CC BY
35
УДК. 530.145
КОНЦЕПЦИИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ, ПОВЕРХНОСТНОГО ИМПЕДАНСА И “АВТОФАЗИРОВКИ” (“SURF-RIDING”) В АНАЛИЗЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН КВЧ-ДИАПАЗОНА С ТОНКИМ ПОВЕРХНОСТНЫМ СЛОЕМ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА. ЧАСТЬ 1
ЧОВНЮК Ю.В., ОВСЯННИКОВА т.н._________
Целью настоящей работы является всесторонний теоретический анализ существующих моделей диэлектрического отклика, поверхностного импеданса и взаимодействия электромагнитных волн (ЭМВ) крайне высоких частот (КВЧ-диапазона с несущей частотой f=60 ГГц, обычно используемых в методе микроволновой резонансной терапии (МРТ) проф. С.П.Ситько) с тонким поверхностным слоем кожи человека с учетом всех физических свойств облучаемой поверхности, а также условий применимости этих моделей для описания реализуемых при таких взаимодействиях физических эффектов в целях их использования для решения информационно-диагностических задач квантовой медицины [1].
Введение
В [2] представлена схема кожного покрова эпидермиса, общая толщина которого не превышает 100 мкм. Согласно указанной схеме существует пять слоев: 1) роговой (толщиной 0,07 мм); 2) блестящий (15 мкм); 3) зернистый (20-30 мкм); 4) шиповидный (15 мкм); 5) базальный (20 мкм). Далее расположен слой дермы с 85% содержанием воды (так называемый сосковый слой — ретикулум), в котором имеются кровеносные сосуды. Приведем характеристику указанных слоев.
Роговой слой — умершие клетки, которые превратились в кератиновые чешуйки. Следующие слои образованы еще живыми клетками эпидермиса с различным содержанием воды. Делящиеся клетки содержатся лишь в базальном слое, по мере старения клетки вытесняются наружу, теряют воду, затем отмирают. Клетки эпидермиса связаны между собой. Различают два типа связи: тесное и слабое сцепление. В области слабых сцеплений образуются промежутки — локулы размером порядка нескольких микрон, заполненные межклеточной жидкостью (диаметр локулы около 50 мкм, а высота 7080 мкм). В связи с этим электрическое сопротивление как рогового слоя, так и эпидермиса в целом в области локулы понижено.
Структура межклеточных контактов подвижна, при этом тесные контакты нарушаются, переходят
в слабые, и наоборот. В области слабых контактов может восстановиться тесное сцепление. Благодаря этому локула может мигрировать по поверхности тела в пределах нескольких миллиметров. Такое движение по поверхности кожи человека-образо-вание в рамках квазикристаллической модели эпидермиса аналогично так называемому краудиону [3,4], т.е. такому дефекту (“квазикристаллической решетки” эпидермиса), при наличии которого на n клеточных мест вдоль направления, параллельного поверхности кожи, приходится (n+1) клеток.
Кроме клеток эпидермиса в коже имеются и минорные (т.е. активные) элементы: тельца Руф-фини (характерный размер около 150 мкм), тельца Меркеля, нервные окончания, тучные клетки (диаметром около 50 мкм), нервные окончания и кровеносные сосуды. Эти ингредиенты распределены по поверхности кожи человека неравномерно.
Биологически активной является область, в которой сцепление между клетками ослаблено (есть локула), там же имеется щель в роговом слое и скопление активных элементов. Образование таких скоплений в морфогенезе не случайно, а связано с выполнением определенных жизненно важных функций. При внешнем воздействии на точки акупунктуры (ТА), например ЭМВ КВЧ-диапазона нетепловой интенсивности, тепловыми полями или механически (генерация полей упругих деформаций в коже) в них формируется отклик (в форме, в частности, нервного афферентного сигнала и/или биохимического процесса). Таким образом, ТА выполняет информационную функцию: передает информацию о состоянии внутри органов наружу, и наоборот, передает информацию внутрь организма о воздействии на внешнюю поверхность кожи. Можно считать, что ТА выделены не морфологически в организме человека, а функционально, так как специфических для ТА, специальных морфологически выделенных клеток нет. В связи с последним заключением нужно высказать следующее [5]. По утверждению С.Е.Ли, Г.В.Любимова, В. Ф. Машанского и А. С. Миркина в организме человека существует двойственная природа передачи информации (как, впрочем, и в других биосистемах) . Эта гипотеза заслуживает внимания, детального анализа и требует экспериментального подтверждения, о чем речь пойдет ниже.
