В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной




Скачать 383.17 Kb.
НазваниеВ современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной
страница2/3
Дата публикации16.06.2013
Размер383.17 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Биология > Документы
1   2   3
Хронобиология и энергетика функционирования биообъектов

Алгоритм функционирования живой системы в норме включает в себя такие последовательные этапы, как:

  • обновление структур, происходящее с затратой вещества и энергии;

  • образование и расход энергии в соответствии с управляющей информацией;

  • регулирование процессов энергообмена на основе переработки сигнальной информации в команды управления;

  • временное согласование структурного, энергетического и информационного уровней функционирования.

В то же время развитие патологического процесса последовательно проходит следующие стадии:

 временное рассогласование различных уровней функционирования биосистемы;

 нарушение информационных потоков в организме;

 нарушение обмена энергии;

 нарушение обмена веществ и разрушение структур.

Следовательно, все нарушения функционирования биосистемы начинаются с временного рассогласования различных процессов, что ведет к искажению информационных команд управления этими процессами.

Под биологическими ритмами понимают нелинейные, периодически повторяющиеся колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Используемые в ритмологии понятия «резонанс» и «синхронизация» имеют разный смысл. Применительно к биообъекту понятие «резонанс» следует относить к структуре, а понятие «синхронизация» - к его функции.

Главная особенность живых систем - избыточное производство энергии при метаболизме и аккумулирование излишков. Первичное производство энергии связано с электрохимическими циклами П. Митчелла (1961). Энергетика метаболизма уникальна. У всех видов живого она реализуется на основе предварительно запасенной электрической энергии при участии аденозинтрифосфата (АТФ).

Все формы жизни зависят от количества информации определяющей общую для них основу энергетики метаболизма. Информация, описывающая участие в этих процессах АТФ. для высших форм жизни практически незаменима. Этим подтверждается, что процесс передачи информации является энергетическим, пространственным и временным, а хронобиологические и энергетические аспекты функционирования биообъектов неразрывно связаны.
^ Частотный диапазон рабочих ритмов структурных элементов и функциональных систем живого организма

Граница раздела между структурными элементами и функциональными системами организма человека проходит на клеточном уровне, поскольку клетка является функциональной первичной системой. В живом организме мы имеем две замкнутые системы, одна из которых «вставлена» в другую - клетку (клетки) и организм в целом. Последний имеет подсистемы, которые являются составными частями. А клетка - система, хотя и подчиняющаяся общим коррелятивным влияниям и связям, но одновременно работающая и по своим собственным законам и в ряде случаев (особенно в условиях патологии) выходящая из-под контроля этих общих коррелятивных влиянии. Ритмы функционирования структурных элементов живого вещества находятся в высокочастотном диапазоне 10 8 -10 15 Гц. Это связано, вероятно, с эволюционным развитием всего живого на Земле за счет солнечной радиации, точнее, определенных ее спектров, достигающих земной поверхности. В атмосфере нашей планеты имеются два "окна", через которые солнечные лучи проникаю к ее поверхности:

 оптическое «окно», пропускающее часть ультрафиолетовых лучей Л= 290-390 нм);

 видимые (Л= 390-760 нм);

 инфракрасные (Л= 760-1500 нм);

 радиоволновое «окно», через которое проходят электромагнитные получения с длинами волн от 1 см до 50 м.

Экспериментально определены приблизительные резонансные частоты некоторых структур живой клетки:

 соматическая клетка - 2,39*1012 Гц;

 ядро соматической клетки - 9,55*1012 Гц;

 митохондрии из клетки печени - 3,18 *1013 Гц;

 геном клетки человека - 2,5 *10 13 Гц;

 хромосома интерфазная - 7,5*1011 Гц;

 хромосома метафазная - 1,5*1013;

 ДНК - 2-9*109 Гц;

 нуклеосома - 4,5*1015 Гц;

 рибосома - 2,65*1015 Гц;

 клеточные мембраны - 5 -10 10 Гц.

 циклоскелет - 1011Гц.

