ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КВЧ

УДК 621.09.553.5
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КВЧ-ТЕРАПИИ
В. Н. Крылов, Г. А. Максимов
Нижегородский госуниверситет
Рассматриваются общие проблемы КВЧ-воздействия на организм человека и
животных. Анализируются возможные механизмы взаимодействия внешних
миллиметровых волн с органами и системами живого организма в норме и
при альтерации функций. Обсуждается перспектива КВЧ-терапии в ряду
других методов лечения заболеваний.
В последние годы в биомедицинской науке (преимущественно в отечественной) интенсивно развивается направление, связанное с КВЧ-излучениями, т. е.
электромагнитными излучениями в миллиметровом диапазоне (10-1 мм) длин волн
(имеются в виду частоты от 30 до 300 ГГц). Очевидно это связано, с одной стороны, с развитием физики и технологии (после изобретения простых и удобных в
эксплуатации генераторов, позволяющих получать такие параметры излучений), а
с другой – с конверсией отечественной оборонной промышленности, где высвободилось большое число физиков. Учитывая возрастающий общий интерес к биологии человека, последние привлекли к делу биофизиков, физиологов, медиков.
Особое внимание ученых вызвало то обстоятельство, что эффективность действия
КВЧ-излучений на живые организмы проявлялась при нарушениях их нормального функционирования. Возникла КВЧ-терапия, появились специальные журналы и
общества.
Сегодня накоплено достаточно много фактического материала, свидетельствующего не только о конкретном влиянии КВЧ-излучения на функции ряда организмов – от простейших до многоклеточных, но и о значимом терапевтическом
эффекте КВЧ-воздействия при многих заболеваниях человека (см., например, обзор [1,2]). Важно отметить, что оно отличается от привычных для физиологии механизмов физиотерапии: нагрев, механическое или электрическое воздействие
приводят к интенсификации кровотока и (или) модификации метаболизма в организме и (или) пораженном органе с соответствующей перестройкой регуляции
нервной, гуморальной и иммунной систем. В случае же КВЧ-воздействия энергия
излучения слишком мала, чтобы привести к непосредственной реализации вышеуказанных механизмов. В практике медицины используют приборы, генерирующие КВЧ-излучения с плотностью потока мощности от нескольких мкВт/см2 до
10 мВт/см2, т.е. не только неионизирующие, но и малоинтенсивные (без разогрева
облучаемой поверхности). Следовательно, речь идет о так называемом «информационном» воздействии.
Успех и развитие того или иного направления в биологии и медицине зависят
не только от эффективности получаемых результатов, но и от построения последовательной теории, описывающей наблюдаемые явления. Значительный вклад в эту
работу может внести установление закономерностей, проявляющихся при влиянии
КВЧ-излучения на функции биологических объектов. Среди них следует выделить
основные:
8
1. Биологический эффект возникает в определенных, достаточно узких полосах
частот КВЧ-диапазона, т.е. имеет острорезонансный характер.
2. Возрастание плотности потока мощности, после некоторого минимального
порога, различного для разных организмов, далее не влияет на интенсивность ответа.
3. Эффект в большей степени проявляется при альтерациях функций и практически не возникает при воздействии на текущие функции здорового организма
(здесь уместно отметить, что любой эксперимент так или иначе нарушает текущие
функции даже в здоровом организме).
Однако выявленные закономерности дают больше вопросов, чем ответов о механизмах КВЧ-воздействия на человека. В работе мы ставили целью обсудить
некоторые из них.
В случае с КВЧ-излучениями развитие теории воздействия на живой организм
сталкивается с рядом проблем. Прежде всего, это очень малая проницаемость
КВЧ-излучений через покровные ткани организма. Как известно [3], глубина проникновения такого излучения при воздействии на кожу человека составляет 300500 мкм, т.е. оно практически полностью поглощается в ее тканях. Тем не менее
это воздействие может быть достаточным, чтобы активизировать элементы восприятия внешней среды, расположенные в тканях кожи: рецепторы нервной системы (механорецепторы, ноцицепторы, свободные нервные окончания), клетки
диффузной нейроэндокринной системы, в частности тучные клетки, клетки иммунной системы — кожное депо Т-лимфоцитов и моноцитов, капиллярное русло
кровеносной системы и т. д. Таким образом, с физиологических позиций, следует
допустить вероятность возникновения в кожном покрове — входных воротах организма — того или иного отклика на КВЧ-воздействие.
