Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
УДК: 519

УДК: 519.876.5: 615.831

Трунов А.Н., Беликов А.Е..

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭМИ с биологическими объектами ВО ВРЕМЯ светолечение

В статье рассматриваются основные характеристики электромагнитного излучения, определяются гипотезы возникновения первичного эффекта при взаимодействии электромагнитного излучения с биотканью, строится математическая модель такого взаимодействия.

Ключевые слова: Электромагнитное излучение, биологическая ткань, взаимодействие, характеристики, гипотезы, математическое моделирование, гармонический осциллятор, потенциальный барьер, конформационные движения.

В статье рассматриваются основные характеристики электромагнитного излучения, определяются гипотезы возникновения первичного эффекта при взаимодействии электромагнитного излучения с биологической тканью, строится математическая модель такого взаимодействия.

Ключевые слова: электромагнитное излучение, биологическая ткань, взаимодействие, характеристики, гипотезы, математическое моделирование, гармонический осциллятор, потенциальный барьер, конформационные движения.

In the article it is examined the basic characteristics of E-field radiation, the hypotheses of appearance of the primary effect for the interaction E-field radiation and biological, it is build mathematical model of this interaction.

Key words: E-field radiation, biological, interaction, characteristics, hypotheses, mathematical model, harmonic oscillator, potential barrier, conformation motions.

Механизм воздействия физического фактора на биоткани и функциональное состояние того или иного органа при развитии болезни и физиотерапевтических процедур является главной целью теоретических исследований, направленных на разработку приборов физиотерапии.

На современном этапе развития науки до сих пор не сформирована четкая модель отклика биологических объектов на воздействие электромагнитного и его составляющей - магнитного поля, поэтому задача построения математической модели влияния магнитного поля, которая дозволыта определять незначительные стационарные и мимолетные структурные перестройки, имеющих место в макромолекулярном биотканях, является актуальным. Таким образом, нерешенной проблемой является выбор гипотезы первичной действия ЭМИ на биообъект и построение на ее основе математической модели.

Известно, что биологические ткани способны поглощать кванты электромагнитного излучения (ЭМИ). По закону Эйнштейна-Старка о фотохимический эквивалент, на каждый поглощенный фотон образуется активированная частица. За этим следует первичная реакция (на уровне клеток), которая затем протекает на тканевом и уровне функционального органа, включая возможную системный ответ организма в целом [1].

Наблюдения показали, что эффект, к которому приводит ЭМИ определяется особенностями излучения и свойствами объекта воздействия.

Основная характеристика ЭМИ, что играет первостепенную роль, - это интенсивность. Высокий уровень интенсивности вызывает потерю влаги, приводит к испарению тканей средняя интенсивность - коагуляцию тканей. Низкоинтенсивное ЭМИ (не более 100 мВт / см2) влияет на энергетический потенциал молекул, а его влияние интенсифицирует биохимические процессы.

Ко второй определяющей характеристики [2] относится степень соответствия длины волны излучения максимума поглощения, а также способность ЭМИ на этой длине волны проникать к внутренним слоям тканей. Кожа и ткани организма человека наиболее «прозрачные» к излучению с длиной волны 800-1200 нм, что позволяет ему распространяться в тканях на значительную глубину. Например, глубина проникновения ЭМИ при длине волны 630 нм не превышает 1 см, а при 890 нм составляет 6-8 см [3].

Когерентность излучения, по мнению некоторых ученых, позволяет локализовать фотохимические реакции и приблизить ее к клеткам. Вместе с тем,

Т.Й. Наказание считает, что когерентность и поляризуемость не имеют значения для фотобиологические действия ЭМИ, поскольку на глубине более 200 мкм такие свойства значительно ослабевают [4].