Приведенные данные полностью совпадают с частотными характеристиками электромагнитных волн, излучаемых Солнцем и достигающих поверхности Земли.
Рабочие ритмы функциональных систем организма человека имеют низкочастотный диапазон: 1,6-8,2 Гц. Так. ритм электрического потенциала желудка и кишечника - 3,8-4,6 Гц: ритм дыхания 6,3-7,6 Гц: ритм сердечных сокращений - около 3,2, ритм электрической активности нервно-мышечного элемента - 2,6-6,5 Гц. Ритмы управляющих сигналов головного мозга - 0,5-13 Гц. Для оптимальной жизнедеятельности организма необходима стабильность рабочих ритмов функциональных систем, их независимость от внешних воздействий. Этим целям служит дисперсия электрических свойств тканей организма человека, связанная с состоянием заряженных частиц при действии электромагнитных полей и излучения различных частот: динамика удельной электропроводности, емкостного сопротивления тканей и импеданса плазмолеммы позволяет практически полностью "экранировать" электромагнитное излучение низких частот (до 103 Гц), которое не проникает внутрь клеток и не вызывает перемещения внутриклеточных ионов.
^ Энергетика метаболизма биообъектов

Метаболизм (синоним - обмен веществ) - совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Основные специфические функции метаболизма:
1. Извлечение энергии из окружающей среды в форме химической энергии органических веществ;

2. Превращение экзогенных веществ в "строительные блоки", т.е. предшественников микромолекулярных компонентов клетки;

3. Сборка белков, нуклеиновых кислот, жиров и других клеточных компонентов из этих строительных блоков;

4. Синтез разрушение тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций данной клетки.

Отличие энергетики жизни от тепловой машины в том, что она использует не внутреннюю энергию, а свободную. Принцип структурной комплектарности (стремление к отсутствию побочных продуктов химических реакций) живой системы делает преимущественным рабочим телом для энергетических циклов жизни класс соединений - адениннуклеотиды, а среди них для большинства живого, в том числе и человека, единственное вещество - аденозинтрифосфат. Уникальные свойства АТФ и отсутствие энтропии в качестве независимой переменной для свободной энергии делают энергетические циклы метаболизма по отношению к начальным и конечным состояниям практически полностью детерминированными процессами.

Процессы производства энергии и ее диссипации прямо друг от друга не зависят, саморегулирующийся баланс получения энергии ее диссипации невозможен, в то же время превышение диссипации над производством энергии несовместимо с жизнью по элементарным соображениям.

При метаболизме происходит избыточное производство энергии и аккумулирование излишков. Простейшая форма аккумулирования - возникновение трансмембранного потенциала и энергии его электрического поля. Основы энергетики метаболизма таковы, что она создает электрические запасы везде, где можно. Расход накопленной электрической энергии осуществляется двумя путями: первый - протекание электрического тока через ионные каналы с выделением тепла, а также с возникновением упорядоченных волновых процессов; второй - инициирование неравновесных процессов синтеза химических соединений, в частности, АТФ и нейромедиаторов. Несмотря на то, что энергия внешних физических факторов, воздействующих на биообъект, напрямую не усваивается и не включается в метаболизм, она оказывает существенное влияние на процесс синтеза АТФ, на специфические функции метаболизма за счет изменения электрического статуса и перевода молекул в возбужденное состояние с точки зрения физических процессов, за счет влияния на слабые атомно-молекулярные связи и конформационные изменения макромолекул.

Количественные выражения энергетических параметров взаимодействия различных структур биообъектов определены с достаточной точностью: энергия слабых атомно-молекулярных взаимодействий (ван-дер-ваальсовые силы, ионные, ион-дипольные, водородные и гидрофобные связи), которые постоянно рекомбинируются в процессе обмена веществ, равна 4-400 кДж/моль или 0,04-4,0 эВ; энергия различных конформационных изменений макромолекул - 10-90кДж/моль или 0,1-0,9 эВ; энергия конформационных изменений при взаимодействии медиатора с рецепторами клеточной мембраны - около 25 кДж/моль или около 0,2 эВ.

Что касается энергетических параметров жизнедеятельности функциональных систем, начиная с клеточного уровня, то количественные показатели энергии, необходимой для нормального функционирования, еще меньше: 0,005-0,05 кДж/моль или 10,6-10,5 эВ.

Таким образом, энергетика метаболизма биообъектов связана, в первую очередь с электрическим статусом структур различной сложности, который играет главную роль, как в аккумуляции энергии, так и в ее диссипации.
^ Возможные пути влияния на биоэнергетику и хронобиологические процессы

Механизм управления - специфически организованная форма движения материй, заключающаяся в целенаправленном многоцикличном преобразовании информации с определенной целью. Классические открытые системы характеризуют главным образом взаимодействие энергии и количество информации. Но в живых системах нет обмена между энергией и информацией или потоков непосредственно информации извне, которые бы сами по себе играли существенную роль в процессах жизни, поскольку для своего метаболизма они используют свободную энергию, где энтропия не является независимой переменной. Однако диссипация энергии в биообъекте тесно связана с внешним информационным воздействием.

