РЕАКЦИЯ ВОДЫ И ВНУТРЕННЕЙ СРЕДЫ ОРГАНИЗМОВ НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Введение

Согласно фактам, накопленным в многолетних экспериментальных и теоретических исследованиях, показано, что влияние Космоса на Биосферу может происходить не только напрямую через воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ), испускаемого, как предполагал А. Л. Чижевский, из пятнообразующих активных областей на поверхности Солнца [1]. Наряду с изучением закономерностей солнечно-земных связей между различными факторами окружающей среды и биотой [2] А. Л. Чижевский (С.725-738 в [1]) и последующие исследователи (см. например [3]) при попытках решить проблему обнаружения природного источника ЭМИ безуспешно искали «резонансные» частоты солнечного ЭМИ. Причины несогласия многих ученых с идеей А. Л. Чижевского о влиянии Космоса на Биосферу Земли, по мнению С. Э. Шноля [3], состояли в следующем:

«…пренебрежимо малы изменения светового потока от Солнца к Земле при изменении числа и характера пятен. Пренебрежимо малыми оказались флуктуации межпланетного поля по сравнению с земным геомагнитным, даже при сильных магнитных бурях. Трудно было, да и сейчас трудно принять, что этими слабыми возмущениями могут быть обусловлены ощутимые изменения климата и других характеристик биосферы или физиологического состояния животных и растений».

В настоящее время нами экспериментально установлено, что наблюдаемые окислительно-восстановительные реакции, протекающие в воде, входящей в дисперсионную среду коллоидных систем живых организмов, происходят в результате активации (возбуждения молекул воды), преимущественно под действием ЭМИ широкополосного ВЧ диапазона от 100 кГц до ~50МГц, которое образуется в ионосферной плазме. Мощность электромагнитного излучения ионосферной плазмы в ВЧ диапазоне на несколько порядков выше мощности излучения Солнца. Возможные связи между излучением ионосферной плазмы и параметрами солнечной активности могут быть прослежены при анализе, среди прочего, того факта, что интенсивность ВЧ излучения плазмы ионосферы пропорциональна   электронной плотности Ne, распределенной по всей толщине ионосферы [4,5]. Временная и пространственная вариабельность интенсивности излучения ионосферы может быть связана с влиянием на плотность Ne изменений параметров солнечной активности, например, усилением потоков солнечного ветра, ростом числа активных областей на поверхности Солнца, описываемых числами Вольфа на плотность ионосферной плазмы [5]. По-видимому, в достижении понимания этого процесса заключена разгадка эффекта Чижевского. Отметим, что земная атмосфера обладает достаточной прозрачностью для ЭМИ радиодиапазона, которое постоянно регистрируют в окружающем околоземном космическом пространстве и даже у поверхности Земли. В Национальном исследовательском центре Томского государственного университета круглосуточно измеряют потоки и спектр излучения ЭМИ в диапазоне от 1 до 30 МГц [сайт http://sosrff.tsu.ru], [7,8]. Опираясь на расширенные в последнее время представления о процессах генерации высокочастотного электромагнитного излучения в ионосферной плазме, образующейся в верхних слоях земной атмосферы, а также  о свойствах проницаемости атмосферы для такого  излучения,  можно сделать ещё один шаг, необходимый для раскрытия происходящих в окружающем нас мире биофизических процессов, прозорливо замеченных нашими выдающимися соотечественниками – академиком В. И. Вернадским и А. Л. Чижевским.

Практически только электромагнитное излучение радиодиапазона может одновременно иметь прямое космическое происхождение, создаваясь в биосфере вблизи поверхности Земли преимущественно ионами и электронами ионосферной плазмы, а также являться постоянно действующим антропоморфным (техногенным) фактором окружающей среды. В последние десятилетия в окружающей человека среде стал ощутимым энергетический вклад в ЭМИ от фоновых техногенных источников, например, от ретрансляционных генераторов и приемно-передающих антенн, повсеместно расставленных не только вблизи домов населенных пунктов, но и в тайге, и на открытых степных просторах. Хотя, согласно нормативным документам, такие условия считаются безопасными, а само электромагнитное излучение относят к неионизирующему, в действительности такое представление плохо отражает суть явления поглощения ЭМИ, в частности, в водных средах. Несмотря на то, что частотный диапазон космического и фонового электромагнитного излучения лежит в далеком от больших резонансов в ВЧ диапазоне, в водной среде живых организмов может происходить диссоциация молекул воды и образование в значительных концентрациях таких оксидантов как  Н⁺, ОН^-, Н₃0⁺, Н₂О₂ ,ОН^• и других продуктов их последующих химических реакций [9,10,15]. Так, изменение водородного параметра рН при этом может достигать 0,1–0,15, а окислительно-восстановительный потенциал может возрастать или уменьшаться на 10÷50мВ [11]. Несмотря на ограниченность длительности времени существования продуктов диссоциации, с момента возникновения ионы водорода могут заметно влиять на движение форменных элементов крови и состояние белков, в частности, их агрегатирование и образование тромбов [8]. Кроме того, повышение концентрации оксидантов в водной среде организмов неизбежно влияет, как известно, на иммунную систему, работоспособность человека и вызывает множество других неблагоприятных реакций на оксидантное «заражение» [9]. Разумеется, каждому живому организму генетически присуща возможность снижать физиологические последствия возрастания концентрации положительных ионов в крови, в мозге и других отделах, органах и тканях человека.

