CC BY
9
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ВЫПУСК ПО МАТЕРИАЛАМ ПЛЕНУМА НАУЧНОГО СОВЕТА ПО ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ГИГИЕНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАМН И МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ "МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ И ОЦЕНКИ БИО- ИНАНОТЕХНОЛОГИЙ(НАНОВОЛНЫ, ЧАСТИЦЫ, СТРУКТУРЫ, ПРОЦЕССЫ, БИООБЪЕКТЫ) В ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ГИГИЕНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ"
Наноматериалы и нанотехнологии как объект гигиенических исследований
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2008 УДК «14.7:S04.6t]:008
Ю. А. Рахманин, А. А. Стехин, Г. В. Яковлева
ВЛИЯНИЕ КВАНТОВЫХ СОСТОЯНИЙ НАНООБЪЕКТОВ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
Возрастающее внимание к нанотехнологиям и наноматериалам обусловливает актуальность оценок их возможного негативного биологического действия. Для прогнозирования последствий для человека и биосферы использования новых материалов и технологий необходимо остановиться на отличительных свойствах класса соединений, названного наночастицами.
Следует отметить, что термин наночастицы не отражает принципиально нового содержания, вкладываемого в данное понятие. Во-первых, наночастицы отличаются от объемного материала наличием двухмерной метастабильной фазы, обладающей особыми структурными и энергетическими свойствами. Во-вторых, наиболее активные наноструктуры имеют неплоскую форму двухмерных слоев, что сопровождается наведением дополнительного дипольного момента и появлением межмолекулярного сопряжения вдоль двухмерных границ. В-третьих, появление протяженных плоскостей (особенно сферической и цилиндрической формы) электронного сопряжения возбуждает коллективные электронные и колебательные состояния и способствует делокализации электронов (по типу комплексов с переносом заряда). Делокализация электронов и последующая конденсация избыточных электронов в активных областях двухмерной структуры наночастиц приводят к качественно новому электрофизическому состоянию наноструктур, которое может быть проанализировано на основе квантовых представлений.
Согласно квантово-механическому описанию ансамбль делокализованных электронов может быть представлен единой интегральной волновой функцией финт, определяемой через интерференцию одночастичных волновых функций у, (без учета взаимного влияния частиц). В некогерентном случае взаимодействия частиц разность фаз между независимыми парциальными ф-функциями зависит от сдвигов фаз двух (частный случай) электро-
нов, находящихся в различных областях пространства
кинтР = Ч',ек*>+ + 4^ек,2 = У,2 + чу + гУ^Соэ (ф| _ Ф2+2Ч>),
где ф, и ф2 — исходные фазы У — функций электронов, ф = ф(А) — дополнительная разность фаз из-за наличия векторного потенциала А.
В зависимости от величины ф(А), определяемой формулой, диапазон результирующей величины электронной плотности составляет 0—4 ^Р (при одинаковых амплитудах исходных ф-функций). В пределах данного диапазона возникает соразмерное изменение потенциальной энергии квантовой ямы, стимулирующее конденсацию электронов или их туннельный перенос, а также изменение термодинамических состояний микрообъемов, влияющих на фазовые переходы ассоциированной воды и через них на конформационные переходы, изменения скорости реакции или энергетического активационного барьера выхода частицы.
В асимптотическом пределе интерференционный член уравнения в исходном гамильтониане коллективизированной системы электронов, определяемой коэффициентом корреляционной связи их движения между собой, может быть трансформирован в уравнение продольной электромагнитной волны (Верин О. Г., 2005) или уравнение электромагнитного вихря сверхтекучего волнового пакета электронов (Шмидт В. В., 2000).
В причинно-следственной зависимости продольные волны и электромагнитные вихри соотносятся как организующий процесс (при трансляции электромагнитных вихрей вдоль определенного направления продольные волны получили название волн Свихарта) и вторичный процесс переконденсации волнового пакета (движения электромагнитного вихря в соответствии с объемной структурой потенциального поля, формируемого продольной волной, получившего название пиннинга).
Электромагнитный вихрь при определенных условиях среды его распространения способен визуализироваться за счет эмиссии фотонов, образуемых в процессах рекомбинации заряженных частиц (рис. 1 на вклейке).
Форма вторичной эмиссии совпадает с областью локализации сверхтекучих электронов, из которой следует, что электромагнитные вихри обладают цилиндрической симметрией, самоподобием в цепочках, реализуются как на макро-, так и на микроуровнях и присущи живым организмам.
Численные оценки длин волн де Бройля коллективизированных электронов в ассоциированной воде, в том числе в белках клеточных структур, дают значения, соразмерные с клетками, что указывает на их морфоформирующую функцию.
Другим следствием уравнения |ц/И1ГТ|2 является симметричность функции относительно координат, из которой вытекает вывод о нелокальности частицы (в пространстве), а с учетом преобразований Лоренца (Пригожин И., 2003) для фронта волны — вывод о нелокальности волнового пакета во времени.
Квантовые свойства фуллеренов
Электронная структура в двухмерных сферических или цилиндрических структурах фуллеренов обладает рядом особенностей по сравнению с плоскими сопряженными структурами непредельных углеводородов и ароматических соединений. Для последних известны модели 71,71- и п,я-сопряжения. Для изогнутых структур фуллеренов характерно р-сопряжение, где р — орбиталь электрона, ортогональная к плоскости, образованной тремя другими электронами атома углерода (вр'-гибридиза-ция), образующими о-связь в плоскости (Соколов В. И., 1993).
