Взаимосвязь электромагнитных полей в биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимосвязь электромагнитных полей в биосфере

Наблюдение за состоянием биосферы и решение вопросов охраны среды обитания могут осуществляться двумя путями:

1) анализ и использование собственных реакций биообъектов на изменение состояния окружающей среды;

2) мониторинг состояния биосферы, выяснение причин и ликвидация отрицательных последствий природных явлений и антропогенной деятельности.

В обоих случаях информативность ЭМИ разных спектральных Диапазонов имеет преобладающее значение перед другими контрольными параметрами.

Второй путь более масштабный и имеет целью максимальное продление естественных биологических условий жизни на Земле. Разработать принцип команды тонущего корабля: если пробоины не заделывать, то конец будет достаточно близким. Этот путь подробнее рассмотрен ниже.

Отметим, что электромагнитная обстановка в любой экосистеме не является первоначальным уровнем жизнедеятельности, поскольку электромагнитное состояние биообъектов в норме и патология являются для большинства из них определяющими.

Естественный электромагнитный фон атмосферы Земли в процессе ее эволюции не был неизменным, поэтому правомерно предположить существование электромагнитного гомеостатирования человека и животных, то есть поддержание жизненно необходимой внутренней электромагнитной среды. Эти идеи являются основой трудов В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского. В настоящее время, опираясь на научные факты о высокой чувствительности клеточных структур к изменениям естественного ЭМП Земли, можно утверждать, что в организмах животных и человека функционирует управляющее устройство, воспринимающее воздействия колебаний внешних ЭМП.

На данный момент разработана классификация реакций индивидуальных типов биообъектов на ЭМП. Плодотворной оказалась гипотеза фиксирования живыми организмами, включая человека, ЭМ воздействий в различные периоды 11-ти летнего и других циклов солнечной активности.

В 1970 г. группой академика Н.Д. Девяткова была высказана гипотеза резонансного эффекта ЭМП миллиметрового диапазона при взаимодействии с живыми организмами, а в настоящее время в России действует международный учебный медицинский центр «Корвет», в котором разработана универсальная методика микроволновой резонансной терапии (А = 1 мм), позволяющая диагностировать, консервировать и значительно эффективнее лечить многие заболевания по сравнению с традиционным оперативным и медикаментозным лечением. Однако это всего лишь частный пример практической расшифровки работы ЭМП.

В общем случае электромагнитное поле определяет практически все взаимосвязанные проблемы существования биосферы через единые физикохимические законы, действующие между биообъектами и средой их обитания. Особенностью здесь является то, что в условиях относительного постоянства внешней среды живые объекты способны изменять свое состояние. Освобождающаяся при этом энергия может проявляться в различных формах. Таким образом, работа живых систем при любых внешних условиях направлена против равновесия. В отличие от неживой природы неравновесное состояние систем сохраняется постоянно, то есть обладает всеми признаки устойчивости.

При определенных условиях неравновесное состояние может наблюдаться и в неорганической природе (например, очаг подготовки землетрясения на определенном этапе представляет собой самоорганизующуюся неравновесную систему трещин). Процессу подготовки и развития землетрясений протекают в основном за счет внутренней энергии Земли. В период землетрясения освобождающаяся свободная энергия Земли проявляется в других ее формах, и «жизнь» неорганической природы протекает как бы по общим законам неравновесных систем, с той существенной разницей, что для живых систем состояние неравновесия устойчиво, а для неживой природы ограничено коротким периодом, после которого вновь наступает состояние динамического равновесия.

В период «созревания» землетрясения реакции живых систем могут быть непосредственно связаны с изменением физикохимических условий окружающей среды, поскольку в данном случае резко возрастают информационные связи между неравновесной системой возникающего очага землетрясения и находящимися в состоянии устойчивого неравновесия живыми системами. Здесь уместно провести сравнение с эффектом ионной наследственности, обнаруженным в кристаллах.

Покажем, что состояние устойчивого неравновесия характерно для всех объектов природы. Действительно, все объекты живой и неживой природы в силу объективных процессов (наследственность, флуктуации) содержат определенное количество структурных дефектов. Эти дефекты могут развиваться, исчезать, трансформироваться под действием внешних факторов (ЭМП, температура, давление и др.).

