Научная статья на тему 'ПРИЧИНА АНОМАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ТАЛОЙ ВОДЫ'

ПРИЧИНА АНОМАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ТАЛОЙ ВОДЫ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
266
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
Область наук
Ключевые слова
талая вода / физико-химические свойства / кристаллическая структура / вероятная причина биологической активности / melt water / physicochemical properties / crystal structure / likely cause of biological activity

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — А.Н. Смирнов, Л.Ф. Кирьянова, Р.И. Михайлова, Ю.А. Рахманин

Исследованы физико-химические свойства и кристаллическая структура талой воды. Установлено, что талая вода находится в активном метастабильном состоянии с неравновесной концентрацией водорода и гидроксила. Биологическая активность талой воды объясняется ее малыми размерами надмолекулярных комплексов. Впервые получены снимки структурных образований и зарегистрирована акустическая эмиссия в гомогенной среде.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A CAUSE OF THE ABNORMAL PROPERTIES OF MELT WATER

The physicochemical properties and crystal structure of melt water were studied. Melt water was found to be in the active metastable state with the non-equilibrium concentration of hydrogen and hydroxyl. The biological activity of such water is accounted for by its small sizes of supramolecular complexes. Films of structural formations were first obtained and their acoustic emission in the homogeneous medium recorded.

Текст научной работы на тему «ПРИЧИНА АНОМАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ТАЛОЙ ВОДЫ»

С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 2009 УДК 614.777

А. Н. Смирнов', Л. Ф. Кирьянова2, Р. И. Михайлова3, Ю. А. Рахманин'' ПРИЧИНА АНОМАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ТАЛОЙ ВОДЫ

'Канд. хим. наук, доцент, ст. науч. сотр. НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва; !проф., доктор биол. наук, ученый секретарь НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН (т. 499-246-05-18); 'проф., доктор мед. наук, зав. лаб. питьевого водоснабжения и санитарной охраны водоемов НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН, Москва (т. 499-246-76-74); 4проф., доктор мед. наук, акад. РАМН, МАН, вице-президент РАЕН, МСА, директор НИИ ЭЧ и ГОС им. А. Н. Сысина РАМН, Москва

Исследованы физико-химические свойства и кристаллическая структура талой воды. Установлено, что тсыая вода находится в активном метастабильном состоянии с неравновесной концентрацией водорода и гидроксила. Биологическая активность талой воды объясняется ее малыми размерами надмолекулярных комплексов. Впервые получены снимки структурных образований и зарегистрирована акустическая эмиссия в гомогенной среде.

Ключевые слова: талая вода, физико-химические свойства, кристаллическая структура, вероятная причина биологической активности

А. N. Smirnov, L. F. Kiryanova, R. I. Mikhailova, Yu. A. Rakhmanin. - A CAUSE OF THE ABNORMAL PROPERTIES OF MELT WATER

The physicochemical properties and crystal structure of melt water were studied. Melt water was found to be in the active metastable state with the non-equilibrium concentration of hydrogen and hydroxyl. The biological activity of such water is accounted for by its small sizes of supramolecular complexes. Films of structural formations were first obtained and their acoustic emission in the homogeneous medium recorded.

Key words: melt water, physicochemical properties, crystal structure, likely cause of biological activity

В литературе неоднократно отмечалось, что талая вода обладает необычными свойствами: ее плотность, электропроводность, вязкость, показатель преломления, растворяющая способность и другие свойства отличаются от равновесных параметров. Особенно впечатляет биологическая активность талой воды [1]. Многочисленными опытами показано, что она значительно повышает всхожесть и продуктивность растений. В экспериментах с животными установлено, что потребление талой воды характеризуется рядом общих закономерностей: если молодняк поить талой водой, повышается устойчивость к заболеваниям и происходит ускоренное развитие организмов [3]. Скорость роста и деления простейших имеет максимум в такой воде [7]. Достоверно установлено увеличение фагоцитарной активности нейтрофилов, увеличение гематотропного показателя крови, уменьшение содержания лейкоцитов, увеличение общего пула иммуноглобулинов [1]. Научного объяснения этих фактов нет. Нами с использованием оптических методов, методов акустической эмиссии и других экспериментально показано, что талая вода характеризуется метастабильным состоянием.

Для опытов использовали дистиллированную пирогенную воду, очищенную с помощью системы MilliQ ("Académica"), очистку проводили за сутки до проведения экспериментов. На рис. 1 представлены сигналы акустической эмиссии (АЭ) при плавлении льда. АЭ — это излучение упругих волн, возникающее в процессе перестройки внутренней структуры веществ [2]. В том случае, если превращение химической энергии происходит в крупных надмолекулярных образованиях, энергии, трансформированной из одной формы в другую, оказывается достаточно для регистрации акустического импульса (АИ). Основными источниками АЭ при плавлении льда являются "образование дефектов в кристаллической решетке льда", "элиминирование в водную фазу поверхностных микрокристалликов

льда" и "разрушение элементарных ячеек гексагональной кристаллической решетки льда". Однако, как нами впервые установлено, после полного плавления льда (см. рис. 1) и сама жидкая среда "талая вода", находящаяся в метастабильном состоянии, становится источником АЭ и испускает АИ [4]. Это является экспериментальным подтверждением образования в воде супранадмолекуляр-ных (СНМ) комплексов. Следует обратить внимание, что микрокристаллики льда в водной фазе существуют всего несколько долей секунды и совсем не определяют свойства талой воды.

