авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«Довгуша В.В. ВОДОГАЗОВЫЕ СТРУКТУРЫ В ПРИРОДЕ, БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ Санкт-Петербург 2011 УДК 613.83 В монографии ...»

-- [ Страница 3 ] --

Состояние электронов в молекуле может быть описа но молекулярными - и -орбиталями. Молекуле, обладающей -электронами, присущи нелокализованные многоцентровые ор битали, принадлежащие не отдельным атомам, а всей молекуле в целом. Единое облако -электронов способно не только мигриро вать в пределах своей молекулы, но и переходить с молекулы на молекулу, если они структурно объединены в ансамбли, которые находятся на расстоянии порядка одного нанометра. Строгая упо рядоченность молекул в ансамблях биологических систем обе спечивается мембранами. Находясь в клетке, биомолекулы «жи вут», обмениваясь энергией, зарядами, информацией благодаря развитой системе делокализованных -электронов.

Вместе с тем важнейшая миссия -электронов в биологиче ских процессах определяется особенностями их энергетического статуса: разность энергий основного и возбужденного состояний у них значительно меньше, чем у -электронов, и, что особенно существенно, примерно равна энергии фотона (h): W h.

Следовательно, они могут возбуждаться единичными квантами солнечного света.

Благодаря этому -электроны способны аккумулировать (конвертировать) солнечную энергию, за счет чего именно с ними связано все энергообеспечение биологических систем. Поэтому -электроны принято называть «электронами жизни» (Самой лов В.О., 2009).

Электрон представляет собой чрезвычайно сложную сущ ность, со своей структурой и составляющими, способными вос принимать и использовать информацию окружающего мира.

Электрон иногда может вести себя как сосредоточенная неболь шая частица, однако физики обнаружили, что он в буквальном смысле не обладает протяжённостью (на нашем уровне суще ствования всё имеет протяжённость). Измерить ширину электро на невозможно, он не является объектом, в том смысле, который мы ему приписываем.

Электрон может проявлять себя и как частица, и как волна.

Такое изменчивое поведение присуще всем элементарным части цам. Оно также характерно для всех явлений, ранее считавшимися чисто волновыми. Свет, гамма-лучи, радиоволны, рентгеновские лучи – все они могут превращаться из волны в частицу и обратно (Талбот М., 2009). Электрон – пример кванта.

Однако, самое удивительное свойство всех этих частиц за ключается в том, что кванты проявляются как частицы, только когда мы смотрим на них. Невероятно, но факт. Получается, что всё, к чему бы мы не прикоснулись, даже зрительно, превращает ся в материю.

Согласно квантовой физике, вне зависимости от того, как далеко разбегутся фотоны, при измерении они дают одинаковые углы поляризации, то есть пространственной ориентации волно вой формы фотона, исходящей из одной точки.

Механизм активирующего или неактивирующего действия молекул воды как в свободном состоянии, так и связанном (кла стеры, ассоциаты, поверхностные слои и т.п.) базируется, по всей видимости, на особенностях построения электронных оболочек как собственно водных структур, так и электронных оболочек окружающих веществ.

Электроны в биологических системах более подвижны, чем атомы и молекулы. Они несут в себе энергию, частоту, заряд, ин формацию и служат как бы горючим для всех жизненных процес сов. Именно с помощью электронов атомы и молекулы объеди няются в организованные органические структуры, от которых зависит удивительное совершенство биологических реакций.

С энергией связаны почти все основные понятия химии:

энергия связи и тепловой эффект, энергия активации и ван-дер ваальсов радиус атома, окислительно-восстановительный потен циал, сродство к электрону, потенциал ионизации и т.п.

Энергетические изменения, сопровождающие жизненные процессы, очень малы – менее 1,5 эВ. Вся энергия, которой рас полагают живые организмы, – это энергия фотонов. Энергия те плового колебания kT равна 0,03 эВ.

В «неструктурированной» воде один электрон на внешней орбите отсутствует, а в «структурированной» – отсутствующих электронов нет (они обобщены).

Используя метод магнитно-резонансной визуализации на ночастиц, размер которых составляет 10-9 метра (это масштаб в области 10-100 атомных размеров), американские учёные измери ли магнитный сигнал от единичного (не спаренного) электрона.

Было установлено, что воздействие поля магнитно-резонансной установки на не спаренный электрон вызывает переворот спи на этого электрона, что, соответственно, приводит к изменению частоты собственных колебаний его электромагнитного поля.

Именно с этим явлением и связано изменение резонансных частотно-полевых характеристик электронов, молекул и органов при всех химических реакциях, в том числе при формировании структурных форм воды и биохимических процессах, происхо дящих в организме. В работе (Алексеев А.Г., Корнев А.Е., 1987) такие превращения названы «магниточувствительностью элек тронных процессов при химических (биохимических) реакциях».

Такая формулировка этого правила основана на том, что каждый фрагмент при радикальном распаде любой молекулы в процессе биохимической реакции обладает не спаренным электроном, что обуславливает многие его отличительные признаки, в том числе затрудняет или облегчает переходы между спиновыми состоя ниями электрона. Именно поэтому резонансное электромагнит ное (от сильного до сверхслабого) воздействие, в том числе и с информационной составляющей, во много раз существеннее, чем энергетическое, нерезонансное.

В биологических системах электроны достигают минималь ной энергии в окисленном состоянии, т.е. когда они связаны с кис лородом в молекуле воды. Именно эти лишённые энергии электро ны наш организм выделяет в виде воды. Вода обладает наименьшей энергией и самым высоким ионизационным потенциалом (12, эВ) по сравнению со всеми биологическими веществами.

Важно, незанятая орбиталь представляет собой точно та кую же физическую реальность, что и занятая. Её энергия равна энергии электрона, который мог бы на ней находиться.

Электрон заряжён отрицательно и поэтому он создаёт во круг себя электрическое поле.

Разрыв (создание) связи также создаёт поле и, соответствен но, излучение. Чтобы энергия связи могла быть использована, она должна перейти в энергию электрона (эта реакция должна быть обратимой, например, реакция Белоусова-Жаботинского). Из вестно, что незначительные изменения электромагнитного поля приводят к кооперативным фазовым процессам (переходам).

Если молекула (или структура) состоит из одинаковых регу лярно повторяющихся единиц и если электроны, принадлежащие отдельным единицам, взаимодействуют между собой, то их энер гетические уровни могут расщепляться на два уровня.

Параметры, характеризующие магнитные взаимодействия:

- влияние магнитного поля на химические и фотофизиче ские процессы;

- химическая поляризация электронов и ядер;

- химическое и оптическое детектирование магнитных ре зонансов;

- микроволновое излучение химических реакций (химиче ский мазер);

- спиновый катализ;

- магнитный изотопный эффект;

- микроволновой магнитный изотопный эффект;

- поляризация ядер, стимулированная микроволновыми по лями;

- спиновая когерентность в химической реакционной способности;

- туннельная спектроскопия и ЭПР одиночного электронно го спина (Бучаченко А.Л., 2007).

Водные ассоциаты являются многоспиновой системой с на бором спиновых состояний.

Магнитное поле способно влиять на химические реакции, скорость и направление которых зависит от спиновой мульти плетности радикальных или ион-радикальных пар. Ферментатив ные реакции, требующие переноса одного или нескольких элек тронов, одновременно сопровождаются переносом электронных спинов и образованием ион-радикальных пар. Показано, что эти ион-радикальные пары способны быть «первичным чувствитель ным элементом» магниточувствительных биологических процес сов. Недавно в работах А.Л. Бучаченко (2007) было обнаружено влияние ядерного спина и магнитного поля на реакции фермента тивного фосфорилирования.

По нашему мнению, в кластерообразовании как внутри нервной клетки, так и с внешней стороны мембраны большую роль играет аномальный эффект Зеемана. Собственный момент электрона тесно связан с его механическим моментом, что позво ляет объяснить этот аномальный эффект. Суть эффекта заключа ется в том, что в слабом магнитном поле каждая спектральная линия расщепляется на значительное число линий, в то время как классическая теория, да и квантовая теория (пока она не учитыва ет спина), дают только нормальный эффект Зеемана.

Как показано в монографии Борна М. (1970) аномальный эффект Зеемана давно объяснён теоретически и проверен прак тически. Именно отличием между орбитальным и спиновым моментами обязан своим происхождением этот эффект. Это от личие приводит к тому, что направление векторной суммы маг нитных моментов, т.е. направление полного магнитного момента, обычно не совпадает с направлением полного механического мо мента – направление их результирующих векторов оказывается различным. Поэтому расщепляющиеся линии образуют не лар моровский триплет, а при этом появляется большое число линий соответственно тому, что разности энергий, определяемые прави лами отбора m= -1, 0, -1, не одинаковы для разных значений m, как это бывает при нормальном эффекте Зеемана.

Выявилась и частотная зависимость микроволновых био логических эффектов, когда энергетическое расщепление различ ных электронных уровней, их электронно-спиновые резонансные переходы происходят на определённой частоте. В ненулевых по лях (включая поле Земли, ~0,3 Гс) появляется дополнительное зеемановское расщепление, частоты которого попадают в область частот от килогерц до мегагерц в зависимости от величины маг нитного поля Н (в земном поле это ~0,8 МГц). Но не они главная причина электромагнитных биологических эффектов. Гораздо более важным фактором является действие нерезонансных и осо бенно низкочастотных полей в диапазоне от нескольких герц до нескольких сотен килогерц (Бучаченко А.Л., 2007).