Так, одновременное существование в организме двух независимых систем передачи информации: нервной и безнервной, отличающихся по своей структурной организации и скорости распространения возбуждения, допускает возможность отводить им самостоятельные (хотя и взаимосвязанные, взаимодополняющие) роли в обеспечении жизнедеятельности организма. Способ безнервной передачи информации по контактно-щелевой системе эволюционно более древний. Он существовал еще на той стадии, когда жизнедеятельность ограничивалась процессами деления (размножения), связанными с секреторной функцией, поглощением энергии из окружающей среды и всасыванием пищи [6]. К этому можно отнести и все попытки создания
РИ, 2001, № 3
143
биосенсорных систем, реагирующих на ЭМВ (в том числе КВЧ-диапазона), в качестве реагента которых используются те или иные клеточные структуры. При формировании более сложных многоклеточных структур в борьбе за существование выживали те из них, которые быстрее и оперативнее добывали пищу и побеждали в борьбе с соперниками. Существенно увеличивались объем информации и скорость ее передачи, что привело в итоге к созданию нервной системы [7], в которой информация передается по нервным волокнам.
Таким образом, можно полагать, что основная функция нервной системы имеет соматическую направленность, т. е. осуществляет оперативную передачу информации, управление органами и системами, обеспечивающими жизнедеятельность организма в условиях окружающей среды (локомо -ции, дыхание, кровообращение, сенсомоторные реакции и т.д.). Контактно-щелевая система (КЩС) более тяготеет к управлению вегетативными функциями.
Отметим, что в отличие от нервной системы, КЩС не имеет определенной модальности. Однако она способна за относительно короткое время формировать новые клеточно-контактные группы и увеличивать размеры уже существующих. Это свидетельствует о ее высокой пластичности и динамичности, в то время как нервную систему в этом плане можно рассматривать лишь как статическую.
Качества КЩС наиболее четко проявляются в области биологически активных точек (БАТ). Таким образом, аналогично рецепторам нервной системы БАТ обеспечивает прием и передачу информации в КЩС. Возбуждая БАТ (иглой, лазером, прижиганием, акупрессурой, электрическим током и т.д.) или ЭМВ КВЧ-диапазона, мы автоматически посылаем информацию соответствующему адресату. В этой связи особый интерес представляет последний источник возбуждения БАТ. Любые организованные, со сложной структурой биосистемы обладают свойством проявлять избирательную чувствительность к ЭМВ КВЧ-диапазона [1] и генерировать их в ограниченных диапазонах частот [8, 9]. Поэтому ЭМВ и электромагнитные поля (ЭМП) КВЧ-диапазона следует рассматривать как наиболее адекватный и, вероятно, специфический способ активации передачи информации в КЩС, тем более что такая передача, по-видимому, сопровождается выделением биологически активных веществ, например, из тучных клеток и периодическими изменениями их размеров и форм, а также локул.
Все-таки, какая существует взаимосвязь между нервной и КЩС передачи информации? При анализе работы механорецептора [10,11] было показано существование двойственной (первично- и вторично- чувствующей) природы их возбуждения. Мы предполагаем, что наличие в эпидермисе телец Меркеля, Руффини и тучных клеток является функционально значимым для кожного покрова человека именно в отношении воздействия ЭМВ и
ЭМП КВЧ-диапазона (хотя это пока лишь интуитивная гипотеза авторов настоящей работы, требующая экспериментального подтверждения). Следует отметить, что наличие двух механизмов (по аналогии с механорецептором) отражает сущность функционирования рецепторов, а именно:
а) первично-чувствующий механизм функционирует при надпороговых воздействиях (ЭМВ и ЭМП, излучения КВЧ-диапазона тепловой интенсивности), при этом возбуждаются непосредственно нервные окончания, и информация передается с большей скоростью в соответствующие отделы центральной нервной системы (ЦНС);
б) при вторично-чувствующем механизме порог возбуждения значительно ниже, и преобразование внешнего ЭМП КВЧ-диапазона, как воздействующего фактора, осуществляется при участии медиатора, причем латентный период при этом соизмерим со временем передачи информации (тинф) в КЩС (тинф составляет 10-13 с для электромагнитного способа передачи информации; тинф ~ 10-8 с для упругомеханического способа передачи этой информации). Подобная физическая картина процессов, происходящих в КЩС, позволяет предположить общность механизма передачи возбуждения в указанной системе и в рецепторах различных сенсорных систем, имеющих вгорично-чувствуюшую природу возбуждения [12-14]. При анализе нервной и КЩС передачи информации нервную систему следует рассматривать именно с этих позиций как первичную, а КЩС—как вторичную, функционирующую при весьма слабых пороговых воздействиях.
