Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Микроволновые излучения и здоровье человека 14
1.1 Микроволновое излучение Солнца и проблемы оценки его влияния на жизнедеятельность организмов 14
1.2 Микроволновое излучение техногенного происхождения и его влияние на жизнедеятельность организмов 18
1.3 Современные подходы к оценке роли в живой природе микроволновых излучений 24
1.4 Постановка основного направления диссертационного исследования 38
1.5 Выводы по главе 1 39
ГЛАВА 2. Модели механизмов ослабления резистентных свойств микроорганизмов на основе микроволновых излучений природного происхождения 40
2.1 Биоплёнки микроорганизмов – фактор усиления их резистентных свойств 40
2.2 Модель «радиовибрационного» взаимодействия клеточных структур с электромагнитными полями и излучениями 44
2.3 Механизм ослабления процесса биоплёнкообразования микроорганизмами при использовании микроволнового излучения природного происхождения 48
2.4 Выводы по главе 2 57
ГЛАВА 3. Разработка аппаратно-программного и математического обеспечения моделирования микроволнового излучения солнца 59
3.1 Основные требования к аппаратно-программному и математическому обеспечению моделирования микроволнового излучения Солнца 59
3.2 Устройство моделирования микроволнового излучения Солнца СВЧ диапазона 60
3.3 Краткое описание алгоритма и программного обеспечения формирования управляющего сигнала и сигнала модуляции питающего напряжения в «Аппарате информационной микроволновой терапии» (АИМТ-1) 69
3.4 Математическая модель управляемой интенсивности микроволнового излучения при применении разработанных аппаратно-программных средств з
3.5 Выводы по главе 3 81
ГЛАВА 4. Сравнительная оценка модифицирующего действия моделированных природных и техногенных электромагнитных излучений микроволнового диапазона на изменение резистентных свойств условно-патогенных микроорганизмов и морфологических особенностей эритроцитов и нейтрофилов 82
4.1 Обоснование цели, основных задач и общая характеристика условий проведения экспериментальных исследований 82
4.2 Оценка модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологический статус грибов рода Кандида 86
4.3 Оценка модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на золотистый стафилококк 92
4.4 Оценка влияния низкоинтенсивных микроволновых излучений СВЧ диапазона на процесс дезагрегации эритроцитов 99
4.5 Оценка модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологию и функциональный статус нейтрофильных гранулоцитов 104
4.6 Выводы по главе 4 110
Заключение 112
Список использованной литературы 117
- Микроволновое излучение техногенного происхождения и его влияние на жизнедеятельность организмов
- Модель «радиовибрационного» взаимодействия клеточных структур с электромагнитными полями и излучениями
- Краткое описание алгоритма и программного обеспечения формирования управляющего сигнала и сигнала модуляции питающего напряжения в «Аппарате информационной микроволновой терапии» (АИМТ-1)
- Оценка модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологический статус грибов рода Кандида
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из социально значимых проблем мирового здравоохранения является рост числа инфекционных заболеваний и снижение эффективности их лечения при использовании существующих антибактериальных препаратов.
Несмотря на большой объем проводимых исследований по проблеме ослабления резистентности микроорганизмов, следует признать, что к настоящему времени нет конструктивных предложений по снижению их персистентного (устойчивого) потенциала. Существующие биохимические технологии синтеза бактерицидных и бактериостатических антибиотиков, практически исчерпали свои возможности.
Основной причиной такого положения является недооценка основных факторов усиления резистентных свойств микроорганизмов. В первую очередь это связано с интенсивным образованием биоплёнок, формируемых колониями микроорганизмов. Эти плёнки препятствуют доступу к микроорганизмам антибиотиков как эндогенного, так и экзогенного происхождения. В связи с этим целесообразным является сконцентрировать усилия не на синтезе новых антибактериальных препаратов, а на разработке эффективных способов противодействия процессу образования микроорганизмами подобных биоплёнок на основе использования аналогов излучений природного происхождения. Именно это позволит в дальнейшем создать медицинскую технику для лечения инфекционных заболеваний, учитывающую весь спектр взаимодействия организма человека с используемыми электромагнитными излучениями (ЭМИ) и полями. Для их разработки, прежде всего, необходимо установить причины усиления резистентных (плёнкообразующих) свойств микроорганизмов. Среди большого их разнообразия главная из них, по мнению ряда ученых, напрямую связана с экологическими аспектами изменения свойств окружающей среды и, в частности, с её электромагнитным загрязнением.
