Механизмы биотропных эффектов магнитных полей

К настоящему времени высказано много гипотез в отношении интерпретации механизмов магнитобиологических эффектов.

Широкое распространение получила гипотеза профессора физической химии Флорентийского университета (Италия) Дж. Пиккарди (1967) о ведущей роли солнечной активности через ГМП на скорость выпадения нерастворимого осадка оксихлорида висмута из коллоидной фазы, подтвержденная наблюдениями на всех широтах Земли. Эти исследования позволили Дж. Пиккарди высказать предположение о том, что и в биологических коллоидах, также находящихся в водной среде в состоянии устойчивого неравновесия могут происходить аналогичные процессы. Они были обнаружены для биохимических реакций, аналогичных идущим в живых клетках. Внимание исследователей привлекают биохимические реакции, протекающие с образованием и динамикой тиоловых соединений, с которыми связаны многие биологические процессы: клеточное деление, проницаемость клеточных мембран, активность ферментов, функций рецепторов, структура белка и липопротеиновых комплексов, синтез белков, свертываемость крови, старение организма и другие. Участие тиолов в механизме сопряженного окисления в цитохромной системе с фосфорилированием аденозинтрифосфата может иметь непосредственное отношение к биохимическому механизму нарушения функций ЦНС. Ускорение окисления тиоловых и других антиоксидантов в периоды усиления солнечной активности влечет за собой уменьшение буферной емкости антиоксидантной системы и соответственно снижение адаптационного резерва. Поэтому природные и синтетические антиоксиданты могут оказаться эффективными средствами стимуляции процессов адаптации здорового и больного человека к неблагоприятным воздействиям космической среды.

Поскольку к гормонам, в молекулах которых содержатся SH-группы, относятся инсулин, антидиуретический гормон (вазопрессин), окситоцин, тиреокальцитонин, вероятно, изменение скорости окисления SH-группы оказывает влияние, как на синтез дисульфидных гормонов, так и на их специфическое действие. Это обусловливает вероятность связи с геомагнитной активностью течения сахарного диабета, регуляции тонуса артериальных сосудов, сократительной функции гладкой мускулатуры матки или родовой деятельности, транспорта ионов кальция через мембраны и др.
Ряд исследователей считают, что возможной причиной связи между динамикой геомагнитных возмущений и дисфункцией живых организмов на различных структурных уровнях их организации является изменение магнитноэлектрических свойств как внутри- и внеклеточной воды, так и молекул воды, входящих в состав клеточных мембран. Известно, что усиление геомагнитной активности оказывает непосредственное повреждающее влияние на биомембрану, нарушая трансмембранный транспорт воды и ионов.

Согласно гипотезе T.S. Tenforde et al. (1987) внешние электромагнитные поля индуцируют токи в межклеточной среде, что приводит к электрохимическим изменениям в компонентах клеточных мембран. Существует мнение (Liboff A.R., 1994), что магнитное поле (сила Лоренца) вызывает отклонение траектории движения ионов К+, Mg2+, Ca2+ через ионные каналы мембраны (в данном случае кинетика столкновения менее важна). В предложенных механизмах напряженность поля или амплитуда колебания не являются обязательно определяющими факторами, в особенности последний механизм, и предлагает правдоподобное объяснение тому, «почему биота может быть более чувствительна к естественным магнитным колебаниям, чем к более большим искусственным полям» (Roederer G., 1995). Биологическая эффективность данной теории была подтверждена рядом групп исследователей, работавших с различными тест-системами.

Одной из обсуждаемых в настоящее время является теория, объясняющая влияние магнитного поля на объекты, исходя из представлений о воздействии таких полей на связанные ионы (прежде всего – Са 2+), регулирующие скорость ключевых для клетки Са2+ – кальмодулин и протеинкиназа – Са-зависимых биохимических реакций. Эта модель получила известность как теория магнитного параметрического резонанса (в биосистемах) или «кальмодулиновая» гипотеза (Леднев В.В., 1996).

В монографии Г.Е. Григоряна (1995) особое внимание уделено «кальций-гидратационной» теории первичных физико-химических реакций биосистем на воздействия магнитных полей. В этом механизме взаимодействия свободные ионы кальция выполняют роль посредника жидкой среды организма в биоэффектах магнитного поля. Автор обсуждает механизмы участия Са 2+ – цАМФ-системы вторичных посредников, а также эндогенных опиоидов в тормозящем действии магнитного поля.