Влияние магнитного поля на воду сводится к появлению трёх пиков: пик на частоте 51,8 ГГц сохраняется, а пик с частотой 50,3 ГГц расщепляется на два с частотами 49,7 и 50,8 ГГц, распо лагающихся симметрично относительно центральной частоты со смещением на величину pr = ± 0,55 ГГц. Естественно полагать, что полученный дублет является результатом снятия ориентаци онного вырождения и расщепления пика в магнитном поле, т.е.

проявлением эффекта Зеемана для воды в ММ-диапазоне ЭМВ (Синицин Н.И. с соавт., 1999).

Сравнивая воззрения физиков и биологов на воду, напра шиваются определенные аналогии. И у тех и у других вода мо жет находиться в разных состояниях, и у тех и у других возмож ны переходы одной воды в другую. Исходя из выше сказанного, можно задать главный вопрос «А не является ли наличие у воды нескольких состояний основой, позволяющей достаточно про сто объяснить как связанную воду внутри клеток, так и фазовые переходы в биологических системах?». По словам Джеральда Поллака «...фазовый переход – это главный мотор в реализации клеточных функций, в разных обличиях выполняющий свою ра боту в клетке».

На сегодняшний день уже существуют убедительные экс периментальные доказательства важности спиновой конверсии пара-Н2О орто-Н2О в биологических клетках. Так например, давно обсуждаемое биологами отличие связанной, внутриклеточ ной воды от обычного водно-солевого раствора, может быть объ яснено с позиций пара-Н2О и орто-Н2О.

С другой стороны, хорошо известно, что биологическая активность биоструктур во многом определяется степенью их гидратации. Можно предположить, что изменение соотношения орто-пара- воды, входящей в биологическую систему, должно приводить к изменению степени гидратации биоструктур, а это, в свою очередь, – к изменению их биологической активно сти. Таким образом, стимуляция динамики спиновой конверсии пара-Н2О орто-Н2О должна приводить к изменению масшта бов биологических процессов, ускоряя или замедляя их (Дроз дов А.В., 2009).

Благодаря гетерогенной структуре клетки действие на неё внешних факторов является избирательным. При действии элек тромагнитных излучений на живые организмы наибольшее по глощение энергии управляющих (или разрушающих) сигналов происходит в мембранах клетки – основных структурах, отвечаю щих за чувствительность к неблагоприятным факторам внешней среды. Характерно, что даже влияние ЭМП низкой частоты влечёт за собой разрушение мембран клеточных структур (Асланян Р.Р.

и др., 2009).

С точки зрения термодинамики эффект слабых и сверх слабых воздействий любого внешнего поля (электромагнитного, биополя, акустического) на биологическую систему проявляется в индуцировании этим полем перехода системы из одного мета стабильного состояния в другое (новый уровень функционирова ния), либо индуцировании выбора направления развития системы в точке бифуркации (особенно для неравновесных процессов).

Любое ЭМ воздействие приходится на границу раздела фаз липид/вода и может идти по двум направлениям: липидному или водному, в зависимости от чувствительности (резонанса).

Неравновесная динамика фазовой границы является ис точником электрического поля. Электрическое поле зависит от электронного состояния. Внешнее электрическое поле влияет на динамику фазовой границы, соответственно на внешние электро ны молекул, составляющих фазовую границу (в этом память про странства не вакуумного).

Фазовая граница является источником физических полей не только диффузионной природы, но и акустического и электро магнитного. Последнее характерно для многих диэлектриков и связано с возникновением разности электрических потенциалов между различными фазами (твёрдой и жидкой, жидкой и газоо бразной, жидкой и жидкой и др.). Примером может служить мем брана клеток.

Вероятно, влияние ЭМП на различные процессы в биологи ческой жидкости происходит за счёт:

- изменения магнитных моментов, создаваемых орбиталь ным движением электронов в кластерах и ассоциатах;

- параметрических резонансов для спинов ядер биологиче ски важных элементов (переменная компонента поля с амплиту дой 10-6-10-9 Тл);

- параметрических резонансов для биологически важных ионов Ca2+, Mg2+ и K+.

Под действием электромагнитного поля в воде и биологиче ских жидкостях происходит:

- структурная перестройка водных образований (ассоциатов и кластеров);

- образование метастабильных активных частиц и соедине ний (молекулы, ионы, радикалы и др.);

- изменение электрохимических параметров рН, ИК спектрометрии, удельной электропроводности, окислительно восстановительного потенциала, коэффициента вязкости, адсорб ционной и растворяющей способности и др;

- изменение биологических характеристик активированных водных структур;

- изменяются физиологически значимые реакции крови че ловека (СОЭ и др.).

В объяснении механизмов влияния слабых низкочастотных ЭМП представляет внимание роль магнитного векторного потен циала, который всегда сопутствует магнитному полю, но может им и не сопровождаться.

Известен целый ряд физических экспериментов, в ко торых наблюдалось «безполевое» воздействие на движение заряженных частиц (эффекты Ааронова-Бома и Джозефсо на). Квантовомеханическая природа физического проявления векторного потенциала состоит в изменении фазы волновых функций заряженных частиц, что приводит к перераспреде лению зарядовой плотности, если состояние системы опреде ляется суперпозицией двух или более волновых функций. Это позволяет ожидать проявления подобных явлений и в живых системах с неравновесным распределением электрических за рядов. Предложение получило экспериментальную поддержку.

Было обнаружено влияние безроторного векторного потенциа ла, создаваемого специальным лабораторным устройством, на характеристики многих исследуемых объектов. В частности было обнаружено:

- изменения физико-химических параметров водной сре ды (оптической плотности, удельной электропроводности, коэффициента вязкости, адсорбционной и растворяющей спо собности, доли полимерной формы растворённого кремнезё ма) свидетельствующие об увеличении степени структуриро ванности воды;

- изменения биологических качеств обработанной воды (па раметров биолюминесценции бактерий, подвижности простей ших гидробионтов, скорости газовыделения суспензией дрожже вых клеток, органолептических свойств воды);

- физиологически значимые реакции крови доноров при воздействии источника векторного потенциала в опытах in vitro (нормализация скорости оседания эритроцитов крови пациентов, имеющих выраженные отклонения этого показателя от нормы;

уменьшение частоты хромосомных аберраций в крови условно здоровых доноров, подвергнутой -облучению;

увеличение ин декса пролиферации Т-лимфоцитов, индуцированной стандарт ными митогенами особенно значительное в крови пациентов с исходно ослабленной иммуннопотенцией;

изменение степени комплемент зависимого лизиса В-лимфоцитов при их взаимо действии с иммуноспецифическими антителами) (Трухан Э.М., Пилипенко П.Н., 2009).

Чем больше структурированы водные образования в био логических жидкостях, тем больше живой организм облада ет потенциальной энергией. Эта энергия высвобождается при фазовых переходах структурированной воды в не структури рованную. Живой организм – это своего рода энтропийная ма шина, накапливающая энергию путём создания и поддержания упорядоченных водных структур и высвобождающая энергию путём их разрушения (дессипации). Упорядоченность водных структур играет огромную роль в биологии, которую ещё не оценили биологи. Структурная упорядоченность является признаком жизни и скрытым механизмом накопления потен циальной энергии.

Энергетическое поле человека реагирует на раздражение раньше, чем мозг. Это подтверждено результатами одновремен ного считывания электромиограммы (ЭМГ) энергетического поля и электроэнцефалограммы (ЭЭГ) мозга пациента – при яркой вспышке ЭМГ поля регистрирует раздражение раньше, чем оно окажется на ЭЭГ (цит. по Талбот М., 2009). Авторы дают объяс нение этому процессу, однако нам механизм представляется в за действовании водной составляющей организма – биологической жидкости – водные структуры которой играют основную роль в поддержании энергетического поля человека.

Кластеры, ассоциаты в воде – это на первый взгляд струк туры кажущиеся независимыми и обладающие индивидуаль ными характеристиками, такими как величина, скорость, на правление вращения, преломления и т.д. Но при внимательном рассмотрении оказывается невозможным определить, где этот ассоциат, кластер заканчивается и начинается другая структура жидкости.

Изменение давления, температуры отражается на прочно сти, длине, угле водородных связей и ван-дер-ваальсовых радиу сах молекул воды. Это влияет на изменение температуры кипения и замерзания. Любые внешние или внутренние воздействия от ражаются на этих характеристиках.

Снежинка – это застывшая информационная ёмкость воды.

Все перечисленные эффекты ксенона (инертных газов) свидетельствуют о новых, интересных механизмах его взаимо действия с биологическими системами, о необходимости даль нейших исследований влияния ксенона на функциональное со стояние организма по различным направлениям медицины.