Степень разработанности темы исследования. В настоящее время
природный электромагнитный фон практически полностью подавлен
излучениями техногенного происхождения. В связи с этим позитивная
управляющая роль основного источника микроволнового излучения в живой
природе, которым на всем протяжении эволюционного развития организмов
являлось Солнце, заметно ослабла. Одно из негативных проявлений снижения
управляющей роли природного электромагнитного фактора напрямую связано с
интенсификацией процесса плёнкообразования микроорганизмами,
обеспечивающего защиту микроорганизмов от антибиотиков. Отсюда следует, что одним из способов противодействия процессу биоплёнкообразования является способ восстановления с помощью специализированных аппаратно-программных средств управляющей роли природного электромагнитного фактора в условиях электромагнитного загрязнения окружающей среды.
Значительный вклад в развитие современных представлений об основных
принципах восстановления информационно-управляющей роли ЭМИ
микроволнового диапазона природного происхождения в условиях
электромагнитного загрязнения окружающей среды внесли работы С.Н. Даровских,
Е.П. Попечителева, А.Н.Узуновой, А.А.Разживина, Г.В.Дьячковой и др. Их
теоретические и экспериментальные исследования показали высокую
эффективность низкоинтенсивных микроволновых излучений СВЧ-диапазона с природной амплитудной и частотно-временной структурой при лечении широкого спектра заболеваний детей и взрослых.
Вместе с тем следует признать, что исследования по оценке
модифицирующего действия различных видов микроволнового излучения
Солнца, достигающего поверхности Земли, в СВЧ-диапазоне на процессы
биоплёнкообразования в прямой постановке не проводились. Основная причина
такого положения связана со сложностью таких исследований из-за отсутствия
аппаратно-программных средств адекватного моделирования указанного
излучения в диапазоне длин волн наиболее согласованного с биологическими структурами.
В этой связи актуальным является разработка аппаратно-программных средств моделирования микроволнового излучения Солнца и оценка их эффективности по ослаблению процесса биоплёнкообразования условно-патогенными микроорганизмами 1 , лежащих в основе широкого спектра заболеваний человека.
Объект исследования – методики ослабления биоплёнкообразования микроорганизмами и биомедицинская техника, обеспечивающая реализацию высокоэффективных технологий профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека за счет этого эффекта.
Предмет исследования – аппаратно-программное и математическое
обеспечение устройств генерирования микроволновых излучений для
противодействия образования микроорганизмами биоплёнок.
Целью исследования является разработка биофизической модели механизма
противодействия образованию микроорганизмами биоплёнок на основе
использования микроволновых ЭМИ и разработка аппаратно-программных средств
эффективного снижения резистентных свойств условно-патогенных
микроорганизмов для профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Провести анализ современных биофизических подходов и аппаратно-программных средств их реализации для оценки роли микроволновых излучений в поддержании гомеостаза организма и процессах биоплёнкообразования.
-
Разработать биофизическую модель механизма ослабления процесса биоплёнкообразования микроорганизмами с помощью сложно-модулированных ЭМИ микроволнового диапазона.
-
Разработать аппаратно-программные средства противодействия образованию микроорганизмами биоплёнок на основе моделирования микроволнового излучения Солнца СВЧ диапазона.
1Условно-патогенные микроорганизмы – микроорганизмы, обитающие на наружных покровах (коже, слизистых оболочках) и способные вызывать инфекции лишь при снижении резистентности макроорганизма (в результате переутомления организма, его перегревания, охлаждения, интоксикации).
-
Разработать математическую модель управляемой интенсивности микроволнового излучения при применении разработанных аппаратно-программных средств снижения резистентных свойств условно-патогенных микроорганизмов в различных режимах их работы.
-
Провести экспериментальную проверку основных положений разработанной биофизической модели взаимодействия микроорганизмов с микроволновыми излучениями, генерируемыми разработанными аппаратно-программными средствами.
Научную новизну диссертации составляют:
-
Биофизическая модель механизма ослабления процесса биоплёнкообразования микроорганизмами, позволяющая оценить роль ЭМИ в процессе лечения инфекционных заболеваний человека и отличающаяся использованием в ней сложно-модулированных ЭМИ микроволнового диапазона.
-
Аппаратно-программное обеспечение устройств противодействия образованию микроорганизмами биоплёнок, позволяющее снизить резистентные свойства микроорганизмов и отличающееся использованием моделированных микроволновых «всплесков» излучения Солнца СВЧ диапазона.