Таким образом, можно постулировать существование двух систем передачи информации в коже человека, а также наличие в ней избирательной чувствительности к внешним воздействиям (ЭМП, ЭМИ КВЧ-диапазона) и способности интегрировать собственные колебания различной физической природы (механические, электромагнитные, тепловые, акустические и, наконец, связанных полей) в ограниченном диапазоне частот в зависимости от природы этих колебаний.
Наличие этих свойств кожи человека, которые вытекают логически из обнаруженных [2] структурно -физиологических характеристик, представляет особый научный интерес в качестве примера того, как появление новых факторов и сведений позволяет физически обоснованно толковать ранее неясные и необъяснимые явления в отдаленной области наук. Появление новых экспериментальных данных [8, 9] о структуре и функциях (в КВЧ-диапазоне ЭМВ) высокопроницаемых контактных мембран КЩС и свойствах биосистем проявлять избирательную чувствительность и способность генерировать колебания (в том числе связанные) различной физической природы в ограниченном КВЧ-диапазоне частот позволяет пока лишь в гипотетическом плане рассматривать механизм повышенной чувствительности и способности внешнего источника ЭМП КВЧ-диапазона воздействовать на заболевший орган. К сожалению, все еще
144
РИ, 2001, № 3
необходимо считаться с отсутствием надежных экспериментальных данных и результатов, подтверждающих указанные выше теоретические пред -положения. Именно вторичная система (КЩС) поверхностного слоя кожи человека (а именно к ней, как мы полагаем, адресуется рассматриваемый эффект ЭМИ КВЧ-диапазона) представляет собой структурно организованную цепочку электрически связанных между собой клеток (кластер клеток — “квазисотовую структуру” [15]), образующих высокопроницаемый “канал протекания” — своеобразный электрический проводник, способный транспортировать вдоль выделенного направления, определяемого топологическими особенностями местной поверхности (кривизной, физико-механическими свойствами), солитоноподобные сигналы различной физической природы (в том числе электромагнитной [16]). Об этом косвенно свидетельствуют многочисленные данные, показывающие, что в ТА электрическое сопротивление снижено [17, 18]. Наконец, появилось прямое доказательство электрической связи между цепочками структур, соединенными между собой специализированными высокопроницаемыми контактами [19]. Следовательно, БАТ и китайские меридианы могут и должны обладать свойствами, характерными для электрических проводников, а именно: при протекании электрического тока создавать ЭМП КВЧ-диапазона, а при пересечении ЭМП в них, вследствие повышенной избирательной чувствительности к указанному частотному диапазону, возникает ЭДС.
Таким образом, в норме по вторичной системе постоянно протекает слабый ионный ток. При соответствующем КВЧ ЭМП воздействии на БАТ этот ток должен значительно усиливаться (вследствие самовозбуждения системы) в центростремительном направлении к заболевшему органу, оказывая тормозящее или возбуждающее влияние. Величина указанного тока может быть зарегистрирована специальными устройствами. С другой стороны, известно, что о состоянии заболевшего органа можно судить по изменениям характеристик БАТ, например их электропроводности. Эти изменения проявляются в перестройке вторичной системы, возможной благодаря ее пластичности и, в свою очередь, сопровождаются усилением протекающих токов. В этом случае перемещение внешнего источника ЭМП КВЧ-диапазона может активизировать вторичную систему. Следует подчеркнуть, что эффективность КВЧ-воздействия ЭМП определяется сопряжением (синхронизацией, когерентностью) соответствующей частоты колебаний излучаемых внешних ЭМП и частотной избирательностью биосистем, к которым эти колебания адресуются.
Таким образом, экспериментально-теоретические исследования (в основном пока на качественном уровне) в области квантовой медицины [1] открывают новый нетрадиционный путь к оценке состояния организма человека, разработке методов и средств управления функциями человека в лечебно-профилактических целях, особенно в экстремальных условиях.
РИ, 2001, № 3
В связи с рассмотренными на качественном уровне процессами и соответствующими им физическими закономерностями следует сделать существенное замечание, касающееся моделирования распределения самоорганизации в живой материи. В данном случае речь пойдет о голонических структурах в биологии [20]. По мнению А.Кестлера именно такой подход позволяет рассматривать распределение структурной организации в живых организмах на более низких уровнях, начиная с клеточного. Многие живые организмы состоят из большого числа клеток. Однако следует обратить внимание на то, что в определенных условиях клетка может существовать самостоятельно. Таким образом, клетка является подчиненным структурным элементом, входящим в некоторое тело, или существует как автономное, независимое. Живые организмы обладают иерархической структурой. Чтобы клетка вписывалась в голоническую структуру, существование каждого уровня должно обладать как общно -стью, так и подчиненностью. Именно такое существование А. Кестнер и назвал голоном.