Большое значениеимеет и режим генерации излучения. За время, равное длительности импульса, ткани, которые расположены на максимальной глубине проникновения, при импульсной подачи излучения получают больше энергии, чем при облучении непрерывным ЭМИ. Это связано с повышенной абсорбцией атомами и молекулами импульсной энергии. Импульсное воздействие исключает развитие «привыкания» тканей на воздействие ЭМИ [5], кроме того, он способствует также появление в тканях волн сжатия и разряжения, распространение которых обеспечивает общее воздействие излучения на организм. Варьированием частоты импульсов может достигаться селективное влияние на те или иные структуры организма [6].

Значение экспозиции для биологического эффекта доказано в экспериментальных исследованиях [7]. Облучения длительностью до 10 минут активизирует многие реакции, более длительная экспозиция может подавлять активность клеток, а влияние на организм более 60 минут может приводить к негативным последствиям.

Эффект электромагнитного воздействия зависит и от функционального состояния и метаболического фона организма во время облучения.

Зависимость от дозы ЭМИ, с одной стороны, и чувствительность организма, с другой, позволяет сделать выводы, что для эффективного и безопасного лечения необходимо четкое понимание механизма действия этого фактора на биологическую систему.

Существует несколько гипотез относительно первичного эффекта взаимодействия ЭМИ с биологическими системами.

Сторонники первой считают, что ЭМИ активизирует определенные ферменты-акцепторы [8], спектр поглощения которых совпадает с энергетическим спектром. Поглощая энергию излучения, акцепторы запускают биохимические процессы, за которые отвечают.

По второй концепции первичный влияние представляет собой неспецифическую действие излучения на биополимеры, в результате которого меняется конформационный состав и их функциональное состояние. Энергия для перехода биополимеров незначительна, поэтому незначительные энергетические факторы (ЭМИ) могут влиять на электронно -конформацийну взаимодействие [9].

а | '0 "

г = | Ь | ею + | 0

0 | с

где амплитуда а, Ь, с - комплексные величины. Подставив (3) в систему (2), получим:

а (ю02 + 2Рюи - Ю2) + 2ОюиЬ = 0

& lt; Ь (ю02 + 2ДЮ -ю2) - 2Оюиа = 0 (4)

= 0;

Бее

= 0

(6)

с (ю02 + 2 / Юл -ю2) = 0.

или

ю02 + 2Раи - ю 2,2 ОЮИ - 2Оюи, ю02 + 2вюи - Ю2 ю02 + 2 / ЮУ -ю22 = 0.

Поскольку а Ф 0; Ь Ф 0 одновременно, то последние уравнения системы спроваджуються только при

А02 + 2 Рти - а2,2 Па и

- 2Паи, А02 + 2Рти - а2

или

т0 + 2Рти - т2 = ± 2Пт.

Приняв во внимание только положительные корни, найдем частоты колебаний:

ю12 = -ри -О ± ю02 + О2 - р2 + 2Ори;

ю34 = О - ре ± |ю () 2 + О2 - р2 + 2Ори.

Н ~ I

«Экология»

Состояние поляризации зсунутних компонент определяется из системы (4):

а 2Ою

= - и

Ь Ю0 + 2рю - Ю2

но с учетом положительного корня (6), то есть ю02 + 2вюи - Ю2 = 2Ою, а = -иЬ = Ье -ияь2

ю

это свидетельствует, что колебания с уменьшенной частотой, то есть смещены в красную сторону спектра по оси X, отстают по фазе на угол 90 ° от колебаний по оси В. Оба колебания дают круговое вращение - образуют правогвинтову поляризацию. Для фиолетовой компоненты с учетом второго уравнения из (6)

2

+ 2 / Зю и - Ю2 = -2Ою

запишем

а = ьи = эп 2.

Отсюда следует, что эта компонента поляризована по левому кругу и колебания по оси X опережают колебания по оси В на угол 900.

Колебания по оси й удовлетворяет уравнению

й + 2р + Т02 г = 0

и является неизменным под влиянием поля, но наблюдатель по направлению магнитного поля - оси й его не увидит.

