ппп. мироздание фурса. Мысли мудрецов востока
 Скачать 3.29 Mb.
|
—I0J кГц имеет суммарную мощность 2,107 Вт, резко усиливается во время магнито-сферных суббурь, достигая величины 109 Вт. Существует также непрерывное по спектру и по времени излучение. Интенсивность его в диапазоне 0,5-100 кГц уменьшается к высоким частотам. Это нетепловое(2) где у/2ти - коэффициент пропорциональности. Для ядра водорода он равен: у/2я = 4,26 кГц/Э, для электронного спина: у/2ти = 2,8 МГц/Э. В магнитном поле Земли частота ЯМР на протонах: уямр = 4,26 кГц/Э ■ 0,5 Э = 2,13 кГц; частота ЭПР на свободных электронах: v3np = 2,8 МГц/Э ■ 0,5 Э = 1,4 МГц. В реальной ситуации мы имеем дело с ядрами и электронами, входящими в состав атомов, молекул, и поэтому наблюдаем сложную картину взаимодействий". Ядерный спин может испытывать действие внутренних, локальных магнитных полей, создаваемых спинами соседних ядер, неспаренных электронов. Эти поля, в свою очередь, могут модулироваться вращением молекул и т.п. С учетом внутренних магнитных полей спектр резонансных частот может быть достаточно сложным как для ЯМР, так и для ЭПР. Ядра, обладающие квадруполь- 383 ным моментом, ориентируются в электрических полях, создаваемых валентными электронами в молекуле, что также вызывает изменения в спектрах магнитного резонанса и указывает на то, что по этому каналу возможно взаимодействие с внешними электрическими полями. Магнитооптические взаимодействия, хотя и очень слабые, также возможны через т.н. прямой и обратный эффект Фарадея. Окружение спиновой системы определяет время жизни в данном состоянии, величину поглощаемой энергии. Наблюдаемые явления кросс-релаксации, динамической поляризации ядер, эффект Оверхау-зера, когда изменение заселённостей (накачка) одного спинового состояния вызывает изменение заселённости другого, - указывают на сложный характер взаимодействия магнитных спиновых состояний. Насыщение электронного резонанса подходящего парамагнитного вещества на высокой частоте увеличивает интенсивность сигнала ЯМР на низкой частоте в несколько сот раз, а в некоторых случаях может изменить знак поглощения, т.е. будет происходить излучение радиочастотной энергии. Вода с парамагнитными добавками может служить рабочим телом для парамагнитного усиления и генерации электромагнитных волн. К примеру, ещё в 1960 г. реализован мазер, рабочим телом которого служила вода с добавлением парамагнитной соли пероксиламин-сульфата (SO,),-NOK,. Мазер легко самовозбуждается при комнатной температуре в магнитном поле Земли на частоте 2000 Гц при частоте накачки 55 МГц3. В атоме водорода в отсутствие внешнего магнитного поля основной составляющей энергии является изотропное сверхтонкое взаимодействие электрона и протона, т.н. контактные взаимодействия. Этому виду взаимодействия отвечает энергия ядерного момента в магнитном поле, создаваемом на ядрах электронным спином. Спектр ЭПР состоит из одной линии 1420 МГц. Эта частота лишь незначительно отличается от частоты для свободного электрона. ЯМР атома водорода осложняется влиянием электронного спина. Это связано с тем, что время спиновой релаксации электрона в некоторых случаях мало. Сверхтонкое взаимодействие не только аномально сдвигает частоту ЯМР, но также может и сильно уширить линию ЯМР. Вероятность переходов ЯМР примерно в 10"5 меньше, чем вероятность переходов ЭПР. Влияние магнитного поля ядерных спинов на валентные электроны может быть очень большим. В результате понижается барьер химической реакции, включаются спин-селективные механизмы. Всё это ука- 384 зывает на то, что существует принципиальная возможность применения этого явления для управления скоростями радикальных процессов. Следует особо подчеркнуть, что магнитный резонанс как природное явление нельзя отождествлять с тем, что мы наблюдаем на выходе спектрометра, возможности которого всегда имеют предел по чувствительности и разрешающей способности. Многие линии резонанса не-наблюдаемы в силу значительного разброса электрофизических свойств образцов либо большой скорости протекания резонансных процессов. Реальный спектр значительно богаче количеством линий поглощения, наличием линий испускания и динамикой. Следует допустить существование в биосистеме локальных магнпторезонансных явлений на границе биомолекул, клеток, мембран, выполняющих регуляторную роль или роль кода (ключа и замка) за счёт когерентных действий волновых функций протонов, электронов (спиновое эхо, мазерный эффект). Короткодействующие внутренние магниторезонансные процессы могут идти на межклеточном уровне за счёт излучения, генерируемого самими клетками при участии внутренних и внешних полей. Картина резонансных явлений (спектр) для любого биологического объекта может быть весьма сложной, динамичной и, выражаясь языком