Б.А. Баран, Г.Т.Бубенщикова, В.М.Хрящевський

ВПЛИВ ОДНОЧАСНОЇ ДІЇ МАГНІТНОГО ТА ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛІВ НА КІНЕТИКУ БІОХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Науково-технічний прогрес суттєво змінює довкілля, зокрема це стосується електромагнітного фону. З кожним роком у всіх країнах світу зростають енергопотужності, внаслідок чого електромагнітне поле (ЕМП) антропогенного походження стало значимим екологічним фактором з високою біологічною активністю. В 1995 році Всесвітньою Організацією Охорони Здоров’я навіть був введений термін “глобальне електромагнітне забруднення довкілля”.

В більшості робіт з впливу магнітного (електромагнітного) поля на біологічні системи вода розглядається, як майже нейтральний розчинник, в якому проходять біохімічні реакції. Однак, вода приймає безпосередню участь в обміні речовин, які лежать в основі всіх процесів життєдіяльності. Наприклад, основні компоненти їжі – білки, жири та вуглеводи повинні бути розщеплені на дрібніші фрагменти. Це відбувається в результаті гідролізу – взаємодії цих сполук з водою. Суттєва доля енергетичних процесів в клітинах організму забезпечується молекулами аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Для здійснення будь-якого акту життєдіяльності, наприклад, м’язового скорочення, молекула АТФ повинна розділитися на два фрагменти – аденозиндифосфорну кислоту (АДФ) та фосфатний залишок, тобто, також вступити в реакцію гідролізу. А щоб запасти енергію в молекулі АТФ, її необхідно синтезувати, з’єднавши молекулу АДФ із залишком фосфорної кислоти, при цьому молекула води виділяється. Кінетика таких процесів буде залежати від енергетичного стану води в першому і другому випадку. На діяльність клітин, окремих органів та перебіг біохімічних реакцій виявляють значний вплив ЕМП як надвисокочастотного, так і інфранизькочастотного діапазонів.

На підставі цього в даній роботі основна увага приділяється впливу магнітних та електричних полів власне на воду. В якості модельної біохімічної реакції було вибрано окиснення тіоктової (ліпоєвої) кислоти, яка приймає участь в багатьох біохімічних процесах живих організмів.

Досліди проводили наступним чином. Дистильована вода за допомогою поршневого дозатора А-2 циркулювала через електромагнітний пристрій протягом 2-х годин. Після цього в середовищі такої води досліджували кінетику окиснення тіоктової кислоти йодом. Згідно роботи [1] в середовищі води, яка пройшла магнітну обробку, швидкість окисно-відновних реакцій зростає. Ефективність впливу магнітного чи електричного полів на воду оцінювали за величиною ефективної константи швидкості реакції у воді, модифікованій полем (k'), порівняно зі швидкістю такої ж реакції в звичайній дистильованій воді (k).

В першій серії дослідів на котушки подавали постійний електричний струм таким чином, що полярність магнітного поля, створюваного котушками, була протилежною (рис.1). На електроди також подавали постійну напругу певної величини.

Рис.1. Схема електромагнітного пристрою

1 – електромагнітна котушка; 2 – феромагнітний стержень; 3 – пластмасова вставка; 4 – трубка для протікання води; 5 – електроди

Це забезпечувало максимальний градієнт напруженості магнітного поля при перетині його водою і, відповідно, максимальний ефект дії магнітного поля на воду. Як показали результати дослідів, при загальному зростанні відносної швидкості окиснення тіоктової кислоти йодом сумарний ефект при сумісній дії полів залишається меншим, ніж у випадку їх окремого впливу на воду (табл.1).

Таблиця 1

Залежність відносної швидкості реакції від індукції магнітного та напруги електричного полів після обробки цими полями води

В, мТл	V, В	k'/ k
30	10	1,10
	50	1,00
60	10	1,20
	50	1,10
90	10	1,30
	50	1,20

При індукціях магнітного поля 30, 60 і 90 мТл значення k'/k відповідно становлять 1,30, 1,50 і 1,80. А при дії на воду самого електричного поля при напругах 10 і 50 В значення k'/k становлять відповідно 1,20 і 1,90.