8. Морфопатогенез изменения физико-химических свойств биологических жидкостей Необычайные свойства воды, в том числе и биологиче ских жидкостей, определяющие её огромное биологическое значение, обусловлены кластерно-ассоциативным характером её строения. Сплошная сетка водородных связей объединяет все молекулы воды в единую систему с исключительно ажур ной структурой. Отдельные иерархические уровни, отдельные участки этой системы в первую очередь отличаются различной плотностью. Молекулы Н2О образуют в микрообластях ассоциа ты, кластеры с максимальным для каждого состояния числом связей на молекулу, а следовательно, с различной плотностью.

Такие ассоциаты неустойчивы, время их жизни – порядка 10-10 с.

Возможность образования ассоциатов небольшого размера экс периментально доказана. Теоретические работы допускают воз можность образования ассоциатов, содержащих сотни молекул воды. В последние годы появились указания на то, что в воде при определённых условиях могут образовываться ассоциаты микронного и даже миллиметрового размера (Фесенко Е.Е., Терпугов Е.Л., 1999).

Введение посторонних молекул сложным образом влияет на структуру воды, приводя к снижению числа водородных связей, а следовательно, и степени упорядоченности, либо к повышению количества водородных связей и степени упорядочения.

По отношению к жидкой среде коллоидные кластеры могут быть разделены на лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (ги дрофобные). Лиофильные коллоидные кластеры могут сорбиро вать молекулы из окружающей среды и образовывать сольватные комплексы. Кластеры этого типа окружены жидкой оболочкой, которая частично сохраняется и при коагуляции отдельных кла стеров. Лиофобные кластеры не адсорбируют на своей поверх ности молекулы растворителя. При этом их поверхность можно модифицировать ионами из раствора, тогда она приобретает по ложительный или отрицательный заряд.

Структура водного окружения любого вещества (элемента) в биологической жидкости, будь то молекула белка, элементов крови, газа формируется его пространственной организацией.

Любые динамические взаимодействия биообъекта с окружающей средой отражаются в перестройках гидратного окружения, что определяет способность молекул воды нести информацию о мо лекулярных механизмах работы объекта в целом.

В тоже время, изменения свойств воды, вызываемые не специфическим восприятием электромагнитных волн, оказывают влияние на свойства растворённых в ней веществ: физические, химические, биологические.

В зависимости от процентного соотношения различных во дных структур в биологических жидкостях можно различать и различные размерные эффекты.

Можно отметить их основные особенности:

- с уменьшением по величине (количеству n х Н2О) в струк туре значительно возрастает роль поверхностей раздела;

- свойства поверхностей раздела в биологических структу рах определяются нанометровым интервалом взаимодействую щих поверхностей, которые, как правило, являются отличными от таковых для обычных взаимодействий;

разнообразие таких по верхностей раздела, объединяющих органические и неорганиче ские компоненты весьма значительно;

- размер водных структур по мере их уменьшения может быть соизмерим с характерными размерами некоторых физиче ских явлений (характеристик) (например, с длиной свободного пробега носителей в процессах переноса и т.д.);

- размерные эффекты водных структур в биологических жидкостях носят квантовый характер, когда размер структуры (кластер) или размер области определённой плотности молекул Н2О становится соизмеримым с длиной волны де Бройля.

К биологическим жидкостям относятся:

- сыворотка (плазма) крови, слюна, желудочный сок, желчь, моча, панкреатический сок, цереброспинальная жидкость, лимфа, слезная жидкость, секрет предстательной железы, синовиальные жидкости, раневое отделяемое (сукровица).

Биологические жидкости можно рассматривать как смесь воды, минеральных солей, белка и лиотропных жидких кристал лов. Известно о взаимосвязи вторичных изменений во внеклеточ ной жидкости при наличии первичных нарушений метаболиче ских процессов, происходящих внутри клеток. При этом следует отметить, что свыше 90% всей массы клетки приходится на долю молекул воды. Вся химия клетки основана на том, что раствори телем в различных клеточных системах служит вода. Структуры, составляющие скелет клетки, т.е. перегородки и системы мем бран нерастворимы в воде, и это вполне естественно, иначе они не могли бы сохраниться в водной среде. Наличие у клеточных систем и макромолекул двух фаз — водной и неводной — обе спечивает не только сохранение структуры, но и возможность за менять одни водные растворы другими, единственно пригодными для некоторых химических реакций (Г. Дюга, К. Пенни, 1983;

Ж.

Крю, 1979).

Биожидкости – это сложные многокомпонентные системы частот представляющие структурную неоднородность и являю щиеся средствами информационных связей, управления и энер гетического обеспечения.

Рассматривая основы морфологии биологических жидко стей необходимо помнить о закономерностях структурной само организации живой материи:

- закон волнового взаимодействия материальных объектов;

- колебание как фундаментальная функция материи;

- волновые характеристики химических связей;

- волновое межмолекулярное взаимодействие в биосистемах;

- волновая организация сложных биосистем;

- системная самоорганизация биологических жидкостей;

- волновые взаимоотношения водных элементов биожидкостей;

- волновые взаимоотношения органических и неорганиче ских компонентов биожидкостей;

- волновые принципы энергетических процессов в организме.

При нормальном гомеостазе, существует закономерный порядок волновой (колебательной) активности и биологических жидкостей, который определяется в виде биологических и во дных структур с соответствующими качественными и количе ственными параметрами.

Волновые, колебательные процессы являются результатом химических, биохимических, биофизических реакций, происхо дящих в биологических жидкостях и отражают особенности ме таболических процессов организма в зависимости от внешних и внутренних взаимодействий.

Изменения колебательной активности молекул и водных структур биожидкостей приводят к диссонансу внутренних взаи моотношений, дисбалансу и разрушению гармонии (нормы) си стемной аутоволновой активности биологических жидкостей ор ганизма в целом.

Подавляющее большинство водных структур биологиче ских жидкостей по своей природе неравновесны. Удаление от равновесия в самом общем случае могут быть обусловлены:

- обилием в биологических объектах поверхностей раздела, что обуславливает избыточную свободную поверхностную энер гию;

- наличием в составе биожидкостей неравновесных фаз, кла стеров и ассоциатов, различных водных структур и состояний;

- быстрым и свободным образованием различных водных плотностей при внешнем и внутреннем электромагнитном воз действии;

- наличием остаточных напряжений водородных связей в ассоциатах после различных электромагнитных или других воз действий (например, постксеноновые ассоциаты).

Опыты показали, что выделение энергии (излучения, энтро пия) происходит из созданных ЭМИ ассоциатов или постксено новых ассоциатов за счёт ослабления водородных связей в них и постепенным разрушением до уровня нормального биологиче ского теплового равновесия. Избыток свободной энергии водо родных связей в ассоциатах обусловлен наличием в последних метастабильных водных структур, что особенно характерно для создаваемых ассоциатов в биологических жидкостях.

Если рассматривать молекулы воды как изолированные на ноструктурные элементы, то можно отметить, что с уменьшением размера водных ассоциатов предпочтительно образование фаз с меньшей поверхностной энергией, т.е. более плотной упаковкой (мелкие – более плотные, самая плотная вода состоит из отдель ных молекул Н2О).

Наличие большого количества молекул Н2О на поверхности раздела должно оказывать значительное влияние на фононный спектр и связанные с ним термические свойства (теплоёмкость, температура плавления, замерзания и т.п.).

Отмечено, например, у ксенона, что функции распределения колебательных частот () в обычном состоянии и в составе во дной структуры – кластере, заметно отличаются. В его фононном спектре появляются дополнительные как низкочастотные, так и высокочастотные моды.

Биомакромолекулы ведут себя не как жесткий инертный субстрат, а, скорее, как деформируемое реактивное вещество, которое изменяет свою структуру под действием воды. Помимо гидрофобного взаимодействия, стабилизирующего структуру биомакромолекул, вода оказывает разрыхляющее их структу ру воздействие за счет конкуренции молекул воды за водород ные связи в пределах макромолекул. Именно двойственная роль воды, определяемая как разрыхляющим, так и стабилизирующим её воздействием на структуру биополимеров, позволила создать равновесие сил в пределах макромолекул и обеспечить таким об разом их высокую чувствительность к управляющим влияниям (Аксенов С.И., 1990, 1998). Многие электролиты, влияющие на стабильность макромолекул, действуют на них не непосредствен но, а через воду, повышая или понижая её структурную темпера туру. Денатурация является следствием разрушения упорядочен ного водного «каркаса» возле макромолекулы, поддерживающего её структуру.

В настоящее время точка зрения, согласно которой вода является важнейшим регулятором метаболических процессов в клетке, является общепризнанной.

Дипольные моменты молекул вещества и воды, из которых состоят биологические системы, изменяются при всякой, даже са мой ничтожной, перестройке структуры биовещества (например, ксеноновый наркоз). Дипольные изменения основаны на коллек тивных изменениях и взаимодействиях. Эти изменения ведут к изменению или перестройке магнитных (частотно-полевых) вза имоотношений между молекулами биоструктур, что приводит к изменению как самой биологической структуры, так и характера взаимодействия в этой биоструктуре.

Доказано, что при алкогольной интоксикации в крови на блюдается выраженное изменение соотношения между структур ными фракциями воды в сторону снижения содержания связанной с биополимерами воды (Фаращук Н.Ф., 1994). Этанол является полярным веществом и способен к образованию водородных свя зей с молекулами воды, что приводит к изменению структуры воды. Разнообразное влияние этанола на различные ферментные системы тканей организма связывают с его способностью влиять на структурные перестройки водного компонента биологических жидкостей, изменяя тем самым характер эффектов ближнего и дальнего действия в воде (Бордина Г.Е., 2001).

