Исследование влияния КВЧ-излучений на транспорт некоторых d-элементов через клеточную мембрану

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

Исследование влияния КВЧ излучений на транспорт некоторых d-элементов через клеточную мембрану

Введение

Работы по изучению биологического действия ЭМИ КВЧ были начаты в бывшем Советском Союзе под руководством академика Н.Д. Девяткова и профессора М.Б. Голанта в 65-66 гг. XX века. К настоящему времени показано, что ЭМИ КВЧ способно оказывать воздействие практически на все известные типы клеток в системах любого уровня организации биологического объекта. В течение последних лет сформулирован ряд гипотез о возможных механизмах действия ЭМИ КВЧ на биологические системы, но проблема изучения механизмов нетеплового действия ЭМИ КВЧ на клетки и организм в целом остается открытой. В течение последних 25-30 лет было опубликовано значительное количество работ, посвященных поиску эффектов и механизмов действия электромагнитного излучения крайневысоких частот (ЭМИ КВЧ) на биологические объекты различного уровня организации, от отдельных клеточных компонентов, изолированных клеток и микроорганизмов до целых организмов животных и человека.

С самого рождения в любой живой организм заложено свойство самовосстановления после различных нарушений. КВЧ излучатель может увеличить потенциал организма в способности исправления нарушений и сбоев в функционировании. На этом основано применение КВЧ колебаний в медицине, биотехнологиях и ветеринарии.

Существует гипотеза, согласно которой связь между клетками организма, передача и обработка информации осуществляются путем генерации ими электромагнитных ММВ, амплитудно-частотная характеристика которых нарушается при патологических состояниях. В процессе лечебного воздействия ММВ, трансформируясь в акустоэлектрические колебания в плазматических мембранах клеток, синхронизируют их автоколебания, что приводит к образованию биоинформационного сигнала, восстанавливающего гомеостаз, изменяющего реактивность организма и нормализующего клеточные функции. Поглощение КВЧ осуществляется преимущественно за счет резонансного механизма. В диапазоне КВЧ находятся полосы поглощения воды, кислорода, некоторых биологически активных веществ. Происходящее при этом изменение активности названных соединений оказывает влияние на различные метаболические и иные процессы в организме, в частности на ионный транспорт, но влияние КВЧ на организм в целом до конца не изучен.

1. Характеристика излучения КВЧ

высокий частота атомный излучение

КВЧ-диапазон - это миллиметровые волны. На нашей планете в естественных условиях этот диапазон отсутствует. Некоторая часть КВЧ-диапазона подходит к Земле из космоса, но поглощается в верхних слоях атмосферы. Диапазон может генерироваться только искусственно. Крайне высокие частоты занимают диапазон 30-300 ГГц (диапазон длин волн - 1-10 мм). Особенностью данного частотного диапазона является то, что миллиметровое излучение космического происхождения практически поглощается земной атмосферой, поэтому биологическая эволюция всех живых организмов происходила при очень небольшом естественном КВЧ-электромагнитном фоне. Этим, по-видимому, и объясняется активное влияние на человека низкоинтенсивного миллиметрового излучения. Немалый интерес представляет то, что клетки и молекулы нашего организма «общаются» между собой как раз в КВЧ-диапазоне. Таким образом, отсутствие крайне высокочастотного диапазона извне, в природе, во внешнем мире - вполне объяснимо. Эти волны не должны забивать наш внутренний «эфир», в котором клетки и молекулы «говорят» между собой. Простыми словами, воздействие КВЧ-излучения позволяет нормализовать естественный (здоровый) баланс организма. Еще одно положительное воздействие такой терапии заключается в следующем. Клетки, подверженные КВЧ-излучению, начинают генерировать сигналы управления восстановительными и приспособительными процессами. Имитируются внутренние сигналы управления, аналогичные «естественным», клеточным. Эти сигналы работают при различных условиях жизнедеятельности. Попросту говоря, КВЧ-терапия позволяет выявлять определенные недостатки в деятельности организма и устранять их естественным образом. Также необходимо отметить, что воздействие КВЧ-излучения позволяет ускорить процесс «заживления ран», снятие гематом, отеков и т.п. Данный эффект позволяет уменьшить послеоперационный или посттравматический период и вернуться к нормальной жизнедеятельности в кратчайшие сроки. Исследования показали наличие в организме человека определенных «резонансных» частот, позволяющих получать стойкий лечебный эффект[1].