-
Математическая модель ближней зоны ЭМИ, позволяющая оценить управляемую интенсивность ЭМИ разработанных аппаратно-программных средств и отличающаяся возможностью применения различных типов специализированных антенн.
-
Результаты экспериментальной оценки модифицирующего действия моделированных природных ЭМИ СВЧ диапазона по ослаблению резистентных свойств условно-патогенных микроорганизмов, подтверждающие основные положения указанной выше биофизической модели.
-
Предложения по созданию устройств физиотерапии для лечения инфекционных заболеваний и методики их применения на основе выполненных исследований.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость работы заключается:
– в разработке биофизического способа снижения резистентных свойств микроорганизмов;
– в доказательстве перспективности разработанной природоподобной технологии, основанной на использовании моделированных микроволновых излучений СВЧ-диапазона для профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека;
– в обосновании основных положений биофизической модели
взаимодействия организмов с ЭМИ природного происхождения.
Практическая ценность работы состоит:
– в разработке новых методик и многофункциональных аппаратно-программных средств снижения резистентных свойств условно-патогенных микроорганизмов для их использования в системе здравоохранения при лечении широкого спектра инфекционных заболеваний человека;
– в повышении эффективности существующих антибактериальных препаратов;
– в снижении необходимости и потребности в разработке новых антибактериальных препаратов;
– в снижении количества побочных явлений при комплексном использовании
разработанных аппаратных средств совместно с антибактериальными
препаратами;
– в доказательстве на основе экспериментальных исследований возможности использования разработанных аппаратно-программных средств для профилактики и лечения инфекционных заболеваний человека.
Методология и методы исследований. Для решения задач исследования
использовался системный подход к анализу процесса взаимодействия организмов
с ЭМИ природного происхождения. В работе применялись теоретические и
экспериментальные методы исследований. Теоретические – были связаны с
использованием методов системного анализа, физики взаимодействий
электромагнитных излучений низкой интенсивности с биосредами и построения биотехнических информационно-управляющих систем. Экспериментальные – включали лабораторные микробиологические испытания разработанной техники с использованием биофизических, биохимических и инструментальных методов исследования.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Модель «радиовибрационного» взаимодействия микроорганизмов со
сложно-модулированным ЭМИ микроволнового диапазона, позволяющая оценить
роль ЭМИ в процессе лечения инфекционных заболеваний человека.
2. Принципы построения и программное обеспечение аппаратных средств
противодействия образованию микроорганизмами биоплёнок на основе
моделирования микроволнового излучения Солнца СВЧ диапазона, позволившие
снизить резистентные свойства микроорганизмов.
3. Математическая модель управляемой интенсивности микроволнового
излучения при применении разработанных аппаратно-программных средств
снижения резистентных свойств условно-патогенных микроорганизмов в
различных режимах их работы, объясняющая особенности ближней зоны ЭМИ.
4. Результаты верификации основных положений биофизической модели
взаимодействия организмов с микроволновыми излучениями природного и
техногенного происхождения при использовании разработанных аппаратно-
программных средств их моделирования, подтверждающие основные положения
указанной выше биофизической модели.
Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность
научно обоснованных результатов работы обеспечивалась их согласованностью с
фундаментальными положениями: биофизики, радиофизики, экологии,
микробиологии, биохимии; построения биотехнических информационно-
управляющих систем; использованием параметрических и непараметрических
методов математической статистики для обработки экспериментальных данных;
достоверностью результатов микробиологических и инструментальных
исследований.
Основные положения диссертационной работы докладывались на V и VI международных научно-практических конференциях «Фундаментальная наука и
технологии - перспективные разработки» и «Фундаментальные и прикладные науки сегодня» (USA, North Charleston, 2015), на IV Международной научно-практической конференции «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия» (г. Новосибирск, 2014), на XII Международной научно-практической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (г. Нижний Новгород, 2014), на Международной конференции «Электронная техника и технологии» (Украина, г. Харьков, 2014), на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития науки» (г. Уфа, 2014), на научно-практической конференции «Актуальные проблемы автоматизации и управление» (г. Челябинск, 2013), на Международной конференции «Электронная техника и технологии» (Украина, г. Харьков, 2013), на XI Международной науч.-техн. конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Екатеринбург, 2012).
Личный вклад автора состоит в непосредственном участии на всех этапах выполнения диссертационной работы. Все выносимые на защиту результаты получены автором лично и в ходе совместных исследований.
