booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бецкий О.В. -> "Миллиметровые волны в биологии" -> 3

Миллиметровые волны в биологии - Бецкий О.В.

Бецкий О.В. Миллиметровые волны в биологии. Под редакцией Кутузовой К.А. — M.: Знание, 1988. — 64 c.
Скачать (прямая ссылка): millvolvbiol1988.djvuПредыдущая << 1 .. 2 < 3 > 4 5 6 7 8 9 .. 23 >> Следующая

Тем не менее необходимо обратить внимание на несколько ранних идей, высказанных еще до постановки корректных экспериментов и важных для понимания развития представлений о механизмах взаимодействия излучения с биологическими объектами.

Один из первых механизмов генерации колебаний живыми организмами был предложен английским физиком Г. Фрёлихом. (Кстати, Фрёлих, ученый с мировым именем, одним из первых дал объяснение низкотемпературной сверхпроводимости. Возникновение своей идеи о когерентном возбуждении в биологических системах он объяснил как логическое расширение на живые объекты представлений и методов физики когерентного состояния конденсированных сред.)

Суть гипотезы Фрёлиха заключается в следующем. Биологические системы могут иметь поляризационные (дипольные) колебания в диапазоне частот от 100 до 1000 ГГц (І ~ 3 —0,3 мм). Различные процессы жизнедеятельности в биологических клетках сообщают энергию локально возбужденным дипольным колебаниям ![биологическая накачка). За счет нелинейных эффектои взаимодействия дипольных колебаний и нелинейной связи этих колебаний с упругими колебаниями может прои-іойти переход системы в метастабильное состояние, в котором энергия трансформируется в энергию одного вида колебаний.

Под действием излучения метастабильное состояние

7

может переходить в основное — возникает «гигантский диполь», который является частным случаем когерентного состояния биологического объекта. Модель предполагает, что подобные колебания охватывают участки биологических мембран или части биомакромолекул. Такое состояние напоминает низкотемпературную конденсацию Бозе-газа.

В соответствии с другой гипотезой, гипотезой «белок—машина» советских физиков Д. С. Чернавского, Ю. И. Хургина и С. Э. Шноля, возможно запасание электромагнитной энергии в форме напряженного механического метастабильного состояния биомакромолекулы, которое является частным случаем когерентного состояния. (Упомянем, что этими учеными доказано, что в глобулярных белках «когерентное возбуждение» по модели Фрёлиха маловероятно.)

Описанные модели отличаются друг от друга в основном формой запасания энергии. Главное, что их объединяет, — это положение о существовании в биологических структурах выделенной степени свободы, которая имеет механический характер и на которой может запасаться энергия, а сама выделенная степень свободы выполняет важную функциональную роль в биологических процессах. Этим, в частности, живые (термодинамически неравновесные) системы отличаются от неживых. Энергия излучения может трансформироваться в энергию полярных молекул, связанную с вращательными степенями свободы. Роль таких аккумуляторов энергии играют полярные молекулы воды, имеющие дипольный момент 1,84 D.

Вода выполняет исключительно важные функции в жизнедеятельности биологических объектов. Например, плоский слой воды толщиной всего 1 мм ослабляет излучение при % ~ 8 мм в 100 раз, а при ^2 мм — уже в 104 раз. Поэтому излучение миллиметрового диапазона нагревает различные вещества практически лишь в тонком приповерхностном слое с большим градиентом температуры. В водных растворах различных веществ поглощение энергии также будет определяться молекулами воды и иметь локальный характер, определяемый как количеством молекул воды в растворе, так и взаимодействием их с другими молекулами. Такой избирательный микронагрев вещества может приводить к биологически значимым эффектам даже при малых мощностях излу-

8

чения, когда интегральный нагрев незначителен и несуществен.

Заканчивая эту мысль, следует, в частности, напомнить, что при облучении кожи человека миллиметровыми волнами практически все излучение поглощается в поверхностных слоях толщиной в несколько десятых миллиметра (весовое содержание воды в коже составляет более 65%).

3. ОСНОВНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С РАЗЛИЧНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

Экспериментальные исследования взаимодействия излучения проводятся на различных уровнях: молекулярном, клеточном и организменном. Первое экспериментальное исследование (на микроорганизмах) было выполнено в 1965 г., а начиная со второй половины 70-х годов миллиметровое излучение стало использоваться в лечебных целях в клиниках. Уже в первых экспериментах были обнаружены настолько необычные свойства взаимодействия миллиметрового излучения низкой интенсивности с биообъектами, что эти результаты привлекли внимание специалистов различных дисциплин — от радиофизики до медицины.

Выделим основные закономерности этого взаимодействия.

Прежде всего следует отметить, что оно не носит энергетического характера, т. е. полезный эффект воздействия не связан с существенным нагревом объекта или разрушением его тканей. Хорошо регистрируемые эффекты взаимодействия возникают при изменении плотности потока мощности от единиц микроватт на 1 см2. Нагрев облучаемых объектов в эксперименте обычно не превышает 0,1 градуса.

Взаимодействие излучения с биообъектами носит обычно частотно-зависимый характер, причем эти зависимости хорошо воспроизводятся. Частотная зависимость эффекта взаимодействия напоминает по форме резонансную характеристику колебательного контура. По аналогии с этим обычно говорят о резонансных эффектах взаимодействия. Если формализовать эту анало-
Предыдущая << 1 .. 2 < 3 > 4 5 6 7 8 9 .. 23 >> Следующая