Используя нейрональную модель – переживающий срез мозжечка, было установлено, что инфранизкочастотные ПеМП (0,05; 0,1; 0,25 Гц) оказывают «пусковое» и активирующее влияние на спонтанную ритмическую активность нервной клетки. Увеличение частоты ПеМП до 5 Гц вызывает чередование тормозного и возбудительного процессов электрической активности. Частотные характеристики выбраны из диапазона короткопериодных пульсаций, амплитуда которых существенно возрастает во время магнитных бурь. Установлено, что для низкочастотного ПеМП характерен прогипоксический эффект на клетки мозга как в условиях гипоксии нарастающей тяжести, так и в восстановительный период. По мнению авторов исследования (Агаджанян Н.А., Власова И.Г., 1992) прогипоксический эффект связан с раскрытием кальциевых каналов и входом кальция в клетку, что вызывает деполяризацию ее мембраны, затем происходят гиперполяризация и деструктивные изменения в клетке.

Для живого организма огромное значение имеет частота воздействия магнитного поля. Так, обмен ионов Са2+ в клетках головного мозга животных изменяется в определенных частотных интервалах магнитного поля. Большинство эффективных частот находилось в интервале 0-100 Гц, а во многих случаях совпадали с собственными ритмами функционирования головного мозга, нервной системы, сердца и сосудов. Полученные данные позволяют говорить о том, что особенностью воздействия магнитного поля на организм является его «резонансный характер» В случае совпадения частотных характеристик магнитного поля с собственными колебаниями молекул клеточных мембран происходит усиление биологического действия.

В настоящее время существует предположение, что ключевую роль в биологических эффектах электромагнитных полей играет активация ферментативных реакций, связанных с обменом фосфатидилинозитдифосфата – одного из фосфолипидов клеточной мембраны, что приводит к увеличению скорости образования вторичных посредников и влияет на содержание свободного внутриклеточного кальция.

Известно, что пластинчатые фосфолипиды клеточных мембран являются анизотропными диамагнетиками. Предполагается, что ориентационный эффект при воздействии магнитных полей, превышающих 0,1-1,0 Тл, может значительно нарушать транспортные свойства мембран. Следовательно, могут возникать нарушения свойств мембран с возможными последствиями для других клеточных реакций.

В наших исследованиях также была обнаружена реакция липидного компонента головного мозга белых крыс-самцов линии «Вистар» на изменение напряжения ГМП. Причем, изменение содержания общих липидов и фракций фосфолипидов коры, белого вещества и неостриатума имели особенности в каждом полушарии, что позволило выявить наличие межполушарной биохимической асимметрии с более глубокими метаболическими перестройками в правом полушарии.

Огромно влияние изменения магнитного поля на окислительно-восстановительные процессы, особенно те, которые характеризуются появлением неспаренных электронов, обладающих магнитным моментом, прежде всего, связанных с образованием различных радикалов. Одним из механизмов действия ГМП на биосистемы является образование продуктов свободнорадикального окисления жиров, взаимодействующих с магнитным полем.

Однако, процессы, происходящие в клетке, зависят не только от химических превращений, но и от конфигурации цепей связи внутри этих структур, которые являются слабыми и могут легко разрушаться внешним воздействием, в частности, воздействием ГМП. Перспективной считается концепция биологической плазмы Сент-Дьерди (1960), позволяющая представить конформационные изменения молекул как следствие магнитных воздействий.

Не исключено, что пусковые механизмы многих геомагнитных реакций лежат на уровне молекулярных явлений и, очевидно, подчиняются законам квантовой механики. В 1913 году Эйнштейном была высказана гипотеза о соответствии между протекающими химическими реакциями и энергией квантов электромагнитного поля.

Исследования В.П. Казначеева (1965) позволили предположить, что биологическую систему можно представить как неравновесную фотонную констелляцию, которая существует за счет постоянного притока энергии извне. Носителем информации в биосистемах могут быть кванты ЭМП. Исследования, проводившиеся на основании этого предположения, свидетельствуют об универсальном характере информационной связи, широком использовании электромагнитного канала в живой природе. Явление катализа позволяет ввести "информационный" подход в управление элементарными химическими реакциями и скоростями их протекания. Скорость химического процесса определяется поступлением квантов с частотой фотоэффекта, которые являются пусковым сигналом начала реакции и носителем энергии для ее осуществления. Причем, для каждой химической связи такой носитель сигнала и энергии является единственным.

Таким образом, в процессе эволюции животного мира магнитные поля превратились в важную информационную систему и обязательный компонент жизни.

В научной литературе значительное количество работ посвящено изучению органно-тканевой магнитовосприимчивости, которая сопоставляется с количественным содержанием в них железа, как парамагнитного элемента. Степень магнитовосприимчивости является индикатором магниточувствительности клеток при оценке биологического действия внешнего магнитного поля. Магнитным материалом клетки являются ферритин, хромопротеиды, ферредоксины и другие металлопротеиды, химические соединения и элементы, которые обладают высоким уровнем парамагнетизма.