Особая электронная структура фуллеренов позволила японским химикам (Иошида и Осава, 1971) предложить определение нового класса сопряженных структур, которые они назвали суперароматическими. Такие структуры образуются де-локализованными на поверхности трехмерного тела с симметрией, близкой к сферической. Свертывание плоской структуры с р-сопряжением приводит к индуцированию дополнительного дипольно-го момента, зависящего от радиуса кривизны поверхности. Электронные свойства подобных изогнутых структур характеризуются меньшим потенциалом ионизации, анизотропией магнитной восприимчивости, наличием локальных минимумов потенциальной энергии и др. (ВиЩаг V., 1997). Энергия ионизации ^ и энергия сродства к электрону Е, для фуллеренов зависит от радиуса фул-лерена Ё,, (Суздалев И. П., 2006).
Сродство к электрону фуллерена См равно 2,7 эВ. Например, сродство к электрону парамагнитного кислорода, являющегося одной из основных ловушек электрона в воде, равно 0,87 эВ.
В ряде работ (СегсЫкоу Ь., 1998) рассматриваются коллективные процессы возбуждения продольных колебаний валентных электронов фуллеренов — плазмонов. В частности, была установлена
его тонкая мультипольная структура, что указывает на неодинаковость периодов и фаз элементарных составляющих плазмонов, т. е. на наличие внутренней организации продольного поля.
Наноструктуры в электромагнитном поле
Наноструктуры с электронным сопряжением в электромагнитных полях с продольной электрической поляризацией ведут себя иначе, чем простые молекулярные структуры. В силу того, что энергетические барьеры переходов электронов р-сопря-жения характеризуются значительной пространственной делокализацией, наложение на подобную структуру электрического потенциала приводит к заселению их высоковозбужденных состояний. В результате на каркасе фуллерена электронная плотность перераспределяется в центр фуллерена или фуллереновой трубки: образуется цилиндрический поверхностный плазмон, который при наличии электрической поляризации ведет себя как акцептор электронов.
Важно отметить, что в продольном электромагнитном поле поверхностный плазмон и колебательные состояния атомов скелета, в том числе инкапсулированные соединения, приобретают коллективный характер движения, что способствует фазовому переходу плазмона в сверхтекучий электромагнитный вихрь.
В анион-радикалах электроны располагаются в экваториальной области структуры в форме единого волнового пакета. Фазовый переход поверхностный плазмон — сверхпроводник (БЬеЬс! Э., 2001) сопровождается усилением обменных электрон-фононных взаимодействий.
Туннелирование электронов осуществляется вдоль оси по цепочечным структурам. Туннелирует волновой пакет из четного количества электронов, находящихся в синглетном состоянии. Последующий захват 13-го электрона возбуждает неустойчивость, в результате которой волновой пакет покидает внутреннюю структуру фуллерена с образованием горячих катион-радикалов.
Квантовая нелокальность биологических систем
Экспериментальными исследованиями установлено, что полевые структуры биологических объектов (на примере культуры дрожжей) обладают свойством временной нелокальности (Стехин А. А., Яковлева Г. В., 2006). Нелокальные изменения состояния электрического поля, регулируемые периодической активацией ДНК клетки (А-В-кон-формации) лежат в основе периодических процессов транспорта электронов в системе внешняя среда—биологический объект и последующего запуска метаболизма клеток. Подобные процессы характерны для всех уровней организации живого.
Эффект квантовой нелокальности проявляется в качестве фундаментальной закономерности го-меостаза живых организмов, связанного с обменными электромагнитными взаимодействиями, протекающими с участием сверхтекучих электронов геосферы Земли и живых организмов. Подобное взаимодействие, как показывают результаты
внесение культуры
внесение деэинфектанта
Рис. 2. Динамика изменения напряженности поля Е, (в контроле и опыте) в период вегетации культуры микроорганизмов.
По оси абсцисс — время (мин); по оси ординат — напряженность поля (в В/м). I — контроль, 2 — опыт.
ранее выполненных работ (Рахманин Ю. А., 2002), носит характер когерентных обменных процессов между электромагнитными вихрями различного масштаба, движение которых в биосфере Земли определяется условиями донорно-акцепторных взаимодействий. Однако обменные электромагнитные взаимодействия в биосфере Земли протекают в условиях постоянно действующего геомагнитного фона. Следовательно, выявление закономерностей геомагнитного взаимодействия в системе живой организм—окружающая среда относится к приоритетной проблеме изучения гомеостаза живых организмов.
Результатами экспериментов установлено, что обменное электромагнитное взаимодействие в изучаемой системе (культура дрожжей) носит нелокальный характер во времени и пространстве, проявляемый в скачкообразном изменении параметров электрических и магнитных полей в ближайшем окружении среды микроорганизмов (несколько метров). Электромагнитная реакция системы проявляется за сутки по низкочастотной электрической компоненте поля Е, и за 2 сут по высокочастотным составляющим Е2 внешнего (фонового) электромагнитного поля, определяемого динамикой сверхтекучих электронов в литосфере Земли.
Пульсации напряженности поля Е, (рис. 2) при проведении исследования протекают в период от момента введения культуры в питательную среду до ее гибели после внесения дезинфицирующего агента (хлорноватистой кислоты).
Сразу после гибели культуры возникает всплеск напряженности поля, что связано с генерацией культурой электромагнитной энергии. Аналогичные процессы протекают в контрольном образце, однако проявляются не только в период жизни микроорганизмов, но и до введения культуры в питательную среду и после ее уничтожения. Подобные изменения в динамике процесса связаны с фазами развития микроорганизмов.
