Воздействие на клеточном уровне Живая клетка является источником (генератором) волн миллиметрового диапазона (от 1 до 10 мм) и частота их крайне велика — от 30 до 300 ГГц и выше. Биологические объекты являются единственным естественным источником КВЧ-волн на Земле (КВЧ — крайне высокие частоты). При комнатной температуре в полосе 100 МГц собственное излучение тела человека составляет примерно 10-8 мВт. Это составляет ничтожную долю от полной мощности электромагнитных волн, излучаемых телом человека. Собственное КВЧ-излучение используется живыми организмами для управления адаптационными процессами в собственном организме, для информационного обмена между клетками и даже другими биологическими объектами. Именно эти волны связывают все клетки нашего организма в единое целое, и если их индуцировать с помощью приборов, то они будут благотворно воздействовать на здоровье человека. Любое заболевание начинается с нарушения согласованной работы клеток, в том числе нормального взаимодействия клеток между собой. Излучение здоровых и больных клеток разное. В этой ситуации внешнее воздействие КВЧ-излучением, имитирующим собственное излучение биологического объекта, позволяет восстановить нормальную работу клеток. В результате восстанавливается излучение, свойственное здоровым клеткам. Если, по этой аналогии использовать излучение не только здорового, но и значительно более молодого организма в отношение менее здорового и стареющего, то можно наблюдать эффект, аналогичный при обменном переливании донорской цельной крови от молодых животных (Гарвард, Amy J. Wagers, 2010), (человека А.А. Богданов, 1927) пожилым животным (человеку). Рис.1 Система анализа КВЧ-сигналов Система передачи КВЧ-сигналов между живыми организмами способно «транслировать» определенный спектр выделенных ЭМИ с молодого, здорового, совместимого по определенным параметрам («донора») реципиенту. Не смотря на то, что технически задача решается в очень широком диапазоне, который выделен в отдельные «блоки» за счет конструктивных особенностей аппаратуры (радио, оптического, инфракрасного диапазонов), особо выделяется гигагерцовый и террагерцовый диапазоны частот. Г. Фрёлих в 1977-1988 гг. обосновал теоретически и получил экспериментальные доказательства факта продуцирования живыми клетками переменных электромагнитных полей. Мощность электромагнитных колебаний, излучаемых электрическими диполями клеточных мембран, равна примерно 10-23 Вт в узкой полосе частот. Следовательно, для живых клеток столь низкая величина мощности является значимой величиной, то есть клетки должны быть чувствительны к внешним излучениям в КВЧ-диапазоне с мощностью такого же порядка величин. Идея о чувствительности биологических объектов к слабым электромагнитным полям согласуется с предположением о том, что ММволны являются «родными» для живых организмов и могут использоваться ими для управления основными физиологическими функциями. Важную роль во взаимодействии КВЧ-излучения и биологических объектов играет вода - основной компонент живых систем, составляющей 65-80% массы тела человека, которая выступает широкополосным поглотителем ММ-волн. Считается, что КВЧ-излучение практически полностью затухает в покровных тканях организма на глубине 0,5-0,7 мм. В работе Н.И.Синицына и соавт. (1998) обсуждается новый физический механизм высокой чувствительности водосодержащих биологических объектов к слабым электромагнитным полям. Этот эффект связан с открытием саратовскими физиками собственных резонансных частот у водных кластеров, лежащих в диапазоне частот примерно 50-70 ГГц. При облучении биологических объектов слабыми электромагнитными волнами на этих частотах имеет место захват молекулярными водными осцилляторами частоты внешнего сигнала и усиление по типу синхронизированной генерации. Волны на этих частотах распространяются в водных средах с очень малыми потерями, и, следовательно, могут проникать на большую глубину. Было обнаружено, что находящиеся в водных растворах гидратированные ионы калия и натрия имеют неодинаковую чувствительность к ММ-излучению разных частот (Кудряшова В.