/Экологический мониторинг

Баран Б.А., Голонжка В.Н., Хрящевский В.Н.

Хмельницкий национальный университет

АНТРОПОГЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И БИОСИСТЕМЫ

Значительные отклонения напряженностей электромагнитных полей (ЭМП) от естественного уровня в бóльшую или меньшую стороны выходят за границы оптимума жизнедеятельности живых организмов и являются стрессорным фактором. Об этом свидетельствуют большое количество экспериментальных работ. Так, при полном экранировании геомагнитного поля изменяется скорость размножения некоторых микроорганизмов, наблюдаются нарушения процессов жизнедеятельности, такие, как атипический рост клеток и тканей, изменения морфологии и функций органов животных [1,2].

Экспериментальным путем было установлено [3], что после действия магнитного (электромагнитного) поля на воду её физико-химические свойства существенно изменяются. Скорость окислительно-восстановительных химических реакций возрастает, а скорость реакций гидролиза замедляется. Однако, поскольку в научной литературе отсуствуют данные о влиянии ЭМП на живые организмы на молекулярном уровне, в данной работе мы исследовали действие микроволнового излучения в диапазоне частот, при которых работают мобильные телефоны, на скорость биохимических реакций в водной среде. Интерес представляют биохимические реакции, протекающие с участием тиоловых соединений, поскольку с ними связаны многие биологические процессы: клеточное деление, проницаемость клеточных мембран, активность ферментов, функции рецепторов и т.д. Участие тиолов в механизме сопряженного окисления в цитохромной системе с фосфориллированием аденозинтрифосфата может иметь непосредственное отношение к биохимическому механизму нарушения функций центральной нервной системы. Тиоктовая кислота принимает участие во многих биохимических процессах живых организмов, в том числе человека. Источником электромагнитного излучения служил генератор высокочастотных сигналов Г4-144 с выходной мощностью 1,5 Вт. Облучению в цилиндрическом резонаторе при резонансной частоте 788 МГц подвергали только дистиллированную воду, в среде которой исследовали кинетику указанной реакции.

Результаты опытов показали, что эффективная константа скорости окисления тиоктовой кислоты йодом в обработанной таким образом воде возросла в 2,2 раза, по сравнению с котрольным раствором. В других опытах дистиллированную воду выдерживали в микроволновой печи при определенных режимах её работы на протяжении 10 мин, после чего охлаждали до комнатной температуры. В результате опытов оказалось, что после оброботки раствора крахмала при мощности 560 Вт скорость реакции гидролиза крахмала в присутствии фермента амилазы, по сравнению со скоростью в контрольном растворе, уменшается в 1,5 раза, а при мощности 400 Вт – в 1,3 раза. Аналогично происходит и уменьшение скорости кислотного гидролиза сахарозы. Это означает замедление всех процессов гидролиза в организме человека, в том числе и ферментативного гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) после употребления жидких продуктов, обработанных в микроволновой печи. АТФ играет чрезвычайно важную роль в энергетике живых организмов, она принимает участие во многих метаболических реакциях в клетках гетеротропных организмов.

Геомагнитные возмущения (магнитные бури), или ЭМП техногенного происхождения нарушают временную последовательность информационных сигналов, которые организм использует для согласования ритмики биологических процессов с ритмикой окружающей среды. Наиболее чувствительными к воздействию ЭМП являются нейродинамические процессы, прямо или косвенно переключающие хронобиологические процессы организма на патологический или стрессовый режим. В основании важнейших биологических процессов, таких как генерация биоритмов, лежат колебательные биохимические реакции. Биохимические колебания на субклеточном уровне характеризуются прежде всего наличием ферментативной регуляции: периодичность синтеза фермента обусловлена генетическими регуляторными механизмами, а периодичность ферментативной активности связана с регуляцией на уровне самого фермента [4]. Это обусловило постановку экспериментов по влиянию ЭМП на кинетику автоколебательной реакции. В качестве модели была избрана реакция Белоусова-Жаботинского – окисление лимонной кислоты броматом калия в присутствии пары Се⁴⁺ - Се³⁺ (катализатор). Оказалось, что вследствие электромагнитной обработки раствора изменяется амплитуда и период колебаний (рис.1). Применительно к живым системам такое явление определяет дисфункцию в работе клетки и, следовательно, всего организма.

Рис.1. Зависимость потенциала точечного платинового электрода относительно хлорсеребрянного от времени при окислении лимонной кислоты броматом калия пероксидом водорода при 298,3 К (1 – контрольный раствор; 2 – омагниченный раствор)

Известно, что в основе механизма краткосрочной памяти лежит реверберация импульсов по замкнутым нейронным цепям. Очевидно, при действии ЭМП происходит рассогласование порядка включения структур (коры больших полушарий головного мозга, гипоталамуса, хвостатого ядра, таламических ядер и др.), обеспечивающих реализацию данного поведенческого акта. В результате нарушаются механизмы обратной афферентации и, как следствие, животные (человек) не могут правильно оценить конечный результат совершаемого поведенческого акта. Во время действия поля при реализации ориентировочного рефлекса страдают в первую очередь обстановочная афферентация и аппараты памяти.