Внедрение результатов работы. Основные результаты работы нашли
применение в научных и учебных учреждениях г. Челябинска: в «Южно
Уральском государственном медицинском университете» и в «Уральском
государственном университете физической культуры». Они являются
подтверждением высокой эффективности информационной физиотерапии,
основанной на моделировании космического микроволнового фона. Большой
интерес к основным подходам и результатам проведенного исследования
проявлен отечественными и зарубежными специалистами в области
микробиологии.
Результаты экспериментальных исследований с использованием
разработанных аппаратно-программных средств подтверждены двумя актами, которые представлены в приложении к диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в т.ч.: 10 статей в рецензируемых научных журналах и изданиях, из них 7 статей в научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, 11 статей по теме проведенного исследования в других журналах и материалах российских и международных научно-технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 137 наименований и приложений. Основное содержание работы изложено на 132 страницах, содержит 26 рисунков и 12 таблиц.
Микроволновое излучение техногенного происхождения и его влияние на жизнедеятельность организмов
Актуальной проблемой современного развития биосферы Земли является её электромагнитное загрязнение.
Краткое её содержание представлено в п.1.3. Электромагнитное загрязнение окружающей среды, называемое электромагнитным смогом, в настоящее время практически исключает природный электромагнитный фактор в поддержании гомеостаза в организмах, создает условия для возникновения в них сложно-предсказуемых негативных последствий в медико-биологическом отношении [67; 89]. Особенно актуальна проблема электромагнитного загрязнения окружающей среды в крупных городах, для которых характерна не только высокая насыщенность разнообразными источниками электромагнитных излучений и высокая плотность населения, но и напряженная обстановка в отношении других неблагоприятных условий жизни для человека [86].
По мнению многих специалистов [28], электромагнитное загрязнение окружающей среды из-за его кумулятивного действия является последним звеном в цепи причин, которые лежат в основе устойчивого снижения жизнеспособности человеческого организма и, в особенности, детского. Состояние здоровья детей является наиболее чувствительным индикатором изменения качества окружающей среды. Данные статистики [74]: около 30% детей в нашей стране уже при рождении имеют выраженные патологии, а значительная часть из них («10%) являются инвалидами.
Современные научные подходы [4, 22, 73] к разрешению проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды носят пассивный характер и связаны, главным образом, с разработкой организационно-технических мероприятий по профилактике неблагоприятного воздействия электромагнитных излучений техногенного происхождения на человека, основанных на реализации ограничительных (защитных) мер их воздействия на организмы.
Основным организационным мероприятием по защите человека от указанного неблагоприятного фактора является информирование населения не о возможной, а уже о реальной опасности для организмов ЭМИ техногенного происхождения, необходимости соблюдать определенную осторожность при эксплуатации техники, работа которой связана с электромагнитным излучением. Последнее обстоятельство особенно важно в отношении устройств массового применения. И в первую очередь это относится к медицинским последствиям при использовании радиотелефонов сотовой связи [25, 28, 30, 88, 111, 129, 132]. Плотность потока электромагнитной энергии, излучаемой ими, составляет в настоящее время около 100 мкВт/см2.
Что касается технических мероприятий профилактики, то они направлены на разработку средств и методов защиты от электромагнитных излучений [4]. Ведущей идеей разработанных и разрабатываемых средств и методов защиты от ЭМИ является максимально возможное снижение уровня интенсивности источников техногенного происхождения и введение ограничений на отдельные участки спектра частот этих излучений. Однако, несмотря на принимаемые меры, приходиться констатировать, что даже минимально возможный уровень интенсивности электромагнитного излучения, который обеспечивает работу того или иного устройства, оказывается в сотни, тысячи раз выше фонового. Именно поэтому такой традиционный способ решения задачи ослабления последствий электромагнитного загрязнения окружающей среды, оказывается, несмотря на безусловную его полезность, априорно малоэффективным. Он не учитывает современных изменившихся реалий: электромагнитный фон техногенного происхождения низкой интенсивности (плотность потока энергии менее 10 мВт/см2) – это новое негативное качество среды обитания для организмов на долгую перспективу.