Как уже отмечалось, нелинейные процессы - периодически повторяющиеся колебания соответствующего характера и интенсивности структур и систем биообъекта в процессе жизнедеятельности. Эволюционно заложенный широкий диапазон частотных характеристик колебательных процессов отдельных биоструктур и весьма узкий диапазон этих характеристик у функциональных систем организма человека с позиции информационно-волнового континуума, обусловлен следующими объективными причинами:
1. Структурных единиц в биообъекте - огромное множество, функциональных систем -значительно меньше, но алгоритмы жизнедеятельности организма и в норме, и при патологии задают функциональные системы.

2. На основе теорий Г. Фрелиха и А.С. Давыдова объясняется отсутствие необходимости модуляции частотных характеристик действующего фактора во всей иерархии ритмом функционирования биоструктур. Из первичного возбужденного состояния, вызванного тем или иным воздействием, биомолекулы, которые можно описать как цепочку нелинейно-связанных осцилляторов, выходят и путем излучения электромагнитных волн по механизму возврата Ферми-Паста-Улама. Особенностью такого механизма является то, что энергия первоначального возмущения нелинейно-связанных осцилляторов не распределяется по всем возможным колебательным состояниям цепочки (процесс термолизации), а, распределившись по отдельным высшим колебательным гармоникам, через некоторое время возвращается к распределению колебаний, подобному первичному возмущению.

Поскольку переизлучение осуществляется сложной колебательной системой - биомолекулой, это приводит к проявлению особых электромагнитных волн солитонов - своеобразных волновых пакетов, имеющих сложную колебательную структуру со спектром комбинационных частот когерентного излучения за счет фрактальных свойств биомолекул. Следовательно, на уровне отдельных биоструктур резонанс возникает за счет солитонной волны, образованной при переизлучении биомолекулой первичного воздействия, в которой сам биообъект заложил необходимый для соответствующих структур комбинационный набор резонансных частот за счет физического явления возврата Ферми-Паста-Улама.

Воздействие на биообъект любого внешнего физического фактора вызывает в первую очередь изменение электрического статуса биомолекул и клеток в области воздействия за счет пироэлектрического, фотоэлектрического, пьезоэлектрического эффектов и реструктурирования доменов поляризации. Это является главным звеном пускового механизма всех последующих реакций биообъекта, в том числе и вышеперечисленных процессов.

В формировании механизма реализации программ развития и функционирования организма человека участвует несколько каналов. Первый - наследственный, содержит информацию от родителей. Второй - воздействия окружающей среды. Химические вещества, поступающие в организм извне, оказывают на него влияние в основном по второму каналу. При определенных условиях они могут влиять и на первый канал.
Внешние физические факторы также оказывают основное влияние по второму каналу реализации соответствующих программ. Однако в более выраженном виде по сравнению с химическими веществами они влияют и на первый канал, что в корне их отличает от химических веществ, воздействующих на второй канал. Внешние физические факторы, воздействующие на человека, как природные, так и искусственные (преформированные), в соответствии с видами энергии и типами ее носителей можно подразделить на 6 групп. Это электромагнитное излучение, электрические токи, электрические поля, магнитные поля, механические и термические факторы. Включив в перечень требований при выборе фактора для информационного воздействия на человека с заданной целью такие его показатели и свойства, как универсальность (использование определенного ограниченного набора средств для достижения различных целей), максимизация (наибольшая достижимая в природе скорость распространения в различных средах), радиус действия фактора, можно однозначно сказать, что всем этим требованиям отвечает лишь электромагнитное излучение.

Большая точность, глобальность воздействия в процессе возбуждения и синтеза информации при электромагнитном облучении, возможность за малые интервалы времени (порядка минут-часов) создавать большие изменения внутренней среды организма подтверждает неоспоримость выбора данного фактора для информационного воздействия. Управление синтезом информации за счет адресного возбуждения биосистемы с участием электромагнитного излучения может оказывать влияние на метаболизм, на психические и поведенческие реакции.

При использовании электромагнитного излучения в качестве информационного фактора необходимо правильно решать следующие задачи:

 обоснованный выбор длины волны электромагнитного излучения;

 определение параметров амплитудной и частотной модуляции, соответствующих заданным целям воздействия;

 определение для заданных целей энергетической облученности и энергетической экспозиции воздействия.