Таким образом, картина состояния воды в биологических системах полностью соответствует представлениям о непосред ственном участии воды в формировании нативной структуры био логических макромолекул, а также о возможности воздействия из менений её структуры на ход и эффективность обменных реакций в физиологических и патологических условиях. В частности, пред ставляется обоснованной важная роль изменения состояния вне- и внутриклеточной воды в формировании метаболических предпосы лок внезапной сердечной смерти (ВСС), поскольку биологические эффекты этанола, злоупотребление которым является важнейшим фактором риска внезапной сердечной смерти, в значительной сте пени связаны с влиянием этого вещества на структурную организа цию водного компонента тканей (Калинкин М.Н. с соавт., 2005).

Можно предположить, что нарушение структуры тканевой воды крови, миокарда, гипоталамуса и гиппокампа при ВСС обу словлено изменением суммарного влияния на процессы транс формации кластерных и клатратных структур воды всех присут ствующих в данных тканях веществ вследствие метаболических расстройств, предшествующих наступлению внезапного смер тельного исхода. Поскольку вода является важнейшим регулято ром процессов метаболизма, а не просто средой, в которой про текают биохимические реакции, изменение её структуры может иметь самостоятельное значение в патогенезе данных обменных нарушений. Речь идёт прежде всего о накоплении в миокар де кардиотоксических и аритмогенных липидных соединений, интенсификации перекисного окисления липидов, нарушении функционирования в кардиомиоцитах трансмембранных ионных кальциевых каналов, составляющих биохимическую основу элек трической нестабильности сердца и развивающихся независимо, от ишемизации ткани сердечной мышцы (Калинкин М.Н., 2005).

Живой организм представляет собой сложную высокодина мичную систему, в которой постоянно происходят процессы взаи модействия множества структурных компонентов между собой и окружающей средой. В условиях нормы колебания биофизиче ских показателей организма ограничены сравнительно узкими пределами. Однако при определенных обстоятельствах они могут выходить за рамки нормальных границ на короткий или достаточ но длительный период. В одних случаях это объясняется состоя нием адаптации организма к необычным условиям существова ния, в других — глубокими нарушениями гомеостаза со стойкой декомпенсацией. Эти сложные высокодинамичные процессы на ходят свое отражение в особенностях кристаллических структур биологических жидкостей.

Поскольку движение любой части системы деформирует структуру целого комплекса, а система как целое стремится при этом сохранить присущую ей конфигурацию, то каждое измене ние в любой её части влияет на взаимоотношения в остальных ча стях. При этом каждая часть системы даёт адекватный отклик на изменения, происшедшие в одной из других её частей. Таким об разом, каждая частица системы «знает» о состоянии всех осталь ных частиц и отвечает на их действия так, как это необходимо для сохранения целостности всей системы. Структура системы коор динирует деятельность её составляющих. В структуре системы заложена информация, определяющая динамику поведения всех элементов системы в ответ на внешний раздражитель или изме нения, вызванные внутрисистемными причинами. Физическим субстратом, который формирует структуру материальной систе мы, определяет её информационные параметры, а также энерге тические свойства, необходимые для реализации этой информа ции, является аутоколебательный ритм элементов, образующих систему (Шабалин В.Н., Шатохина С.Н., 2001).

Следует учитывать, что общее энергетическое поле в био логических системах структурировано. Оно состоит из большо го числа специфических энергетических полей, формируемых группами растворённых микрочастиц, идентичных по физико химическим параметрам. Эти поля отличаются между собой вол новой специфичностью, которая определяется особенностями ау товолновых характеристик соответствующих микрочастиц.

Гомеостаз есть состояние равновесия между общим энер гетическим полем системы и специфическими энергетическими полями её составляющих. Системная самоорганизация биожид кости является результатом взаимодействия этих двух видов по лей. То есть, зональная самоорганизация биожидкостей и локаль ная организация отражают состояние гомеостаза.

Накопление в общем энергетическом поле аномальных структур (токсинов, продуктов незавершенного метаболизма, ле карственных средств) качественно изменяет энергетику общего поля системы. Это влияет на характер самоорганизации как си стемной, так и локальной. С другой стороны, структура молекул основных составляющих, прочность их вторичных связей (т.е.

энергетическая мощность) является определяющим фактором ха рактера системной и локальной самоорганизации.

Специфические энергетические поля биожидкости суще ственно уступают по своей мощности онкотическим и осмотиче ским силам.

Базой современных молекулярных теорий жидкого состоя ния послужило экспериментальное обнаружение в жидкостях ближнего порядка — согласования во взаимных положениях и ориентациях близкорасположенных групп, состоящих из двух, трёх и большего числа молекул. Вместе с тем, в биожидкостях существует и дальний порядок. Он выражается в кооперативном действии молекул определённого функционального назначения при появлении в биожидкости объекта-мишени. Объект-мишень активизирует связи этого дальнего порядка, заставляет эффектор ные молекулы перемещаться на соответствующие расстояния в определённых направлениях и приобретать пространственную ориентацию, необходимую для воздействия на объект-мишень.

Высшая категория сложности биологических структур состоит в том, что каждая из составляющих их молекул является одновре менно и мишенью, и эффектором. Причём эти свойства являются не единичными, а многогранными, т.е. одна молекула может пред ставлять собой мишень для сотен других и в то же время быть эф фектором для многих качественно различных молекул.

Результаты многочисленных современных исследований показали, что первичный эффект патогенного фактора выражает ся в молекулярных (биохимических) изменениях. Фундаменталь ная сущность этих изменений состоит в перемене структуры, а значит и специфических особенностей колебательных, волновых ритмов соответствующих молекул.

Постоянно меняющийся молекулярный состав биологиче ских жидкостей, характер их взаимоотношений и структурные изменения самих молекул – есть именно та база, на которой фор мируется макроволновое (полевое) поведение системы.

Функциональная специфичность любой молекулы опреде ляется преимущественно частотой (длиной волны) её главного ауторитма (основных линий колебаний в атомном спектре), а ак тивность – амплитудой. Чем больше амплитуда колебаний, тем слабее внутримолекулярные химические связи.

Наиболее отчётливый отклик биосистемы на внешнее вол новое воздействие можно уловить при исследовании структуры или ИК-спектра биологических жидкостей.

Формирование главного ритма биожидкости определяет вода. Молекулы воды, являясь носителями большого количества водородных связей, диктуют молекулам растворенных веществ свой ритм и резко ослабляют специфику собственного ауторит ма молекул этих веществ. С одной стороны, такая ситуация, ка залось бы, значительно ослабляет функциональную способность биологически активных молекул, но с другой, – она не позволя ет этим молекулам «увязать» в прочных химических связях. Все молекулы биологической жидкости находятся в гидратированном состоянии. «Водная рубашка» создаёт прослойку между взаи модействующими молекулами, резко ослабляя нековалентные межмолекулярные связи. В результате биологичебски активные молекулы в биожидкости находятся в состоянии высокой функци ональной мобильности и способны быстро реагировать на все из менения, связанные с метаболическими процессами организма.

В биологических жидкостях можно выделить физиологиче ские и патологические информационные подсистемы, а их равно весие вызывает неустойчивые (адаптивные) состояния.

Характерные особенности имеет и чувствительность ауто волнового ритма биологических жидкостей к внешним воздей ствиям – перепаду температур, атмосферному давлению, электро магнитных полей и излучений и др.

Биологической жидкости свойственен комплекс биорит мов, специфика которых определяет не только её волновую ор ганизацию в целом, но и особенности регионального (локаль ного, органного) образования. Сравнительное исследование различных видов квантового излучения на структуропострое ние сыворотки крови показали, что любое воздействие низкоэ нергетического излучения влечёт за собой изменение в струк туропостроении фракции сыворотки крови (Шабалин В.Н. с соавт., 2001).

Авторами показано, что при воздействии на структуры био жидкостей вихревых магнитных полей, низкоинтенсивного ла зерного излучения и ЭМИ крайне высокой частоты (ЭМИ КВЧ) происходит отклик биоструктуры с длительностью до 12 суток.

Постоянно меняющийся химический состав окружающей среды диктует необходимость перехода белковых молекул в уникальные изомерные формы. С изменением формы молекулы меняются и её колебательные (частотные) характеристики. При этом химический состав молекулы не меняется, меняется лишь число и характер внутри молекулярных связей. Это относится и к кластерам и ассоциатам. Постоянно текущий процесс высоко скоростной изомеризации органических (белковых) молекул и молекул воды и отличает живую материю от неживой.

К элементам, характеризующим плотность воды, можно от нести следующее:

- ассоциаты Н2О – это плотность водородных связей только молекул воды;

- кластеры – это плотность водородных и других связей во круг включений в воде (органических, неорганических);

- увеличение плотности воды характеризуется увеличени ем количества молекул Н2О в плотности на единицу объёма;

На плотность воды оказывают влияние внешние факторы:

• температура – положительная – разрыв водородных свя зей, уничтожение структурной памяти;

отрицательная – усиление водородных связей, увеличение плотности;

- сильные ЭМП – разрыв водородных связей;

- слабые и сверхслабые ЭМП – усиление водородных свя зей, закрепление, восстановление структурной памяти (возможно и обратное воздействие);

• давление – наиболее слабое воздействие на молекулы воды (при очень высоком давлении укорачиваются водородные связи).

