биофизические механизмы физиологического, биологического

БИОФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО,
БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ КСЕНОНА (ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ)
Довгуша В.В.
ФГУП НИИ промышленной и морской медицины ФМБА России
Действие на организм инертных газов, как наркотических веществ,
свидетельствует об отсутствии химических процессов или реакций. Молекулы
наркотического вещества в процессе взаимодействия с нервной клеткой ничего
не окисляют и не восстанавливают, сами химически не изменяются, но, тем не
менее, вызывают наркоз. Действительно, для протекания любой химической
реакции почти наверняка требовалось бы участие ферментов, а поскольку
ферменты стереоспецифичны, то левая и правая формы наркотического
вещества вели бы себя при этом различно. Собственно говоря, в контексте
рассматриваемого нами вопроса, они и ведут себя по-разному – одни вещества,
например,
левовращающий
изомер
морфина,
обладают
сильными
наркотическими свойствами, а их оптические правовращающие изомеры – нет.
По-видимому, определённые изомеры биологически активных веществ, в т.ч. и
наркотиков, пространственно соответствуют реакционным центрам рецепторов
мембран. Основную роль при этом, вероятно, играет поляризованное излучение
кластеров.
Нами отмечено, что чем меньше у газов магнитная восприимчивость, тем
относительная наркотическая активность больше (табл. 1).
Таблица 1
Газ
He
Ne
H2
N2
Ar
Kr
Xe
O2
CO2
Отношение
растворимости
в масле к растворимости
в воде
1,7
2,07
2,1
5,24
5,3
9,6
20,0
5,0
1,6
* Расчётный метод.
Магнитная
молекулярная
восприимчивость х 106
1/2
Средняя
поляризуемость
(α- ⋅ 1024 см3)
-1,9
-7,7
-4,0
-11,8
-19,73
~ -40,0 *
~ -80,0 *
+3380
-18,93
-1
-4
-2
-2
-4
-4
-4
676
-12
0,202
0,392
1,629
2,46
4,00
-
Эта
же
закономерность
отмечается
исходя
из
данных
магнитной
поляризуемости. Поляризуемость – коэффициент, связывающий электрический
момент атома (иона, молекулы) с напряжённостью электрического поля.
Характерно,
что
отношение
коэффициента
растворимости
масло/вода
к
показателю магнитной восприимчивости у всех инертных газов приблизительно
одинаково – около – 4-х (у азота – 2).
Каждая молекула газа индивидуальна по своим частотным характеристикам.
Любая молекула имеет свою ЭМ-характеристику, которая создаётся всей
структурой молекулы, в том числе и пространственной. Одна и та же частотнополевая характеристика возможна у различных молекул газа (например, N2O и
Xe),
различных
по
структуре,
но
скоординированных
по
частоте
структурированной водой организма при нормальном давлении.
Нами отмечено, что основные линии в атомном спектре жизненно важных
элементов находятся на уровне длины - 400 ± 37 нм (рис.1). Основные линии в
атомном спектре инертных газов находятся на уровне ≈ 800 ± 27 нм как линии
нейтральных атомов. Чем больше длина волны, тем меньше частота (рис. 2).
λ, нм
1000
800
600
400
200
0
С N
O Na Mg
P S
Cl
K
Ca Mn Fe Co Cu Zn
I
V
Mo Se
Рис. 1. Основные линии в атомном спектре жизненно важных элементов
λ, нм
1200
1000
800
600
400
200
0
Н
Не
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
N
Рис. 2. Основные линии в атомном спектре инертных газов
Механизм биологического действия на биологические, физиологические
функции и показатели основан на том, что при вдыхании ксенона в организме
создаются его кластеры - структуры молекул воды с включенными в их полости
атомов (молекул) инертного газа. При прекращении подачи газовой смеси ксенон
в течение 1-2 мин из организма улетучивается не совершив никаких
метаболических реакций (в связи с инертностью). В русле крови остаются
структурированные им ассоциаты молекул воды, которые за счёт постепенного
ослабления водородных связей производят диссипативное излучение (можно –
ЭМИ
низкочастотное,
низкой
интенсивности
–
на
порядок
ниже
электромагнитного поля Земли), продолжительностью от 6 до ≈ 72 часов. Именно
это излучение активирует все клетки организма, куда способна проникнуть вода, и
заставляет их восстанавливать своё предназначение и функцию. Теоретически и
практически это уже нами доказано, хотя механизм представлен в данном случае
упрощённо.
