Действие сапонинов в сверхмалых дозах на некоторые физико-химические свойства их растворителя и на физико-химическое состояние мембран эритроцитов Кувардин Николай Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Основные понятия эффектов сверхмалых доз и их общие закономерности 7

1.2 Современное представление о механизме действия сверхмалых доз 11

1.3 Структура и свойства воды 22

1.4 Современные исследования действия сверхмалых доз и влияние сверхмалых доз различных веществ на состояние воды 30

1.5 Области и перспективы применения сверхмалых доз различных веществ 38

Заключение к литературному обзору 40

Глава 2. Действие некоторых химических соединений в сверхмалых дозах

2.1 Действие сверхмалых доз стандартного раствора сапонинов на эритроциты 42

2.2 Действие других веществ в сверхмалых дозах на состояние биообъектов 49

Глава 3. Изменение некоторых физико-химических свойств водных растворов сапонинов широкого интервала степеней разведений 52

3.1 Изменение высоты мениска водных растворов сапонинов в зависимости от их концентрации 52

3.2 Влияния температуры на изменение высоты мениска в капилляре растворов сапонинов в различных степенях разведения

3.3 Влияние постоянного магнитного поля на изменение высоты мениска в капилляре растворов сапонинов в различных степенях разведения 64

3.4 Изменение удельной электропроводности образцов раствора сапонинов в степенях разведения 10"2 -10"28 от исходной концентрации 69

Глава 4. Анализ образцов проб разведений стандартного раствора сапонинов методом инфракрасной спектроскопии 73

Глава 5. Анализ изменения микровязкости мембран эритроцитов под влиянием сверхмалых доз стандартного раствора сапонинов методом электронного парамагнитного резонанса 85

Экспериментальная часть 90

Выводы 103

Приложение 1 105

Литература

• Современное представление о механизме действия сверхмалых доз
• Действие других веществ в сверхмалых дозах на состояние биообъектов
• Влияния температуры на изменение высоты мениска в капилляре растворов сапонинов в различных степенях разведения
• Изменение удельной электропроводности образцов раствора сапонинов в степенях разведения 10"2 -10"28 от исходной концентрации

Введение к работе

Актуальность проблемы - проблема сверхмалых (СМД) доз химических веществ привлекает, в последние годы, внимание многих исследователей в различных областях научных знаний, таких как химия, физика, биология, фармакология и т.д.

Сущность проблемы состоит в том, что пока научному миру неясно, каким образом химическое вещество, в определенных сверхнизких концентрациях, может проявлять свои свойства. Эти свойства проявляют химические вещества, воздействуя на биообъект. Такими веществами могут быть ферменты, биодобавки, лекарственные вещества и другие биологически-активные вещества. При наличии большого положительного эффекта воздействия сверхмалых доз веществ никаких побочных эффектов не отмечается.

Существует много гипотез механизма действия сверхмалых доз биологически активных веществ, среди которых большую часть занимают теории о роли воды в этих высокоразбавленных растворах. Выявлено и исследовано большое количество различных химических веществ, которые обладают эффектом сверхмалых доз. Подробно изучаются свойства воды.

В настоящее время ответов на многие вопросы поднятой проблемы не дано, точка в проблеме СМД не поставлена, пока что мало точных научных объяснений действия СМД, а также точной обоснованности связи эффектов со структурой воды.

Поэтому в данный момент эта область исследований достаточно актуальна. Перспективы решения этой проблемы довольно широки. Изучение действия СМД и роли воды в нём, возможно, позволит создать новый класс лекарственных препаратов, которые будут иметь достаточно большой биологический эффект и не будут иметь побочных эффектов, что очень перспективно, например, в онкологии. Уже создано несколько

лекарственных препаратов на основе действия СМД, которые запатентованы и разрешены к применению и продаже.

Решение проблемы СМД может повлиять на решение экологических проблем и пересмотр ПДК в токсикологии, так как известно, что токсические вещества при действии в сочетании со сверхмалыми дозами могут по-разному влиять на живой организм.

Цель работы. Выявить влияние СМД некоторых химических веществ на изменения отдельных физико-химических свойств воды, которая является их растворителем. Установить воздействие СМД гемолизирующего раствора сапонинов на изменение физико-химических свойств мембран эритроцитов.

Для достижения этой были цели решены следующие задачи:

найдено вещество, сапонин, проявляющее эффект СМД, установлен эффект СМД сапонина на биомодели - эритроцитах крови;

установлено изменение высоты мениска в капилляре для проб СМД раствора сапонинов;

- проведено исследование влияния температурного режима на
изменение высоты мениска в капилляре для проб СМД раствора сапонинов;

- исследовано влияние постоянного магнитного поля на изменение
высоты мениска в капилляре для проб СМД раствора сапонинов;

- установлено изменение электропроводности водных растворов
сапонинов в зависимости от их разведения;

выявлены некоторые изменения ИК-спектров для высокоразбавленных водных растворов сапонинов;

- методом ЭПР проведено исследование изменения микровязкости
слоев мембран эритроцитов под действием СМД раствора сапонинов.

Научная новизна исследования и положения выносимые на защиту:

- Установлен эффект СМД для раствора сапонинов

Показано, что разведения раствора сапонинов, дающие при исследовании снижения толщины мениска в капилляре, обладают эффектом СМД.

Показана связь между действием СМД раствора сапонинов и изменением определенных физико-химических свойств воды, являющейся растворителем сапонинов.

Научно-практическая значимость. Определен простой, надежный метод капиллярного анализа отбора веществ, обладающих активностью в сверхмалых дозах, дающий возможность указания, при каких разведениях возникает этот эффект.

Выявлена возможность применения эффекта торможения гемолиза СМД гемолизирующего раствора, в нейтрализации гемолитического яда.

Настоящие исследование сделает информационный вклад в изучение проблемы СМД.

Вклад автора. Автором лично, или при его непосредственном участии получены, обработаны и проанализированы экспериментальные результаты, сформулированы конкретные и общие итоги работы.

На защиту выносятся:

1. Эффект сверхмалых доз некоторых химических соединений

2. Влияние сапонинов в сверхмалых дозах на изменение отдельных физико-химических свойств растворителя

3. Изменение физико-химического состояния мембран эритроцитов под воздействием сверхмалых доз сапонинов.

1.1 Основные понятия эффектов сверхмалых доз и их общие закономерности.

В настоящее время существуют лишь условные определения сверхмалых доз, и ряд авторов, придерживаясь разных точек зрения относительно их определения, указывают различные цифры.

Авторы работ утверждают, что понятие «сверхмалых доз» химических веществ связывают с концентрацией этих веществ менее 10"¹² моль/л [1,2].

Другие исследователи придерживаются несколько иных мнений. Так, Духович Ф.С., Горбатова Е.Н и др. на основании данных о количестве клеточных рецепторов и сродства лигандов к ним принимают за абсолютную границу концентрацию 10"¹¹ моль/л [3]. Для препаратов с низким сродством к рецепторам сверхмалыми концентрациями (сверхмалыми дозами) можно считать и более высокие значения, в частности 10'⁹ - 10'¹⁰ моль/л. При таком подходе, даже в случае гипотетически более высокого чем 10" моль/л. сродства лигандов к рецепторам, эта граница не может быть ниже 10"¹¹ моль/л.

Исходя из определения Л.А. Сазанова и СВ. Зайцева, сверхмалыми дозами считаются концентрации в диапазоне 10"¹⁸- 10"¹⁴ моль/л, так как при этом наблюдается связывание единичных молекул лиганда с рецепторами

[4].

С точки зрения К.Г. Гуревича под сверхмалыми дозами правильней понимать дозы, обеспечивающие концентрацию химического вещества в месте действия на несколько порядков ниже константы диссоциации химического вещества с эффектором (обычно константа диссоциации для рецепторов 10" - 10" моль/л, с ферментом - 10" - 10" моль/л) [5].

При анализе литературных данных, посвященных действию сверхмалых доз, обращает на себя внимание отсутствие эффектов в области

1 "J ft

концентраций 10' - 10" моль/л, то есть в интервале так называемым -

«мертвой зоной» [6-8]. Такая закономерность характеризуется немонотонной, полимодальной зависимостью «доза— эффект». И именно по краям «мертвой зоны» лежат максимумы активности биологически активного вещества. Поэтому фармакологи, изучая действие различных биологически активных веществ, не наблюдали никаких эффектов при достаточно низких концентрациях и считали, что при еще более низких концентрациях искать эффект не имеет смысла. Но исследования показывают, что при действии химических веществ на биологические объекты, могут наблюдаться достоверные эффекты, которые могут, как отличаться от обнаруженных при действии больших доз, так и совпадать с ними.

Исходя из вышесказанного при изучении эффектов химических веществ необходимо исследовать весь диапазон концентраций этих веществ, а именно, от концентрации, дающей определенный эффект, до бесконечно малой.

Особое внимание привлекает такая закономерность как "перемена знака" эффекта в дозовой зависимости. Так, если в области сверхнизких доз отмечалась ингибирующая активность, то по мере роста концентрации она может сменяться на стимулирующую активность, а затем вновь проявиться ингибирующий эффект [6].

В научной практике известны случаи, когда эффект в очень большом интервале концентраций не зависит от дозы. В одной из ранних работ Е.Б. Бурлаковой, где исследовали действие гербицида из класса гидропероксидов на растительную культуру клеток, было обнаружено, что препарат проявляет одинаковую активность при дозах, различающихся на шесть порядков (Ю-¹³ и 10' моль/л), а в интервале промежуточных концентраций эффект отсутствует. Известно, что направленность изменения знака эффекта зависит от состояния биообъекта. Например, было обнаружено, что антиоксидант в СМД действовал разнонаправленно на изолированные нейроны с разными энергетическими потенциалами, при этом, если - потенциал был высоким, антиоксидант его уменьшал, если низким — увеличивал [1].

Такого рода зависимости наблюдались для многих самых разнообразных химических веществ [6-8]. Можно добавить, что аналогичные зависимости получены и для антиметастатических препаратов эфазола и лонидамина, для пирацетама, при изучении влияния на вязкостные свойства мембран тиролиберина, фенозана, форболового эфира [9-12].

Другой общей особенностью эффектов сверхмалых доз является — изменение чувствительности к действию разнообразных факторов после введения веществ в СМД. На этом основано получение, таких эффектов, как достижение синергизма при действии двух противоопухолевых агентов, один из которых вводился в СМД [13, 14], и повышение активности выше аддитивной для гербицидных препаратов, когда один из них применялся в СМД [15].