Наступні досліди проводили із змінним електромагнітним полем при різних частотах, для чого на котушки подавали змінний струм. На електроди, як і в попередніх випадках, подавали постійну напругу (40 В). При різних частотах електромагнітного поля ефект його дії на воду не однаковий, що неодноразово було відзначено в літературі. В той же час додаткова дія постійного електричного поля призводить до зменшення ефекту, зумовленого електромагнітним полем (рис.2). Якщо при напрузі самого електричного поля в 40 В при його дії на воду ефективна константа швидкості даної окисно-відновної реакції збільшується на 75%, то сумісна дія електромагнітного поля з частотою 14 Гц призводить до зменшення цього ефекту і співвідношення k'/k становить 50%. При інших частотах електромагнітного і тією ж напругою електричного поля значення k'/k ще менші.

Рис.2. Залежність відносної швидкості реакції від частоти електромагнітного поля при дії його на воду

□ – дія самого електромагнітного поля; ■ – при одночасній дії електричного поля

Нами також були проведені досліди з впливу високочастотного електричного поля (110 кГц при напрузі 20 кВ) на дистильовану воду. Дія такого поля на воду до певної міри нагадує дію магнітного поля, тобто призводить до зростання “структурної температури”. Виявилося, що температура кипіння дистильованої води після такої обробки є на 0,3° нижчою, ніж дистильованої води без опромінювання. Після обробки води протягом 60 хв швидкість окиснення тіоктової кислоти йодом зростає: k'/k = 1,21, а після 2-х годинної обробки - k'/k = 1,39.

Отже, в цих випадках дія електричного поля на воду якісно подібна до дії магнітного поля. Однак, попередня обробка високочастотним електричним полем дистильованої води практично не впливає на швидкість гідролізу крохмалю, в той час як так ж попередня обробка магнітним полем сповільнює цю реакцію [2].

Окрім того, нами було досліджено вплив одночасної дії магнітного та високочастотного електричного полів на кінетику окиснення тіоктової кислоти йодом. Для цього дистильована вода під час опромінення одночасно, за допомогою помпи, циркулювала протягом 2 годин через систему постійних магнітів з максимальною індукцією магнітного поля 250 мТл. Водневий показник води дещо підвищився – від 6,75 до 6,95, тобто ΔрН = 0,2. Електропровідність води при цьому зменшилася на 61,0%. Виявилося, що в середовищі такої води кінетика даної реакції змінюється: k'/k = 1,85, тобто, ця величина є меншою, ніж після обробки дистильованої води самим електричним полем протягом такого ж часу.

Вплив електричного поля призводить до посилення поляризації молекули Н₂О і особливо сильно позначається на процесах, в яких відбувається самодисоціація молекул води. В результаті цього можуть утворюватися іони Н⁺ та ОН^-, а також гідратований електрон е^-. А гідратовані електрони, як відомо, приймають участь в хімічних реакціях. Так само зміна концентрації іонів Н⁺ і ОН^- позначається на структурі асоціатів води та на кінетиці хімічних реакцій, які в ній відбуваються. Електричні і магнітні поля впливають також і на рух зарядів Н⁺, чим змінють їх вплив на кластери, а отже і на властивості води. Механізм такого впливу різний, що проявилося при сумісній дії електричного та магнітного полів на воду. Згідно роботи [3] прямим доказом протонного механізму дії магнітного поля на воду є виявлений ізотонічний зсув резонансної частоти f_рез в D₂O відносно Н₂О при діелектричних вимірюваннях ΔtgΘ/ΔtgΘ на частотах 30 і 160 мГц.

