Способ бесконтактного воздействия электромагнитным полем на живые организмы, имеющие клеточные ядра

 

Изобретение относится к медицине и предназначено для воздействия электромагнитным полем на живые организмы. Проводят воздействие в диапазоне 20-1000 ГГц с плотностью мощности менее 10 мкВт/см² на собственных резонансных частотах сферического диэлектрического резонатора, определяемых параметрами магнитной и диэлектрической проницаемостей среды ядра и его геометрическими размерами. При этом определяют первую пару резонансных частот первого магнитного типа колебаний в диапазоне 20-55 ГГц по максимальной электроотрицательности ядер. Способ позволяет осуществить направленное изменение процессов внутри клетки, межклеточных взаимодействий, улучшая тем самым метаболические показатели.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для лечебного воздействия электромагнитным полем на внутриядерные процессы в живых клетках. Изобретение относится также к области биологии и более конкретно к цитологии и ее разделу молекулярной кариологии.

Известны различные способы применения электромагнитных излучений КВЧ-диапазона в медицине и биологии [1, 2] с целью лечения живых организмов. Они основаны на возбуждении в клетках акустоэлектрических колебаний и повышении кооперативности многоклеточной системы. Выбор частот воздействия определяется физиологическими реакциями организма, имеющими системный характер, и носит определенную неоднозначность. Однако известные способы не позволяют направленно влиять на процессы в клетке, так как не определен первичный рецептор электромагнитного излучения и частоты воздействия на него.

Известны также способы воздействия на организм потока электромагнитного излучения шумоподобного спектра [3, 4] или излучения со спектром, имеющим характер фликкер-шума с амплитудной модуляцией низкочастотным сигналом [5]. Воздействия осуществляют в диапазоне, охватывающем область миллиметровых, субмиллиметровых волн и даже захватывая видимую область. Недостатком такого способа является то, что воздействие производится на многоклеточную систему на частотах, характерных для целого организма, в том числе и на первичные рецепторы, которое происходит случайным образом и очень кратковременно. Не определены конкретно и сами первичные рецепторы. Вероятность взаимодействия одновременно нескольких частот для создания направленных процессов в первичном рецепторе очень мала, а некогерентность исключает создание устойчивого состояния среды в клеточном ядре и формирования направленных молекулярных процессов.

Известен также способ КВЧ-терапии с контролем в процессе КВЧ-воздействия [6], сущность которого заключается в предварительном съеме амплитудно-частотного спектра радиоотклика органа, ткани или системы организма, а затем в воздействии на активных частотах организма в норме вблизи 50, 52, 65 и 100 ГГц до насыщения радиоотклика органа, ткани или системы организма. Такой способ выбора частот воздействия является неоднозначным и определяется системными взаимодействиями в организме. КВЧ-излучение действует как на патологические клетки, так и на здоровые, тем самым оказывая на них отрицательное влияние, но учитывается суммарный эффект. Фактически не определен первичный рецептор излучения. Следует отметить, что в этом способе используются резонансные спектры воды, которые очень близки к резонансным спектрам динамичной матрицы ДНК в гидратно-ионной оболочке, являющейся средой, заполняющей клеточное ядро.

Наиболее близким к заявляемому по технической сути является способ бесконтактного воздействия электромагнитным полем на живые организмы, имеющие клеточные ядра, включающий воздействия когерентным КВЧ-излучением одновременно на нескольких частотах, нетепловой мощности [Патент RU 2159605, кл. A 61 N 2/00, 5/00; А 61 Н 39/00, 1999 г.]. Такой способ позволяет одновременно воздействовать на биологически активную точку или зону электромагнитным излучением на нескольких частотах. Одновременно работающие несколько генераторов разных частот суммируют свое излучение в направленном ответвителе и через согласующее устройство результирующий сигнал направляется на облучаемый объект. Выбор значений частот производят известными способами [1, 2], основанными на реакции организма.

Указанный способ имеет ряд недостатков, существенно ограничивающих эффективность его использования. В качества воздействующего фактора используется сигнал, полученный в результате суммирования нескольких разночастотных сигналов, в устройстве, находящемся вне объекта воздействия. Это приводит к существенному изменению частотного спектра излучения, воздействующего на клетки в живом организме, и разнонаправленного действия на процессы в них. Это обуславливает невысокую эффективность способа.

В основу изобретения поставлена задача создания способа бесконтактного воздействия низкоинтенсивным внешним электромагнитным полем с целью изменения свойств внутренней среды и функциональной активности клеточных ядер, что позволит лечить патологии организма.

Сущностью изобретения является способ бесконтактного воздействия электромагнитным полем в диапазоне 20-1000 ГГц на живые организмы, имеющие клеточные ядра, проводимого на собственных резонансных частотах сферического диэлектрического резонатора, представляющего собой живое клеточное ядро, с первой парой резонансных частот первого магнитного типа колебаний, определяемых в диапазоне 20-55 ГГц по максимальной интенсивности воздействия электромагнитного излучения на электроотрицательность ядер.