На этой основе можно сформулировать принцип информационного воздействия: достижение необходимого результата при воздействии внешним информационным фактором зависит от синхронизации ритмов действующего фактора и соответствующей функциональной системы или от стойкого эффекта навязывания определенного ритма колебательного процесса действующим фактором той или иной функциональной системе организма человека при оптимальных энергетических параметрах этого фактора.
^ Принципы выбора частотных характеристик

При разработке принципиальных основ определения и выбора частотных характеристик фактора информационного воздействия с прогнозируемым результатом необходимо руководствоваться законами физики и биофизики, положениями теорий открытых систем и информатики, синергетики и хронобиологии с привлечением и обобщением новейших методов математического анализа и физико-математического моделирования.
Применительно к выбранному фактору - электромагнитному излучению - необходимо изначально определить соответствующую длину волны излучения, которая отвечает требованиям информационного воздействия.

Первой частотной характеристикой является собственная частота того или иного спектра, длины волны электромагнитного излучения. Ограничения в выборе предопределены "самоэкранированностью" биоткани от электромагнитного излучения низких частот (до 103 Гц), и эволюционной адаптированностью биообъектов к излучению с длиной волны 290-1500 нм и 1 см - 50 м. Ограничения предопределены и энергией квантов электромагнитного излучения: так, на верхней границе электромагнитного спектра (между средневолновой и коротковолновой частями ультрафиолетовой области) энергия квантов равна 400 кДж/моль, а это превышает величину, необходимую для разрыва сильных связей, определяющих цепное строение биополимеров [60, 91].

Таким образом, длина волны электромагнитного излучения для информационного воздействия на биообъект должна находиться в оптическом и радиоволновом (до 50 м) диапазоне, а собственная частота этой длины волны будет являться несущей. При информационном воздействии несущая частота представляет интерес с трех основных точек зрения. Первая - максимально возможная глубина проникновения соответствующей длины волны в ткани биообъекта; вторая - широта диапазона комбинационного выбора частот солитонной волны при переизлучении биотканями за счет механизма возврата Ферми-Паста-Улама; третья - для таких структур биообъекта несущая частота является резонансной.
В подавляющем большинстве случаев (нередко и в 100%) необходимый объем информации в биообъекты вносится при помощи электромагнитного излучения за счет модуляции последнего. Модуляция - изменения по определенному закону амплитуды, частоты или фазы гармонического колебания для внесения в колебательный процесс требуемой информации. Модуляция колебаний - медленное, по сравнению с периодом колебаний, изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определенному закону. Передача информации при помощи электромагнитных волн за счет их модуляции возможно только в низкочастотном диапазоне этих волн - 0,8-9,6 Гц.
Таким образом, частота модуляции является информационной частотой, несущей на себе основной объем соответствующей информации.

Применительно к выбранному диапазону длин волн (от длинноволнового ультрафиолетового излучения до дециметровых волн), собственная частота которых может использоваться в качестве несущей частоты информационного воздействия, глубина проникновения их в биоткани живого организма распределяется следующим образом. Дециметровые волны (частота - 300-3000 МГц) в ткани с большим содержанием воды проникают на глубину до 4 см, с малым ее содержанием - до 26 см; сантиметровые волны (частота 3-30 ГГц) - соответственно на глубину до 2-х и до 11 см. Миллиметровые волны (частота 30-300 ГГц) - до 0,2-0,6 мм; далекое инфракрасное излучение - до 0,2 мм, ближайшее инфракрасное - до 5 см (лазерное - до 6 см и более).

В оптическом диапазоне электромагнитного излучения от ультрафиолетового до оранжевого спектра, глубина проникновения в биоткани постепенно увеличивается от 0,1 до 2,5 мм, а у красного спектра Шубина проникновения достигает 2,5 см. Исходя из этих данных, при выборе в качестве несущей частоты представляют интерес дециметровые и сантиметровые радиоволны (частота - 0,3-30 ГГц) и ближнее инфракрасное излучение оптического диапазона - частота (1,2-3,95)*1014 Гц. С позиции резонанса частот колебаний электромагнитного излучения и биocтpyктyp оптимально использование сверхвысоко и крайне высокочастотных (СВЧ и КВЧ) радиоволн соответственно и инфракрасного излучения оптического диапазона, поскольку фиксируемые частоты по резонансному принципу для эритроцитов - (3,5-4)*1011 Гц, для клеточных мембран - 5*1010 Гц, для цитоскелета - 108 Гц, для белков -10 12-13 Гц. для ДНК-(2-9)-109 Гц.
При выборе несущей частоты нельзя игнорировать данные исследований, свидетельствующие, что электромагнитное излучение с длиной волны 1,8-2,1 мм является физическим фактором, устанавливающим взаимодействие двух организмов между собой.
При модуляции электромагнитного излучения возможно изменение таких параметров, как амплитуда, частота и фаза гармонического колебания. Наиболее значимым для информационного воздействия на биообъект является частотный параметр модуляции по следующим объективным причинам. Для оптического диапазона амплитуда световой волны тесно связана с интенсивностью света, т.е. с энергетическим параметром. Для радиоволн преимуществом частотной модуляции перед амплитудой является большая помехоустойчивость, и особенно высококачественная передача сигналов при частотно-модулированных колебаниях происходит в диапазоне низкочастотных волн (от 1 до 10 Гц). При фазовой модуляции модулированное колебание тождественно частотно-модулированному.
Принципы выбора информационных частот базируются на понятиях, моделях, и методах энтропийной логики и на законах синхронизации колебательных процессов. Модели энтропийной логики - это модели нелинейных неравновесных систем, подвергающихся действию флуктуации, а именно это и происходит в сложных биосистемах. В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно несколько устойчивых состояний, то во флуктуации отбирают лишь одно из них.

