-4-
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АТФ - аденозинтрифосфат
БАТ - биологически активная точка
БО - биологический объект
ВК - вихревая компонента
ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота
ДЦП - детский церебральный паралич
ИК - инфракрасный (диапазон)
КБС - киральная биологическая среда
КВЧ - крайневысокая частота (ЗО-^-ЗОО ГГц)
ККМ - красный костный мозг
МП - магнитное поле
НСП - нелокальный самосогласованный потенциал
ООС - отрицательная обратная связь
ОС - обратная связь
ОТО - общая теория относительности (теория гравитации)
ПМП - переменное магнитное поле
ПОС - положительная обратная связь
ГШЭ - поверхностная плотность энергии
ПС - псевдослучайная (последовательность)
ПРФ - природный радиоционный фон
РГЗ - рефлексогенная зона
РНК - рибонуклеиновая кислота
САУ - система автоматического управления
СВЧ - сверхвысокая частота (3-^-30 ГГц)
СР - стохастический резонанс
УФ - ультрафиолетовый (диапазон)
ЭВМ - электромагнитная волна
ЭМИ - электромагнитное излучение
ЭМП - электромагнитное поле
-5-
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В последние 20...25 лет все больший интерес биофизиков привлекают вопросы воздействия на живые организмы низкоинтенсивных, то есть нетепловых (Р < 10 мВт/см2) электромагнитных излучений (ЭМИ) крайневысоких частот (КВЧ, 30 + 300 ГГц), сверхвысоких частот (СВЧ, 3 +¦ 30 ГГц), излучений более длинноволновых диапазонов, а также низкочастотных (f< 200 Гц) низкоинтенсивных (В < 50 м Тл) магнитных полей (МП). Биоинформационный характер таких воздействий акцентирован в самом названии Тульской научной школы биофизики полей и излучений и биоинформатики, в рамках которой выполнена настоящая работа. Однако еще выдающийся русский энциклопедист XVIII века А.Т. Болотов практически использовал электролечение. Собственно говоря, и сама наука биофизика началась с опытов Гальвани. У истоков биофизики полей и излучений стояли выдающиеся отечественные ученые: Н.А. Умов, А.Л. Чижевский, А.А. Любищев, А.Г. Гурвич, Н.Д. Девятков и Л.А. Блюменфельд.
В современной России и странах СНГ сложились авторитетные научные школы биофизики полей и излучений; в первую очередь, это Пущинская биофизическая школа Е.Е. Фесенко (Н.К. Чемерис, Т.Н. Пашовкин, А.Б. Гапеев и др.), радиофизическая школа ИРЭ РАН (Ю.В. Гуляев, О.В. Бецкий и др.), Крымская школа гелиобиологии (Н.А. Темурьянц, Б.М. Владимирский и др.), Тульская школа биофизики полей и излучений (А.А. Хадарцев, Т.И. Субботина, А.А. Яшин и др.), Самарская радиофизическая школа (В.А. Неганов, А.Н. Волобуев и др.). Активно работают в данном направлении и зарубежные исследователи (Н. Frohlich, 1988; W.R. Adey, 1988; F. Kaiser, 1992 и др.).
К настоящему времени выявлено значительное число биофизических эффектов воздействия ЭМИ КВЧ и СВЧ, а также МП природного (геомагнитное поле Земли) и искусственного (технического) происхождения на биообъекты. В частности, достоверно установлена реакция организма в
-6-
части основных органов и систем: сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварения, а также других. Во многом полученные результаты суммированы в обобщающих работах: воздействие ЭМИ КВЧ (N.D. Deviatkov, O.V. Betskii, 1994), низкоинтенсивных МП (В.Н. Бинги, 2002), воздействие ЭМИ КВЧ на фотосинтезирующие организмы (А.Х. Тамбиев и др., 2003), биоинформационный характер данных воздействий (А.В. Сергеев, Т.И. Субботина, А.А. Яшин, 2002).
