БИОФИЗИКА, 2019, том 64, № 4, с. 786-792

БИОФИЗИКА CЛОЖНЫX CИCТЕМ

УДК 577.35

МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

НА СЕРОТОНИНЭРГИЧЕСКИЕ РЕЦЕПТОРЫ МОЗГА

Физико-теxничеcкий инcтитут им. А.Ф. Иоффе PАН, 194021, Cанкт-Петеpбуpг, ул. Политеxничеcкая, 26

*Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, г. Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6

**Premier Annecto Technologies, 181 North Clinton Street, Doylestown Pennsylvania PA, USA

E-mail: shadr.solid@mail.ioffe.ru

Поступила в редакцию 09.04.2019 г.

После доработки 09.04.2019 г.

Принята к публикации 08.05.2019 г.

Выявлен механизм резонансного воздействия излучения крайне высоких частот на мозг лаборатор-

ных животных. Установлено, что излучение крайне высоких частот высвобождает молекулу трип-

тофана, инициируя многостадийный процесс фазовых превращений молекул альбумина, а именно,

трехстадийный конформационный переход альбуминовой глобулы в клубковое состояние. Свобод-

ный триптофан, проникая в мозг с потоком ликвора через пространство Вирхова-Робина, усилива-

ет в нейронной сети мозга выработку серотонина, воздействуя на серотонтэргические рецепторы.

Ключевые слова: КВЧ-излучение, термоимпедансметрия, ликвор, триптофан, серотонин, глобула,

конформационные переходы.

DOI: 10.1134/S0006302919040197

но сводиться к анализу биофизическими метода-

Целью настоящей работы является выяв-

ми параметров физических объектов, моделиру-

ление механизма воздействия сверхвысоко-

ющих элементы организма, определяющие его

частотного электромагнитного излучения на

нервную деятельность. Наконец, можно пола-

живой организм, принцип влияния которого

гать, что сопоставление результатов, полученных

остается малоизученным, несмотря на широ-

биохимическими и биофизическими, методами

кое применение данного вида излучений в

позволит прояснить детали механизма воздей-

практике. В частности, излучение миллимет-

ствия микроволнового излучения на живой орга-

рового диапазона (обозначаемое в литературе

низм.

как излучение крайне высоких частот (КВЧ))

успешно применяется в дерматологии [1], а

КОНТРОЛЬ БИОХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

также в ряде других медицинских направле-

ОРГАНИЗМА НА ДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

ний [2].

КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Особое место занимают исследования нети-

В экспериментах, проведенных согласно пер-

пичных результатов воздействия КВЧ-излучения

вому из указанных направлений, исследовали мо-

на живой организм, примером чего может слу-

дификацию поведенческих функций лаборатор-

жить вызываемая КВЧ-излучением модифика-

ных животных под влиянием КВЧ-излучения. С

ция функций нервной деятельности лаборатор-

этой целью использовали три группы половозре-

ных животных.

лых крыс по двенадцать животных в каждой груп-

Из сказанного следует, что, ставя перед собой

пе.

цель выявления механизма воздействия КВЧ-из-

У животных первой группы вырабатывали

лучения на живой организм, разумно использо-

условный рефлекс активного избегания токового

вать параллельную совокупность двух направле-

болевого раздражения при одновременной пода-

ний исследований: первое должно представлять

че звукового сигнала. Для этого фиксировали

собой контроль биохимической реакции орга-

число сочетаний условного раздражителя (звук с

низма на действие КВЧ-излучения. Второе долж-

частотой 50 Гц и громкостью 60 дБ) и безусловно-

Сокращения: КВЧ - крайне высокие частоты, ФП -

го подкрепления раздражения (путем подачи на

фазовый переход.

лапки животного в течение 6 с импульсного на-

786

МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

787

пряжения амплитудой 100 мВ с частотой повторе-

БИОФИЗИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ

ний 60 кГц и длительностью 8 мс), приводящего к

ВЫСВОБОЖДЕНИЯ ТРИПТОФАНА

выработке условного рефлекса. Результат: у жи-

В ЛИКВОРЕ В ПРОСТРАНСТВЕ

ВИРХОВА-РОБИНА

вотных первой группы условный рефлекс возни-

кал после шести-семи сочетаний условного и без-

Полученные результаты позволяют сформу-

условного pаздpажителей.