К следующей закономерности эффектов сверхмалых доз можно отнести «расслоение» свойств, исключающих побочные эффекты по мере уменьшения концентрации биологически активного вещества. Это хорошо демонстрируют результаты изучения действия феназепама в широком интервале концентраций. Феназепам в сверхмалых дозах 10"¹⁰-10'¹¹ моль/кг, обладает выраженным избирательным анксиолитическим эффектом и умеренным противосудорожным действием без побочных эффектов -седативного, амнезирующего, миорелаксантного, присущих феназепаму, применяемому в традиционных терапевтических дозах (10"⁵ - 10' моль/кг, 1-10мг/кг). По результатам работы авторами зарегистрирован патент на использование феназепама в СМД в качестве дневного транквилизатора [16-18].

К эффектам сверхмалых доз можно отнести совместное действие двух или более химических агентов в сверхмалых и подпороговых дозах. Так, в 1995 году проходила специальная конференция в Пристоне, США, где рассматривались закономерности совместного действия препаратов в СМД и других агентов. Было представлено наличие сильных синергических эффектов, а также еще раз подтвержден факт, на который ранее указывали

российские ученые, что СМД химических веществ усиливают чувствительность биообъектов к действию других (или тех же) агентов в высоких дозах. Подобные закономерности могут играть определяющую роль в развитии феномена, так называемой, множественной химической чувствительности (МХЧ) [1]. Такое свойство применимо в клинической практике при лечении препаратами в сверхмалых и подпороговых дозах того же или других веществ.

Еще одним свойством сверхмалых доз, которым пользуются для определения эффективности вещества в сверхмалых дозах, является свойство влиять на двигательную активность спиростом при концентрациях вещества 10"¹¹ -Ю-¹³ моль/л [19,20].

Но при изучении закономерностей действия сверхмалых доз химических веществ возникает проблема нестабильности эффектов, а также плохая воспроизводимость результатов экспериментов со сверхмалыми дозами. Эта проблема требует объяснения, которые некоторые авторы уже пытаются дать. Так, например, К.Г. Гуревич подробно пытается ответить на эти вопросы [5, 21]. С его точки зрения, эффекты сверхмалых доз индуцируются связыванием единичных молекул лигандов с клеточными рецепторами. Поэтому понятие "концентрация" лишено физического смысла, так как речь идет о случайном распределении единичных молекул. Помимо того, в условиях связывания единичных молекул лиганда с рецепторами лиганд - рецепторное взаимодействие описывается законом редких событий (Пуассона) с математическим ожиданием N (число лиганд - рецепторных комплексов) и среднеквадратичным отклонением VN [25]. Это означает, что наблюдаются случайные флуктуации числа, связанного с рецепторами лигандов порядка 1/WN. В этом случае принципиальным становится получения критерия, по которому можно было бы рассматривать данные флуктуации как случайные или не случайные. Флуктуации числа лиганд -рецепторных комплексов при действии сверхмалых доз были получены во многих экспериментах. При увеличении числа лиганд - рецепторных

комплексов величина 1/Vn убывает. При N больше 10000 лиганд -рецепторное взаимодействие может быть описано исходя из закона действующих масс (дисперсия числа лиганд - рецепторных комплексов становится мала по сравнению с их математическим ожиданием). По всей видимости, случайные флуктуации порядка 1/ "VN наблюдаются не только для системы "лиганд - рецептор", но и для систем проведения и усиления рецепторного сигнала, что приводит к увеличению числа случайных флуктуации. Например, если предположить, что в среднем связывается 10 лигандов с клеточными рецепторами, то число лиганд - рецепторных комплексов будет флуктуировать от 7 до 13. Если при этом каждый лиганд -рецепторный комплекс взаимодействует в среднем с десятью G-белками, то число активных G-белков будет флуктуировать от 49 до 169. Если каждый G-белок активирует в среднем 10 аденилатциклаз, то число аденилатциклаз будет флуктуировать от 343 до 2197. Если каждая аденилатциклаза синтезирует в среднем 100 молекул цАМФ, то число синтезированных молекул цАМФ будет флуктуировать от 30,9 тысяч до 241,7 тысяч, то есть измеряемая в одном и том же эксперименте концентрация цАМФ может отличаться примерно в шесть раз за счет случайных флуктуации.

Учитывая это можно предполагать, что с развитием вероятностных представлений о механизмах действия сверхмалых доз будут получены новые данные для объяснения их эффектов.

1.2 Современное представление о механизме действия сверхмалых доз.

В последние годы все больше ученых обращается к проблеме эффекта СМД, расширился спектр биообъектов, на которых проводятся эти исследования, возросло число химических веществ, у которых обнаружена активность в сверхмалых дозах. Усиленное внимание и научные исследования направлены на выяснения механизмов действия сверхмалых

доз. Но до настоящего момента достоверных объяснений пока не найдено, хотя существует достаточно много теорий, объясняющих проблему сверхмалых доз в узком диапазоне.

Для понимания влияния сверхмалых доз химических веществ на исследуемые объекты, нужно, в первую очередь, объяснить с кинетической точки зрения саму возможность реакций столь малого количества молекул со своими мишенями. При концентрации 10'¹⁵ моль/л и ниже перестает работать закон действующих масс Вант - Гоффа и, в определенной степени, теряется смысл понятия "концентрация".

Е.Б. Бурлакова с соавторами предложили следующий подход к объяснению кинетических парадоксов [22]. В основу его положены представления об аллостерическом взаимодействии каталитических центров в молекуле фермента. Например, если допустить, что фермент или рецептор содержит несколько центров с разным сродством к субстрату, причем константа диссоциации для одного центра равна 10"¹³ моль/л, а для другого

— 10" моль/л., то когда вводятся низкие дозы препарата, его молекулы преимущественно связываются с высокоэффективным центром фермента, а при увеличении дозы в «игру» вступает второй ферментный центр. Он взаимодействует аллостерически с первым центром, понижая его сродство к субстрату, и тогда все молекулы, которые были связаны с первым центром, «сходят» с него. Снова с ним связаться они могут только после того, как концентрация препарата приблизится к значению константы диссоциации комплекса лиганда с первым центром, достигнутой под воздействием второго центра.

Кроме того, авторы полагают, что при самых малых дозах, вещества оказывают положительное влияние на клеточные мембраны, каким-то образом изменяя их структуру. В свою очередь изменения структуры мембран могут приводить к изменению функционального состояния клетки, а наличие полимодальности в ответе можно объяснить сменой механизма действия вещества в том или ином концентрационном интервале на

структуру мембраны. Это было показано не только в опытах на животных in vivo, но и in vitro, а так же на изолированных клеточных мембранах, структура которых изучалась методами ЭПР - электронного парамагнитного резонанса и ЯМР - ядерного магнитного резонанса.

В работе [22] рассматривается вопрос о том, что биологическая система, испытывающая влияние СМД химических веществ, может реагировать на наиболее быстрые единичные молекулы, а не на их стационарные концентрации ("момент первого достижения").

В своей работе Л.А. Блюменфельд высказал идею о параметрическом резонансе, как о возможном механизме действия сверхнизких концентраций биологически активных веществ, на клеточном и субклеточном уровнях [23]. Релаксационная концепция биокаталитических процессов позволила предложить возможное объяснение действия сверхмалых доз биологически активных агентов на некоторые внутриклеточные процессы.

Наблюдаемые зависимости эффективности действия химического вещества от его концентрации приводят к предположению, что при достаточно низких концентрациях возникает некий параметрический резонанс. Он определяется временными параметрами, запускаемыми химическими веществами внутриклеточных процессов и характерным временем доставки вещества (или продукта его взаимодействия с компонентами клетки) к специфическому месту внутри клетки (мембранный рецептор, активный или аллостерический центр фермента и т.п.).

Можно предположить, что при сверхнизких концентрациях вещества лимитирующей стадией всего процесса будет диффузия его молекул из объема к поверхности клетки. Тогда характерное время доставки вещества к атомному центру г = т можно определить как обратную величину числа столкновений Z молекул вещества с клеткой в единицу времени, т.е. T=Z'\ Пренебрегая размерами низкомолекулярного биологически активного вещества по сравнению с размерами биомишени (клетки), значение Z можно рассчитать с помощью известного уравнения Смолуховского:

Z=4nDRn (1)

где D - коэффициент диффузии молекул биологически активного вещества; R - радиус клетки; п- число молекул в единице объема.

В качестве характерного временного параметра внутриклеточного процесса, ответственного за наблюдаемый эффект, естественно выбрать время конформационной релаксации макромолекулярных структур (ферментов, комплексов макромолекул, регуляторов биосинтеза, участков мембраны) после локального возмущения системы — присоединения субстрата, ингибитора или аллостерического лиганда к активному центру, редокс-изменения металла, ионизации кислотной группы и т.д. Для простоты дальнейшего изложения материала будем называть эту макромолекулярную структуру ферментом.

Итак, внешний агент — химическое вещество, поступающий в клетку со средней частотой Z, определяемой формулой (1), вызывает возникновение конформационно неравновесного состояния фермента, релаксирующего затем с характерным временем т к новому состоянию, равновесному для фермента с присоединенным агентом. На определенной стадии релаксации активность фермента экстремальна.

При очень малых концентрациях химического вещества, когда Z^a»t, почти весь фермент будет находиться в малоактивном исходном равновесном состоянии. При очень больших концентрациях вещества, когда Z"¹«r, почти весь фермент будет находиться в малоактивном конечном равновесном состоянии. Максимальную стационарную концентрацию активной неравновесной конформации можно ожидать в случае совпадения (по порядку величины) значений Z"¹ и т. Для более строгого анализа, необходимо знать положение активной конформации на кривой релаксации, истинную константу равновесия связывания химического вещества с ферментом в разных состояниях при малых объеме и числе частиц, а так же другие параметры [24].

С помощью уравнения (1) легко рассчитать молярные концентрации

вещества при заданном радиусе мишени, соответствующие условию Z" =г.
Коэффициент диффузии D был выбран 5-10^-1%²^^-1 (сахароза в воде). Тогда
получаем: с = 3-10'¹³ г'¹ К¹ (2)

где с — молярная концентрация вещества; т. время релаксации, с; R — радиус мишени, мкм.

Расчет показал, что для мишеней клеточных размеров (~1 мкм) можно ожидать появления экстремумов на концентрационной зависимости эффекта в интервале 10" -10" моль/л. Это совпадает с данными, приводимыми в работе, посвященной влиянию ряда органических пероксидов на рост числа клеток в культуре клеток табака [7].