В названных исследованиях удачно сочетаются фундаментальные биофизические и прикладные интересы, прежде всего, использование ЭМИ КВЧ и МП в клинической медицине - КВЧ-терапия и магнитотерапия (М.В. Теппоне, 1997; A.M. Беркутов и др., 2000; СП. Ситько и др., 1999). Вместе с тем, в большинстве как чисто биофизических, так - и особенно - в прикладных исследованиях не акцентируется вопрос об имманентности биорезонансного характера взаимодействия физических полей с живым веществом в самой основе жизнедеятельности. Это самый важный и существенный момент как в смысле понимания биофизики соответствующих процессов, так и оценки ситуаций, в которых организм - под воздействием внешних ЭМИ и МП - выходит за пределы адаптационных норм и в нем развивается патологический процесс. Исследованию биорезонансных эффектов в естественных и искусственных электромагнитных полях, как имманентного фактора жизнедеятельности, и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование биорезонансов, возникающих в живом организме под воздействием естественных и искусственных (технических) низкоинтенсивных электромагнитных полей, являющихся важной составляющей процессов жизнедеятельности, имманентной самой жизни.
Для эффективного достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-7-
1. Проанализировать известные теории и концепции электромагнитных биорезонансов, их использование в медико-биологических исследованиях и в клинической медицине.
2. Разработать физико-биологические модели частотного, стохастического и кирального биорезонансов при воздействии внешних электромагнитных полей (ЭМП) и МП.
3. Исследовать фрактальную структуру биообъектов в связи с множественным (широкополосным) характером электромагнитных резонансов.
4. Исследовать основные процессы жизнедеятельности в аспекте биорезонансных явлений, вызванных внешними (природными) ЭМП.
5. Выявить характеристики внешних (природных и технических) ЭМИ, вызывающих саногенные и патогенные эффекты.
6. Выполнить экспериментальные исследования по всем учитываемым видам электромагнитного резонанса на объектах живой природы, включая микроорганизмы и фотосинтезирующие биосистемы.
7. Определить основные области практического использования эффектов электромагнитного биорезонанса в искусственных ЭМП и соответствующие ограничения.
Методы исследования. Для реализации цели исследования и поставленных задач диссертации использовались методы биофизики, электродинамики и техники электромагнетизма, а также методы математической статистики для обработки результатов биофизического эксперимента. Для получения последних использованы основные методы экспериментальной обработки и медико-биологических исследований: методы Туголукова и Анисона - Мирского (в модификации Черникова), морфологические и микробиологические исследования, биохимические и гемодинамические исследования.
Научная новизна. Выполнено комплексное теоретико-экспериментальное биофизическое исследование с практическими выводами для биомедицины,
утверждающие, что биорезонансные эффекты при внешнем воздействии ЭМИ имманентны процессам жизнедеятельности.
Выполнено физико-биологическое моделирование основных видов биорезонансов в электромагнитных полях (частотного, частотного с модуляцией, стохастического и кирального).
Экспериментально выявлены на биообъектах различных классов - от фотосинтезирующих биосистем до млекопитающих - основные виды биорезонансов по морфологическим и другим исследованиям отклика организма.
Исследована фрактальная структура объектов живой природы, обуславливающая множественные биорезонансы при изменении параметров облучающего ЭМП.
Обоснованы области применимости немедикаментозных методов лечения с использованием биорезонансов с выявлением характеристик воздействующих ЭМИ, не приводящих к патогенным эффектам.
Практическая значимость и внедрение результатов исследования. Полученные результаты могут быть использованы в теоретической и экспериментальной биофизике и медико-биологических исследованиях при дальнейшем изучении биорезонансной реакции организма на воздействие низкоинтенсивных ЭМИ и МП природного и технического (искусственного) происхождения. В прикладном аспекте полученные результаты теоретической проработки и биофизических экспериментов позволяют более обоснованно подойти к разработке методологии КВЧ-терапии и магнитотерапии с точки зрения выбора параметров воздействующих на организм пациента ЭМИ и МП и тем самым свести к минимуму риск побочного, в том числе отдаленного, наследственного, негативного воздействия. Наконец, результаты диссертационной работы позволяют оценить степень патогенного воздействия природных и технических полей, в частности, для групп профессионального риска: в
-9-
промышленности, связи, в здравоохранении ( персонал физиотерапевтических кабинетов).