лировать предварительную модель механизма

воздействия КВЧ-излучения на мозг лаборатор-

У животных второй группы осуществляли

ных животных. Модель базируется на следующих

КВЧ-облучение кожных покровов черепа живот-

положениях:

ного в течение 15 мин непосредственно перед вы-

а) информация о воздействии КВЧ-излучения

работкой условного рефлекса. Параметры КВЧ-

на кожные покровы головы животного эффек-

излучения таковы: частота 54 ГГц (λ = 5,6 мм),

тивно проникает в мозг, что надежно фиксирует-

плотность мощности излучения

300 мВт/см²,

ся по изменению поведения животного после об-

лучения;

площадь облучаемой области головы животного

б) блокировка способности к выработке услов-

около 2 см².

ного рефлекса обусловлена вызванным облуче-

Результат: обнаружено явление блокировки

нием скачком концентрации серотонина в мозгу

животного;

процесса выработки условного рефлекса. А имен-

но, после КВЧ-облучения у животных второй

в) стрессорные воздействия на организм жи-

группы в 50% случаев наблюдалось полное подав-

вотного приводят к установлению новых связей в

нейронной сети коры головного мозга, отвечаю-

ление способности к выработке условного ре-

щих за выработку условного рефлекса [4];

флекса, а еще в 25% случаев наблюдалось затор-

маживание способности к его выработке.

г) энергия кванта КВЧ-излучения (0,2 мэВ) в

десятки раз меньше энергии тепловых флуктуа-

Животным третьей группы за 20 мин до начала

ций (кТ = 30 мэВ) и в равновесном случае не в со-

КВЧ-облучения вводили китрил, выполняющий,

стоянии оказать воздействия на выработку серо-

как известно, в живом организме функцию по-

тонина в мозгу.

давления выработки серотонина [3]. Затем в тече-

Суть предлагаемой в настоящей работе модели

ние 15 мин осуществляли КВЧ-облучение покро-

механизма блокировки способности к выработке

вов головы животных с теми же параметрами из-

условного рефлекса, основанная на приведенных

лучения, которые применяли для животных

положениях, сводится к следующему.

второй группы. Результат: действие КВЧ-излуче-

1. В пространстве Вирхова-Робина вокруг

ния практически отсутствовало - в 96% случаев

микрокапилляров [5] кожных покровов головы

циркулирует цереброспинальная жидкость

какого-либо затруднения выработки условного

(ликвор), переносимая микрокапиллярами в мозг

рефлекса не было зафиксировано.

сквозь микроотверстия в костях черепа.

На основании полученной информации сде-

2. Под действием КВЧ-излучения высвобож-

лан следующий вывод: у животных второй груп-

дается и становится химически активной молеку-

пы блокировка выработки условного рефлекса

ла аминокислоты триптофана (C₁₁H₁₂N₂O₂), из-

обусловлена дополнительным к физиологическо-

начально зафиксированная внутри альбумино-

му повышением серотонина в структурах мозга

вой глобулы [6] и переносимая в мозг за счет

животного.

циркуляции ликвора в пространстве Вирхова-

Робина вокруг микрокапилляров

Кроме того, отдельные эксперименты показа-

3. Триптофан присоединен к альбуминовой

ли, что воздействие на здоровое животное КВЧ-

глобуле нехимическими ван-дер-ваальсовыми

излучением погружает его в состояние затормо-

связями с энергией от 0,5 до 50 мэВ [7]. Разрыва

женности при одновременном снижении скоро-

указанных водородных связей тепловыми флук-

сти реакции на внешние раздражители, снижение

туациями благодаря малой подвижности элемен-

частоты дыхания и частоты пульса, что также ха-

тов глобулы [8] не происходит, несмотря на то,

рактерно для действия на мозг повышенной кон-

что энергия тепловых колебаний имеет величину

центрации серотонина [3].

kТ = 30 мэВ.