Естественно, приведенные результаты могут служить лишь указанием на вероятность истинности предложенного подхода к объяснению механизма действия сверхмалых доз биологически активных веществ.

К.Г. Гуревич предполагает, что наиболее вероятным объяснением эффектов сверхмалых доз химических веществ является существование высокоэффективных систем проведения и усиления рецепторного сигнала [21, 25]. Так, одна биологически активная молекула может активировать целый каскад биохимических реакций, задействуя при этом огромное число других молекул. Тем самым рецепторный сигнал может быть усилен в 10 -10¹⁰ раз. Еще более мощные системы усиления сигнала наблюдаются для другого внутриклеточного мессенджера - иона кальция. Таким образом, существованием таких мощных систем проведения и усиления рецепторного сигнала можно объяснить действие сверхмалых доз химических веществ.

И.В. Саноцкий объясняет многофазное повторение эффекта вариациями трехфазного реагирования систем антагонистов, имеющий разный порог возбуждения (торможения) [26]. Интерференция зависимостей "доза - эффект" дает многофазную кривую. Донорно-рецепторные взаимоотношения при этом имеют существенное значение в проявлении эффекта. При регистрации эффекта от применения ничтожных концентраций веществ (меньше одной молекулы на клетку) объясняется взаимодействием

не материй, как таковых, а их энергетических микрополей. При этом можно провести некую аналогию с "эффектом Кирлиан", сделав фотографию биологических объектов в высокочастотном газовом разряде, можно увидеть некую энергетическую оболочку.

Ф.Р. Черников считает, что действие сверхмалых доз химических веществ можно интерпретировать как "голографический принцип" организации веществ [27]. Например, динамическая структура химических веществ гомеопатических препаратов определяет специфическую структуру протонных потенциалов, что создаёт спектр процессов, построенных в высокочастотных областях ассоциирования. Эта гипотеза построена на основе регистрации спектров излучения сверхнизкой интенсивности молекулярного флуктуационого светорассеяния и электронной перезаписи гомеопатических препаратов без переноса вещества.

В статье И.П. Ашмарина приведен ряд гипотез, трактующих механизм усиления биологического сигнала от воздействия сверхмалых доз на схему "размножения" сигнала [2].

В работе СВ. Зайцева и соавторов предлагается адаптационный механизм, согласно которому эффекты малых доз объясняются аналогично объяснению эффекта хемотаксиса - изменение ответа биообъекта определяется не самой концентрацией БАВ, а градиентом концентраций в пространстве и во времени [4].

Для выяснения механизмов действия сверхмалых доз химических веществ сотрудниками института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля экспериментальные исследования проводились как с изолированными ферментами, так и на клеточном и организменном уровнях, с последующим определением активности фермента [28-31]. Как выяснилось из результатов исследований, ферменты действуют однотипно как в сверхмалых дозах, так и

Л

в «обычных» концентрациях (10- 1(Г моль/л). Из этого можно было бы заключить об общности механизмов действия лигандов на активность ферментов в обычных дозах и в СМД. Однако полученные результаты не

могут быть объяснены с позиции классической биохимии. Соотношение лиганд-фермент, равное, в среднем, одна молекула лиганда на 10⁴—10⁹ молекул фермента, исключает объяснение природы эффекта СМД за счет образования комплекса лиганд-фермент. Поэтому, возникает естественная мысль, что биологически активные вещества в концентрациях 10--10- моль/л могут реализовывать иные механизмы воздействия на активность ферментов.

Существует концепция о механизме действия сверх малых доз химических веществ при помощи канала передачи регуляторного сигнала в живых системах, состоящего из малого матрикса: воды и адгезивных белков

О 1 А

в диапазоне концентраций 10' - 10" моль/л [32, 33].

В.П. Ямсков считает ошибочными предложенные механизмы действия химических веществ в сверхмалых дозах, которые основаны на допущении пассивной диффузии, результатом, которой является взаимодействие одиночных молекул - лигандов и клеточных рецепторов.

По предложенной теории следует, что при действии химических веществ в сверхмалых дозах, производимый ими эффект обусловлен влиянием этих веществ на структуру надмолекулярных ансамблей воды. Эти образования, контактируя с гелем малого матрикса, вызывают в нем изменения пространственной организации, что влечет за собой волну перестроек других клеточных, надмолекулярных структур. Такой характер распространения информационного сигнала, поступающего извне, отвечает требованиям высокой степени надежности осуществления этого процесса в биологических системах. Помимо того, при таком механизме передачи информации обеспечивается высокая скорость восприятия и передачи поступившего сигнала, а так же его быстрое уничтожение. Автор утверждает, что любое воздействие на воду, которая попадает в биологический объект, является прямым путем воздействия на существующую в нем систему восприятия и передачи информации. Считается, что такое воздействие может происходить при контакте с любым веществом. На взгляд автора, все

химические вещества, независимо от растворимости, в сверхмалых дозах вызывают те или иные изменения в пространственной организации надмолекулярных ансамблей воды.

Помимо Ямского В.П. у многих авторов возникает желание объяснить наблюдаемые закономерности с точки зрения представления о влиянии сверхмалых доз химических веществ на структурные характеристики воды.

Все эти исследования можно разделить на две основные группы. Одни исследователи придерживаются точки зрения, что долгоживущие кластеры имеются в самой воде, другие считают, что водные кластеры индуцируются вводимыми химическими веществами.

В работах Аксенова СИ. и соавторов указывается сложный характер воздействия воды на структуру биополимеров и биомембран, где большое значение имеет множество факторов: гидратация полярных групп, конкуренция молекул воды за водородные связи в этих структурах, гидрофобное взаимодействие, различие диэлектрической проницаемости свободной и связанной воды и др. [34, 35]. Анализ экспериментальных данных позволил авторам выделить четыре стадии гидратации, которые вызывают соответствующие изменения в структуре, динамике и функции фотосинтетических мембран. Подобные процессы очень чувствительны к различным воздействиям, даже в СМД. С точки зрения авторов, СМД не действует непосредственно на биообъект, а лишь влияют на процессы взаимодействия воды с биополимерами и таким образом изменяют их функциональную активность.

В работах Н.А. Бульенкова, на основании модульного обобщения кристаллографических данных, составлены все возможные типы алгоритмов формирования иерархических системообразующих структур связанной воды, совпадающие с морфологическими аналогами, наиболее часто встречающимися в живой природе [36-38]. Представления об иерархических модульных структурах связанной воды отражают потенциальную возможность образования на их основе пространственных структур

биополимеров и биосистем. Вместо общепринятой модели непосредственного взаимодействия лигандов с биомишенями автор предлагает модель их взаимодействия по направленным водородным связям с системообразующим каркасом из спиралей связанной воды. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ также опосредуется через их воздействие на каркас из спиралей связанной воды.

Согласно мнению авторов, долгоживущие структурные образования уже существуют в чистой воде [39-42]. Определенные выводы о структуре воды и ее растворов были получены на основании изучения люминесценции воды [39]. Спектр возбуждения дистиллированной воды имеет два максимума, 280 и 310 нм, спектр излучения характеризуется максимумами при 360 и 410 нм. Интенсивность люминесценции зависит от времени хранения воды, а также от наличия примесей, обладающих или не обладающих собственной люминесценцией.

В разбавленных растворах, длительное время после их приготовления, структура воды претерпевает изменения, и только через несколько суток приходит к равновесию. Характер динамики переходных процессов релаксации может быть как монотонным, так и колебательным. По мнению В.И. Лобышева, структурные образования воды и водных растворов можно рассматривать как первичную мишень для малых концентраций, растворенных веществ. Соответствующее изменение свойств воды приводит к изменению свойств биомембран, а отсюда и к изменению функциональной активности клетки.

В работе В.И. Лобышева вода рассмотрена, как посредник при слабых воздействиях на биологические системы [40].

В работах [41,42] автор исходит из тех предпосылок, что вода представляет собой единую структуру. Растворение в ней тех или иных веществ приводит к появлению в этой структуре определенных «дефектов», которые способны к длительному существованию и переходам при

последующих разбавлениях, вплоть до состояния, когда уже отсутствует само вещество.

Как отмечают Г. Реш и В. Гутман, раствор в воде показывает тем большее сходство с "чистой" водой, чем меньше в нем концентрация растворенных веществ [43]. Когда так называемая "материнская основа" растворяется в чистом растворителе, в контакт входят две схожие системы, а именно, более дифференцированный раствор с его более развитыми структурными статистическими аспектами и менее дифференцированный и динамически более активный растворитель. Большая "открытость" и более развитые динамические аспекты "чистой" жидкости позволяют интегрировать структурную информацию "материнской тинктуры" в более разведенный раствор. На каждом этапе разведения (процесс получения сверхмалых доз) концентрация молекул "материнской основы" снижается, при этом информация не теряется, а распределяется по всему более разведенному раствору. С улучшением динамических аспектов оригинальная информация из "материнской основы" интегрируется в колебательную картину и становится её частью, которая динамически усиливается более высокими иерархическими уровнями.

Ученые института общей физики РАН Л.В. Беловалов и М.В. Глушков на основании совокупности экспериментальных данных предполагают, что важную роль в механизме действия сверхмалых доз химических веществ играют молекулы воды [44]. По их мнению, молекула растворенного вещества не только организует вокруг себя уникальное водное окружение, но и, кроме того, кооперативное взаимодействие молекул воды пролонгируется на значительные расстояния, тем больше, чем ниже концентрация растворенных молекул. В предельном состоянии весь объем воды может содержать одну молекулу растворенного вещества или не содержать его вовсе, но весь объем воды ведет себя как единая система, организованная данным соединением. Сохранение и даже увеличение биологической активности сверхмалых доз химических веществ при высоких разведениях

обусловлено уникальными особенностями строения сетки водородных связей между молекулами воды, что связано с отличием молекулы воды от всех других соединений. В силу ряда обстоятельств, свойственных только водной структуре, каждый протон, примерно, одинаково принадлежит двум атомам кислорода соседних молекул воды. Это делает эффективной передачу информации структуры по эстафетному механизму по сетки водородных связей, которая представляет собой хотя и очень подвижную и сильно искаженную тепловым движением, но единую структуру вокруг каждой молекулы растворенного вещества. Каждая молекула растворенного вещества образует свой "ансамбль", структура и динамика коллективных колебаний которого определяется параметрами данной молекулы. При больших концентрациях растворенного вещества величина каждого "ансамбля" мала и представляет собой гидратную оболочку молекулы, а тепловое движение гидратированных ионов препятствует установлению единых колебаний в значительном объеме водной среды. Процессы потенцирования (встряхивания при разведении) и динамизации направлены на уменьшение числа осцилляторов, колебания которых не согласованы друг с другом, и установления единой осциллирующей системы во всем объеме.