Основные результаты внедрены (в рамках научного сотрудничества) в научно-исследовательские работы в области биофизики, медицины, медицинского приборостроения, а также в учебный процесс в следующих организациях и учреждениях России, Украины и Киргизии: ГУП НИИ новых медицинских технологий (Тула), Тульский государственный университет, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, Волгоградский государственный университет, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Курский государственный технический университет (кафедры КЗИС и БМИ), МГУ им. М.В. Ломоносова (биологический факультет), Смоленская государственная медицинская академия, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасск), НОУ ВПО «Омский гуманитарный институт», Институт биофизики РАН (Пущино), ООО «Исток Аудио Трейдинг» (Фрязино), Институт «Трансмаг» НАН Украины (Днепропетровск, Украина), НИИ проблем семьи Донецкого государственного медицинского университета им. М. Горького (Донецк, Украина), Киргизско-Российский славянский университет, лаборатория биотехнологий (Бишкек, Киргизия).
Соответствующие акты внедрения приведены в приложении к диссертации.
Работа выполнена в рамках целевых программ, в которых участвовали ГУП НИИ НМТ и медицинский факультет ТулГУ (объединенная лаборатория биофизики полей и излучений и биоинформатики) в 1998-2005 гг., в частности, ее результаты использованы при выполнении заказных НИР «Кальб», «Отмель-2М», «Шунгит-Био», «Веер-НМТ» (по заказу «KRUNG SIAM» St. Carlos Medical Centre, Таиланд, Бангкок), проект МНТЦ №1023, а также в рамках международного научного сотрудничества: Институт «Трансмаг» НАН Украины, Днепропетровская областная клиническая
-10-
больница, НИИ гастроэнтерологии НАН Украины (Днепропетровск), Институт общей и неотложной хирургии АМН Украины (Харьков), Киргизско-Российский славянский университет (Бишкек, Киргизия) -лаборатория биотехнологий, проектМНТЦ-КЛ-156.2 (2000-2002 г.).
Основные положения, выносимые на защиту. В соответствии с поставленной целью и задачами, на защиту выносятся следующие положения:
- создание непротиворечивой биофизической и радиофизической концепции биорезонанса при воздействии на живой организм внешних ЭМИ;
- разработка физико-биологических моделей основных видов биорезонанса в электромагнитных полях: частотный, стохастический и киральный;
- исследование фрактальных структур биообъектов, как фактор множественных распределенных биорезонансов;
- разработка теории электромагнитных биорезонансных явлений как фактора жизнедеятельности, имманентного организации жизни;
- экспериментальные исследования основных видов биорезонанса на млекопитающих (мыши, крысы), микроорганизмах и фотосинтезирующих организмах;
- экспериментально-теоретическое обоснование параметров воздействующих на организм ЭМИ с сано- и патогенными эффектами.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации были представлены и обсуждены на научных мероприятиях различного уровня в период с 1998 по 2005 гг., в том числе: «Фридмановские чтения» -Всероссийская научная конференция (Пермь, 1998); Международный конгресс «Медицинские технологии на рубеже веков: Биология. Медицина. Техника. Экономика» (Тула, 1998); Второй и Третий Международные симпозиумы «Биофизика полей и излучений и биоинформатика» (Тула, 1998 и 2000); Постоянно действующий семинар Московского НТОРЭС им. А.С. Попова «Электродинамика и биоинформатика» (Москва, 1998-2005); XXVI И XXVII Конференции профессорско-преподавательского состава ТГПУ им.