Следовательно, физические процессы, обусловливающие энергоинформационное взаимодействие живых организмов с внешней средой, связаны с явлениями когерентного и нелокального во времени обмена волнами сверхтекучих электронов (волны де Бройля). Конденсация электронов про-
текает в потенциальных ямах, формируемых в связанных состояниях воды в примембранных областях клеток, и определяет перенос генетической информации и энергии в клеточную структуру (Казначеев В. П., 1985). Нелокальное взаимодействие с геомагнитными полями внешней среды является фактором развития и сохранения генетической информации живыми организмами.
Первым, геофизически обусловленным, каналом транспорта электронов следует рассматривать транспорт по ассоциированным состояниям воды. Ассоциированная вода как негэн-тропийная система образует системы коллинеарных и самоподобных (в цепочках) вихрей. В то же время энергия вихрей квантуется, поэтому элементарные вихри в цепочках ассоциированной воды характеризуются определенным уровнем энергии, а сама вода кроме средних значений структурированности имеет определенное распределение по уровням энергии. Пример подобного энергетического распределения приведен в табл. 1.
Синергизм и антагонизм биологических объектов с водной средой проявляется на надмолекулярном уровне как организации структурированной воды, так и организации живого. Зависимость биологического действия структурированной воды (табл. 2) связана с транспортом электронов, носящим макроскопический характер и потому зависимым от длины продольных волн, принимающих участие во взаимодействии структурированная вода—биологический объект. Подобные частоты находятся в диапазоне от десятков Гц до нескольких кГц, совпадающем с диапазоном частот продольных волн в геосфере Земли (0--29 кГц).
Как следует из табл. 2, резонансные состояния ассоциированной воды различаются для биологических систем, что свидетельствует о чувствительности первичных рецепторов клеток биосистем к частотам продольных волн.
Человеческий организм не является исключением во взаимной корреляции процессов во внешней среде и внутренних структурах организма. В нормальном состоянии организма человека и теплокровных животных благодаря соответствующей активности биорегуляторов (эритроцитов и лейкоцитов) поддерживается динамическое равновесие ме-
Таблица 1
Энергетическое распределение структурированности физически активированных вод (в %)
Энергетический уровень Технология водоподготовки и средние значения структурированности воды
"Алмаз" 0,746 Торсионные поля 0,778 Грандер 0,701 Ренорм 0,631 мвв 0,668 Троица 0,553
0,2-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0
0
0,7 0,1 0,2
0,6 0,2 0,1 0,1
0,6 0,4 0 0
0,10 0 0 0
0,5 0
0,4 0.1
0,8 0,2 0 0
Таблица 2
Резонансные состояния взаимодействия биологических тест-сис-тсм с энергетическим распределением структурированности воды
Биологический тест
Уровни структурированности воды
резонансные
подавляющие резонанс
Кресс-салат: ростки корешки Газонная трава: ростки корешки Овес: ростки корешки
Pin-points Salmonella Е. coli
Ps. Aeruginosa
Инфузории tetrahy-mena piryformis "Эколюм" Дафнии Magna
Растения
0,2-0,4 0,2-0,4
0,4-0,6 0,2-0,4
0,4-0,6 0,4-0,6
Микроорганизмы 0,0-0,2 0,0-0,2 0,4-0,6 0,4-0,6
Гидробионты
0,4-0,6 0,4-0,6
0,6-0,8 0,6-0,8
0,6-0,8 0,6-0,8
0,4-0,6 0,4-0,6 0,2-0,4, 0,6-0,8 0,6-0,8
0,4-0,6 0,2-0,4, 0,6-0,8
0,4-0,6 0,6-0,8
0,4-0,6 (0,2—0,4 0,2—0,4 (в дейтерие-в протиевых водах) вых, включая 145%о, водах)
0,4—0,8 (в протиевых 0,8—1,0 водах)
жду некоторыми психическими и физиологическими функциями. В процессе эволюции произошла дифференциация клеток по их отношению к внешним связям, в том числе электрон-транспортным цепям.
В работах Бородюк Н. Р. (1999), являющихся развитием концепции эргонтической корреляции (взаимосвязи) И. И. Шмальгаузена (1982), между внешней средой и определенными физиологическими функциями четко определено первичное звено цепей неспецифического и специфического (ЦНС, высшая нервная система) регулирования. Этим первичным звеном является наружная мембрана эритроцитов. Однако авторы не указали источник поступления электронов в мембрану эритроцитов. Как следует из выполненного анализа, этим источником является геомагнитное поле Земли.
Таким образом, внешняя среда является не только внешним раздражителем, активирующим физиологические и психофизические процессы в организме, но главным образом поставщиком электронов, т. е. неспецифической цепью питания организма. Важно указать на то обстоятельство, что хотя электроны и дополняют цепи питания организма сильнейшими восстановителями — сольва-тированными электронами, их главная функция иная. Эта функция заключается в формировании строго коррелированной полевой среды в организме, которая формируется не отдельными электронами, а их сгустками — электромагнитными вихрями. Следовательно, данная функция направлена на поддержание негэнтропийного состояния всех структур биосистемы, в то время как окислитель-
но-восстановительные и диффузионные процессы направлены на повышение энтропии биосистемы. Только на основе единства этих двух фундаментальных энергетических процессов может быть реализована жизнь, выступающая как квантовое явление.