4. Воздействие электромагнитного КВЧ-излу-

Следует подчеркнуть, что, как показали до-

чения на цереброспинальную жидкость (ликвор)

полнительные эксперименты, КВЧ-излучение не

в кожных покровах головы является резонанс-

проникает сквозь кости черепа и не может, таким

ным, то есть неравновесным: как при всяком ре-

образом, непосредственно влиять на процессы,

зонансе

[9], происходит накопление энергии

протекающие в мозгу животного.

КВЧ-квантов до уровня, превышающего энергию

БИОФИЗИКА том 64

№ 4

2019

788

ШАДРИН и др.

тепловых флуктуаций и достаточного для разрыва

В данном разделе приводятся результаты ис-

соответствующих молекулярных связей.

следования электрического отклика раствора сы-

5. Из аминокислоты триптофана (C₁₁H₁₂N₂O₂)

вороточного человеческого альбумина на воздей-

ствие переменного электрического поля частоты

нервными клетками мозга вырабатывается серо-

3,6 мГц. Исследовалась температурная зависи-

тонин (C₁₀H₁₂N₂O). В организм животных трип-

мость тангенса угла между вектором полного им-

тофан, который они синтезировать не способны,

педанса образца и вектором его емкостной со-

поступает с пищей.

ставляющей. При этом предполагалось, что ин-

6. Высвобождение триптофана под действие

дуктивная составляющая образца ничтожно

КВЧ-излучения происходит, как будет показано

мала.

ниже, в процессе конформационного перехода

альбуминовой глобулы в клубковое состояние,

Постановка экспериментов выполнялась со-

поскольку альбуминовый клубок не способен

гласно алгоритму, позволявшему определять па-

удерживать триптофан [10].

раметры ФП в молекулах глобулярного альбуми-

на, помещенных в стандартный физиологиче-

Переход глобулы в клубок экспериментально

ский раствор.

подтвержден литературными данными по двух-

этапному тушению триптофановой флуоресцен-

Поскольку низкочастотная поляризуемость

ции сыворотки альбумина при добавлении в рас-

как альбуминовых глобул, так и альбуминовых

твор додецилсульфата натрия [10].

клубков в составе ликвора мала [8], можно утвер-

Результаты наших эксперимента указывают на

ждать, что метод термоимпедансметрии контро-

трехстадийный характер денатурации альбумина.

лирует макроскопический дипольный момент

Первая стадия состоит в разрыхлении белковых

растворителя, поляризуемость молекул которого

глобул, вторая - в полном необратимом развора-

на порядки выше поляризуемости глобул и клуб-

чивании в клубок аминокислотной цепи белка

ков. Это позволяет исследовать изменение состо-

при фазовом переходе (ФП) «глобула-клубок»,

яния белковых глобул в процессе ФП «глобула-

третья - в необратимом перколяционном перехо-

клубок» благодаря радикальному уменьшению

де с образованием бесконечного клубкового кла-

при ФП усредненной диэлектрической проница-

стера [11] и потерей им способности удержания

емости раствора альбумина ввиду резкого паде-

молекулы триптофана [12]. Поскольку такой ФП

ния концентрации свободных молекул воды, со-

необратим [12], это означает, что белковая цепь

провождающих ФП «глобула-клубок». Эти моле-

запоминает свое состояние. Ликвор на данной

кулы, вовлекаемые при ФП в структуру

стадии процесса играет роль «элемента памяти» и

гидратной оболочки клубка, мощность которой

переносит «свободный» триптофан под кости че-

на два порядка превышает мощность оболочки

репа, насыщая им нейронную сеть мозга. В ней-

компактной глобулы, после совершения ФП те-

ронной сети вырабатывается большая, дополни-

ряют способность к ориентационной поляризуе-

тельная к физиологической, доза серотонина.