Возникновение сигналов АЭ в талой воде можно объяснить структурными перестройками, происходящими в жидкой фазе, что хорошо согласуется с результатами, полученными нами ранее акустическими [4] и оптическими методами [5]. Экспериментальные результаты показывают, что талая вода некоторое время (до ~ 24 ч) может находиться в активном метастабильном состоянии. Причина этого загадочного явления объясняется очень просто. При разрушении гексагональной кристаллической решетки льда 1ь резко меняется структурная организация вещества. Кристаллическая структура льда разрушается быстрее, чем перестраивается в устойчивое равновесное состояние образовавшаяся из него метастабильная талая вода.

Уникальность фазового перехода лед -» вода заключается в том, что хотя лед и образовавшаяся из него вода состоят из одних и тех же молекул Н20, эти две фазы имеют некоторое время одинаковый ионный состав: равные концентрации ионов [Н+] и [ОН-], но во льду они равновесные, а в воде нет. В талой воде концентрация ионов водорода и гидроксила непродолжительное время сохраняется неравновесной (такой, какой она была во льду), т. е. лед плавится конгруэнтно. Затем, через некоторое время, концентрация ионов [Н+] и [ОН-] в воде принимает свое обычное равновесное значение.

л—} В этот момент визуально лед полностыо растаял

.......+

' Огибающая амплитуда у сврии( импульсов

2000

4000

6000 8000 Время, с

10000

12000

14000

Рис. I. Изменение амплитуды сигналов АЭ и температуры воды в процессе таяния льда.

Концентрация ионов [Н+] и [ОН-] во льду составляет 1,4—5,0- 1(Г10 моль/л, а в воде равновесная концентрация при 0°С — 0,35 • Ю-7 ммоль/л, т. е. на 3 порядка больше [6]. Результаты наших измерений динамики рН талой воды во времени позволили установить очень интересные закономерности. Различие значений рН исходной и талой воды могут достигать более единицы, постепенно оно стремится к нулю, проходя через минимум, а рН приходит к равновесному значению. Это позволяет предположить,что действуют два противоположных фактора.

В предыдущей работе [5] обращалось внимание на решающую роль ионов водорода |Н+] и гидро-ксила [ОН ] в формировании надмолекулярных, а затем — СНМ-комплексов в воде. Реакция диссоциации воды:

Н20

Н+ + ОН

требует значительной затраты энергии и протекает очень медленно. Константа скорости этой реакции К4 составляет всего 2,5 ■ 10~5 с-1 при 20°С. Поэтому период релаксации талой воды в равновесное состояние теоретически должен быть равен -10—17 ч, что и наблюдается на практике. Это служит причиной разговоров о памяти воды. Под памятью воды следует понимать зависимость ее свойств от предыстории и ничего больше. Перевести воду в активное состояние можно многочисленными приемами: замораживанием, нагреванием, кипячением, дезинтегрированием, обработкой ультразвуком, воздействием различных полей и другими, но это всегда будут неустойчивые метаста-бильные состояния, сохраняющие свои свойства в обычных условиях ограниченное время. Оптическим методом в талой воде обнаружено присутствие лишь одной фракции надмоле-

кулярных образований с малыми размерами порядка Зц. Этим и объясняется то, что она ускоряет все биологические процессы в живых организмах; мелкие структурные образования быстрее и с меньшими затратами энергии проникают через клеточные мембраны. Существенно также, что пониженная вязкость и более редкая пространственная сетка из СНМ-ком-плексов в талой воде значительно увеличивает растворяющую способность и скорость диффузии. Вероятно это же является одним из факторов целебной силы природных минеральных вод и с этим же связаны рекомендации нетрадиционной медицины по использованию талой воды для лечения ряда заболеваний. Для примера, чтобы проиллюстрировать изменчивость структуры воды, на рис.2 приведены фотографии структурных образований в воде при температурах 4 и 20°С. Структурные изменения в талой воде выявляются и методом ядерного магнитного резонанса, выполненным на импульсном спектрометре ИС-1 лабораторией радиоспектроскопии Института неорганической химии СО РАН. Изменение времени спин-решеточной релаксации (Т,) свидетельствует об изменении физической структуры воды. Постепенно с течением времени в водной фазе появляются более крупные структуры, из которых формируются СНМ-комплексы, имеющие обычные размерные спектры с пятью максимумами в диапазоне температур 25—100°С. Таким образом, талая вода отличается от обычной преобладанием СНМ-комплексов с малыми размерами. Процесс образования равновесной (обычной) воды при плавлении льда протекает через промежуточное метастабильное состояние — талую воду, в которой значительна доля мономерных молекул Н20 и которую можно назвать активированной. Построенная по фрактальному принципу, в водной среде сеть из СНМ-ком-

щ 1 • • 1 • » • • .. • • » л « • 1 • • • •

■Ш и 1 V* 1, .