Особенность разрешения проблемы электромагнитного загрязнения окружающей среды состоит в том, что до сих пор не ясен управляющий механизм природного электромагнитного фактора в живой природе [2, 133]. В условиях, когда человечество не может отказаться от достижений научно -технического прогресса, указанная особенность существенным образом усложняет задачу ослабления негативных последствий, вызванных этим видом загрязнения окружающей среды. На вопрос: «Что делать в изменившихся условиях?» – всестороннего, сбалансированного во всех отношениях, ответа пока нет. Именно этим обстоятельством, была обусловлена разработка Международной научной программы Всемирной организации Здравоохранения (ВОЗ) по биологическому действию электромагнитных полей (1996-2000 гг.), в обосновании которой сформулировано следующее положение: «…предполагается, что медицинские последствия заболевания раком, изменения в поведении, потеря памяти, болезни Паркинсона и Альцгеймера, СПИД, синдром внезапной смерти внешне здорового ребенка и многие другие состояния, включая повышение уровня самоубийств, являются результатом воздействия электромагнитных полей. ВОЗ хочет осуществлять сотрудничество с международными учреждениями и организациями, правительственными учреждениями, научно-исследовательскими учреждениями и другими аналогичными организациями в целях объединения ресурсов и знаний, касающихся последствий этих полей». Электромагнитное загрязнение окружающей среды является в настоящее время объективной реальностью и приобретает все большие масштабы [86].Оно действует почти на все население, включая детей и подростков, беременных женщин и больных людей. Его воздействие является фактически круглосуточным.
В настоящее время чувствительность человека к электромагнитным полям и излучениям характеризуется многочисленными неспецифическими симптомами, которые варьируются у разных людей [123, 131, 135]. Указанная чувствительность не имеет четких диагностических критериев. Нет научных оснований для связывания тех или иных заболеваний с воздействием электромагнитных полей и излучений. Более того, высокая чувствительность к электромагнитным полям и излучениям не является медицинским диагнозом, и вряд ли можно говорить о том, что она представляет отдельную медицинскую проблему [2].
Основными источниками электромагнитного загрязнения в микроволновом диапазоне длин волн являются: радиопередающие центры связи и навигации, мобильная и сотовая связь, радиолокационные станции, медицинское оборудование и т.д. Уровень интенсивности излучаемой энергии непрерывно растет. По разным оценкам он превышает до десятков тысяч раз уровень интенсивности природного электромагнитного фона в микроволновом спектре частот [86]. Распределение основных источников, определяющих техногенный электромагнитный фон в микроволновом диапазоне длин, представлено в таблице 1.1.
Незавершенный процесс изучения возникновения различных патологий, обусловленных электромагнитным загрязнением окружающей среды, включая и отдаленные последствия, делают этот вид загрязнения потенциально опасным для человека [11, 18, 26, 80, 87, 88, 127, 130].
Реакция организма человека, деятельность которого сопряжена с повышенным электромагнитным фоном, имеет общие закономерности и проявляется в частичной потере работоспособности, нарушении концентрации внимания, постоянных головных болях, отдельных функциональных нарушениях сердечнососудистой и нервных систем и др. [4, 24, 87, 109, 124]. Для этой категории людей характерен повышенный уровень острых респираторных заболеваний [100].
Модель «радиовибрационного» взаимодействия клеточных структур с электромагнитными полями и излучениями
При рассмотрении возможного механизма ослабления процесса биоплёнкообразования микроорганизмами при использовании микроволнового излучения природного происхождения необходимо обратить внимание как на морфологические особенности биоплёнок, так и на амплитудные и частотно-временные характеристики указанного излучения.
Прежде всего, следует обратить внимание на тот факт, что биоплёнки представляют собой высокоупорядоченные сообщества бактерий, формирующиеся на биологических или искусственных поверхностях в результате адгезии, последующего роста и размножения микроорганизмов, сопровождающееся образованием поверхностной оболочки и внеклеточного матрикса [93, 125]. В состав поверхностной оболочки и матрикса биоплёнок входят белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. При этом только 5-35% массы биоплёнки определяют бактерии, остальная часть представлена межбактериальным матриксом.
Что касается основных характеристик микроволнового излучения природного происхождения на примере микроволнового излучения Солнца (п. 1.1) ограничимся на данном этапе лишь тем, что это излучение является низкоинтенсивным, широкополосным и сложно модулированным как по амплитуде, так и по несущей частоте.
На основании вышеизложенного следует, что при оценке модифицирующего действия на биоплёнку ЭМИ с указанными характеристиками необходимо учитывать его дисперсионные свойства при распространении и особенности по пространственному и временному перераспределению поглощаемой биоплёнкой энергии излучения.
Общее выражение, описывающее в направлении распространения r пространственную неопределенность r в распределении зон поглощения ЭМИ биоструктурой с учетом наличия неопределенности волнового вектора Л к, имеет вид7 [126]: Но даже в таком упрощенном представлении векторной функции неопределенности сигнала i//(Ar,Ak) её использование для оценки физических особенностей взаимодействия ЭМИ с природной частотно-временной структурой с биоплёнкой, связано с большими проблемами адекватного описания комплексных амплитуд сигнала природного происхождения.