С течением времени возникает серия неравновесных состояний в дефектной подструктуре объекта, порождающих качественно новое состояние равновесия, а в итоге и качественно новое состояние объекта. Иными словами, природа живет по законам термодинамики, и критерием, отличающим жизнь живой и неживой природы, является время.

Рассмотрим процесс перехода вещества из одного агрегатного состояния. Например, плавление кристалла, которое, по сути представляет собой высвобождение накопившейся внутренней энергии под действием внешнего фактора (температуры), выражающееся в переходе от порядка к беспорядку и являющееся залогом своеобразного «землетрясения».

Таким образом, процесс перехода из одного состояния заранее запрограммирован предысторией зарождения конкретного объекта, а именно его дефектной подструктурой, и определяется динамикой ее развития.

Подготовка к такому «землетрясению» описывается термодинамикой фазового перехода второго рода, когда температура еще не является критической и идет постепенное перераспределение компонентов дефектной подструктуры объекта. А само «землетрясение» подчиняется термодинамике фазового перехода первого рода (температура достигла критического значения), то есть быстрому переходу из одного качественного состояния в . В данном случае первопричиной явления служит критическая температура.

В общем случае причинами перехода из одного состояния в той или иной системы могут быть любые факторы. Например, в случае истинного землетрясения это накопление огромного запаса потенциальной энергии в течение длительного времени.

Рассмотрим аналог процесса подготовки и самого «землетрясения», свойственного живым системам, учитывая, что в биообъектах идет постоянный переход из одного качественного состояния в и критерием такого перехода также является время. Например, инфаркт миокарда у молодого здорового человека практически исключен. Однако с течением времени может происходить подготовка, заключающаяся в нарушении правильного питания (накопление холестерина, образование сосудистых бляшек), систематических нервных стрессах, внешнем геомагнитном воздействии и др. В итоге этот «фазовый переход» второго рода переходит в «фазовый переход» первого рода, то есть возникает инфаркт. Эта закономерность проявляет себя во всех жизненных процессах.

Таким образом, существование дефектной подструктуры в любом объекте природы диктует три очень важных положения:

1) никогда невозможно достичь идеального (бездефектного) состояния;

2) необходимо изучать закономерности развития дефектной подструктуры, заложенные наследственностью;

3) важно отслеживать динамику развития дефектной подструктуры и по возможности влиять на это развитие.

Изменения в той или иной среде можно обнаружить через различные физические проявления, которые принято называть предвестниками. Например, при подготовке истинного землетрясения, предвестники (природные явления, реакция биообъектов) обычно проявляют себя через изменение электромагнитной обстановки, учитывая, что в зоне очага будущего землетрясения часть накопленной энергии перед землетрясением различными путями преобразуется в энергию электростатического поля, можно предположить, что на противоположных поверхностях геологического разлома появляются разноименные электрические заряды, между которыми возникают сильные электрические поля. Когда напряженность поля достигает значения электрической плотности среды, происходит разряд и возникает плазма, в которой протекают процессы образования или распада химических соединений. При накоплении большого заряда возможно образование мощного электрического разряда, взрывное действие которого является пусковым механизмом сейсмических явлений. Кроме этого при большой механической энергии в горных породах наблюдаются свечение атмосферы, изменения геомагнитного поля, повышение напряженности атмосферноэлектрического поля. Возмущения проявляются в длиннопериодных (несколько часов) и короткопериодных (несколько минут) диапазонах. Они появлялись в разные дни за несколько часов до моментов возникновения сейсмических толчков (1977, сейсмически активный район Дагестана).

В настоящее время установлен факт существования связи между подготавливающимися землетрясениями и вариациями геомагнитного поля, которые, как правило, весьма малы и их трудно выделить на уровне приборных помех. Однако некоторые биосистемы, например система кровообращения кроликов, чувствительны к очень малым изменениям магнитных полей, интенсивностью примерно 0,02--2 нТл при частоте около 8 Гц.