□ г. • V 13 * •

Рис. 2. Структура воды при температуре 4°С (а), 20°С (б)

плексов очень существенно влияет на активность воды и ее свойства. Поскольку в ходе реакций изменяются все параметры среды (плотность, вязкость, объем и др.) и эти изменения происходят скачкообразно, то химические реакции и фи-зико-химические процессы неизбежно должны сопровождаться генерацией электромагнитных и акустических колебаний в широком интервале частот, зависящих от параметров среды и природы реагентов. В химических реакциях и физико-химических процессах происходит взаимодействие не отдельных молекул, а кооперативное взаимодействие фрагментов среды и реагентов, включающих тысячи и десятки тысяч структурных единиц. Белки и энзимы функционируют более эффективно в растворах с пониженной вязкостью. Это же можно сказать и обо всех рецепторах клеточных мембран, медиаторах, гормонах, транспортных РНК и др. В этом причина ее биологической активности.

Обнаруженное явление АЭ в гомогенной среде позволит в дальнейшем разработать методы контроля большого числа важных технологических процессов и метастабильных состояний веществ, для которых они могут оказаться единственно пригодными.

Заключение

Экспериментально с применением нескольких методов установлено, что талая вода является активным метастабильным состоянием воды с неравновесной концентрацией ионов водорода [Н+] и гидрокси-ла [ОН-]. СНМ-комплексы в талой воде имеют значительно меньшие размеры. Этим объясняется ее биологическая активность. Впервые получены снимки структурных образований в воде и зарегистрирована акустическая эмиссия в гомогенной среде.

Л итература

1. Аскоченская М. А., Петинов Н. С. // Успехи соврем, биол. - 1972. - Т. 73, вып. 2. - С. 288.

2. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия. — М., 1976.

3. Ластиков О. А. // Гиг. и сан. — 1977. - № I. -С. 73-76.

4. Смирнов А. Н. // Рос. хим. журн. — 2001. — Т. 45. — С. 29-34.

5. Смирнов А. Н., Сыроешкин А. В. // Рос. хим. журн. — 2004. - Т. 48, № 2. - С. 125-135.

6. Bullemer В. Н. et al. // Physics of Ice. - New York, 1969.

7. Derst-Hansen W. // Second International Biophysics Congress. — Vienna, 1966.

Поступила 02.03.09

О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2009 УДК 614.876:615.849.5

Т. В. Жукова', М. В. Калинина2, О. В. Краснопольский3, Ю. Г. Дараган4

РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПАЦИЕНТОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕДИЦИНСКИХ СТАНДАРТОВ "ПРОТОКОЛЫ ВЕДЕНИЯ БОЛЬНЫХ"

'Доктор мед. наук, зав. кафедрой Ростовского государственного медицинского университета; 'Управление Роспотребнадзора по Ростовской области (kalinina@rpdon.ru); 3МЛПУ Городская больница скорой медицинской помощи № 2, Ростов-на-Дону; 'Управление Роспотребнадзора по Краснодарскому краю, Ростов-на-Дону

Цель работы состояла в разработке методики обоснования контрольных уровней облучения пациентов при медицинском облучении. Анализировались две информационные базы данных: контролируемые параметры R-оборудования и индивидуальные дозы пациентов из амбулаторных карт.

Ключевые слова: медицинское облучение, стандартизация, контрольные уровни облучения пациентов, технические характеристики оборудования, обоснованность процедур

Т. V. Zhukova, М. V. Kalinina, О. V. Krasnopolsky, Yu. G. Daragan. - PATIENT RADIATION SAFETY IN THE DEVELOPMENT OF THE MEDICAL STANDARDS "PATIENT MANAGEMENT PROTOCOLS"

The aim of the study was to develop a procedure for substantiating the control irradiation levels during medical irradiation. Two databases on the controlled parameters of R-equipment and on the individual patient doses from outpatient cards were analyzed.

Key words: medical irradiation, standardization, reference irradiation levels, specifications of equipment, validity of procedures.

Данные литературы свидетельствуют о широком развитии в здравоохранении системы стандартизации, направленной на обобщение, унификацию, упорядочение методов диагностики и лечения при различных видах патологий. Основным документом такой системы являются "Протоколы ведения больных", в которых используются, в том числе и рентгенологические методы диагностики [4]. Однако место этих исследований в перечне диагностических процедур, последовательность их применения, оценка результативности рентгенологического метода на фоне альтернативных методов диагностики не определены и требуют дальнейшего изучения [1, 2, 3].

В то же время необходимо отметить, что рациональное использование лучевых и других (альтернативных) инструментальных методов исследования пациентов, последовательность их применения позволяют ограничить дозовую нагрузку и снизить экономические затраты на обследование пациентов [1, 3].

Цель исследования — сопоставление результативности лучевых и альтернативных методов диагностики при патологии желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и дыхательной системы.

Обследовали группу пациентов с патологией ЖКТ и органов дыхания (ОД), проходивших диагностику и лечение в больнице скорой медицинской

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.