Існує і інша версія, яка не суперечить розглянутій. Речовини, які містять ланцюги водневих зв’язків з трьохмірною структурою, назвали об’ємними в’язаними структурами [4]. В них відбувається утворення та руйнування водневих зв’язків, що утворюють надмолекулярні структури та деформація зв’язків. Моментальна взаємодія країв ланцюга, складеного з впорядкованих сегментів, є набагато слабшою, ніж взаємодія молекул в самому ланцюгу. Така поведінка води моделюється, як поведінка змотаної в клубок і слабо зшитої стрічки. В такій моделі енергія переноситься солітонами і їх кінетична енергія не перетворюється в енергію теплового руху. Електричні і магнітні поля впливають на положення точок фазового переходу клубок – глобула. Тому можна співставити такий вплив з виникненням в системі солітонів (стінок), які визначатимуть мікростани в такій мікросистемі. При зіткненні двох таких мікросистем вони можуть об’єднуватися, або розпадатися, що залежить від зовнішніх факторів, якими можуть бути електричні чи магнітні поля. Оскільки водневі зв’язки частково (~10%) мають ковалентний характер, то воду можна розглядати, як суміш різних полімерів, відносна стійкість яких зростає відповідно їх розмірів. Їх час релаксації вже становить не 10^-11 – 10^-12 с, а хвилини і більше. Електричні і магнітні поля впливають також і на рух зарядів Н⁺, чим змінють їх вплив на кластери, а отже і на властивості води. Механізм такого впливу різний, що проявилося при сумісній дії електричного та магнітного полів на воду.

Вартий уваги є факт наявності так званих амплітудних і частотних “вікон”: існують такі інтервали частот та амплітуд, при яких ефекти чітко проявляються, в той час як поза цими “вікнами” вони можуть бути відсутні. Частота, як незалежний параметр впливу, може в певному смислі відігравати роль “дози”: при зміні частоти величина ефекту змінюється і може навіть поміняти знак. Все це наводить на думку про резонансний характер дії магнітного поля на воду та водні системи. Можна допустити, що існують квантові метастабільні стани рідкої води, природа яких пов’язана зі спіновим порядком підсистеми протонів. У воді реалізуються умови, які сприяють переходу всього зразку з одного квантового стану в інший. Підтвердженням цього можуть бути такі експериментальні дані: після магнітної обробки води зростає константа її дисоціації [5], а також збільшується напруга електролітичного розкладу води [6]. Видається дуже малоймовірним, щоб такі явища були наслідком простої структурної перебудови – утворення клубків чи глобул. Зовсім не суперечить законам квантової механіки гіпотеза про те, що під впливом магнітного поля в молекулах води можуть відбуватися орто-пара- переходи, тобто реверси ядерних спінів протонів. Необхідна для цього енергія є в сотні разів меншою, ніж енергія, необхідна для розриву водневих зв’язків. Вагомим аргументом на допущення того, що під дією магнітного поля змінюється співвідношення орто- і парамолекул води може служити час релаксації після припинення дії поля. Так, час релаксації свіжосконденсованої води (після кип’ятіння) становить ~2 год, а омагніченої цей час триває >3 діб. Окрім того, при переході від звичайної води до важкої D₂O частоти електромагнітної обробки, які відповідають екстремумам тих чи інших ефектів, при однакових амплітудах зменшуються вдвічі [7].

Таким чином, фізіологічний прояв дії ЕМП визначає не абсолютний рівень енергії чинника, а його просторово-часова структура, тобто, градієнт і частотні характеристики, які визначають інформаційні властивості полів наднизьких частот.

Література

1. Баран Б.А. Влияние магнитного поля на кинетику химических реакций // Укр. хим. журнал. – 1998. – Т.64, №4. – С. 26-29.

2. Баран Б.А. Влияние магнитного поля на кинетику химических реакций // Укр. хим. журнал. – 1998. – Т.64, №4. – С. 26-29.

3. М.В., Зацепина Г.Н., Киселев В.Ф., Салецкий А.М. Вода и лед как реверсивные информационные среды. // Ж. физ. химии. – 1991. – Т.65. - №5. – С.1338 – 1344.

4. Сусак И.П., Пономарев О.А., Шигаев А.С. О первичных механизмах воздействия электромагнитных полей на биологические системы. // Биофизика. – 2005. – Т.50. – вып.2. – С.367 – 370.

5. Миненко В.И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем. – К.: Техника, 1970. – 168 с.

6. Baran B., Berezyuk O. The Influence of Magnetic Field on Overvoltage of Water Decomposition. // Chemine technologija.-2003.-№2(28).- P.51-55.

7. Семихина Л.П., Кисилев В.Ф. Влияние слабых магнитных полей на свойства воды и льда. // Известия вузов. Физика. – 1988. - №5. – С.13 – 17.