Содержание к диссертации
Введение 4
1 Биологическая система в электромагнитном поле 12
1.1. Нормирование электромагнитных излучений. 12
1.2 : Электрические и. магнитные свойства биологических тканей 16
Экспериментальное изучение нетеплового воздействия: ЭМИ на биообъекты различного уровня организации... ... 21
Действие ЭМИ на мембранный транспорт. 24
1.5 Проблемы моделирование воздействия низкоинтенсивного ЭМИ на
клетку 26
2 Исследование жизнестойкости биообъектов при воздействии
электромагнитного излучения низкой интенсивности 35
2 Л Проблема воздействия неионизирующего излучения на
биообъекты 35
2.2 Воздействие низкоинтенсивного электромагнитного излучения
на всхожесть и рост яровой пшеницы 40
2.3 Воздействие низкоинтенсивного ЭМИ на микроорганизмы. 49
3 Обоснование эффектов воздействия GB4 - излучения с помощью
триггерной модели реакций 56
Точечная триггерная модель ферментативных реакций 51
Расширенный триггер с диффузией 78
4 Воздействия электромагнитного излучения на пассивный транспорт
веществ через мембрану клетки 89
Биологический триггер с ингибированием (активацией). 90
Определение концентраций ионов - ингибиторов 92
4.3 Исследование биологического триггера с ингибированием
(активацией) 108
Выводы 115
Список использованной литературы 117
Введение к работе
Акту ал ьностъ и сел ед ова ния. „ Є каждым-годом-; возрастают:1 ур>овнишощ& ности: электромагнитного? излучения; (!ЭШЩ», создаваемые всевозможными/ ис.т кусственнымю источниками; такими;-, как;. теле-- ж радиопередающие: центры, . гражданские: ивоеннвте радиолокационные установки^. различные .єиєтємбі. радиосвязи^ В: томк числе: системы сотовой;; и/ епутниковойї связно различные ЭЛЄКт тробытовые; приборы:, (ітелевизорьт^ компьютеры; холодильники;, кондиционеры и:: т. д.),., технологические ; установки; в;; промышленностж.. Bl то? же; время;; электромагнитные:.- поля» не:: являются- абсолютной чуждыми: для? организма;, однако^: если; на; протяжении^ многих- веков> уровни; мощности *ЭМШ оставались- очень; низкими; то теперь,.в;результате деятельности человека; они сильно- возросли' и^ с: каждыми годом; возрастают- все быстрее: Искусственные электромагнитные: иолж:(рМЩ) явл яю.тея* новым? фактором? окружающей; средьки: шока .не: известно j, какое -.-именно!'действие; ^положительное: или:отрицательное), они: оказывают: на. процессы; метаболизма, протекающие.в:биологических: системах-,,и, как изменяется это воздействие от одного вида.организмов.к. другому. Одним7из;интереснейших и в то: же время- наименее: изученных вопросов -і современнойыаукй^яв--ляетея: проблема воздействия1 неионизирующега ЭМИ радиодиапазона; низкой интенсивности на биологические системы. Хотя накоплен большой экспериментальный материал по воздействию ЭМИ различных частот и уровней мощности, на самые различные биообъекты, и в настоящее время широко внедряются методы.лечениям помощью: ЭМИ [например^ 1=.--3,. 16,.2Щ, однозначного ответа на вопрос о физических механизмах воздействия и о возможности прогнозирования поведения биообъекта пока пет.
Именно, для решения- задач, связанных с изучением, и моделированием процессов^ происходящих в биологическом объекте на разных уровнях органи-
5і защда при, воздействии* излучения^крайне: высокочастотного' (ЖВЙ)? диапазонам в1
ЕбесиЙской; Академии; наук: наг отделении* "Физики- и астрономии1:' в; Научном; совете: В МЖ по> проблеме:" Физическая; э лектронвка" (научный руководителе -академии- РАНЇ Гуляева Ш;В?) создана- секция; "Биологически е: эффекты; миллиметр ового:-излучения» (здаучныйлруководителв;.— профессораецкишСйВ;).;. ^2Щ.
