БИОФИЗИКА, 2022, том 67, № 4, с. 658-670

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 577.3

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ В МАЛЫХ

И СВЕРХМАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ

*Физический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова,

Ленинские горы, 1/2, Москва, 119991, Россия

^#E-mail: lobyshev@yandex.ru

Поступила в редакцию 22.04.2022 г.

После доработки 22.04.2022 г.

Принята к публикации 04.05.2022 г.

Представлен обзор проблемы малых и сверхмалых концентраций различных биологически актив-

ных веществ и ее краткая история. Характерной особенностью действия малых и сверхмалых кон-

центраций является немонотонный, в общем случае полимодальный, отклик живых организмов и

модельных биологических систем на монотонно уменьшающуюся концентрацию воздействующих

веществ. Совокупность экспериментальных данных заставляет внимательно рассмотреть физико-

химические свойства воды, разбавленных водных растворов и технологию их приготовления.

Ключевые слова: разбавленные водные растворы, микрогетерогенность, самоорганизация, мезочасти-

цы, механохимия, активные формы кислорода, азота.

DOI: 10.31857/S0006302922040044, EDN: ISTYXS

Одной из тем лаборатории физической биохи-

рактерный признак этой зависимости состоит в

мии Института биологической физики АН СССР

наличии максимума при малых (их называют так-

(в настоящее время - Институт теоретической и

же сверхмалыми) концентрациях действующего

экспериментальной биофизики РАН), организо-

вещества в области 10^-14 М и «мертвой зоны», ле-

ванной и длительное время руководимой

жащей обычно в области 10^-7-10^-11 М. При по-

С.Э. Шнолем, была проблема слабых воздей-

вышении концентрации до 10^-4 М появляется

ствий на биологические системы. Эта тема вклю-

обычно наблюдаемый максимум активности.

чает в себя влияние малых и сверхмалых концен-

Аналогичная зависимость была опубликована

траций различных биологически активных

для реакции дегрануляции базофилов крови че-

веществ, а также влияние малых доз ионизирую-

ловека на последовательный ряд образцов раз-

щего и неионизирующего излучения на биологи-

бавлений антисыворотки [11].

ческие объекты. Проблема воздействия малых

Еще одна возможная особенность высокораз-

концентраций была обнаружена еще в XIX веке.

бавленных растворов состоит в том, что их значи-

Ее характерный признак состоит в немонотон-

тельное действие может проявляться на фоне

ном ответе живого организма на монотонно

большей эндогенной концентрации того же ве-

уменьшающуюся концентрацию воздействующе-

щества в изучаемой модели. Например, опиоиды

го агента. Этот феномен был объяснен стимули-

модулируют иммунную активность различных

рующим действием вызывающих стресс веществ,

но еще недостаточных для проявления вредных

клеток в концентрациях 10^-18-10^-14 М, хотя те

последствий, и назван гормезисом [1]. Со второй

же опиоидные пептиды присутствуют в клетках в

значительно большей естественной концентра-

половины 1970-х годов появляется нарастающий

поток работ, в которых исследуется широкий

ции 10^-10-10^-12 М [12, 13]. Аналогичные эффек-

диапазон концентраций действующих биологи-

ты были также обнаружены при сочетанном дей-

чески активных веществ на различные функции

ствии фармакологических средств и гомеопати-

существенно более простых модельных систем

ческих препаратов в высоком разбавлении [14,

[2-9], где представление о гормезисе теряет

15].

смысл. Типичным примером являются результа-

Стимулирующее воздействие малых доз при

ты эксперимента с двухоптимумным ответом сте-

поражающем действии больших доз было обна-

пени ингибирования протеинкиназы С на кон-

ружено для ионизирующего излучения и по ана-

центрацию антиоксиданта α-токоферола [10]. Ха-

логии было названо радиационным гормезисом

658

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ

659

[16, 17]. При исследовании действия слабых неио-

- активные формы кислорода и азота и, как

низирующих электромагнитных полей на живые

следствие, вариабельный окислительно-восста-

организмы и модельные системы также были об-

новительный потенциал.

наружены немонотонные эффекты, зависящие от

Рассмотрим указанные факторы более по-

интенсивности и частоты электромагнитных по-

дробно. Вода является слабым электролитом и

лей естественного происхождения [18-20]. Каче-

проявляет как кислотные, так и основные свой-

ственное сходство эффектов, наблюдаемых при

ства. Диссоциация нейтральной молекулы воды

воздействии электромагнитных полей низкой

на ионы H⁺ и ОH^- - процесс динамический, рав-

интенсивности и сильно разбавленных растворов

новесная константа диссоциации воды без при-

в виде полимодальной зависимости измеряемых

месей мала и составляет 1.82·10^-16 моль/л, а кон-

параметров от дозы воздействия или концентра-

станты скоростей диссоциации и рекомбинации

ции действующего реагента заставляют задумать-

ся об общей причине наблюдаемых эффектов.

равны 2.5·10^-5с^-1и (1.4 ± 0.2)·10¹¹ л/(моль·с) со-

Общим компонентом всех этих экспериментов

ответственно. Энтальпия гидратации протона со-

является вода. Предположение об определяющей

ставляет ~276 ккал/моль и превышает более чем

роли воды подкрепляются также результатами

на 100 ккал/моль энтальпию гидратации любого

экспериментов по действию электромагнитных

другого одновалентного катиона. Это свидетель-

полей низкой интенсивности, где предваритель-

ствует о том, что протоны сильно взаимодейству-

но экспонированная в поле вода проявляет физи-

ют с молекулами воды и образуют ионы гидрок-

ко-химические отличия от исходной воды и вы-

сония Н₃О⁺ или более сложные комплексы.

зывает биологические эффекты [21].

Среднее время ассоциации протона с данной мо-

лекулой воды оценено М. Эйгеном в 10^-12с, а

ВОДА - СЛОЖНАЯ НЕРАВНОВЕСНАЯ

средний интервал между ассоциациями данной

СИСТЕМА

молекулы воды с протоном 5·10^-4 с [22].

Молекула воды является самой маленькой

В состав молекул природной воды входят два

трехатомной молекулой. Электронная структура

стабильных изотопа водорода (¹Н, ²Н = D) и три

атома кислорода в молекуле воды характеризует-

стабильных изотопа кислорода (¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О).

ся sp³ гибридизацией, что предопределяет тетра-

Они могут образовать 9 изотопных разновидно-

эдрическую симметрию электронных оболочек и

стей молекул воды. Четыре из них вместе с кон-

уникальную возможность образования четырех

центрациями указаны выше, а пять других форм

водородных связей с соседними молекулами во-

ды и/или молекулами биополимеров. В отличие

(HD¹⁸O, HD¹⁷O, D₂₁₆O, D₂₁₈O и D₂₁₇O) представ-

от ближайших изоэлектронных аналогов H₂S и

лены в обычной воде в убывающем количестве от

H₂Te, будучи дважды донорами и дважды акцеп-

6·10^-5 до 10^-9 объемных процентов [23]. Хотя ос-

торами протона в водородных связях, молекулы

новная часть воды представлена молекулами

воды способны к образованию развитой про-

Н₂₁₆О, количество основных изотопных форм

странственной сети водородных связей, что резко

молекул воды, выраженное в молях, как указано

отличает воду от других жидкостей. Кроме того,

выше, характеризуется достаточно большими ве-

вода даже в лабораторных условиях является фи-

личинами, сравнимыми с количеством основных

зически и химически неоднородной.

