Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 2
•.\'-, V,. ¦>;¦¦: . ¦-.•¦¦ .•¦ / ¦ ¦. . ¦¦.:¦. ¦¦.. из
3,П1М1
32П2М2.
33П3МЗ
B.Ц)
Здесь ДНКдеф — дефектная область ДНК; ДЭФ — действую,
щий на онкогенный вирус экологический фон (химические за-
грязнители); nHoij — интегральная электромагнитная энергия
(включая внутреннее и внешнее облучения); Кх< 2, з ~ к°нстанты
скоростей реакций; 31( 2> 3 — исходная генетическая информация
по наследственному онкогенному вирусу; П1 2, з ~ продукт ген-
ной перестройки в ДНК онковируса в результате ЭМ-воздействия;
M1>2i3 — вероятность исчезновения (изменения состояния) соз-
данной структуры в ДНК вируса.
Дифференциальные уравнения, описывающие кинетику мо-
лекулярной стадии онкогенеза (квазистационарное приближе-
ние), имеют вид:
dt
dt
dt
l2 _
=.уП, -(е+5)П2+рП3
+еП2-(а+Р)П3.
B.12)
где а, Р, у, 8, е, со — вероятности переходов в результате действия
электромагнитной энергии соответственно: П3 -> Щ; П2 -> П(;
П2->П3; П3-^П2; Пх -+ П3; П[ -> П2.
При малой вероятности обратных переходов и при условии
а = 5 = е и р = у = ю получим:
П, =-——ц, -ц3 exp[-B(o+a)t]
Зш
П2 =— ц -цг ехр[-(ю+2а)/]
За
B.13)
П3 =|л, +ц2
Здесь ц,, ц2, ц3 — концентрационные долевые вклады
ления соответствующих генных структур (Пь П2, П3) в результат6
ЭМ-воздействия.
114
Если считать, что тип каждой структуры определяется своим
^овнем генетической информации, и при этом другие структуры
^сутствуют, то их концентрационные вклады будут соответствен-
„п иметь вид:
_Nl+N2+N,
Заш
B.14)
Д
•1 Д=2а2+5аю + 2ш2.
Здесь Nh N2, N3 — уровни генетической информации структур
П1; П2 и П3 соответственно.
Для внешнего ЭМ-воздействия в случае изотермического про-
цесса примем дополнительные условия на уровни генетической
информации и вероятности трансформации структур П,:
N.> N2> N2; — = - = — = const,
а у 8
Динамику возникновения и изменения состояния гипотетиче-
ских генных структур Пь П2 и П3 можно качественно рассмотреть
на основе реально созданных «очувствлением» ЦЭЧ в кристалле
NaCl, сенсибилизированным примесью МпС12 • 4Н2О (рис. 2.13).
Допустим, что конкретной генной структуре соответствует по-
явление в ЦЭЧ своей разновидности ЦО, например: П] =f(F);
П2 =f(F]2); П3 =/(Х„), где /^иХ,, — ассоциативные ЦО. Тогда на
основании принятой индикации структур П,- на рис. 2.13 можно
считать, что зависимость 1 соответствует ЭМ-поглощению онко-
вируса (мишень ДНК онковируса), зависимость 2— ЭМ-погло-
¦Цению возникающих генных структур в ДНК онковируса, зависи-
мость 3 — воздействию на состояние 2 ЭМИ УФ-диапазона (соз-
дание базовой генной структуры ДНК онковируса), зависимости 4
115 — последующему воздействию ЭМИ видимого диапазона (соз-
дание спектра генных структур П( в ДНК онковируса), зависи-
мость 6 — термическому восстановлению состояния 2.
Проводя аналогию между онковирусом и ЦЭЧ, можно отме-
тИть, что в случае онковируса структурные перестройки связаны с
^астворением белковой оболочки. При этом оболочка исчезает,
^спадаясь на компоненты, из которых основную роль играет нук-
еЧновая кислота, отдающая генетическую информацию в клетку.
115
D, отн.ед.
0,7-
0,6-
0,4-
0,2-
II
2 3 4 5 б ?,эВ
Рис. 2.13. Спектры оптического поглощения кристалла NaCl, содержащего
0,2 мас.% МпС12 • 4Н2О:
1 — исходное «неочувствленное» состояние; 2 — «очувствленное» к УФИ состояние (отжиг в
парах Na); 3 — после экспонирования «очувствленного» кристалла нефильтрованным УФИ
(ПРК-2); Т = 300 К, / = 2 мин; 4 — после экспонирования видимым излучением D00—500 им)
# = 103Дж/мг; / = Змин; 5— тоже.чтои 4,t =* 10 мин; 6— термическое обесцвечивание по-
сле операций 3, 4, 5 (Т =700 К, / = 1 мин)
В случае ЦЭЧ информация о структурных перестройках отдается в
матрицу в виде искажения приграничного потенциала и частично-
го ухода в матрицу кристалла электронов, вакансий, примесных
ионов.