Механизмы электронного регулирования начальных стадий клеточного метаболизма
Анализ ряда работ (Шмальгаузен И. И., 1982; Бородюк Н. Р., 1999) показывает, что состояние внешней поверхности и активные центры мембраны клеток играют активную роль в транспорте электронов и управлении конформационными состояниями белковых структур не только мембраны, но и органелл клетки. С другой стороны, признана активная функция ДНК клетки в регулировании процессов внутриклеточного метаболизма (ЗикИо-гикоу В., МоЩге1 М., 1990). В этой связи явно просматривается регуляторная функция электронов как в составе мембраны клетки, так и в ДНК. При этом электроны мембраны клеток могут выполнять свою функцию и без ДНК. В то же время регуляторная функция ДНК без мембраны не проявляется. Это указывает на то, что первичные регулятор-ные функции принадлежат именно мембране.
Квантовые представления о состоянии мембраны клетки, учитывающие ее нелокальные связи с ДНК, могут быть охарактеризованы состоянием с наведенным магнитным потоком и наведенным электрическим полем.
В такой среде области локализации электрической и магнитной компонент когерентного волнового пакета определяются нелокальными связями с фазовыми границами, характеризуемыми длиной волны де Бройля.
Локализация в пространстве и времени волнового пакета квантового осциллятора может быть оценена как суперпозиция волновых функций, отвечающих состояниям с фиксированным значением импульса. Р. Ф. Авраменко (2000) для установления значений импульса волнового пакета предлагает использовать принципы, изложенные в работе Ф. М. Вудворд (1955), основанные на спектральном представлении состояния волнового пакета. Тогда импульс волнового пакета становится зависимым от количества осцилляторов, принимающих участие в коллективном движении, при котором количество степеней свободы движения (спектр частот) уменьшается, что приводит к увеличению длины волны де Бройля.
Из приведенного соотношения следует, что состояние клеточного мотора (ДНК) определяется количеством коллективизированных электронов, которое уменьшается для А-конформации и увеличивается в случае В-конформации ДНК. Фазовые границы волнового пакета ДНК в А-конформации локализуются внутри клетки, а в В-конформации охватывают наружную поверхность мембраны клетки.
В активном электрическом состоянии волнового пакета на его фазовых границах формируется макроскопическая потенциальная яма, которая за-
полняется избыточными электронами из внешней среды, т. е. происходит их квантовая конденсация.
Появление избыточных зарядов на наружной поверхности мембраны определяет ее активное электрофизическое (квантовое) состояние, которое выполняет несколько функций:
а) межклеточный транспорт волнового пакета электронов (пиннинг электромагнитного вихря) в цепочечных структурах тканей клеток;
б) квантовая конденсация и возбуждение поляризующего электрического потенциала на мембране клетки, управляющего кето-энольной изомеризацией глюкозидного цикла, р-а-конформациями внутримембранных белков и соответственно ионным межмембранным транспортом;
в) восстановление водорода в реакциях с поверхностными активными центрами (гликозиды, фосфатиды) и внутри мембраны преимущественно с парафиновыми углеводородами мембранных жиров;
г) туннельный перенос электронов на ДНК, ее конформационный переход А -»• В и сжатие клетки
наведенным полем с формированием перепада давлений (запуск переноса ионов).
Межклеточный транспорт электронов осуществляется в направлениях глобального градиента электрического потенциала в цепочках клеточного сопряжения биологических тканей. Транспорт электронов по поверхности мембраны происходит в форме самоподобных электромагнитных вихрей с нормальной (Мейснеровской) сердцевиной (Рах-манин Ю. А., 2002; Шмидт В. В., 2000). Нормальные условия транспорта электронов определяются пространственной структурой центров зацепления (пиннинга) вихрей. Возникновение дефектов пространственной структуры данных центров на мембране связано с изменением ее химического состава и приводит либо к блокированию межклеточного электронного транспорта, либо к искажению структуры вихрей и потере ими материнской цепочки сопряжения.
Следовательно, самоподобие вихрей является тем механизмом, который определяет одновременное синхронное изменение зарядового состояния клеточных структур, находящихся как в пространственном, так и временном сопряжении.
Квантовая конденсация электронов из воды (внешней среды) на внешней поверхности мембраны клеток приводит к запуску первичных, самых древних механизмов клеточного регулирования. Данные механизмы определяются природой реакционных центров внешней поверхности мембраны клетки и возбуждаемым электромагнитным полем ассоциированной воды, контактирующей с мембраной.
Рассматривая квантовую конденсацию в качестве пускового механизма клеточной регуляции, необходимо остановиться на особой роли мембраны клетки. Отметим, что бескислородный путь преобразования экзогенной энергии, поступающей на наружную сторону мембраны, связан с процессами зарядовой активации сольватированными электронами первичных рецепторов в структурах ассоциированной воды и полярных групп Сахаров и липи-
дов. Возникающий в результате квантовой конденсации электронов отрицательный электрический потенциал в примембранном пространстве приводит к увеличению в ней доли структурированной воды, что сопровождается возбуждением электромагнитных волн с продольной электрической поляризацией, управляющих конформационными состояниями как периферических химически- и конформационно-активных центров, так и р-а-конформационным переходом складчатых белковых структур в межмембранном липидном слое. Конформационные изменения мембранных белков открывают каналы электронного, а в последующем и ионного транспорта с поступлением дополнительных ионов водорода на наружную сторону мембраны. Электроны локализуются в гидратных слоях ДНК, промотируя ее переход из А- в В-кон-формацию.
В результате поступления электронов внутрь клетки происходит скачкообразное увеличение структурированности внутриклеточной среды, что автоматически приводит к значительному увеличению внутриструктурного давления в жидкости (Рахманин Ю. А., 2002) (клетка сжимается) и выдавливанию наиболее подвижных ионов.
Параллельно с изменением конформационных состояний белков и структурированности внутриклеточных ферментов протекают реакции восстановления водорода при взаимодействии сольвати-рованных электронов с поверхностными активными центрами (гликозиды, фосфатиды).