мости. В то же время деформационная поляризу-

Таким образом, описанный многостадийный

емость молекул воды, как известно, мала [8]. Та-

процесс, приводящий к резкому повышению

ким образом, ФП «глобула-клубок» провоцирует

концентрации серотонина в мозгу, изначально

многократное падение совокупной диэлектриче-

инициируется КВЧ-излучением.

ской проницаемости раствора альбумина.

Образцы для описываемых в данной работе

МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ

экспериментов были получены последователь-

КРАЙНЕ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ НА ЖИВОЙ

ным разбавлением исходного препарата челове-

ческого сывороточного альбумина производства

ОРГАНИЗМ

НПО «Микроген» (Москва, Россия). Исходный

Доказательство справедливости предлагаемой

препарат альбумина представлял собой 10%-й

модели было получено в рамках второго направ-

раствор в дистиллированной воде сывороточного

ления при термоимпедансметрическом исследо-

альбумина, в который были добавлены хлори-

вании альбумина - главного белка спинномозго-

стый натрий (NaCl, 150 ммолей/л) и каприлово-

вой жидкости.

кислый натрий (C₇H₁₅COONa, 17 ммолей/л).

Метод термоимпедансметрии. В альбумине ме-

тодом термоимпедансметрии исследована цепоч-

Для исследования электрических свойств рас-

ка фазовых превращений, приводящих к высво-

твора альбумина в настоящей работе была ис-

бождению триптофана. Преимущество метода

пользована разработанная в Физико-техниче-

термоимпедансметрии состоит в том, что он поз-

ском институте им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Пе-

воляет прецизионно контролировать термиче-

тербург) установка для измерения температурной

скую трансформацию усредненной диэлектриче-

зависимости электрического импеданса биологи-

ской проницаемости сплошной среды, каковой

ческих жидкостей, детально описанная в работе

является раствор альбумина.

[13].

БИОФИЗИКА том 64

№ 4

2019

МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

789

При проведении измерений к электродам кю-

польного момента под действием внешнего поля

веты с раствором белка прикладывали перемен-

[8].

ное электрическое напряжение, что вызывало как

Воздействие КВЧ-излучения на молекулы рас-

протекание дрейфового тока, обусловленного

творителя. В то же время способность к таким

движением ионов Na⁺, Cl^-и C₇H₁₅COO^-, окру-

процессам молекул растворителя в десятки раз

женных своими гидратными оболочками, так и

выше, чем у глобул, поскольку низкочастотная

тока смещения, обусловленного ориентационной

(не оптическая) диэлектрическая проницаемость

поляризуемостью свободных молекул воды.

совокупности свободных молекул воды равна ε =

81. Для физиологического раствора, то есть смеси

СОО-

0,9 % раствора NaCl и 0,3 % раствора С₇Н₁₅

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Na в воде, ε на 5% меньше (ε = 76) ввиду наличия

гидратной оболочки вокруг ионов солей. Способ-

В результате эксперимента была получена тем-

ность к экранировке внешнего поля возрастает с

пературная зависимость разности фаз Δδ между

ростом температуры и концентрации солевого

полным током через измерительную кювету и ем-

раствора [15]. Отсюда следует, что экранирующая

костной составляющей тока, равной углу между

способность растворителя играет принципиаль-

вектором полного импеданса образца и вектором

ную важную роль в наблюдении процесса транс-

его емкостной составляющей.

формации молекул альбумина с ростом темпера-

Исследования показали, что эта зависимость

туры.

представляет собой слабо возрастающую с темпе-

В воде, не содержащей примесей, атом кисло-

ратурой функцию, на которой в области темпера-

рода в составе молекулы воды находится в состо-

тур 30-33^оС (для концентрации альбумина 5 ат.

янии sp³-гибридизации, формируя тетраэдриче-

%) наблюдается клювообразная структура в виде

скую конфигурацию гибридных орбиталей [16].

