CC BY
65ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ТА РАДІАЦІЙНА ELECTROMAGNETIC AND RADIATION
БІОФІЗИКА BIOPHYSICS
УДК 577.3
АКТИВАЦИЯ ДЕЙСТВИЯ СВЕРХНИЗКИХ ДОЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
Богатина Н.И., Шейкина Н.В.
Физико-технический институт низких температур им. Б.И.Веркина НАН Украины,Харьков, Украина
e-mail: n_bogatina@rambler.ru Национальный Фармацевтический Университетy, Харьков, Украина e-mail: sheykina@ukr.net
Поступила в редакцию 19.12.2009
В настоящей работе было показано, что комбинированное магнитное поле, переменная составляющая которого была настроена на циклотронную частоту ионов биологически активных соединений, может активировать биологическое действие нанодоз этих соединений( порядка 10"9 М/л).
Ключевые слова: биологически активные соединения, циклотронная частота, комбинированное магнитное поле, нанодозы.
ВВЕДЕНИЕ
Бурлакова Е.Б. (Институт биологической и
биохимической физики им. Н. Эмманюэлля РАН, Москва) обнаружила новое очень интересное явление. Очень малые концентрации химических веществ могут оказывать влияние на биологический объект. Величина действующей концентрации 10-7 - 10-17 М/л. [1,2,3]. Это явление исследуется сейчас очень интенсивно. Природа этого воздействия пока не ясна, но потенциальная возможность использования его в фармакологии заставляет все большее количество ученых работать над этой проблемой. Эта проблема относится к области нанобиофизики.
С другой стороны, в 1986 г. Богатина Н.И. (Физико-технический институт низких температур им.. Б.И.Веркина НАН Украины) опубликовала работу, посвященную аналогии биологического действия гравитационного, магнитного и электрического полей на биологические объекты [4]. Основная идея этой работы заключалась в оценке изменения концентрации активных ионов при пороговых значениях гравитационного, магнитного и электрического полей. Это изменение пропорционально ехр(-Е/кТ). Здесь Е - энергия иона в соответствующем поле, Т - температура, к -константа Больцмана. Для пороговых полей изменение этой величины порядка 10-10 - 10-11 М. Но именно такие изменения в концентрации ауксина (одного из растительных фитогормонов) приводят к эффектам в ростовой реакции растений. Нами также было показано, что комбинированное магнитное поле, переменная составляющая которого настроена на
циклотронную частоту ионов абсцизовой кислоты существенно изменяет (угнетает) рост корней кресс-салата [5].
Целью работы было исследовать изменения гравитропической реакции (ГТР) после
предварительной экспозиции в течение 30 минут и 5 часов в 1 нМ растворе К-1-Нафтилфталамовой кислоты (ЫРА), как в постоянном магнитном поле (ПМП), так и в комбинированном магнитном поле (КМП), переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов Са2 при воздействии ПМП и КМП 0.5, 1, 24 и 48 часов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Как и во всех наших предыдущих экспериментах, все измерения были проведены в искусственно созданных ПМП и КМП. Выше названные поля создавались в пермаллоевом экране с помощью соленоидов [6]. Использование пермаллоевых экранов необходимо для того, чтобы существенно понизить магнитные шумы и получить хорошо воспроизводимые магнитные характеристики магнитных полей. Дрейф остаточного ПМП пермаллоевого экрана не превышает 15 нТл через 24 часа и 0.6 нТл через 1 час. Это позволяет получать хорошо воспроизводимые биологические результаты.
Схема экспериментальной установки и характеристики магнитных шумов приведены на рис.1-3.
Зависимость амплитуды спектральной плотности магнитного шума для системы пермаллоевый экран + феррозондовый магнетометр показана на рис 2 и 3.
Метод исследования гравитропической реакции подробно описан в [5, 6]. Гравитропическая реакция является очень удобным объектом исследования, т. к. она появляется очень быстро (приблизительно через 1 час). Дрейф ПМП за 1 час не превышает 200 пТ, что составляет 0.4 -2 % от величины ПМП. Полуширина резонансной кривой порядка 5% -8%, так что наблюдение биологического эффекта не размывается. Полученные результаты хорошо воспроизводятся.
Рис.1. Демпфирующая резина (1) поддерживает прокладку из диэлектрика (2). Пермаллоевый экран (3) окружает образцы (4), помещенные во влажную камеруиз немагнитного материала (5) и соленоиды (8, 9). Магнитные поля измерялись и контролировались чувствительными элементами (феррозондовым магнетометром или СКВИДом), (6) внутри держателя (7). Соленоиды (8, 9) имели цилиндрическую форму и генерировали ПМП (9) и переменное магнитное поле(8). ПМП и переменное магнитное поле были параллельны центральной оси. Увеличенная центральная часть вида сверху показывает ориентацию 4 пар корней (4). 10 - феррозондовый
магнетометр, 11 - спектроанализатор, 12 - низкочастотный генератор, 13 - источник питания ПМП.