Способ осуществляется следующим образом. Берем электрофоретичную камеру. На подложку камеры между двумя электродами помещаем образцы живых клеток, имеющих клеточные ядра. На электроды подаем импульсное напряжение. Определяем отношение количества ядер, смещающихся в сторону положительного электрода, к общему числу наблюдаемых ядер. Это отношение характеризует электроотрицательность ядер. Затем воздействуем на клеточные ядра электромагнитным полем от двуканального генератора, работающего в диапазоне частот 20-55 ГГц. Изменяя опорную частоту генератора и разнос частот между каналами, добиваемся максимального количества ядер, смещающихся в сторону положительного электрода. Полученное значение пары частот принимаем за собственные резонансные частоты первого магнитного типа колебаний сферического диэлектрического резонатора, которым в данном случае является живое клеточное ядро. По паре резонансных частот первого магнитного типа колебаний определяем другие частоты магнитных и электрических резонансов сферического диэлектрического резонатора, которые находятся в диапазоне 20-1000 ГГц. Именно на этих частотах, которые были определены как резонансные частоты живого клеточного ядра, проводим воздействие электромагнитным полем с плотностью потока мощности менее 10 мкВт/см² на живые организмы, имеющие клеточные ядра, и тем самым изменяем функциональную активность клеточных ядер.

Живое клеточное ядро представляет собой сферический диэлектрический резонатор, в котором электромагнитные волны возбуждают сферические внутренние и внешние поля колебаний магнитного TE_Jmn и электрического TM_Jmn типов, обладающих собственными резонансными частотами, определяемыми параметрами магнитной и диэлектрической проницаемостей среды ядра и его геометрическими размерами [9]. Взаимодействие электромагнитных полей, структура которых определяется собственными сферическими типами колебаний, с молекулярной средой клеточного ядра приводит к изменению состояния среды, возбуждению в ней медленных волн, которые изменяют скорость движения и активность заряженных молекул и молекулярных соединений, что в итоге приводит к изменению функциональной активности хроматина и ядра в целом.

Существенное изменение свойств внутренней среды ядра обеспечивается возбуждением двух очень близких по частоте когерентных колебаний в объеме сферического диэлектрического резонатора, образованного клеточным ядром, ограниченного ядерной оболочкой, что создает медленный колебательный процесс в нем. Эти частоты соответствуют “втекающим” и “вытекающим” волнам первого магнитного резонанса TE₁₀₁-типа в диапазоне частот 20-55 ГГц, диапазоне, где наблюдаются нетепловые резонансы водных сред [10]. Изменяются эффективные значения диэлектрической и магнитной проницаемостей среды [11]. Так, эффективная диэлектрическая проницаемость для ядра клетки человека диаметром 10 мкм достигает величины порядка 500000. Дипольная структура поля обеспечивает направленное взаимодействие заряженных молекулярных фрагментов, совпадающее с проксимо-дистальной ориентацией ядра живой клетки.

В интерфазе ядра хромосомы занимают дискретные места, определенные как хромосомные территории, которые разделены каналами, называемыми интерхромосомными доменами [12]. В трехмерной картине размещения хромосомных объемов и каналов между ними прослеживается структура концентрации электрических полей, получаемых в результате взаимодействия электромагнитных полей, конфигурации которых соответствуют ряду собственных резонансных частот, одновременно возбуждаемых в сферическом диэлектрическом резонаторе.

Активные гены стремятся локализоваться в основном по периферии хромосомных территорий. Транскрипция РНК происходит предпочтительно на поверхности хромосомных территорий, а затем “сбрасывается” в интерхромосомные каналы для дальнейшей работы и транспорта. В канале происходит сборка больших макромолекул, сращиваемых комплексов и их перемещение.

Таким образом, одновременное воздействие на собственных резонансных частотах сферического диэлектрического резонатора, образованного живым клеточным ядром, создает внутри ядра и вблизи его поверхности такую конфигурацию электромагнитного поля, которая соответствует процессам транскрипции РНК, молекулярным конформациям и транспорту к ядерным порам. Прошедшие через ядерные поры заряженные молекулярные фрагменты накапливаются в локальной области на поверхности внешней ядерной мембраны и в эндоплазматическом ретикулуме. Накопленные заряды и дипольный момент ядра определяют электроотрицательность ядра и характеризуют его функциональную активность [8].

Только одновременное действие перечисленных отличительных признаков приводит к изменению свойств внутренней среды клеточного ядра и его функциональной активности, что в свою очередь ведет к изменению внутриклеточных процессов. Увеличивается функциональная активность клетки. Резонансное взаимодействие электромагнитных полей ядер соседних однотипных клеток приводит к их синхронному возбуждению, увеличивая активность этих клеток. Воздействуя на клетки, у которых нарушены метаболические процессы и которые явились первоначальной причиной патологии, мы нормализуем внутриклеточные процессы и межклеточные взаимодействия. Происходит нормализация функционирования системы клеток. Это приводит к полноценному выполнению тканями и органами живого организма своих специфических функций. Таким образом осуществляется направленное изменение процессов внутри клетки, межклеточного взаимодействия и изменение процессов обмена в организме, улучшающие метаболические показатели, что приводит к положительному лечебному эффекту.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что он предусматривает электромагнитное воздействие на иной первичный рецептор, с иной физической сущностью взаимодействия, со средой внутри ядра и иным выбором частот, т.е. имеющим совершенно иную физиологическую природу. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию “новизна”.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими способами воздействия на живые организмы показывает, что только при использовании одновременно многочастотного воздействия электромагнитного излучения на клеточные ядра возможно направленное изменение их функциональной активности, направленное изменение процессов в живых клетках и в организме в целом, т.е. качественно новый способ бесконтактного воздействия на живые организмы, имеющие клеточные ядра, высокоизбирательный, оптимальный с точки зрения получения направленного терапевтического эффекта.

