ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ СВОЙСТВ КЛЕТОК ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ С ПОМОЩЬЮ РАДИОФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВСТРЕЧНЫХ АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВОЛН

Уже достаточно давно исследователи электромагнитных волн заметили их способность влиять на живые организмы. Особенно привлекает внимание диапазон миллиметровых радиоволн (1…10 мм). Электромагнитное излучение (ЭМИ) данного диапазона (крайне высоких частот (КВЧ)) невероятно положительно воздействует на живые организмы с нарушенными показателями жизнедеятельности.

Как показали исследования [1, 2], объяснить терапевтическое действие КВЧ излучения нагревом тканей нельзя, так как биологический эффект излучения не зависит от его плотности потока мощности, а орган или система претерпевающие изменения могут находиться на таком расстоянии от облучаемого места, что плотность потока мощности излучения там уменьшается на порядок.

Всё это и резонансный характер биологического действия подтолкнуло исследователей к выводу о том, что ЭМИ-сигналы создаются и используются для определённых целей самим организмом, а внешнее облучение лишь имитирует эти сигналы.

Одним из первых, кто высказал предположение о генерировании живыми организмами когерентных колебаний, был Г. Фрёлих [3]. Сравнив толщину мембраны живых клеток и длину волны акустических волн, он пришёл к выводу, что ЭМИ может вызывать в различных участках мембраны акустические колебания.

В работе [4] приведена радиофизическая модель резонансных явлений в живой клетке, в основе которой положено возбуждение встречных волн в липидной мембране. Апробирование модели произведено на основе экспериментальной зависимости изменения от длины волны относительного числа кариоцитов у мышей после воздействия ЭМИ и последующего рентгеновского облучения [1].

Данная модель позволяет получить скрытую информацию в резонансных характеристиках, полученных экспериментально, (например длину пути встречных акустоэлектрических волн в липидной мембране).

Однако, несмотря на то, что расчёты, проведённые в работе [4] на основе предложенной модели, позволили получить резонансную характеристику, совпадающую с экспериментальной, утверждать о правильности модели нельзя. Для того чтобы удостовериться в её верности необходимо её проверить на других резонансных характеристиках, полученных экспериментальным путём.

Целью данной работы является подтверждение приведённой в [4] радиофизической модели резонансных явлений в липидных мембранах клеток путём её апробирования на нескольких резонансных характеристиках, полученных экспериментально.

Исследуемая модель позволяет вычислить примерный диаметр облучаемой клетки. Это даёт возможность сравнить рассчитанное значение с действительным и оценить точность модели.

Согласно [4] периметр облучаемой клетки L находится по формуле

                                                                        (1)

где V – скорость распространения акустоэлектрических колебаний в мембране клетки (в работе [4] принята равной );

 – полоса частот между двумя соседними резонансными частотами, определяемыми по экспериментально полученной зависимости.

Для упрощения расчётов будем считать, что клетка имеет симметричную форму, поэтому формула для нахождения её диаметра d следующая

                                               (2)

Сначала проделам расчёт диаметра облучаемой клетки на основе экспериментальной зависимости коэффициента синтеза колицина от длины волны ЭМИ [1] (рис. 1).

Рисунок 1. Зависимость коэффициента индукции синтеза колицина от длины волны ЭМИ [1]

Рассмотрим два соседних резонанса

Для них резонансные частоты

Диаметр клетки

Колицин относится к особому роду веществ – бактериоцинов, способных вызывать гибель бактерий того же вида или близких видов. Колицин продуцируется кишечными палочками [5].

Типовым видом кишечных палочек является Escherichiacoli. Это мелкие палочки размером 2-3 на 0,5-0,7 мкм [6]. Отсюда следует, что расчётное значение диаметра (0,73 мкм) вполне соответствует действительным размерам кишечных палочек.

Проделаем те же расчёты для зависимости нормированной скорости роста культуры дрожжей от частоты воздействующего излучения [2] (рис. 2). 

Рисунок 2. Зависимость нормированной скорости роста культуры дрожжей от частоты воздействующего излучения f [2]

Рассмотрим два соседних резонанса.

Диаметр клетки

Клетки дрожжей имеют овальную, яйцевидную и эллиптическую форму, несколько реже встречаются палочковидные и грушевидные. Размеры клеток дрожжей колеблются примерно от 2,5 до 10 мкм в поперечнике и от 4 до 20 мкм в длину [7]. Рассчитанный диаметр (8 мкм) соответствует средним размерам дрожжевых клеток.

Таким образом, апробирование исследуемой модели на экспериментальных резонансных характеристиках, а именно вычисление диаметра облучаемых клеток, показало, что она действительно позволяет вычислить их примерные размеры, а это означает, что данная модель может быть использована для изучения процессов происходящих в липидной мембране под действием КВЧ облучения.

Список литературы:

1. Научная сессия общей физики и астрономии АН СССР (17-18 января 1973 г.) // Успехи физических наук. – 1973. – Т. 110, вып. 3. – С. 456-460.
2. Grundler, W. Sharp Resonances in Yeast Growth Prove Nonthermal Sensitivity in Microwaves / W. Grundler, F. Keilmann // Phys. Rev. Letters. – 1983. – Vol. 51, N 13. – P. 1214-1216.
3. Frohlich, H. The Biological Effects of Microwaves and Related Questions / H. Frohlich // Advances in Electronics and Electron Physics. – 1980. – Vol. 53. – P. 85-152.
4. Домаков, А. И. Радиофизическая модель резонансных явлений в липидных мембранах клеток / А. И Домаков, А. Г. Кузьмин // СВЧ–технологии в медицине. Часть II: Биофизические основы СВЧ-технологий: учебное пособие / А. И Домаков, А. Г. Кузьмин; Вологодский государственный ун-т. – Вологда, 2017. – С. 74-86.
5. Борисов, Л. Б. Генетика микроорганизмов / Л. Б. Борисов // Медицинская микробиология, вирусология, иммунология: учебник / Л. Б. Борисов. – Москва, 2005. – С. 92-120.
6. Красникова, Л. В. Микробиологические критерии безопасности пищевых продуктов / Л. В. Красникова, П. И. Гунькова // Микробиологическая безопасность пищевого сырья и готовой продукции: учебно-методическое пособие / Л. В. Красникова, П. И. Гунькова. – Санкт-Петербург, 2014. – С. 4-22.
7. Меледина, Т. В. Морфология дрожжей / Т. В. Меледина, С. Г. Давыденко // Дрожжи Saccharomycescerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм: учебное пособие / Т. В. Меледина, С. Г. Давыденко. – Санкт-Петербург, 2015. – С. 8-31.