ионов Na, K, Ca, Mg в живой клетке. Наряду с по-

В жидкой воде содержатся:

нятными биологическими изотопными эффекта-

ми обогащенной тяжелой воды, наблюдаются не-

- ионы Н⁺ и ОН^- в концентрации 10^-7 М

ожиданно большие эффекты при небольшой ва-

вследствие диссоциации молекулы воды;

риации изотопного состава относительно его

- кроме молекул Н₂₁₆О, другие основные ста-

природного состава, не нашедшие до сих пор

бильные изотопные формы: Н₂₁₇О, Н₂₁₈О и

адекватного объяснения [24-27]. Кроме указан-

ных стабильных изотопов существуют радиоак-

DH¹⁶O с количеством тяжелых изотопов: ¹⁸О -

тивные изотопы кислорода ¹⁴О, ¹⁵О, ¹⁹О, но их

0.20% (~ 0.1 M), ¹⁷О - 0.04% (~ 0.02 M), D = ²H -

время жизни менее двух минут, а также изотоп

0.015% (~15 мM);

водорода - тритий ³Н = Т, период полураспада

- орто(↑HОH↑)- и пара(↑HОH↓)-молекулы

которого составляет 12.32 года. Тритий образует-

(естественное статистическое распределение

ся в атмосфере в результате взаимодействия вто-

форм в газовой фазе 3:1);

ричных ядерных частиц космического излучения,

- растворенные газы окружающего воздуха,

в основном нейтронов и протонов, с ядрами азота

нанопузырьки;

и кислорода. Вскоре после образования тритий

- растворенные органические и неорганиче-

окисляется и образует молекулы воды в форме

ские примеси из воздуха и материала сосуда;

НТО. Равновесное количество трития, генериру-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

660

ЛОБЫШЕВ

емого космическими лучами, составляет 3-10 кг,

Создана база данных HIТRAN, содержащая раз-

содержится он в основном в воде и лишь 7% при-

нообразные спектроскопические характеристики

сутствует в атмосфере. Ввиду малости концентра-

высокого разрешения паров воды, ее изотополо-

ций трития в природной воде его принято выра-

гов и около 300 молекул газов и дополнительных

жать в «тритиевых единицах» (ТЕ). Такая едини-

молекул, встречающихся в атмосфере [31].

ца соответствует содержанию одного атома

Как и молекула водорода, молекула воды мо-

трития на 10¹⁸атомов протия и эквивалентна

жет быть в двух спин-изомерных формах - орто-

7.2 распада в минуту на 1 кг воды или 0.12 Бк/кг.

изомера, в котором ядерные спины протонов па-

Тритий является мягким β-излучателем с макси-

раллельны (J = 1) и параизомера, в котором спи-

мальной энергией электронов 18.6 кэВ и средним

ны антипараллельны (J = 0). При нормальной

значением 5.7 кэВ, а конечным продуктом распа-

температуре орто-изомерам соответствуют три

да трития является стабильный изотоп гелия ³Не.

проекции спина (1, 0, -1), а параизомерам -

Концентрация трития значительно выросла

только одна со спином, равным 0. Поэтому в

вследствие испытаний ядерного оружия и дости-

условиях термодинамического равновесия соот-

гала десятков тысяч ТЕ в 1974 г. Содержание три-

ношение орто:пара должно быть равным 3:1;

тия снижается во времени, сильно варьирует от

только при низких температурах (ниже 50 К) оно

местности и наличия его техногенных источни-

стремится к нулю при Т → 0 К. Разделение спино-

ков. До проведения ядерных испытаний количе-

вых изомеров воды впервые удалось реализовать

ство трития в пресноводных источниках не пре-

в процессе конденсации паров воды на углекис-

вышало 1 Бк/л. Сейчас среднее количество три-

лом газе [32]. Позднее разделение спиновых изо-

тия в пресных водах европейской части РФ

меров воды было достигнуто методом хромато-

составляет около 4 Бк/л [28].

графии при медленной прокачке смеси водяного

пара с азотом в качестве газа-носителя сквозь ад-

Впервые спиновые модификации молекулы

сорбционную колонку, заполненную пористым

водорода орто-Н₂ со спином J = 1 и пара-Н₂ со

углем. Выходящий из колонки газ направляли в

спином J = 0 были независимо предсказаны В.

кювету, сопряженную с субмиллиметровым

Гейзенбергом и Ф. Хундом в 1927 г., в том же году

ЛОВ-спектрометром. В кювете рабочую смесь

эта гипотеза получила экспериментальное под-

зондировали на частотах 30-40 см^-1 пучком пе-

тверждение. Водород при низкой температуре

удалось фракционировать, поскольку орто- и па-

рестраиваемого по частоте монохроматического

ра-молекулы водорода обладают большим разли-

излучения. [33, 34]. Максимумы на спектрах по-

чием во вращательных уровнях энергии. Оно со-

глощения для орто- и пара-модификаций соот-

ставляет 170.6 К, что значительно больше, чем

ветствовали 30.603 и 37.137 см^-1. Разделение спи-

температура кипения жидкого водорода (20.4 К).

новых модификаций воды было получено также

Метод разделения спиновых изомеров состоял в

при использовании перестраиваемых лазерных

охлаждении газа до 20.4 К в присутствии катали-

диодов [35]. В перечисленных работах измерения

затора, ускоряющего спиновую конверсию (на-

проводили в газовой фазе при пониженном дав-

пример, Fe(OH)₃). После достижения равновесия

лении паров около 3 торр. В работе других авто-

практически все молекулы переходили на ниж-

ров [36] разделения спиновых изомеров достиг-

ний вращательный уровень J = 0, т.е. переходили

нуть не удалось, но давление паров воды было на

в параизомеры. После нагревания газа получали

два порядка больше. Основным результатом ста-

газ в пара-состоянии, сохраняющийся из-за

ло заключение о том, что константы связывания

очень медленной конверсии. Для чистого водоро-

спиновых изомеров с адсорбентом различаются,

да характерное время составляет один год при

орто-изомеры связываются слабее, чем пара-изо-

комнатной температуре и нормальном давлении.

меры, и первой волной выходят из хроматографи-

Подробнее об этом можно прочитать в работе

ческой колонки. Таким образом, статистическое

[29]. Значительно позднее с использованием но-

соотношение изомеров 3:1 нарушается и в дан-

вых современных технологий были фракциони-

ном эксперименте увеличивается до 11:1.

рованы спиновые изомеры других многоатомных

Обогащенные порции водяного пара вымора-

молекул, таких как СН₂О, СН₃F и др., обладаю-

живали с помощью азотной ловушки и хранили в

щих значительно меньшим различием в энергиях

холодильнике в замороженном состоянии. Через

вращательных степеней свободы и более высокой

некоторое время образцы размораживали и вновь

температурой кипения [30]. Уже не приходится

подвергали спектральному анализу. В результате

удивляться тому, что молекулы с идентичными

время жизни спиновых изомеров было оценено в

ядрами в симметричных молекулах, такие как

десятки минут для жидкой воды и месяцы для

NH₃, CH₄, N₂и др., существуют в природе в фор-

льда. Поскольку переходы между орто- и пара-

ме спиновых изомеров, для которых правила от-

изомерами молекулы запрещены, водяной пар

бора предписывают определенные вращательные

является смесью независимых долгоживущих ор-

квантовые числа для разных спиновых изомеров.

то- и пара-фракций. Возможность наблюдения

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ

661

запрещенных колебательно-вращательных пере-

79.8 см^-1для пара-изомера и 88.1 см^-1 для орто-

ходов между орто- и пара-изомерами воды была

изомера. Эксперименты, проведенные в раство-

детально теоретически исследована в работе [37].