Первичные процессы взаимодействия сольвати-рованного электрона берут начало с реакций глю-козо-6-фосфата, сопровождаемых разрывом лак-тонного кольца, выделением протониевых ионов и радикалов водорода.
Процессы на наружной мембране начинаются как бескислородные и протекают без участия ферментов, затем при поступлении восстановленных форм соединения (гидратированные электроны, водород, суперосид-ион-радикалы и др.) идут с участием кислорода и внутриклеточных ферментов.
Влияние наведенных электрических и магнитных полей на динамику процессов с активными частицами в жидкостях изучали с использованием генератора вихревых электромагнитных волн (Ав-раменко С. В., 2000) по реакции образования комплекса Яновского в водно-ацетоновом растворе мета-динитробензола в щелочной среде.
Раствор мета-динитробензола в ацетоне (в концентрации 0,05 мг/мл) объемом 25 мл подвергали обработке излучением генератора вихревых электромагнитных волн в течение 30 мин (мощность генератора 0,2 Вт, частота импульсов накачки 60 кГц). В процессе обработки раствора в вихревых электромагнитных полях повышения температуры не наблюдалось. Через каждые 3 мин отбирали по 0,5 мл обрабатываемого раствора в соответствии с методикой анализа (Ивицкая А. П., 1964) и добавляли к 0,25 мл 20% 1ЧаОН. Смесь энергично встряхивали, через 20 мин раствор фотометрировали при оптической длине волны измерения X. = 540 нм (желто-зеленый светофильтр). Результаты исследований приведены на рис. 3.
0.4-1
0,35-
0,25-
Период релаксации
0,15-
0.05-
102 108 114
Рис. 3. Динамика образования комплекса Яновского (регистрируемого по изменению оптической плотности) при электромагнитной обработке в течение 30 мин раствора мета-динитробензола в ацетоне (верхняя кривая — контрольный опыт).
По оси абсцисс — время (в мин); по оси ординат — оптическая плотность, усл. сд.
Из полученной зависимости следует, что образование конечного продукта превращений (комплекса Яновского) при обработке исходного раствора мета-динитробензола в ацетоне электромагнитным излучением моновибратора имеет осцил-ляционный характер. Время обработки оказывает влияние на глубину периода осцилляций (Д^ц = 9—12—15 мин). В релаксационной фазе происходит уменьшение периодов осцилляций в 3 раза за час (Д^ = 18—12—12—6 мин). После обработки раствора фаза энергетической релаксации имеет значительный период (намного более 2 ч), что способствует увеличению степени взаимодействия исходных реагентов. Скорость реакции возрастает по сравнению с контрольным опытом без облучения реагентов.
Следовательно, воздействие вихревого электромагнитного поля оказывает стимулирующее воздействие на временные колебания концентраций енольной формы ацетона, формируемой в связанных состояниях жидкости. Характерной особенностью наблюдаемого колебательного процесса является то, что колебания продолжаются после прекращения воздействия электромагнитного поля и длительное время имеют незатухающий характер.
Полученные результаты дают основание полагать, что изменения свойств связанной воды как внешней поверхности мембраны, так и в окружении ДНК является причиной нарушения нелокальных связей (Ь - и 1 -состояний поля наружной мембраны), управляющих А-, В-конформациями ДНК. Смена активных состояний управляющей ДНК непосредственно зависит от эффективности функционирования наиболее древнего глюкозид-
ного цикла с управляемой полем Е кето-энольной таутомерией.
Полученные закономерности позволяют подойти с новых позиций к анализу патогенеза заболеваний человека и роли структурированной воды в поддержании гомеостаза организмов. В основе патогенеза распространенных заболеваний человека
(болезнь Альцгеймера, Паркинсона, ишемическая болезнь сердца, сахарный диабет и др.) лежат проявления полисистемного нарушения клеточной энергетики, включающие синдром хронической усталости, мигрени, заболевания соединительной ткани, рахит, гипопаратириоз, печеночную недостаточность (Клембовский А. И., Сухорукое В. С., 2007). Даже умеренные нарушения энергообеспечения клеток и тканей могут оказывать неблагоприятное влияние на характер течения различных болезней (Клембовский А. И., Сухорукое В. С., 1997). Эти же патологические процессы ассоциируются с нарушениями нормального метаболизма соединительной ткани и мембран клеток (Шебшаевич Л. Г., Алексеев А. А., 2001). В соответствии с теоретическими положениями эргонтической корреляции Н. Н. Шмальгаузена (Бо-родюк Н. Р., 1999; Шмальгаузен И. И., 1982), связываемой с эффективностью неспецифических цепей межклеточного и органного электронного транспорта, внутриклеточные метаболические нарушения находятся в зависимости от электронного состояния мембран клеток и соединительной ткани органов.
Особая регуляторная функция мембран клеток, рассмотренная выше, отличается от внутриклеточных метаболических процессов своими связями с внешней средой, являющейся поставщиком сверхтекучих электронов. Для одноклеточных организмов подобная связь является абсолютной. Однако для многоклеточных организмов, включая человека, в функционировании мембран сложилась определенная дифференциация, когда одни клетки (эритроциты крови) выполняют функцию первичных рецепторов геомагнитной энергии, а другие (лейкоциты крови, клетки органов и мышечной ткани) являются зависимыми не только от проводящего состояния тканевой жидкости, но и от электронного состояния первичных рецепторов геомагнитной энергии. Важно, что транспортные функции мембран клеток в организме не определяются простым перепадом плотности состояний электронов в цепях взаимодействия, а являются макроскопически квантовыми. Основным условием для межмембранного транспорта электронов, осуществляемого посредством их макроскопического туннелирования, является самоподобие (по форме внешней поверхности клетки или органел-лы внутри клетки и по периодичности активных состояний мембран) и параметры парамагнетизма (центры конденсации электронов) участников взаимодействия.