А. и соавт.). Так как многие процессы в клетках зависят от работы калий-натриевого насоса, с помощью КВЧ можно на них воздействовать. Вследствие своих физических характеристик ММ-волны могут воздействовать на вращательные степени свободы молекул и влиять на их конформационные состояния. Это может приводить к изменению функциональной активности биомолекул и соответственно к изменению скорости биохимических реакций. Скорее всего ЭМИ КВЧ приводит к изменению гидратных оболочек биополимеров, и даже ДНК (Калантарян В.П., Бабаян Ю.С., 2009). По мнению Лебедевой Н.Н. и соавт. (1992), первичной молекулярной мишенью при воздействии ММ-волн являются рецепторные белки на клеточных мембранах. Воздействие на них осуществляется через молекулы связанной с ними воды, вследствие чего белки переходят в функционально активное состояние и оказывают влияние на метаболические процессы в клетках. Подтверждением этого подхода служат изменения физико-химических свойств крови больных и липидного состава клеточных мембран под действием КВЧ-излучения (Рубин В.И., Мельникова Г.Я., 1992). В силу того что большинство процессов, происходящих в живом организме, зависят от работы калий-натриевого насоса в клетке, с помощью КВЧ-сигналов принципиально возможно управлять различными процессами в организме. Особенностями взаимодействия ЭМИ КВЧ с биологическими объектами являются: – только волны в КВЧ диапазоне, по-видимому, могут создавать так называемые акустоэлектрические волны в бислойных мембранах клетки, что может привести к сильному влиянию на все функции клетки (Девятков Н. Д., Голант М. Б., Бецкий О. В., 1991); – миллиметровые волны (ММ-волны) значительно сильнее волн других диапазонов поглощаются в содержащей большое количество воды коже человека (Кудряшова В. А., Завизион В. А., Бецкий О. В., 1999); – размеры микроанатомической неоднородности кожи оказываются соизмеримыми с длиной волны КВЧ-излучения, что может привести к изменению рассеивающих свойств микронеоднородностей кожи, – все это обусловливает сильную частотную зависимость биологического эффекта, при этом взаимодействие имеет узко-резонансный характер (Андреев Е. А., Белый М. У., Ситько С. П., 1984); – происходит значительное поглощение ММ-волн в атмосфере Земли (парами воды, молекулярным кислородом), что могло способствовать защите живых организмов в процессе эволюции от возможных внешних электромагнитных полей (Бецкий О. В., Девятков Н. Д., Кислов В. В., 1999). Перечисленные свойства могут быть объяснены с точки зрения нелинейности и неравновесности живых систем. Качественно новые динамические структуры проявляются за счет неравновесного фазового перехода (Хакен Г., 1991). Основной загадкой ЭМИ КВЧ остается резонансная зависимость биоэффектов. Было установлено, что в случае функциональных нарушений организм человека приобретает чрезвычайно высокую, резонансно-зависящую от частоты и локализованную на поверхности тела чувствительность к ЭМИ КВЧ (Андреев Е. А., Белый М. У., Ситько С. П., 1984). Одними из первых начали разрабатывать подход к объяснению механизмов воздействия КВЧ излучения на живые организмы Н.Д. Девятков, М. Б. Голант с сотрудниками (1991). Основные идеи данного направления можно представить следующими положениями: живые организмы излучают волны в КВЧ диапазоне; собственное КВЧ излучение используется живыми организмами для целей управления и регулирования восстановительными и приспособительными процессами в организме; излучение организмов в норме и при патологии разное, и излучение терапевтического аппарата, имитируя собственное излучение биологического объекта, оказывает синхронизирующее воздействие, в результате которого восстанавливается нормальное по спектру и мощности излучение, свойственное здоровому организму. В случаях появления внешнего, нарушающего функционирование клеток, фактора запускается система поддержания гомеостаза: в бислойных липидных мембранах клеток возбуждаются акустоэлектрические колебания, возникают временные структуры из белковых молекул, которые способствуют восстановлению нормального функционирования клеток и играют роль