Рис.2. Измерения выполнены феррозондовым магнетометром. Пики на 5.9 и 9.7 Гц, по-видимому, связаны с вибрацией здания.
Рис.3. Зависимость амплитуды спектральной плотности магнитного шума для системы пермаллоевый экран + феррозондовый магнетометр (10-4-100^) или
пермаллоевый экран + индукционный метод (16Иг-100кИ/). Результаты обоих методов в области частот 16-100И очень хорошо согласуются между собой.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные результаты приведены на рис. 4-6. Из этих рисунков хорошо видно, что после 5-часовой предварительной обработки в КРА не наблюдается никаких различий между образцами, помещенными в ПМП и КМП, циклотронная частота которого настроена на ионы Са 2+ (рис.;4). Эти результаты
показывают, что предварительная 5-часовая обработка в растворе КРА не позволяет увидеть наблюдавшиеся ранее эффекты (положительный гравитропизм в ПМП и отрицательный гравитропизм в КМП, переменная частота которого настроена нациклотронную частоту ионов Са 2+ ). 1, 2 и 3 часовая предварительная обработка в КРА не влияет на ранее наблюдавшиеся эффекты как в ПМП, так и в КМП.
Богатина Н.И., Шейкина Н.В.
Напротив, образцы, обработанные в течение 30 минут в водном растворе КРА той же концентрации ( 1нМ1/1) в ПМП не показывают уменьшение ГТР, в то время как в КМП, переменная составляющая которого настроена на настроена на циклотронную частоту ионов КРА- показывают исчезновение какой-либо
ГТР (положительной или отрицательной) (рис. рис.5). ГТР как в ПМП, так и в КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов И, после 30 минутной выдержки в растворе КРА положительна и не отличается в ПМП и КМП (рис.6).
КМП 30 мин.
КМП 1 ч
КМП 24 ч.
ПМП 30 мин.
КМП 1 ч
ПМП 24ч.
Рис.4. Сравнение результатов после 5-часовой выдержки в растворе №*А в КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов Са2+ с контрольными образцами, находившимися в ПМП.
КМП 1 ч
КМП 4ч .
Рис. 6. Сравнение результатов после 30-минутной выдержки в растворе ЫРА в КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов И+ с контрольными образцами, находившимися в ПМП.
После 5-часовой выдержки корней кресс-салата в растворе КРА эффект гравистимуляции исчезает в КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов Са2+ и в ПМП. Предполагается, что КРА полностью блокирует транспорт ауксина.
Очень короткая экспозиция корней кресс-салата КРА также ведет к исчезновению эффекта гравистимуляции в КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов КРА-. Но ГТР не изменяется в ПМП и КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту ионов И+.
Из литературы хорошо известно, что действие нафтилфталамовой кислоты заключается в том, что она ингибирует транспорт ауксина [7, 8], а,
следовательно, приводит к ингибированию гравитро-пической реакции. Гравитропическая реакция и ее скорость, согласно литературным данным, тесно связана с транспортом ионов ауксина и существенно зависит от концентрации ионов ауксина [9] . На рис.7 приведены концентрации ионов ауксина для колеоптиля и корня. Как видно из рисунка, концентрация ионов ауксина для корней в миллион раз меньше, чем для стеблей. Для различных растений концентрация ауксина может отличаться в до 10000 раз [9] .
Рис.7. Зависимость роста органов растения от концентрации ауксина [9].
Действие КМП в настоящее время не может быть объяснено единственным образом. Одна из гипотез связывает действие КМП со степенью связывания ионов кальция с белками, в частности, с кальмодулином. Однако в нашем случае при циклотронной частоте, равной циклотронной частоте ионов кальция, эффекта изменения гравитропической реакции не наблюдается и , поэтому можно сделать вывод , что в нашем случае воздействие не передается через ионы кальция, а непосредственно происходит воздействие на ионы ауксина. Таким образом, наиболее вероятно применение расчетов, полученных Либовым в его последней теоретической
работе [10]. В этой работе было показано, что скорость дрейфа любых ионов может быть выражена уравнением типа затухающего резонанса. Частота этого резонанса равна циклотронной частоте любых ионов, которые участвуют в данном биологическом процессе. Полученные нами результаты подтверждают эту теорию. Увеличение скорости дрейфа ионов нафтилфталамовой кислоты приводит, по-видимому, к более сильному ингибированию транспорта ионов ауксина.