Если это так, то далее возникает следующая проблема — с позиций биофизики
объяснить, как происходит восприятие КВЧ-сигнала названными структурами. На
этот счет имеется несколько гипотез, развиваемых исследователями, которые сводятся к следующим трем: первичная мишень — молекулы воды, поглощающие
КВЧ-излучение и начинающие через связанные с ними высокомолекулярные
структуры (например, коллаген кожи) цепь реакций, приводящих к возбуждению
рецепторов [4,5]; микромассаж микроанатомических структур кожи [6]; поглощение энергии КВЧ собственно мембранными структурами клетки рецептора или
нервного окончания по резонансному механизму [3]. Последняя гипотеза наиболее
перспективна, так как предполагает реализацию остальных — и микромассаж, и
реакция молекул воды могут также развиваться по резонансному механизму. В
пользу этого предположения свидетельствуют и установленные факты, что отклик
на КВЧ-воздействие зависит от формы сигнала КВЧ. В частности, показано, что
особенности биологической реакции определяются параметрами ММ-стимула
(длиной волны; формой сигнала, т.е. наличием или отсутствием амплитудной и
частотной модуляции; локализацией и экспозицией). Наконец, приверженцев резонансной теории можно найти и среди исследователей лазерных [7], вообще всех
физических [8] воздействий на организм человека, особенно после того, как американец Эйди [9] описал существование частотных и энергетических «окон» при
воздействии на биологические объекты слабых электромагнитных полей.
Поэтому следует более подробно осветить названную гипотезу. Необходимо
указать, что исследователи исходят из положения о наличии в живом организме
собственных излучений, генераторами которых являются органы, ткани, клетки,
даже сами метаболические реакции. При этом спектр электромагнитных колеба9
ний, сопряженных с активностью некоторых органов (сердце, мышцы, мозг), находится в диапазоне от практически нулевых частот до единиц килогерц, с амплитудными характеристиками от микровольт до милливольт, и надежно регистрируется современными приборами (электрокардиограмма, электромиограмма, электроэнцефалограмма). Имеются данные и о более высокочастотных излучениях
организма. Так, метаболические процессы различного уровня (внутриклеточного,
клеточного, тканевого, органного) дают спектры электромагнитных колебаний от
долей Гц до 1013 Гц. В литературе этот уровень иногда обозначается термином
«метаболический шум». Уровень соответствующих сигналов имеет порядок от 10–
12
до 10–9 В. Наконец, предполагается существование в организме клеточных и молекулярных источников упругих волн [10]. Предполагают, что эндогенные акустические колебания (акустическая эмиссия), так же, как и электромагнитные излучения клеток и молекул, могут участвовать в процессах передачи межклеточной информации [11], транспорте воды и веществ [12], синхронизации биохимических
процессов [13]. Следует отметить, что в области частот, соответствующих КВЧдиапазону, сигналы организма не превышают уровня «теплового шума» и поэтому
существует проблема экспериментального доказательства таких излучений в организме. Тем не менее, если это может служить точкой отсчета, то предполагается
взаимодействие внешнего КВЧ-излучения с КВЧ-излучениями организма. При
этом ряд авторов [3] выдвигает предположение, что «проникая в организм, эти
излучения на определенных (резонансных) частотах трансформируются в информационные сигналы, осуществляющие управление и регулирование восстановительными или приспособительными процессами в организме».