степенного спада сигнала с последующим резким

Две из них создают σ-связи с атомами водорода,

его подъемом и выходом на линию прежнего сла-

имеющими высокую степень ионности благодаря

бого возрастания. Анализ показал, что этот уча-

смещению пика электронной плотности в сторо-

сток может быть описан степенной функцией

ну атома кислорода, а две оставшиеся заняты дву-

Δδ ~ 1 - (T - T_c)^-α, где Δδ - наблюдаемый сдвиг

мя неподеленными электронными парами, спо-

фаз, T - текущая температура, T_c - температура

собными создавать водородные (О-Н) связи с

ФП, α - показатель степени, позиционируемый в

другими молекулами воды и формировать тетра-

физике ФП как критический индекс. Численные

эдрическую структурную сетку воды [15]. При

значения критических индексов, зависящие от

растворении хлорида натрия или каприловокис-

концентрации альбумина в растворе, свидетель-

лого натрия в воде происходит их гидролиз: обра-

ствуют в пользу перколяционной природы ФП,

зование координационных связей между молеку-

фиксируемого в методе термоимпедансметрии.

лами воды вокруг указанных ионов и самими

Данный участок может быть экстраполирован к

ионами Na⁺, Cl^- или C₇H₁₅COO^-.

температуре Т_с = 38^оС, что позиционируется в

Воздействие КВЧ на ионы Na⁺, Cl^- и

предлагаемой модели как температура ФП «гло-

була-клубок».

C₇H₁₅COO^-. Встраиваясь в тетраэдрическое

окружение первой координационной сферы

Обсуждение механизма воздействия КВЧ-излу-

структурной сетки воды и замещая молекулу во-

чения на живой организм. Плотная упаковка гло-

ды, ион Na⁺ (Cl^- или C₇H₁₅COO^-) оказывается

булы и прочность ее связей [8] радикально огра-

ничивают способность пептидных диполей моле-

окруженным внутренним слоем гидратной обо-

кулы белка изменять свою ориентацию и

лочки. Внутренний слой гидратной оболочки со-

величину дипольного момента под действием

стоит из четырех молекул воды [15]. В отличие от

внешнего электрического поля [14] и, тем самым,

молекулы воды, окруженной четырьмя молекула-

экранировать внешнее поле. Основной причиной

ми, все четыре связи иона Na⁺ в первом слое яв-

неспособности самой глобулы как целого обеспе-

ляются координационными, так как ион Na⁺

чить экранировку внешнего электрического по-

имеет

электронную

конфигурацию

ля, то есть создать уверенно регистрируемый от-

1s¹(2)2s¹(2)2p³(6)3s¹(0)3p³(0) и находится в состо-

клик на внешнее электрическое воздействие, яв-

ляется низкая поляризуемость глобулы. Низкая

янии sp³-гибридизации. Верхние индексы указы-

поляризуемость, в свою очередь, обусловлена не-

вают число атомных орбиталей, числа в скобках -

способностью глобулы ни к ориентации во внеш-

количество электронов на них. Одна из 3s-орби-

нем электрическом поле, меняющемся с частотой

талей и три 3p-орбитали создают четыре пустые

3,6 МГц, ни к ее дрейфу во внешнем поле, ни к де-

гибридные орбитали, принимающие на себя не-

формационным изменениям глобулярного ди-

поделенные пары молекул воды и создающие с

БИОФИЗИКА том 64

№ 4

2019

790

ШАДРИН и др.

ними четыре координационные связи. Выигрыш

емость молекул воды благодаря разрыхлению

энергии при образовании координационных свя-

связей между ними за счет тепловой энергии kT, и

сигнал экспериментально регистрируемого ФП

зей с ионом Na⁺ превосходит выигрыш при обра-

слабо растет. На его фоне наблюдается структура

зовании водородных связей c молекулой воды

в виде серии максимумов и минимумов. Этот сиг-

[15]. Более высокие координационные сферы

нал связан с тем, что за счет энергии kT постепен-

(последующие слои) гидратной оболочки вокруг

но разрушается третичная структура глобулы. На

иона Na⁺ формируются за счет водородных свя-

начальном этапе данного процесса разрушения

зей молекул воды с молекулами воды первой сфе-

глобула становится рыхлой. Хаотичная термиче-

ры и между собой. Они содержат гораздо большее

ская бомбардировка глобулы молекулами воды

четырех число молекул воды (вторая - не менее

разрывает на начальном этапе наиболее слабые

10, третья - более 30).