Вероятно, это связано с объёмным состоянием (положением) каж дой молекулы воды.

- водородная сетка (связь) бесконечна в сторону увеличения количества молекул воды и ограничивается одной молекулой;

- плотность молекул воды это и объёмная память воды – очень слабая в воде без примесей и значимая в воде с включения ми (например, дистиллят и физраствор соответственно) и т.д.

Каждый отдельный акт перехода от одной плотности к дру гой, от одного уровня электронных (протонных) переходов на другой нужно рассматривать как случайные процессы со своей характерной функцией, которая объединяет систему (жидкость) в целом. Функция распределения сильно зависит от структуры плотности и энергетических уровней. Когда количество плотно стей и возможных энергетических состояний много меньше их фактической заселённости, соответствующую систему можно рассматривать как результат усреднения большого количества элементарных и независимых друг от друга случайных процес сов (это состояние в системе молекул воды). Каждый из этих про цессов характеризуется одной и той же функцией распределения до возникновения серьёзного возмущения (например, внедрения другого вещества, воздействия физического фактора).

Кристаллы водных структур – это их фиксированное энерго-информационное состояние, что подтверждается при за мораживании различных образцов воды, а также методом кли новидной дегидратации (Сулин А.Б., 2007;

Шабалин В.А. с соавт., 2001).

Стойкость клатратных соединений при низкой температуре даёт основание клиницистам применять ксеноновую анестезию в сочетании с гипотермией в практике интенсивной терапии при лечении больных с тяжелой ЧМТ, с отеком мозга, инсультом, эн цефалопатией смешанного генеза, после выведения из состояния клинической смерти (Буров Н.Е., 2010).

Решетчатые микрокристаллы (клатраты) in vivo очень не стойкие и при обычной температуре в организме быстро разру шаются, что заставляет непрерывно подавать анестетик. Это одна из слабых сторон теории Л. Полинга и она строится на предпо ложении, что организм располагает какими-то другими фактора ми, которые играют роль стабилизаторов. Одним из таких стаби лизаторов, как указывалось, является гипотермия. Но это лишь условие для данного процесса. По мнению Л. Полинга, стабили заторами в обычных условиях могут быть боковые цепочки бел ковых молекул, аминокислоты, электролиты, жидкие среды орга низма, которые занимают ячейки гидратных кристаллов вместе с боковыми целями белков и других веществ, присутствующих в ткани мозга, что приводит к стабильности клатратов. Гидратные оболочки клатратного типа могут формироваться не только во круг молекул аминокислот, но и вокруг гидрофобных аминокис лотных остатков белков, что и создает стабилизацию (цементиро вание) клатратов.

Исследования некоторых авторов последних лет вносят определенные дополнения в концепцию Л. Полинга: эффект ксенонового наркоза связан не только с водной фазой нервной ткани, но и с жировой фазой, поскольку при кластерообразова нии происходит и биофизическое расбалансирование липидной основы мембраны нервной клетки, нарушение ферментной и метаболической организации клетки, нарушение окислительно го фосфорилизирования, снижения метаболизма вплоть до уров ня энергетического голодания, разлитого торможения. При этом уменьшается ЭЭГ колебания, нарушается привычная передача сигналов нервной клетки и наступают потеря сознания и наркоз (Довгуша В.В., 2005, 2006).

При выходе анестетика Хе из молекулы «хозяина» кристал лы постепенно разрушаются, импеданс падает и сознание возвра щается. После выхода молекулы Хе из ассоциата воды последний продолжает воспроизводить затухающее излучение, но с несколь ко более высокими частотами по отношению к кластерам. Этот процесс затухания длится от 6 до 72 ч. Необходимо различать не посредственные эффекты ксенона в виде кластера, которые вызы вают состояние наркоза и постксеноновые структуры в виде во дного ассоциата, когда ксенона нет, но водный ассоциат остается, продолжает нести свои лечебные свойства и способствует уско рению лечения заболевания. На наш взгляд, эти исследования и клинические наблюдения заслуживают внимания и тщательного изучения в дальнейшем, поскольку они несут патогенетическую основу лечебного наркоза.

Заслуживают интереса также такие исследования, что сам процесс растворения благородных газов в воде сопровождается перестройками, которые приводят к общему росту упорядочен ности системы, причем этот процесс более выражен в структури рованной воде, где больше гидратирующих частиц (Абросимов В.К., 2000). Во истину у инертных газов отмечается «благород ное» отношение к воде, а через воду это «благородство» отража ется на функции всех органов и систем организма.

Дополняя анестезиологическую концепцию Л. Полинга и располагая определенным клиническим опытом применения ксеноновой анестезии на современном этапе, можно сказать, что клатраты и свободные от молекул водные ассоциаты способны, по-видимому, принять различные токсические продукты мета болизма, свободные радикалы, токсины и оказать детоксициру ющий эффект. Именно этим объясняется субъективное чувство облегчения, свежести и хорошего настроения, увеличение трудо способности после выхода из состояния ксенонового наркоза, о котором говорят многочисленные клинические наблюдения. Па циенты, которые хоть один раз побывали в состоянии ксенонового наркоза, неизменно говорят, что они хотят избрать только ксено новый наркоз. Ослабленные онкологические больные, прикован ные к постели, после ингаляции Хе:О2-смеси начинают сами себя обслуживать, у них возрастает физическая активность. Клини ческие признаки свидетельствуют о каком-то заново возникшем ощущении здоровья, бодрости и улучшении настроения. Мы на зываем это состояние «эффектом русской бани», а сам механизм очищения «супрамолекулярной детоксикацией», иначе говоря, за мещением «свободных квартир» в бывших клатратах продуктами метаболизма, которыми заполнены жидкие среды организма.

Исследования показали, что клиническое восстановление состояния больных и положительная динамика биохимических показателей крови начинаются с 3-х суток лечения. Однако эф фективность лечебного действия ксенонового наркоза могла быть гораздо выше, если бы соблюдались основные принципы лечеб ного наркоза и методика анестезии ксеноном. Мы уверены, что темп детоксикации можно ускорить вариантами наркоза (Буров Н.Е., 2010).

Чрезвычайно важным моментом в концепции Л. Полинга является обнаруженная им корреляция между парциальным дав лением анестетика (Хе) и парциального давления, необходимого для образования клатратов. В отношении ксенонового наркоза это означает, что при достижении 1 МАК только 50 % нервных рецепторов, синапсов и других функциональных структур могут быть приведены в состояние, близкое к наркозу. Остальные 50 % будут в состоянии поддерживать признаки сознания, памяти или частичной их утраты. Эффективность лечебного наркоза ксено ном зависит не только от концентрации анестетика, но и от экс позиции.

Наши многочисленные клинические наблюдения показали, что наибольшая эффективность и качество лечения Хе:О2-смесью достигается при концентрации Хе, равном 65-70 %, при экспо зиции не менее 30 мин. После операции и элиминации ксенона в организме остаётся значительная «площадь» водных ассоциатов («освободившихся квартир»), которые будут нести функцию «су прамолекулярной детоксикации».

Ассоциаты не следует рассматривать как стабильные объ екты с определённой геометрией. Изменение условий (темпера туры, давления или концентрации компонентов) вызывает изме нения упорядочения ассоциатов.

Кластеры ксенона способны ориентироваться во внешних полях за счёт сильного магнитного момента, а постксеноновые ассоциаты – за счёт жёсткого электрического момента при доста точно выраженной анизотропией поляризуемости. Одновременно с ориентацией молекул Н2О в этих структурах будет происходить и ориентация их как осцилляторов. Излучение совокупности ори ентированных молекул как в кластере, так и в ассоциате будет по ляризованным. В биологических жидкостях степень ориентации таких структур достаточно высока, особенно на уровне и чуть выше теплового шума. В данном случае поляризация излучения имеет место независимо от того, анизотропен или изотропен фак тор, приводящий к излучению.

В обычных водных ассоциатах излучение неполяризован ное. При возбуждении ассоциата внедрением Хе или различного диапазона ЭМИ в составляющих их молекул Н2О будут осущест вляться лишь вполне определённые переходы в которых магнит ное квантовое число остаётся неизменным (М = 0). В результа те этого в кластерах Хе, постксеноновых и структурированных низкочастотным генератором ассоциатах внешние электроны оказываются на вполне определённых магнитных подуровнях и излучение будет поляризованным. Этот упрощённый процесс по ляризации излучения полностью соответствует правилам отбора и поляризации, установленными квантовой теорией.

Каждый обычный ассоциат в биологической жидкости жи вого организма излучает свою длину волны в зависимости от ко личества Н2О в этой структуре. Длина этого излучения зависит от структуры ковалентных и водородных связей ассоциата (например, около 450 нм). При структурировании ассоциатов или внедрении в их пустоты атомов инертного газа им «навязывается» частота более длинноволнового диапазона (при внедрении Хе – более нм). Кластер или структурированный ассоциат излучает как бы модулированное излучение с двумя пиками (450 и 800 нм для кластера и 450 и 600 нм для ассоциата). Степень усиления эф фекта при «навязанном» длинноволновом излучении зависит от длины волны более коротковолнового излучения ассоциата.