Приведенному предположению имеются основания. Так, те же авторы констатируют, что когерентные излучения КВЧ-диапазона в окружающей природе отсутствуют (присутствуя в солнечном спектре, они практически не проходят сквозь
атмосферу Земли), поэтому вполне логично рассуждают о биологической значимости данного диапазона частот для организма: при отсутствии повреждающего
действия в совокупности с большой информационной емкостью КВЧ-излучения
биологических структур могут использоваться организмами для связи и управления. При этом невысокий уровень мощности управляющих сигналов компенсируется отсутствием внешнего «шума» в данном диапазоне частот.
Воспользовавшись названной гипотезой, можно перенести ее на все живые организмы или их части. В этом случае легко объяснить и «лозоходство», и успехи
экстрасенсов и рефлексотерапевтов: входя в близкий или непосредственный контакт, живые организмы или ткани клеток могут транслировать энергию КВЧ друг
другу и тем самым через кожные рецепторы, точки акупунктуры и т.д. корректировать физиологические процессы.
Мы можем далее развить высказанное положение с позиций физиологического
гомеостаза организма. Общепризнано, что гомеостаз (по Кеннону) или постоянство внутренней среды (по Клоду Бернару) играет основополагающую роль в обеспечении нормального функционирования клеток, тканей, органов – всего организма в целом. Особенно чувствителен к изменениям внутренней среды мозг. Не случайно он отделен от организма еще и жидкостями (ликвор) и барьером, избирательно проницаемым для веществ крови, протекающей по капиллярам мозга (гематоэнцефалический барьер). Для протекания интимных мыслительных и вегетативных процессов в нейронах мозга, отражающихся в электрических и химических
реакциях, необходимо еще большее постоянство окружающей нейроны среды. На
этот счет интересно привести высказывание известного английского физиолога
10
Баркрофта: «Химические и физические процессы, связанные с психической деятельностью, столь деликатны по своему характеру, что рядом с ними изменения,
измеряемые термометром или водородным электродом, представляются огромными, катастрофическими. Процессы столь деликатные, конечно, требуют для своего упорядоченного развития чрезвычайного постоянства среды, в которой они
происходят». Далее ученый приводит образные примеры наблюдения зыби от
плывущей лодки и слушания музыки. «Но для этого озеро должно быть совершенно спокойно, точно так же, как атмосфера должна быть свободной от атмосферных
явлений, когда вы наслаждаетесь тонкой передачей симфонии. Предполагать высокое интеллектуальное развитие в среде, свойства которой не стабилизированы,
— значит искать музыку в треске плохой радиопередачи или зыбь от лодки на поверхности бурного Атлантического океана».
В соответствии с вышеизложенным заманчиво предположить, что именно
КВЧ-диапазон может обеспечивать информационную работу мозга, без потери в
шумах биоэлектрических и акустических процессов организма. Соответственно,
центральная нервная система, на основе полученной информации, будет выбирать
тип и степень реагирования своих органов и систем, всего организма, запуская
сложный процесс опосредованного воздействия КВЧ на интегрирующие системы
(кроветворную, гуморальную, периферическую нервную) и внутренние органы.
Таким образом, в реакцию на ММ-воздействие вовлекается целый организм.
На сегодняшний день общее КВЧ-воздействие представляется как стандартная
реакция повышения неспецифической резистентности организма. Укажем, что она
не отличается и от других видов неионизирующих воздействий. Так, показано
[14], что реакция нервной системы человека и животных одинакова как на микроволны, так и на гипогеомагнитное поле, постоянное, переменное и импульсное
магнитное поле. Такой подход предполагает изучение биологических (и терапевтических) эффектов низкоинтенсивных ММ-волн в рамках общего адаптационного
синдрома. При этом успешно рассматриваются отдельные звенья этой реакции –
от модуляции клеточных рецепторов опиоидными пептидами [5] и сдвига иммунного статуса [15] до внутриклеточных изменений, например кальциевого обмена
[16].