О правомерности предложенного сопоставления динамики из-
менения ЦЭЧ в кристалле с изменением состояния онковирусов в
клетке при электромагнитном воздействии свидетельствует, в ча-
стности, тот факт, что система предложенных уравнений кинети-
ки молекулярной стадии онкогенеза C) хорошо описывает основ-
ной спектральный переход 3 -> 4ъ ЦЭЧ кристалла на рис. 2.13 при
Nx/N2 = 4 и ш/а = 6.
В данном случае продемонстрирована возможная ситуаций
создания спектра генных структур в онковирусе различными
ЭМИ и их уничтожения термическим воздействием на реальной
объекте неживой природы. Предложенная модель позволяет каче\'
ственно оценить механизм начальных фотоиндуцированных пр0\'
цессов вирусных заболеваний и, в частности, онкогенеза.
116 .
§ 2.8. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
НЕИОНИЗИРУЮЩИХ ЭМИ
спектре ЭМИ (см. рис. 1.13) биологическим действием обла-
все виды излучений. Вначале рассмотрим неионизирующие
^учения.
Излучение каждого из диапазонов ЭМИ на первый взгляд об-
лаДаеТ своеи сферой действия, не имеющей тесной связи со сфера-
ми действия других диапазонов. Однако способность биологиче-
сКих систем противостоять изменениям и сохранять ¦относитель-
ное постоянство состава и свойств (гомеостаз) подразумевает, что
любые изменения в организме, в различных его системах, состоя-
щих из функционально связанных между собой элементов, не мо-
гут быть изолированными, то есть изменения одних функций
должны вызывать изменения других. Если говорить о клетках, эле-
менты которых участвуют в выполнении различных функций, то
на них существенное влияние оказывают излучения всех диапазо-
нов ЭМИ.
При взаимосвязанном возбуждении в организме колебаний
различных диапазонов неионизирующих излучений (СВЧ, КВЧ,
ИК, оптического, УФ) биологические результаты воздействия
должны иметь много общего. Основной чертой является остроре-
зонансный (А/7/= 10~3) характер биологического отклика орга-
низма на действие всех диапазонов неионизирующих когерентных
излучений.
Например, известно наличие множества резонансов мембран,
смещенных друг относительно друга по частоте, причем каждой
Резонансной частоте соответствует свой характер биологического
Действия. Резонансный характер биологического действия зафик-
сирован в КВЧ (миллиметровом), оптическом и УФ-диапазоне из-
лучений, причем в последних двух случаях показана многократная
Острая зависимость биологического эффекта от частоты с помо-
щью узкополосных фильтров.
Изучение роли неионизирующих излучений в функциониро-
вании клеток приводит к выводу, что их роль сводится в основном
К ПодцерЖанию или восстановлению гомеостаза, поскольку на те-
Кущее функционирование клеток, не имеющих нарушений, излу-
ЧеНия практически не влияют, а при наличии нарушений подбор
с°ответствующей резонансной частоты ускоряет протекание про-
весов устранения нарушения. При этом процесс восстановления
^етки может контролироваться побочной реакцией, например
Миссией фотонов УФ-излучения из клетки в процессе ее облуче-
117
ния. Широкое использование в медицине лазеров оптически
диапазона, основанное на резонансных явлениях с восстанови0
тельными процессами в организме, позволяет успешно лечить n^
желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых, глазных и других за
болеваний, причем именно резонансность процессов делает леч^
ние неионизирующими излучениями высокоэффективным без
каких-либо рецидивов заболевания, как это наблюдается при \\je%
дикаментозном лечении тех же заболеваний.
Для УФ- и оптического диапазонов размер клетки по сравне-
нию с длиной волны достаточно велик, например клетки диамет-
ром 5 мкм превышает длину волны приблизительно в 30 раз. Одна-
ко «антенные системы» клеток, создаваемые с помощью КВЧ-диа-
пазона, могут достаточно эффективно направлять волны оптиче-
ского и УФ-диапазонов на значительные расстояния при приемле-
мых потерях в плотности потока без утраты когерентности этих
волн. Так, в 1990 г. А.Г. Гуревич впервые опубликовал обнаружен-
ное явление влияния живых организмов друг на друга с помощью
излучаемых ими волн УФ-диапазона, причем отражение или по-
глощение этих излучений нарушало это взаимодействие.
Действие на человека ультрафиолетовой составляющей сол-
нечного излучения B80—400 нм) приводит к образованию вита-
мина D, обеспечивающего усвоение и обмен организмом кальция
и фосфора, активизирующих работу большинства ферментов и ви-
таминов.
