Исследования взаимодействия электромагнитных волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов с биологическими объектами

1989

О МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМАХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С БЕЛКАМИ И ДНК. ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ

Малеев В. Я., Кашпур В. А.

3-10

Обсуждены литературные и оригинальные данные, относящиеся к теоретическому и экспериментальному изучению колебательных состояний белков и ДНК в интервале частот, включающем сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые волны. Анализ этих данных показал, что хотя теория предсказывает существование различного рода колебаний в этих биополимерах, частоты которых попадают в указанные диапазоны электромагнитных волн, экспериментально такие колебания, как правило, не обнаруживаются. По мнению авторов, для существования острых резонансов в этих биополимерах вообще нет достаточно разумных физических оснований. Что же касается «нормальных» резонансных эффектов (с добротностями порядка 10-100), то такая ситуация в принципе возможна, но для надежного обнаружения таких колебаний требуются дальнейшая разработка чувствительных экспериментальных методов, способных выделить искомые эффекты на фоне преобладающего поглощения водой, и развитие теоретических моделей, максимально учитывающих реальные экспериментальные условия.

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ РАСТВОРОВ БИОМАТЕРИАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Глибицкий Г. М., Кашпур В. А.

10-14

Разработан диэлектрометр миллиметрового диапазона, предназначенный для изучения биоматериалов в температурном интервале 5-90 °С. Измерения комплексной диэлектрической проницаемости производятся волноводным мостовым методом при использовании кюветы переменной толщины. Непосредственно определяемыми величинами являются поглощения и фазовая постоянная. Точность измерений составляет 2-3 %. С помощью данного диэлектрометра исследованы диэлектрические свойства воды и водных растворов некоторых биологических веществ в диапазоне длин волн 6-8 мм и температурном интервале 20-80 °С.

НОВЫЙ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ БИООБЪЕКТОВ

Банников В. С., Веденский О. Ю., Ермак Г. П., Абраменко И. С., Колесник О. Л., Скрынник Б. К., Шестопалов В. П.

15-20

Предложен метод контроля функционального состояния биообъектов с помощью автодинного генератора дифракционного излучения. Проведено экспериментальное исследование характеристик рассеивания СВЧ сигналов сетчаткой глаза Rana temporaria при воздействии светового стимула.

СПИНОВЫЙ МЕХАНИЗМ ВЛИЯНИЯ МИЛЛИМЕТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Шияновский С. В.

20-29

Исследована кинетика заселенности триплетных подуровней промежуточных продуктов биохимических реакций в процессе облучения с учетом спин-решеточной релаксации. Определены вклады вращения молекул и постоянного магнитного поля в интенсивность межуровневых переходов. Показано, что влияние миллиметрового излучения на организмы через спиновую подсистему возможно только в металлоорганических комплексах ионов переходных металлов.

РЕАКЦИЯ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ НА ДЕЙСТВИЕ РАДИОВОЛН МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Шестопалова Н. Г., Головина Л. Н., Петрушин А. А., Корнеенков В. К.

29-34

Приведены данные экспериментальных исследований взаимосвязанных показателей, отражающих изменение физиолого-генетической активности клеток растений после действия радиоволн мм диапазона.

ПРИМЕНЕНИЕ МИЛЛИМЕТРОВОЙ ДИЭЛЕКТРОМЕТРИИ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ

Малая Л. Т., Щеголева Т. Ю., Бахова Л. К.

35-40

Работа посвящена сопоставлению результатов исследования методом СВЧ диэлектрометрии молекулярного механизма повреждения аденилатциклазной системы эритроцитов при развитии сердечно-сосудистой патологии с клиническими проявлениями.

ОБ ЭФФЕКТАХ ВОЗДЕЙСТВИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

Сериков А. А., Христофоров Л. Н.

41-50

Проведен теоретический анализ возможных механизмов взаимодействия микроволнового электромагнитного излучения с биологическими макромолекулами. Показано, что эксперименты по биологическому действию слабых СВЧ полей можно объяснить в предположении добротности дипольно-активных колебаний в биополимерах, превышающей значения 10³-10⁴. Высказаны соображения о возможной причине столь высоких добротностей колебаний в активных центрах глобулярных биомолекул.

ЭПВ - СПЕКТРОМЕТР ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН 4-1,5 ММ

Ворсуль К. В., Смирнова Т. А., Черпак Н. Т.

51-53

Описан спектрометр бегущей волны для исследования ЭПР спектров кристаллов в диапазоне длин волн = 4-1.5 мм, в интервале температур 1,7-10 К в магнитных полях до 30 кЭ.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗОГРЕВ КРИОКОНСЕРВИРОВАННЫХ КЛЕТОЧНЫХ СУСПЕНЗИЙ В САНТИМЕТРОВОМ И МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНАХ

Бобрышев В. Д., Снурников А. С., Швед В. Б.