Hoj. поскольку большинство', современных- радиоэлектронных, приемопередающих устройств, в? области?радиол окации;.. навигации^, связи; телевидении; работают т диапазоне; сверхвысшкочастотныжизлучений* этот: диапазона также:; нелБзяйОставлятвбезвнимани»;
Создание- общей^теорииш; единых подход ов;:к проблеме ^моделирования:; и прогнозирования;: эффектов' воздействияі ЭМИ: высокой;: частоты, представляет собой; трудную:-задачу, прежде,: всего]\ потому, что воздействие, происходит:на всех ур овнях организ ацшг живой шатерии, причем'на^каждомшз - уровней^ меха-низмн'іВоздействия-^'ОФКлик.бйообїектапринциииалБно'различньї...
W этой; связи вопросы;, связанные с исследованиями: физических; мехат низмов-воздействия'.сверхвысокочастотногогэлектромагнитного изяуч:евия;низ-кой- интенсивности на биологические объекты, и построение теорищ позволяющей описать этот процесс хотя бы в: рамках.ограниченных: представлений! являются актуальной задачей; и: представляет не: только^ научный, но^и; вполне обусловленный практический интерес.
Целью исследований является изучение физических механизмов воздействия высокочастотного электромагнитного поля на клетку, определение механизмов передачи внешнего воздействия в биообъект и-выявление тех процессов жизнедеятельности, на которые влияет внешнее1 электромагнитное иоле сверхвысокочастотного и крайне высокочастотного; диапазонов1.
При реализации поставленной цели решеньт:следующие задачи:
6*
проведены экспериментальные исследования;: воздействия низкоинтенсивного: СВЧ - из лу чения на;ряд; био л о тческих объектов > и по лучены, результаты, позволяющие утверждать факт самого^ воздействия. и .прогнозировать его г-результат;
рассмотрены, механизмы^: воз действия, внешнего < ЭМ№ на параметрическое переключение точечного; биологическою; триггера: Жакоба-.- Моно: и- расширенного биологического триггера-с-диффузией;
- проведены исследования:; поведения^ биологического;! триггера- при;; пара^ метрическом:переключениИ'В;результате внешнего; воздействия;.
предложен:; физический- механизмп воздействия, электромагнитного поля СВЧ: низкой интенсивности на: проводимость; клетки и изменения; концентраций ионов К", No" при учете внешнего воздействия микроволн нетеиловой; мощности;
проведеньг; исследования.: процессовг ингибирования: (активации) у триггер-ной ферментативной'реакции -с учетом воз д ействия-низкоинтенеивногоЭМИ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
экспериментально показано, что >необходим: учет сезонных изменений, активности: биообъектов: при исследованиях воздействия: низкоинтенеивного ЭМИ сверхвысокой и крайневысокой частоты;
экспериментально показано, что при воздействии низкоинтенсивного ЭМИ на микроорганизмы St. Aureus, иі. Albus необходимо выбирать сроки наблюдения в пределах не ниже 1:6& часов, так как имеет место поздний отклик на воздействие;
впервые установлены частоты излучения (например, 15,5'ГГц), благотвор: ный эффект воздействия которых на пшеницу не элитного сорта практически постоянен при фиксированной интенсивности (100 мкВт/см") и отклик по
7 всхожести составляет не: менее 1:1:5'- 1;2Ш%;для экспериментов проведенных В--
период покоя-зерна;
впервые установлены частоты (например; 15,2— 15;9:ГГц); воздействие на: которых: наюдин :вид биообъектов1'положительно?(неэлитное зерношшеницы); ,av нащрушй ь отрицател ьно^сорт «Айьбидум») ;
установлена;- возможность: параметрического (мягкого): переключення; точенного, биологического ;Триггерашриг воз действии :низкоинтенеивного:>ЭКШ;:
виер вые::предложен: физический::механизм.-воз действия -;внешнего>Э1Ж' на:: ферментативные реакции:; в результате;1 повышения:; (или" понижения); концен-трацийШонов- ингибиторов;.:
впервые установлено, .что- при учете диффузии продуктов- и внешнего воздействия нетепловых: интенсивностей СВЧ/шКВЧ;диапазонов; возможно^ как увеличение, так и; уменьшение времени переключения триггера.
Практи ческая цен ность заключается в- том, что;
экспериментально, доказана роль, сантиметрового диапазона длин волн в: реализации биологических эффектов;;
разработанные численные модели: ферментативных реакций; с учетом- резальных клеточных- параметров;позволяюттфогнозировать поведение:отдельной клетки, и, в определенной степени, сложного, организма в целом;
предложена обобщенная модель, позволяющая оценить изменение концентрации: ионов - ингибиторов (активаторов) и последующее влияние на метаболизм клетки.
