Влияние внешних электромагнитных воздействий на процессы самоорганизации сложных биологических систем

А.Б. Бурлаков, доктор биологических наук;

С.М. Падалка; Е.А. Супруненко; Е.Н. Ахматова:

В.А. Голиченков, доктор биологических наук, профессор

биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва

За последние 40-50 лет возник и сформировался новый значимый фактор окружающей среды - электромагнитные поля антропогенного происхождения. В результате, суммарная напряжённость электромагнитного поля (ЭМП) в различных точках земной поверхности увеличилась по сравнению с естественным фоном в 100-10 000 раз. Особенно резко она возросла вблизи линий электропередач, радио- и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи, различных энергетических и энергоёмких установок, городского транспорта. Широко внедряется технологическое оборудование различного назначения, использующее сверхвысокочастотное излучение, переменные и импульсные магнитные поля, медицинские терапевтические и диагностические установки, средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы, компьютеры, телевизоры и т.п.), промышленное оборудование на электропитании, электробытовые приборы, индивидуальные средства связи (мобильные телефоны).

Варианты воздействия ЭМП на биоэкосистемы, включая человека, разнообразны: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и в сочетании с другими неблагоприятными факторами среды и т.д. Поэтому в зависимости от варианта воздействия могут наблюдаться и разнообразные биологические эффекты, начиная от стимуляции какой-либо функции до резкой рассинхронизации и угнетения различных систем в организме.

В последние годы в научной и публицистической литературе появились термины, которые, следует признать, отражают реальную ситуацию: " магнитная паутина", " электромагнитный смог", а Всемирной Организацией Здравоохранения введён термин " электромагнитное загрязнение среды", что отражает новые экологические условия, сложившиеся на Земле в плане воздействия ЭМП на человека и все элементы биосферы.

В масштабах эволюционного прогресса этот колоссальный рост напряжённости ЭМП за последние несколько десятилетий можно рассматривать как одномоментный скачок со сложно предсказуемыми биологическими последствиями. Именно поэтому в настоящее время чрезвычайно актуальны разносторонние исследования влияния ЭМП на биологические объекты разного уровня организации.

Влияние электромагнитных полей на биологические объекты можно разделить на два вида:

· физиологическое (поля большой интенсивности техногенного происхождения)

· информационное (естественные поля космического масштаба, связанные с процессами на Солнце и в магнитосфере Земли).

В настоящее время с помощью радиотехнических и радиоэлектронных приборов создана невидимая " электромагнитная паутина", в которой мы находимся постоянно, не подозревая об этом. Особенно сильно она разрослась в последние годы. Мощные линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, не менее мощные и много численные радио- и телепередающие станции, космические ретрансляторы. Большое количество мелких и крупных рек с развитой системой стока грунтовых вод переплетены огромным количеством высоковольтных кабелей, стальных трубопроводов. Многие городские здания расположены над естественными стоками грунтовых вод или находятся над увлажнёнными, в результате прорыва санитарно-технических коммуникаций (водопровод, канализация), грунтами. Все эти грунты, " накаченные" токами утечек городской электрической сети, глухозаземлённых нейтралей трансформаторов подстанций, рождают причудливый веер электромагнитных нарушений естественного геомагнитного поля. В связи с этим условия местности, где расположены многие крупные города, не обладают биологическим комфортом, они по своей природе зачастую геопатогенны, а перечисленные урбанические и целый ряд других факторов делают их геотехнопатогенными. Несмотря на то, что учёные уже более 100 лет изучают влияние электромагнитных полей на живые организмы, до сих пор чётко не расшифрован механизм взаимодействия их с биологическими объектами разного уровня организации, в том числе, и с человеком.

Термин " геопатогенная зона", в нашем понимании, охватывает комплекс природных факторов, сформировавшихся в поверхностном слое Земли и находящейся над ним приземной атмосферы, приводящих к искажению естественного электромагнитного поля Земли и к нарушению жизнедеятельности организмов разного уровня организации. При хозяйственной деятельности людей геопатогенная зона может либо уменьшить свою патогенность, либо, наоборот, усилить. В последнем случае её можно назвать геотехнопатогенной зоной. В современных городах, при планировании строительства жилых зданий, фактор геопатогенности и геотехнопа-тогенности практически не учитывается. Можно построить здание в любом, даже самом неблагоприятном для проживания месте. Этим гордятся, и не без основания, архитекторы и строители. При помощи конструктивных и архитектурных нововведений им удалось значительно улучшить условия проживания людей, даже в самых неблагоприятных климатических зонах. Однако недоучёт природных геопатогенных зон, формирующихся на основе их геотехнопатогенных зон и возникающих в процессе строительства (технопатогенных зон), часто приводит к искажению естественной электромагнитной конфигурации пространства в жилой зоне здания и, как следствие, к нарушению состояния здоровья проживающих здесь людей.