Вместе с тем, если принять во внимание модель микроволнового излучения природного происхождения при его распространении в виде последовательности непрерывных дискрет ХВІ с характерным изменением
Первый из них связан с тем, что в сложно дисперсионной среде отдельные участки волнового процесса, частотные характеристики которого окажутся согласованными с дисперсионными свойствами биологической среды, будут подвергнуты «сжатию» с концентрацией большей части энергии в интервале Xc (Рис.2.5).
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что в сложно дисперсионной среде при распространении ЭМИ, представляющего собой непрерывную последовательность волновых пакетов с линейной частотной модуляцией, будет происходить возникновение нерегулярных амплитудных пульсаций b(t, x) протяженностью Xci (Рис.2.6) q(t,x) = Q(x)cos(a) 0t- kx), (2.11) где Q(x) A - амплитуда пульсаций, которая зависит от текущего значения коэффициента сжатия Ксж. При оценке размеров зон поглощения необходимо учитывать, что в среде распространения частота колебаний увеличивается и в выражении (2.11) а) 0 = (О0Л/Е, где є — относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Часть энергии рассматриваемого волнового процесса будет расходоваться не только на нагрев биотканей в локальной области её концентрации, но и на возбуждение упругих колебаний, которые радиально распространяясь, будут оказывать механическое воздействие на структурные элементы биологических тканей.
Возможность возбуждения упругих колебаний в биоструктурах можно показать при использовании известного выражения для силы Лоренца в отсутствии внешнего электрического поля [76] (-р) (vxfioHi), (2.15) где p – заряд иона; v - вектор скорости иона; B– вектор магнитной индукции электромагнитной волны. Указанная сила (Рис.2.7), действуя на ионы, находящиеся внутри клеток и вне их, будет оказывать механическое воздействие на другие клеточные структуры. Её пульсирующий характер будет способствовать возбуждению в биоструктурах упругих колебаний со средней интенсивностью [76] / №p-p-X02-u)/2, (2.16) где /Зср средняя частота низкочастотных амплитудных пульсаций электромагнитной волны; р плотность биологической ткани; Х0 амплитуда упругих колебаний; и - скорость распространения упругих колебаний.
Результатом возбуждения упругих колебаний является противодействие процессу биоплёнкообразования микроорганизмами и их пространственное разобщение. Рассмотренный выше механизм ослабления процесса биоплёнкообразования микроорганизмами при использовании микроволнового излучения природного происхождения отражает физические процессы преобразования электромагнитной энергии в механическую и раскрывает сущность «радиовибрационного» эффекта [38], обусловленного внешним электромагнитным фактором.
Краткое описание алгоритма и программного обеспечения формирования управляющего сигнала и сигнала модуляции питающего напряжения в «Аппарате информационной микроволновой терапии» (АИМТ-1)
Основные результаты проведенного исследования по сравнительной оценке модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на примере золотистого стафилококка позволяют сделать следующие обобщения, которые могут быть положены в основу разработки радиофизической технологии борьбы с заболеваниями, вызываемые различными штаммами микроорганизмов: микроволновые излучения техногенного происхождения являются одним из факторов ускоренного размножения микроорганизмов и усиления их антибиотикорезистентных свойств. Это позволяет с высокой степенью достоверности утверждать о прямой зависимости электромагнитного загрязнения окружающей среды и появления антибиотикоустойчивых штаммов микроорганизмов; микроволновые излучения природного происхождения не оказывают модифицирующего действия на микроорганизмы, направленного на усиление их резистентных свойств. Обнаруженная функциональная согласованность золотистого стафилококка к указанному виду электромагнитных излучений является основой для определения других особенностей их взаимодействия. Так, выявленная в ходе проведенного исследования активация сахаролитической функции золотистого стафилококка, сближает его по биохимическим свойствам с полезными для организма сахаролитическими бактериями (бифидо- и лактобактерии, энторококки). Это свидетельствует о перспективности использования ЭМИ с природной частотно-временной структурой для ослабления не только его патогенных свойств, но и патогенных свойств других штаммов микроорганизмов.
Результаты проведенного исследования указывают на необходимость дальнейшего изучения управляющей роли в живой природе низкоинтенсивных микроволновых излучений природного происхождения СВЧ диапазона с целью создания более эффективных подходов к профилактике и лечению широкого спектра микробных заболеваний.