Сущность голона проявляется в том, что его свойства при одиночном существовании отличаются от свойств, характерных для совокупности (кластер голонов). Процесс, при котором собираются голо-ны и формируется порядок более высокого иерархического уровня, можно назвать явлением кооперирования голонов. Содружественное поведение голонов проявляется только при их объединении.
Классическим примером явления кооперирования может служить движение ресничек у инфузории-туфельки. Произвольное движение такого животного происходит при поочередном движении ресничек. Когда же реснички выстраиваются в ряд, осуществляется согласованное гребущее действие. Механизм такого синхронного поведения остается в достаточной степени не выясненным. Здесь можно предположить, что реснички имеют чувствительные элементы (типа телец Пачини [10]), реагирующие на течение воды (ее скорость, давление, частоту изменений и т.д.), а согласованные действия в целом осуществляются, вероятно, благодаря подстраиванию под течение воды. На основании макроинформации, которой является течение воды, происходит автономное объединение в целое. При реализации коллективного поведения, как свидетельствуют наблюдения, необходимо существование некоторого поля определенной физической природы. По всей видимости, объединенные входные сигналы можно рассматривать как реализацию поля в техническом смысле.
Сказанное выше в полной мере можно отнести и к физически обоснованному описанию механизма функционирования АТК, в частности, кластера кожи, тучных клеток и прочих микроструктур, расположенных в окрестности ТА, под воздействием внешнего ЭМП КВЧ-диапазона, облучающего эти точки поверхности кожи человека. Здесь объединенные входные электромагнитные сигналы, вызвавшие перестройку (в том числе биохимические реакции) в указанных микроструктурах (АТК)
145
ТА на разных уровнях их “внутренней иерархии”, и есть тот организующий фактор, который имеет четкую причинно-следственную взаимосвязь и последствия — содружественное поведение кластера клеток (голонов) с последующей специфической реакцией в виде изменения амплитуды и фазы, протекающих по китайским меридианам ионных токов, и инициализацией/торможением вегетативных процессов в организмах, с которыми конкретные АТК связаны указанными меридианами.
Рассмотрим еще один пример. Структура управления при размножении и делении клеток является в значительной степени распределенной. При этом не следует полагать, что в некотором месте находится центр управления, который осуществляет регулирование этих процессов. В качестве модели формирования клеток по некоторому образцу можно воспользоваться предложенной Уолпертом [20] “задачей французского флага”. По сути дела, это — абстрактное представление механизма, при котором группа клеток, имеющая конечную длину (4х10-6 - 10-5 м — каждая), составляет образец, в котором левая треть — синяя, центральная треть — белая, а правая - красная. В данном случае мы имеем дело с упрощением формирования по образцу, которое имеет место у некоторых морских водорослей. Следует иметь в виду, что если даже и произойдет изменение длины группы клеток (кластера), то указанный образец остается без изменений, т.е. наблюдаем элементы процесса самоподобия — так называемого скейлинга. При этом подобие постоянно сохраняется. Возникает закономерный вопрос: по каким причинам обеспечивается однообразное поведение кластеров клеток? Уол-перт [20] считает, что такой морфогенез происходит потому, что клетки осознают те положения, в которых они находятся, и в соответствии с этим осуществляют дифференциацию цветов. Все сказанное можно отнести и к процессам миграции локул в БАТ кожи при воздействии на них ЭМИ КВЧ-диапазона — здесь “реакция” реализуется на макроскопических масштабах (~ 1мм).
Следует отметить, что при распознавании положений большую роль играет ЭМП, в котором находятся клетки. Многие исследователи [7] считают, что при формировании образцов, имеющих размер около 1мм, целесообразно создавать поле концентраций соответствующего диффундирующего химического соединения (например, стероидного гормона), либо морфогенетическое поле электромагнитной природы с длиной волны, лежащей в миллиметровом диапазоне (частоты 30... 100 ГГц). В случае задачи “французского флага” приходится иметь дело с двумя градиентами. Если воспользоваться соотношением двух концентраций (скажем, Na-K “насос” через клеточные мембраны), то можно создать информацию о поле, которая не зависит от размера кластера клеток (100...1000 клеток).