рах биополимеров (ДНК, α-химотрипсин), пока-

Вместе с тем механизм спиновой конверсии оста-

зали, что в присутствии биополимеров суще-

ется не ясен. Было обнаружено также, что поми-

ственно возрастает резонансный вклад враща-

мо угля в качестве спин-модификаторов воды мо-

тельного спектра воды

[39,

40]. Авторы

гут выступать многие другие вещества с развитой

констатируют, что механизм этого явления не

поверхностью (например, цеолиты и силика-

ясен, и предполагают, что биополимеры наруша-

гель). Это дает основание предположить наличие

ют сетку водородных связей в воде так, что увели-

возможных нарушений соотношения орто:пара в

чивается количество свободных молекул. Этот

других естественных процессах [33]. Высказанное

вывод, однако, не согласуется с известными экс-

предположение было подтверждено наблюдени-

периментальными и теоретическими результата-

ем предпочтительной адсорбции пара-изомеров

ми. Учитывая высокую интенсивность лазерного

воды лиофилизованными препаратами ДНК, ли-

излучения, гетерогенность образцов и быстрое

зоцима и коллагена, а также цеолитом и солями

время перестройки электронной структуры Н₂О,

СаО и CuSO₄. Оказалось, что разница в скоростях

меньшее, чем время зондирующего импульса

связывания спин-изомеров воды слабо зависит от

(10 пс), трудно сказать, какую систему мы реаль-

свойств сорбента при их принципиальном разли-

но изучаем. На этот вопрос еще следует получить

чии в механизмах связывания с водой [38]. Кроме

обоснованный ответ. Вместе с тем учет наличия

того, было обнаружено, что селективность связы-

орто- и пара-состояний протона в симметричных

вания орто- и пара-модификаций воды уменьша-

молекулах заслуживает внимания, и эта тема про-

ется с увеличением влажности сорбента.

должает развиваться [41, 42].

Приведенные результаты получены в парах во-

В воде, находящейся в равновесии с окружаю-

ды при низком давлении, когда молекулы можно

щим воздухом, всегда находятся растворенные

считать свободными. В жидкости из-за уширения

газы, среди которых доминируют азот, кислород

полос очень слабой интенсивности не удается

и углекислый газ. Коэффициенты растворимости

различить спиновые модификации стандартны-

азота, кислорода и углекислого газа известны и

ми спектроскопическими методами, однако со-

составляют при нормальных условиях 0.016, 0.032

мневаться в наличии орто- и пара-состояний во-

и 0.879 л газа/л воды соответственно. Средняя от-

ды также не приходится. Различить орто- и пара-

носительная концентрация этих газов в воздухе

состояния молекул воды в жидком состоянии

равна 0.781, 0.209 и 0.0004 соответственно. При

удалось с использованием метода нелинейной

этом их содержание в воде составит 0.589 мМ,

когерентной лазерной спектроскопии четырех-

0.289 мМ и 1.57·10^-5 М. Взаимодействие углекис-

фотонного рассеяния [39]. В этом методе исполь-

лого газа с водой приводит к появлению угольной

зуются встречные пучки лазерного излучения с

кислоты, которая, в свою очередь, диссоциирует.

частотами ω₁и ω₂, лежащими в области видимого

Таким образом в воде в области нейтральных зна-

света, а разность этих излучений перестройкой ω₂

чений рН присутствуют анионы НСО_3- в кон-

сканируется в микроволновом диапазоне. Источ-

ником излучения ω₁является лазер с плотностью

центрации около 10^-5М, что подтверждается экс-

периментально с высокой точностью

[43].

мощности около 60 МВт·см^-2с круговой поляри-

По этой причине дистиллированная вода в от-

зацией, вторым источником - лазер с перестраи-

крытом сосуде без дополнительных примесей

ваемой частотой с плотностью мощности около

имеет значение рН 5.5, меньшее, чем ожидаемое

10 МВт·см^-2и линейно поляризованном излуче-

значение (рН 7.0). Наличие растворенных газов

нием. Измеряемым параметром служит состоя-

влечет за собой образование стабильных газовых

ние поляризации излучения на частоте смешения

пузырьков, называемых бабстонами, размер ко-

ω= ω₁ - (ω₁ - ω₂). Эта методика позволила изу-

торых увеличивается от 9.6 нм до 57.8 нм при уве-

чить диапазон от 1 до 100 см^-1.Не вдаваясь в по-

личении концентрации NaCl в растворе от 10^-6до

дробное описание этого сложного нелинейного

10^-2М. При этом могут образовываться бабстон-

метода, отметим, что полученные спектры явля-

ные кластеры микронных размеров [44, 45].

ются результатом усреднения после 10-30 вспы-

шек мощного лазерного излучения при частоте

Вода активно растворяет все примеси неорга-

повторения импульсов генерации лазеров, рав-

нического и органического происхождения, на-

ной 1 Гц, и длительности импульсов около 10 пс.

ходящиеся в воздухе и в материале сосуда, в кото-

В жидкой воде были зарегистрированы спектры

ром находится вода. Уместно напомнить также,

либраций молекул, совпадающие по частоте с

что в воздухе для больничных палат нормируемое

вращательным спектром Н₂О в газовой фазе.

ГОСТ 2007 (идентичным международному стан-

Наиболее интенсивными оказались линии

дарту ISO) количество только лишь колониеобра-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

662

ЛОБЫШЕВ

ВОДА ВЕСЬМА ЧУВСТВИТЕЛЬНА

зующих частиц составляет 500 шт/м³; максималь-

К ВНЕШНИМ ФИЗИЧЕСКИМ

ное число «пылевых» частиц с размером, равным

ВОЗДЕЙСТВИЯМ

и более 0.5 мкм, в операционных помещениях не

должно превышать 3520000 штук в м³, а их коли-

Уже более 50 лет известно, что ультразвуковая

чество в палатах даже не нормируется. Показа-

кавитация в воде приводит к появлению гидрок-

тельным примером могут служить результаты ис-

сил-радикала ОН^•, ионов нитрита (NO_2-) и, в

следования «аномальной» сверхплотной конден-

меньшей степени, нитрата (NO_3-). С разработ-

сированной воды в кварцевых капиллярах,

кой технологии одиночного пульсирующего пу-

полученной впервые Н.Н. Федякиным и активно

зырька удалось на один цикл схлопывания пу-

исследуемой в то время Б.В. Дерягиным. После

зырька количественно измерить выход ОН^•,

провокационной публикации Э. Липпинкотта о

NO_х,а также фотонов, чей спектр не был характе-

том, что эта вода, возможно, является полимер-

ристичен и простирался от 800 до 200 нм с увели-

ной структурой [46], за два года в разных лабора-

чением интенсивности в коротковолновой части

ториях мира было опубликовано несколько сотен

спектра [47]. Спектр такого вида в рамках модели

работ. Оказалось, что кроме растворенного крем-

черного тела говорит о температуре внутри пу-

ния в конденсированной внутри кварцевых ка-

зырька, достигающей 20000 К, что, в свою оче-

пилляров воде обнаруживаются и другие веще-

редь, говорит о возможности ионизации внутрен-

ства, имеющиеся в лаборатории. Наш давний

него содержимого пузырька и последующих ион-

опыт показал, что в стеклянном бидистилляторе

электронных рекомбинационных процессов. По-

явление активных форм кислорода и азота в на-

электропроводность бидистиллята оказывается

номолярных и микромолярных концентрациях

выше, чем дистиллята, за счет растворения ионов

неизбежно влечет за собой каскад сопряженных

Na из стекла, что было экспериментально под-

цепных электрон-радикальных реакций и изме-

тверждено спектральным анализом. При этом со-

нений окислительно-восстановительного потен-

держание Ca и Mg в бидистилляте действительно

циала среды, весьма важного для функциониро-

уменьшалось. Хочется напомнить также, что та-

вания живых систем. К появлению активных

кое вещество как AgCl, считающееся нераствори-

форм кислорода в воде приводят также такие низ-

мым, дает насыщенный водный раствор с кон-

коинтенсивные механические воздействия, как

ультразвуковое докавитационной интенсивно-

центрацией 1.34·10^-5 М. В настоящее время в ос-

сти, продавливание воды через капилляры и мем-

новной массе работ можно увидеть фразу:

браны [48-50]. Очень интересен результат, полу-

«использовалась вода класса 1 с удельным сопро-

ченный при вибрации сосуда с водой. Такая про-

тивлением 18.2 МОм·см». Реально столь низкая

цедура приводит к появлению не только

электропроводность сохраняется очень недолго и

активных форм кислорода, но и регистрируемого

через 10 мин в открытом стеклянном сосуде уве-

объема выделяющихся газов кислорода и водоро-

личивается примерно в 10 раз.

