синхронизации популяционных почво-ризосферных процессов управления почвенным плодородием и питанием растений. Исследования проведены совместно с лабораторией биотехнологий (руководитель проф. В.Г. Александров) Киргизско-Российского славянского университета (КРСУ). Нами обработаны полученные в КРСУ результаты и обоснована применимость модели стохастического биорезонанса в объяснении эффекта биогенной почвостимуляции. То есть речь идет о взаимодействии ЭМИ с почвенной микрофлорой.
Постановка задачи. Исходные данные. При экспериментальных исследованиях популяционных почво-ризосферных процессов в лаборатории биотехнологий КРСУ был выявлен эффект, не объяснимый с позиций классической микробиологии, биохимии и биофизики. Суть его заключается в следующем. Исследовалось бактериальное воздействие на узкую область почво-ризосферы при посеве сельхозкультур с плотностью микрофлоры 0,1-0,2% от плотности микрофлоры в почве. При этом в почве отмечалось резкое изменение почвенной активности, которая заключалась в скачкообразном увеличении плотности почвенной микрофлоры и количества подвижных форм элементов корневого питания растений. Так прирост микрофлоры за 4...6 дней наблюдался в 200...700 и более раз превышающим количество внесенной микрофлоры, а общая плотность микрофлоры в почве возрастала в несколько раз по сравнению с начальной плотностью микрофлоры в почве.
Необходимо отметить, что при инфицировании почвы в нее не вносилось никакого дополнительного питания для микрофлоры.
Бактериальное инфицирование почвы проводилось рабочим раствором в объеме 300 л/га при посеве в рядки. Прибавка урожая на такой почве превышает соответствующую прибавку на почве, обработанной стандартной дозой минеральных удобрений (но без бактериального инфицирования).
Модельный эксперимент. Для количественной оценки полученного эффекта в лаборатории биотехнологий был выполнен модельный эксперимент. На модельной почвенной установке поддерживались основные почвенные характеристики: температура и влажность. Инфицирование проводилось бактериальным препаратом с плотностью 2,5-109 клеток на 1 мл из расчета 250 л/га, в борозду на глубину 3 см от открытой поверхности почвы, путем равномерного налива одной струей с последующим закрытием борозды. Объем почвы в модельной установке составлял 60 литров. Почва взята полевая и является типичным сероземом. Отбор почвенных образцов производился в 5-ти точках (по почвенному профилю) каждого варианта. Из 5-й образцов готовилась усредненная проба по каждому варианту, а из нее производился посев на твердые элективные среды и бралась навеска для агрохимического анализа. Таким образом, приводимые ниже графики (рис. 4.17-4.19) описывают динамику изменения усредненных биохимических характеристик по почвенному профилю (от 0 до 30 см). Влажность поддерживалась на уровне 60% от полной полевой влагоемкости, а температура на уровне 25-28 градусов. Корпус модельной установки металлический, без заземления. Эксперимент проводился на почве без растений в лаборатории биотехнологий КРСУ.
Примечание к рис. 4.17-4.19: использовался бактериальный препарат «Гумовит», полученный путем аэробной ферментации гумата бурых углей Кара-Кечинского и Минкушского месторождений (Киргизия) бактериальным сообществом углеобитающей микрофлоры [4].
Из вышеизложенного описания результатов исследований удобрения «Гумовит» следует: 1. Бактериальный препарат «Гумовит» оказывает комплексное влияние, как на активность почвы, так и на продуктивность растения. Прибавка урожая возделываемых культур, получена на всех экспериментах и произошла не от внесенных с препаратом элементов корневого питания растения (азот, фосфор, калий), а от воздействия микрофлоры препарата на популяцию почвенных микроорганизмов. Рост численности почвенных микроорганизмов в сравнении с контролем обусловил увеличение в почве объема зон ферментной активности и тем самым усиление подвижности в почве элементов корневого питания. 2. Бактериальный препарат «Гумовит» обладает ярко выраженными фотозащитными свойствами. Эти свойства обусловлены особенностями межпопуляционных отношений между почвенными аэробными агрономически ценными микроорганизмами, развитие которых стимулировано микрофлорой «Гумовит», и фитопатогенными грибами. Эти особенности не вполне ясны и требуется их дополнительное изучение, что и делается ниже.