Таким образом, существует множество моделей, авторы которых пытаются объяснить реакцию биообъектов на СМД химических соединений через структурные свойства воды [34-44]. Однако экспериментальных доказательств этих моделей явно недостаточно и, главное, нет опытных данных, которые свидетельствовали бы о долговременности существования структурных кластеров.

Вместе с тем нельзя не признать, что многие парадоксы СМД химических веществ, о которых говорилось выше, весьма логично разрешаются на основе представлений об изменении структуры воды. Например, поддается объяснению тот факт, что знак и направление эффекта зависят в ряде случаев от начальных свойств биообъекта. Если у фермента высокая активность — она снижается, если низкая — повышается. Но самое

поразительное, что уровень, до которого она изменяется, один и тот же. Это легко объясняется тем, что в растворе химического соединения структура воды изменяет структуру белка одинаковым образом.

Перестает быть парадоксом эффект воздействия на биомишень веществ, когда их концентрация на много порядков ниже константы диссоциации лиганд - рецепторного комплекса или концентрации белка.

В заключение отметим, что явно возросший в последнее время интерес к проблеме сверхмалых доз стимулирует исследования структуры воды и влияния на нее различных факторов, и появляются принципиально новые воззрения на механизм действия СМД различных химических соединений.

Существует теория, по которой каждое вещество несет информацию, которая передаётся в виде электромагнитных волн. При разведении вещество передает информацию воде, причем при каждом разведении происходит смещение фазы его информационной волны, вследствие этого каждая проба разведенного вещества имеет свои свойства [45,46].

Вероятно, новые возможности в объяснении эффектов СМД с точки зрения влияния структуры воды откроются при изучении действия веществ, близких по структуре и проявляющих одинаковую активность в дозах 10"⁵— 10~⁴ моль/л, но различающихся тем, что одни из них вызывают эффекты в сверхмалых дозах, а другие — нет [47]. Подробное изучение таких веществ позволяет обнаружить различие между ними, но имеет ли это различие, определяющее значение для эффектов сверхмалых доз и можно ли его связать с особенностями влияния веществ на структуру воды, пока еще не ясно.

1.3 Структура и свойства воды.

Вода обладает рядом аномальных свойств: способностью к полимеризации, высокой диэлектрической проницаемостью, максимальной плотностью в жидком, а не в твердом состоянии и так далее.

На основании химии элементов вода должна кипеть при температуре 80С, а замерзать при -100С. Ее плотность максимальна при +4С и поэтому лед плавает на поверхности жидкой воды, а не скапливается на дне. Если бы не это странное свойство Н₂0, весь Мировой океан представлял бы собой сплошную глыбу льда, изредка оттаивающую с поверхности [48, 49].

Для объяснения аномальных свойств воды в жидком состоянии учеными созданы различные модели ее структуры. В основе многочисленных моделей жидкая вода рассматривается как кристаллическое вещество (жидкие кристаллы) [50]. Упорядоченное (кристаллическое) расположение частиц воды в жидком состоянии доказано экспериментально. Это состояние обусловлено образованием так называемых водородных связей (рис. 1).

а б

Рис. 1 - Модели молекул воды, ее димера (б) и фрагмента льда-Ih (а)

Вода кристаллизуется в гексагональной сингонии, фрагмент струтуры льда-I приведен на рис. 1 а.

При помощи ренгеноскопии установлено, что структура льда и структура воды очень близки, но последняя размыта тепловым движением. Можно сказать, что вода в определенных условиях, это текучий лед.

В воде постоянно образуются и разрываются водородные связи, она является динамической структурой [51]. Прочность водородной связи для льда - 5 ккал/моль, в воде связь ослаблена тепловым движением, ее прочность 2 ккал/моль.

Молекула воды полярна. Это значит, что на ее атомах есть небольшие электрические заряды: на электроотрицательном кислороде — отрицательный заряд, на водороде — положительный. Распределение зарядов и электронных облаков на этих атомах выглядит так Рис.2:

Рис. 2 - Распределение зарядов и электронных облаков на атомах водорода и кислорода в молекуле воды

Здесь плотность электронного облака показана плотностью точек, а цифры показывают парциальный заряд атомов этой полярной молекулы.

У отдельно взятой молекулы воды есть качество, которое проявляется только в присутствии других молекул: способность образовывать водородные мостики между атомами кислорода двух оказавшихся рядом молекул [52,53].

У каждой Н-связи один донор и один акцептор. При этом водород почти всегда выступает донором только одной водородной связи, а кислород может быть акцептором двух водородных связей. В последнем случае возникает "вилочковая" водородная связь[54, 55].

Структура нормального льда диктуется Н-связями: она хороша для геометрии этих связей (О-Н смотрит прямо на кислород). Структура льда ажурна, в нем молекулы воды обволакивают микроскопические (размером чуть меньше молекулы Н₂0) поры (рис.3).

-Он - О—

,кг

-о-

Н-0;_СН^₀—" И_₀^„-

и:

~~и^_^ ы—О— -- - — О

О и—О- н

О—^н

й н -"—О" " ~ "^н

Рис. 3 - Нормальный лед (Ih). Пунктир — Н-связи..

Сейчас известно 13 форм льда, устойчивых при высоких давлениях. У всех сохраняется четырежды координированная сетка водородных связей, т. е. каждая молекула воды сохраняет в них все свои четыре водородные связи. Плотность сдавленных форм льда, по сравнению с обычным льдом увеличивается, вовсе не вследствие разрушения сетки, а за счет ее деформации, за счет отклонения углов между связями от оптимального тетраэдрического угла [57-60].

У родственных воде гидридов, атомы практически нейтральны -таково их химическое свойство, и поэтому водородные связи между их молекулами не образуют. Следовательно, особые свойства воды являются следствием специфического электронного устройства ее молекул. Это приводит к существованию упорядоченной сетки водородных связей во льду, частично сохраняющейся в жидкой воде.

Таким образом, в результате проведенного анализа показано, что в рамках современных представлений вода представляет собой сложное динамическое образование, необычные физико-химические свойства которого обусловлены молекулярной структурой молекулы воды, существованием и непрерывной перестройкой пространственной сетки водородных связей.

Понятно, что внесение в более или менее упорядоченную структуру воды посторонних молекул не может не сказаться на количестве водородных

связей и пространственном расположении молекул воды. Рассмотрим действие на структуру воды растворённых веществ с разными свойствами.

Внесение в решётку воды мелких незаряженных частиц, по размерам превышающих размер ячейки октамера, например, атомов благородных газов, может приводить к образованию клатратных гидратов. В них молекулы воды упорядочены таким образом, что образуют клетку, внутри которой заключена частица. При этом все водородные связи оказываются направленными к соседним молекулам воды, входящим в состав клетки, либо находящимся за её пределами, и их количество, в целом, не уменьшается, а может даже увеличиваться.

Подобный эффект наблюдается и при взаимодействии с более крупными неполярными молекулами, однако в этом случае клетка имеет неправильную форму, в ней могут замыкаться не все водородные связи и она будет менее устойчива [35, 61].

Действие на структуру воды электролитов изучено лучше. Помимо того, что их ионы оказывают действие на ориентацию близко расположенных диполей воды, они также способны влиять на структуру водородных связей в объёме. Наиболее сильно это влияние проявляется у анионов, в меньшей степени - у катионов. Такое влияние может оказывать как упорядочивающее (структурообразующие электролиты), так и разупорядочивающее (структуроразрушающие электролиты) воздействие на воду, что определяется преимущественно размерами иона и его координационным числом.

По характеру и силе действия на структуру воды ионы образуют последовательность, более или менее соответствующую лиотропному ряду Гофмейстера, известному в коллоидной химии. Это показано измерением коэффициента экстинкции растворов электролитов в области поглощения свободных или слабо связанных ОН-групп. Эти измерения позволяют также качественно предсказать изменение свойств данных растворов с изменением

их концентрации, в том числе на температуры конформационных переходов белков, а также эффекты всаливания и высаливания [62-64].

Стоит отметить, что структурообразующим и структуроразрушающим действием обладают не только электролиты, но и практически все растворённые в воде вещества.

Предполагается, что водородная связь играет значительную роль в механизме наследственности; действие памяти связывают с хранением информации в молекулярных конфигурациях с водородными связями.

Химические методы не обнаруживают в гомеопатических потенциях действующего начала. Это не удивительно, так как при простом подсчете, исходя из числа Авогадро и количества разведений ясно, что уже при двенадцати - тринадцати сотенных разведений мы вряд ли химическими методами обнаружим в растворе хоть одну первоначально внесенную молекулу. Итак, разведения выше двенадцати сотенных разведений, с химической точки зрения, можно уже рассматривать как чистую воду. Однако практика показывает, что более высокие разведения не менее, а даже более эффективны, чем низкие [65].

Как упоминалось выше, большую роль в растворении веществ играют водородные связи. Подобно индивидуальным жидкостям жидкие растворы также обладают внутренней структурой ближнего порядка. Частицы растворенного вещества связаны водородными связями и диполь-дипольным, то есть электростатическим взаимодействием. Эти комплексы называются сольватами, а для водных растворов - гидратами [66].

Еще в 60-х годах XIX века было выдвинуто предположение о существовании в растворах определенных физико-химических соединений растворенного вещества в воде. Химическая теория растворов принципиально отличается от физической теории, которая рассматривала растворитель как инертную среду и приравнивала растворы к простым механическим смесям. В водных растворах образуются гидратированные аквакомплексы, которые в свою очередь окружены молекулами воды за счет

водородных связей. При гидролизе возможно образование двух- и многоядерных комплексов, то есть происходит процесс полимеризации. Существование сольватов долгое время не признавалось ведущими химиками, так как их невозможно выделить химическим путем. Применение физико-химических методов анализа, в частности, жидкостная хроматография дает наглядное доказательство присутствия сольватов.

Итак, в растворах вокруг молекул и ионов образуется оболочка, так называемая "шуба", из молекул воды, повторяющая ее пространственную структуру и последовательность химически активных групп, состоящая из нескольких слоев молекул воды. Как уже говорилось выше - вода является жидким кристаллом, поэтому подобные группы можно рассматривать как центры кристаллизации. Одним из факторов, влияющих на процесс кристаллизации, является скорость поступления веществ к поверхности растущего кристалла - диффузионные ограничения. Казалось бы, что вокруг сольвата все равно находится вода, и этих ограничений нет, но сами молекулы воды связаны водородными связями, поэтому необходимо сначала разрушить кристаллическую структуру воды, после чего молекулы смогут переориентироваться. Диффузионные ограничения снижаются под воздействием физических факторов, таких как повышение температуры, перемешивание и других. В данном случае нас интересует перемешивание, так как приготовление гомеопатических разведений одним из условий имеет интенсивное перемешивание.