Эффект усиления наводит на мысль о том, что каждое из излучений адресуется преимущественно только одной системе на мембране клетки, причём для полноценной деятельности мем браны необходима их согласованная кооперация. Это подтверж дается большим эффектом у биоструктур при облучении моду лированным ЭМИ. Об этом может свидетельствовать и эффект гомеопатического ассоциата воды, оставшегося или созданного по «памяти» лекарственного средства.

Следы таинственных процессов, происходящих в биологи ческих жидкостях очень чётко зафиксированы академиком В.Н.

Шабалиным (1992, 1996, 2002) с сотрудниками. Они показа ли, что при комнатной температуре высохшая плазма крови на предметном стекле образует поразительно постоянные структу ры. Ими зафиксирован процесс образования пространственных структур при фазовом переходе различных видов биожидкостей в твёрдотельное состояние. Оказалось, что формы кристаллов био жидкостей отражают волновые ритмические колебания. Различ ные заболевания и даже функциональные нарушения приводят к изменению структуры биокристаллов. Что же является изначаль ным фактором, причиной между зримыми и недоступными глазу процессами? Ответ прост – Вода.

В зависимости от процентного соотношения определённых водных ассоциатов в биожидкостях живого организма изменяется как его функциональное состояние (вплоть до болезни), так и воз можности профилактического и лечебного эффекта (гомеопатия, лечение холодом, различные физиопроцедуры).

За счёт наличия в водных структурах ионов Н+ и ОН- объ ясняются многие необъяснимые факты. Только за счёт внутрен него перераспределения этих ионов вода может приобретать (из менять) как кислые, так и щелочные свойства (катод – анодные).

При рН воды 6,5 изменения в ту или иную сторону могут дости гать 3-4 единиц. Именно этим можно объяснить как ряд лечебных эффектов (или наоборот) (Зенин С.В., 1998, 1999;

Слесарев В.И., 2000, 2004).

В физике поверхностных явлении твёрдо установлено, что наличие поверхности резко меняет естественный (привычный для нас) порядок в свободной воде.

Гидратационные силы – это первое явное проявление эф фектов нелокальной поляризуемости воды в биологических си стемах.

Известно, что нейроны имеют характерный размер около 1000. Кластеры инертных газов имеют одно ребро около (Полинг Л., 1978). Значит, около 90-100 кластеров, например Хе, могут «заблокировать» нервную клетку, и увеличить дипольный момент наружного слоя мембраны. Важно, что в данном случае мы наблюдаем, чисто биофизическое взаимодействие не замаски рованное никакими метаболическими реакциями.

Чем больше масса кластера инертного газа, тем сильнее силы как ближнего так и дальнего взаимодействия.

Частота собственных колебаний кластера (вибратора) инерт ного газа или ассоциата воды жёстко связана с их размерами (ко личеством молекул Н2О в структуре). В связи с этим, например, при полной идентичности L- и D-изомеров морфина по своим химическим свойствам, они будут отличаться друг от друга про странственными частотными характеристиками (основными ча стотами) и, самое, главное, вектором поляризации. В этом смысл различия силы наркотического действия изомеров. Даже при одной частоте кластеров двух изомеров у них будет различаться направленность (поляризованность) испускаемого излучения.

Инертные газы в пустотах ассоциатов воды за счёт своего метастабильного состояния способствуют структурной перео риентации молекул Н2О внутри ассоциата, созданию дипольно го момента и увеличению энергонасыщения кластера.

Кластерные гидратированные ионы газов (воздуха) имеют большое значение в природе, в том числе и для живого организма.

При гибели биологического объекта динамическое образование кластеров и их разрушение прекращается. Этим живое отличает ся от неживого.

При внедрении инертного газа в пустоты ассоциата воды, связующие пары молекул воды смещаются в сторону атома инерт ного газа как более отрицательного элемента. Это смещение при водит к несовпадению центров положительных и отрицательных зарядов, кластер поляризуется, приобретает характер диполя.

Полярность кластера оценивается величиной момента диполя, представляющего собой произведение расстояния между центра ми зарядов (длины диполя) на величину электрического заряда. Количественной мерой поляризуемости кластера наряду с мо ментом диполя является также эффективный заряд атома инерт ного газа (у Хе он наибольший по сравнению с другими инертны ми газами).

В кластерах инертных газов электроотрицательность инерт ного газа больше, чем электроотрицательность Н2О. В этом слу чае молекулы воды будут иметь положительный эффективный заряд 0, но +1, атом инертного газа – соответствующий от рицательный заряд.

Чем больше значение эффективного заряда атома прибли жается к целому числу (1, 2, 3 и т.д.), тем больше подтверждается, что связи в кластере носят чисто ионный характер. Ковалентный характер носят только связи самих молекул Н2О.

Электрическое поле полярных молекул воды ассоциата вы зывает смещение центра тяжести зарядов инертного газа. Диполь ориентируется своим положительным полюсом к отрицатель ным полюсам молекул воды. Электрические поля соответственно ориентированных молекул Н2О могут вызывать дополнительное смещение центров тяжести зарядов и тем самым усиливать ди польное взаимодействие (внутрикластерное ориентационное вза имодействие).

Образовавшийся кластер инертного газа со своим диполь ным моментом обусловливает притяжение соседних аналогичных кластеров, которое проявляется тем больше, чем больше диполь ный момент атомов инертного газа. Чем больше размер атома инертного газа или чем больше их встраивается в пустоты ассо циата, тем больше дипольный момент кластера им образован ного, тем сильнее взаимодействие между собой и дипольными молекулами мембраны нервной клетки.

Тепловое движение нарушает взаимную ориентацию по лярных кластеров, повышение температуры при этом ослабляет ориентационное взаимодействие. Повышение давления – наобо рот. Так как ассоциаты воды неполярны ( = 0), ориентационный эффект у них отсутствует. Тепловым движением они легко за мещаются полярными кластерами инертного газа на мембране нервной клетки (или внутримембранно).

Кластеры инертного газа взаимодействуют с дипольными молекулами мембраны нервной клетки до момента, когда нару шается равновесие, которое было в момент его образования (из менение концентрации, температуры, давления – парциального давления).

Непременным условием взаимодействия любой термодина мической системы является существование в отдельных её точках каких-либо различий по температуре, давлению, концентрации, электрическому потенциалу и др., т.е. необходимо существование градиентов (Ленский А.С., 1989). Достижение системой термоди намического равновесия означает исчезновение этих градиентов и тогда термодинамическая система не способна к взаимодей ствию.

Изменение давления мало влияет на положение химическо го или фазового равновесия в организме, т.к. все составляющие его вещества находятся в конденсированном состоянии. Посколь ку в ходе твёрдо- и жидкофазных превращений объём системы практически не меняется, то для неё существенно влияние дав лений порядка тысяч МПа. При этом необходимо отметить, что пространственная геометрия (характеристика) кластеров и ассо циатов изменяется, но находится в равновесии с системой.

Разбавление газообразных реагентов инертным газом при водит к смещению химического (биофизического) равновесия в тех же направлениях, что и уменьшение общего давления в си стеме.

Повышение температуры приводит к смещению химическо го (биофизического) или фазового равновесий в том направлении, которое характеризуется поглощением теплоты, а понижение – к сдвигу в сторону протекания процесса, характеризующегося вы делением теплоты.

Разумеется, рассмотренные процессы не столь однозначны и просты, как здесь изложено, они более многообразны и много компетентны, более сложны. Водные структуры организма явля ются далёкими от равновесия. Поэтому поведение их не может прямо подчиняться ни одному из универсальных (классических) законов. По мере удаления от равновесия в водных структурах происходит непредсказуемое (пока) движение от универсального к уникальному в направлении огромного разнообразия, в т.ч. и жизненных процессов.

Проявление свойств того или иного вещества определяется действием в нём тех или иных межмолекулярных сил и термоди намическими условиями состояния воды (Зацепина Г.Н., 1987).

Водородная связь в воде способна дискретно изменять своё со стояние от ионной до ковалентной. Состояние водородной связи определяется качеством наполнения её внутренней структуры и природой атома её образовавшего.

Гидраты, в которых молекулы гостя не образуют прочных химических связей с водным каркасом (взаимодействие гость – хозяин – только ван-дер-ваальсово), называют клатратными ги дратами (кластерами – авт.). Ни один из клатратных гидратов в живом организме не может быть термодинамически стабильным в отсутствие молекул-гостей.

Образование гидратов связано с самой основой жизнедея тельности, а именно, с молекулярным механизмом функциони рования биологических переключателей, ответственных за вклю чение сигналов болевой чувствительности в живом организме (Габуда С., 2002).

Условием образования газогидрата в биологических систе мах является повышенное давление или концентрация газов в смеси. Не последнюю роль при этом играют гидродинамические и теплофизические механизмы кровообращения. К условиям об разования газогидратов и их стабильного существования можно также отнести наличие самих газов и их состав, фазовое состоя ние, структура и состав воды, температура и давление (концен трация). При рассмотрении процессов роста и уменьшения газо гидратов определяющим процессом является диффузия.