С нарушениями электронного транспорта связаны дисфункция и морфологические изменения эритроцитов, кардиоцитов, гепатоцитов и других клеток, а также митохондриальная пролиферация. Подобные нарушения на внутриклеточном уровне характеризуются как преддепрессионная гиперактивность, сопровождаемая депрессией функции митохондрий, снижением синтеза макроэргов, на-
рушением энергозависимого клеточного транспорта.
Учитывая, что регуляторная функция мембран клеток является самым первым уровнем неспецифического регулирования клеточных метаболических процессов и функционирования органов человека, включая вегетативную и центральную нервные системы, патогенез "болезней цивилизации" следует связывать с изменением нормального состояния не ДНК клеток и нарушениями внутриклеточного метаболизма, а искать причину в нарушении взаимосвязей мембран клеток с внешней средой. Подобная взаимосвязь характеризуется как способность клетки создавать условия для квантовой конденсации электронов на поверхности мембраны. Это означает, что существующие методы коррекции клеточного энергообмена, рекомендуемые для лечения заболеваний, могут привести лишь к эпизодическому изменению состояния организма, так как первопричина заболеваний не будет устранена. Для кардинальной коррекции метаболизма клеток необходима в первую очередь коррекция метаболизма мембран клеток и, самое главное, изменение состояния внешней среды и продуктов питания в сторону их электрононасыщен-ности.
Управление квантовыми состояниями когерентных нанокластеров ассоциированной воды
Современный этап исследований в области гигиены человека и экологии окружающей среды характеризуется развитием безреагентных способов управления состоянием водных систем и живых организмов. Понимание физико-химических и структурных изменений, происходящих в результате такого упраатения, имеет принципиальное значение, так как затрагивает фундаментальные про-. цессы гомеостаза живых организмов, особенно в условиях техногенного, в первую очередь электромагнитного стресса.
Для адекватного восприятия новизны и сложности поставленной проблемы необходимо кратко остановиться на достижениях последних лет в области изучения жидкофазного состояния. Наиболее важные изменения в теории жидкости, в особенности воды, заключаются в отказе от представлений жидкости как гомогенной среды.
Во-первых, вода гетерогенна не только вблизи границ раздела фаз, но и в объеме. В объемной воде также существует ассоциированная вода, представленная полиморфными модификациями льдов. Термодинамические условия их стабилизации связаны с возникновением гидрофобных взаимодействий и наведенных дипольных моментов статическими электрическими полями.
Во-вторых, носители электрических зарядов в жидкости, возникающие при диссоциации воды, длительное время существуют только в ассоциированной воде. Свободная вода представляет собой непроводящую диэлектрическую среду.
В-третьих, заряды в ассоциированной воде объединяются в виде элементарных электромагнитных вихрей, охватывая своим действием значительное число молекул воды и поддерживая в своем объеме
влияния метастабильное когерентное состояние среды с отрицательной энтропией.
В-четвертых, закрепленные в ассоциированной воде электромагнитные вихри подобно джозефсо-новским вихревым цепочкам обладают продольной трансляцией, что обеспечивает пространственное самовоспроизведение структуры и поля, т. е. осуществляется энергоинформационный обмен.
В-пятых, образующиеся когерентные волновые структуры являются квантовыми объектами и потому описываются единым волновым уравнением с фазами волновой функции, соответствующими длинам волн де Бройля, намного превышающими межмолекулярные расстояния. Возникающие квантовые эффекты волновых пакетов ассоциированной воды, в частности эффекты временной нелокальности фазы волн, становятся макроскопическими и потому влияют на состояние когерентного объекта в каждый момент времени.
Рассматриваемые когерентные нанообъекты ассоциированной воды по энергетическим и массовым характеристикам значительно превышают молекулярные объекты. По квантовым свойствам они идентичны молекулярным объектам, для которых в настоящее время разработаны и апробированы принципы управления.
Ключевой основополагающий принцип управления процессами микромира заключается в манипулировании интерференцией квантовых волн, когда воздействуют не на химическую связь (например, лазерным излучением), а изменяют волновое состояние взаимодействующих объектов. На основе этой концепции определяют лабораторное оборудование, необходимое для обеспечения требуемого управления.
Из перечня средств управления квантовыми состояниями, доступных в лабораторных условиях, выделяют 2 категории: энергию и массу, т. е. чтобы управлять динамикой, в результате которой изменяется квантовое состояние системы, можно добавлять либо энергию, либо массу в форме вещества и заряда. В микромире классическими способами сложно напрямую добавлять химические вещества или массу, поэтому почти все разработки в этой области сфокусированы на управлении энергией в качестве основного параметра. Энергия может поставляться в различных формах, включая некогерентную тепловую (фононы и фотоны) и когерентную энергию лазерного излучения.
Принципиально новым направлением управления состоянием квантовых объектов является использование продольных электромагнитных волн, поддерживающих солитонное состояние вещества и энергии.
Согласно новым тенденциям в интерпретации явлений квантовой механики (Верин О. Г., 2006), электрон (как и все остальные квантовые наноча-стицы) — это вращающаяся одиночная электромагнитная волна. Подобный подход подобен идее Шредингера, который предложил в свое время выход из кризиса квантовой механики при обсуждении дуализма волна—частица на основе волновых представлений о материи. Электроны, образующие пары в виде единого волнового пакета, характеризуются состоянием сверхпроводимости, при этом
они находятся в квантовых ямах и на расстояниях друг от друга, во много раз превышающих период кристаллической решетки.
