Воздействие на воду электромагнитных волн

К.х.н. О.В. Мосин

О воздействии электромагнитных волн низкой интенсивности на воду и водные растворы

Действие электромагнитного излучения миллиметрового диапазона низкой интенсивности (КВЧ-излучение) интенсивно изучается в последние 25 лет во всём мире на различных биологических объектах (от бактерий до тканей и органов человека) и модельных системах, а также используется в практической медицине, что привело к созданию КВЧ-терапии.

Обзор существующих работ по действию миллиметровых волн на биологические объекты свидетельствует о возможности существования механизмов взаимодействия КВЧ волн с клетками растительного или животного происхождения, которые затрагивают фундаментальные аспекты их жизнедеятельности и функционирование клеточных мембран.

Наиболее существенный вывод, сделанный на основе этих экспериментов, состоял в следующем: характер воздействия КВЧ-волн на биологические объекты отличается от обычного теплового воздействия электромагнитных волн и обладает свойствами "информационного" воздействия. Следует заметить, что разделение электромагнитных воздействий на биологические объекты на энергетические (тепловые) и "информационные" впервые обсуждалось в книге А. С. Пресмана. Примерно в это же время (1968г.) была опубликована теоретическая работа Г. Фрёлиха, в которой из общих биофизических соображений была обоснована возможность когерентного возбуждения плазматических мембран клеток или её отдельных участков в диапазоне частот 1011 -1012 Гц, что соответствует ММ -волнам (3×1010 - 3 ×1011 Гц).

Многими исследователями были отмечены положительные воздействия КВЧ-излучения на разных живых объектах и изучены различные физиологические эффекты, вызываемые КВЧ-излучением: ускорение роста и увеличение биомассы, интенсификация процессов фотосинтеза, сопровождающаяся повышением выделения кислорода и содержания в клетках фотосинтезирующих пигментов, увеличение экскреции органических соединений в среду, изменение реакционной способности экзометаболитов, изменение транспорта ионов и др. [1-20].

КВЧ-излучение при терапии острой лучевой болезни усиливает процессы пролиферации клеток, различные энергетические процессы и биосинтез белка. На это указывает более высокое содержание гемоглобина, ретикулоцитов и лейкоцитов по сравнению с контролем. Кроме того, КВЧ-излучение стимулирует образование предшественников эритроцитов и ретикулоцитов и способствует белковому обмену в них. А если воздействовать КВЧ-излучением на головной мозг, то повышается секреция гормонов передней доли гипофиза, оказывающих стимулирующее влияние на эритропоэз и синтез гемоглобина. При действии КВЧ-излучением на почки, половые железы и кору надпочечников также происходит увеличение количества гемоглобина и ретикулоцитов. Однако установлено, что КВЧ-излучение катастрофически снижает количественные показатели лейкоцитов. Общее количество лейкоцитов в контрольной группе в течение всего эксперимента было на 69-72% меньше, чем у необлучённых животных. Основная причина катастрофического опустошения костного мозга, происходящего в самые ранние сроки после облучения, состоит в резком торможении процессов клеточного деления.

Эффекты КВЧ-излучения связаны с:

синтезом АТФ (в клетках зелёного листа);

синтезом биологически активных веществ (в сине -зелёных водорослях);

изменением метаболизма микроорганизмов;

синтезом биологически активных веществ иммуно -компетентными клетками;

повышением урожайности сельскохозяйственных культур (предпосевная обработка семян);

резонансными частотами на графике зависимости "биологический эффект - длина волны миллиметрового излучения ".

С 18 по 20 июня 2002 г. в Киеве проходила 22-я Международная научно- практическая конференция “Проблемы Электроники”, на которой были представлены доклады учёных по взаимодействию КВЧ-излучения с биообъектами, а также успехи, достигнутые в этой области.

Особенно следует отметить работы группы известных украинских ученых под руководством профессора лаборатории молекулярной фотоэлектроники Института физики Украины М.В. Курика и профессора кафедры физической и биомедицинской электроники Национального технического университета Украины П. П. Лошицкого [21, 22]. Эти работы проводились совместно рядом ведущих научных организаций Киева - политехнический институт (кафедра физической и биомедицинской электроники), национальный институт физики, научно-исследовательский институт биохимии и онкологии, институт экологии человека Киевской Академии наук и др.

В докладах профессоров М.М. Курика и П.П. Лошицкого “Механизмы воздействия электромагнитных волн низкой интенсивности на воду и водные растворы” были подведены итоги работ по исследованию свойств воды при воздействии электромагнитного излучения КВЧ-диапазона (ЭМИ КВЧ).

Хотя исследователи и уделяют основное внимание воздействию миллиметровых волн (КВЧ) на водную среду, но они подчеркивают, что все рассуждения справедливы и для других типов воздействий низкой интенсивности, в том числе и излучение более низких частот, и механическое воздействие (например, ультразвук) и др. [22]

Тот факт, что во всех живых веществах процент содержания воды очень высок, и определил направление поиска первичных механизмов взаимодействия ЭМИ КВЧ с биологическими объектами. Однако, поскольку последние представляют высокоорганизованные структуры, то это может привести к определенным сложностям при выявлении механизмов воздействия на них излучений, поскольку высокая организованность системы значительно усложняет картину ее реакции на внешнее воздействие.