Рассмотрим следующую закономерность – отсутствие градуальности в системе мощность — эффект. Уже в первых исследованиях [17], а потом и в дальнейшем [3] авторами было выявлено, что начиная с некоторого порогового уровня
при дальнейшем увеличении мощности эффект остается неизменным. Установленная закономерность широко известна в области регулирования различных физических и химических процессов и не вызывает возражения. В частности, имеются примеры и из физиологии — именно так возникает распространяющийся по
нейронам нервный импульс. Вместе с тем в публикациях о пороговых значениях
мощности КВЧ-излучения имеются некоторые противоречия.
В приводимых работах этот порог для разных организмов соответствует потоку
мощности 0,5 — 10 мВт/см2 . Укажем, что основная часть исследований и клинической практики проводится приборами с названной мощностью излучения. Вместе с тем в последнее время биологические эффекты получают, работая с мощностями, на порядки меньшими — 1–10 мкВт/см2 . Получается, что порог эффекта
КВЧ с появлением новых работ сдвигается в сторону меньших значений мощности. Имеется и другое несоответствие. Так, в работе Бецкого [18], подкрепленной
ссылками на теоретические расчеты других авторов, утверждается, что «биологический резонанс можно наблюдать лишь при значении мощности в КВЧ11
диапазоне, находящейся в пределах 1—10 мкВт/см2, а при меньших и больших
значениях резонансные эффекты не наблюдаются». Это расходится с данными
вышеназванных авторов, работающих с мощностями, на порядки большими. Возникает вопрос о природе резонансов в тех и других работах.
С другой стороны, исходя из утверждения о выявленных резонансных эффектах малых мощностей генераторов КВЧ, можно объяснить определенные успехи
«сверхнизкоинтенсивных» КВЧ-воздействий, достигнутые в терапии ряда заболеваний с применением таких генераторов. В частности, речь идет об аппаратах серии «АМФИТ», разработанных и серийно изготавливаемых в ННГУ. Мощность
ЭМИ названных аппаратов устанавливается в диапазоне 0,2…10 мкВт, со штатным значением 1,5 мкВт.
Рассуждая об острорезонансных эффектах КВЧ-воздействия, нельзя обойти и
вопрос о методических условиях поиска частот-окон при КВЧ-терапии. В этом
плане следует отметить, что в последнее время развивается создание аппаратов с
шумовым КВЧ-излучением. Постулируется, что клеточные структуры тканей с
разными резонансными характеристиками сами выберут соответствующие им полосы, а увеличенная суммарная мощность шума в резонансной полосе приведет к
форсированию эффекта «исправления» нарушенной структуры и функции [19]. На
этом основании развивается работа по внедрению в терапии названных выше генераторов КВЧ с шумовым излучением серии «АМФИТ». Диапазон частот аппаратов лежит в пределах 53—78 ГГц при спектральной плотности мощности шума
(СПМШ) 4⋅10–17 Вт/Гц. Неоднородность СПМШ в диапазоне частот 53—78 ГГц не
превышает + 3 дБ.
Следующий важный вопрос для обсуждения — почему эффект КВЧвоздействия проявляется только при альтерации функций организма. Укажем, что
такая зависимость известна не только для КВЧ-воздействия, но и во многих случаях лекарственной терапии. Так, в исследованиях Губина и др. [20] показано, что
чем выше исходный уровень показателей внутриклеточного метаболизма печени,
тем менее заметен эффект действия стимулирующих доз фенамина и, напротив,
чем ниже исходный уровень показателей внутриклеточного обмена, тем более
значителен результат действия стимулирующих доз фенамина.
Такая общность при воздействии на организм разных внешних факторов указывает на то, что начальный уровень функций живой системы определяет интенсивность ее ответа на внешний стимул. Укажем, что впервые подобные идеи высказывали известные отечественные физиологи — И. М. Сеченов, Н. Е. Введенский и А. А. Ухтомский. Развивая их положения, о том, что живая система реагирует на любой раздражитель в зависимости от своего функционального состояния,
J. Wilder в 1931 г. [21] сформулировал закон начального значения или начального
уровня. Согласно этому закону, интенсивность ответа индивидуума на внешний
фактор определяется уровнем функции, то есть структурно-функциональные единицы организма максимально реагируют на стимул при минимальном исходном
уровне функции и, наоборот, наиболее слабый ответ на возмущающий фактор отмечается при высоком уровне функции. Одним словом, чем больше кинетическая
энергия функции, тем меньше ее потенциальная энергия и наоборот.