Основные жизненно важные элементы в биоструктурах участвуют в
реакциях,
где
энергия
их
излучения
используется
для
преодоления
активационного барьера биохимических (биофизических) реакций. Речь идёт о
3
таких реакциях, в которых продукты, необходимые для жизнедеятельности,
выполнения некоторых естественных функций клетки или организма, образуются
из жизненно важных элементов, основные линии в атомном спектре находятся в
пределах 400 ± 37 нм, а состоящие из них биологические молекулы имеют
спектры поглощения и испускания 450 ± 29 нм. Вероятно (табл. 2), эволюционное
развитие предусмотрело, чтобы определённые стадии сложной сети обменных
процессов (метаболизма) обмена веществ и энергии происходили в пределах
границ видимого света (оптического диапазона излучения). Общим для всех
функционально-физиологических реакций является отсутствие повреждений
жизненно важных макромолекулярных и надмолекулярных структур клетки
(Довгуша В.В., Следков А.Ю., 2006; Довгуша В.В. с соавт., 2007)
Например, фотосинтез хлорофилла практически прекращается при λ = 700
нм, хотя полоса поглощения хлорофилла простирается вплоть до 750 нм. Всё это
наводит на мысль о том, что в области красного оптического диапазона (красное
падение) прекращаются (тормозятся) метаболические процессы.
Согласно концепции отечественного исследователя М.В. Фока (1999, 2005)
которую мы во многом разделяем, наркоз инертными газами также связан с их
адсорбцией в углублениях между вершинами трёх дипольных головок молекул
воды на поверхности мембран между ацильными хвостами в мембране или, в
соответствии с размерами, проникают в клетку, что приводит к изменению
трансмембранной разности потенциалов и затуханию импульса по мере его
продвижения по аксону.
На наружной стороне и внутри мембраны нервной клетки биофизическое
действие оказывают наркотики, которые не могут проникнуть внутрь клетки (изза размеров или неспособности пройти липидный бислой). Так, кластеры аргона
располагаются на поверхности мембраны или находятся в её порах. При этом
увеличивается
электрический
импеданс
нервной
ткани,
нарушается
проницаемость мембраны даже для небольших молекул (кислорода, глюкозы и
др.), снижается уровень метаболизма.
Как известно, мембраны клеток пропускают не все частицы (атомы,
молекулы, ионы, катионы). Сквозь цитоплазматическую мембрану сравнительно
4
Таблица 2
Приблизительные резонансные частоты некоторых структур живой клетки
(Абдулкеримов С.А., 2002)
Структура
1
Соматическая КЛЕТКА
млекопитающих
(средний размер)
ЯДРО соматической
клетки (средний
размер)
МИТОХОНДРИЯ из
клетки печени (средний
размер)
ГЕНОМ клетки
человека
(суперструктуированны
й)
ХРОМОСОМА
интерфазная (max
генной активности)
ХРОМОСОМА
метафазная (min генной
активности)
Размеры (в ангстремах)
Длина ТолПерищина
метр
2
3
4
Диаметр ~20 мкм
2х102 А0
Частота
(Гц)
5
6,28х1012
2,39х10-12
(126 мкм)
1,57х105
9,55х1012
4,71х104
3,18х1013
9,42х10-4
(126 мкм)
Диаметр ~5 мкм
1,5х104 А0
Диаметр
~1500 мкм
1,5х104 А0
Длина
волны
(см)
6
1,5х104
1,5х104
6х104
2,5х1013
1,2х10-3
(12 мкм)
1х106
500
2х106
7,5х1011
4х10-2
(400 мкм)
5х104
100
1х105
1,5х1013
2х10-3
(20 мкм)
ДНК хромосомы
(растянутая нить)
5х108
20
3х109
10
ПЕТЛЯ хромосомы
(несколько генов)
4х103
3000
1,4х104
1,07х1014
2,8х10-4
(2,8 мкм)
660
110
1540
9,7х1014
3,08х10-5
(308 мкм)
110
57
334
4,5х1015
6,68х10-6
(66,8 мкм)
204
20
448
3,35х1015
9х10-6
(89,6 мкм)
ГЕН кодирующий
белок с м.в. 50000
(6 нуклеосом)
НУКЛЕОСОМА
(«бусинка» на
хромосоме)
ЛИНКЕРНЫЙ
УЧАСТОК хромосомы
(разделяющий
нуклеосомы)
РИБОСОМА (E.coll)
нмДКН (ДНК-мембранный комплекс)
Диаметр
~180 А0
1000
85
15
2,65х10
565,2
14
6,9х10
2170
5
1,13х10-5
(113 мкм)
4,34х10-5
(434 мкм)
Волновой диапазон
7