да, причем частоты вибраций около 1 Гц оказыва-

ются наиболее эффективными [51, 52]. Не так

Все приведенные выше факты убедительно

давно вышла работа, повторяющая появление пе-

свидетельствуют о том, что реальная вода гетеро-

рекиси водорода при выдавливании микрокапель

генна по своему составу. Концентрации всех вы-

воды из капилляра [53]. Авторы этой работы не

шеперечисленных компонент зависят от множе-

цитируют наших отечественных авторов и отме-

ства внешних условий, включающих предысто-

чают, что, хотя вода и является привычной жид-

костью, она обладает многими непонятными

рию воды, температуру и давление. Самая чистая

свойствами. Адекватного понимания механизмов

коммерческая вода для хроматографии производ-

образования активных форм кислорода и, тем бо-

ства компании Fisher Scientific (США) гарантиру-

лее, азота в воде на сегодняшний день не суще-

ет отсутствие лишь избранных ионов (Al, Cd, Cr,

ствует. Наиболее вероятным в качестве инициа-

Cu, K) на уровне 10 ppb, т.е. на уровне 10^-8 М. Та-

торов активных форм кислорода, по аналогии с

ким образом, условно чистая водa даже в лабора-

кавитацией, можно рассматривать спонтанно об-

торных условиях является многокомпонентным

разующиеся нанопузырьки, названные бабстона-

ми [44]. Недавно выполненная работа [54] под-

раствором, практически всегда неравновесна и

тверждает это предположение. В ней показано,

нарушает многие устойчивые представления об

что в сосудах с водой, подвергавшихся колебани-

идеальной жидкости и растворе. Чистую воду, со-

ям амплитудой в 5 мм и частотой 30 Гц появляют-

стоящую только из молекул Н₂О, можно наблю-

ся стабильные пузырьки со средним размером 600

дать лишь на листе бумаги или на экране монито-

нм. При этом наблюдается «синяя» люминесцен-

ра компьютера.

ция, характерная для сонолюминесценции. Ко-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ

663

личество перекиси водорода и гидроксил радика-

рыву химических связей в молекулах воды. При

ла растет со временем механического воздействия

этом образующиеся продукты аналогичны тем,

и с ростом частоты колебаний от 30 до 60 Гц,

которые возникают при воздействии ионизирую-

напротив, количество растворенного кислорода

щих излучений с энергиями, значительно превы-

уменьшается со временем механической обра-

шающими энергию химической связи в молекуле

ботки.

воды [64, 65]. Эта гипотеза ожидает более деталь-

ного экспериментального подтверждения и тео-

Наряду с этим было обнаружено, что даже вы-

ретического обоснования.

держивание воды при температуре 40°С в течение

часа сопровождается появлением активных форм

Очень часто при анализе сложных эффектов

кислорода и молекулы перекиси водорода Н₂О₂

говорят об изменении структуры воды. Это в

[55], а при выдерживании при температуре 70°С -

принципе неправильное высказывание. По опре-

делению структура есть совокупность устойчивых

даже окислов азота [56]. Аналогичные удивитель-

связей объекта. Поэтому жидкая вода, обладаю-

ные эффекты наблюдаются и при освещении во-

ды видимым светом, а также квазимонохромати-

щая трансляционной подвижностью, структуры

ческим светом небольшой интенсивности в поло-

не имеет. Можно говорить лишь о ближнем по-

сах поглощения молекулярного кислорода в

рядке. Тем не менее, это словосочетание стало

устойчивым, а количество библиографических

видимом и инфракрасном диапазоне спектра

ссылок в Интернете о «структуре воды» значи-

[57]. Образование активных форм кислорода под

влиянием внешних слабых воздействий приводит

тельно превышает таковое о структуре ДНК или

к появлению длительных химических преобразо-

белка. Как уже говорилось выше, вода единствен-

ваний, в том числе циклического характера [58].

ная из своих изоэлектронных гомологов Н₂S и

Полной ясности в механизмах описанных наблю-

H₂Se обладает возможностью образования четы-

дений пока еще нет. Известно около 40 реакций,

рех водородных связей в тетраэдрической конфи-

в которых участвуют реагенты и продукты кисло-

гурации, что предопределяет полиморфизм воз-

родно-водородных молекул [59]. Среди них есть

можных структур. Вода в твердом состоянии об-

как очень быстрые, так и очень медленные реак-

ладает уникальным количеством полиморфных

ции, что приводит к длительной эволюции систе-

кристаллических структур, так, совсем недавно

мы [60, 61]. В воде, насыщенной атмосферным уг-

была установлена новая структура льда XVIII [66].

лекислым газом, анионы гидрокарбонатов могут

Построение некристаллографических, парамет-

выступить донорами электронов и воздейство-

рических структур связанной, в частности, с био-

вать на протекание сопряженных цепных элек-

полимерами воды значительно расширяет эти

трон-радикальных реакций [62]. Инициатором

возможности [67, 68]. Молекулярный дизайн па-

этих процессов могут служить также природные

раметрических структур из тетраэдрических эле-

источники ионизирующего излучения, среди ко-

ментов дает возможность построения практиче-

торых следует назвать тритий и радиоактивный

ски неограниченного множества структурных

изотоп калия ⁴⁰К, распад которых сопровождает-

элементов из молекул воды, включая хиральные,

ся бета-излучением, приводящим к появлению

фрактальные и запрещенные в кристаллографии,

гидратированных электронов. Так, в морской во-

но распространенные в биологическом мире

де было зарегистрировано 80 мкМ гидратирован-

[69, 70].

ных электронов за счет бета-излучения

[63].

Для описания состояния жидкой воды исполь-

Сходство процессов радиолиза, фотолиза и тер-

зуют модели двух типов (двух состояний) - мо-

молиза удивительно, поскольку энергии квантов

дель, впервые четко сформулированную В. Рент-

в процессе термолиза и фотолиза видимым излу-

геном [71], и модель непрерывной сетки водород-

чением воды недостаточно для разрыва ковалент-

ных связей, предложенную Дж. Берналом и Р.

ной связи в молекуле воды и образования радика-

Фаулером [72]; каждая из этих моделей обрела

лов Н^• и ОН^•. Для объяснения этих фактов была

множество модификаций. В качестве современ-

предложена концепция воды как открытой не-

ного примера можно привести эволюцию взгля-

равновесной активной среды, которая накапли-

дов одной научной группы, проводившей иссле-

вает энергию под воздействием теплового элек-

дования жидкой воды с использованием синхро-

тромагнитного излучения и может освобождаться

тронного источника излучения. На начальной

в результате слабых резонансных воздействий в

стадии исследований говорилось, как и в класси-

областях поглощения кислородом квантов света с

ческой модели двух состояний, о наличии льдо-

переходом О₂в синглетное состояние. Последую-

образной и свободной воды, о кольцеобразных и

щий коллапс нанопузырьков (бабстонов) в ре-

линейных связанных структурах. В последнем са-

зультате происходящего в них локального элек-

мообзоре эти авторы пришли к тому, что жидкая

тромагнитного возбуждения и образование раз-

вода является локально неоднородной жидко-

личных продуктов в ходе сопряженных цепных

стью [73]. В ней сосуществуют области тетраэдри-

электрон-радикальных реакций приводит к раз-

чески упорядоченной воды низкой плотности

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

664

ЛОБЫШЕВ

(LDL) и менее упорядоченной воды высокой

Значения критических концентраций мицелло-

плотности (HDL) без ясных фазовых границ,

образования находятся в диапазоне 10^-4-10^-2 М.