ВЫВОДЫ
Таким образом, суммируя результаты этой работы и предыдущей работы [5], можно сделать вывод, что с помощью КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту биологически активного иона, можно активировать действие биологически активных веществ, независимо от того, входит ли это вещество в состав клетки исследуемой клетки биообъекта или внесено извне. Важно лишь только то, участвует ли это вещество в данном биологическом процессе (в нашем случае в гравитропической реакции).
Используя КМП с частотой, настроенной на циклотронную частоту биологически активного иона, можно существенно уменьшить ( на несколько порядков ) дозу внесенного извне биологически активного вещества, например, лекарства или в нашем случае удобрения.
Воздействие КМП, переменная составляющая которого настроена на циклотронную частоту биологически активных ионов, аналогично добавлению очень малой дозы этого вещества.
Полученные результаты наилучшим образом совпадают с последней теорией Либова [10] и могут найти практическое применение в фармации, медицине и сельском хозяйстве. С помощью КМП можно существенно уменьшить действующие дозы биологически активных веществ.
Литература
1. Burlakova E.B. Nanoworld of weak actions - gnoms, its laws, particularities and differencies with the world of giants // Low and superlow fields and radiations in biology and medicine. Saint-Peterburg. 2009. - P.96-97.
2. Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Мальцев Е.Л. //Биофизика. 2004. Т.49.№3. С.551-564.
3. Alekseeva O.M., Kim Yu A., Goloshchspov A.N., Burlakova E.B. The actions of phenozan super low concentrations to the surface cellular receptors // .Low and superlow fields and radiations in biology and medicine. Saint-Peterburg, 2009. - P.98.
4. Богатина Н.И. В.М. Литвин, Травкин М.П. Возможные механизмы действия магнитного, гравитационного и электрического полей на биологические объекты, аналогии в их действии // Электронная обработка материалов. - 1986. - №1. - С. 64 - 70.
5. Шейкина Н.В., Богатина Н.И., Кордюм Е. Л. Влияние комбинированного магнитного поля на гравии-тропическую реакцию растений и спектр
Богатина Н.И., Шейкина Н.В.
электромагнитного излучения, генерируемого ими в процессе роста // Радиофизика и электроника. - 2005. -Т.10, №2. - С.331 - 335.
6. Kordyum E.L., Bogatina N.I., Ya. M. Kalinina, Sheykina N.V. A weak combined magnetic field changes root gravitropism // Advances in Space Research (a COSPAR information).- 2005.-Vol. 36, №7.-Р.1229-1236.
7. Kraepiel Y., Agnes C., Thiery L., Maldiney R., Miginiac E., Delarue M. The growth of njmato (Lycopersicon esculentum mill) hypocotyls in the light and in darkness differentially involves auxin //Plant science. - 2001, -Vol. 151, N6.-P.1067-1074.
8. Jacques Pedron, Laurent Thiery, Christiane Agnes, Elizabeth Simond-Cote, Celine Costa, Eglantine Lobstein, Yvan Kraepiel. Polar auxin transport is required for the inhibition by blue light of the elongation-related LeEXT tomato gene //Plant growth regulation. - Vol.42, N2. - P.113-123.
9. Движение - проявление жизни растений. Удивительный мир растений. www.valleyflora.ru/42.html
10. Vincze G., Szazc N., Liboff A.R. New theoretical treatment of ion resonance phenomena // Bioelectromagnetics. - 1989. -Vol. 29. - P. 380-386.
АКТИВАЦІЯ ДІЇ НАДНИЗЬКИХ ДОЗ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ СПОЛУК КОМБІНОВАНИМ МАГНІТНИМ ПОЛЕМ
Богатіна Н.І., Шейкіна Н.В.
У роботі показано, що комбіноване магнітне поле, змінна складова якого була налаштована на циклотронному частоту іонів біологічно активних сполук, може активувати біологічну дію нанодоз цих сполук з концентрацією (10- М).
Ключові слова: біологічно активні сполуки, циклотронна частота, комбіноване магнітне поле, нанодози.
ACTIVATION OF SUPERSMALL DOSE OF BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDS ACTION BY COMBINED MAGNETIC FIELD
Bogatina N.I., Sheykina N.V.
In this work it was shown that combined magnetic field with the alternative component tuned to the cyclotron frequency of biologically active compounds activates biological action of nadoses of these compounds even if their concentration is equal 10"9 M. These results may be used in pharmacy, medicine and in agro culture.
Key words: biologically active compounds, cyclotron frequency, combined magnetic field, nanodose.
