Нетепловые эффекты ЭМП в биосредах

Были проведены экспериментальные и теоретиче­ские исследования некоторых интересных микропроцессов, про­текающих под действием ЭМП.

Первый процесс такого рода состоит в том, что под действием непрерывных и импульсных ЭМП высоких и ультравысоких ча­стот (1-100 Мгц ) суспендированные частицы угля, крахмала и молока, эритроциты и лейкоциты выстраиваются в цепочки, рас­положенные параллельно электрическим силовым линиям. Для каждого типа частиц имеется оптимальный диапазон частот, в пределах которого эффект возникает при минимальной напря­женности поля.

Теоретические исследования показали, что формиро­вание цепочек происходит в результате притяжения между ча­стицами, в которых под действием ЭМП индуцируются дипольные заряды.

В неполярной диэлектрической среде (масло) этот эффект возникает и при низких частотах и даже в электростатическом поле, но в воде и физиологическом растворе ионы и дипольные молекулы шунтируют поле низкой частоты и эффект возможен только при достаточно высоких частотах (вы­ше десятков Мгц ). Постоянная времени формирования цепочек пропорциональна кубу радиуса частиц (она равна 1 сек. при радиусе в 1 мк ). Она мало зависит от Е в слабых полях и обрат­но пропорциональна Е² в сильных полях. В импульсных ЭМП эффект определяется средним значением Е.

Несимметричные частицы ориентируются либо параллельно, либо перпендикулярно к направлению силовых линий. Это зави­сит от соотношения между удельной проводимостью частиц и окружающей их среды и от частоты ЭМП (для электрических параметров, близких к биологичес­ким).

Второй эффект — «диэлектрическое насыщение» в растворах белков и других биологических макромолекул под действием вы­сокоинтенсивных ЭМП сверхвысоких частот. Он предполагает, что под действием таких полей все поляризованные боковые цепи макромолекул ориентируются в направлении электрических силовых линий и что это может приводить к разрыву водородных связей и других вторичных внутри- и межмолекулярных связей и к изменению зоны гидратации (от которой зависит растворимость молекул). Такие эффекты могли бы вызывать денатурацию или коагуляцию молекул, что подтверждается экспериментально.

Третий эффект обусловлен действием сил Лоренца в переменных полях на ионы в электролите. Если раствор электро­лита находится под действи­ем перпендикулярных друг другу и синфазно изменяю­щихся электрического и маг­нитного полей, то электри­ческое поле (в среднем по времени) не оказывает влия­ния на ионы, а под действием сил Лоренца и положитель­ные и отрицательные ионы перемещаются в одном на­правлении - перпендикуляр­но направлению электриче­ских силовых линий. Такого рода эффекты были экс­периментально обнаружены. Нужно подчер­кнуть, что рассматриваемые эффекты зависят от суммы подвижностей ионов, а не от их разности и указывают на возможность возникновения такого эф­фекта под действием электромагнитной волны, распространяю­щейся в среде. При этом действию сил Лоренца в клеточной среде будут подвергаться не только ионы электролита, но и сво­бодные метаболиты в ионизированной форме.

Наибольший интерес представляют эффекты резонансного по­глощения ЭМП различных частотных диапазонов в биологичес­ких средах.

Была теоретически рассмотрена возможность резо­нансного поглощения ЭМП белковыми молекулами в связи с так называемыми дисперсионными силами взаимодействия. В белках, содержащих ряд нейтральных и отрицательно заряжен­ных основных боковых групп, среднеквадратичная величина дипольного момента отлична от нуля, даже если их средний посто­янный момент равен нулю. Это обусловливается тем, что (за исключением случая сильно кислотных растворов) число поляри­зованных боковых групп в белковой молекуле обычно превышает число связанных с ними протонов, так что существует множество возможных конфигураций распределения протонов в молекуле, мало отличающихся по свободной энергии. Для молекул фермен­тов, в предположении непрерывного распределения основных групп, среднее расстояние между группами составляет примерно 9,5 Å. С такими диполь-дипольными взаимодействиями, происхо­дящими за счет флуктуации распределения протонов, может быть связано поглощение кванта энергии, соответствующего частоте 10 Ггц. Авторы предположили, что такое резонансное влияние ЭМП на распределение протонов в молекуле фермента может привести к изменению скорости образования фермент-субстрат­ного комплекса.

Предполагается, что поглощение энергии ЭМП сверхвысоких частот может быть связано с вращением внутримо­лекулярных структур относительно С-С-связей с трансляцион­ными переходами гидроксильных групп из одного положения с водородной связью в другое, с вращательными уровнями метастабильных состояний и т. д. Рассматривалась также возмож­ность ионизационных эффектов ЭМП сверхвысоких частот, при­водящих к формированию радикалов О₂ и ОН при высоких им­пульсных мощностях. Эти общие предположе­ния не получили пока еще убедительных экспериментальных под­тверждений, хотя результаты некоторых исследований дают основания ожидать их в недалеком будущем.

В общем виде обсуждалась и возможность резонансного по­глощения ЭМП во всем теле человека и животных или в отдель­ных частях тела. Так, например, эффект потери животными кон­троля над моторными функциями при воздействии ЭМП на область головы и позвоночника рассматривался с позиций воз­можного резонанса в краниальной полости или вдоль позвоноч­ного столба.

Теперь рассмотрим

Экспериментальные исследования биологических эффектов ЭМП.

Эти исследования охватывают всю рассматриваемую область ЭМП – от постоянных полей до миллиметровых радиоволн. Наиболее значительный материал накоплен в исследованиях с УВЧ- и СВЧ-диапазонами; в меньшей мере освоены постоянные магнитные и электрические поля и низкочастотный диапазон, сравнительно небольшое число работ связано с ЭМП высоких частот.