На основе длительных наблюдений Геологическим бюро в Китае составлены и распространены среди населения методические указания, в которых описаны типы аномальных реакций животных перед землетрясением (биопредвестники). Первые сообщения о систематических аномалиях в поведении животных были получены в декабре 1974 г., когда примерно за 1,5 месяца до толчка змеи выползали из нор и замерзали на поверхности грунта (в это время змеи находятся в спячке), а крысы собирались в группы и были так возбуждены, что не боялись людей. Среднее время появления биопредвестников, полученное путем математической обработки всех данных, составляет около четырех дней. Максимальное расстояние реакций биопредвестников от эпицентра достигает 700 км (для рыб). электромагнитный атмосфера гомеостатирование организм

При наблюдениях за млекопитающими и птицами обнаружен неслучайный характер разделения биопредвестников на «краткосрочные» предвестники (время опережения до шести часов) и «среднесрочные» предвестники (время опережения от трех часов до трех месяцев). В группу статистически закономерно объединяются биопредвестники разных категорий животных.

В группу «краткосрочных» предвестников входят млекопитающие (81 % собаки, рогатый скот, лошади; 19 % остальные животные) и птицы (45 % домашние птицы (куры, утки и др.), а 55 % дикие птицы).

В группу «среднесрочных» предвестников входят в основном дикие животные (91 %) и домашние: собаки, рогатый скот, лошади (9 %). Среди птиц 81 % составляют дикие породы и 19 % домашние. Лошади, рогатый скот, собаки, как правило, «предчувствуют» землетрясение не более чем за шесть часов. Дикие и часть домашних животных (крысы, кошки, свиньи) «предчувствуют» землетрясение в среднем за более длительный срок, изменяющийся от трех часов до трех месяцев.

Отчетливо проявляется тенденция увеличения характера непредсказуемости поведения с риском гибели биопредвестников при переходе от домашних к диким животным. В то же время однозначная взаимосвязь времени опережения и магнитуды землетрясения в зависимости от вида животных и птиц не установлена.

Если считать первопричиной жизни электромагнитные поля, то должна существовать корреляционная связь между солнечной активностью и медикобиологическими явлениями.

Как показывает анализ, проведенный Б.М. Владимирским, большинство особенностей связи медикобиологических явлений с солнечной активностью могут быть поняты, если допустить, что живые организмы чувствительны к амплитудноспектральным изменениям ЭМП.

Наиболее явно биологические эффекты проявляются при инфранизких частотах (ИНЧ) малой напряженности. Например, установлено, что при воздействии на человека слабого электрического поля (несколько вольт на метр) частотой 2--5 Гц:

1) резко увеличивается время задержек реакций на любые внешние факторы;

2) существенно повышается чувствительность нервной системы;

3) наблюдаются сбои в деятельности сердечнососудистой системы;

4) заметно изменяется система кровоснабжения различных органов.

Однако, кроме солнечной активности, безусловное влияние на биологические процессы оказывает неравномерность вращения земли. Во время «разгона» Земля наращивает электромагнитную энергию, а при торможении выбрасывает в пространство. Таким образом, появляются явные скачки ЭМИ, в том числе в инфранизом частотном диапазоне, поэтому неоднозначность прогнозов электромагнитных возмущений может быть объяснена неконтролируемой суперпозицией электромагнитных полей различного прохождения. При геомагнитных возмущениях возникают и некоторые другие явления в биосфере, также сказывающиеся на состоянии организма человека. В частности, по невыясненным пока причинам во время магнитных бурь существенно возрастает выход из грунта газов, в том числе радона. Явление носит глобальный характер.

Биологический эффект возрастания концентрации радона (в среднем во время магнитной бури примерно в пять раз) двоякий:

при вдыхании обогащенного радоном воздуха несколько увеличивается доза облучения ионизирующей радиацией внутренних органов;

в атмосфере (и во вдыхаемом воздухе) возрастает концентрация положительных ионов.

Оба эти фактора вызывают физиологические сдвиги в организме. Неясно, однако, насколько они обратимы; очевидно, это определяется уровнем здоровья человека, а точнее, его иммунитетом.