Под воздействием внесенных веществ, при интенсивном перемешивании, молекулы воды стремятся организовать копирующие полимолекулярные структуры. Последующие разведения основаны на том, что в воду вносится шаблон - 1 мл "кристалла" раствора предыдущего потенцированного разведения, являющегося новым центром кристаллизации. Отсюда следует, что присутствие исходного вещества при подобном методе приготовления необязательно, но важно соблюдать саму методику. Степень

полимеризации потенцированного раствора теоретически должна увеличиваться с ростом степени разведения [67].

Еще одно удивительное свойство воды. Оно заключается в том, что вода в той или иной мере способна растворять буквально все, и поэтому, даже с помощью самых изощренных и трудоемких методов очистки, невозможно получить вещество про которое можно было бы сказать, что его состав в точности соответствует формуле Н₂0. Даже малейшие примеси способны до неузнаваемости изменять ее физико-химические свойства. Так, например, ничтожная добавка полиэтиленоксида резко снижает вязкость воды, делает ее как бы сверхтекучей. Объяснить это можно только тем, что вода имеет какую-то надмолекулярную структуру, и поэтому, целенаправленно изменяя ее путем тех или иных химических или физических воздействий, можно управлять не только ее вязкостью, но и другими свойствами.

Доктор технических наук В.И. Классен разработал методы получения так называемой омагниченной воды и изучению ее свойств. Многочисленные эксперименты однозначно свидетельствовали о том, что после пропускания через магнитное поле изменяются некоторые физико-химические свойства воды: не наблюдается накипи в котлах парогенераторов, омагниченная вода повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Согласно классическим физическим теориям, вода способна «помнить» свою предысторию не более чем 10"⁹ секунды, но согласно методам В.И. Классена, в результате слабого магнитного воздействия, ее свойства радикально изменяются и сохраняются на протяжении не только секунд и часов, но даже суток [68].

Интересные результаты получены при изучении люминесценции дистиллированной воды [40]. Интенсивность люминесценции зависит от времени хранения воды, а также от малых примесей, подчас обладающих собственной люминесценцией. Судя по спектрам люминесценции, структура воды только через несколько суток после приготовления растворов

становится равновесной. Ее изменение, в течение этого времени, может быть монотонным или колебательным. Интенсивность люминесценции оказалась чувствительной к действию слабых электромагнитных полей. Реакция водных растворов на внешнее поле зависит от состояния раствора в момент включения поля и максимальна, когда система далека от равновесия. По мнению профессор Е.Б. Бурлаковой, структура воды и водных растворов — основной объект воздействия СМД химических соединений и слабых полей. В свою очередь, ее изменение меняет свойства биологических мембран, а стало быть, и активность клеток [1].

1.4 Современные исследования действия сверхмалых доз и влияние сверхмалых доз различных веществ на состояние воды.

Работы в этом направлении были начаты в нашей стране еще в начале 80-х годов профессором Е.Б. Бурлаковой [15, 69]. В 1983 г., изучая влияние антиоксидантов на электрическую активность изолированного нейрона виноградной улитки, в ИБХФ получили неожиданный результат. Первоначальная доза препарата (10- моль/л) была для нейрона не только активной, но и довольно токсичной, поэтому концентрацию раствора решили снизить. К всеобщему удивлению, доза в 10 тысяч раз ниже первоначальной оказалась не только менее токсичной, но и более эффективной. Ее дальнейшее уменьшение лишь усиливало эффект, он достигал максимума

— 1 S —17

при 10 моль/л, а затем ослаблялся и при 10 моль/л пропадал. Похожие результаты наблюдали позже в макромолекулах, клетках, органах, тканях, организмах и даже популяциях при воздействии на них противоопухолевых, антиметастатических, радиозащитных и нейротропных препаратов, ингибиторов и стимуляторов роста, гормонов, адаптогенов, иммуномодуляторов, детоксикантов, антиоксидантов, а также различных физических факторов — ионизирующего излучения и т.д.

Выяснилось, что это не особенность какого-то препарата или биологического объекта, а новый тип взаимодействия любых биологических объектов со сверхмалыми дозами (СМД) биологически активных веществ (БАВ). Каждое из них может обладать специфическими мишенями, с которыми оно непосредственно взаимодействует, механизмом, определяющим это взаимодействие и его усиление в определенных условиях, особенностями метаболизма, однако в СМД они демонстрируют общие закономерности.

В настоящее время наличие такого эффекта подтверждено многими примерами, указывающими на бесспорное существование двух (а иногда и нескольких) пиков биологической активности, последний из которых лежит в области, когда одна капля раствора содержит всего несколько десятков молекул действующего начала. Изучено действие множества веществ в сверхмалых дозах, и для ряда веществ обнаружена биологическая активность

[1].

Ряд ученых заинтересовался данной проблемой, осваивая различные

методы, позволяющие определить тонкие изменения в высокоразбавленных

растворах различных химических веществ.

В работе Ф.Р. Черникова, методом флуктуационного

светорассеивания показано, что физической основой активности сверхмалых

доз химических веществ является коллективное динамическое структурное

состояние жидкой среды [27]. Динамическая структура жидкой воды и

сверхмалых доз химических веществ определяет соответствующую

специфическую структуру протонных потенциалов этих сред и наличие

излучения сверхнизкой интенсивности соответствующего спектрального

состава. Колебательная структура в среде (специфическая молекулярная

динамика, структура протонных потенциалов и спектр низкоинтенсивного

фонового излучения) организована по фрактальному принципу - спектр

процессов от высокочастотной области внутримолекулярных колебаний до

низкочастотного спектра процессов образования и разрушения клатратов

построен из ряда однотипных областей с повторением частотных соотношений в каждой области. Ф.Р. Черников показал, что в воде и других жидких средах наблюдаются высокоамплитудные флуктуации интенсивности светорассеивания длительностью от миллисекунд до недель и месяцев, отражающие динамические процессы в молекулярной организации жидкой среды. Различные химические вещества в широком диапазоне концентраций, а так же механические возмущения, температура, магнитные волны оказывают заметное влияние на режимы этих колебаний [70].

К числу факторов, влияющих на структурную динамику жидкой среды, относится процедура множественных разведений, то есть последовательное разведение исходно концентрированного раствора до уровня "мнимых" концентраций (ниже 10"⁶ моль) в сочетании с механическим возбуждением на каждом этапе разведения [71]. В работах [72, 73] показано, что активность химических веществ в сверхмалых дозах в высокой степени коррелирует с параметрами его структурной динамики и можно предположить, что носителем активности сверхмалых доз различных веществ в значительной степени является динамическое состояние среды. В многочисленных экспериментах было показано, что спектры флуктуации интенсивности рассеянного света имеют характерные особенности у разных веществ в сверхмалых дозах. Так же автор утверждает, что при изменении динамических состояний существенно меняется весь комплекс физических параметров среды. Меняются спектры динамического светорассеивания, что говорит об изменении режимов ассоциирования молекул и режимов межмолекулярных колебаний, о чем свидетельствуют изменения спектров комбинационного рассеивания и спектров динамического светорассеивания.

Жиров А.А., Злобин В.А., Кузнецов П.Е. с соавторами так же считают, что химические вещества в сверхмалых дозах существенно влияют на состояние водной среды [74]. Так, в своей работе они исследовали действие морфина в концентрациях 10" - 10" моль/л на состояние водной среды. В качестве детектора состояния воды использовали поли-п-

винилкапролактам-гидратный комплекс, растворимость которого зависит от температуры раствора и определяется взаимодействием амидных групп с молекулами воды. Изменение структуры всей водной системы под действием растворенных веществ влияет на температуру фазового перехода "растворение-осаждение" комплекса. Установлено, что морфин в концентрациях 10"⁹ - 10'¹⁴ моль/л способен влиять на состояние водной среды, которое проявляется в достоверно значимом повышении температуры фазового перехода полимер-гидратного комплекса. Авторы предполагают, что введение указанных концентраций морфина в водный раствор, вызывает стабилизацию конформационного состояния комплекса за счет увеличения гидратации полимера. Это свидетельствует о разрушении крупных ассоциатов молекул воды с тетраэдрической структурой и образовании в растворе более мелких водных ассоциатов, проявляющих преимущественно протоно - донорные свойства. Образующиеся ассоциаты имеют менее прочные водородные связи, чем водородные связи "мостиковых" молекул воды в полимер-гидратном комплексе. Полученные результаты показывают способность малых концентраций различных химических веществ влиять на структуру окружающей водной среды.

Помимо того, Кузнецов П.Е. с соавторами в своих

экспериментальных исследованиях выяснили влияния сверхмалых доз различных веществ на подвижность и структуру приповерхностной и воды в объеме [75]. Результаты флуоресцентных исследований приповерхностной воды в эмульсии липосом и гидрозоле ультрадисперсных алмазов, а так же измерении времени спин-решеточной релаксации протонов воды методами импульсного ПМР показывают значительное снижение подвижности воды в присутствии строго определенных концентраций веществ. Изучение упругого рассеяния света растворами некоторых веществ в концентрациях 10 -10"" моль/л приводит к выводу о появлении "гигантских флуктуации" плотности воды. Экспериментальная кривая светорассеяния этими растворами указывает на взаимосвязь происходящих флуктуации. Авторы

считают: результаты проведенных экспериментальных и теоретических исследований показывают, что наиболее вероятным молекулярным механизмом действия сверхмалых доз химических веществ является фазовый переход второго рода, типа порядок - беспорядок, связанный с перестройкой сетки водородных связей воды, который индуцируется веществом в его водном окружении.

Можайский A.M. и Степанов A.M. практически использовали метод ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография) для исследования воды подвергнутой влиянию сверхмалых доз различных химических веществ, а так же физических факторов (ЭМП, лазерное излучение) [76]. На основании литературных данных и результатов собственных исследований авторы выдвигают гипотезу значимости воды в переносе информации. Чистая вода обладает свойством спонтанно образовывать гидратные структуры благодаря особенностям молекулярного строения. Самопроизвольное образование кристаллов из жидкой фазы, есть аналог процессов, имеющих место в обычных пересыщенных растворах. При появлении в таких растворах центров кристаллизации под влиянием различных факторов, в том числе и сверхмалых доз различных химических веществ, возникает лавинообразный процесс образования кристаллов. Вода обладает способностью строить очень широкий спектр квазикристаллических фракций. Под действием внешнего фактора в ней могут формироваться квазикристаллы определенного класса, которые становятся в свою очередь центрами кристаллизации для остального объема. Если новое гидратное образование не содержит внутри себя химическую молекулу, то, как считает автор, то по своей структуре это гидратное образование отражает её строение.