2. Характеристика d-элементов (железо, цинк, медь и т.д.); атомный радиус, активность, значимость в организме

1) Цинк

Цинк - элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк при нормальных условиях - хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Слово «цинк» впервые встречается в трудах Парацельса, который назвал этот металл словом «zincum» или «zinken» в книге Liber Mineralium II. Это слово, вероятно, восходит к нем. Zinke, означающее «зубец» (кристаллы металлического цинка похожи на иглы).

В чистом виде - довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). При 100-150°C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Собственная концентрация носителей заряда в цинке 13,1·1028 м?3.

Основные проявления дефицита цинка

Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов (железа, меди, кадмия, свинца), снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и другие.

Цинк активно реагирует с растворами кислот и щелочами [2].

2) Железо

Желемзо - элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Простое вещество железо - ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре - 4,65% (4-е место после O, Si, Al). Считается так же, что железо составляет большую часть земного ядра.

Железо - типичный металл, в свободном состоянии - серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности - углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду железа» - группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.

В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). В организме взрослого человека содержится около 3,5 грамма железа (около 0,02%), из которых 78%являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания в клетках. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз у растений и анемия у животных) [3].

3) Марганец

Мамрганец - элемент побочной подгруппы седьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 25. Обозначается символом Mn (лат. Manganum, мамнганум, в составе формул по-русски читается как марганец). Простое вещество марганец - металл серебристо-белого цвета. Известны пять аллотропных модификаций марганца - четыре с кубической и одна с тетрагональной кристаллической решёткой. Марганец - 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа - второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре.

Марганец содержится в организмах всех растений и животных, хотя его содержание обычно очень мало, порядка тысячных долей процента, он оказывает значительное влияние на жизнедеятельность, то есть является микроэлементом. Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желёз.

Избыточное накопление марганца в организме сказывается, в первую очередь, на функционировании центральной нервной системы. Это проявляется в утомляемости, сонливости, ухудшении функций памяти. Марганец является политропным ядом, поражающим также легкие, сердечно-сосудистую и гепатобиллиарную системы, вызывает аллергический и мутагенный эффект [4].

4) Медь

Медь - элемент побочной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь - это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко применяется человеком.

Медь - один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом - бронзы для изготовления оружия и т.п.

Медь - золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет. Медь образует кубическую гранецентрированную решётку.

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не реагирует с водой, разбавленной соляной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода, цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина. Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем кислород белке гемоцианине. В крови большинства моллюсков и членистоногих медь используется вместо железа для транспорта кислорода. При недостатке меди в хондро- и остеобластах снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен, в результате замедляется и нарушается рост костных тканей [5].

5) Никель

Нимкель - элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель - это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой плёнкой оксида. Химически малоактивен. Название своё этот элемент получил от имени злого духа гор немецкой мифологии, который подбрасывал искателям меди минерал мышьяково-никелевый блеск, похожий на медную руду (ср. нем. Nickel - озорник); при выплавлении руд никеля выделялись мышьяковые газы, из-за чего ему и приписали дурную славу.

Никель - серебристо-белый металл, не тускнеет на воздухе. Имеет гранецентрированную кубическую решетку с периодом a = 0,35238 нм, пространственная группа Fm3m. В чистом виде весьма пластичен и поддается обработке давлением. Является ферромагнетиком с точкой Кюри 358°C. Атомы никеля имеют внешнюю электронную конфигурацию 3d84s2. Наиболее устойчивым для никеля является состояние окисления.

Никель характеризуется высокой коррозионной стойкостью - устойчив на воздухе, в воде, в щелочах, в ряде кислот. Химическая стойкость обусловлена его склонностью к пассивированию - образованию на его поверхности плотной оксидной плёнки, обладающей защитным действием. Никель активно растворяется в азотной кислоте. С оксидом углерода CO никель легко образует летучий и весьма ядовитый карбонил Ni(CO) 4. Тонкодисперсный порошок никеля пирофорный (самовоспламеняется на воздухе).