Остановимся более подробно на урбоэкологических (городских экологических) факторах, способствующих формированию урбопатогенных зон. На территории города наиболее часто встречаются природные геопатогенные зоны – увлажнённые грунты и зоны фильтрации грунтовых вод. Они обладают, по сравнению с сухими грунтами, повышенной электропроводностью. Поэтому силовые линии статического электрического поля Земли притягиваются к этому участку и сгущаются. В результате, в области увлажнённых грунтов в Землю втекают большие по величине токи, чем в соседние участки, обладающие более высоким сопротивлением. Если с зоной увлажнения и фильтрации грунтовых вод связаны посредством заземления (или иным способом) источники переменных электромагнитных полей высокой напряжённости (высоковольтные линии электропередачи, подстанции линий электропередачи, проходящие рядом электрифицированные железные дороги, трамвайные линии и т.д.), то переменные токи утечки будут протекать через эти зоны и создавать вокруг них переменное электромагнитное поле, по напряжённости превышающее естественные электромагнитные поля. Так формируется одна из геотехнопатогенных зон. Подобная зона может появиться и в результате деятельности человека при прорыве канализации или водопровода.

Данные бурения и измерения параметров магнитного поля показали, что в зданиях, находящихся над участками увлажнённых лёссовых грунтов, имитируется магнитная буря, по амплитудным значениям превосходящая естественную геомагнитную. Как установлено рядом исследователей, в формировании этих магнитных бурь участвует транспорт, пересекающий зоны грунтов с низким сопротивлением. Амплитудно-частотные характеристики подобных магнитных бурь (например, кратные времени срабатывания светофоров) бесспорно эволюционно чужды для всех биологических объектов разного уровня организации. Это примеры геотехнопатогенных зон, связанных с рыхлым чехлом Земли.

Примером технопатогенной зоны является намагниченность от арматуры железобетонных перекрытий зданий. Здесь формируется чуждое для человека гетероградиентное квазипостоянное магнитное поле высокой напряжённости. В отличие от геомагнитного поля, которое однородно, это поле неоднородно. На нашей географической широте градиент геомагнитного поля составляет несколько нанотесл на километр, а техногенное поле внутри современной квартиры на высоте спального места может достигать 2-3 тыс. нанотесл на 0, 5 метра. А вертикальный градиент на некоторых образцах современной мебели (кресла, стулья) может доходить до 12 тыс. нанотесл. В данном случае люди попадают в гетероградиентное постоянное магнитное поле. Оно также чуждо человеку и другим биологическим объектам, так как их эволюция протекала в постоянном геомагнитном поле и относительно медленных его вариациях при геомагнитных бурях. По мнению многих исследователей (А.П. Дубров, В.А Цыбко), это мощнейший стрессоген, способствующий образованию целого ряда серьёзных нарушений нормального функционирования ряда жизненно важных систем организма, что может приводить даже к образованию злокачественных опухолей.

В последнее время появляются работы и о подобном отрицательном влиянии технопатогенных зон даже на рост и развитие рыб. Так, на Камчатке на лососевом рыбоводном заводе было замечено, что в одних ваннах молодь растёт хорошо, а в других не только плохо, но и наблюдается её массовая гибель. Анализ магнитной съёмки территории цеха позволил установить в местах с массовой гибелью икры и молоди рыб наличие сильных градиентов и аномалий магнитного поля. В данном случае наиболее радикальным способом борьбы с неблагоприятными статическими магнитными полями следует считать, по мнению авторов, размагничивание ферромагнитных конструкций цеха.

Ещё одна технопатогенная зона существует между городскими зданиями, в приземном слое атмосферы. Здесь имеются вращающиеся электромагнитные поля. Они формируются за счёт отражения от стен зданий, крыш и т.д. первичных электромагнитных волн, излучаемых антеннами теле- и радиостанций, радиолокаторов и сотовых телефонов (кстати, в области этих излучений формируются первичные технопатогенные зоны). Так как источники вторичного (отражённого) излучения находятся на разном расстоянии друг от друга и между ними имеется сдвиг фаз, то это приводит к возникновению, в приземном слое атмосферы вращающегося электромагнитного поля. Подобные процессы происходят и внутри помещений (здесь имеется много металлических отражателей). Кроме этого, при обратном отражении электромагнитной волны в пространстве возникают стоячие волны, и напряжённость электрического и магнитного полей может в 10-15 раз превысить напряжённость этих полей в первичной электромагнитной волне. В связи с этим хочется обратить внимание горожан, общественных и строительных организаций на то, что в последние годы резко возросло число источников электромагнитных полей, уровень их напряжённости и длительность воздействия на биологические объекты. Все эти поля создают на территории города эволюционно чуждые для человека электромагнитные технопатогенные зоны, а также активизируют расположенные здесь многочисленные геопатогенные зоны, переводя их в ранг геотехнопатогенных. Именно поэтому необходимо принять меры по рациональному их ограничению и устранению первичных и вторичных факторов, способствующих формированию в городской среде урбопатогенных зон.