Экспериментальная проверка заявленного способа показала его работоспособность и возможность многократного воспроизводства. В качестве источника когерентных электромагнитных колебаний использовался двухканальный генератор КВЧ с изменяемым разносом частот между каналами 3-50 МГц. Рабочий диапазон его опорного генератора 20-55 ГГц. Сигнал с каждого канала направлялся через аттенюатор и облучатель на суспензию нативных клеток человека, тонким слоем нанесенную на стеклянную подложку электрофоретичной камеры. Плотность мощности КВЧ-сигнала на подложке устанавливалась 5 мкВт/см². Одновременно с обоих каналов сигналы поступали на умножители частоты с коэффициентом умножения 2. С выходов умножителей через регулируемые аттенюаторы и облучатели электромагнитные волны с плотностью мощности менее 10 мкВт/см² направлялись на живые клетки. Таким образом, генератор позволяет облучать живые организмы одной парой частот или одновременно двумя парами частот, которые соответствуют частотам первого магнитного резонанса TE₁₀₁ и второго магнитного резонанса ТЕ₁₀₂, отличающихся между собой по частоте в два раза. Опорная частота генератора, определенная как резонансная, равна 51,65 ГГц, разнос частот ~5-10 МГц. Контрольные образцы, которые не облучались, дали показатель электроотрицательности ядер (ЭОЯ) - (32,6±2)%. Облучение ядер клеток в течение 15 мин первой парой частот привели к увеличению ЭОЯ до (48,5±3)%, облучение двумя парами частот в течение 15 мин дали показатель ЭОЯ - (57,7±5)%. Достоверность отличий от контроля р>0,99.

Определенные таким образом терапевтические частоты использовались для КВЧ-воздействия на пациентов. Пациенту по данным анамнеза, клиники был поставлен диагноз - нейродермит. Воздействие осуществлялось на пораженную область тела одновременно двумя парами частот. Было проведено 6 сеансов воздействия по 10 мин. Плотность потока мощности 10 кВт/см². Улучшение у пациента наблюдалось после 2-го сеанса. В результате проведения 6 сеансов у пациента наступило полное выздоровление.

Источники информации

1. Патент RU №2053811, кл. A 61 N 5/00, Бюл. №4. 1996 г.

2. Патент RU №2053812, кл. A 61 N 5/00, Бюл. №4. 1996 г.

3. Авторское свидетельство СССР №1611345, кл. A 61 N 5/02, 1990 г.

4. Патент RU №2155082, кл. A 61 N 5/00, 2000 г.

5. Патент RU №2156626, кл. A 61 N 5/02, 2000 г.

6. Заявка RU №95102276, кл. A 61 N 5/02, Бюл. №36. 1996 г.

7. Патент RU №2159605, кл. А 61 Н 39/00, A 61 N 2/00, 5/00, 2000 г.

8. Шкорбатов Ю.Г., Шахбазов В.Г. Биоэлектрические свойства клеточных ядер. Успехи современной биологии, т.112, в.4, 1992, с. 499-511.

9. Хижняк Н.А. Интегральные уравнения макроскопической электродинамики. - Киев: Наукова думка, 1986 г., 280 с.

10. Гуляев Ю.В., Синицын Н.И. и др. Эффекты резонансно-волнового состояния водных и биологических сред. Материалы конференции “Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ”. 20-24 марта 2001 г., Саратов, с. 36-42.

11. Брызгалов Г.А., Николайчук Л.И., Хижняк Н.А. Тонкая структура резонанса элементов волноводно-диэлектрической ускоряющей системы. Вопросы атомной науки и техники, серия “Ядерно-физические исследования”, №5, 2001 г., Харьков, с. 150-153.

12. Lamond A.I., Eamshaw W.C. Structure and Function in the Nucleus, Science, vol.280, 1998, p.547-553.

Формула изобретения

Способ бесконтактного воздействия электромагнитным полем на живые организмы, имеющие клеточные ядра, включающий воздействие электромагнитным излучением, отличающийся тем, что воздействие проводят в диапазоне 20-1000 ГГц с плотностью мощности менее 10 мкВт/см² на собственных резонансных частотах сферического диэлектрического резонатора, определяемых параметрами магнитной и диэлектрической проницаемостей среды ядра и его геометрическими размерами, при этом определяют первую пару резонансных частот первого магнитного типа колебаний в диапазоне 20-55 ГГц по максимальной электроотрицательности ядер.