Оценка влияния низкоинтенсивных микроволновых излучений СВЧ диапазона на процесс дезагрегации эритроцитов В настоящее время широкое распространение получили заболевания, патогенетическим фактором развития которых является ухудшение реологических свойств крови. Формирование при этом сосудистых окклюзий, вызывающих нарушение трофики тканей и ишемию жизненно важных органов и систем, обуславливает развитие таких патологических состояний в организме человека как артериальная гипертензия, атеросклеротические изменения сосудов и тромбообразование [90].
Устойчивые изменения кислородтранспортной функции крови напрямую связано с агрегацией эритроцитов. Механизм этого явления до конца не изучен. Большинство исследователей склоняются к тому, что в основе процесса коогуляции («слипания») эритроцитов лежат нарушения их трансмембранного взаимодействия с окружающей межклеточной средой. Вместе с тем основная причина, которая вызывает эти нарушения, пока не известна. Именно это обстоятельство зачастую лежит в основе объяснения невысокой эффективности способов ослабления последствий агрегации эритроцитов, которые широко применяются в медицинской практике.
Методика исследования. Для достижения представленной цели исследовались эритроциты венозной периферической крови пяти условно-здоровых доноров. Исследования осуществляли в пяти повторах. Для проведения исследований использовался генератор СВЧ колебаний, который позволяет программными средствами моделировать микроволновые «всплески» Солнца в диапазоне частот (4,0 – 4,3) ГГц с управляемой интенсивностью излучения (от 50 мкВт/см2 до 500 мкВт/см2) [126]. Отдельный режим работы указанного генератора – режим моночастотного излучения в указанном диапазоне частот с интенсивностью 500 мкВт/см2, использовался в эксперименте для моделирования ЭМИ техногенного происхождения.
Для обеспечения экспериментального исследования производился забор 12 мл венозной периферической крови в пробирки, содержащих 1,5 мл гепарина. Кровь делили на три части по 4 мл. Одна часть подвергалась воздействию в течение 16 минут моделированным излучением природного происхождения (опыт 2), вторая часть – в течение того же времени подвергалась воздействию ЭМИ техногенного происхождения (опыт 1), третья часть – оставалась без какого-либо воздействия (контроль). В дальнейшем изготавливались мазки для микроскопии, которые высушивали, фиксировали 96% этиловым спиртом и окрашивали по Романовскому-Гимза. Затем с помощью иммерсионной микроскопии оценивали деформированность и характер агрегации эритроцитов – подсчитывалось количество агрегированных эритроцитов, количество эритроцитов с нормальной дискоидной формой и патологические формы эритроцитов.
Полученные результаты исследований были подвергнуты статистической обработке с вычислением среднего значения контролируемого параметра и его стандартной ошибки (М ± m) с округлением до целого значения (таблица 1). О достоверности различий показателей в сравниваемых группах судили по критерию Манна - Уитни. Различия между сравниваемыми группами считали достоверными при р 0,05. Результаты исследования. Из представленных в таблице 4.6 результатов следует: - ограниченное количество эритроцитов с молекулярными «мостиками» указывает на то, что основной механизм агрегации эритроцитов практически с ними не связан; - количество нормальных и атипичных эритроцитов не зависит от воздействия на кровь низкоинтенсивным излучением; - электромагнитное излучение техногенного происхождения не изменяет количество агрегированных эритроцитов; - электромагнитное излучение природного происхождения достоверно уменьшает количество агрегированных эритроцитов (увеличивает количество свободных эритроцитов).
Оценка модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологический статус грибов рода Кандида
Результаты проведенных экспериментальных исследований показывают высокую эффективность процесса дезагрегации эритроцитов при воздействии на кровь моделированным микроволновым излучением, являющимся усиленным аналогом микроволнового излучения Солнца СВЧ диапазона. Механизм обнаруженного явления, направленного на улучшение системного кровотока и микроцикуляции крови, по всей видимости, связан с «радиовибрационным» эффектом взаимодействия эритроцитов с используемым электромагнитным излучением [41]. Возбуждаемые при этом взаимодействии упругие колебания в экспериментальном объеме крови способствуют повышению двигательной активности эритроцитов, восстановлению необходимой плотности отрицательного поверхностного заряда эритроцита. Отдельно следует обратить внимание на отсутствие, по сравнению с контролем, эффекта изменения показателей агрегации эритроцитов при воздействии на кровь моделированным ЭМИ техногенного происхождения. Выявленная закономерность указывает на то, что биофизические и биохимические свойства эритроцитов крови условно здоровых доноров уже адаптированы к реальным условиям электромагнитного загрязнения окружающей среды. Именно поэтому непродолжительное по времени (16 мин) воздействие на кровь моделированного аналога излучения техногенного происхождения не привело к изменению агрегации эритроцитов. Вместе с тем, сравнивая контрольные результаты агрегации эритроцитов с теми, которые были получены после воздействия на них ЭМИ природного происхождения, можно сделать прогноз о дальнейшем ухудшении реологических свойств крови при непринятии мер по ослаблению негативного воздействия на организмы электромагнитного загрязнения окружающей среды.