ИК диапазон
(далёкий) ИК лучи
(микронные)
ИК диапазон
(далёкий) ИК лучи
(микронные)
ИК диапазон
(далёкий) ИК лучи
(микронные)
ИК диапазон
(далёкий)
ИК излучение
ИК лучи (микронные)
Радиоволны
(переходные)
СВЧ-излучение
ИК диапазон
(далёкий) ИК лучи
(микронные)
Радиоволны
дециметровые
СВЧ-излучение
ИК диапазон
(ближний)
ИК излучение
ИК лучи (микронные)
УФ (ультрафиолет)
УФ лучи (ближние)
УФ (шумановская
область)
УФ диапазон
(далёкий)
УФ (шумановская
область)
УФ диапазон
(далёкий)
УФ (шумановская
область)
УФ диапазон
(далёкий)
Видимое излучение
Видимый свет
(фиолетовый)
легко проходят молекулы воды (диаметр ≈ 2,8 Å), кислорода
(1,3-2,8 Å),
глюкозы и другие мелкие молекулы. Проходят ионы натрия, несмотря на то, что
они окружены гидратной оболочкой [(Na ⋅ Н2О)+ ≈ 4,7 Å]. Практически натриевые
каналы (диаметр около 5,0 Å) недоступны для прохождения ионов калия, хотя
диаметр самого иона К+ равен 2,66 Å. В действительности ион калия
гидратирован, и следовательно, для расчёта его эффективных размеров к
диаметру иона калия прибавляется диаметр молекулы воды (2,8 Å). В итоге
комплексный ион [К ⋅ Н2О]+ сквозь натриевый канал (долгоживущие поры)
пройти не может.
Возможно, что водород, гелий, азот и неон способны проникать внутрь
нервной клетки. Аргон, криптон, ксенон имеют почти одинаковые рёбра
кластеров воды, а именно, 1200 пм (12 Å) и, соответственно, проникнуть внутрь
нервной клетки через мембрану не могут.
Кластер
Хе
или
любого
инертного
газа
является
диссипативным
осциллятором. Его энергия несколько выше тепловой энергии движения молекул
воды и поэтому молекулы воды могут замещаться в углублениях мембраны
нервной клетки подобными кластерами, которые удерживаются дольше, чем
отдельные молекулы Н2О или её ассоциаты.
Основной
частотно-амплитудный
диапазон
возможных
биотропных
параметров взаимодействия сосредоточен в пределах 0,01-1,0 мкТл по амплитуде
и от ≈0,01 до нескольких десятков герц по частоте.
Являясь
диссипативным
низкоинтенсивное
(<kT),
осциллятором,
низкочастотное
кластер
(0,07-3,7
ксенона
Гц),
излучает
нелинейное
поляризованное излучение. По нашим данным излучение происходит на уровне
действия
сверхслабого
(<
5⋅10-6
Тл)
низкочастотного
(<
0,1
Гц)
и
присутствующего магнитного поля Земли (< 5⋅10-5 Тл). Переходы между
различными колебательными модами интерпретируются как образование и распад
(ослабление) водородных связей в кластере (Довгуша В.В. с соавт., 2007).
Для среды с μ = 1 (вода) качественное различие между магнитной
индукцией В и напряжённостью Н магнитного поля исчезает.
6
При внедрении инертного газа в пустоты ассоциата воды, связывающие
пары молекул воды смещаются в сторону атома инертного газа как более
отрицательного элемента. Это смещение приводит к несовпадению центров
положительных и отрицательных зарядов, кластер поляризуется, приобретает
характер диполя. Полярность кластера оценивается величиной момента диполя μ,
представляющего собой произведение расстояния между центрами зарядов
(длины диполя) τ на величину электрического заряда ε. Количественной мерой
поляризуемости кластера наряду с моментом диполя является также эффективный
заряд атома инертного газа (у Хе он наибольший по сравнению с другими
инертными газами).
В кластерах инертных газов электроотрицательность инертного газа
больше, чем электроотрицательность Н2О. В этом случае молекулы воды будут
иметь положительный эффективный заряд >0, но <+1, атом инертного газа –
соответствующий отрицательный заряд.
Чем больше значение эффективного заряда атома приближается к целому
числу (1, 2, 3 и т.д.), тем больше подтверждается, что связи в кластере носят чисто
ионный характер. Ковалентный характер носят только связи самих молекул Н2О.