В последние годы мир слишком изменился. " Удобства и удовольствия" цивилизованной жизни связаны с нарастающими изменениями в среде обитания, затрагивающими основы его биологического существования. Особое место среди внешних, по отношению к жилым зданиям, электромагнитных источников занимают разнообразные электромагнитные излучатели бытовой радиоэлектроники. Например, включённый телевизор создает вокруг себя не только статическое электрическое поле и рентгеновское излучение, но и электромагнитное поле частотой 30 кГц. Причём, если первые два вида излучений представлены в основном в пространстве перед экраном телевизора, то последнее позади него. Инструкция и руководство по эксплуатации телевизора предупреждает нас о том, что, находясь перед ним, мы подвергаемся воздействию статического электрического поля и ионизирующего излучения и что мы должны находиться от экрана па определённом расстоянии. О том, что телевизор излучает в противоположную сторону электромагнитное поле высокой частоты, там не сообщается (зачем волновать соседей за стенкой). Это излучение свободно проникает через стену и оказывает воздействие на людей, находящихся за ней. В какое состояние оно их приводит и каковы последствия этой " физиотерапевтической процедуры", никому неизвестно.

Проведённые нами специальные исследования влияния излучений мониторов компьютеров (по 1 часу в течение 3-х суток) на процессы развития экспериментальной биологической тест - модели (эмбрионах бесхвостых амфибий) показало, что уже в первые сутки смертность зародышей резко возрастала до 65% (при 1% в контроле) и происходило замедление скорости развития. А среди выживших зародышей наблюдали различные аномалии развития. При воздействии сотовых телефонов на процессы развития шпорцевой лягушки заметные изменения в скорости развития отмечались лишь на 2-3 сутки эксперимента. Однако, как и в предыдущем случае, после такого воздействия тоже отмечалось появление аномально развивающихся особей.

Растительный и животный мир существовал задолго до появления электромагнитных технопатогенных воздействий. Для особи того или иного вида было достаточно опираться на собственную сенсорную систему и на " собственное представление об опасном и желанном". За последние 50 лет всё изменилось. В радиодиапазоне наша Земля излучает уже ярче многих звёзд. У нас нет сенсорных систем для восприятия данного диапазона электромагнитных полей. У животных и людей, длительно находившихся в электромагнитных полях, напряжённость которых превышала напряжённость природных электромагнитных полей, увеличивается агрессивность, ухудшается состояние иммунной системы, возрастает частота возникновения злокачественных опухолей, выявлены признаки ускоренного старения.

Проблема урбопатогенности неоднократно обсуждалась в государственных и общественных организациях, как России, так и зарубежных стран. Например, в 1995 году комитет Государственной думы по экологии рассмотрел вопрос " О загрязнении окружающей природной среды электромагнитными и другими загрязнениями". В результате, межведомственная комиссия Совета безопасности Российской Федерации по экологической безопасности признала, что электромагнитное загрязнение окружающей среды в России достигло величин, опасных для здоровья людей. Всемирная организация здравоохранения заканчивает, начатый в 1996 году, международный проект " Медицинские и экологические последствия воздействия стационарных и переменных по времени электрических и магнитных полей".

В настоящее время пока ещё не предложено адекватной модели, способной описать возможный механизм воздействия ЭМП на различные уровни самоорганизующихся биологических систем. Преодоление неопределённости в трактовке биологических эффектов ЭМП произошло на основе теории информации, что привело к обоснованию двух типов взаимодействий, при этом нетепловые специфические эффекты ЭМП стали рассматриваться как информационные, а тепловые - как энергетические. Специфичность действия ЭМП в этом смысле может быть связана с резонансным воздействием на различные процессы. Резонансное поглощение ЭМП белковыми молекулами объясняют способностью молекул белков совершать флуктуации, переходя из одного конформационного состояния в другое, причём, многие из этих состояний близки друг к другу; последнее имеет важное значение для регуляции биологической активности макромолекул и функционирования ионных каналов. ЭМ-сигнал, синхронизируя колебания, способен выделить определённые конформационные состояния у тех молекул, у которых такие колебания имеются. Возможность возбуждения колебаний в молекулах ЭМ-сигналом определяется тем, что ионы в составе молекулы распределены неравномерно, вследствие чего молекулы обладают значительными дипольными моментами и, в соответствии с предложенной моделью, разные участки молекул взаимодействуют с разными модулирующими частотами ЭМП. При этом различные участки белковых молекул взаимодействуют с различными частотами ЭМП.

В этой связи особый интерес вызывают работы по изучению именно информационных эффектов слабых ЭМП.