Биологическим регулятором количества образующегося вита-
мина D служит загар, являющийся индивидуальной реакцией че-
ловека на выделение окрашенного меланина.
3,П1М1
32П2М2.
33П3МЗ
B.Ц)
Здесь ДНКдеф — дефектная область ДНК; ДЭФ — действую,
щий на онкогенный вирус экологический фон (химические за-
грязнители); nHoij — интегральная электромагнитная энергия
(включая внутреннее и внешнее облучения); Кх< 2, з ~ к°нстанты
скоростей реакций; 31( 2> 3 — исходная генетическая информация
по наследственному онкогенному вирусу; П1 2, з ~ продукт ген-
ной перестройки в ДНК онковируса в результате ЭМ-воздействия;
M1>2i3 — вероятность исчезновения (изменения состояния) соз-
данной структуры в ДНК вируса.
Дифференциальные уравнения, описывающие кинетику мо-
лекулярной стадии онкогенеза (квазистационарное приближе-
ние), имеют вид:
dt
dt
dt
l2 _
=.уП, -(е+5)П2+рП3
+еП2-(а+Р)П3.
B.12)
где а, Р, у, 8, е, со — вероятности переходов в результате действия
электромагнитной энергии соответственно: П3 -> Щ; П2 -> П(;
П2->П3; П3-^П2; Пх -+ П3; П[ -> П2.
При малой вероятности обратных переходов и при условии
а = 5 = е и р = у = ю получим:
П, =-——ц, -ц3 exp[-B(o+a)t]
Зш
П2 =— ц -цг ехр[-(ю+2а)/]
За
B.13)
П3 =|л, +ц2
Здесь ц,, ц2, ц3 — концентрационные долевые вклады
ления соответствующих генных структур (Пь П2, П3) в результат6
ЭМ-воздействия.
114
Если считать, что тип каждой структуры определяется своим
^овнем генетической информации, и при этом другие структуры
^сутствуют, то их концентрационные вклады будут соответствен-
„п иметь вид:
_Nl+N2+N,
Заш
B.14)
Д
•1 Д=2а2+5аю + 2ш2.
Здесь Nh N2, N3 — уровни генетической информации структур
П1; П2 и П3 соответственно.
Для внешнего ЭМ-воздействия в случае изотермического про-
цесса примем дополнительные условия на уровни генетической
информации и вероятности трансформации структур П,:
N.> N2> N2; — = - = — = const,
а у 8
Динамику возникновения и изменения состояния гипотетиче-
ских генных структур Пь П2 и П3 можно качественно рассмотреть
на основе реально созданных «очувствлением» ЦЭЧ в кристалле
NaCl, сенсибилизированным примесью МпС12 • 4Н2О (рис. 2.13).
Допустим, что конкретной генной структуре соответствует по-
явление в ЦЭЧ своей разновидности ЦО, например: П] =f(F);
П2 =f(F]2); П3 =/(Х„), где /^иХ,, — ассоциативные ЦО. Тогда на
основании принятой индикации структур П,- на рис. 2.13 можно
считать, что зависимость 1 соответствует ЭМ-поглощению онко-
вируса (мишень ДНК онковируса), зависимость 2— ЭМ-погло-
¦Цению возникающих генных структур в ДНК онковируса, зависи-
мость 3 — воздействию на состояние 2 ЭМИ УФ-диапазона (соз-
дание базовой генной структуры ДНК онковируса), зависимости 4
115 — последующему воздействию ЭМИ видимого диапазона (соз-
дание спектра генных структур П( в ДНК онковируса), зависи-
мость 6 — термическому восстановлению состояния 2.
Проводя аналогию между онковирусом и ЦЭЧ, можно отме-
тИть, что в случае онковируса структурные перестройки связаны с
^астворением белковой оболочки. При этом оболочка исчезает,
^спадаясь на компоненты, из которых основную роль играет нук-
еЧновая кислота, отдающая генетическую информацию в клетку.
115
D, отн.ед.
0,7-
0,6-
0,4-
0,2-
II
2 3 4 5 б ?,эВ
Рис. 2.13. Спектры оптического поглощения кристалла NaCl, содержащего
0,2 мас.% МпС12 • 4Н2О:
1 — исходное «неочувствленное» состояние; 2 — «очувствленное» к УФИ состояние (отжиг в
парах Na); 3 — после экспонирования «очувствленного» кристалла нефильтрованным УФИ
(ПРК-2); Т = 300 К, / = 2 мин; 4 — после экспонирования видимым излучением D00—500 им)
# = 103Дж/мг; / = Змин; 5— тоже.чтои 4,t =* 10 мин; 6— термическое обесцвечивание по-
сле операций 3, 4, 5 (Т =700 К, / = 1 мин)
В случае ЦЭЧ информация о структурных перестройках отдается в
матрицу в виде искажения приграничного потенциала и частично-
го ухода в матрицу кристалла электронов, вакансий, примесных
ионов.