-11 -
Л.Н. Толстого (Тула, 1999 и 2000); Международная конференция по биомеханике (Пермь, 1999); VI Международная конференция «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» (Самара, 1999); VII Международная конференция «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 1999); III Международная конференция «Радиоэлектроника в медицинской диагностике» (Москва, 1999); I Всесибирский конгресс женщин-математиков (Красноярск, 2000); X Международная школа-семинар «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и низких частот» (Москва, 2002); III Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (Волгоград, 2004).
Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, анализе современного состояния проблемы, разработке физико-биологических моделей основных видов электромагнитных биорезонансных явлений, обосновании базовой концепции электромагнитных биорезонансов как имманентного живой природы фактора жизнедеятельности, постановке биофизических экспериментов и анализе их результатов, разработке методологии оценки сано- и патогенных эффектов, вызываемых внешним облучением ЭМП и МП организма, системной адаптации аппаратуры (КВЧ-генераторов, магнитогенераторов, линий обработки сигналов) для биофизического эксперимента, выработке требований к техническим характеристикам клинической аппаратуры КВЧ-терапии и магнитотерапии.
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано в 1998 - 2005 гг. 14 работ, в том числе 8 статей в центральной научной периодике, 6 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения (выводов), списка использованной литературы (214 источников на русском и английском языках, включая патентный поиск) и приложения (акты внедрения основных результатов диссертационной работы) - общим объемом 228 страниц. Работа содержит 72 иллюстрации, 6 таблиц.
- 12-
Аннотированное содержание работы
Во введении рассмотрено современное состояние теории и практики биорезонансного воздействия ЭМИ и МП на биообъекты, обсуждены существующие методы исследования, обоснована актуальность темы исследования. Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, его научная новизна и практическая значимость. Аннотировано содержание результатов работы.
В первой главе рассмотрено современное состояние вопросов изучения физико-биологических механизмов воздействия низкоинтенсивных ЭМП и МП на живой организм, включая исторический аспект. Выполнен анализ существующих концепций биофизического, биорезонансного механизма взаимодействия ЭМП с биообъектами, а также клинического опыта использования ЭМИ низкой интенсивности (КВЧ-терапии). Особое внимание уделено исследованиям активации собственных клеточных ЭМП при внешнем облучении. Аналогично рассмотрены вопросы воздействия низкоинтенсивных МП. Показано, что взаимодействие низкоинтенсивньк ЭМИ с живым организмом носит не энергетический, а информационный (биоинформационный) характер.
Во второй главе разработаны физико-биологические модели электромагнитных резонансных явлений (базовая теоретическая глава работы). Исследованы основные виды биорезонансов: частотный и двойной частотный (с модуляцией несущей частоты ЭМИ) на клеточном уровне, то есть на уровне взаимодействия внешнего, облучающего ЭМИ с собственными ЭМП клеточных структур. Исходя из теории увеличения степени порядка в шумовом ансамбле при воздействии внешнего детерминированного сигнала, разработана физико-биологическая модель стохастического резонанса в шумовом спектре собственных ЭМП биообъекта, что адекватно реальным процессам взаимодействия внешних ЭМИ с живым веществом. Исследована природная асимметрия биоструктур (киральность живой материи) и разработана физико-биологическая модель кирального резонанса, то есть
-13-
совпадение поляризации воздействующего ЭМИ и вида асимметрии (правая D и левая L) биомолекул.
Рассмотрены комбинированные виды биорезонансов и разработаны соответствующие физико-биологические модели. С использованием новой отрасли математики - фрактальной геометрии - рассмотрена фрактальная структура биообъектов; именно такая структура позволяет говорить о множественном распределении биорезонансов. Особенно это относится к фотосинтезирующим организмам (растениям). Построены соответствующие модели.
Третья глава посвящена обоснованию базового положения диссертационной работы: биорезонансы в естественных (о искусственных речь особая) ЭМП имманентны самому возникновению и функционированию биосистем. Исследована роль излучений дальнего и ближнего космоса в процессах гомеостаза, в частности, солнечного излучения во всех его спектральных диапазонах, а также сверхнизких доз естественных радиоактивных излучений.