Механизм действия КВЧ-излучения

Известно, что квант энергии КВЧ-излучения имеет очень малую величину по сравнению с тепловой энергией частиц той среды (в данном случае это вода), на которую это излучение воздействует:

где kT₀ – тепловая энергия частиц среды (молекул воды), здесь k=1,38·10^-23 Дж/К –
постоянная Больцмана, T₀ – абсолютная температура среды;
hν есть энергия кванта электромагнитного излучения, здесь h=6,62·10^-34 Дж·с – 
постоянная Планка, а ν – частота излучения.

Длина волны КВЧ-излучения составляет миллиметры. Следовательно, теоретически, резонансное воздействие, должно происходить на надклеточном уровне. Глубина проникновения в биоткани, характеризующая степень поглощения КВЧ-излучения веществом составляет всего 300-500 мкм.

Таким образом, проблема КВЧ-воздействия на живые организмы является частью общей проблемы воздействия на них слабых внешних факторов разной физической природы, таких как электромагнитные волны, радиоволны и др. Метод КВЧ-излучения находит широкое применение в медицине.

Однако, что применяемое в КВЧ- терапии (или МРТ) излучение имеет крайне низкую интенсивность, и учитывая малое значение hν, можно заключить, что влияние КВЧ излучения в этом случае будет "невидимо" на фоне тепловых факторов. Данный аргумент долгое время являлся основным у противников КВЧ-терапии. Однако результаты медицинской практики и биологических исследований свидетельствуют об обратном: несмотря на чрезвычайно малые значения мощности, ЭМИ КВЧ оказывает как правило, положительное влияние на биологические объекты, в том числе и на человека. Значит, в них существуют какие-то специальные способы накопления энергии КВЧ. Что это за механизмы? Какова их роль? Ответы на эти вопросы пытались дать многие ученые как у нас, так и за рубежом.

Одним из первых в бывшем Советском Союзе это попытался сделать профессор института физики Украины М.В. Курик, предсказавший, что сложные биологические системы придают мембранам клеток определенные свойства колебательных систем, которые могут возбуждаться именно в диапазоне волн КВЧ [21]. Это позволяет накапливать КВЧ-энергию и передавать ее внутри системы. Эта идея была развита московскими учеными под руководством академика Н.Д.Девяткова. Ими была выдвинута гипотеза электроакустических колебаний биологических мембран, которые "подпитываются" за счет метаболических процессов и определенным образом перераспределяются внутри организма. При этом время релаксации химических структур, возникающие при КВЧ-воздействии, составляет 10^-11–10^-12 с.

В общих чертах, биологическое действие электромагнитных излучений оптического и микроволнового диапазонов не имеет принципиальных отличий. Считается, что в основе эффекта лежат структурно-функциональные изменения мембранных образований клеток и внутриклеточных органелл, которые являются мишенями резонансного колебания электромагнитного поля. В результате такого взаимодействия создается физико-химическая основа для изменения процессов метаболизма, связанного с переносов протонов и электронов в клеточных мембранах, а уже на этой основе возникают последовательные неспецифические реакции клетки и организма в целом. Различия существуют лишь в биофизических тонкостях взаимодействия электромагнитных полей и биотканей.

Была даже высказана интересная идея, что эти миллиметровые колебания возникли в процессе эволюции живой клетки и являются одним из главных механизмов поддержания процессов жизнедеятельности. Клетка с клеткой "разговаривает" на языке колебаний именно в миллиметровом диапазоне длин волн. Поэтому они так важны для всего живого.

Сейчас использование КВЧ-излучения в терапии и профилактике целого ряда заболеваний человека является одним из активно развивающихся направлений современной клинической медицины. Электромагнитные волны миллиметрового диапазона успешно применяются для лечения болезней органов кровообращения, дыхания, пищеварения, мочеполовой, нервной и других систем. Были получены первые обнадеживающие результаты по ослаблению с помощью предварительного воздействия миллиметровых волн последствий рентгеновского облучения на костный мозг, параметры эритроцитов крови, перекисное окисление липидов и др.

Во всех аппаратах, генерирующих КВЧ-излучение используется КВЧ-излучение низкой интенсивности (малой мощности), не вызывающие нагревание тканей, при воздействии.

Отсутствие тепловых эффектов, при проведении КВЧ-терапии снимает целый ряд ограничений, свойственных, например, большинство физиотерапевтических аппаратов: строгие противопоказания при наличии злокачественных новообразований, доброкачественных опухолей, некоторых воспалительных заболеваний, беременности и т.п.

-Стандартный вариант КВЧ-терапии использует стандартные частоты: 42,25 ГГц (7,1 мм); 53,57 ГГц (5,6 мм); 61,22 ГГц (4,9 мм), резонансно влияющие на общие для различных биологических объектов структуры (белки-ферменты, клеточные мембраны и т.д.). В результате активизируются имеющиеся резервы организма и ускоряются адаптационные и восстановительные процессы.

-КВЧ-воздействие стимулирует в организме неспецифическую адаптационную резистентность, при этом в организме мобилизуются защитные (иммунный статус) и регуляторные (нейрогуморальный фактор) функции.

-При КВЧ-воздействии меняются физико-химические свойства крови и липидный состав биологических мембран.

-Специфика КВЧ-воздействия проявляется на уровне кожного покрова. Примерно 80% испытуемых испытывают определённые ощущения (сенсорная индикация): давление, покалывание, прикосновение, жжение, редко – тепло, холод.

-КВЧ-воздействие вызывает частотно-зависимые эффекты: возникновение резонансных колебаний в бислойных липидных мембранах клетки и интерференцию на поверхности кожи первичной и вторичных волн и различные биофизические эффекты.