Теперь вернемся к обсуждению полученных результатов с точки зрения фермент-субстрактнои взаимодействия, а именно электронно-конформационной взаимодействия (ЕКВ), которая может объяснить физическую своеобразие ферментного катализа под влиянием светолечение. ния лигандов, начиная с электронов, в макромолекулах под влиянием ЭМИ вызывает изменение конформационной плотности и, как следствие, перестройку конформационного состояния, что приводит к лечебному эффекту на микроуровне.

Выводы

Медленно переменное магнитное поле приводит, с одной стороны, к конформационной перестройки и снижения потенциального барьера, а с другой - к смещению частот колебаний в ультрафиолетовый сторону, при этом снижается вероятность конформационной диффузии, увеличивается коэффициент конформационной диффузии и плотность вероятности.

ЛИТЕРАТУРА

Козлов В.И. Взаимодействие лазерного излучения с биоткани // Применение низкоинтенсивных лазеров в клинической практике. - М .: ГНЦ лазерной медицины, 1997. - С. 24-34.

Евстигнеев А.Р. // Физ. мед. - 1996. - Т. 5. - № 1-2. - С. 8.

Каплан М.А., Степанов В. А., Воронина О.Ю. Физико-химические основы действия лазерного излучения в ближнем ИК области на биоткани // Лазеры и медицина: сб. тезисов. докл. Междунар. конф. - Ташкент - М., 1989. - С. 85-86.

Кару Т.Й., календ В.С., Лобко В.В. Зависимость биологического действия низкоинтенсивного видимого света на клетки от параметров излучения, когерентности, дозы и длины волны // Известия АН СССР. Серия «Физика». - 1983. - Т. 47. - N ° 10. - С. 2017-2022.

Зубкова С.М., Миша Л.В., Трушин В.В., Парфенова И.С. Оптимизация частотных характеристик инфракрасных лазерных воздействий // Физическая медицина. - 1994. - Т. 4. - № 1-2. - С. 84.

Karu T.I. Photobiology of low-power laser therapy. - London, Paris, New York: Harward. akad. Publishers, 1989. - 187 p.

Трофимов В.А., Власов А.П. Исследование модификации супероксиддисмутазы при действии низкоинтенсивного излучения гелий-неонового лазера // Проблемы лазерной медицины: материалы IV Междунар. конгр. - М. - Видное, 1997. - С. 311.

Кару Т.Й. Клеточные механизмы низкоинтенсивной лазерной терапии // Лазер и здоровье - 99: материалы Междунар. Конгр. - М., 1999.- С. 447-448.

Гамалея Н.Ф. Механизмы биологического действия излучения лазеров // Лазеры в клинической медицине. - М.: Медицина, 1981. - С. 35-85.

Захаров С.Д., Еремеев Б.В., Петров С.Н., Панасенко Н.А. Индуцированные лазером биоэффекты в эритроцитах, осуществляющиеся через молекулярный кислород // Действие электромагнитного излучения на биологические объекты и лазерная медицина. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. - С. 52-69.

Брилль Г.Е., Григорьев С.Н., Романова Т.П. и др. Участие форменных элементов крови в формировании системного отклика на действие НИЛИ // Актуальные вопросы лазерной медицины и операционной эндоскопии: тез. докл. 3-й Международной конференции. - М. - Видное, 1994. - С. 416-418.

Малов А.Н. Фрактальность биоткани и лазерная биостимуляция в рамках солитонно-голографической парадигмы // Применение лазеров в науке и технике: Материалы междунар. семинара. - Новосибирск, 1992. - С. 95-98.

Степанов В.А., Каплан М.А., Воронина О.Ю. Современные методы контроля лазерного облучения крови. - Новосибирск, 1990. - С. 20-21.

Воронина О.Ю., Каплан М.А., Степанов В.А. Нерезонансный механизм биостимулирующего действия низкоинтенсивного лазерного излучения. - Обнинск: Физико-энергетический институт, 1990. - 26 с.

Загрузка...