Морозов А.А. исследовал молекулярные основы активности нулевых концентраций [77,78]. Автор полагает, что при последовательном разведении, которое используется для получения сверхмалых доз химических веществ, одновременно с уменьшением концентрации вещества

происходит его взаимодействие с примесями растворителя. Концентрация примесей в высоких разведениях намного превосходит расчетную концентрацию растворяемого субстрата. В эксперименте было установлено, что по составу примесей растворителя отличаются как одинаковые концентрации разных веществ, так и разные концентрации одного вещества (включая концентрации менее 10'²⁴ моль/л). При разведении три составляющих компонента раствора (растворитель, примеси и растворяемая субстанция) участвуют в двух процессах: изменение концентрации и изменение состава. Измененный химический состав примесей растворителя отражает специфику физико-химических свойств растворяемого вещества и является молекулярным субстратом биологической активности растворов с концентрацией, меньшей, чем 10"²⁴ моль/л.

По мнению многих авторов, сверхмалые концентрации и некоторые физические факторы низкой интенсивности способны значительно влиять на воду (авторы, потому и связывают это с механизмом действия сверхмалых доз), в связи с этим подробно исследуется и механохимическая нестойкость воды. Так, Селивановский Д.А. с соавторами [79] провели ряд экспериментов по выяснению механохимической нестойкости воды. Известно, что все молекулы воды содержатся в каждый данный момент в постоянно перестраивающихся, обменивающихся между собой молекулами ассоциатов. Температурные изменения размеров ассоциатов определяют экстремумы многих температурных характеристик жидкой воды. Сходные экстремумы температурных характеристик имеют так же растворы и расплавы достаточно сложных полимеров. Особенности температурных характеристик трактуются как следствие изменения конформаций макромолекул полимеров. При этом любое механическое воздействие на полимеры приводит, наряду с перестройкой конформаций, и к разрыву части химических связей.

Авторы предложили, что и в жидкой воде (по формальным признакам авторы считают воду динамически нестабильной полимерной системой) при различных способах её активации при малых плотностях энергии

воздействия, должны происходить механохимические реакции гомолитического распада молекул воды с появлением радикалов: атомарного водорода и гидрокси - радикала. Справедливость этой гипотезы подтверждена серией опытов, в которых степень диссоциации воды оценивалась по увеличению содержания пероксида водорода - продукта рекомбинации возникающих при диссоциации воды гидрокси - радикалов. Помимо того эти радикалы, гидратируясь, могут существовать значительное время - многие часы, и вступать в многообразные реакции с присутствующими в растворах природными веществами [80].

Петров СИ. и Эпштейн О.И. проводили исследования способности веществ в сверхмалых дозах, приготовленных по технологии потенцирования, влиять на физико-химические свойства водных растворов. С помощью переменнотоковой инверсионной вольтамперометрии оценивали характеристики инверсных вольтамперометрических сигналов в реакции окисления - восстановления ионов ртути (II) в присутствии потенцированных водных растворов хлорида лития и нитрата ртути [81]. В результате эксперимента выявлено модифицирующее влияние потенцированных веществ на процессы окисления - восстановления в электрохимической системе. Потенцированные растворы ртути (II) достоверно повышали эффективную концентрацию (активность) ионов ртути, этот эффект был максимальным в присутствии смеси сверхмалых доз ртути (смеси разведений в 10'¹²,10'²⁴,10"⁴⁸ степени от исходной концентрации). Авторами были получены достоверные данные, свидетельствующие о способности потенцированных веществ в сверхмалых дозах специфически изменять кинетические и термодинамические характеристики растворов этих же веществ.

Согласно некоторым гипотезам, приведенным выше, в воде могут образовываться различные структурные образования, причем даже в чистой воде, не подвергнутой ни каким воздействиям. Исследованиям этих структур так же посвящены многие работы, результаты которых могут быть полезны в

изучении проблемы сверхмалых доз. Так, сделана попытка охарактеризовать поверхности потенциальной энергии кластеров (Н₂0)8 и (Н₂0)₂о на основании расчетов по методу молекулярной динамики при фиксированной геометрии молекул воды. Отмечена возможность сосуществования в течение некоторого времени структур характерных для твердого и жидкого состояния. Формальное существование двух стабильных состояний кластеров в некотором интервале энергий подтверждено расчетами тепловой кривой, функции распределения энергии, свободной энергии Геймгольца и теплоемкости [82].

Методами молекулярной динамики и эмпирических потенциальных функций, учитывающих многочастичные поляризационные взаимодействия исследована структура кластеров воды состава (Н₂0)_п (п=7-18). Показано, что многие кластеры имеют кубическую структуру атомов кислорода. Додекамер имеет повышенную стабильность по сравнению с другими кластерами. Обсуждена стабильность исследованных кластеров и связь со свойствами воды в жидком состоянии [83].

Получены масс-спектры чистых кластеров воды (Н₂0)_пН⁺ и (D₂0)_nD⁺ и определены продукты разложения диссоциировавших кластеров (D₂0)_nD⁺ (п=6-28). С использованием модели испаряющегося ансамбля Клотса и результатов измерений получены средние энергии связи кластеров воды [84].

С использованием базисов двухэкспонентного типа проведены расчеты электронного и геометрического строения, а так же частот колебаний в циклических кластерах воды состава (Н₂0)_п (п=2-6). Для кластеров с п=2-4 проведены расчеты в рамках теории возмущений Меллера-Плесета второго порядка. Показано, что расчеты на коррелированном уровне очень хорошо воспроизводят структуру, дипольный момент и поляризуемость молекулы воды, а так же структуру, энергию связывания и гармоничные частоты колебаний в димере воды. Определено, что расстояние между атомами кислорода уменьшается экспоненциально с ростом размера кластера [85].

Прослежено влияние ориентирующего действия водородных связей на структурные характеристики воды. Показано, что водородные связи обеспечивают некоторую жесткость структуре воды. Данные подтверждены численным моделированием системы методом Монте-Карло [86].

Исследованы энергетические и энтропийные характеристики F-структур полиэдрических кластеров воды, содержащих 4-,5-,6-угольные грани с межмолекулярными взаимодействиями [87].

В современных исследованиях механизмов действия сверхмалых доз, в выявлении эффектов, специфики действия сверхмалых доз, существует много экспериментальных данных, таких, как приведены в работах [88-90], которые тесно связанных с биохимией, медициной и биологией, выяснение которых имеет огромное значение.

1.5.0бласти и перспективы применения сверхмалых доз различных

веществ.

Положительной стороной явления СМД является то, что вещество в высоких разведениях (причем в определенных степенях разведения, свойственных, индивидуально, для каждого вещества) сохраняет свои полезные свойства, иногда даже усиливая их, при этом теряя побочные. Поэтому такое явление не может не привлекать интерес ученых разных отраслей науки.

Большой комплекс исследований в области феноменологии СМД позволяет по-новому взглянуть на ряд сложных проблем в химической биологической и фармацевтической промышленностях, экологии, медицине, сельском хозяйстве.

Изучение явлений и механизмов действия СМД способно внести существенный вклад в разработку новых экологически чистых технологий.

В сельском хозяйстве изучение влияния сверхмалых доз гормонов роста на сельскохозяйственные культуры растений также вызывает

большой интерес. Особое внимание следует обратить на закономерности

действия пестицидов в сверхмалых дозах. Так, в работе Богатыренко и др.

приведены данные для гербицидов из класса органических пероксидов [7].

Во всех случаях наблюдается полимодальная зависимость эффекта от дозы.

Равные эффекты получают для доз препаратов, различающихся на 5 - 8

порядков.

Большая и обстоятельная работа была проведена по исследованию производных пиколиновой кислоты в концентрациях 10"⁴ - 10"¹⁴ моль/л на скорость прорастания семян пшеницы и гороха [91].

Анализируя литературные данные, можно сделать вывод о возможности применения пестицидов в неизмеримо меньших дозах, что обеспечит их безопасность для человека и других объектов окружающей среды при их попадании в воду и почву, при условии полного изучения проблемы СМД.

Учитывая вышесказанное, возможно, в дальнейшем при более глубоком изучении проблемы сверхмалых доз, произойдут существенные изменения в экологии: существующие нормы ПДК вредных веществ будут пересмотрены с учетом всплеска их активности даже после очистки выбросов промышленных предприятий или их разбавления.

Большое значение имеют исследования сверхмалых доз для медицины, так как уже есть высокоэффективные препараты, основанные на сверхмалых дозах лекарств. Преимущества применения подобных лекарственных средств находят подтверждение в различных исследованиях [14,16,17, 92,93]. Одно из важных преимуществ - уменьшение или сведение к нулю побочных эффектов лекарств. Основной проблемой химиотерапии злокачественных образований является токсичность противоопухолевых препаратов. Поэтому настоящей революцией в химиотерапии стало бы создание средств, "избирательно" действующих на опухоль и не повреждающих другие органы и ткани. Определенной экспериментальной предпосылкой для проведения такого рода исследований может служить

обнаруженное Бурлаковой Е.Б. и сотрудниками Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук ранее явление индукции хромосомных аберраций в злокачественных клетках сверхмалыми дозами противоопухолевого препарата нитрозометилмочевина.

Существует много работ по исследованию действия ферментов и антиоксидантов, которые так же имеют большое практическое значение [1,

11,15].

Таким образом, проблема СМД является актуальной и затрагивает исследования в различных научных областях народного хозяйства. Любое исследование в этой области внесет свой вклад в познание феномена сверхмалых доз и в будущем позволит воплотить все выше описанные перспективы в указанных отраслях наук.

Заключение по литературному обзору.

1. Из литературного обзора ясно видно, что существует пока необъяснимое явление эффекта "сверхмалых доз", который проявляется в основном для химических веществ, обладающих биологической активностью. Суть эффекта сводится к тому, что в сверхмалых дозах -порядка 10' моль/л и ниже, вещество проявляет свои свойства, причем концентрации растворенного вещества во многих случаях стремится к нулю. Другими словами, вещества почти нет в среде растворителя, а его свойства остаются. Указанный эффект имеет ряд характеристик и закономерностей. Эффект сверхмалых доз проявляется не для всех веществ, или в столь низких концентрациях, которые не изучались. Необходимо отметить, что концентрационный интервал возникновения эффекта "сверхмалых доз" для каждого вещества индивидуален.