между которыми существуют флуктуационные

Мезомасштабные неоднородности могут суще-

переходы. Авторы обзора отмечают, что ближай-

ствовать также в микроэмульсиях без поверх-

шей задачей является определение степени неод-

ностно-активных веществ в тройных системах,

нородности в воде и резкости границ раздела

состоящих из относительно короткого амфи-

между флуктуирующими областями (“a burning

фильного компонента (гидротропа) и двух плохо

question is to determine the degree of heterogeneity in

смешивающихся жидкостей. Уникальная струк-

water and the sharpness of the boundaries between

тура мезочастиц в микроэмульсиях без поверх-

f luctuating regions”). При этом авторы перестали

ностно-активных веществ открывает различные

пользоваться понятиями льдообразных класте-

возможности. Например, такие микроэмульсии

ров, употреблявшихся ими в более ранних рабо-

являются мощными солюбилизирующими среда-

тах. Точка зрения о динамическом локально не-

ми, обеспечивают аномалии ферментативной ак-

однородном состоянии воды поддерживается

тивности и химической реакционной способно-

также компьютерными расчетами [74]. В этой ра-

сти при использовании в качестве реакционной

боте обнаружено, что в жидкой воде имеются об-

среды [76, 77]. Структурные неоднородности в та-

ласти пространства, в которых молекулы в сред-

ких бинарных системах, как «вода-спирты» или

нем перемещаются в одном направлении. Эти об-

другие полярные неэлектролиты, известны давно

ласти имеют размер более десяти нанометров и

[78]. Они характеризуются двумя максимумами

хорошо проявляются, если за системой наблю-

интенсивности рассеянного света, вызванными

дать в течение времени порядка 100 пс, что можно

появлением неоднородностей в растворе. Основ-

рассматривать как своеобразную наноразмерную

ной из них является широким по шкале концен-

динамическую неоднородность жидкостей. Даль-

траций добавляемого компонента при мольной

нейшее развитие эксперимента пошло по пути

доле спирта X = 0.2-0.5, а другой, более интен-

исследования переохлажденной воды с целью об-

сивный и узкий, - при X = 0.01-0.05. Основной

наружения предполагаемого фазового разделе-

максимум вызван флуктуациями концентрации,

ния двух состояний воды высокой и низкой плот-

но природа резкого максимума при более низкой

ности [75].

концентрации все еще не совсем ясна [79]. Все

Как уже говорилось ранее, проблема малых

вышеописанные неоднородности, зарегистриро-

концентраций берет начало из биологических ис-

ванные различными физическими методами,

следований, где был зарегистрирован в модель-

проявляются при концентрации более 10^-5 М.

ных системах немонотонный ответ на последова-

Установлено, что равновесие в водно-спирто-

тельно уменьшающиеся концентрации добавляе-

вых растворах устанавливается в течение длитель-

мых биологически активных препаратов. Но что

ного времени, вплоть до нескольких суток после

же происходит с физическими характеристиками

смешивания жидкостей [79]. Длительность эво-

воды при растворении и разбавлении водных рас-

люции этих систем очень похожа на полученные

творов? Вода - полярная жидкость с высокой ди-

нами в экспериментах с другими водными рас-

электрической проницаемостью, что делает ее

творами при значительно меньшей концентра-

хорошим растворителем для полярных и ионных

ции примесей в воде. Наши исследования флуо-

веществ. Эти вещества в не очень высоких кон-

ресценции воды и разбавленных растворов пеп-

центрациях дают идеальные водные растворы, в

тидов показали наличие флуоресценции у

которых растворенные вещества не взаимодей-

дистиллированной воды, не связанное с возмож-

ствуют друг с другом, а растворы являются одно-

ным наличием примесей гуминовых кислот, рез-

родными. Основная концепция физико-химиче-

кое возгорание интенсивности люминесценции

ских свойств разбавленных идеальных растворов

при уменьшении концентрации люминофора

состоит в монотонном переходе к свойствам рас-

творителя при высоких разбавлениях. На практи-

глицилтриптофана до 10^-7М и появление пика

люминесценции у нелюминесцирующего дипеп-

ке растворы с концентрацией 10^-4М и ниже на-

тида глициласпарагина в этом же диапазоне кон-

зываются бесконечно разбавленными раствора-

центраций, а также длительное время эволюции

ми. Амфифильные вещества при определенных

спектров излучения. Спектры возбуждения и со-

концентрациях в воде, называемых критической

ответствующие спектры излучения изученных

концентрацией мицеллообразования, самоорга-

растворов различны, что характерно для кристал-

низуются в коллоидные структуры - различные

лофосфоров. В рамках этого представления об-

типы мицелл. Эти точки критических концентра-

ласть возбуждения была оценена в 100 нм [80-82].

ций мицеллообразования обычно регистрируют-

ся как перегибы на графиках зависимости раз-

Очень малые концентрации сложно получить

личных физических характеристик (вязкость,

однократным растворением или разбавлением.

проводимость, скорость звука, рассеяние света и

Поэтому их практически получают последова-

т.д.) от концентрации амфифильных веществ.

тельными итерациями разбавления в определен-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ

665

Рис. 1. Зависимость интенсивности флюоресценции от числа десятичных разбавлений раствора хлористого натрия.

Образец 13-го десятичного разбавления соответствует концентрации соли 2·10^-12М. Длина волны возбуждения 300 нм,

излучения - 385 нм. Среднеквадратичная погрешность измерения соответствует размеру точки.

ное количество раз. На каждой стадии разбавле-

клеточных организмов, т.е. между физическими

ния раствор подвергают интенсивному встряхи-

характеристиками и биологической активностью

ванию, называемому потенцированием. Такая

растворов (табл. 1) [84]. Позднее методом NTA

технология является традиционной в изготовле-

(nanoparticle tracking analysis) мы определили в

нии гомеопатических препаратов. С использова-

этой области концентраций наличие наночастиц

нием этой технологии нами были выполнены

размером 96-115 нм в количестве (3 ± 2)·10⁸ ча-

эксперименты по изучению флуоресценции ши-

стиц/мл.

рокого ряда последовательно разбавленных рас-

Еще более сложный немонотонный паттерн

творов NaCl, подвергавшихся интенсивному ме-

был получен при измерении высокочастотной

ханическому воздействию (потенцированию) по-

электропроводности потенцированных раство-

сле каждого десятикратного разбавления [84].

ров диклофенака (рис. 2). В этой работе исполь-

Результаты представлены на рис. 1.

зовали процедуру последовательных сотенных

Было установлено наличие сохранявшегося в

разбавлений с потенцированием, включая мни-

течение длительного времени резкого увеличения

мые концентрации, когда само понятие концен-

интенсивности флуоресценции в области числа

трации теряет смысл при N > 11. Эволюцию полу-

итераций N = 13. Аналогичный паттерн был полу-

чаемого паттерна наблюдали в течение двух не-

чен нами позднее в другой лаборатории. Впервые

дель после приготовления растворов

[86].