Приведенные данные позволяют считать, что одним из главных качеств адаптирующего действия КВЧ-излучения, так же, как и лекарственного средства, является их способность минимизировать (или экономизировать) кинетическую и
12
увеличивать потенциальную энергию организма в состоянии физиологического
покоя.
Однако названная проблема не исчерпывается приведенными рассуждениями.
Она углубляется тем, что терапевтический эффект КВЧ проявляется как при снижении той или иной функции, так и при ее повышении по сравнению с нормой.
Если для повышения функции с низкого уровня требуются рассмотренные выше
механизмы, то возникает вопрос — каким образом КВЧ-воздействие будет снижать повышенные против нормы функции. Например, наблюдается снижение
уровня артериального давления у гипертоников, что показано в ряде работ. Обсуждение данных фактов также следует обобщить с аналогичными успехами других видов терапии – с такой «панацеей» мы встречаемся и при лекарственной терапии, и при физиотерапевтических мероприятиях. Следовательно, и здесь имеется некоторая общая закономерность. По нашему мнению, она связана с известными фактами удержания гомеостатических показателей организма, т.е. регуляторные системы максимально настроены на возвращение параметра к норме независимо от вектора его отклонения. Другое дело, что эти механизмы не справляются с
работой, и, например, АД у гипертоников так и остается повышенным. Однако
если внести в усилия организма некоторый дополнительный вклад в виде импульса энергии КВЧ, их совместное действие приведет к искомому результату — возвращению функции в рамки гомеостаза. Таким образом, как при снижении функции, так и ее повышении, внешний фактор КВЧ-воздействия может дополнить уже
задействованные регуляторные системы, направленные на нормализацию этих
функций и тем самым проявить терапевтический эффект.
Мы отдаем себе отчет, что существует еще множество не затронутых в данной
статье вопросов и ответов, касающихся возможных механизмов действия КВЧизлучения на человека. Однако все они, как и изложенные выше, не являются неоспоримыми. Лишь дальнейшая работа может приблизить нас к истине. Поэтому
целесообразно закончить статью прогнозом на будущее КВЧ-терапии.
Для этого можно сравнить ее с другими видами физиотерапии и их развитием
во времени. Как видно, это развитие в принципе одинаково – первоначальный интерес, достижение пика, последующий спад (иногда с полным отрицанием) и выход на плато. Такая динамика была характерна, например, для электрических стимуляторов, лазерных воздействий. Более того, она похожа и на все остальные лечебные мероприятия. Приведем образный пример, взятый из журнала американской медицинской ассоциации [22]. Как видно из рисунка, для новых лекарственных средств характерна та же динамика мнения специалистов, как и для физиотерапии.
13
Рис. 1. Изменение отношения специалистов к лекарственному средству
по мере прохождения клинических испытаний
Сегодня мы найдем приверженцев как электро-, так и лазеротерапии, которые будут искренне утверждать, что их метод лучший. Не отрицая такого мнения, можно
лишь уточнить, как и на рисунке, что, да, для определенных видов патологии такая
терапия, возможно, является лучшей. Из вышеизложенного достаточно прост прогноз
и КВЧ-терапии. Хочется надеяться, что в настоящее время этот метод находится в
стадии повышения интереса с последующим достижением пика. Но даже то, что в
будущем он окажется лишь одним из средств для лечения определенной категории
заболеваний, позволяет оценить труд исследователей и врачей по изучению и внедрению этого вида физиотерапии как благородное дело.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лебедева Н. Н., Котровская Т. И. Экспериментально-клинические исследования в области биологических эффектов миллиметровых волн (обзор, часть 1)
//Миллиметровые волны в биологии и медицине.1999. № 3(15). С. 3-14.