О правомерности предложенного сопоставления динамики из-
менения ЦЭЧ в кристалле с изменением состояния онковирусов в
клетке при электромагнитном воздействии свидетельствует, в ча-
стности, тот факт, что система предложенных уравнений кинети-
ки молекулярной стадии онкогенеза C) хорошо описывает основ-
ной спектральный переход 3 -> 4ъ ЦЭЧ кристалла на рис. 2.13 при
Nx/N2 = 4 и ш/а = 6.
В данном случае продемонстрирована возможная ситуаций
создания спектра генных структур в онковирусе различными
ЭМИ и их уничтожения термическим воздействием на реальной
объекте неживой природы. Предложенная модель позволяет каче\'
ственно оценить механизм начальных фотоиндуцированных пр0\'
цессов вирусных заболеваний и, в частности, онкогенеза.
116 .
§ 2.8. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ
НЕИОНИЗИРУЮЩИХ ЭМИ
спектре ЭМИ (см. рис. 1.13) биологическим действием обла-
все виды излучений. Вначале рассмотрим неионизирующие
^учения.
Излучение каждого из диапазонов ЭМИ на первый взгляд об-
лаДаеТ своеи сферой действия, не имеющей тесной связи со сфера-
ми действия других диапазонов. Однако способность биологиче-
сКих систем противостоять изменениям и сохранять ¦относитель-
ное постоянство состава и свойств (гомеостаз) подразумевает, что
любые изменения в организме, в различных его системах, состоя-
щих из функционально связанных между собой элементов, не мо-
гут быть изолированными, то есть изменения одних функций
должны вызывать изменения других. Если говорить о клетках, эле-
менты которых участвуют в выполнении различных функций, то
на них существенное влияние оказывают излучения всех диапазо-
нов ЭМИ.
При взаимосвязанном возбуждении в организме колебаний
различных диапазонов неионизирующих излучений (СВЧ, КВЧ,
ИК, оптического, УФ) биологические результаты воздействия
должны иметь много общего. Основной чертой является остроре-
зонансный (А/7/= 10~3) характер биологического отклика орга-
низма на действие всех диапазонов неионизирующих когерентных
излучений.
Например, известно наличие множества резонансов мембран,
смещенных друг относительно друга по частоте, причем каждой
Резонансной частоте соответствует свой характер биологического
Действия. Резонансный характер биологического действия зафик-
сирован в КВЧ (миллиметровом), оптическом и УФ-диапазоне из-
лучений, причем в последних двух случаях показана многократная
Острая зависимость биологического эффекта от частоты с помо-
щью узкополосных фильтров.
Изучение роли неионизирующих излучений в функциониро-
вании клеток приводит к выводу, что их роль сводится в основном
К ПодцерЖанию или восстановлению гомеостаза, поскольку на те-
Кущее функционирование клеток, не имеющих нарушений, излу-
ЧеНия практически не влияют, а при наличии нарушений подбор
с°ответствующей резонансной частоты ускоряет протекание про-
весов устранения нарушения. При этом процесс восстановления
^етки может контролироваться побочной реакцией, например
Миссией фотонов УФ-излучения из клетки в процессе ее облуче-
117
ния. Широкое использование в медицине лазеров оптически
диапазона, основанное на резонансных явлениях с восстанови0
тельными процессами в организме, позволяет успешно лечить n^
желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых, глазных и других за
болеваний, причем именно резонансность процессов делает леч^
ние неионизирующими излучениями высокоэффективным без
каких-либо рецидивов заболевания, как это наблюдается при \\je%
дикаментозном лечении тех же заболеваний.
Для УФ- и оптического диапазонов размер клетки по сравне-
нию с длиной волны достаточно велик, например клетки диамет-
ром 5 мкм превышает длину волны приблизительно в 30 раз. Одна-
ко «антенные системы» клеток, создаваемые с помощью КВЧ-диа-
пазона, могут достаточно эффективно направлять волны оптиче-
ского и УФ-диапазонов на значительные расстояния при приемле-
мых потерях в плотности потока без утраты когерентности этих
волн. Так, в 1990 г. А.Г. Гуревич впервые опубликовал обнаружен-
ное явление влияния живых организмов друг на друга с помощью
излучаемых ими волн УФ-диапазона, причем отражение или по-
глощение этих излучений нарушало это взаимодействие.
Действие на человека ультрафиолетовой составляющей сол-
нечного излучения B80—400 нм) приводит к образованию вита-
мина D, обеспечивающего усвоение и обмен организмом кальция
и фосфора, активизирующих работу большинства ферментов и ви-
таминов.
Биологическим регулятором количества образующегося вита-
мина D служит загар, являющийся индивидуальной реакцией че-
ловека на выделение окрашенного меланина.