Американские ученые Дж. Киршвинк и Дж. Гоулд (1981) cчитают, что основой электромагниторецепции в живых клетках может быть биогенный магнетит, который по своим свойствам является органическим ферромагнетиком и хорошим проводником электричества. Его кристаллы внутри клеток заключены в мембрану, а некоторые из них заполнены органической субстанцией, напоминающей ферритин, что может свидетельствовать о биогенной трансформации железосодержащих протеинов в магнетит. Последний, обладая сильным остаточным магнетизмом, обуславливает высокий парамагнетизм клеточного вещества. Предполагается, что наибольшие скопления биогенного магнетита органического происхождения у человека находятся в надпочечниках и коре головного мозга. Однако, вопрос о наличии магнетита в клетках млекопитающих, за исключением тихоокеанских дельфинов, остается недостаточно изученным.

В 1981 году высказано предположение о наличии магниторецептора, который участвует в ориентации, ниже линии, соединяющей глаза на расстоянии 3-4 см от поверхности лица. Это примерно место, где к клиновидной кости прилежит мозг, обонятельный и зрительный нервы.

Используя магнитометрические и гистологические методы, на глубине 5 мкм от поверхности костей, образующих клиновидно-решетчатый синус, обнаружен слой, окрашивающийся на окисное железо. Исследуя остаточную намагниченность надпочечников человека, выявлен ферромагнитный материал с высокой коэрцитивностью.

Оригинальные исследования по выработке у человека условного рефлекса на включение магнитного поля с амплитудой 200 нТл (частоты от 0,01 до 10 Гц) также указывают на наличие магниторецептора.

Несмотря на эти исследования, окончательных ответов на все вопросы, связанные с магниторецепцией биосистем, пока не получено. Однако появление магниторецепторов у сложных биологических организмов свидетельствует о существенной роли магнитных полей в воздействии внешней среды.

Накапливаются сведения о свойствах и роли электрических и магнитных полей, которые образуются в самих биологических субстратах на разных уровнях рецепции: субмолекулярном, молекулярном, структурном и даже в целом организме. Одна из концепций основывается на гипотезе о том, что ГМП воздействует на организм через существующие в нем приемные контуры, например, малый круг кровообращения (Пресман А.С., 1968).

Изучение физико-химических свойств мозговых структур дало основание некоторым ученым сделать вывод о повышенной восприимчивости мозга к магнитным воздействиям.

По мнению Ю.А. Холодова (1982) нервная система является самым «электромагнитным образованием» организма, и поэтому внешние (естест-венные или искусственные) ЭМП влияют прежде всего на эту систему по принципу «поле на поле». Чувствительность мозга к магнитному полю лежит в пределах колебаний напряженности магнитного поля Земли. Поэтому, мозговое вещество по наблюдениям Ю.А Холодова, являясь своеобразным детектором переменного магнитного поля Земли, который, воспринимая колебания магнитосферы, управляет структурой переменного электрического поля мозгового вещества, выступающего в роли своеобразного экрана для хрупких, сверхчувствительных его рецепторов от постоянной бомбардировки их корпускулярными частицами, подобно радиационному поясу, предохраняющему поверхность Земли от проникновения губительного потока космического излучения. Другими словами, низкочастотные биоэнергетические волны мозга и электромагнитного излучения космической природы имеют высокую степень синхронизации, т.е. радиационная защита мозговых центров представляет собой своеобразный резонансный фильтр, настроенный на частоту колебаний магнитосферы. Распад мозга сопровождается, прежде всего, разрушением биоэлектрического поля и утратой экранирующих функций мозгового вещества. Следует отметить, что и у здорового человека функции магнитной защиты мозга от внешнего воздействия корпускулярных частиц могут изменяться в широких пределах, вызывая тем самым колебание жизненной активности.

Основываясь на явлении увеличения концентрации радионуклидов естественного происхождения в атмосфере при геомагнитных возмущениях и известных фактах патогенности вдыхаемого радона, предполагают, что биотропность геомагнитных возмущений может быть обусловлена повышением поглощенных доз ионизирующей радиации в органах, которые являются критическими для радона и продуктов его распада. Радон растворяется в воде и особенно хорошо в жирах. В 1 см3 человеческого тела в состоянии динамического равновесия количество радона составляет 45% от содержания его в 1 см3 атмосферного воздуха. Радон избирательно накапливается в коре надпочечников, межуточном мозге и гипофизе, оказывая влияние на вегетативные процессы через высшие обменные центры.

Привлекает к себе пристальное внимание увеличение концентрации радона вблизи ЛЭП, системы электропроводки общественных и жилых зданий. Радон, обладая канцерогенными свойствами, воздействует на людей, которые находятся рядом с электрическими терминалами не только через кожу, но и дыхательные пути.

Дата добавления: 2015-06-26