кибернетики, информационно ёмкой, что может служить определённой кодовой системой связи, управления, воздействия. ЯМР-томограмма (рис. 16) - результат магниторезонансных процессов на ядрах водорода (протонах). (Вода, как известно, состоит на 2/3 из атомов водорода, а тело человека - более чем на 70% из воды.) От точки к точке по исследуемому органу сканируются условия резонанса, включающие соответствующим образом подобранное по величине внешнее магнитное поле и электромагнитное облучение. Система протонов последовательно откликается резонансным поглощением излучения, либо коллективным спиновым эхо... Результирующая томограмма позволяет на ядерном уровне выявлять структуру и состояние среды, время релаксации и по ним делать заключения о сдвигах в течении биохимических процессов и о патологии. ЯМР-когерентное поведение ансамбля протонов, возбуждаемое среди хаоса и теплового шума, на несколько порядков превышающего по энергии сам ЯМР-процесс, в условиях 100%-ной влажности, и длящееся в течение секунд(!) - разве не чудо? Энергия резонансного воздействия. Орбитальные энергетические уровни отстоят друг от друга на десятки эВ, зеемановскпе уровни -примерно на 10"5 эВ. Порядок энергии магнитного резонанса: Е = 4,10"3 кДж/моль, при Н = 0,3 Тл. М Зж 3066 385  Рис. 16. Ядерно-магниторезонансная томограмма мозга человека. Здесь изображена ЯМР-томограмма мозга моего друга Алеся Шатерника, а с тем, какие мысли «бродят» в этом мозгу. Вы познакомитесь в заключительной части книги Для сравнения: энергия ковалентных связей - 170-630 кДж/моль, энергия водородных связей - 12,6-33,6 кДж/моль, « энергия ван-дер-ваальсовских взаимодействий-4-13 кДж/моль, • тепловая энергия молекулы (кТ) при 300 К - 2,52 кДж/моль. Это означает, что энергия резонансного воздействия несущественна с точки зрения энергетической шкалы химических реакций, что, по-видимому, и явилось основной причиной, по которой магнитный резонанс не рассматривался как активный агент биохимических реакций. Электрические силы между соседними атомами обычно значительно больше магнитных, потому что заряды внутри атомов движутся со скоростями, заметно меньшими скорости света. Наличие иона или асимметричного распределения заряда внутри молекулы обусловливает электрическое поле, которое в основном и ответственно за силы притяжения многих веществ. Это поле много сильнее внешних электрических полей, которые обычно получают в лабораторных условиях. В то время как внутренние магнитные поля, обусловленные движением 386 зарядов внутри вещества, относительно слабы и их влияние обычно меньше влияния внешнего магнитного поля. Лишь в ферромагнетиках воздействие внутренних и внешних магнитных полей сравнимо друг с другом. Чем больше внешнее поле, тем сильнее расщепление магнитных уровней, тем больше энергии поглощает образец извне. На пользу или во вред живому организму - это уже другой вопрос. Переходы между уровнями происходят при одновременном воздействии на атомы однородного магнитного поля и магнитного компонента осциллирующего электромагнитного поля. Взаимодействие атома с осциллирующим полем осуществляется через осцилляции среднего магнитного момента атомов, ядер, а не электрического дипольного момента. Такое магнитное взаимодействие гораздо слабее электрического, ио зато при микроволновых или ещё более низких частотах, можно прикладывать гораздо более сильные (на несколько порядков) осциллирующие магнитные поля, чем в случае оптических пучков. Кроме того, радио- и микроволновые частоты можно регулировать с крайне высокой точностью. Электромагнитная совместимость — параметр среды обитания Человек - дитя Земли. Его существование от рождения до смерти связано с окружающим его внешним миром - средой обитания. Пищей ему служит энергия космоса — опосредованно, через органическую пищу, и напрямую, в виде электромагнитной энергии (тепло, свет...). Всякая физическая среда, в т.ч. и биологические объекты, непрерывно излучает и поглощает энергию электромагнитных волн в широком диапазоне частот в виде строго дозированных квантов, строго определенных (резонансных) частот для излучающей и поглощающей атомной (молекулярной) системы. Любые нарушения в системе «передатчик-приемник» не остаются без последствий для организма. Две физические реальности, характеризующие среду обитания человека: квазистационарное геомагнитное поле (ГМП) и электромагнитный фон эндогенного и техногенного происхождения, параметры которых лежат в интересующей нас области, имеют отношение ко многим природным явлениям, которые не нашли достаточного научного объяснения. Величина геомагнитного поля незначительна по лабораторным меркам и видимого беспокойства со стороны живого населения не вызывает. Однако, как мы видели, имеется много «косвенных улик» на причастность его