В следующей части остановимся на количественных оценках описанных выше закономерностей, наблюдаемых в живой материи.
Литература: 1. Ситько С.П., Мкртчан Л.Н. Введение в квантовую медицину. К.: Паттерн, 1994. 146с. 2. Чернав-ский Д.С., Карп В.П., Никитин А.П. Система анализа реакции организма на слабое электрическое воздействие в БАТ/ / Радиотехника и электроника. 1996. Т.41, №8. С.995-1000. 3.Косевич А.М. Нелинейная механика кристаллов (одномерные задачи). Свердловск: АН СССР, УНЦ, Ин-т физики металлов, 1975. 37с. 4. Косевич А.М., Ковалев А.С. Введение в нелинейную физическую механику. К.: Наук. думка, 1989. 304с. 5. Фролов К.В., Миркин А.С., Машанский В.Ф. и др. Вибрационная биомеханика. Использование вибрации в биологии и медицине. М.: Наука, 1989. 142с. 6. CrikF. Diffusion in embryogenesis// Nature. 1970. V/225. P.420-422. 7. Бе-линцев Б.Н. Физические основы биологического формообразования. М.: Наука, 1991. 256с. 8.Sit’ko S.P., Yanenko A.F. On measurements of mm-wave range radiation of biological objects// Physics of the Alive. 1997. Vol.5, №2. P.60. 9. Sit’ko S.P. The crucial evidence in favour of the fundamentals of Physics of the Alive // Physics of the Alive. 1998. Vol.6, №1. P.6-10. 10. Миркин А. С. Два возможных механизма возбуждения в тельцах Пачини/ / Проблемы интерорецепции, регуляция физиологических функций и поведения. Л.: Наука, 1976. С. 74-79. 11. Миркин А.С., Машанский В.Ф. О возможности двойственной природы возбуждения в механорецепторах — тельцах Пачини/ / Тез. докладов 7 Всесоюзного съезда физиологов. Тбилиси, 1975. С.98-99. 12.Винников Я.А. Структурная и цитохимическая организация рецепторных клеток органов чувств в свете эволюции их функции/ /Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1965. Т.1, №1. С.67-72. 13. Винников Я.А. Цитологические и молекулярные основы рецепции. Л.: Наука, 1971. 298с. 14. Винников Я.А. Эволюция рецепторов. Л.: Наука, 1975. 324с. 15.Dan Sievenpiper, Lijun Zhang, Romulo F. Timenez Broas, Nicholas G. Alexopolous, Eli Yablonovitch. High-Impedance Electromagnetic Surfaces with a Forbidden Frequency Band // IEEE Trans. in Microwave Theory and Techniques. 1999. Vol.47, №11. P.2059-2074. 16.Хирота, Судзуки. Теоретическое и экспериментальное исследование солитонов решетки в нелинейных цепях с сосредоточенными параметрами // ТИИЭР. 1973. Т.61, №10. С. 124-132.17.Manaca G.De gulques problems des reflexes viscerocutanes // Journal of International Acupuncture. 1959. №4. P.73-77. 18. Niboyet J. De traitment des algies l’acupuncture et certains massage chinosis. P.: Meissionuiuve, 1959. 130p. 19.Амченкова
A. А., Бакеева Л.Е., Драгев В.А., Зоров Д.Б., Скулачев
B. П., Ченцов Ю. С. Митохондриальный электрический кабель // Вестник МГУ. Сер. биология. 1986. №3. С.3-15. 20.Исии Т, Симояма И., ИноуэХ, Хиросэ М, Накад-зима Н. Мехатроника. М.: Мир, 1988. 318с.
Поступила в редколлегию 28.07.2001
Рецензент: д-р физ.-мат. наук Ляшенко Н.И.
Човнюк Юрий Васильевич, канд. техн. наук., старший научный сотрудник, доцент, профессор Высшей школы экономики и деловой администрации ’’АЖИО-КОЛЛЕДЖ” (г. Киев, Украина). Научно-исследовательский центр квантовой медицины “ВІДГУК” Министерства здравоохранения Украины. Адрес: Украина, 03033, Киев, ул.Владимирская, 61-б, тел. 244-44-39.
Овсянникова Татьяна Николаевна, канд. техн. наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра квантовой медицины “ВІДГУК” Министерства здравоохранения Украины. Адрес: Украина, 03033, Киев, ул.Владимирская, 61-б, тел. 244-44-39.
146
РИ, 2001, № 3