связи, стабилизирующие глобулу, и степень раз-

Анализируя состояние иона Cl^- с электронной

рыхления глобулы нарастает [14]. При этом воз-

никающие после разрыва связей свободные гид-

конфигурацией

1s¹(2)2s¹(2)2p³(6)3s¹(2)3p³(6)-

рофильные радикалы присоединяют молекулы

4s¹(0)4p³(0), приходим к выводу, что предельная

воды - гидратируются, в результате чего объем

насыщенность электронами третьей электронной

разрыхленной глобулы возрастает. Наряду с этим

оболочки иона Cl^- обеспечивает возможность

упомянутые радикалы присоединяют и ионы

четвертой электронной оболочке создать четыре

C₇H₁₅COO^-, натрия и хлора, окруженные своими

гибридные sp³-орбитали, также формирующие

гидратными оболочками.

координационные связи с молекулами воды. Так

При этом целостность гидратной оболочки

образуется первый слой гидратной оболочки во-

увеличенного размера, которая нарушается из-

круг иона Cl^-. Аналогично этому возникают гид-

влечением ее элементов внутрь разрыхленной

ратные оболочки вокруг ионов (C₈H₁₅O₂)^-. Од-

глобулы, восстанавливается за счет дополнитель-

нако координационные связи иона хлора с моле-

но привлекаемых из физраствора свободных мо-

лекул воды. Таким образом, число связанных с

кулами воды менее прочны, чем иона Na⁺, и, тем

глобулой молекул воды возрастает. Тем самым и

более, иона C₇H₁₅COO^-[8].

без того ограниченное количество свободных

Из сказанного следует, что одна трехслойная

элементов растворителя, способных экраниро-

вать внешнее электрическое поле, немонотонно

гидратная оболочка как иона Na⁺, так и ионов

изменяется, проходя через минимумы, обуслов-

Cl^- или C₇H₁₅COO^-способна вывести из свобод-

ленные последовательным разрывом по мере ро-

ного состояния в физиологическом растворе не-

ста kТ трех типов внутренних связей глобулы раз-

сколько десятков молекул воды, переведя их в

личной прочности [14]. Это приводит к слабой

связанное состояние в составе гидратных оболо-

волнообразной немонотонности кривой темпе-

чек и, тем самым, лишая их способности к ориен-

ратурной зависимости полезного сигнала, на-

тационной поляризуемости. Белковая глобула

блюдаемой на эксперименте.

также окружена большим числом диполей, состо-

Переход «глобула-клубок». При приближении

ящих из молекул воды или ионов Na⁺, Cl^- или

температуры к критической величине Т_с ФП рых-

(C₈H₁₅O₂)^-, окруженных своими гидратными

лая глобула разворачивается в клубок с попереч-

оболочками. Эти элементы формируют гидрат-

ником не менее чем на порядок превышающим

ную оболочку глобулы.

поперечник глобулы (по оценкам, сделанным в

При наложении переменного электрического

работе [17], с 5 до 50 нм). Клубок остается внутри

поля наблюдается импедансметрический сигнал,

гидратной оболочки сильно увеличенного разме-

который в основном обусловлен ориентацион-

ра, модифицированной захватом извне элемен-

тов растворителя различных типов, т. е. происхо-

ной и в малой степени деформационной поляри-

зуемостью свободных молекул воды. Действи-

дит термическая активизация процесса присо-

тельно, поляризуемость глобулы низка, вклад

единения элементов растворителя (физраствора)

к возрастающей по объему гидратной оболочке.

дрейфа ионов C₇H₁₅COO^-, натрия и хлора, окру-

Описанные процессы имеют место при соверше-

женных своими оболочками, в экранировку

нии первого (частично термически обратимого)

внешнего поля на сравнительно высокой частоте

ФП-перехода «глобула-клубок» [12]. Импеданс-

регистрации (3,6 МГц), хотя и отличен от нуля,

метрическим методом при этом регистрируется

также невелик ввиду их малой дрейфовой по-

резкий спад сигнала при совершении второго -

движности.