2. Лебедева Н. Н., Котровская Т. И. Экспериментально-клинические исследования в области биологических эффектов миллиметровых волн (обзор, часть 2)
//Миллиметровые волны в биологии и медицине.1999. № 4(16). С. 3-9.
14
3. Девятков Н. Д., Голант М. Б., Бецкий О. В. Миллиметровые волны и их
роль в процессах жизнедеятельности. М., 1991.
4. Чернавский Д. С., Хургин Ю. И. Физические механизмы взаимодействия
белковых макромолекул с КВЧ-излучением // Миллиметровые волны в медицине и
биологии. М., 1989. С. 227-235.
5. Родштат И. В. Новые физиологические подходы к оценке КВЧвоздействия на биологические объекты // Биомедицинская радиоэлектроника.
1998. № 3. С. 11-16.
6. Чернавский Д. С. Механизм КВЧ-пунктурной терапии // Избранные вопросы
КВЧ-терапии в клинической практике. 1991. № 4. Вып. 61.
7. Илларионов В. Е. Основы лазерной терапии. М., 1992.
8. Обросов А. Н. К вопросу о механизме лечебного действия физических фактров // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физич. культуры. 1990.
№ 5. С. 46-49.
9. Adey W. R. Tissue interaction with nonionizing electromagnetic fields // Physiol.
Rev. 1981. Vol. 61. № 2. P. 435-514.
10. Березовский В. А., Колотилов Н. Н. Биофизические характеристики тканей
человека: Справочник. Киев, 1990.
11. Колотилов Н. Н., Бакай Э. А. Элементы теории многоканальной передачи
информации в нервных волокнах // Медицинская кибернетика. Киев, 1977. С. 53-61.
12. Перельман М. Е., Рубинштейн Г. М. Ультразвуковые колебания, генерируемые в биохимических реакциях, как возможный стимулятор движения жидкости по проводящим путям растений. Деп. в ВИНИТИ 11.12.1980. № 482-80.
13. Шноль С. Э. Конформационные колебания молекул // Колебательные
процессы в биологических и химических системах. М., 1967. С. 22-41.
14. Холодов Ю. А. Неспецифическая реакция нервной системы на неионизирующие
излучения // Радиационная биология. Радиоэкология. 1998. Т. 38. Вып.1. С. 121-125.
15. Говалло В. И., Барер Ф. С., Волчек И. А. и др. Продукция ЭМИоблученными лимфоцитами и фибробластами человека фактора, активирующего
пролиферацию клеток // Сб. докл. Международн. симп. «Миллиметровые волны
нетепловой интенсивности в медицине». М., 1991. Ч. 2. С. 340-344.
16. Adey W. R. Tissue interactions with nonionizing electromagnetic fields //
Physiol. Rev. 1981. V. 61. № 2. P. 435-514.
17. Севастьянова Л. А., Виленская Р. Л. Исследование влияния радиоволн
сверхвысокой частоты миллиметрового диапазона на костный мозг мышей // Успехи физических наук. 1973. Т. 110. Вып. 3. С. 456-460.
18. Бецкий О. В. Частотная зависимость биологических эффектов в области
электромагнитных волн: новые биологические резонансы в миллиметровом диапазоне // Миллиметровые волны в биологии и медицине. 1998. № 2(12). С. 3-5
19. Колбун Н. Д., Бессонов А. Е., Волянюк Р. Е. Информационно-волновая
терапия: Научно-практ. рук-во. Киев, 1993.
20. Губин Г. Д., Герловин Е. Ш. Суточные ритмы биологических процессов и
их адаптивное значение в онто- и филогенезе позвоночных. Новосибирск, 1980.
21. Зурдинов А. З. Стратегия поиска и возможности фармакологической оптимизации адаптации к гипоксии // Фармакология. Химиотерапевтические средства.
Т. 27. Антигипоксанты / Под ред. Л. Д. Лукьяновой. М., 1991. С. 71-82.
22. Лоуренс Д. Р., Бенитт П. Н. Клиническая фармакология: В 2 т. Т. 1: Пер. с
англ. М., 1991.
15