53-58

Рассмотрена математическая модель, описывающая процесс диэлектрического разогрева двухфазной системы, состоящей из жидких сферических включений и ледяной матрицы, которая по электрофизическим и теплофизическим характеристикам приближается к реальной криобиологической системе. Показано, что в сантиметровой области СВЧ диапазона диэлектрический разогрев криоконсервированных клеточных суспензий приводит к значительным локальным перегревам в фазовых неоднородностях. Максимум локального перегрева соответствует частотам порядка 50 ГГц, при дальнейшем повышении частоты значение локального перегрева падает. Область применения - криобиология.

О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ВИБРОННО ВОЗБУЖДЕННЫХ БИОПОЛИМЕРОВ С ВНЕШНИМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ

Гайдидей Ю. Б.

58-66

Излагаются результаты исследований воздействия электромагнитных полей на биополимеры, находящиеся в возбужденных состояниях. Проанализированы конфигурации пептидных групп в -спиральных биополимерах. Показана возможность управления ими внешним электрическим полем. Изучены самосогласованные состояния внутримолекулярных возбуждений с ориентационными колебаниями пептидных групп. Показано существование трех типов самосогласованных состояний, одно из которых автолокализованное эксимерное, а два других – экситонные (солитонные при учете взаимодействия с деформационными степенями свободы). Проанализированы особенности взаимодействия электромагнитных волн с данными возбужденными состояниями.

ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОЦЕССЫ УПОРЯДОЧЕНИЯ В СРЕДАХ С БИОХИМИЧЕСКИМИ РЕАКЦИЯМИ

Чалый А. В.

66-74

Рассмотрено влияние электромагнитного поля на процесс образования упорядоченных структур в системе с биохимическими реакциями. Определено изменение критических параметров вещества в зависимости от характеристик электромагнитного поля и электродинамических свойств вещества. Доказана возможность перехода физико-химической системы под действием электромагнитного излучения СВЧ или КВЧ диапазонов в упорядоченное состояние. Получены критерии и численные оценки, характеризующие этот переход.

КОНТРАСТИРОВАНИЕ ЗОН ХОЛОДОВОЙ НЕКРОТИЗАЦИИ В СОЧЕТАНИИ С МИКРОВОЛНОВЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

Швед Б. В., Бобрышев В. Д.

74-77

Предлагается использовать СВЧ излучение, предпочтительно миллиметрового диапазона, для снижения эффекта холодового повреждения здоровых тканей при криодеструкции патологических новообразований. В основу положено существенное различие в коэффициентах поглощения СВЧ для замороженных и незамороженных зон. Используя принятую математическую модель, описывающую процесс замораживания при криодеструкции, на конкретных примерах показано существенное снижение эффекта холодового повреждения здоровых тканей в случае, когда сквозь замороженную зону подается СВЧ излучение миллиметрового диапазона. Область применения - криохирургия.

ВОЗМОЖНЫЙ МЕХАНИЗМ РАБОТЫ СИНАПСА КАК НЕРАВНОВЕСНОЙ СИСТЕМЫ, ВОСПРИИМЧИВОЙ К ВЛИЯНИЮ ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Радченко Д. Г., Слабкая И. А.

77-85

На основе анализа экспериментальных фактов предложена математическая модель, устраняющая известные противоречия при трактовке механизмов синаптической передачи. В основу ее положена гипотеза о взаимосвязанности кратковременного изменения проводимости ионных каналов при генерации потенциала действия и так называемого фазового расслоения в примембранной области. Последнее явление обусловливает кооперативный характер протекающих процессов и в ряде случаев приводит к резкому повышению восприимчивости системы к воздействию внешних факторов.

АБСОРБЦИОННЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ

Ордынец А. Г.

85-91

Предложен новый физический метод исследования спектральных неоднородностей в биологических средах. В его основу положена регистрация оптико-акустических процессов, сопровождающих взаимодействия частотно-модулированного излучения со спектрально-неоднородной средой. Теоретически и экспериментально на модельном объекте показаны основные особенности и преимущества метода по отношению к существующим. Область применения - исследование резонансных эффектов взаимодействия микроволнового излучения с биологическими средами.

ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КВЧ ДИАПАЗОНА НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЖНЫХ ПОКРОВОВ

Соломонов В. И., Писанко О. И., Мосежный А. Е., Кириченко Г. И., Туранский В. П.

91-95

Приводятся сведения о влиянии низкоинтенсивного излучения КВЧ диапазона на оптические свойства кожных покровов в зоне биологически активных точек человека. Вследствие влияния низкоинтенсивного ЭМИ показано, что оно приводит к изменению оптических свойств БАТ, которое связано с увеличением объемного кровотока в этих зонах кожных покровов.

ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КВЧ ДИАПАЗОНА НА ТЕПЛОПРОДУКЦИЮ ЭПИГАСТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ

Соломонов В. И., Писанко О. И., Мосежный А. Е., Кириченко Г. И., Туранский В. П.

96-97

Приводятся сведения о влиянии низкоинтенсивного излучения КВЧ диапазона на теплопродукцию эпигастральной области у ряда больных гастроэнтерологического профиля. Показано, что воздействие ЭМИ на биологически активные зона человека приводит к изменению теплопродукции эпигастральной зоны человека, где проецируются основные органы пищеварения: печень, желудок, поджелудочная железа.

НИЗКОИНТЕНСИВНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ КВЧ ДИАПАЗОНА В КОМПЛЕКСНОМ КУРОРТНОМ ЛЕЧЕНИИ ЯЗВЕННОЙ БОЛЕЗНИ

Зелинский Н. Л., Писанко О. И.

97-104

Содержатся данные о влиянии электромагнитного излучения КВЧ диапазона на интактных животных и при экспериментальной язве желудка, а также исследован его терапевтический эффект. Установлено, что данный физический фактор и сочетание его с пелоидотерапией показан в комплексном санаторно-курортном лечении больных язвенной болезнью, так как воздействует на ряд местных механизмов, участвующих в развитии язвообразования – нарушении ощелачивания в двенадцатиперстной кишке и изменении процессов репарации в гастродуоденальной зоне.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ РАДИОВОЛН

Искин В. Д.

104-110

Указываются наиболее перспективные области применения КВЧ излучения в сельском хозяйстве. Формулируются основные технические задачи, вытекающие из анализа существующего состояния проблемы и определяющие в своей совокупности актуальное научное направление. Предлагаются новые методы к проведению экспериментальных исследований, основанные на кратком библиографическом обзоре опубликованных автором работ.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СТЕРЖНЯ В ВОДЕ

Искин В. Д., Буткус Г. Т., Бутенко А. В., Медведовский А. В.

111-123

Рассматривается излучатель для исследования биологических систем. Излучатель представляет собой радиопрозрачный стержень прямоугольного сечения, погруженный в воду. Приведены зависимости амплитуды КВЧ поля от всех трех координат вблизи поверхности стержня, измеренные с помощью специального зонда. Показано, что покрытие поверхности излучателя тонким проводящим слоем позволяет регулировать продольный коэффициент затухания КВЧ поля и реализовать ряд новых экспериментальных методик, основанных на поиске корреляции между амплитудой электромагнитного поля и свойствами биологических систем.

ВЛИЯНИЕ НЕРОВНОСТЕЙ ЗЕМНЫХ ПОКРОВОВ НА РАССЕЯНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ РАДИОВОЛН

Андреев Г. А., Гладышев Г. А.

123-131

При обработке и интерпретации получаемой с систем дистанционного зондирования информации существенным оказывается влияние неровностей земных покровов на их тепловое излучение и рассеяние излучения толщи атмосферы. В работе приведены количественные оценки этого влияния на основе использования плоского альбедо и интегрального коэффициента рассеяния теплового излучения толщи атмосферы. Получены соотношения, описывающие контрасты радиотеплового поля различных типов покровов. Результаты, представленные в работе, позволяют проводить оперативную обработку и интерпретацию данных агромониторинга в системах автоматизированного управления сельскохозяйственными комплексами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЧВ ПО ДИСТАНЦИОННЫМ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ ТЕПЛОВОГО РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Андреев Г. А. , Агратин С. Г., Гладышев Г. А., Станкевич О. К.

132-138

Описан метод определения температуры почв по дистанционным поляризационным измерениям теплового радиоизлучения. В радиодиапазоне из выражения для коэффициентов Френеля получается поляризационное соотношение коэффициентов излучения, которое для гладких покровов при угле наблюдения 45° переходит в инвариант: . Однако на практике необходимо учитывать неровности поверхности и подсвечивающее излучение толщи атмосферы. Полученные выражения для их учета дают возможность определения относительной погрешности измерений температуры. Ошибка в определении температуры при среднеквадратичном тангенсе угла наклона 0,2 составляет – 8 %, максимальная погрешность при учете излучения толщи атмосферы – 16 К. Для отработки методики измерений был проведен эксперимент. Излучение покрова принималось радиометром на волне 8 мм. В результате измерений получена температура, отличная от реальной на 2,5 К, что удовлетворительно согласуется с теоретическими расчетами.

БИОФИЗИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ СКОРОСТИ ПОТОКА И ДАВЛЕНИЯ

Зверев В. В., Ермак Г. П., Россихин В. В., Алексеевский С. Д.

138-142

Описан биофизический комплекс для определения объемной скорости потока биологических жидкостей и давления в полых органах млекопитающих и человека.