Степень устойчивости организма (иммунитет) имеет непосредственную зависимость от ЭМП. В частности, одной из формой ответа организма на воздействие ЭМП является изменение его иммунобиологической реактивности, причем иммунная система как одна из систем гомеостатического регулирования обладает высокой чувствительностью к ЭМП радиочастотного и микроволной го диапазонов, особенно к дециметровому диапазону. В.М. Богалюбов с сотрудниками изучали активность центрального иммуногенеза кроликов при дециметровом облучении; в качестве показателя активности клеток судили по интенсивности хемолюминесценции соответствующих клеток. Анализ проведенных экспериментов при сопоставлении с литературными данными показал, что иммуностиму лирующее и иммуннодепрессивное действие ДМО обусловлено однозначным влиянием соответствующих гормонов на рецепторы мембран тимуса. Установлено, что при облучении тимуса его рецепторный аппарат непосредственно взаимодействует с ЭМИ.

Поскольку факторы электромагнитной природы выражено действуют на организм с временно измененным функциональным состоянием или при патологиях, то ЭМП достаточно широко применяют в физиотерапии для лечения больных с аутоиммунными заболеваниями (например, ревматоидный артрит). Лечебный курс, основанный на воздействии цикличным ДМО на лимфоциты периферической крови больных ревматоидным артритом при различной степени тяжести заболевания, показал, что активность лимфоцитов была той же, что и при исследованиях с лимфоцитами тимуса животных. Функциональное состояние мембран хорошо отражает степень тяжести заболевания, и по нему можно выявить влияние применявшегося лечения. У большинства больных с более легкой формой заболевания, характеризующейся снижением степени связывания флуоресцентных центров с мембранами, под влиянием циклических процедур ДМО все показатели нормализовались. Для больных с тяжелой формой заболевания, характеризующейся повышенным уровнем связывания флуоресцентных центров с мембранами, применявшееся лечение оказалось менее эффективным. Может быть, в данном случае нужно менять методику облучения, но скорее всего ЭМИ дециметрового диапазона Могут влиять положительно, устраняя иммунологические сдвиги, только пока патологический процесс не достиг высокой степени.

Несмотря на существование различных точек зрения на первичность тех или иных физикохимических механизмов взаимодействия ЭМП с биообъектами, большинство исследователей едины в том, что ЭМП оказывает влияние прежде всего на физикохимические процессы, а через них на скорость биохимической реакций, а также на состояние регулирующих их систем. И для физикохимических процессов можно считать пускообусловливающими проявление биологических эффектов на клеточном и органном уровнях.

Из опубликованных экспериментальных и клинических позволяет констатировать, что под влиянием ЭМП широкого диапазона частот в организме животных и человека возникают выраженные изменения в сфере углеводного, энергетического белкового, азотистого, нуклеинового и электролитного обменов и также в отдельных звеньях системы регуляции метаболически процессов. Значит, не стремясь анализировать роль ЭМП в функционировании разнообразных и сложных биохимических процессов, более естественно рассматривать непосредственное влияние ЭМП на физический или ионный гомеостаз клетки.

Усиливая флуктуации зарядовых компонент ионного гомеостаза (ионов, макромолекул), способных реагировать на данную частоту поля, ЭМП изменяет величину свободной энергии системы зарядов ионного гомеостаза. В состояниях, близких к равновесным, заряды слабо реагируют на случайные вариации свободной энергии. Тогда, согласно положению Л.Д. Ландау, функция корреляции биологической микроскопической системы быстро затухает уже на расстояниях г, сравнимых с молекулярными. Однако при фазовых переходах приобретает дальнодействующий характер, что эквивалентно увеличению кооперативности процесса и вовлечению в него ранее не участвующих компонентов ионного гомеостаза. Тогда зависящая от него свободная энергия взаимодействующей с полем системы будет значительно изменяться, что в свою очередь может приводить к изменениям процессов деления и роста клеток, в частности в результате ферментативных реакций. При обсуждении возможных механизмов влияния ЭМП на активность ферментов следует учитывать данные об изменении соотношения в клетках свободной и связанной воды, поскольку изменение степени структурированности воды в тканях может вызвать изменение под действием ЭМП кинетики ферментативных реакций. Для различных ферментов одно и то же ЭМП может как активизировать, так и подавлять соответствующие реакции.