Результаты исследований биологических эффектов действия неионизирующих электромагнитных излучений (ЭМИ) в диапазоне интенсивностей 10-14 - 104 Вт/м² с позиций тепловых и нетепловых механизмов рассмотрены в обзоре Ю.Б. Кудряшова с соавторами, в котором особое внимание уделено анализу сведений о высокой чувствительности организма животных и человека к электромагнитным излучениям низких интенсивностей (ЭМИНИ). Существует концепция действия ЭМИНИ на биологические объекты: " Любые биологические системы организма в реальных условиях непрерывно изменяют свой функциональный уровень, величина которой является результирующей сложной суперпозиции различных динамических неравновесных процессов и случайных возмущений с различными законами распределения. Это приводит к разнонаправленному отклонению (вариации) величины реакций системы относительно среднего значения, то есть к асимметрии. Влияние ЭМИНИ в зависимости от их характеристик заключается в дестабилизации изначально асимметрично направленных биологических процессов и сдвиге при этом всего уровня ответных реакций в сторону менее жёсткой границы флуктуирующих параметров. Это приводит к тому, что в структуре ответной реакции биологического объекта на воздействие излучения среднестатистическое отклонение от контрольных значений чаще всего лежит в пределах от единиц до десятков процентов от максимума и редко превышает 50%".

А.С. Пресманом в 1997 году сформулирована концепция " неспецифического действия" ЭМИНИ и диапазоне, в котором наблюдаемые биологические эффекты не связаны с энергетическими характеристиками излучений. Суть предложенного энергоинформационного механизма сформулирована следующим образом: " Поглощаемая системой энергия, существенно не повышая её уровень, является одновременно носителем информации, действующей как сигнал, который вызывает ответную реакцию за счёт собственных энергетических ресурсов. При этом возможно суммирование низкоинтенсивных сигналов, приводящее к изменению регуляции и формированию зависящих от параметров ЭМИ ответных реакций".

Современное состояние теории неспецифических адаптивных реакций изложено в монографии Л.Х. Гаркави с соавторами; синергетического влияния малых доз излучений и биологически активных веществ на формирование неспецифических адаптивных реакций - в работах Т.С. Кузьменко с соавторами и Л.Х. Гаркави (1999); биохимические механизмы этих процессов - в работе Б.М. Кершенгольца. Согласно этим представлениям, сохранение устойчивости любых биологических структур (а также их продуктивности, начиная с клеточного уровня) при действии на них стресс-факторов внешней среды любой природы зависит от способности всех биохимических реакций, организующих их, протекать в режиме самоорганизации. В свою очередь, это новое качество систем химических реакций, как известно, связано с их открытостью и удалённостью от термодинамического равновесия, неустойчивостью стационарного состояния, стохастичностью, нелинейностью (наличие самоускоряющихся стадий с обратной связью) и каталитичностью. Причём свойством такой системы становится режим незатухающих автоколебаний.

В значительной степени способность систем химических реакций протекать в " саморегулируемой" области фазового пространства зависит,

во-первых, от характеристик и регуляции триединого потока информации, энергии и вещества в организме. Причём ведущими являются потоки информации (в том числе электромагнитные излучения низкой, сверхнизкой интенсивности, несущие регуляторную информацию), модулирующие потоки энергии и вещества, включая молекулярные системы матричных биосинтезов.

Во-вторых, от широты изоструктурного спектра биологически активных веществ, как энзимов, так и низкомолекулярных биологически активных веществ, способных посттрансляционно модифицировать активность ферментов.

В-третьих, от способности ЭМИНИ, молекулярных систем матричных биосинтезов и биологически активных веществ влиять на надмолекулярную, кластерную структуру воды в этих системах.

В-четвёртых, от способности молекул биологически активных веществ, особенно ДНК, РНК и их надмолекулярных комплексов, генерировать нелинейно-волновое поле, существующее как электроакустические солитоны и как лазерное излучение, вызывающее структурирование внутриклеточной воды по топографическому типу.

Исходя из этого, любое электромагнитное излучение низкой, сверхнизкой интенсивности может осуществлять своё воздействие на биологические объекты, благодаря способности менять надмолекулярную, кластерную структуру воды, особенно находящейся в жидкокристаллическом состоянии, то есть в цитоплазме, других структурах клеток и в межклеточных жидкостях.

При этом, если параметры ЭМИНИ или другого сверхслабого излучения совпадают с частотами и интенсивностями собственных ЭМИ, биологически активных веществ и структур клетки (организма), можно ожидать позитивного (организующего) действия этих излучений на биологический объект.

В противном случае, могут формироваться негативные (дезорганизующие) и даже токсические эффекты ЭМИНИ на клетки и организм вплоть до формирования патологий и аномалий развития.

Ежегодник " Дельфис 2003", стр. 252-255.