Никель относится к числу микроэлементов, необходимых для нормального развития живых организмов. Однако о его роли в живых организмах известно немного. Известно, что никель принимает участие в ферментативных реакциях у животных и растений. В организме животных он накапливается в ороговевших тканях, особенно в перьях. Повышенное содержание никеля в почвах приводят к эндемическим заболеваниям - у растений появляются уродливые формы, у животных - заболевания глаз, связанные с накоплением никеля в роговице. В XX веке было установлено, что поджелудочная железа очень богата никелем. При введении вслед за инсулином никеля продлевается действие инсулина и тем самым повышается гипогликемическая активность. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель может угнетать действие адреналина и снижать артериальное давление. Избыточное поступление никеля в организм вызывает витилиго. Депонируется никель в поджелудочной и околощитовидной железах [6].

6) Молибден

Молибдемн - элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, атомный номер 42. Обозначается символом Mo (лат. Molybdenum). Простое вещество молибден - переходный металл светло-серого цвета. Главное применение находит в металлургии.

Молибден - светло-серый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой парамагнитен, шкала Мооса определяет его твердость 4.5 баллами. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). Обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения. Молибден является тугоплавким металлом c температурой плавления 2620°C и температурой кипения - 4639°C.

При комнатной температуре на воздухе Mo устойчив. Начинает окисляться при 400°C. Выше 600°C быстро окисляется до триоксида МоО3. Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена MoS2 и термолизом молибдата аммония (NH4) 6Mo7O24·4H2O.

Молибден промотирует (делает более эффективной) работу антиокислителей, в том числе витамина С. Важный компонент системы тканевого дыхания. Усиливает синтез аминокислот, улучшает накопление азота. Молибден входит в состав ряда ферментов (альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и др.), выполняющих важные физиологические функции, в частности, регуляцию обмена мочевой кислоты. Молибденоэнзимы катализируют гидроксилирование различных субстратов. Альдегидоксидаза окисляет и нейтрализует различные пиримидины, пурины, птеридины. Ксантиноксидаза катализирует преобразование гипоксантинов в ксантины, а ксантины - в мочевую кислоту. Сульфитоксидаза катализирует преобразование сульфита в сульфат. Микроколичества молибдена необходимы для нормального развития организмов, используется в составе микроэлементной подкормки, в частности, под ягодные культуры. Влияет на размножение (у растений). Недостаток молибдена в организме сопровождается уменьшением содержания в тканях ксантиноксидазы. При недостатке молибдена страдают анаболические процессы, наблюдается ослабление иммунной системы. Тиомолибдат аммония (растворимая соль молибдена), является антагонистом меди и нарушает ее утилизацию в организме. Пыль молибдена и его соединений раздражает дыхательные пути [7].

7) Серебро

Серебром - элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 47. Обозначается символом Ag (лат. Argentum). Простое вещество серебро - ковкий, пластичный благородный металл серебристо-белого цвета. Кристаллическая решётка - гранецентрированная кубическая. Температура плавления - 960°C, плотность - 10,5 г/см?.

Чистое серебро - довольно тяжёлый (легче свинца, но тяжелее меди), необычайно пластичный серебристо-белый металл (коэффициент отражения света близок к 100%). Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. C течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе следами сероводорода и образуя налёт сульфида, чья тонкая пленка придает тогда металлу характерную розоватую окраску. Обладает высокой теплопроводностью. При комнатной температуре имеет самую высокую электропроводность среди всех известных металлов.

Серебро, будучи благородным металлом, отличается относительно низкой реакционной способностью, оно не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Однако в окислительной среде (в азотной, горячей концентрированной серной кислоте, а также в соляной кислоте в присутствии свободного кислорода) серебро растворяется, растворяется оно и в хлорном железе. Серебро также легко растворяется в ртути, образуя°C амальгаму (жидкий сплав ртути и серебра). При нагревании с серой серебро даёт сульфид.