нами также была установлена высокая отрица-

При точности измерений не хуже 0.5% наблюда-

тельная корреляция (коэффициент линейной

ются значительные вариации электропроводно-

корреляции ρ = -0.93) между интенсивностью

сти от числа итераций «разбавление-потенциро-

флуоресценции раствора хлористого натрия и

вание». С увеличением времени хранения раство-

спонтанной активностью пресноводных одно-

ров среднее значение электропроводности

Таблица

1. Корреляция между спонтанной подвижностью одноклеточных Spirostoma ambiguum в

потенцированных растворах хлористого натрия и интенсивностью флуоресценции этих растворов

Разбавление, N

Подвижность

инфузорий,

0.0 ± 0.0

7.7 ± 2.6

11.8± 1.4

11.7 ± 0.6

0.0 ± 0.0

9.1 ± 1.8

6.7 ± 2.6

8.7 ± 1.8

усл. ед.

Интенсивность

флуоресценции,

усл. ед.

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

666

ЛОБЫШЕВ

Рис. 2. Эволюция паттернов сопротивления (кОм) для серии сотенных разбавлений с потенцированием раствора

диклофенака. Интервал времени между приготовлением образцов и измерениями:

● - 1 день, ■

- 2 дня, ♦ - 5 дней,

▲

- 14 дней.

монотонно возрастает и растет контрастность

Немонотонное изменение различных физиче-

паттерна, т.е. различие между минимальными и

ских характеристик и появление наночастиц

максимальными значениями. Парные коэффи-

обнаруживали разными методами в сильно раз-

циенты корреляции между результатами этих по-

бавленных растворах, в том числе в потенциро-

следовательных экспериментов, проведенных в

ванных растворах, в которых расчетная концен-

разные дни после приготовления образцов рав-

трация меньше 10^-20 М [86-90].

ны, соответственно: R[1-2] = 0.87, R[1-5] = 0.65,

R[1-14] = 0.72, R[2-5] = 0.70, R[2-14] = 0.80,

Значительная роль в изучении физико-хими-

R[5-14] = 0.87. Критическое значение коэффи-

ческих характеристик разбавленных растворов

циента корреляции для 12 степеней свободы при

принадлежит группе, руководимой академиком

1%-м уровне значимости R_0.01(12) = 0.66. Превы-

А.И. Коноваловым (1934- 2021), которая иссле-

довала более 60 химических веществ разными ме-

шение этого критического значения означает до-

тодами и установила, что подавляющее большин-

стоверное сходство эволюционирующих паттер-

ство из них образует наночастицы при больших

нов. Такое сходство однозначно говорит о том,

степенях разбавлений, определяемых методом

что причина немонотонного изменения электро-

динамического светорассеяния. При этом уста-

проводности разбавленных растворов заключает-

новлено, что для их самоорганизации, как прави-

ся в методе их приготовления.

ло, необходимо наличие естественного электро-

Стоит также отметить, что диэлектрическая

магнитного фона. При выдерживании растворов

проницаемость с точностью 0.2% на частотах

в условиях гипомагнитного поля, создаваемого

100 кГц - 3 МГц остается постоянной, что гово-

пермаллоевым экраном, наночастицы в реги-

рит об отсутствии в растворах мезочастиц с боль-

стрируемом количестве не образуются [91-93].

шим дипольным моментом. Столь большие изме-

Этот вывод подтверждается экспериментом с по-

нения электропроводности непонятны и связа-

лучением наночастиц при выдерживании образ-

ны, по-видимому, с химическими процессами,

цов в поле с частотой 7.85 Гц и амплитудой

происходящими в потенцированных растворах.

48 А/м, создаваемом в катушке соленоида, разме-

Представленные выше эксперименты ясно по-

щенного в пермаллоевом экране [94]. В работах

казывают, что процедура потенцирования изме-

этой группы на ряде микроорганизмов и действу-

няет коллективные свойства водного раствора, и

ющих веществ подтверждается также корреляция

эти свойства запоминаются системой в течение

между появлением наночастиц и возрастанием

длительного времени, далекого от микроскопи-

биологической активности в растворе. Повышен-

ческого масштаба времени молекулярных реорга-

ная биологическая активность фармакологиче-

низаций, обычно принимаемого в рассмотрение

ских препаратов в коллоидной форме известна

при обсуждении физических свойств жидкостей.

также из других работ. Так, например, было пока-

Поэтому вопрос о памяти воды можно свести к

зано, что феназепам обладает фармакологиче-

определению памяти. Ясно только, что к структу-

ской активностью в сверхмалых дозах только в

ре воды память не имеет никакого отношения.

дисперсном состоянии в виде наночастиц диа-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ

667

Рис. 3. Зависимость интенсивности флюоресценции от числа итераций N десятичных разбавлений дистиллированной

воды с потенцированием. Длина волны возбуждения 300 нм, излучения - 385 нм.

метром не более 100-300 нм, а образование нано-

онной процедуре разбавления-потенцирования.

частиц навязывается добавлением поверхностно

На рис. 3 представлены результаты измерений

активных реагентов в процессе приготовления

интенсивности флуоресценции образцов потен-

препарата [95]. Дополнительную информацию на

цированной дистиллированной воды с последую-

тему изменения ферментативной активности в

щим десятичным разбавлением исходной водой и

зависимости от формы препарата можно найти в

повторением этой процедуры N раз [84]. Как вид-

работе [96]. Подробное обсуждение этого фено-

но, уже первое потенцирование приводит к воз-

мена выходит за рамки данной работы. Суще-

растанию интенсивности флюоресценции. По-

ствование наночастиц в потенцированных вод-

следующие итерации сопровождаются уменьше-

ных растворах высокого разбавления подтвер-

нием интенсивности и ее резким спадом в

ждено многими авторами и уже не вызывает

области N = 12 до фоновых значений. Со време-

сомнений, однако их строение и состав до сих пор

нем хранения интенсивность в образцах N1 - N11

неизвестны. В области высоких концентраций

заметно уменьшается, но все же сохраняется в те-

растворенных веществ процессы потенцирова-

чение шести недель.

ния становятся незначимыми. Можно считать,

Аналогичный эксперимент был проведен с во-

что многократный процесс механического потен-

дой MQ 1-го класса с измерением электрических

цирования с последующим разбавлением являет-

характеристик образцов [99]. Результаты приве-

ся не только, а при больших числах итерации и не

дены на рис. 4. В данном случае после потенциро-

столько разбавлением, сколько механохимиче-

вания образца выполняется сотенное разбавле-

ской модификацией веществ, содержащихся в

ние исходной водой. Измерения проводили на

растворе. Это косвенно подтверждается реализа-

частоте 100 кГц, погрешность измерений состав-

цией химических реакций в порошковых систе-

ляла менее 0.5%. Как и в случае разбавления дик-

мах с механической обработкой, не идущих в

лофенака (рис. 2) наблюдается сложная немоно-

обычных условиях, разложением воды на обыч-

тонная зависимость. В данном случае наблюдали

ной магнитной мешалке в присутствии некото-

эволюцию образцов в 20 итерациях, но аналогич-

рых солей [97], а также прямым наблюдением

ные немонотонные зависимости получали и для

осадков в высушенных каплях более 200 фарма-

30 итераций, откуда можно сделать вывод, что их

цевтических препаратов в сверхмалых и мнимых

вообще может быть любое число. Как и в случае

концентрациях методами просвечивающей элек-

диклофенака, диэлектрическая проницаемость

тронной микроскопии и сканирующей туннель-

остается постоянной, что говорит об отсутствии

ной микроскопии [98].