Настоящая работа посвящена анализу изменений состояния воды, вызванных воздействием электромагнитного излучения окружающей среды наблюдаемых в лабораторных условиях в Институте медико-биологических проблем РАН в Москве в течение 14 суток по программе Сириус.

Цель исследования

Мониторинг воздействия электромагнитного фона окружающей среды на воду как дисперсионную среду всевозможных коллоидных растворов, составляющих основу жидких сред организма человека.

Задачи исследования

Определение динамики влияния воздействия электромагнитных полей окружающей среды на биотропные (окислительно-восстановительные) свойства воды и внутренней водной среды организма живых систем в условиях изоляции и синхронные измерения свойств воды в нативных (нормальных) условиях вне изолирующего объема камер.

Методика

Методика мониторинга окислительно-восстановительных свойств воды и водной среды организма отрабатывалась в модельных исследованиях с использованием комплекса аппаратуры, обычно применяемой в электрохимии и физической химии. В основу экспериментальных исследований положены круглосуточные измерения суточной динамики окислительных характеристик воды: электрических токов в электрохимических ячейках, водородного параметра рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) воды, заполняющей стеклянные сосуды, установленные внутри лаборатории института вблизи помещений, в которых находились испытатели.  Электрохимические ячейки, представляющие собой стеклянные сосуды, заполненные водой высокой очистки с притертой крышкой (бюкс), содержали два металлических электрода, соединенных с источником постоянного тока и измерительной цепью, включающей блок усиления, аналогово-цифровой преобразователь и персональный компьютер. Необходимо отметить, что согласно представлениям, принятым в амперометрии (раздел электрохимии), электрические токи, протекающие в растворе, характеризуют скорости химических реакций, вызываемых воздействием фотонов электромагнитного излучения, поступающих из окружающей среды. Заметим, что электрические токи, протекающие в воде, отражают скорости химических реакций, вызываемых воздействием фотонов электромагнитного излучения, поступающих из окружающей среды. В качестве измерителей указанных характеристик воды использованы: специальная лабораторная установка для измерения электрического токов в электрохимических ячейках. Электрохимическая (э/х) ячейка содержала два металлических электрода, соединенных с источником постоянного тока и измерительной цепью, включающей блок усиления, аналогово-цифровой преобразователь и персональный компьютер. В состав комплекса приборов входят промышленно выпускаемые иономеры марки  И-160 МИ, которые включают измерительные электроды, позволяющие определять рН воды и окислительный потенциал ОВП. Каждый электрод, соединенный с иономером с помощью специального кабеля, помещается в сосуд с водой высокой очистки (исходная электропроводность воды 0,1-0,3 мкСм/см). На протяжении всего эксперимента вода в электрохимических ячейках служит сенсором, в котором измеряются величины, моделирующие отклик живых систем на воздействие окружающей среды. Для фиксации данных измерений указанных характеристик воды иономеры снабжены программами, которые позволяют производить накопление данных измерений на жестких носителях персонального компьютера (ПК), а также построение графиков без участия операторов. Приводимые ниже результаты исследований динамики окислительных свойств воды получены в условиях, когда измерительные ячейки размещались на лабораторном столе без дополнительного специального металлического экрана. Практически, вода в ячейках подвергалась воздействию электромагнитных полей как природного, так и техногенного происхождения.