антенных систем. В этом случае информационноуправляющая роль ЭМИ КВЧ особо значима (Голант М. Б., Мудрик Д. Г., Реброва Т. Б., 1991). В соответствии с подходом, разработанным ИРЭ АН СССР (Лебедева Н. Н., Тарасова О. П., Холодов Ю. А., 1992), первичной молекулярной мишенью при воздействии ММ - волн являются рецепторные белки на мембранах клетки. Воздействие на рецепторные белки осуществляется через молекулы воды, которые в основном и поглощают КВЧ - излучение. Непосредственными приемниками КВЧ - излучения являются молекулы свободной воды, которые часть своей энергии передают молекулам связанной, гидратной, воды. Принципиальным для запуска биологического эффекта КВЧ-волн является критическая гидратация белков, при которой белки из функционально пассивного переходят в функционально активное состояние. Рецепторные белки, испытавшие фазовый переход, оказывают решающее влияние на метаболические процессы, происходящие в клетках. Подтверждением этого подхода служит анализ биохимических сдвигов в крови больных ИБС, который позволил выявить изменение физико-химических свойств крови и липидного состава биологических мембран под воздействием КВЧ излучения (Рубин В. И., Мельникова Г. Я., 1992). Физиологическую концепцию КВЧ-эффекта выдвинул И. В. Родштат (1998). Согласно этой концепции первичной мишенью КВЧ-излучения являются молекулы воды, связанные с белковыми структурами кожного коллагена. Электретное состояние коллагена и его пьезоэлектрические свойства обусловливают возбуждение чувствительного нервного волокна в кожных рецепторах – тельцах Руффини (Пасечник В. И., 1975). В зоне досягаемости КВЧ-излучения в коже располагается множество структур: кожные рецепторы, свободные нервные окончания, иммунокомпетентные клетки (Т-лимфоциты), микрокапиллярные кровеносные сосуды. После возбуждения кожных структур информация передается по обычным для организма каналам, связанным с защитной и регуляторной системами организма (Бецкий О. В., 1992). Далее возможно возбуждение преганглионарных синаптических нейронов боковых рогов спинного мозга и расположенных в вегетативных ганглиях нейронов, которые выделяют в синаптические щели и сосудистое русло адреналин, норадреналин и т.д. В ЦИТО им. Н. Н. Приорова были проведены первые исследования, показавшие, что под влиянием ММ - волн в цитоплазме Т_лимфоцитов активируется синтез цитокинов. При этом эффект реализовывался не при непосредственном облучении клеток, а при добавлении порции КВЧобработанных клеток к аутологичным лимфоцитам, то есть передача информации происходила от клеток к клеткам посредством клеточных регуляторов-цитокинов. Описанный эффект может лежать в основе иммуномодулирующего действия ММ-волн. В работах профессора Н.А. Темурьянца показан результат воздействия ЭМИ КВЧ на нервную, эндокринную и иммунную системы, который выражался в увеличении защитно-приспособительного потенциала системы крови здоровых людей и интактных животных. Длительное время обсуждался вопрос о возможности влияния ЭМИ КВЧ на здоровых людей. Считалось, что эффект воздействия ММ-волн возникает только при наличии каких-либо изменений в функциональном состоянии организма. Результаты многочисленных экспериментов и клинических испытаний позволили прийти к выводу о праймирующем эффекте ММ-волн, т.е. эффекте, готовящем организм к последующему восприятию какого-либо стрессорного фактора за счет изменения активности стресс-реализующей и стресс-лимитирующей систем, что важно для использования КВЧ-терапии в профилактических целях. Результаты, полученные при использовании КВЧизлучения с лечебной целью, позволили академику И. В. Родштату назвать механизмы ММ-терапии механизмами «продления жизни» (1992). К этим результатам в первую очередь относятся: – исчезновение лабораторных признаков ДВС-синдрома; – уменьшение госпитальной летальности в ряде клинических учреждений на 12%; – профилактическое либо лечебное действие на процесс старения кожи и ткани печени (связанное с увеличением в клетке напряженности пентозофосфатного метаболизма под действием ММ-волн, что способствует синтезу рибонуклеиновой кислоты). Таким