Определена акцепторная роль живых организмов в отношении внешних излучений; на примере экспериментов по электромагнитному переносу собственных полевых (ЭМП организма) характеристик биообъектов сформулирована базовая теорема, гласящая, что воздействие ЭМИ на живой организм всегда векторно: от источника на биообъект (акцептор ЭМИ). Поэтому все живые объекты биосферы связаны между собой по ЭМП солнечного излучения, а воздействие одного биообъекта на другой посредством направленного и ненаправленного излучения собственных ЭМП (основное утверждение парапсихологии, экстрасенсорики, «передачи мысли на расстоянии» и т.п. вплоть до квазинаучных теорий) есть заблуждение и не имеет под собой серьезных биофизических обоснований.
Исследованы сано- и патогенные эффекты внешнего облучения в рамках биорезонансной концепции; здесь основной вывод: при проектировании
-14-
аппаратуры и процедур КВЧ-терапии и магнитотерапии необходим тщательный выбор параметров воздействующих ЭМИ, чтобы свести к минимуму возможность сопутствующей патологии.
Четвертая глава содержит результаты исследований электромагнитных биорезонансов. Для экспериментов с частотным биорезонансом выполнены морфологические исследования опытных животных, подвергшихся воздействию ЭМИ. Выполнен анализ полученных эффектов, причем животные (крысы Wistar , мыши линии С57/В16 и рандомбредные крысы и мыши) подверглись воздействию ЭМИ СВЧ- и КВЧ- диапазонов. Первый из них однозначно дает патологический эффект, что объяснимо с позиции теории биорезонанса.
Эксперименты по киральному биорезонансу проводились в режиме воздействия на организм низкоинтенсивных право- и левовращающихся МП и низкоинтенсивных ЭМИ КВЧ с D- и L- вращением плоскости поляризации. Исследовалась динамика микроциркуляции крови и протеолитическая активность пепсина.
Выполнены серии экспериментов по стохастическому биорезонансу, а также биорезонансу в бактериальных популяциях и в фрактальных фотосинтезирующих организмах (растениях). На основе полученных опытных результатов определены основные объекты практического использования эффектов электромагнитного биорезонанса.
Выводы и практические рекомендации имеют целью резюмировать содержание диссертационной работы и показать область их применимости.
Список использованной литературы содержит указания на отечественные и зарубежные источники (в достаточной полноте их представления), использованные при написании диссертации.
В приложении содержатся акты внедрения основных результатов диссертационной работы.
-15-
ГЛАВА 1. ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА БИОСИСТЕМЫ
1.1. Исторический аспект и постановка задачи исследования
Первые догадки об особой, не данной человеку в его осязательных способностях, форме связи живого с живым, живого с неживым высказывали античные атомисты, то есть стихийные материалисты. Об этом неоднократно говорил в своей великой поэме о мироздании римский поэт и философ Тит Лукреций Кар («De rerum natura» - «О природе вещей»). В новейшее время, правда с позиции ноосферного глобализма, воедино связал поля и информационный обмен В. И. Вернадский [46, 47]. Так, давая определение ноосфере, В. И. Вернадский в число обязательных качеств ноосферы, как планетарной среды обитания homo sapiens, включал преобразование средств связи и обмена. По мнению нашего великого соотечественника, объектом ноосферы, как единого организованного целого, является оптимальная по организации связь между объектами ноосферы, сверхбыстрая обработка информации, надежная и без сбоев на сколь угодно больших расстояниях связь между объектами. То есть речь идет о глобальном обмене информацией [46]. Понятно, что В. И. Вернадский здесь подразумевал не только технически организованную связь, но и биоинформационный обмен.