Относительно проблемы злокачественных новообразований, согласно современных представлений перерождение нормальной ткани в раковую можно описать следующим образом [4]. Различные белки, принимающие участие в межклеточных взаимодействиях, генетически детерминированы. Любое возбуждение такого генетического контроля, как “спонтанное” (например, за счет соматических мутаций), так и обусловленное внешними факторами (физическими, химическими или биологическими), может привести к возникновению клеток с аномальным набором белков. Такие флуктуации связаны с молекулярными превращениями на уровне отдельной клетки.

Давно известно, что ритмическая активность является неотъемлемым свойством мозга и центральной нервной системы, иллюстрацией этого является любая электроэнцефалограмма. На современном этапе при изучении деятельности мозга и центральной нервной системы основное внимание уделяют пространственно-временным свойствам химических эффекторов. Поскольку большая часть этих веществ имеет электрический заряд, между химическими и электрическими процессами возникает непосредственное сопряжение и даже слабое ЭМП может привести к возмущению в работе такой системы.

Исследования В.П. Казначеева [5] 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. Однако, такое предположение является слишком общим. По мнению большинства исследователей непосредственным носителем информации в живых организмах является вода. Сама вода является источником сверхслабого и слабого переменного электромагнитного излучения. В воде может произойти индукция электромагнитного поля, изменяющего структурно-информационные характеристики биологических объектов. Из-за наличия водородных связей вода является самоорганизующейся системой. Чем выше в воде содержание кластеров, т.е., чем более упорядочена её структура, тем более она способна сама себя воспроизводить, что и наблюдается в живых организмах.

В целом результаты наших опытов, так и данные других исследователей показали, что ЭМП может вызывать как ускорение, так и замедление биохимических реакций. В обоих случаях это приводит к нарушению нормальной работы организма человека и может вызывать те или иные заболевания. Это определяет проблему нормирования воздействия антропогенного электромагнитного поля на природные экосистемы. Известно, что некоторые живые организмы обладают бóльшей чувствительностью к ЭМП по сравнению с человеком [6]. В этом случае обоснованность принятия в качестве предельно допустимых уровней, установленных для человека является спорным. Более того, резистентность отдельных людей к тем или иным факторам воздействия неодинакова. В медицине даже существует термин «метеозависимость». Безопасность экосистемы определяется близостью ее состояния к границам устойчивости. Основным критерием экологического нормирования ЭМП может служить положение, в соответствии с которым безопасным для экосистемы считается ЭМП такой интенсивности, при которой возможна потеря отдельной особи при обязательном условии сохранения стабильности экосистемы. За предельно допустимые условия (ПДУ) надо принимать биологически обоснованные уровни, установленные в результате физических, физиологических, клинических, биохимических и других исследований на биологических объектах.

Этот подход является наиболее правильным, так как ПДУ определяется на основе комплексных исследований с оценкой последствий влияния ЭМП на жизнедеятельность видов и сообществ различной организации. Перенесение требований нормативных документов, разработанных для человека, на экосистемы в целом представляется чрезмерным приближением, даже при условии введения соответствующих поправочных коэффициентов, т. к. характер воздействия ЭМП определенного типа на представителей флоры и фауны может радикально отличаться от характера его воздействия человека.

Литература

1. Холодов Ю. А. Реакции нервной системы на электромагнитные поля. М.: Наука, 1975. …с

2. Подковкин В. Г. Особенности гормонально-медиаторной регуляции организма в условиях изолированного и комбинированного действия различных неионизирующих факторов окружающей среды (геомагнитное поле, постоянное магнитное поле, электромагнитное излучение). Автореферат диссертации на соис. уч.ст. д.б.н. Москва, 1994, 39 стр.

3. Баран Б.А. Фізико-хімічне обгрунтування дії магнітного поля на водні розчини для розробки систем техногенно-екологічної безпеки. Дис. …д-ра хім. наук: 21.06.01. – Хмельницький, 2006. – 326 с.

4. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. – М.: Мир, 1979. – 512 с.

5. Казначеев В.П., Михайлова Л.П. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. - Новосибирск: Наука, 1985. – 180 с.

6. Темурьянц Н. А., Владимирский Б. М., Тишкин О. Г. Сверхнизкочастотные электромагнитные сигналы в биологическом мире. – Киев: Наук. думка, 1992. 188 с.