Обосновано, что любые колеблющиеся объекты имеют тенденцию к синхронизации друг с другом, причем устанавливаются соотношения фаз, кратные целым числам, при этом сила взаимодействия может быть сколь угодно мала. Одно из главных свойств синхронизации - ее зависимость от парциальной частоты колебаний объектов: при близких частотах синхронизация возникает в отсутствие других элементов сходства. Ухудшения режима синхронизации связано с повышением порядка синхронизационного режима (снижение области «притяжения» режимов), наилучшая синхронизация - при соотношении 1:1.

Еще одно из свойств синхронизации - эффект усреднения частоты: средняя частота синхронизации всегда меньше наибольшей и больше наименьшей частоты колебаний объектов. Из других элементов теории энтропийной логики следует указать на возможность «захвата» внешней частоты системой, причем ведущим генератором является генератор с максимальной частотой колебания - он захватывает в синхронном режиме все остальные генераторы системы.

«Полоса синхронизации» расширяется при переходе к нелинейным системам. В сложных нелинейных системах, генерирующих несколько частот, возможна синхронизация колебаний на различных комбинационных частотах систем.
Информационные частоты воздействующего фактора необходимо синхронизировать с нормальными ритмами жизнеобеспечения функциональных систем биообъекта. Если преследуются иные цели, требуется навязывание определенного ритма колебательного процесса с учетом законов синхронизации. Однако в обоих случаях информационные частоты находятся в крайне сверхнизкочастотном диапазоне по классификации Международного регламента связи (1976 год); в обоих случаях нередко требуется сложномодулированная «зарисовка» информационных частот. А при композиции сложномодулированных частот необходим учет законов симметрии, «золотой пропорции», «золотого шурфа», закономерности чисел ряда Фибоначчи. Современные данные физико-математического моделирования и физико-математического обоснования существования и роли продольных электромагнитных волн подтверждают это.

Особого внимания заслуживают утверждения, что продольные волны обладают высокой проникающей способностью, в том числе через проводящие тела: что скорость распространения продольной волны может достигать 1,88*104 с, где с - скорость света; что квант энергии продольной волны с этой скоростью распространения на 5 порядков превосходит квант энергии поперечного электромагнитного излучения.
1   2   3

Похожие:

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconИстоки квантовой медицины квантовая медицина
Квантовая медицина – одно из наиболее перспективных направлений современной медицинской мысли

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconВ 1905 году в немецком журнале «Анналы физики» («Annalen der Physik»)...
«Annalen der Physik» появилась самая знаменитая в XX веке научная работа по физике — статья Альберта Эйнштейна «К электродинамике...

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
...

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconТематика курсовых работ по дисциплине «основы менеджмента»
Современные теории менеджмента (социальные, «7-S», теория «Z», управление по целям, теория адаптации, теория функционирования М....

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconВот что останется в физике от сто.
Сто справедлива в физике за счёт справедливости части следствий теории неподвижного эфира. К тому же сто неверно их объяснила

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconДинамическая теория эфира
Эти характеристики частиц обусловлены одной из алгебр Гейзенберга, лежащей в основе предлагаемой теории. С отсутствием в физике эфира...

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconЗаконом движения
Механика является фундаментом для изучения всего курса физики, здесь вводятся основные понятия и происходит знакомство с основными...

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconФизические основы зонной теории
Зонная теория твёрдого тела — квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconОтносительности. Автор основополагающих трудов по квантовой теории...
В 1940 подписал письмо президенту США об опасности создания ядерного оружия в Германии, которое стимулировало американские ядерные...

В современной физике базовыми являются квантовая теория и теория относительности. Одно из следствий квантовой теории представление о принципиальной iconИнтеллектуально познавательная игра «Пресс-конференция на тему «Теория...
Интеллектуально познавательная игра «Пресс-конференция на тему «Теория относительности»

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<