В сверхтекучем и сверхпроводящем состоянии электроны (как и атомы) неподвижны. Общей чертой сверхтекучего и сверхпроводящего состояния электронов является установление для всех частиц корреляции (бозе-конденсации), при которой частицы объединяются общим продольным электромагнитным полем. Продольное электромагнитное поле с одновременной пространственной корреляцией частиц сопровождается рядом закономерных эффектов.
1. Чем больше частиц подключается к общему полю, тем устойчивее и сильнее оно становится; это увеличивает количество коррелируемых полем частиц, т. е. бозе-конденсация сама себя усиливает, черпая энергию фононов из внешней среды.
2. Сверхтекучая фаза, включающая общее поле продольных волн и взаимодействующие с ним коррелированные частицы, имеет соответствующую внутреннюю энергию связи.
3. Теплоемкость сверхтекучей фазы в силу заторможенности движения частиц минимальна, а теплопроводность, наоборот, имеет максимальные значения.
4. В сверхтекучей фазе функции перемещения частиц относятся не к одиночным частицам, а к единому полю продольной волны, под действием которого частицы телепортируются. Это происходит при возникновении в каком-либо месте взаимодействия единого поля продольной волны, совпадающего с длиной волны де Бройля, энергетически благоприятных условий, что приводит к моментальной материализации частицы в этом месте.
Супрамолекулярные образования ассоциированной воды, создающие в объемной жидкости цепочечные структуры, стабилизируются благодаря продольному электромагнитному полю в ассоциа-тах, формирующему неоднородное силовое поле вдоль оси своего распространения. Большая интенсивность общих продольных волн в ассоциатах проявляется в притяжении сторонних атомов с эффектом их фокусировки вдоль оси ассоциата.
Основная роль продольных электромагнитных волн заключается в поддержании во времени и пространстве негэнтропийного и неравновесного состояния биосистем, в том числе обеспечении транспорта электронов, необходимых для периодического запуска метаболических процессов.
Для активации частиц (изменения уровня энергии частицы в потенциальной квантовый яме) важен набег фазы на незамкнутом участке, например, при туннельном переносе. Многие биохимические процессы включают стадию туннельного переноса электронов и протонов. Туннельный перенос между локализованными (финитными) состояниями частиц имеет важные особенности. Являясь изо-энергетическим процессом, туннельный перенос требует совпадения энергетических уровней между исходным и конечным состоянием. Направленный необратимый перенос частиц становится возможным только благодаря релаксационным процессам в доноре и/или акцепторе, изменяющим относительное расположение уровней и выводящим сис-
тему из резонанса. Часто именно эти процессы лимитируют скорость всей реакции. При этом плотности зарядов (амплитуды ^-функций) на доноре и акцепторе до начала и в первый период релаксации близки друг к другу. Эта ситуация почти полностью аналогична случаю туннелирования электронных пар между двумя сверхпроводниками через тонкий зазор в эффекте Джозефсона.
Вода является мишенью воздействия магнитного векторного потенциала, образуемого в результате квантовой интерференции. Перестройка структуры ассоциатов молекул воды, вызванная нарушением условий равновесия во внутриклеточном масштабе, происходит в основном посредством туннелирования протонов вдоль межмолекулярных водородных связей. Важная роль в динамике водной структуры и ее физико-химических свойств отводится сольватированным электронам. Делокализо-ванные в пределах одного кластера, они переходят в соседний вследствие туннельного переноса. Этот процесс, как и перенос протонов, может быть объектом действия магнитного векторного потенциала, изменяющего скорости и направления процессов перестройки структуры водных ассоциатов, а вместе с этим и состояние биохимической системы клетки. Оценка магнитного векторного потенциала, создающего дополнительный сдвиг фаз Дф = я, при ширине барьера 3—10 • 10~10 м, дает величину А около 0,3—1 • 10~5 Т* м.
В этой связи преимущества управления квантовыми состояниями нанокластеров ассоциированной воды, осуществляемого с помощью продольных электромагнитных волн, заключаются в пространственной когерентности возбуждающих среду волновых пакетов, что обеспечивает возможности их естественной репликации. Использование квантовых состояний, связанных с нелокальностью волновых пакетов, позволяет наблюдать будущие изменения состояния системы (видеть будущую структуру) не на уровне чрезвычайно малых временных интервалов, имеющих место в молекулярных системах, а в достаточно протяженные временные интервалы, измеряемые секундами и минутами. Использование свойств телепортации частиц позволяет осуществлять не только полевое воздействие на наносистему, но и вводить их в определенные места когерентной структуры бездефектным способом.
Рассмотренные принципы управления когерентным состоянием наносистем прямым образом применяются для регулирования свойств ассоциированной воды.
На основе полученных выводов о взаимодействии внешняя среда—организм может быть создана методологическая база биологической оценки на-нотехнологий и наночастиц. Ключевыми моментами такой оценки являются закономерности коллективного поведения зарядов, локализованных в ассоциированных состояниях вещества. В данном контексте следует отметить существенную разницу между коллективизированным поведением электронов в составе ассоциированной воды и наночастиц иной природы (углеродная, силикатная, двумерные структуры металлов и др.). Основу различного поведения наноматериалов и связанной фазы
воды составляют изменения в параметрах решетки наночастиц и полиморфных льдов, структуре и зарядовом состоянии волновых пакетов, их динамических характеристиках. Достаточно очевидно, что введение таких биоактивных наночастиц в организм (в том числе и при неконтактном действии через изменения в составе биологической жидкости) будет вызывать рассогласование резонансных состояний в биосистемах и влиять на их жизнеспособность.