Стабильность проявления эффекта "сверхмалых доз" не постоянна, что так же пока не имеет полноты объяснения.

2. Представлены различные гипотезы механизмов действия сверх малых доз различных веществ, большая часть которых сводится к участию воды в этом процессе. Общность гипотез о роли воды в механизме действия сверхмалых доз сводится к тому, что вещество в определенных сверхмалых дозах может влиять на воду, в которой это вещество растворено, изменяя её физико-химические свойства. Однако, несмотря на все выдвинутые гипотезы, единого обоснования механизмов действия сверхмалых доз до сих пор не существует.

3. Подробный литературный анализ воды и её свойств показал, что вода является наисложнейшей и малоизученной системой, несмотря на её простой состав. Вода - это слишком чувствительное вещество, которое может изменять свои свойства под воздействием внешних факторов. Изменения свойств воды, её структуры, перестройка водородных связей -являются очень тонкими процессами и требуют точного, трудоемкого изучения.

4. В настоящее время проводится большое количество исследований в области проблемы сверхмалых доз. Изучаются механизмы их действия, выявляются новые эффекты и новые вещества, которые могут их проявлять, устанавливаются концентрационные интервалы действия сверхмалых доз химических веществ. Изучается свойства, структура воды, водородные связи в воде, а так же их изменения под действием сверхмалых доз химических веществ.

5. Рассмотрены области и перспективы применения сверхмалых доз различных веществ.

Таким образом, литературный обзор показал, что проблема сверх малых доз пока еще не изучена подробно, поэтому целью настоящей работы является получение научно-практических данных для расширения информационного материала в этой области исследования.

Современное представление о механизме действия сверхмалых доз

В последние годы все больше ученых обращается к проблеме эффекта СМД, расширился спектр биообъектов, на которых проводятся эти исследования, возросло число химических веществ, у которых обнаружена активность в сверхмалых дозах. Усиленное внимание и научные исследования направлены на выяснения механизмов действия сверхмалых доз. Но до настоящего момента достоверных объяснений пока не найдено, хотя существует достаточно много теорий, объясняющих проблему сверхмалых доз в узком диапазоне.

Для понимания влияния сверхмалых доз химических веществ на исследуемые объекты, нужно, в первую очередь, объяснить с кинетической точки зрения саму возможность реакций столь малого количества молекул со своими мишенями. При концентрации 10 15 моль/л и ниже перестает работать закон действующих масс Вант - Гоффа и, в определенной степени, теряется смысл понятия "концентрация".

Е.Б. Бурлакова с соавторами предложили следующий подход к объяснению кинетических парадоксов [22]. В основу его положены представления об аллостерическом взаимодействии каталитических центров в молекуле фермента. Например, если допустить, что фермент или рецептор содержит несколько центров с разным сродством к субстрату, причем константа диссоциации для одного центра равна 10"13 моль/л, а для другого моль/л., то когда вводятся низкие дозы препарата, его молекулы преимущественно связываются с высокоэффективным центром фермента, а при увеличении дозы в «игру» вступает второй ферментный центр. Он взаимодействует аллостерически с первым центром, понижая его сродство к субстрату, и тогда все молекулы, которые были связаны с первым центром, «сходят» с него. Снова с ним связаться они могут только после того, как концентрация препарата приблизится к значению константы диссоциации комплекса лиганда с первым центром, достигнутой под воздействием второго центра.

Кроме того, авторы полагают, что при самых малых дозах, вещества оказывают положительное влияние на клеточные мембраны, каким-то образом изменяя их структуру. В свою очередь изменения структуры мембран могут приводить к изменению функционального состояния клетки, а наличие полимодальности в ответе можно объяснить сменой механизма действия вещества в том или ином концентрационном интервале на структуру мембраны. Это было показано не только в опытах на животных in vivo, но и in vitro, а так же на изолированных клеточных мембранах, структура которых изучалась методами ЭПР - электронного парамагнитного резонанса и ЯМР - ядерного магнитного резонанса.

В работе [22] рассматривается вопрос о том, что биологическая система, испытывающая влияние СМД химических веществ, может реагировать на наиболее быстрые единичные молекулы, а не на их стационарные концентрации ("момент первого достижения").

В своей работе Л.А. Блюменфельд высказал идею о параметрическом резонансе, как о возможном механизме действия сверхнизких концентраций биологически активных веществ, на клеточном и субклеточном уровнях [23]. Релаксационная концепция биокаталитических процессов позволила предложить возможное объяснение действия сверхмалых доз биологически активных агентов на некоторые внутриклеточные процессы.

Наблюдаемые зависимости эффективности действия химического вещества от его концентрации приводят к предположению, что при достаточно низких концентрациях возникает некий параметрический резонанс. Он определяется временными параметрами, запускаемыми химическими веществами внутриклеточных процессов и характерным временем доставки вещества (или продукта его взаимодействия с компонентами клетки) к специфическому месту внутри клетки (мембранный рецептор, активный или аллостерический центр фермента и т.п.).

Можно предположить, что при сверхнизких концентрациях вещества лимитирующей стадией всего процесса будет диффузия его молекул из объема к поверхности клетки. Тогда характерное время доставки вещества к атомному центру г = т можно определить как обратную величину числа столкновений Z молекул вещества с клеткой в единицу времени, т.е. T=Z \ Пренебрегая размерами низкомолекулярного биологически активного вещества по сравнению с размерами биомишени (клетки), значение Z можно рассчитать с помощью известного уравнения Смолуховского: Z=4nDRn (1) где D - коэффициент диффузии молекул биологически активного вещества; R - радиус клетки; п- число молекул в единице объема.

В качестве характерного временного параметра внутриклеточного процесса, ответственного за наблюдаемый эффект, естественно выбрать время конформационной релаксации макромолекулярных структур (ферментов, комплексов макромолекул, регуляторов биосинтеза, участков мембраны) после локального возмущения системы — присоединения субстрата, ингибитора или аллостерического лиганда к активному центру, редокс-изменения металла, ионизации кислотной группы и т.д. Для простоты дальнейшего изложения материала будем называть эту макромолекулярную структуру ферментом.

Итак, внешний агент — химическое вещество, поступающий в клетку со средней частотой Z, определяемой формулой (1), вызывает возникновение конформационно неравновесного состояния фермента, релаксирующего затем с характерным временем т к новому состоянию, равновесному для фермента с присоединенным агентом. На определенной стадии релаксации активность фермента экстремальна.

При очень малых концентрациях химического вещества, когда ZA»T, почти весь фермент будет находиться в малоактивном исходном равновесном состоянии. При очень больших концентрациях вещества, когда Z"1«r, почти весь фермент будет находиться в малоактивном конечном равновесном состоянии. Максимальную стационарную концентрацию активной неравновесной конформации можно ожидать в случае совпадения (по порядку величины) значений Z"1 и т. Для более строгого анализа, необходимо знать положение активной конформации на кривой релаксации, истинную константу равновесия связывания химического вещества с ферментом в разных состояниях при малых объеме и числе частиц, а так же другие параметры [24].

Действие других веществ в сверхмалых дозах на состояние биообъектов

Помимо стандартного раствора сапонинов, согласно описанной методике, исследовались другие вещества в тех же степенях разведения на возникновения "эффекта сверхмалых доз".

Такими веществами являлись уксусная кислота (СНзСООН) и нитрит натрия (NaNCb). Названные вещества в обычных концентрациях обладают гемолитической активностью. Но при исследовании этих веществ в интервалах разведений 10" - 10" степени от исходной пороговой концентрации не было обнаружено никакой закономерности, соответствующей эффектам сверхмалых доз.

Исходя из литературных данных, здесь нельзя сказать точно обладают ли эти вещества эффектом сверхмалых доз или нет, так как возможно эффект сверхмалых доз проявляется в более низких концентрациях или при других условиях изучения [1].

Другим примером проявления эффекта СМД является гипогликемическое действие инсулина в этих дозах. Эксперименты проведены на 12 беспородных белых крысах-самцах. Биологический эффект инсулина и его разведений (гипогликемическая реакция) тестировали на животных, страдающих диабетом. Для создания модели диабета нами был синтезирован аллоксан, который вводили крысам в переднюю брюшную стенку. Аллоксан - пиримидиновое производное, нарушающее способность Р-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы синтезировать инсулин. Введение аллоксана приводило к развитию у подопытных животных сахарного диабета, что сопровождалось гипергликемией до 30 - 35 ммоль/л (при нормальном содержании глюкозы у интактных животных 5,5 -6,6 ммоль/л) и появлением других типичных признаков заболевания.

Стандартный раствор инсулина, как и его разведения, вводили в хвостовую вену животных. Кровь для определения концентрации глюкозы забирали из подъязычной вены до и после инъекции инсулина.

Введение исходного раствора инсулина (100 МЕ/мл) в подобранной дозе приводило к нормализации уровня сахара в крови у экспериментальных животных. Контрольное введение чистого растворителя как подопытным, так и интактным крысам не оказывало гипогликемического действия. Более того, у отдельных животных отмечено небольшое повышение концентрации глюкозы в крови вероятно за счет стрессорной реакции.

Начиная с разведения инъекции инсулина вызывали слабовыраженное гипогликемическое действие. При введении инсулина в разведении 10"18 от исходной концентрации уровень глюкозы в крови у отдельных животных заметно снижался и гипогликемический эффект СМД был резко выражен. Так у одного из животных с экспериментальным диабетом содержание глюкозы снижалось с 28,9 ммоль/л до 16,6 ммоль/л, у другого - с 20 ммоль/л до 9,6 ммоль/л.

Таким образом, проведенные нами предварительные испытания позволили обнаружить биологический эффект сверхмалых доз еще одного соединения - гормона поджелудочной железы инсулина. Гипогликемический эффект СМД инсулина установлен у животных in vivo на модели аллоксанового диабета.

Однако остаются неясными вопросы о надежной воспроизводимости эффекта, зависимости действия от индивидуальной чувствительности подопытных животных, возможной модуляции действия другими препаратами и приложимости феномена бипатии.

Вследствие этого, дальнейшие исследования проводились с разведениями раствора сапонинов, при работе с которыми, как было описано выше, были получены наиболее четкие и воспроизводимые результаты.