Результаты исследований и обсуждение

Результаты непрерывных измерений токов и окислительно-восстановительных параметров воды представлены на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. Динамика токов в э/х ячейках и рН в воде, измеренных в течение двухнедельного эксперимента

Рисунок 2. Динамика ОВП и рН в воде, измеренных в течение 14 суток

Из данных, приведенных на рис. 1 и 2 видно, что при поглощении электромагнитного излучения, поступающего в воду из окружающей среды, в межэлектродном промежутке, происходит активация – повышение реакционной способности молекул воды, которая проявляется в непрерывном изменении окислительных свойств воды, изменении концентрации основных ионов Н⁺ и ОН^-. Необходимо отметить заметные отличия между характером кривых в выходные дни и в иные (рабочие) дни. В частности, в рабочие дни были заметны значительные вариации токов и окислительных параметров рН и ОВП. Анализ показывает, что в рабочие дни, когда в окружающем пространстве присутствовали достаточно интенсивные техногенные электромагнитные излучения, часть молекул воды в ячейках испытывали дополнительную активацию. По-видимому, наличие возбужденных молекул Н₂0 повышает чувствительность воды к воздействиям космофизических факторов. Например, к воздействию электромагнитного излучения ВЧ диапазона. По данным измерений на станции Национального центра Томского государственного университета (сайт http://sosrff.tsu.ru) потоки электромагнитного излучения в частотном диапазоне 1-30МГц могут достигать поверхности Земли, практически не поглощаясь. При поглощении в воде и водной среде живых систем фотонов указанного диапазона происходит возбуждение электронных оболочек водных молекул, что может вызывать их диссоциацию и временное повышение концентрации Н⁺ и ОН^- [8].

В течение двух недель (14 суток) 6 человек (трое мужчин и три женщины) участвовали в эксперименте с изоляцией с постоянным наблюдением за их состоянием как физическим, так и психологическим. В замкнутом пространстве проводились различные нагрузочные тесты. В это время происходили магнитные возмущения, которые отображены на рис.3, на котором также показана динамика возмущения магнитного поля Земли.

Рисунок 3. Возмущения Н, D и Z компонентов магнитного поля Земли и К индекса в период проведения исследования. На горизонтальной оси показано время по всемирной шкале UT, отличающегося от местного московского на +3 часа.

Обращает на себя внимание, что наиболее сильные возмущения МП произошли в период с первого по пятый день и на девятнадцатые и двадцатые сутки. Отметим, что как обычно возмущение магнитного поля Земли (МПЗ) было вызвано приходом высокоскоростного потока заряженных частиц солнечного ветра.

Для наглядности на рисунке 4 показана динамика потока протонов солнечного ветра в моменты времени, предшествующие моменту возникновения магнитной бури, и скачок изменения скорости солнечного ветра, вызывавшие возмущения МПЗ в первый день исследования.

Рисунок 4. Изменения скорости потока солнечного ветра в начальный период проведения эксперимента Сириус. По оси абсцисс указано время по всемирной шкале UT. 

Как показывают измерений Мирового центра данных о состояниях магнитосферной плазмы, возмущения межпланетного магнитного поля вызывали высыпание частиц из авроральной области магнитосферы. На рисунке 5 представлены данные электронных потоков, воздействовавших на околоземную ионосферу на высоте 60-300 км в период со дня, предшествовавшего началу эксперимента, по второй день эксперимента, четко зафиксированные аппаратурой на геостационарных спутниках GOES 13 и 15 (Рисунок 5). Далее высокоэнергичные электроны воздействовали на околоземную ионосферу на высоте 60-300 км и вызывали образование плотной ионосферной плазмы.

Рисунок 5. Высыпание авроральных электронов в атмосферу Земли в начале эксперимента Сириус.

В свою очередь в ионосферной плазме происходило увеличение электронной концентрации, которое приводило к увеличению потоков электромагнитного излучения, генерируемого в ионосферной плазме вблизи поверхности Земли. 

На рисунке 6а представлены динамика изменения уровня электромагнитного излучения в радиодиапазоне от 1 до 30 МГц, измеренного вблизи поверхности Земли в Национальном исследовательском центре Томского государственного университета в промежутке с  8:30 до 00:00 часов первого дня эксперимента (по местному времени в г.Томске, отличающемуся от московского времени на +4 часа). Как можно видеть, частотный спектр излучения испытывает в течение суток заметные изменения. Так в спектре радиоизлучения в ~9 часов утра возникают фотоны с частотой более 12МГц, превышающей ночные частоты ~7МГц. При этом фотоны с низкими частотами практически исчезают из потока, генерируемого в ионосферной плазме в промежутке времени от 8:00 до 18:00 как в первый, так и во второй день исследования.  