Приведенные в данном пункте диссертации доказательства управляющей роли природного электромагнитного фактора в живой природе, основанные на результатах проведенного экспериментального исследования, предопределяют необходимость их использования при разработке новых медицинских технологий для профилактики и лечения заболеваний, напрямую связанных с нарушениями реологических свойств крови.
Оценка модифицирующего действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологию и функциональный статус нейтрофильных гранулоцитов
Для понимания механизмов корректирующего действия электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на живые системы необходимо оценить их влияние на структуру и физиологические свойства клетки. В этой связи было принято решение провести «пилотное» исследование и определить модифицирующее действие моделированных электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологию и показатели функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов периферической крови человека. Выбор объекта исследования обусловлен тем, что нейтрофилы являются быстро реагирующими клетками в условиях изменения внешней среды. Цель настоящего исследования – изучить in vitro модифицирующее действие электромагнитных излучений природного и техногенного происхождения на морфологию, кислородзависимый метаболизм, лизосомальную активность и способность к фагоцитозу нейтрофильных гранулоцитов, выделенных из периферической крови условно-здоровых доноров.
Методика исследования. Для достижения поставленной цели был использован также генератор СВЧ колебаний «АИМТ-1». Общее описание режимов работы генератора в эксперименте представлено в п. 4.1. Объектом воздействия электромагнитного излучения явились нейтрофилы периферической крови условно-здоровых доноров мужского и женского пола в возрасте 18-20 лет, у которых при обследовании были исключены ОРВИ, тяжелая соматическая патология, воспалительные процессы бактериальной природы различных локализаций в стадии обострения, гепатит, ВИЧ-инфекция.
Для получения нейтрофилов использовали 15,0 мл гепаринизированной (10-15 ЕД/мл гепарина фирмы "Гедеон-Рихтер", Венгрия) периферической венозной крови. С целью осаждения эритроцитов кровь отстаивали в стерильной пробирке с добавлением 10% раствора желатина в соотношении 10:1 при температуре + 37С в течение 30 минут. Нейтрофилы выделяли из лейкоцитарной взвеси на двойном градиенте плотности стерильных растворов фиколла-урографина (Pharmacia, Швеция; Шеринг, Германия). Для определения морфологии клеток и процента апоптозных нейтрофилов использовали метод окраски клеток, предложенный Gasiorowski K. и соавторами (2001). Изучение способности нейтрофилов к фагоцитозу проводили по методу И.С. Фрейдлин. При анализе фагоцитоза рассчитывали процент фагоцитов (активность фагоцитоза) и число поглощенных объектов в 100 подсчитанных лейкоцитах (интенсивность фагоцитоза). Для определения люминесценции лизосом взвесь нейтрофилов смешивали с 0,05 мл раствора акридинового оранжевого в концентрации 2 мкг/мл. После 30-минутной инкубации при температуре + 370 С клетки помещали на предметное стекло, накрывали покровным стеклом и под иммерсией исследовали в потоке сине фиолетового света люминесцентного микроскопа “ЛЮМАМ”. Определяли лизосомальную активность – число нейтрофилов, имеющих лизосомальные гранулы (%), а так же проводили подсчет лизосом в нейтрофилах полуколичественно в «крестах». Для оценки кислородзависимого метаболизма нейтрофилов постановку НСТ-теста осуществляли в модификации А.Н. Маянского и М.К. Виксмана. При учете реакции определяли процент НСТ-позитивных клеток и учитывали интенсивность реакции [59]. Результаты представлены в виде фактических значений. Для контроля нейтрофилы оставляли без воздействия ЭМИ.
В результате проведенных исследований установили, что в эксперименте in vitro после воздействия на нейтрофилы моделированным ЭМИ с природной и техногенной частотно-временной структурой происходило снижение количества сегментоядерных нейтрофилов, выделенных из периферической крови доноров вне зависимости от половой принадлежности (таблица 4.7) и стимулировался апоптоз этих клеток (таблица 4.8).