Еще более конкретно говорит о полевом начале в биоинформационном обмене в своей известной книге «Феномен человека» французский антрополог и естествоиспытатель Пьер Тейяр де Шарден [169], утверждая, что эволюционное развитие живого на Земле (его знаменитый метод «отсекания тупиковых ходов») невозможно и немыслимо без особых, полевых форм связи между биообъектами.
В том же смысле утверждал и один из основоположников науки, которую
-16-
впоследствии назвали кибернетикой, выдающийся русский философ-марксист и естествоиспытатель А. А. Богданов (Малиновский), он же, наряду с Людвигом фон Берталланфи, и создатель теории сложных систем, в том числе биосистем [42]. По его мнению, сложная глобальная система, организующая среду обитания человека, немыслима как без технических, так и природно-биологических полевых форм информационного обмена. В этом смысле человек создает технические средства обмена, лишь копируя (часто в нулевом или первом приближении) природный биоинформационный обмен. «Закон онтогенезиса удается пока применять только к явлениям жизни, с точки зрения биологических и социальных наук. Дело в том, что он предполагает повторение форм путем размножения, - условие до сих пор наблюдаемое почти исключительно в области жизненных процессов. Но почти исключительно: уже есть указания на аналогичные факты в мире кристаллов и родственных им жидких образований... История «мертвых» вещей еще слишком мало известна, а привычка смотреть на них, как на «неорганизованные», еще слишком сильно задерживает тектологическое исследование. Но, видя бесчисленные повторения одних и тех же моделей в неорганической природе, трудно признать сколько-нибудь вероятным, чтобы в их создании не участвовали моменты, тектологически подобные размножению. А если это окажется так, то и закон онтогенезиса найдет применение на бесконечном поле неорганической природы, раскрывая многие тайны ее творчества. Природа едина - в великом и малом, в живом и мертвом» [42, С. 100-101 ].
Таким образом, существование биоинформационного обмена на локальных и глобальном (биосферном) уровнях непротиворечиво входит в систему понятий диалектики.
В указанных работах мы встречаем прямое целеуказание на основу всего
В терминологии А. А. Богданова «тектология» - суть всеобщая организационная наука; то, что позже Н. Винер назвал кибернетикой.
-17-
информационного и энергетического обмена в природе - электромагнетизм. А раз электромагнитная (объединяющая) связь в природе является универсальной, то и связь - информационная и энергетическая - в живом мире такая же. В конце концов каждый в этом убеждается ежесекундно на примере своего зрительного аппарата, который воспринимает те же электромагнитные волны в их видимой спектральной области...
Как ни далек от конкретных вопросов биоинформатики создатель столь популярной ныне теории пассионарности в этногенезе Земли Л. Н. Гумилев, но догадки его в этой области стоят внимания. «Очевидно, сама живая личность создает вокруг себя какое-то напряжение, обладает каким-то реальным энергетическим полем или сочетанием полей, подобно электромагнитному, состоящему из каких-то силовых линий, которые находятся не в покое, а в ритмическом колебании с разной частотой... Так как особи нового настроя взаимодействуют друг с другом, то немедленно возникает целостность - однонастройная эмоционально, психологически и поведенчески, что, очевидно, имеет физический смысл. Скорее всего, здесь мы видим одинаковую вибрацию биотоков этих особей, иными словами -единый ритм (частоту колебаний). Именно он воспринимался наблюдателями как нечто новое, непривычное, не свое. Но как только такое пассионарное поле возникало, оно тут же оформляется — в ... общину, философскую школу, дружину, полис и т. д. При этом охватываются особи не пассионарные, но получившие тот же настрой путем пассионарной индукции. Консорция преображается в этнос, который при расширении покоряет (политически или морально) другие этносы и навязывает им свой ритм. Поскольку ритм накладывается на иные ритмы, полной ассимиляции не происходит и возникает суперэтнос» ([74], С.31).
Речь идет о ключевом в концепции Л. Н. Гумилева понятии «пассионарности», то есть сложно объяснимом явлении объединения людей (особей) в определенные исторические периоды и определенных этносов с возникновением «потенциала» действия. |