Рисунок 6а. Уровень регистрируемого на Земле электромагнитного излучения из ионосферной плазмы в период с первого по третий день исследования. Диапазон частот ЭМИ: 1-30 МГц. Справа указана цветовая шкала амплитуд уровня излучения в дБ.

 Рисунок 6б. Динамика тока в воде в э/х ячейке, помещенной в металлический экран. Данные измерения, представленные по синхронной шкале на рис (6а). 

Сопоставление данных рисунков 6а и 6б позволяет понять, что электрический ток, текущий в ячейке, возникает в результате генерации носителей заряда при поглощении ЭМИ из ионосферной плазмы. Характерно, что возрастание тока начинается с момента, когда в частотном спектре ЭМИ появляются фотоны с частотой, превышающей 10-12 МГц. Уровень тока в э/х ячейке превышал фоновые значения в период с 11:30 по 24:00 в первый день эксперимента и с 9:31:30 по 22:35:33 на второй день. Необходимо отметить слабое возрастание фонового тока от 0,20 0,21мкА при том, что в максимуме ток мог достигать 0,22 мкА в первый день и 0,255 мкА на вторые сутки. Хорошо видно, что в первые сутки рН снижалось с 7,23 в 9:18:29 до 7,022 в 19:25, а на второй день рН снижалось с 7,19 в 9:34:49 до 7,13 в 19:59:57. Практически, днем за 10 часов окислительные свойства дисперсионной среды возрастали в 1,7 раза в первый день, а во второй день – в 1,2 раза. К сожалению, трудно оценить возможный эффект увеличения аберрантных клеток, например количества лейкоцитов в крови живого организма. Однако в медицинской практике принято считать, что падение рН крови на 0,2 несовместимо с жизнью организма.

Безусловный интерес представляет вопрос о системе, способной непосредственно воспринимать ЭМИ или те изменения, которые возникают в жидких средах организма в ответ на ЭМИ, и обеспечивать соответствующие эндокринные и гуморальные изменения в живом организме. Такими возможностями, конечно, обладает гипоталамус – «вегетативный центр организма» [18]. Следует отметить, что гипоталамус имеет наибольшее число кровеносных сосудов на единицу объёма по сравнению с любыми другими центрами в любой управляющей или исполнительной системах организма. Через него в течение 2-5 минут проходит вся циркулирующая кровь, получающая гуморальные модулирующие влияния ядер гипоталамуса. В частности, контроль рН крови и её стабилизация – одна из функций гипоталамуса. Через систему статинов и либеринов гипоталамус модулирует активность гипофиза и эндокринной системы в целом. Кроме того, в гипоталамусе имеются рецепторы, воспринимающие гуморальную информацию от цереброспинальной жидкости.

Гипоталамус является центральным звеном лимбической системы, представляющей собой одну из самых «старых» структур головного мозга [18]. Обширные связи с корой головного мозга и стволовыми структурами, в частности, с ретикулярной формацией, обеспечивают лимбической системе активирующее и модулирующее влияние на корковые, подкорковые и периферические процессы в ЦНС, а также на иммунную систему организма. Именно лимбическая система активно участвует в формировании эмоций, адаптационного поведения человека, в том числе социального. Наличие аналога лимбической системы у млекопитающих [20] и выполнение части её функций прото-, дейто-, и тритоцеребрумом насекомых, делает предположение о том, что именно лимбическая система способна воспринимать и реализовывать ЭМИ влияния на организм, очень вероятным.

Ясно, что ЭМИ может пронизывать всё живое и Биосферу в целом благодаря тому, что длины волн лежат в слабо поглощаемом земной атмосферой метровом диапазоне. Непосредственное влияние факторов окружающего пространства на живые системы вызывается изменением окислительно-восстановительных свойств водной среды организмов под воздействием поглощённого «геофизического» электромагнитного излучения, реакции на которые может далее приводить в биообъектах к изменениям регуляторных, обменных и других процессов.

Таким образом обнаружено еще одно проявление вариаций ЭМИ, когда в окружающей среде имеет место сильное техногенное электромагнитное загрязнение от источников сотовой связи и других передающих систем. Оказалось, что в зависимости от режима работы радиосвязи фон ЭМИ может по рабочим дням в период с 8 до 20 часов увеличиться на один-два порядка и усилить реакцию водной среды включая внутреннюю среду организмов на флуктуации ионосферного фона ЭМИ (см. рисунок 1).