структур с большим дипольным моментом. Пат-

Выше были рассмотрены свойства последова-

терны серий образцов, приготовленных в разные

тельно разбавленных и потенцированных раство-

дни, отличаются, но параллельно приготовлен-

ров различных веществ. Но поскольку вода сама

ные две серии обладают одинаковыми паттерна-

является сложным многокомпонентным раство-

ми с коэффициентом корреляции более 0.9. Та-

ром и чувствительна к внешним воздействиям,

кие результаты не вызывают удивления, если воду

возникает вопрос, как будут меняться свойства

рассматривать как самоорганизующуюся актив-

условно чистой воды при аналогичной итераци-

ную среду, чувствительную к слабым возмущени-

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

668

ЛОБЫШЕВ

Рис. 4. Эволюция паттернов сопротивления на частоте 100 кГц для серии сотенных разбавлений с потенцированием

воды. Погрешность измерения не превышает размера точки. Интервал времени между приготовлением образцов и

измерениями: ●

– 1 день, ■

- 6 дней, ♦ - 8 дней, ▲ - 13 дней.

ям. В обоих случаях среднее значение электро-

блем будет способствовать решению общей про-

проводности со временем увеличивается (сопро-

блемы биологической активности растворов ма-

тивление уменьшается), как и в случае с

лых и сверхмалых концентраций.

диклофенаком, но дисперсия результатов прак-

тически сохраняется и имеет тенденцию к умень-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

шению, а в растворах диклофенака на протяже-

нии двух недель она возрастает со временем. От-

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

сюда нетрудно заключить, что в растворах

интересов.

диклофенака происходят более сложные химиче-

ские процессы.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Что же говорит теория о возможности образо-

вания мезоструктур нанометрового диапазона в

Настоящая работа не содержит описания ис-

жидкой воде? Существуют, основанные на пред-

следований с использованием людей и животных

ставлениях квантовой электродинамики, теоре-

в качестве объектов.

тические предпосылки образования в растворах

частиц, называемых когерентные домены, размер

которых лежит в области сотни нанометров [100-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

103]. По признанию G. Vitiello эта теория имеет

1. C. M. Southam, J. Ehrlich. Phytopathol., 33, 517

общий характер и не обладает предсказательной

(1943).

силой для конкретных случаев.

2. Ю. А. Перчихин, Г. Н. Шангин-Березовский и

В заключение хочется подчеркнуть, что реаль-

И. А. Раппопорт, в сб. Химический мутагенез и со-

ная вода даже в лабораторных условиях является

здание сортов интенсивного типа (Наука, М., 1977),

неравновесным сложным многокомпонентным

с. 263.

раствором. Можно считать твердо установлен-

3. Г. Н. Шангин-Березовский, Ю. А. Перчихин и

ным, что многократное последовательное раз-

А. А. Колбасин, в сб. Эффективность химических

бавление растворов, сопровождающееся интен-

мутагенов в селекции (Ин-т хим. физики АН

сивным встряхиванием, приводит к образованию

СССР, М., 1980).

химически активных соединений, самоорганиза-

4. Г. Н. Шангин-Березовский, В. Я. Адамов,

ции в растворе, проявляющейся в появлении ме-

О. С. Рыхлецкая и С.А. Молоскин, в сб. Улучшение

зочастиц и немонотонном изменении физико-

культурных растений и мутагенез (Ин-т хим. физи-

химических свойств разбавленных растворов.

ки АН СССР, М., 1982).

Неясен механизм этого феномена, молекуляр-

ный состав мезочастиц размером в сотни нано-

5. В. П. Ямскова, Е. А. Модянова, М. М. Резникова и

метров, возможная роль нанопузырьков в составе

А. Г. Маленков, Молекуляр. биология, 11 (5), 1147

этих мезочастиц, а также роль слабых электро-

(1977).

магнитных полей в их образовании. Решение

6. В. П. Ямскова, Е. А. Модянова, В. И. Левенталь

этих фундаментальных физико-химических про-

и др., Биофизика, 22, 168 (1977).

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ ВЕЩЕСТВ

669

7. Е. Б. Бурлакова, Т. Н. Греченко, Е. Н. Соколов и

34. V. I. Tikhonov and A. A. Volkov, Science, 296, 2363

С. Ф. Терехова, Биофизика, 31, 921 (1986).

(2002).

8. Е. Б. Бурлакова, Росс. хим. журн., XLIII (5), 3

35. Е. В. Степанов, В. А. Тихонов и В. А. Миляев,

(1999).

Квант. электроника, 35, 205 (2005).

9. Е. М. Молочкина, И. Б. Озерова и Е. Б. Бурлакова,

36. С. Л. Вебер, Е. Г. Багрянская, П. Л. Чаповский,

Росс. хим. журн., XLIII (5), 63 (1999).

Журн. эксперим. и теорет. физики, 129, 80 (2006).

10. Н. П. Пальмина, Е. Л. Мальцева, Е. И. Пынзарь и

37. A. Miani and J. Tennyson, J. Chem. Phys., 120, 2732

Е. Б. Бурлакова, Росс. хим. журн., XLIII (5), 55

(2004).

(1999).

38. S. A. Potekhin and R. S. Khusainova, Biophys. Chem.

11. E. Davenas, et al., Nature, 338, 816 (1988).

118, 84 (2005).

12. S. L. Brown and D.E. Van Epps, J. Immunol., 134,

39. А. Ф. Бункин, А. А. Нурматов и С. М. Першин,

3384 (1985).

Успехи физ. наук, 176, 883 (2006).

13. S. V. Zaitsev, et al., FEBS Lett., 291, 84 (1991).

40. А. Ф. Бункин и др., Квант. электроника, 37, 941

(2007).

14. О. И. Эпштейн, Сверхмалые дозы (история одного

исследования) (Изд. РАМН, М., 2008).

41. S. M. Pershin, Phys. Wave Phenomena, 17, 241 (2009).

15. О. И. Эпштейн, Успехи физиол. наук, 44, 54 (2013).

42. A. F. Bunkin and S. M. Pershin, Phys. Wave Phenom-

ena, 18, 237 (2010).

16. А. М. Кузин, Стимулирующее действие ионизирую-

щего излучения на биологические процессы (Атомиз-

43. X. Yan, et al., J. Phys. Chem. Lett., 9, 96 (2018).

дат, М., 1977).

44. Н. Ф. Бункин и Ф. В. Бункин, Успехи физ. наук,

186, 933 (2016).

17. Л. Х. Эйдус, Мембранный механизм биологического

действия малых доз (ИТЭФ РАН, М., 2001).

45. Н. Ф. Бункин и др., Журн. эксперим. и теорет. фи-

зики, 135, 917 (2009).

18. А. Л. Чижевский, Земное эхо солнечных бурь, Изд.

2-е («Мысль», М., 1976).

46. E. R. Lippincott, et al., Science, 164, 1482 (1969).

19. Н. А. Темурьянц, Б. М. Владимирский и

47. Y. T. Didenko and R. S. Suslick, Lett. to Nature, 418,

О. Г. Тишкин, Сверхнизкочастотные электромаг-

394 (2002).

нитные сигналы в биологическом мире (Наук. думка,

48. Г. А. Домрачев, Ю. Л. Родыгин и Д. А. Селиванов-

Киев, 1992).

ский, Докл. РАН, 329, 186 (1993).

20. В. Н. Бинги, Принципы электромагнитной биофи-

49. Г. А. Домрачев, Ю. Л. Родыгин, Д. А. Селиванов-

зики (Физматлит, М., 2011).

ский и П. А. Стунжас, в кн. Химия морей и океанов

21. V. I. Lobyshev, Electromagn. Biol. Med., 24,

449

(Наука, М., 1995), сс. 169-177.

(2005).

50. Ю. С. Веселов, Химия и технология воды, 13, 741

22. Д. Эйзенберг и В. Кауцман, Структура и свойства

(1991).

воды (Гидрометеоиздат, Л., 1975).