Следы серебра (порядка 0,02 мг/кг веса) содержатся в организмах всех млекопитающих. Но его биологическая роль недостаточно изучена. У человека повышенным содержанием серебра (0,03 мг на 1000 г. свежей ткани, или 0,002 вес.% в золе) характеризуется головной мозг. Интересно, что в изолированных ядрах его нервных клеток - нейронах - серебра гораздо больше (0,08 вес.% в золе). Как и все тяжёлые металлы, серебро при избыточном поступлении в организм токсично. При длительном поступлении в организм избыточных доз серебра развивается аргирия, внешне выражающаяся серой окраской слизистых оболочек и кожи, причем преимущественно на освещённых участках тела, что обусловлено отложением частичек восстановленного серебра. Какие-либо расстройства самочувствия заболевших аргирией наблюдаются далеко не всегда. Вместе с тем отмечалось, что они не подвержены инфекционным заболеваниям [8].

Таблица1 - Свойства некоторых d-элементов

3. Основные процессы обмена d-элементов в организме

Обмен железа

Микроэлемент железо является компонентом важнейших железосодержащих белков в т. ч. ферментов, в которые входит как в виде гема, так и в негемовой форме. Основная масса железа в виде гема включена в гемоглобин. Кроме того, железо в такой же форме входит в состав цитохрома Р-450, цитохрома G5, цитохромов дыхательной цепи митохондрий, антиоксидантных ферментов (каталаза, миелопероксидаза). Поэтому этот микроэлемент важен не только для обеспечения организма кислородом, но и функционирования дыхательной цепи и синтеза АТФ, процессов метаболизма и детоксикации эндогенных и экзогенных веществ, синтеза ДНК, инактивации токсических перекисных соединений. Железосодержащие соединения играют важную роль в функционировании иммунной системы, прежде всего, клеточного звена. Наиболее явная форма проявления дефицита железа - железодефицитная анемия, за которой могут скрываться серьезные нарушения в организме (хронические потери крови при внутренних кровотечениях). При дефиците железа наблюдается бледность кожных покровов, инъекция сосудов склер, дисфагия, повреждаются слизистые оболочки полости рта и желудка, истончаются и деформируются ногти.

В организме взрослого человека содержится 3 - 4 г железа, из которых только около 3,5 мг находится в плазме крови. Гемоглобин имеет примерно 68% железа всего организма. В пище железо в основном находится в окисленном состоянии (Fe3+) и входит в состав белков или солей органических кислот. Освобождению железа из солей органических кислот способствует кислая среда желудочного сока. Наибольшее количество железа всасывается в двенадцатиперстной кишке. Аскорбиновая кислота, содержащаяся в пище, восстанавливает железо и улучшает его всасывание, так как в клетки слизистой оболочки кишечника поступает только Fe2+. В суточном количестве пищи обычно содержится 15 - 20 мг железа, а всасывается только около 10% этого количества. Организм взрослого человека теряет около 1 мг железа в сутки. При недостатке железа в организме апоферритин в энтероцитах почти не синтезируется. Железо, поступающее из энтероцитов в кровь, транспортирует белок плазмы крови трансферрин. В плазме крови железо транспортирует белок трансферрин. Трансферрин - гликопротеин, который синтезируется в печени и связывает только окисленное железо (Fe3+). Поступающее в кровь железо окисляет фермент ферроксидаза, известный как медьсодержащий белок плазмы крови церулоплазмин. Одна молекула трансферрина может связать один или два иона Fe3+, но одновременно с анионом СО32- с образованием комплекса трансферрин-2 (Fe3+-CO32-). В норме трансферрин крови насыщен железом приблизительно на 33%. В полости кишечника железо освобождается из белков и солей органических кислот пищи. Усвоению железа способствует аскорбиновая кислота, восстанавливающая железо. В клетках слизистой оболочки кишечника избыток поступившего железа соединяется с белком апоферритином с образованием ферритина, при этом ферритин окисляет Fe2+ в Fe3+. Поступление железа из клеток слизистой оболочки кишечника в кровь сопровождается окислением железа ферментом сыворотки крови ферроксидазой. В крови Fe3+ транспортирует белок сыворотки крови трансферрин. В тканях Fe2+ используется для синтеза железосодержащих белков или депонируется в ферритине. Железо в клетке используется для синтеза железосодержащих белков или депонируется в белке ферригине. Ферритин - олигомерный белок с молекулярной массой 500 кД. Он состоит из тяжёлых (21 кД) и лёгких (19 кД) полипептидных цепей, составляющих 24 протомера. Разный набор прогомеров в олигомере ферритина определяет образование нескольких изоформ этого белка в разных тканях. Ферритин представляет собой полую сферу, внутри которой может содержаться цо 4500 ионов трёхвалентного железа, но обычно содержится менее 3000. Тяжёлые цепи ферритина окисляют Fe2+ в Fe3+, Железо в виде гидроксидфосфата находится в центре сферы, оболочка которой образована белковой частью молекулы. Оно поступает внутрь и освобождается наружу через каналы, пронизывающие белковую оболочку апоферритина, но железо может откладываться и в белковой части молекулы ферритина. Ферритин содержится почти во всех тканях, но в наибольшем количестве в печени, селезёнке и костном мозге. Незначительная часть ферритина экскретируется из тканей з плазму крови. Поскольку поступление ферэитина в кровь пропорционально его содержанию в тканях, то концентрация ферритина в крови - важный диагностический показатель запасов железа в организме при железодефидитной анемии [9].