В ранних наших работах (2001-2010 гг.) было дано следую щее определение водных структур биологических жидкостей.

Ассоциаты (клатраты) – это объединения молекул воды в многогранники, напоминающие по форме футбольный мяч, вну тренние полости которых сравнимы по величине как с молекула ми воды, так и с молекулами некоторых газообразных веществ, в том числе – метана, ксенона и др.

Кластеры – это ассоциаты с внедрёнными (нерастворимы ми) в их полости атомами, молекулами газов, газообразных ве ществ.

При образовании клатратов (кластеров) не появляются зоны с повышенной концентрацией водорастворимых веществ – кла траты образуются равномерно во всём объёме.

Кластеры (тяжёлых инертных газов) обладают свойством переводить воду в химически не активное состояние. А, следо вательно, частично или полностью останавливать (ингибировать) все биохимические реакции.

Все газовые гидраты имеют одинаковую кристаллическую решётку и, следовательно, физико-химические процессы в биоло гических объектах развиваются, по всей видимости, одинаково.

Однако разница имеется как в физико-химических харак теристиках инертных газов, так и биологическом и физиологи ческом действии (наркоз при разных давлениях, наркоз и НСВД, изменение состояния наркотического действия при смене или до бавлении другого инертного газа – азот на гелий и т.п.).

При десатурации Хе и других газов происходит диссоциа ция газогидратов.

Удельная теплоёмкость воды разная при различных темпе ратурах, причём характер температурного изменения теплоёмко сти своеобразен: она снижается по мере увеличения температуры в интервале от 0° до 37 °С, а при дальнейшем увеличении темпе ратуры – возрастает. Минимальное значение удельной теплоём кости воды обнаружено при температуре 36,79 °С, а ведь это нор мальная температура человека и всех теплокровных животных.

Оказалось, что при этой температуре осуществляются и микрофазовые превращения в системе «жидкость – кристалл», то есть «вода – лёд». Микрофазовые – это потому, что протяжённость кристаллов микроскопична (0,2-0,3 нм). Температурная область жизни теплокровных животных находится в границах 30-45 °С.

В своих работах Сент Дьердьи отмечал, что в узких капил лярах возникают структурно упорядоченные слои воды вблизи твёрдой поверхности. Структурирование распространяется вглубь жидкой фазы на толщину слоя порядка десятков – сотен молекул (а не монослоем, как думали раньше). Особенности структуриро вания воды в капиллярных системах позволяют с определённым основанием говорить о капиллярном строении воды. В природе – это поровая вода (вода, устилающая поря, полости, трещины).

В такой связанной воде проявляются как её непосредственные свойства, так и свойства веществ, с которыми она непосредствен но соприкасается.

Чем тяжелее инертный газ, тем прочнее он образует гидрат.

Этот эффект основывается на различной поляризуемости газов, зависит от размеров и массы атомов (молекул), связан с наруше нием равновесия между газообразной и растворённой фазами газа в организме.

От величины давления (концентрации) зависят некоторые физико-химические характеристики инертных газов и жидкостей.

В первую очередь это объём, сдвиг точки кипения жидкостей. Уве личивается растворимость газов, что приводит к росту количества атомов газа в биологических жидкостях. Всё это способствует на рушению привычных (эволюционных) метаболических, биологи ческих, физиологических взаимоотношений в организме.

Ранее эффект повышения температуры разложения Полинг назвал эффектом вспомогательного газа (хелп – газа), когда один газ помогает другому повысить общую устойчивость газогидрата.

Образуя легко диссоциирующие соединения с водой эти газы существуют только в ней, если они не в основном состоянии.

Основную роль при этом играют ионная и водородная связи. Газы не вступают в химические реакции.

Физическая адсорбция – слабая форма адсорбции, при ко торой молекулы адсорбата удерживаются на поверхности силами межмолекулярного взаимодействия типа ван-дер-ваальса.

По нашему мнению имеются особенности протекания процессов на поверхности нервной клетки. Если реагенты (кла стеры инертных газов) находятся в адсорбированном состоянии в углублениях клеточной мембраны, то за счёт адсорбционных свя зей (наличия ненулевой теплоты адсорбции) начальное состояние гетерогенной реагирующей системы существенно отличается от того, что имеется в гомогенной системе.

Фаза – однородная часть неоднородной системы, ограни ченная поверхностью раздела. Под системой в химии понимается ограниченная часть пространства, заполненная веществом или смесью веществ. Гомогенные системы физически однородны, если даже не однородны химически. Гомогенные системы одно фазны. Гетерогенные системы состоят более чем из одной фазы.

Для немолекулярных кристаллов фаза – это носитель всех физических, химических и биофизических свойств вещества, кристаллизирующегося в координационной решётке, т.е. свой ства вещества немолекулярной структуры зависят от состава и химического строения фаз. У соединений, не имеющих молеку лярной структуры вместо молекулярного веса вводится понятие формульного веса: он равен сумме атомных весов, умноженных на фактические стехиометрические индексы химических формул соединений. В настоящее время стехиометрические законы хи мии формулируются с учётом единства молекулярной и немоле кулярной форм существования вещества.

Конечное состояние: продукт реакции (газовый гидрат) в адсорбированном состоянии – также характеризуется иным зна чением энергии. Это приводит к тому, что активационный барьер за счёт адсорбционных возможностей и явлений в некоторых слу чаях может значительно понижаться. Этому способствует кон центрация реагентов (кластеров) в поверхностном слое, которая значительно выше, чем объёмная концентрация.

Кластеры в адсорбированном состоянии определённым об разом ориентируются, что способствует большему поляризаци онному эффекту. Полученное состояние напоминает явление ге терогенного катализа в преддверии химической реакции.

Специфичность катализатора (кластера инертного газа) в этих состояниях достигает такой степени, что в процессе биофи зической реакции образуется молекула только с одной определён ной пространственной конфигурацией. В этом случае мы можем говорить о стереоспецифичности взаимодействия. Большинство ферментативных (биохимических) реакций в живом организме являются гетерогенно-каталитическими. К ним же можно отне сти и биофизические реакции.

Различные кластеры инертных газов удерживаются на по верхности нервной клетки в разной степени, вытесняя тепловым движением плазмы (биологической жидкости) водные ассоциаты (своего рода разделение газовых и жидкостных смесей).

Поскольку процесс происходит в постоянном движущемся потоке кластеры в углублениях мембраны задерживаются, но не адсорбируются. При снижении концентрации (парциального дав ления) во вдыхаемой смеси кластеры постепенно вытесняются из поверхностного слоя, замещаясь ассоциатами (плотностями) воды плазмы крови.

Размеры кластеров различных инертных газов (соответ ственно и размеры самих инертных газов) являются дополни тельным параметром состояния, определяющего биофизическую реакционную способность.

Типичным проявлением размерных эффектов класте ров инертных газов служит резкое отличие свойств кластеров на поверхности нервной клетки, от свойств этих же кластеров, расположенных внутри клетки (например, N2 и др.). Это отли чие вызвано меньшим числом типичных для данной структуры связей поверхностных кластеров, наличием в них нескомпен сированной электронной плотности, отличиями в энергии элек тронных уровней кластера и, соответственно, увеличением реак ционной (биофизической) способности поверхностных атомов.

В результате на поверхности мембраны происходит перестройка атомно-молекулярной структуры (например, конформационные изменения внутри мембранных хвостов). В данный момент при поверхностные слои можно даже рассматривать как новое специ фическое агрегатное состояние мембраны.

Дисперсионные системы – гетерогенные системы, состоя щие из двух и более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В дисперсных системах (например, плазме крови) по крайней мере одна из фаз – дисперсная фаза – распределена в виде кластеров газа в другой, сплошной фазе – дисперсионной жидкой среде.

Размер кластеров (частиц дисперсной фазы) составляет 10 -10-7 м, т.е. лежит в интервале от нанометров до долей микро - метра.

Физические свойства дисперсной системы зависят от соот ветствующих свойств фаз, составляющих систему. Свойства кла стерных дисперсий зависят также от природы границы раздела между дисперсной фазой и дисперсной средой. Добавление малых количеств других веществ (газов, ПАВ и др.), может существенно изменить объёмные свойства дисперсных систем. Это наблюдает ся при замене одного газа в дыхательной смеси на другой (-е).

Газы в биологических жидкостях образовывают кластеры, отличающиеся очень большой величиной межфазной границы.

Для таких состояний энергия межфазных границ является очень важным фактором.

Обычно на межфазных границах сосредоточены электри ческие заряды и этим обусловлены разнообразные свойства и эффекты, характерные для подобных систем. Образованный в плазме крови кластер обладает индуцированным диполем и за рядом внешних слоёв молекул воды. При интенсивном обтека нии кластеров на поверхности нервной клетки потоком плазмы крови на границах кластера может возникать электрическое на пряжение.

При элиминации газа из организма происходит жидкофазное восстановление. Биофизическое восстановление зависит от природы инертного газа, концентрации, рН крови, температуры, давления.

9. Процесс насыщения и рассыщения организма инертными газами Этапы транспорта ксенона (или любого инертного газа) пред ставляются в виде каскада с постепенно повышающимся уровнем его парциального давления в различных средах организма.