Влияния температуры на изменение высоты мениска в капилляре растворов сапонинов в различных степенях разведения

Анализируя графическую зависимость, представленную на рисунке И было установлено, что при каждом разведении раствора сапонинов происходит понижение высоты мениска, при том, нет резких скачков снижения высоты мениска, характерных для определенных степеней разведения, как в предыдущих экспериментах.

Как было упомянуто выше, магнитные поля могут изменять физико-химические свойства воды, путем воздействия на сетку водородных связей. Мы считаем, что магнитные поля своим действием перекрывают влияние сверхмалых доз сапонинов и процесса потенцирование на воду, тем самым, подтверждая существование такого влияния. В подтверждение нашего утверждения представим помимо "резонансной гипотезы", описанной в п.3.1. некоторые другие гипотезы влияния магнитных полей на воду [68, 112, 113].

Существуют: - "коллоидные" гипотезы, в основе которых лежит действие магнитных полей на коллоидные частицы, обладающие довольно большой магнитной восприимчивостью. - "Ионные" гипотезы, в которых основная ответственность возлагается на ионы, находящиеся в воде. - "Водяные" гипотезы обосновывающие действие магнитных полей непосредственно на воду, на Н+, ОН", Н30+.

Все эти гипотезы не изолированы друг от друга, они как бы взаимопроникают. Помимо этих гипотез существует и ряд других. Свои предположения о влияния магнитного поля на воду мы выдвигаем, опираясь на указанные гипотезы, обобщая некоторые из них.

Так, частицы воды и сапонинов держатся вместе благодаря капиллярным силам воды, захваченной в их площади соприкосновения, и силами сцепления между частицами, главным образом которые обусловлены многочисленными водородными мостиками, созданными под действием магнитного поля. В первых разведениях концентрация сапонинов больше, чем в последующих и, предположительно, под действием магнитного ПОЛЯ количество водородных мостиков, которые образуются как между молекулами воды, так и между сапонинами и водой, так же больше, чем в остальных разведениях. С увеличением степени разведения количество частиц сапонинов уменьшается, уменьшается и разнообразие водородных связей, преобладают водородные связи типа вода-вода. Поэтому жидкость с увеличением степени разведения становится менее "рыхлой", мениск в капилляре в подтверждение этому уменьшается при каждом разведении, соответственно поверхностное натяжение увеличивается.

Причем, в то же время, магнитные поля влияют на энергетику процесса потенцирования, внося свою определенную энергию, стремясь структурировать воду по-своему, например, как сказано выше -увеличивается количество водородных мостиков.

Магнитные поля так же не могут не повлиять на различные радикалы, находящиеся в образцах разведений раствора сапонинов.

Можно предположить следующее: вода под действием определенных сверхнизких концентраций веществ структурируется определенным образом, изменяя свои отдельные физико-химические свойства. Если в этих высоко разбавленных растворах имеется наличие некоторого количества растворенного кислорода, то согласно теории Классена В.И. [68] кислород, являясь парамагнитным веществом, под действием магнитного поля, влияет на деформацию водородных связей, структурированных сверхнизкими концентрациями раствора сапонинов.

В этом разделе, учитывая, что магнитные поля могут изменять влияние физико-химических факторов, мы полагаем, что некоторое непостоянство в полученных результатах, связано с воздействием магнитных полей на водные системы. Как было упомянуто выше, степени разведения раствора сапонинов, в которых изменялось поверхностное натяжение, и которые изменяли биочувствительность эритроцитов, могли варьировать от 10 8 до 10 12 и от 10"20 до 10"24. Это возможно под влиянием различных магнитных полей, которые нас окружают каждый день, постоянно меняясь. Известно, что существуют закрытые системы (обменивающиеся с внешней средой только энергией) и открытые (обменивающиеся с внешней средой как энергией, так веществом). Первые системы легко контролируемы, опыты с ними дают хорошо воспроизводимые результаты. Открытые же системы отличаются чрезвычайной сложностью и изменчивостью. Как раз водные системы и относятся к таковым. Влияние магнитного поля Земли и влияние солнечной активности в совокупности, является нестационарной системой, что не может не отразиться на состоянии воды и полученных в процессе эксперимента результатах.

Изменение удельной электропроводности образцов раствора сапонинов в степенях разведения 10"2 -10"28 от исходной концентрации

Инфракрасная спектроскопия - это один из методов молекулярной оптической спектроскопии, с помощью которого можно изучать спектры поглощения электромагнитных волн в области ИК-спектров.

При комнатной температуре химические связи в любой молекуле, в силу ее взаимодействия с соседними молекулами, испытывают колебания. Поглощение молекулой энергии инфракрасного излучения увеличивает амплитуду этих колебаний, которая затем быстро уменьшается до прежнего уровня в результате столкновений с соседними менее активными молекулами. Последние всегда находятся в большом избытке, поэтому система никогда не достигает состояния энергетического насыщения. Любое изменение колебаний квантово, поэтому поглощаемая энергия изменяется не непрерывно, а ступенчато, что на спектре отражается как ряд пиков - полос поглощения. Чем больше молекул находится на пути светового пучка, тем больше вероятность того, что квант энергии будет взаимодействовать с ними, поэтому низкая концентрация изучаемого вещества приводит к спектрам с малоинтенсивными пиками.

При наличии одинарной связи возможно два типа колебаний, один из которых связан с изменением длины связи вдоль её оси (валентные колебания), а другой - с изгибом (деформацией) связи. В многоатомных молекулах, где имеется множество связей, соответственно, возрастает и число теоретически возможных колебаний [117-119].

Образцы разведений стандартного раствора сапонинов были исследованы при помощи ИК-спектроскопии. Были получены инфракрасные спектры поглощения для водных образцов сапонинов в степенях разведения 10"2 - 10 28 от исходной действующей концентрации. Так как исходная концентрация сапонинов для разведения достаточно мала, то по своему составу разведения представляют собой воду, содержащую примеси сапонинов в разном соотношении, соответственно, для каждого разведения. ИК - спектры, представленные на рисунках 13-27, являются спектрами воды соответствующих разведений сапонинов. На рисунках 13-16 мы видим инфракрасные спектры воды для разведений 10"2 - 10 8 соответственно. Данные спектры не имеют принципиальных различий и схожи с инфракрасным спектром воды - раствора, от которого производили разведения (рис.27). На рисунке 17 представлен инфракрасный спектр воды разведения сапонинов 10 10 от исходной концентрации (пятое- сотое разведение). На этом спектре можно отметить значительные изменения полос поглощения в области волновых чисел 1560-1430 см"1 и 945-574 см 1. Интенсивность спектральных полос в областях волновых чисел 945-574 см"1 может быть обусловлена, например, внеплоскостными колебаниями связи О-Н (945-880 см"1). На рисунке 18 представлен инфракрасный спектр воды разведения сапонинов 10 (шестое сотенное разведение). Из рисунка мы видим затухание спектральных колебаний в областях волновых чисел 1560-1430 см , и интенсивные колебания в области волновых чисел 779-574 см". Рисунок 19 - инфракрасный спектр воды разведения сапонинов 10"14 (седьмое сотенное разведение), повторяет спектр на рисунке 18. Рисунки 20-22 представляют собой инфракрасные спектры воды для разведений сапонинов 10 16 - 10"20 соответственно. На этих спектрах уже нет интенсивных колебаний как на рисунках 17-19, наоборот они схожи со спектрами для разведений сапонинов 10" - 10", а так же с инфракрасным спектром водного раствора, от которого производили разведения (рис.27).

На рисунках 23, 24 представлены инфракрасные спектры воды разведении 10 КГ соответственно (одиннадцатое и двенадцатое сотое разведение). На этих спектрах вновь возникают полосы интенсивных колебаний, характерных для спектров воды разведений 10 10 - 10"14. На спектрах воды разведении 10"26и 10"28 полосы интенсивных колебаний снова пропадают (рисунки 25, 26). Эти спектры аналогичны спектрам водного раствора, от которого производили разведения (рис.27). В тоже время, при детальном анализе (приложение 1) выяснилось, что увеличивается количество пиков поглощения для проб №6 и №11 (рис. 28), что соответствует разведениям 10" и 10" от исходной концентрации гемолизирующего раствора, в то время для остальных проб количество пиков поглощения на графиках остается примерно равным. Количество пиков для этих образцов разведения увеличивается в областях волновых чисел от 1000 до 800 см 1, что соответствует внеплоскостным деформациям О-Н связей (970-880 см"1), а так же валентным колебаниям 0-0 связей (930-800 см"1).

Итак, исходя из данных инфракрасной спектроскопии, можно предположить, что в образцах раствора сапонинов в областях степеней разведения 10"10 - 10"14 и 10"22 - 10"24 происходят некоторые изменения в структуре растворителя, в основном деформационные. Это наводит на мысль, что в этих степенях разведения, под действием сбалансированного избытка энергии и небольшого количество содержащихся в воде молекул сапонинов, происходит перестройка структурных составляющих воды. Возможно, в результате этого меняется и свойства растворенных молекул действующего вещества, например степень их активности.

Похожие диссертации на Действие сапонинов в сверхмалых дозах на некоторые физико-химические свойства их растворителя и на физико-химическое состояние мембран эритроцитов

Физико-химические свойства апротонных растворителей и их влияние на процессы взаимодействия с солями алюминияПономаренко Сергей Михайлович

Исследование физико-химических свойств некоторых нитратов в смешанном растворителе вода-диэтиламин Седик Амири Мухаммед

Разработка способа получения ферроцена и исследование его физико-химических свойств в водно-органических растворителях Бурюкин Фёдор Анатольевич

Физико-химические свойства растворов полисульфидов лития в органических растворителяхКузьмина Елена Владимировна

Физико-химические свойства систем фториды [60]фуллерена - органические растворителиМакеев Юрий Алексеевич

Физико-химические свойства алкилпроизводных линейных полипирролов, порфина, их металлокомплексов в органических растворителях и твердой фазеГусева Галина Борисовна

Влияние природы бинарных растворителей на основе CH3NO2, CH3CN и CCl4 на физико-химические свойства растворов MeClO4 и MeAICl4 (Me=Li+, Na+, K+) при 288-328 К Жуков Борис Анатольевич

Физико-химические процессы при модификации полимеров высокочастотным звуком и электронами высокой дозыФедоров Алексей Евгеньевич

Электронное строение, химическая связь и некоторые физико-химические свойства кристаллов MgB4C2Демушин, Павел Викторович

Разработка моделей надмолекулярной организации и физико-химических свойств жидких растворовМоскалец Александр Петрович