Между встроенным в ассоциат неполярным атомом инертного
полярными
молекулами
Н2О
возникает
индукционное
газа и
(деформационное)
взаимодействие. При этом электрическое поле полярных молекул воды ассоциата
вызывают смещения центра тяжести зарядов инертного газа и образовывают
диполь, ориентированный своим положительным полюсом к отрицательным
полюсам молекул воды. Электрические поля соответственно ориентированных
молекул Н2О могут вызывать дополнительное смещение центров тяжести зарядов
и
тем
самым
усиливать
дипольное
взаимодействие
(внутрикластерное
ориентационное взаимодействие).
Образовавшийся кластер инертного газа со своим дипольным моментом
обусловливает притяжение соседних аналогичных кластеров, которое проявляется
тем больше, чем больше дипольный момент атомов инертного газа
μ. Чем
больше размер атома инертного газа или чем больше их встраивается в пустоты
ассоциата, тем больше дипольный момент
7
кластера им образованного, тем
сильнее взаимодействие между собой и дипольными молекулами мембраны
нервной клетки.
Для биофизических реакций происходящих в водной среде, только
колебательная энергия базисных атомов (Н2О) обеспечивает преодоление
энергетического барьера, т.к. не происходят ни экзо-, ни эндотермические
реакции. Тем более, что для реагирующих систем, в которых базисные атомы
включают протон или атомы водорода, переваливать через энергетический барьер
вовсе не обязательно. Здесь играют роль квантовые процессы подбарьерного
тунелирования (Бучаченко А.Л., 2007). В этих биофизических реакциях
происходит активация без энергетической накачки (достаточно энергии в
системе).
В
водных
ассоциатах
почти
вся
энергия
сосредоточена
во
внутримолекулярных колебаниях и распределена по колебательным уровням
ассоциата. Запас энергии на колебательных уровнях может быть настолько велик,
что возможно её стимулированное излучение (свечение воды). В жидкостях
формирование и распад водных ассоциатов происходит в окружении соседних
ассоциатов
и
отдельных
молекул
воды
(в
решётке
водородных
и
вандерваальсовых связей) и потому поступающая или излучаемая энергия
затрагивает всю систему. Внедряясь в пустоты ассоциатов воды биологических
жидкостей ксенон синхронизирует их колебания с длинами волн излучения > 800
нм и в зависимости от количества атомов инертного газа в образующихся
кластерах (1,3 или 4) > 850 нм; > 2,47 мкм; > 3,29 мкм, соответственно, вплоть до
волны > 6,58 мкм (8 атомов Хе в кластере).
Время
сохранности
колебательной
энергии,
в
принципе,
порядка
нескольких столкновений (как в газе). В жидкости – ассоциативной с
водородными и вандерваальсовыми связями (сеткой) – это время несколько
увеличено. В биологической жидкости электронное возбуждение ещё более
устойчиво к дезактивационному влиянию соседей (по тем же, но более
выраженным причинам), например,
люциферин и моцефераза. В жидкостях
вращательная энергия и угловой момент теряются мгновенно – отбираются
сеткой связей.
8
После выведения Хе из ассоциата воды, последний также продолжает
воспроизводить диссипативное излучение, но с несколько более высокими
частотами по отношению к кластерам. В атомных системах большая величина
излучённого кванта означает более высокую частоту колебаний и наоборот.
Частота в постксеноновом ассоциате значительно выше за счёт удаления из его
состава атома (-ов) ксенона с относительной атомной массой 131,29 (Довгуша
В.В. с соавт., 2007).
Необходимо различать непосредственные эффекты ксенона (его водных
структур – кластеров) и постксеноновые (водных ассоциатов).
Непосредственные эффекты ксенона используются при проведении
анестезии, наркоза, лечении алкогольной и наркотической зависимости,
онкологии и др.
Эффекты последствия ксенона способствуют ускорению лечения
заболеваний (язвы желудка, панкреатитов, гепатитов и т.п.) в 2-2,5 раза,
повышению выносливости спортсменов (без допинга).
Оба эффекта используются, например, при геронтологии, снятии
хронической усталости и стресса.
Результаты применения восстановительной терапии у группы пациентов с
синдромом хронической усталости и различной сопутствующей соматической
патологией
приведены
в
таблице
3,
в
которой
показана
динамика
(+ положительная) жизненно важных функций и реабилитационных показателей
соматической патологии в течение курса постксенонотерапии (патент № 2305565
от 10.09.2007).