геометрического (перколяционного) - ФП. Рез-

При росте температуры в условиях присут-

кий спад сигнала обусловлен процессом образо-

ствия внешнего переменного электрического по-

вания бесконечного кластера из контактирую-

ля постепенно растет ориентационная поляризу-

щих друг с другом глобул в гидратных оболочках,

БИОФИЗИКА том 64

№ 4

2019

МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ КВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

791

между которыми полностью отсутствует свобод-

ВЫВОДЫ

ная вода. Таким образом, здесь совершается ФП,

Резюмируя, следует сказать, что в настоящей

обусловленный нарастающим дефицитом сво-

работе предложена модель механизма иницииро-

бодных молекул воды в физрастворе из-за вклю-

вания скачка концентрации серотонина в мозге

чения их в состав гидратных оболочек нарастаю-

животного под действием КВЧ-излучения благо-

щего количества разворачивающихся глобул. Это

даря активизации серотонинэргических рецепто-

совершается в интервале температур 30-38°С

ров мозга. Модель сформулирована на базе сопо-

(для одной из концентраций - 5,2 ат. % - в интер-

ставления совокупности результатов, получен-

вале 30-33°С).

ных при исследованиях ликвора как

биохимическими, так и биофизическими метода-

При анализе экспериментальных результатов

ми.

мы исходим из того, что фазовый переход «глобу-

ла-клубок» является фазовым переходом первого

Основные положения модели состоят в следу-

рода, так как требует для своего совершения под-

ющем.

водимой извне энергии [18]. В частности, терми-

1. Под резонансным воздействием квантов

ческой. При таком переходе в общем случае скач-

КВЧ-излучения становится химически активным

ком меняются первичные параметры материала,

триптофан (C₁₁H₁₂N₂O₂), переносимый в мозг

такие как плотность, симметрия структурных

животного за счет циркуляции ликвора в про-

элементов, коэффициент преломления, коэффи-

странстве Вирхова-Робина вокруг микрокапил-

циент поглощения и т.п. [19]. Для глобулы, разво-

ляров кожных покровов головы.

рачивающейся в клубок, данными параметрами

2. Серотонинэргическими рецепторами мозга

являются ее плотность и коэффициент оптиче-

из триптофана вырабатывается дополнительное к

ского поглощения в инфракрасной области в по-

физиологическому количество серотонина

лосах поглощения воды, так как связанная вода

(C₁₀H₁₂N₂O).

гидратной оболочки имеет иной колебательный

спектр, нежели свободная [12].

3. Высвобождение триптофана под действием

КВЧ-излучения происходит в процессе трехста-

В то же время перколяционный ФП с образо-

дийного конформационного перехода альбуми-

ванием бесконечного клубкового кластера пред-

новой глобулы в клубковое состояние.

ставляет собой геометрический ФП второго рода,

Конфликт интересов: авторы заявляют об от-

не требующий подведения энергии [11,20], а тре-

сутствии у них конфликта интересов.

бующий лишь создания условий для своего со-

вершения в виде формирования элементов новой

фазы в толще старой. При ФП второго рода скач-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ком меняются вторичные параметры материала:

1. Г. Ю. Курников, А. В. Корнаухов, Н. К. Никулин и

теплоемкость (dQ/dT), сжимаемость (dV/dP),

др., Миллиметровые волны в биологии и

электрическая восприимчивость (dP_дип/dE_эл)

медицине, № 1 (13), 38 (1999).

[18]. Для раствора белков вторичным параметром

2. О. В. Бецкий, Н. Д. Девятков и Н. Н. Лебедева,

является меняющаяся электрическая восприим-

Биомедицинская радиоэлектроника, № 7, 3 (2000).

чивость системы (dP_дип/dE_эл), что использовано

3. В. О. Cамойлов, Е. Б. Шадpин, Е. Б. Филиппова

нами при постановке эксперимента.

и др., Биофизика 60 (2), 377 (2015).