Внедрение результатов: работы. Работа велась в :рамкахЬЖР «Исследование взаимодействия электромагнитных волн и электронных потоков со средами и изучение характеристик мишеней» (тема №29.230), выполняемая
8:
на кафедре физики\ В оягоградского- государственного технического: университета в: рамках плана, перспективных- т. фундаментальных; работ/ в течение, последних пяти лет.
Достоверность.результатов: исследованиям обусловлена:: корректной^ по-етановкойакоиерйментал'ьнъш;исследоващжш^
зультатов эксперимента^ строгой^ аналитической; аргументацией1 полученных теоретинеск-их положенийіеіисполБЗОванием'Жласєииеекихіфизинеских-законоВ;; достаточным- количеством? результатов^, коррелирующих с: эксперименталъны-мида литературными; данными:
Основные положения* и результаты* выносимые на защиту: I. Р езультатЫ:. экспериментальных-: исследований < прорастания; ш роста: зерно-
ВЫ К; И ПОВеДеНИЯ: ШТаММОВ: St:.. AweUSi W Bi AlblLS: ПрИ: ВОЗ ДеЙСТВИИ: ВНЄШН Є ГО'
электромагнитного:: излу чения,-. 2 * Иеслед ование; биологического; триггера; позволяющее: учесть, воздействие:'
внешнего ЭМИ- на; иараметричеекое: переключение: 3- Физичеекий: механизм, воздействия .внешнего ЭМЖ-. с верхвысокой ;И: крайне : высокой: частоты на проводимость мембраны клетки, процессы ионного транспорта веществ^, и: модель, позволяющая^ определять,изменение концентраций ионов: внутри^ и вне-клетки: в: зависимости- от параметров, воздействующего ЭММ 4. Метод оценки времени переключения биологического триггера после воздействия внешнего ЄВЧ - излучения и прогнозирование поведения как биоклетки (и процессов в ней), так и более сложного организма в дел ом. Апробация1 результатов. Результаты исследования докладывались на семинарах кафедры Физики ВолгГТУ (2002 - 2005 гг.), на научно-теоретических конференциях ВолгГТУ (2002 - 2005 гг.), на VI, VIIі и VIII Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2001 г., 2002 г., 2003 r.)j на VI Традиционной научно-технической
9 конференциИі- стран: (SHE «Процессы и оборудование: экологических производств» (Волгоград;: 2002" г.); результаты, исследования; бьшкшредставленьъ Has «Федеральной итоговой?: научио-технииескош конференции; творнесиош молог-дежи России по; естественным^, техническим^, гуманитарным'наукам»; ((Паратов^. 2003; г.)j на:Ж — ой>Всероесийской; научной конфер.енции;.: студентов—физиков*-т молодых учё^шх; (Москва-.2 004: г.);.
Публикации*
1L ИсСЛЄДОВаНИЄ:ВЛИЯНИЯ4(2ВИї- ИЗЛуЧЄНИЯШИЗК0№ИНЇ.ЄН-ЄИВН0ОГЕИ!''На^ЗЯаКИ-./
ML Ві Кривонос: (ж др;]і// БиомедйцинекаЯїрадиозлектронйка;- - 20Ш'... ---JNM.- С М^ Г8:;**-
2". Кривонос;.. Ж ВО Особенности воздействия шзлученияг двухсантиметрово-ео^ диапазона:'на-злаковые.культуры*/ М: Ш Кривонос,; Ail7. Шёиш// Биомеди-цинские:технологии:и:радиоэлектроника:- 2002; --№'4: - е....5:'- 8!:-.**':' 31. бяу-чение- семян5- озимой пшеницы-: электромагнитными: (SBH-волнами нетепловых.интенсивно стей:/ Ш..ВЇ. Кривонос-., [ждр;]?// Физическая: метрология;. Вестник. Поволжского; отделения; Метрологической; академии? России: - 2.Ш0С. Выж 4. - 4.. Кривонос,. її; BV Воздействие: низкоинтенеивного; ЄВ№ - излучения^ на. зерновые- как переключение: биологического' триггера / HL В; Кривонос, А\.F!.. Ш'еин, F: Н. Никулин // Физическая метрология. Вестник Поволжского отделения Метрологической академии России. -2002..