ко многим явлениям земной жизни. С изменением 387 ГМП изменяется ритмичность самых разных периодов в биологических объектах — суточных, сезонных, годовых. ГМП оказывает влияние на симметрию биологических объектов и на их функциональные свойства. Существуют доказательства, что ориентация тела по отношению к магнитным полюсам Земли также может влиять на поведение и физиологию людей, животных и бактерии. С одной стороны, геомагнитное поле защищает все живое от губительной космической радиации; в то же время есть экспериментальные данные о том, что глубокая экранировка от магнитного поля ведет к психическим расстройствам человека, вырождению некоторых видов животных уже в четвертом поколении. При длительном пребывании в гипомагнитных условиях наблюдаются задержка дифференциации клеток, появление мутантных форм клеток. Магнитное поле изменяет скорость химических реакций в свободнорадикальиых системах, например в жидких кристаллах (основа внутриклеточных структур), и через них оказывает воздействие на биологическую проницаемость мембран. Исследователи отмечают универсальность действия ГМП на живые организмы самого различного уровня организации'1. Парадоксальная ситуация: человеческие органы чувств совершенно не реагируют на постоянное поле Земли, в то время как его отсутствие ведет к вырождению, гибели живого. «Сама жизнь входит в организм и развивается в присутствии геомагнитного поля». Здравый смысл подсказывает, что слабое магнитное поле не может напрямую существенно что-то изменить в биопроцессах. Его роль сводится, скорее всего, к роли некоего «смещения на сетке 1риода», когда небольшое изменение последнего приводит к большому эффекту, многократно усиленному через резонанс(!), или задает направление процесса (вращения) в целом, симметрию. А что же говорит электродинамика? Во-первых, в стационарных магнитных полях потери энергии отсутствуют, поэтому нельзя говорить о прямой передаче энергии... Отсюда следует ошибочный вывод, что, поскольку постоянные магниты создают стационарные или неподвижные поля, у них нет электрического компонента, следовательно, они не оказывают никакого серьёзного биологического воздействия. Во-вторых, мы имеем дело со слабыми магнитными полями. Даже «грозные» магнитные бури, о которых мы подробно говорили в гл. 4, изменяют его величину не более чем на 0,005 Э, т.е. в пределах одного процента. Однако известно, что чувствительность живых организмов к внешним воздействиям чрезвычайно высока. Это экспериментально установленный факт: электрофизические процессы в нервной системе человека происходят при амплитуде сигнала 106 В, глаз реагирует на 388 единичные кванты света, порог акустического восприятия лежит на уровне теплового шума. А вот убедительных экспериментальных доказательств влияния магнитного поля Земли на живые организмы нет. Выполненные Я.Г. Дорфманом расчёты показывают, что в полях до I Тл прямое диа- и парамагнитное намагничивание органических веществ незначительно и не может служить объяснением наблюдаемых эффектов. Это же можно сказать и о влиянии неоднородностей электромагнитных параметров в тканях и органах. Ориентирующая способность магнитных атомов живого организма в магнитном поле напряженностью 104 Э на два порядка ниже теплового воздействия, т.е. ничтожна3. В-третьих, биопотенциалы в тканях человека, имеющие величину в пределах от 10"' до 10"1 В в среде с удельным электрическим сопротивлением, равным 10"—103 Ом/см, создают токи величиной 1(Г3-107А. Частота циркулирующих биотоков, связанных с жизнедеятельностью, лежит в пределах от 10 до 2-Ю3пульсаций. Это означает, что живая система будет чувствовать внешнее магнитное поле, так как возможен резонанс между частотой возбуждаемых полем механических колебаний и частотой пульсаций биотоков даже в поле Земли. Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о высокой биологической активности электромагнитных полей практически всего диапазона. Сделаем небольшой экскурс. Ю.Г. Григорьев' приходит к выводу, что воздействие электромагнитного поля является потенциально более опасным для населения, чем ионизирующее излучение, по следующим причинам: воздействию электромагнитного поля подвергается практиче ски всё население; уровень электромагнитного поля неуклонно и бесконтрольно растёт; механизм биологического действия низких уровней электро магнитного поля неизвестен, и по этой причине недооценивается опас ность электромагнитного поля. Идеи, развиваемые в работах Н.