В общем случае электрические свойства живых систем связаны с наличием и перераспределением зарядов в организме, в частности с движением элементов крови, несущих заряд и обладающий магнитным моментом. Кровь представляет собой жидкую ткань движущуюся в кровеносных сосудах и обеспечивающую обмен между органами, состоящую из двух взаимодействующих компонентов: плазмы и форменных (клеточных) элементов. Плазма сложная смесь органических и неорганических веществ, сходящаяся в динамическом равновесии с омывающей клетки тканевой и внутриклеточной жидкостями. Два ее главных компонента вода (90--92 %) и белки (7--8 %). Небольшие концентрации в плазме глюкозы (0,1 %) и солей (0,9 %), поддерживаемые различными регуляторными механизмами приблизительно на постоянном уровне, могут играть определяющую роль в структурных изменениях крови при «электромагнитном вмешательстве». Форменные элементы крови (эритроциты, лейкоциты и тромйоцйты) взвешены в плазме. Эритроциты содержат гемоглобин, переносящий кислород и углекислоту. Лейкоциты выполняют в организме иммуннозащитную функцию. Тромбоциты фрагменты крупных клеток, находящиеся в костном мозге, играют основную роль в процессе свертывания крови. Электрические явления движущихся клеток крови и субклеточных структур сопровождаются биологическими эффектами. Поверхностные электрические заряды форменных элементов крови при своем поступательном движении вызывают появление конвективных токов, что приводит к возникновению электродинамических и электромагнитных явлений. Электрические свойства крови не являются простой суммой характеристик ее компонентов. Например, электропроводность крови значительно меньше, чем чистой плазмы, и в основном определяется концентрацией соли, а взвешенные элементы крови (клетки и частицы коллоидов) препятствуют прохождению электрического тока через кровь вследствие их малой проводимости. Как правило, изменения электрохимических характеристик крови являются сигналом для включения адаптационных механизмов к перестройке обмена веществ в органах и тканях.

Любые адаптационные реакции определяются природой раздражителей (химических, фармакологических, электромагнитных) Адаптационная реакция на раздражители средней силы называется реакцией активизации, биологический смысл которой состоит в повышении защитного ответа на раздражитель. Иными словами, в данном случае раздражитель уже не является таким сильным, что на него целесообразно не отвечать, и не является таким сильным, что для ответа на него необходимо подавлять защитные системы организма. Если имеет место существенное превышение раздражения, то такая ситуация называется стрессовой. Применительно к воздействию ЭМраздражителя показано, что при одной и той же интенсивности облучения ЭМП СВЧ соотношение меняется между поглощенной, пропущенной и отраженной мощностями в зависимости от адаптационной реакции.

Исследования, проведенные многими авторами, не оставляют сомнений в наличии влияния электрических и магнитных полей различных частот и напряженностей на биологические системы. Особое значение, как упоминалось выше, имеет действие ЭМП ИНЧ, обладающих ярко выраженной биологической активностью. Являясь фактором, непрерывно сопутствующим эволюции биосферы, эти поля служат связующим звеном между физическими процессами в ближайшем космическом пространстве и явлениями, которые возникают в биосфере в ответ на изменения физической среды. К настоящему времени накоплены достаточно убедительные экспериментальные данные, свидетельствующие о биологической активности пока только переменных МП.

Низкая энергетическая величина биологической активности этих полей является причиной разногласий между биологами и физиками в понимании механизма их действия на организм. Действительно, энергия МП недостаточна для разрушения слабы связей, таких, как, например, водородная. По-видимому, в организме имеется созданная эволюцией пециализированная нейроэндокринная система, которая может преобразовывать ничтожный по энергии информационный сигнал в мощную цепную адаптивную метаболическую реакцию, когда, казалось бы, незначительные вмешательства могут приводить к невероятным по масштабам неадекватным последствиям. Следовательно, необходимо детальное изучение действия поля не только на электронномолекулярном или клеточном уровне, но и на уровне организма, поскольку, изменяя напряженность, частоту, продолжительность воздействия ЭМП, можно вызвать активацию или угнетение процессов обмена веществ. Длительные хронические воздействия ЭМП могут привести к патологическим изменениям в организме.

Размещено на Allbest.ru