образом, многофакторный характер влияния на организм КВЧ-излучения, затрагивающий все основные звенья патогенеза заболеваний человека, обусловливает вовлечение в реакцию на КВЧ-воздействие всего организма. Большие перспективы в биологии, медицине и оздоровительной сфере открываются в связи с появлением нового метода воздействия на организм человека, основанного на сверхслабых излучениях КВЧ-диапазона. В основе этого метода лежит использование излучения собственного обратного (ИСО) КВЧ-диапазона. Сам метод в медицинской литературе обозначается как «терапия фоновым резонансным излучением» (Карнаухова Е.В., 2004; Методические рекомендации МЗ РФ № 99/01). Тенденцией развития современных исследований по биологическим и терапевтическим эффектам (ЭМИ) КВЧ диапазона является поиск и клиническая проверка новых по отношению к известным (42, 53 и 61 ГГц), терапевтических частот, которые конструктивно выделены в нашем устройстве отдельно по всей цепи высокочастотного тракта: усилительная антена-линза Френеля-волновод-усилитель-волновод-рассеивающая радиолинза. Наличие ощутимых биологических эффектов установлено (Афромеев В. И., Загуральский Н. Ф., Кругликов И. Т.) на опытах для длин волн ЭМИ 2,5 мм; также предлагается, что терапевтическими могут являться ЭМИ с длинами волн 1,7; 0,9; 0,77 мм. Биоинформационная значимость ЭМИ должна возрастать с увеличением частоты, поскольку снижается уровень сигналов помехи, наиболее естественными биоинформационными частотами являются частоты УФ, ИК и коротковолновой части КВЧ-диапазона. Авторы создали высококогерентный генератор, работающий в диапазоне 100—160 ГГц. Кроме того, при создании нашего устройства учитывался опыт использования способа оптико-микроволнового воздействия на биологические объекты (Гвоздев В. И., Подковырин С. И.) где эффективность воздействия достигается путем объединения положительных, свойств лазерного (большая глубина проникновения и малая область облучения) и микроволнового (информационное воздействие на биологическую среду). Микроволновый сигнал модулирует несущее лазерное излучение, которым облучается (в нашем случае) реципиент. Основным механизмом, обуславливающим нелинейные эффекты в живом организме, является вынужденное комбинационное рассеяние света. Возбуждение определенного колебательного (вращательного) спектра молекул обуславливает лечебный эффект КВЧ-терапии. Наряду с ним дополнительно будет проявляться эффект от лазерного излучения. Кроме того, важно отметить следующие работы: "Основные результаты научно-исследовательских работ в области физической электроники (19981999 гг.)", Москва, Научный совет РАН по Физической электронике, 2000, с.20-21.: В Московском государственном инженерно-физическом институте получено экспериментальное подтверждение механизма, согласно которому клеточный геном (помимо мембраны) клеток лимфоцитов человека является одной из основных мишеней взаимодействия ЭМП КВЧ с клетками. Установление этой мишени позволяет перейти к моделированию направленных биологических воздействий ЭМП КВЧ с целью корректировки различных патологий. Показано, при определенных специфических параметрах воздействия на клетки, слабые ЭМП вызывают изменения в конформации хроматина, генной экспрессии и клеточном делении. Установлено, что эффекты слабых ЭМП на клетки нелинейно усиливаются межклеточным взаимодействием, в том числе на уровне вторичных медиаторов, таких как ионы и радикалы. В Научно-исследовательском ФТИ Нижегородского госуниверситета проведен цикл исследований реакции дермальных фибробластов и полиморфноядерных лейкоцитов крови человека in vitro на воздействие электромагнитным излучением (ЭМИ) типа «белый» шум диапазона частот 53-78 ГТц. С помощью морфологического, морфометрического и иммунопериксидазного методов установлено, что при величине удельной спектральной плотности мощности шума (СПМШ) не менее 5.10-18 Вт/см2 Гц и экспозициях 20, 30 мин., ЭМИ усиливает в среднем на 20% и 60%, соответственно, пролиферацию дермальных фибробластов человека. Эффект КВЧ-воздействия реализуется через интенсификацию процессов синтеза ДНК.