Литература
1. Авраменко С. В. и др. Способ и устройство для од-нопроводной передачи электрической энергии без омических потерь. — Пат. № 61463.873 III США от 10.05.2000 г.
2. Бородюк Н. Р. Кровь — живое существо. Биоэнергетические механизмы приспособительных реакций.
- М„ 1999.
3. Будущее открывается квантовым ключом / Авраменко Р. Ф. и др.; Под ред. В. И. Николаевой, А. С. Пашины. — М., 2000.
4. Верин О. Г. Природа элементарных частиц, квантовая теория и великое объединение. — М., 2005.
5. Вода — космическое явление / Под ред. Ю. А. Рах-манина, В. К. Кондратова. — М., 2002.
6. Вудворд Ф. М. Теория вероятности и теория информации с применением к радмиолокации. — М., 1955.
7. Казначеев В. П., Михайлова Л. 77. Биоинформационная функция естественных электромагнитных полей. — Новосибирск, 1985.
8. Клембовский А. И., Сухорукое В. С. // Арх. пат. — 1997. - Т. 59, № 5. - С. 3-7.
9. Клембовский А. И., Сухорукое В. С. //Вестн. Рос. АН.
- 2007. - Т. 7, № 4. - С. 62-69.
10. Пикаев А. К. Сольватированный электрон в радиационной химии. — М., 1969.
11. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени: Пер. с англ. — М., 2003.
12. Санитарно-химический контроль в области охраны водоемов / Под ред. А. П. Ивицковой. — М., 1964.
13. Соколов В. И., Станкевич И. В. // Успехи химии. — 1993. - Т. 62, № 5. - С. 455-472.
14. Стехин А. А., Яковлева Г. В., Севастьянова Е. М. // Техника КВЧ, СВЧ и оптических частот. — 2006. — № 2. - С. 21-37.
15. Суздалев И. П. Нанотехнология: физико-химия на-нокластеров, наноструктур и наноматериалов. — М., 2006.
16. Харт Э., Анбар М. Гидратированный электрон: Пер. с англ. — М., 1973.
17. Шебшаевич Л. Г., Алексеев А. А. Жизнь — кибернетическая медико-биологическая системность. — М., 2001.
18. Шмальгаузен И. И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии,— М., 1982.
19. Шмидт В. В. Введение в физику сверхпроводников. М., 2000.
20. Buntar V., Sawerzopf F. M., Weber H. W. // Aust. J. Phys. - 1997. - Vol. 50. - P. 329-361.
21. Cercek B. // Int. J. Rad. Phys. Chem. - 1971. - Vol. 3.
- P. 231-237.
22. Gerchikov L. G. // Phys. Rev. Lett. - 1998. - Vol. 81.
- P. 2707-2710.
23. Shehd D. // Science. - 2001. - Vol. 292. - P. 2462.
24. Sukhorukov В. /., Montrel M. M. // Biophys. Chem. — 1990. - Vol. 35. - P. 47-54.
25. Vostrikov A. A., Dubov D. Yu. // Mol. Materials. — 1998.
- Vol. 10. - P. 255.
26. Yoshida Z, Osava E. Aromaticity. — Kyoto, 1971. — P. 174.
Поступил« 12.03.08
Summary. The authors consider the quantum states of na-noparticles and the processes of electron transport in the associated phases of aquatic and biological environments that are of macroscopic nature.
С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2008 УДК 6l4.7rfl5.9l
3. И. Жолдакова, О. О. Синицына, Н. В. Харчевникова
ОБЩИЕ И СПЕЦИФИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОЧАСТИЦ И ДРУГИХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ С ПОЗИЦИЙ КЛАССИЧЕСКОЙ ТОКСИКОЛОГИИ
ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
Бурное развитие нанотехнологий несомненно приведет к тому, что в ближайшие годы содержание наночастиц (НЧ) в объектах окружающей среды увеличится, что создает реальную опасность для человека. Имеющиеся в настоящее время результаты токсикологических исследований во многом противоречивы и скорее не дают ответа на вопросы о токсичности наноматериалов (НМ), а вызывают множество новых. В связи с этим проведена оценка свойств НЧ с позиций классической токсикологии в сравнении с химическими веществами в других физических формах.
Принято считать, что к НМ относятся частицы с размером не более 100 нм. С позиций токсикологии возникает вопрос, является ли размер частиц основной характеристикой, определяющей их опасность?
При сравнении размеров молекул различных химических веществ (см. таблицу) можно обнару-
жить, что наиболее крупные из них, например, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные диоксины, имеют сопоставимые с НЧ размеры — до 3 нм. Еще больше приближаются по размеру к НЧ молекулы четвертичных аммониевых и растворимых полимерных соединений. Степень выраженности и механизм токсического действия этих веществ зависит не
Линейные размеры молекул некоторых химических веществ, нм
Вещество
Длина Ширина
Дибензо(а,11)пирен 1,61 0,93
Дибензо[сс1, jk]nHpcH (антантрен) 1,3 0,96
Нонацен 2,64 0,76
2,3,7,8-Тетрахлордибензо(пара)диоксин 1,05 0,31
Алкилбензиддиметил-аммоний хлорид (С|0—С|4) 4,5 0,3 Полигексаметиленгуанидин гидрохлорид
(л = 5-70) - 7-98 0,15