Клинические
результаты
показали,
что
после
первых
сеансов
ксенонотерапии (как правило, - 3 дня) может отмечаться хаотическое изменение
разных количественных и качественных показателей состояния организма,
особенно биохимических показателей крови. С третьих суток отмечаются
дезинтоксикационные проявления организма; изменяется состав желчи, мочи, на
коже возможны высыпания, вплоть до гнойничковых, свидетельствующих о
выводе из организма токсических веществ.
9
Таблица 3
Динамика жизненно важных функций и реабилитационных показателей
общесоматической патологии после дыхания кислородной смесью
Показатели
Стабилизация показателей
гемодинамики (всесистемная
стабилизация)
Газообмен
ЭКГ
Биохимия крови
Артериальное давление
Увеличение объёма кратковременной памяти
Снижает эффективные дозы
(суммарные) психофармпрепаратов
1
2
+ +
Повышение эффективности
принимаемых медикаментов
Восстановление нарушений сна
Коррекция астеновегетативных расстройств
Нормализация и синхронизация
ритма ЭЭГ
Нормализация церебральной
гемодинамики
Сутки лечения
3 4 5 6 7 8 9
10
+ + + + +
+
+
+
+
+
+ +
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ + + + + +
+
+
+ + + + + +
+
Примечание
На 30-40 % от фона
С 3-го дня уменьшение дозы в 2 раза.
С 5-го дня возможен
отказ от фармпрепаратов.
Отчётливый
эффект
50
%
+ + + +
+
+ + + + +
+
До 80 % по сравнению
с фоном
+
+ + + + + +
+
Снижение тонуса
сосудов в 80 %,
повышение
амплитуды РЭГ
Стабилизирует скорость
метаболических процессов
Уменьшает токсикоз от приёма
химиопрепаратов и сокращает
их дозу
Активация клеток, центров
биоритмов головного мозга
Маркеры активности
токсичности гепатита
Положительная динамика АСТ
+
+ + + + + +
+
+
+ + + + + +
+
+
+ + + + + +
+
+ + + + +
+
В контрольной группе
– 10-15 сутки лечения
+
+ + + + + +
+
Положительная динамика АЛТ
+
+ + + + + +
+
Динамика биллирубина
+
+ + + + + +
+
Снижение на 4-й день
в 4 раза (по сравнению с исходными)
Снижение на 4-й день
в 2,5 раза
Снижение на 3-й день
в 2 раза, на 5-й в
четыре раза
+
10
Область применения (цели):
- профилактика заболеваний (повышение резистентности);
- сокращение (в 1,5-2,0 раза) сроков лечения общесоматических
болезней;
-
реабилитация (ускоренный вывод) из состояния стресса, при
авариях, боевой травме;
- при подготовке к плановым оперативным вмешательствам;
- в машинах скорой помощи (снятие болевого стресса);
- снятие хронического утомления, боевого стресса;
- возможен (не исследовано) хороший эффект при онкозаболеваниях
и СПИДе;
- имеются первые данные об эффективности при лечении гепатита С,
без применения фармакологических средств;
- возможность лечения резистентных к общепринятой терапии
заболеваний.
Перспективные направления (эффекты): может использоваться во
всех учреждениях здравоохранения на доклиническом и стационарном
этапах; в спортивной медицине (отсутствует антидопинговый эффект);
космической медицине, на подводных лодках и глубоководных аппаратах
по освоению шельфа (нефтегазодобывающая отрасль).
Литература
1. Аббулкеримов С.А. Экология продольных волн. –М.: Изд-во МГУ леса.
-2002. – 196 с.
2. Бучаченко А.Л. Новая изотопия в химии и биологии. –М.: -2007, Наука.
– 190 с.
3. Довгуша В.В., Фок М.В., Зарицкая Г.А. Возможный молекулярный механизм
наркотического действия инертных газов // Биофизика, 2005, Т.50, вып. 5.
С. 903-908.
4. Довгуша В.В., Следков А.Ю.
-СПб.: 2006. 102 с.
Индифферентные газы, рецепция и наркоз.
5. Довгуша В.В., Лехтлаан-Тыниссон Н.П., Довгуша Л.В. Вода – привычная и
парадоксальная. –СПб.: -2007. – 242 с.
6. Фок М.В., Зарицкий А.Р., Зарицкая Г.А., Переведенцева Е.В. Авторегуляция
неспецифической проницаемости мембраны эритроцита. –М.: Наука, 1999.
75 с.
11