Выж. 4:-С.8-І- 86*:**' 5.. VI Традиционная, научно-техническая- конференция, стран: СНЕ:: Тезисы докладов / Н. Bl Кривонос,. А. Г. Щеин.. - Волгоград;. РШК «Политехник».— 2002. -Є.. 175- 179; .**' VI Региональная конференция: молодых исследователей Волгоградской области: сб. докладов / Н. В. Кривонос. - Волгоград: РПК «Политехник».-2002.-С. 210-212.** VII Региональная-конференция-.молодых исследователей Волгоградской области:, сб: докладов / Ні В:. Кривонос. - Волгоград: РПК- «Политехник»; -2Ш-.-С;23-9*-240'..**- Кривонос, Н.В. О возможности обоснования некоторых эффектов воздействия ЄВЧ излучения низкой интенсивности на: живой организм* с помощью триггерной модели / Н:. .В; Кривонос, А. Г. Щеин// Биомедицинекие технологии и радиоэлектроника. - 2003: - №4.— С. 13 - 22: ** 9. Федеральная: итоговая-, научно-техн. конфер; творческой молодежи России: по- естественным; техническим, гуманитарным: наукам: матері, конфер.. / Ж. В? Ерецова*.А\.В$ Харланов^РШї Никулин,..-ЖУТЖ: - Є. 66-67. 10» Вєеросєийеішйчсонкуре::на..лучшие:научно:-тєхнинеекиеишиновационные: работы:творческоймолодежи:России-по-естественными наукам;..Каталог пред-ставя енньш наї. конкурс:: ироектоввИ'-р абож / Ж:. В! - Ерецова .. №. . -Ві Хар л анов \ .PI HL Никулин:- Саратов^. 20031- Є. 17№- 17Z. 11;. Ерецова^ НІ Ш. Моделирование: некоторых: эфф ектовшоздейетвия? <ЕВ:М? излучения* низкойк интенсивности;: на. живой: организм? с: помощью: модели; нешм^ метрично го: триггера;:/ Ж* Вс.Ерецова^ЖЖ Шеин7/ Биомедицинская&радиоэлект--троника. - 2O04J; - №^4; - С. Ш - № Ш. Ш"РегионалБнаж конференция* молодых-: исследователей: В'олгоірадскоВ области;: тєзиєбіі докладов:*/ Ш. Bt Ірецова;. - Волгоград:: РІЖ "Иолжгехниж'',. 2ШМ,-:.2Ш;-2Ш: 1 Десятая-: Всероссийская!: Научная; Конференция? Студентов^ - Физиков* ж Молодые .Ученых; /Еёзиеььдокладов::.в*2 ^.,Т..27 Ш Ш. Ереирвш — Екатеринбург: -1<%асн0ярск:.;Жздаз-елъство^АчЗ^Ьсеищ .2004-- Є! Ш1 — Ш2.. I:4V=. Ерецова* Н- BLМоделирование:некоторых- эффектов:--воздейетвия:СВЕ— изпученияї на .живош организм: є: помотцьюдаоделжнесимметричноро: триггера;; е учетом:диффузии:/ Ш. ВІ Ерецова;, j4& Ж...Шїєіщ,.Л. Вї. Волошин'?// Биомедиіщн-екие: технологии-и радиоэлектроника-- 2005л — _№> 3'.— .5:- 9:. **Кривонос: ЫШ в. 2003v г. сменила: фамилию.. В^ настоящее время - Грецова, ЕШ. Личный вклада втора; Диссертант полностью- самостоятельно' выполнила; аналитическое: и численное исследование:в соответствии с задачами,, поставленными научным руководителем: провела цикл экспериментальных исследований и проанализировала их,, еде л ала. выводы о необходимости учета некоторых новых параметров при воздействии низкоинтенсивного ЭМИ на биообъекты,, получила,аналитический вид формул,, описывающих изменение концентраций ионов одновалентных металлов от параметров внешнего СВЧ - поля,, провела численные расчеты величин изменений и предложила метод, учета воздействия нетеплового ЭМИ на процессы ингибирования (активации) ферментативных процессов в биологическом триггере и прогноза дальнейшего поведения биообъекта. 0с- новные научные результаты, содержащиеся в диссертации, опубликованы в соавторстве с научным руководителем профессором Шейным А.Г. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии, включает 121 страницу, 44 рисунка и 9 таблиц.Похожие диссертации на Механизмы воздействия низкоинтенсивного ЭМИ на клетку
