Введение к работе
Актуальность геглы. Область исследований, связанная с изучением воздействия слабых низкочастотных ЭМ потай, является па сегодняшняя день одной из наименее изученных-, .гасмотря на ее вограстащйе значение в условиях кизнедеятольностя организмов. ИТгрокоа распространение низкочастотных ЭМ полей в биосфере, увелшшЕа'зцеэся использование электрических приборов в промыпленнссти и в. быту, непосредственное использование ЭМ излучений з медицинской,практике (2-nd Congress of the European Bloelectromanetlea Association, 1993) и г.д. обусловливает необходимость исследования феномена действия слабых ЭМ полей кизкиг. частот на человека и другие биологические системы, выяснение механизмов такого действия.
имеется обпирная литература по эффектам воздействия слабых Ш полей на биологически'' система разного уровня организации. Однако, вопрос о механизмах, обьяснящих природу таких явлений, остается дискуссионным. Выяснение механизмов и их. исследование является.. ванной задачей .биофизики. Актуальность- проблемы-подчеркивается тем, что к данному диапазону относятся частоты гео- и космофйзических флуктуации, с воздействием которых связывают различные биологические эффекты (3-й Международный Симпозиум по коемсфизическим корреляциям в биологических и физико-химических системах, 1993). Весомым аргументом в пользу исследования действия низкочастотных ЭМ полей является также возникновение биологических эффектов при модуляции высокочастотного ЭМ излучения низкочастотным, отсутствущих при воздзйствки только высокочастотного сигнала. Данная проблема
имеет и более оСпм значение, связанное с выяснением природа высокой чувствительности яивых систем к различным специфическим и неспецифическиа воздействиям к возмокносги их использования для регуляции биологических процессов.
Предполагаемые механизмы влияния слабых ЭМ полей обычно связывают с воздействием на молекулярные структуры клетки (М,В1апк,1984, ^.Yu.Tsong, . 1989 и др.)J Такие воздействия, представляются малореальными из-за весьма низкой энергии ЭЫ' полей -низкочастотного диапазона. Более перспективным является подход, основанный на рассмотрении системных эффектов. В этой связи , важным является то, что динамика клеточных процессов, в частности процессов, связанных с переносом ионов через мембрану и - их диффузией вблизи- мембраны, может иметь существенно нелинейный характер, обусловленный как особенностями кинетики различных переносчиков, так и резко аесшзтрйзным распределением ионов в . приыембранноы слое по обе. стороны мэмбраны. Нелинейная динамика процессов определяет возможность 'больших* ответов "на малые возмущения. Характерные времена диффузионных процессов в пршзмбранном слое соответствуют низкочастотному диапазону ЭМ воздействий. Кроме того изменения концентраций ионов, возниканцив вблизи мембрана под действием низкочастотного ЭМ поля, способны активно влиять на клеточный метаболизм за счет изменений рН, мембранного потенциала, ионной силы' и ионного состава среды.
Цель и задачи исследования. Цзлыо работы явилось построение математической модели ионной транспортной системы и исследование на ней влияния низкоинтенсивного периодического электрического поля, выяснение механизмов усиления слабых
электрических сигналов и выделения их системой на фоне шума. В диссертационной работе решались следующие задачи:
-
"Построить базовую модель трансмембранного переноса иопоз, отражающую такие нелинейные свойства Оиологических систем как: наличие обратных связей, кнгибкрования, необратимых стадий, и оыисывакцув возможные различные "типы кинетики переноса.
-
Провести теоретический и компьютерный анализ- различных типов дина>.шческого поведения система, выделить бифуркационные области управлявших параметров, исследовать режимы, возникающие при изменении управляющих параметров в этих областях.
3. Исследовать влияние низкочастотного периодического
электромагнитного поля малой интенсивности на построенной
модели.
4. Оценить параметры внешнего воздействия на модели и
сопоставить с параметрами ЗЫ излучений, используемых в.
лабораторных экспериментах и терапевтической практике.
5. Изучить на модели влияние ' високочастотного
периодического электромагнитного излучения, шдулированного
низкочастотным излучением.
Є. Исследовать на модели влияние" периодического сигнала электромагнитного поля на фоне шума.
-. Научная новизна работы. На примере модели трансмембранного переноса ионов показана принципиальная возможность нелинейно организованной биологической системы ионного транспорта избирательно реагировать на действие слабых низкочастотных электрических полей (O.I-ID В/см, О.1-10О Гц) изменением динамического поведения. Взаимодействие системы ионного переноса
с внешним полем приводит либо - к резонансному усиления элекрического сигнала, либо к . бифуркационным перестройкам системы. Следствием этого является изменение концентрации ряда ионов в прЕйемОранЕом слое (изменение величины рН может достигать единицы).
Из - сравнэашг двух типов воздействия низкочастотного и высокочастотного, модулированного низкой частотой, выявлена определящая характер ответов роль низких частот.
Показана возможная роль нримембранного слоя в ответе биологической системы на действие низяоштенсивного ЭМ шля: частота внешнего ЭМ воздействия, вызывающего эффекты, определяется диффузионными процессами в примембранной области.
Показана возможность фильтрации периодического ' сигнала нелинейной системой ионного обмена на фоне шума.
Научно-практическая значимость работы. Построенная модель ионного обмена может' использоваться в исследованиях нелинейной кинетики реакций трансмембранного переноса, в также в учебном " процесса для изучения основных типов нелинайного поведения динамических систем.'
Полученный в результате оценки диапазон частот ЭМП монет быть рекомендован для использовапяя.в экспериментах по изучении эффектов слабых ЭМП н кодацинских исследованиях.
Результаты работы могут быть использованы для дальнейшего изучения механизмов ответов живых организмов на слабые ЭМП и развития фундаментальной теории в этой области.
Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации были доложены и обсувдена:
-на, международном симпозиуме "Корреляции биологических и физико-химических' процессов с солнечной активностью и другими факторами окружающей среда" г. Пущино,,. 1993.
. -на II конгрессе ~ Европейской Биоэлектромагнитной Ассоциации, Словения, г.Любляна, 1993.
-на заседании семинара теоретической-" биофизики кафедры биофизики Биологического факультета МГУ.
-на заседании семинара в Институте электрохимии -им.
А.Н.Фрумкина ' f
-на заседании семинара в НИИ Физике—Химической Биологии-им. А .Н.Белозерского.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, обсуждения результатов, вывбдов и списка цитируемой литературы.' Работа изложена на - 124 страницах машинописного текста, включая 24 рисунка и библиографический список, состоящий из 125 наименований.