Мерой насыщенности крови или ткани газами принято счи тать величину:

Р = Рин +P +P +P – Н, где Рин, P, P – соответственно напряжение инертного газа, О2 и CO2 в ткани (крови), мм рт. ст.;

P – давление насыщенных паров воды при температуре тела (47 мм рт. ст.);

Н – давление в тканях (крови), которое является суммой внешнего давления и давления тургора ткани (или кровяного давления), мм рт. ст. Так же, как и физические системы, ткани организма при Р = 0 явля ются насыщенными газами, при Р 0 – ненасыщенными, а при Р 0 – перенасыщенными.

Оценим по указанному соотношению насыщенность организ ма человека газами в естественной среде обитании. При дыхании воздухом в наземных условиях (внешнее давление 760 мм рт. ст.) у здорового человека в состоянии покоя напряжения N2, О2 и СО в смешанной артериальной крови в среднем равны соответственно 569, 95 и 40 мм рт. ст. (Bateman, 1951;

Комро и др., 196l). Посколь ку в легочных венах давление крови практически не отличается от внешнего давления, то согласно соотношению величина Р в этом участке кровеносного русла составляет – 9 мм рт. ст. Неполное на сыщение артериальной крови газами в основном обусловлено на личием альвеолярно-артериальной разности P, которая в данной ситуации определяется величиной анатомического шунтирования легочного кровотока и степенью несоответствия вентиляции ле гочному кровотоку в различных участках легких (Комро и др., 1961). Однако кровь, непосредственно оттекающая от легочных ка пилляров, полностью насыщена газами, т.е. в ней Р = 0. В левом желудочке сердца давление крови повышено относительно внеш него давления в период систолы сердца на 120, а диастолы на 70 мм рт.ст. Поэтому в артериальной крови большого круга кровообраще ния величина Р составляет в среднем – 104 мм рт.ст.

Хотя распределение О2 и СО2 во внутренней среде организма неравномерно, в первом приближении можно считать, что напря жения этих газов во всех органах и тканях и в оттекающей от них системной венозной крови одинаковы и совпадают с уровнями P и P в смешанной венозной крови. У здорового человека при ды хании воздухом в наземных условиях напряжения О2 и CO2 в сме шанной венозной крови равны соответственно 40 и 46 мм рт.ст.

(Bateman, 1951;

Комро и др., 1961). Более того, эти параметры смешанной венозной крови остаются практически неизменен ными при дыхании человека любой нормоксической и даже уме ренно гипероксической смесью (Bateman, 1951,). Поэтому при оценке насыщенности газами венозной крови и тканей удобнее использовать указанное соотношение в несколько модифициро ванной форме:

Р = Рин – (Н – 133), где 133 = (40 + 46 + 47) – суммарное напряжение О2, СО2 и паров Н2О в смешанной венозной крови (в мм рт.ст.).

Если пренебречь давлением тургора тканей и отличием дав ления крови в венозном русле от внешнего давления, то в назем ных условиях согласно последнему соотношению величина Р в этих системах организма равна – 58 мм рт.ст. Таким образом, при газовом равновесии организма с естественной средой обита ния и артериальная, и венозная кровь, а также все другие органы и ткани недонасыщены газами. В таком же состоянии организм оказывается при равновесии с любой другой средой обитания.

Из приведенных выше оценок видно, что в наземных усло виях различия в насыщенности газами артериальной крови и всех других органов и тканей не очень значительны. Однако при по вышении уровня P или снижении концентрации N2 (или любого инертного газа) во внешней среде эти различия становятся более существенными. Так, например, когда человек дышит чистым кислородом при давлении 760 мм рт.ст., то суммарное напряжение О2 и CO2 и паров воды в его венозной крови и тканях составляет 133 мм рт.ст. Поэтому величина Р для этих систем организма рав на – 627 мм рт.ст., т.е. они существенно недонасыщены газами. В то же время смешанная артериальная кровь недонасыщена газами лишь на величину альвеолярно-артериальной разности P, кото рая у здорового человека в данной ситуации увеличивается до 30 мм рт.ст.

В соответствии с законом Дальтона, общее давление возду ха (газовой смеси) равно сумме давлений входящих в него газов:

Р = Р1 + Р2 + Р3… + Рn. Давление, приходящееся на долю каждо го газа, называется парциальным (частичным) давлением, кото рое определяется по формуле:

Р=, где Р – парциальное давление данного газа (рО2, рХе и т.д.);

Р – абсолютное давление (ата, мм рт.ст.);

С – концентрация газа в дыхательной смеси (в процентах).

Например, парциальное давление кислорода (рО2) в атмос ферном воздухе на уровне моря (если принять его концентрацию равной 21 %) составляет2:

рО2 = = 0,21 ата или рО2 = = 159,6 мм рт.ст рХе = = 0,7 ата рХе = = 532,0 мм рт.ст Напряжение газов в крови и тканях определяется так же, как и парциальное давление их в воздухе или в дыхательных смесях.

Биологические эффекты, наблюдающиеся у человека и жи вотных в условиях повышенной концентрации (давления), обу словлены в основном изменением парциального давления.

В нормальных условиях между парциальным давлением газов (О2, СО2, N2 и др.) в лёгких и их напряжением в тканях и жидких средах организма существует динамическое равновесие.

При подаче газовой смеси 70 % Хе – 30 % кислорода это дина мическое равновесие нарушается, т.к. напряжение всех газов в организме перестаёт быть уравновешенным новым процентным содержанием Хе и О2. Через 3-4 мин возникает состояние насы щения организма ксеноном и кислородом. Парциальное давление азота, который обычно принимает участие в газообмене и на долю которого приходится основная часть общего напряжения газов в жидких средах и тканях организма, уменьшается. Кислород по глощается тканями, а углекислый газ связывается с буферными системами. Пока подаётся газовая смесь растворённый в организ ме ксенон находится в перенасыщенном состоянии.

На уровне моря на человека действует атмосферное давление, величи на которого составляет 760 мм рт.ст – 0,1 МПа – 1 кгс/см2.

Газовые ксеноновые пузырьки не образуются. Азот в это время диффундирует в направлении клетка – ткани – кровь – аль веолярный воздух – внешняя среда. Напряжение азота в тканях и жидких средах уменьшается, его место занимает тяжёлый ксенон (131,0 против 28,0) – почти в 5 раз.

Концентрация газа в растворе может быть определена раз личными способами. В физиологии содержание газа в раство ре чаще всего определяют объемной концентрацией, т.е. объе мом газа, растворенного в единице объема жидкости. Причем количество растворенного газа должно быть приведено к стан дартным условиям (температура 0 °С, давление 1 кгс/см2, су хой газ). Если парциальное давление газа в растворе измерять в килограмм-силе на квадратный сантиметр, то коэффициент рас творимости газа имеет размерность миллилитр газа на миллилитр жидкости-килограмм-сила на квадратный сантиметр (мл газа/мл жидкостикгс/см2).

Коэффициент растворимости, характеризуя способность газа к растворению в жидкости, является своеобразной мерой сил взаимодействия между молекулами газа. Электрически нейтраль ные молекулы азота и инертных газов не образуют ни ионных, ни ковалентных связей с молекулами физических и биологических жидкостей. Однако электрически нейтральные молекулы раство рителя обычно обладают значительным дипольным моментом и в силу этого они могут индуцировать электрические диполи в мо лекулах (атомах) инертного газа. Именно силы притяжения меж ду диполями молекул Н2О и газа и обусловливают растворение инертных газов в жидкостях. Более того, при растворении газовые молекулы внедряются в кристаллическую решетку, образованную молекулами жидкости, и удерживаются в ней силами диполь дипольного взаимодействия, т.е. молекулы жидкости и газа об разуют сравнительно устойчивые микроструктурные соединения (Muller, Stackelberg, 1952;

Barrer, Stuart, 1957;

Pauling, 1961).

В растворах азота и инертных газов в жидкостях количество молекул растворённого газа мало по сравнению с количеством молекул растворителя (Н2О биологических жидкостей). Такие растворы называются слабыми или разбавленными растворами.

Согласно закону Генри, концентрация газа в слабом растворе про порциональна парциальному давлению этого газа, т.е.

С = Р, где С – концентрация газа в растворе;

Р – парциальное дав ление газа в растворе;

– коэффициент растворимости газа.

Происходящее при растворении газа увеличение объема раствора за счет объема, занимаемого газовыми молекулами, весьма незначительно. Для иллюстрации этого утверждения рас смотрим следующий пример. Суммарный объем молекул, содер жащихся в 1 моле (в 22,4 л) азота, равен 0,04 л. Эта величина является численным значением параметра b, входящего в уравне ние Ван-дер-Ваальса (в уравнение состояния реального газа) для азота. При температуре 38 °С 1 моль азота может раствориться в 1720 л воды. Таким образом, объем раствора азота в воде по сравнению с исходным объемом воды увеличится всего лишь на 0,04100 %/1720 0,002 %.

Газовые растворы обладают одним весьма интересным свой ством: растворимость газа в жидкости не зависит от присутствия других газов (закон Дальтона). Поэтому содержание инертного газа в любой жидкости определяется лишь парциальным давле нием этого газа над жидкостью.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.