УДК: 519.876.5:615.831

Трунов О.М., Бєліков О.Є.

МОДЕЛЮВАННЯ ВЗАЄМОДІЇ ЕМВ З БІОЛОГІЧНИМИ ОБ'ЄКТАМИ ПІД ЧАС СВІТЛОЛІКУВАННЯ

У статті розглядаються основні характеристики електромагнітного випромінювання, визначаються гіпотези виникнення первинного ефекту при взаємодії електромагнітного випромінювання з біотканиною, будується математична модель такої взаємодії.

Ключові слова: Електромагнітне випромінювання, біологічна тканина, взаємодія, характеристики, гіпотези, математичне моделювання, гармонійний осцилятор, потенціальний бар'єр, конформаційні рухи.

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

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

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

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

Механізм впливу фізичного фактора на біотканину та функціональний стан того чи іншого органу під час розвитку хвороби та фізіотерапевтичних процедур є головною метою теоретичних досліджень, спрямованих на розробку приладів фізіотерапії.

На сучасному етапі розвитку науки досі не сформована чітка модель відгуку біологічних об'єктів на вплив електромагнітного та, його складової - магнітного поля, тому завдання побудови математичної моделі впливу магнітного поля, яка дозволить визначати незначні стаціонарні та швидкоплинні структурні перебудови, що мають місце у макромолекулярній біотканині, є актуальним. Таким чином, нерозв'язаною проблемою є вибір гіпотези первинної дії ЕМВ на біооб'єкт та побудова на її основі математичної моделі.

Відомо, що біологічні тканини здатні поглинати кванти електромагнітного випромінювання (ЕМВ). За законом Ейнштейна-Старка про фотохімічний еквівалент, на кожен поглинутий фотон утворюється активована часточка. За цим слідує первинна реакція (на рівні клітин), яка потім протікає на тканинному й рівні функціонального органу, включаючи можливу системну відповідь організма в цілому [1].

Спостереження показали, що ефект, до якого призводить ЕМВ, визначається особливостями випромінювання та властивостями об'єкта впливу.

Основна характеристика ЕМВ, що відіграє первинну роль, - це інтенсивність. Високий рівень інтенсивності викликає втрату вологи, призводить до випаровування тканин; середня інтенсивність - коагуляцію тканин. Низькоінтенсивне ЕМВ (не більше 100 мВт/см2) впливає на енергетичний потенціал молекул, а його вплив інтенсифікує біохімічні процеси.

До другої визначальної характеристики [2] відноситься ступінь відповідності довжини хвилі випромінювання максимуму поглинання, а також здатність ЕМВ на цій довжині хвилі проникати до внутрішніх шарів тканин. Шкіра та більшість тканин людини найбільш «прозорі» до випромінювання з довжиною хвилі 800-1200 нм, що дозволяє йому розповсюджуватися у тканинах на значну глибину. Наприклад, глибина проникнення ЕМВ при довжині хвилі 630 нм не перевищує 1 см, а при 890 нм складає 6-8 см [3].

Когерентність випромінювання, на погляд деяких науковців, дозволяє локалізувати фотохімічну реакцію та наблизити її до клітин. Разом з тим,

Т.Й. Кару вважає, що когерентність та поляризованість не мають значення для фотобіологічної дії ЕМВ, оскільки на глибині понад 200 мкм такі властивості значно слабшають [4].

Велике значення має і режим генерації випромінювання. За час, що дорівнює тривалості імпульсу, тканини, які розташовані на максимальній глибині проникнення, при імпульсній подачі випромінювання отримують більше енергії, ніж при опромінюванні неперервним ЕМВ. Це пов'язане з підвищеною абсорбцією атомами та молекулами імпульсної енергії. Імпульсний вплив виключає розвиток «звикання» тканин на вплив ЕМВ [5], крім того, він сприяє також появі в тканинах хвиль стискання та розрядження, розповсюдження яких забезпечує загальний вплив випромінювання на організм. Варіюванням частоти імпульсів може досягатися селективний вплив на ті чи інші структури організму [6].

Значення експозиції для біологічного ефекту доведене у експериментальних дослідженнях [7]. Опромінювання тривалістю до 10 хвилин активізує багато реакцій, більш тривала експозиція може придушувати активність клітин, а вплив на організм більше 60 хвилин може призводити до негативних наслідків.

Ефект електромагнітного впливу залежить також і від функціонального стану та метаболічного фону організму під час опромінювання.

Залежність від дозування ЕМВ, з одного боку, та індивідуальна чутливість організму, з іншого, дозволяє зробити висновки, що для ефективного і безпечного лікування необхідне чітке розуміння механізму дії цього фактора на біологічну систему.

Існує декілька гіпотез стосовно первинного ефекту взаємодії ЕМВ з біологічними системами.

Прихильники першої вважають, що ЕМВ активізує певні ферменти-акцептори [8], спектр поглинання яких співпадає з енергетичним спектром. Поглинаючи енергію випромінювання, акцептори запускають біохімічні процеси, за які відповідають.

За другою концепцією первинний вплив являє собою неспецифічну дію випромінювання на біополімери, в результаті якого змінюється конформаційний склад та їх функціональний стан. Енергія для переходу біополімерів незначна, тому незначні енергетичні фактори (ЕМВ) можуть впливати на електронно -конформаційну взаємодію [9].

За третьою концепцією, в результаті дії ЕМВ утворюються активні форми кисню, які індукують окисні процеси [10].

В якості четвертої гіпотези пропонується дія ЕМВ на рідкокристалічні структури біологічних систем. Рідкі середовища організму (лімфа, плазма крові, цитоплазма) є літотропними, фосфоліпіди та мембрани клітин - термотропними рідкими кристалами, які при температурі близько 37 °С знаходяться в безпосередній близькості до точки фазового переходу. Тому вони можуть реагувати на слабкі зовнішні сигнали зміною функціонування окремих тканин та організму в цілому. Наявність у біологічних рідинах таких компонентів, як еритроцити, лейкоцити, тромбоцити, значно підвищують сприйняття рідких