Предварительный анализ результатов наблюдений динамики космофизических факторов в период изоляции и данных измерений окислительно-восстановительных воды в электрохимических ячейках показал тесную функциональную зависимость состояния водной среды живых систем и факторов окружающей среды.

Выводы.

• Согласно наблюдениям последних лет получено, что возможным доминирующим космофизическим фактором, воздействующим на земные живые системы, является электромагнитное излучение ионосферной плазмы, главным образом из слоя Е.
• Техногенный электромагнитный фон, возрастающий в рабочие дни, может вызывать в геомагнитный полдень увеличение окислительно-восстановительных реакций воды на воздействие усиливающихся потоков электромагнитного фона с одновременным повышением вклада фотонов с большей частотой.
• Предположено, что трансформация частотного спектра ЭМИ сопровождает увеличение поглощения ЭМИ и возрастание биофизических эффектов излучения, включая активацию функций гипоталамуса мозга облучаемых животных.  

1. Чижевский А.Л.. Физико-химические реакции как индикаторы космических явлений. В книге: Космический пульс жизни. М.: Мысль.1995.
2. Чижевский А.Л. Об одном виде специфически биоактивного или Z- излучения Солнца. В книге: Космический пульс жизни. М.: Мысль.1995.
3. Горшков Э.С., Иванов В.В., Соколовский В.В. Редокс реакции в космобиологии. – СПб: Изд-во Политехнического университета, 2014.-194с.
4. Шноль С. Э. Герои, злодеи, конформисты отечественной науки.  Норма - Пресс.2012г 720 с.
5. Будько Н., Зайцев А., Карпачев А., Козлов А., Филиппов Б. Космическая среда вокруг нас. Под ред. док-ра Физ.-мат. Наук А.Н.Зайцева. Троицк: ТРОВАНТ, 20О6.-232 с.
6. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Ионосферная плазма. 2008. Том 1-3. раздел II, глава 1, С.103-163.
7. Колесник А.Г., Колесник С.А., Нагорский П.М. Глобальный баланс электромагнитной энергии КВ радиодиапазона в околоземном пространстве // Вестник Московского госуниверситета. Серия 3. Физика, Астрономия. М.: Изд. МГУ, 1998. Вып. 4. С. 7-9.
8. Колесник А.Г., Колесник С.А. Электромагнитное загрязнение окружающей среды в коротковолновом радиодиапазоне при различных уровнях солнечной активности// Геомагнетизм и аэрономия. 1996. N6. С.59-66.
9. Беловолова Л.В., Горшков М.В. Физико- химические особенности сильно разбавленных водных систем, обусловленные присутствием атмосферных газов. Научные труды VIII «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине» том 8. Спб 10-14.09.2018г.
10. Рассадкин В.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. М.: «Галерея СТО». 2008.840с.
11. Цетлин В.В., Макеева В.М., Смуров А.В., Мойса С.С., Савчуков С.А. Электрохимические параметры жидких биосред (на примере слизи модельного объекта –виноградной улитки Helix pomatia и воды как индикаторы воздействия космофизических факторов. Жизнь Земли, 2018 40(3) С. 301–307.
12. Цетлин В.В.  Исследование реакции воды на вариации космофизических и геофизи-ческих факторов окружающего пространства // Авиакосм. и экол. медицина. 2010. № 6. с. 26-31.
13. Бондаренко В.А., Бондаренко В.Г., Маркина И.С., Толстиков В.В. Разностный метод измерения электрофизических свойств воды. Препринт 001-2015 НИЯУ МИФИ, 2015.
14. Здоровье населения России: влияние окружающей среды в условиях изменяющегося климата/ Под общ. ред. Академика А.И.Григорьева; Российская академия наук. М.: Наука, 2014. 428с.
15. Бладергрен В. Физическая химия в медицине и биологии. М.: ИЛ,1951.  599с.
16. Анисимов В.Н.Мелатонин: роль в организме, применение в клинике. [Электронный ресурс]. СПб: Система, 2007. |URL: http//bono-esse.ru/   blizzard/  Farma/ Melatonin/ melatonin.html.
17. Ермолаев И.И. Возрастная физиология. СпортАкадемПресс, 2001. 444 с.
18. Сазонов В.Ф. Гипоталамус [Электронный ресурс] // kineziolog.bodhy.ru [сайт]. [2013]. URL: http://kineziolog.bodhy.ru/content/gipotalamus
19. Ноздрачев А.Д. «Начала физиологии», Спб: «Лань», 2002.
20. Привес М.Г. «Анатомия человека», Спб: «Гиппократ», 2001.