4. С. Б. Ступина и А. О. Филипечев, в сб. Физиология

Оба рода ФП характеризуются при приближе-

высшей нервной деятельности и сенсорных систем

нии к точке перехода степенной (критической)

(Высшее образование, Москва,2006), вып.

зависимостью параметра порядка. Для перехода

сс. 191-199.

«глобула-клубок» параметром порядка служит

5. T. Brinker, E. Stopa, J. Morrison, and P. Klinge, Fluids

плотность тех связей в глобуле, которые разруша-

and Barriers of the CNS

11,

(2014). DOI:

ются при разворачивании в клубок [7].

10.1186/2045-8118-11-10

6. И. М. Власова и А. М. Салецкий, Химич. физика 28

Величины критических индексов (показатели

(12), 66 (2009).

степени упомянутых выше степенных зависимо-

стей) для ФП первого рода лежат в области «ма-

7. А. С. Давыдов, Биология и квантовая механика (На-

ук. думка, Киев, 1979).

лых» значений критических индексов около

0,001-0,01, тогда как величины критических ин-

8. М. В. Волькенштейн, Биофизика (Наука, М., 1988).

дексов ФП второго рода лежат в области «боль-

9. С. Г. Калашников, Электричество (Физматлит,

ших» значений критических индексов в диапазо-

М., 2003).

не 0,3-2,7. Такие значения критических индек-

10. R. Bito, T. Shikano, and H. Kawabata, Biochim. Bio-

сов типичны для теории протекания

phys. Acta 1646, 100 (2003).

(перколяции) [11], что и наблюдается нами в тер-

11. А. Л. Эфрос, Физика и геометрия беспорядка (Нау-

моимпедансметрических экспериментах.

ка, М., 1982).

БИОФИЗИКА том 64

№ 4

2019

792

ШАДРИН и др.

12. А. В. Финкельштейн, Физика белковых молекул (Ин-

16. М. А. Зиганшин и В. В. Горбачук, Курс лекций по

ститут компьютерных исследований, Москва-

физической и коллоидной химии (Изд-во Каз. ун-та,

Ижевск, 2014).

Казань, 2007).

17. А. Ю. Гросберг и А. Р. Хохлов, Статистическая

13. А. В. Ильинский, Н. Е. Иванова, Е. Б. Шадрин и

физика макромолекул (Наука, М., 1989).

Н. Л. Юткина, Патент на изобретение № 2205392,

18. Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, Теоретическая

27.05.2003.

физика, Т. 5 (Наука, М., 1988).

19. В. Ф. Гантмахер и В. Т. Долгополов, Успехи физ.

14. А. В. Финкельштейн и О. Б. Птицын, Физика белка

наук 178 (1), 3 (2008).

(КДУ, М., 2012).

20. Б. И. Шкловский и А. Л. Эфрос, Успехи физ. наук

15. G. Hoffner and P. Djian, Biochemie 84, 273 (2002).

117 (3), 401 (1975).

A Mechanism of the Influence of Microwave Radiation

on Serotonergic Receptors in Brain

E.B. Shadrin*, V.O. Samoilov**, A.V. Ilinskiy*, and Ya. S. Katsnelson***

*Ioffe Physical-Technical Institute, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, ul. Politekhnicheskaya 26, 194021 Russia

**Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, nab. Makarova 6, St. Petersburg, 199034 Russia

***Premier Annecto Technologies, 181 North Clinton Street, Doylestown Pennsilvania PA, USA

The mechanism of the resonance effect of microwave radiation on the brains of laboratory animals is re-

vealed. It has been established that microwave radiation releases a tryptophan molecule, initiating a multi-

stage process of phase transformations of albumin molecules, namely, a three-stage conformational transition

of the albumin globule to the glomerular state. Free tryptophan, penetrating into the brain with the flow of

cerebrospinal liquid through Virchow-Robin space, increases the production of serotonin in the neural net-

work of the brain, affecting serotonergic receptors.

Keywords: microwave radiation, thermoimpedance, liquor, tryptophan, serotonin, globule, conformational transi-

tions

БИОФИЗИКА том 64

№ 4

2019