51. A. D. Styrkas and N. G. Nikishina, Russ. J. Inorg.

23. В. И. Лобышев и Л. П. Калиниченко, Изотопные

Chem. 54, 961 (2009).

эффекты D₂O в биологических системах (Наука, М.,

52. A. D. Styrkas, Russ. J. Inorg. Chem., 56, 1029 (2011).

1978).

53. J. K. Lee, et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 116, 19294

24. В. И. Лобышев, В. А. Твердислов Л. В. Яковенко и

(2019).

Ю. Фогель, Биофизика, 23, 390 (1978).

54. S. V. Gudkov, et al., Int. J. Mol. Sci., 21, 8033 (2020).

25. В. И. Лобышев, Биофизика, 28, 666 (1983).

55. A. V. Chernikov and V. I. Bruskov, Biophysics, 47, 773

26. В. И. Лобышев, Актуальные вопросы биологиче-

(2002).

ской физики и химии, 3, 511 (2018).

56. A. V. Chernikov and V. I. Bruskov, Dokl. Biochem.

27. A. Basov, L. Fedulova, M. Baryshev, and S. Dzhimak,

Biophys., 400, 40 (2005).

Nutrients, 11, 1903 (2019).

57. S. V. Gudkov, et al., J. Phys. Chem. B, 115, 7693

28. В. И. Ферронский и В. А. Поляков, Изотопия гид-

(2011).

росферы земли (Научный мир, М., 2009).

58. S. V. Gudkov, et al., Biophysics, 57, 1 (2012).

29. А. Фаркас, Ортоводород, пароводород и тяжелый

59. A. N. Ignatiev, A. N. Pryakhin, and V. V. Lunin, Russ.

водород (ОНТИ, М., 1936).

Chem. Bull., 57, 1172 (2008).

30. P. L. Chapovsky and L .J. F. Hermans, Annu. Rev.

60. V. N. Binhi and R. M. Sarimov, Biophysics, 59, 515

Phys. Chem., 50, 315 (1999).

(2014).

31. I. E. Gordon, J. Quant. Spectroscopy and Radiative

61. L. V. Belovolova, M. V. Glushkov, and E. A. Vinogra-

Transfer, 203, 3 (2017).

dov, Biophysics, 59, 524 (2014).

32. В. К. Конюхов, В. И. Тихонов и Т. Л. Тихонова,

62. В. Л. Воейков и др., Журн. физ. химии, 86, 1518

Письма в ЖТФ, 12, вып. 23, 1438 (1986).

(2012).

33. А. А. Вигасин и др., Докл. РАН, 387, 613 (2002).

63. A. J. Swallow, Nature, 222, 369 (1969).

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022

670

ЛОБЫШЕВ

64. V. I. Bruskov, et al., Phys. Wave Phenomena, 28, 103

Cholesterol Monitoring, Ed. by A. V. Priezzhev and

(2020).

G. L. Cote (Proc. SPIE, 4263, 2001), p. 59.

65. V. I. Bruskov, et al., Phys. Wave Phenomena, 29, 94

84. В. И. Лобышев, М. С. Томкевич и И. Ю. Петру-

(2021).

шанко, Биофизика, 50, 464 (2005).

66. M. Millot, et al., Nature, 569, 251 (2019).

85. V. I. Lobyshev. Phys. Wave Phenomena, 27, 119 (2019).

67. Н. А. Бульенков, Кристаллография, 33, 424 (1988).

86. L. Rey, Physica A, 323, 67 (2003).

68. Н. А. Бульенков, Биофизика, 36, 181 (1991).

87. V. Elia and M. Niccoli, J. Therm. Analysis and Calo-

69. В. И. Лобышев, А. Б. Соловей и Н. А. Бульенков,

rimetry, 75, 815 (2004).

Биофизика, 48,1011 (2003).L

88. V. Elia, et al., Homeopathy, 103, 44 (2014).

70. V. I. Lobyshev, A. B. Solovey, and N. A. Bulienkov, J.

89. S. M. Pershin, et al., Dokl. Phys., 60, 114 (2015).

Mol. Liquids, 106, 277 (2003).

90. S. M. Pershin, et al., Phys. Wave Phenomena, 24, 41

71. W. C. Röntgen, Ann. Phys. Chem. N.F., XLV, 91

(2016).

(1891).

91. I. S. Ryzhkina, et al., Dokl. Phys. Chem., 428, 196

72. J. D. Bernal and R. H. Fowler, J. Chem. Phys., 1, 515

(2009).

(1933).

92. A. I. Konovalov, et al., Biophysics, 59, 341 (2014).

73. A. Nilsson and L. G. M. Petterson, Nature Commun.,

93. I. S. Ryzhkina, et al., Dokl. Phys. Chem., 462, 110

6, 8998 (2015).

(2015).

74. А. Г. Маленков, Радиоэлектроника. Наносистемы.

94. A. I. Konovalov, et al., Electromagn. Biol. Med., 34,

Информ. технологии, 12, 29 (2020).

141 (2015).

75. P. Gallo, et al., Chem. Rev., 116, 7463 (2016).

95. С. В. Стовбун и др., Бюл. эксперим. биологии и

76. M. Hahn, et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 21, 8054

медицины, 153, 441 (2012).

(2019)

96. Zh. Wu, B. Zhang, and B. Yan, Int. J. Mol. Sci. 10,

77. S. Krickl, et al., J. Coll. Int. Sci. 516, 466 (2018).

4198 (2009).

78. М. Ф. Вукс, Рассеяние света в газах, жидкостях и

97. S. Ikeda, et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 1, 4485

растворах (Изд. ЛГУ, Л., 1977).

(1999).

79. L. A. Bulavin, et al., Russ. Chem. Bull., 65, 851 (2016).

98. E. S. Rajendran, Nanodynamics (Mohna Publ., Kerala,

India, 2015).

80. В. И. Лобышев, Б. Д. Рыжиков, З. Э. Шихлинская

и Т. Н. Мазурова, Биофизика, 39, 565 (1994).

99. V. I. Lobyshev, Phys. Wave Phenomena, 29, 98 (2021).

81. V. I. Lobyshev, R. E. Shikhlinskaya, and B. D. Ryzhi-

100. G. Preparata, QED Coherence in Matter (World Scien-

kov, J. Mol. Liquids, 82, 73 (1999).

tific, Singapore, New Jersey, London, Hong Kong,

1995).

82. V. I. Lobyshev, In Optical Diagnostics of Biological Flu-

ids IV, Ed. by A. V. Priezzev and Toshimitsu Asakura

101. R. Arani, et al., Int. J. Mod. Phys. B., 9, 1813 (1995).

(Proc. SPIE, 3599, 1999), p. 52.

102. E. Del-Guidice and G. Vitiello, Phys. Rev. A., 74,

83. V. I. Lobyshev and M. S. Tomkevich, In Optical Diag-

022105 (2006).

nostics and Sensing of Biological Fluids and Glucose and

103. G. Vitiello, Systems, 2, 203 (2014).

Biological Activity of Solutions of Substances in Low and Ultra Low Concentrations

V.I. Lobyshev*

*Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University, Leninskie Gory 1/2, Moscow, 119991 Russia

This paper provides a review of the problem of low and ultra-low concentrations of various biologically active

substances and focuses on its brief history. A characteristic feature of the effects of low and ultra-small con-

centrations is the non-monotonic, in general polymodal, response of living organisms and model biological

systems to the monotonically decreasing concentration of the active substances. Data collected from the ex-

periment show that the physicochemical properties of water, diluted aqueous solutions and solution prepara-

tion technique should be the object of careful study.

Keywords: diluted aqueous solutions, microheterogeneity, self-organization, mesoparticles, mechanochemistry,

reactive oxygen and nitrogen species

БИОФИЗИКА том 67

№ 4

2022