Д. Девяткова и др.7, можно сформулировать следующим образом. Организм человека содержит около 10 клеток. Согласованная работа сложного организма обеспечивается некой системой синхронизации. Для этой цели клетки генерируют поля в миллиметровом диапазоне волн, причем амплитудно-частотные характеристики больного и здорового организмов различны. Внешнее излучение миллиметрового диапазона может существенным образом влиять на информационно-управляющую систему и процессы синхро- 389  нпзацип в организме и при определённых условиях его можно направить во благо. Под действием этих волн, как полагают авторы, меняется синтез различных веществ в клетке, возникают структурные элементы, выполняющие роль, например, антенн (для связи между клетками), Основные начальные события разыгрываются в клеточных мембранах (акусто-электрические волны). Добротность клеточной мембраны как резонатора, определяет частотно-зависимые биологические эффекты миллиметрового излучения. Временные структурные элементы существуют до тех пор, пока больные клетки не восстановят свои нормальные функции.В работе И.В. Родштата8 указывается на главную роль молекул воды, их взаимодействие с белковыми молекулами в присутствии миллиметрового излучения, что определяет информационные функции клетки. И здесь,.как предполагают, основные события разыгрываются на мембранах. Под действием излучения изменяются структура и вращательная энергия молекул воды, и при определённых её значениях возможны информационные изменения мембранных рецепторных белковых молекул, что и определяет влияние на физические и химические процессы в системе метаболизма. Действие миллиметрового излучения связано с поглощением его молекулами воды, изменением кластерной и пшратационнон структуры воды; переходом энергии микроволн через гпдратациопный механизм к мембранным рецепторным белкам, на вход регуляторных систем. При этом предполагается, что здесь мы имеем дело со спектрально-резонансными явлениями. Влиянию подвержен механизм синтеза АТФУ, выработки биологически активных веществ10, воздействия на центральную нервную систему". Делается вывод, что ннзконнтененвные мм-волпы могут оказывать влияние как на регуляторные функции организма, так и на его защитные (иммунные) свойства. И что интересно, под действием мм-волн вода и некоторые водные структуры излучают электромагнитные волны в дециметровом диапазоне. Зарегистрировано излучение мощностью до КГ16Вт'\ Учёные предполагают, что энергия мм-накачки способна накапливаться в системе до определённого порогового значения. В работе А.А. Шияна13 для объяснения экспериментальных данных влияния электромагнитного излучения на живые организмы предлагается механизм, который заключается в следующем. Низкоэнергетическое внешнее воздействие, как полагают, изменяет динамику генома клетки как целого, т.е. изменяет характеристики когерентных паттернов, сформированных на геноме клетки, и в случае разрушения 390 последнего может оказывать влияние не только на системном, функ цпональном уровне, но и на морфологическом. В работах некоторых исследователей1'1 показано, что слабые электромагнитные поля могут модифицировать активность Са2+-зависи-мых, мембрано-связанных белков, что, в свою очередь, может приводить к существенным изменениям на уровне основных функций клеток различного типа. Небольшая добавка к значению магнитного поля Земли со стороны Луны (Солнца) задает (срывает) ритм биологических часов у био-с»стем. Вспышки на Солнце - основной источник межпланетных возмущений и мощных потоков быстрых заряженных частиц, главным образом электронов с энергией 10-100 кэВ и протонов с энергией в сотни МэВ и выше. Через 40-50 минут после вспышки на Солнце горизонтальный компонент магнитного поля Земли ЛН возрастает на десятки и сотни у U"Y= ' нТл). При этом наблюдаются ионосферные нарушения, прерывание радиосвязи. Через 0,5-5 часов ЛН резко уменьшается на 40-400 у. Размеры и форма магнитосферы Земли претерпевают серьёзные изменения. Трудно себе представить, сколько «биологических триггеров» запускает на Земле такой импульс! Источником обнаруженных у одноклеточных организмов «биочасов» с эндогенным ритмом является, как полагают, автоколебательная система биохимических реакций, локализованная внутри клетки. А что синхронизует сам процесс? Изменение какого-либо параметра окружающей среды может не непосредственно (напрямую) влиять - усиливать или пнгибпровать какие-либо процессы и организме, а уже сам факт изменения их по системе обратной связи управляет процессом. Например, пол куколки шелковичного червя может быть задан установкой определенной температуры. В этом случае роль играет не абсолютная величина параметра, а его изменение. Источниками широкого спектра электромагнитных волн на Земле являются Солнце, Галактика. Спектр космического излучения имеет широкий диапазон частот и энергий и различную природу. Источником синхротронного излучения служат космические лучи (протоны, ядра тяжёлых элементов, электроны), ускоренно движущиеся в межпланетном магнитном поле и поле Земли. Реликтовое излучение изотропно, плотность - 10 |