Рисунок 1-Метаболизм железа в организме

Обмен марганца

Соединения марганца в основном поступают в организм с пищей. Абсорбция марганца из рациона предположительно равна 3-5%. Всасывание марганца происходит по всей тонкой кишке. Марганец быстро покидает кровяное русло и в тканях присутствует главным образом в митохондриях клеток («силовых станциях» клетки, в которых вырабатывается энергия). В повышенных количествах он присутствует в печени, трубчатых костях, поджелудочной железе, почках. При абсорбции марганец конкурирует с железом и кобальтом. Таким образом, один из металлов, если уровень его высок, может проявлять ингибирующий эффект на всасывание других. Марганец является активатором многих ферментов. Марганец почти полностью выделяется с калом, а также с потом и мочой.

Обмен меди

Медь играет важную роль в процессах биосинтеза гема и, соответственно, гемоглобина. Поэтому ее недостаток, так же как и железа, может привести к возникновению анемии. Медь входит в структуру цигохромоксидазы - терминального фермента дыхательной цепи митохондрий и, следовательно, необходима для процессов генерации энергии в клетке. Медь играет важную роль в антиоксидантной защите организма, т.к. вместе с цинком входит в структуру тканевого антиоксидантного фермента - супероксиддисмутазы и антиоксидантного белка плазмы крови - церрулоплазмина, который является переносчиком этого металла. Медь обладает противовоспалительными и антисептическими свойствами (возможно, за счет антиоксидантного действия). Регулирует обмен катехоламинов, серотонина, тирозина, меланина, способствует повышению активности инсулина и более полной утилизации углеводов. Этот микроэлемент принимает участие в формировании структуры белков соединительной ткани - коллагена и эластина, которые являются структурными компонентами костной и хрящевой ткани, кожи, легких, стенок кровеносных сосудов. Поэтому дефицит меди может привести к формированию аневризмы аорты и сосудов головного мозга. По этой же причине недостаток меди приводит к деминерализации костной ткани и остеопорозу. Медь участвует в образовании миелиновых оболочек нервов, дегенерация которых приводит к рассеянному склерозу и другим тяжелым нарушениям нервной системы.

В организм медь поступает в основном с пищей. В желудочно-кишечном тракте абсорбируется до 95% поступившей в организм меди (причем в желудке ее максимальное количество), затем в двенадцатиперстной кишке, тощей и подвздошной кишке. Лучше всего организмом усваивается двухвалентная медь. В крови медь связывается с сывороточным альбумином (12-17%), аминокислотами - гистидином, треонином, глутамином (10-15%), транспортным белком транскуприном (12-14%) и церулоплазмином (до 60-65%). Медь способна проникать во все клетки, ткани и органы. Максимальная концентрация меди отмечена в печени, почках, мозге, крови, однако медь можно обнаружить и в других органах и тканях. Ведущую роль в метаболизме меди играет печень, поскольку здесь синтезируется белок церулоплазмин, обладающий ферментативной активностью и участвующий в регуляции гомеостаза меди. К тому же церулоплазмин участвует в окислении двухвалентного железа в трехвалентное, ведь только в этой форме железо доступно организму.

Обмен серебра

Серебро обладает выраженным бактерицидным, антисептическим, противовоспалительным, вяжущим действием. Серебро - естественный бактерицидный металл, эффективный против 650 видов бактерий, которые не приобретают к нему устойчивости, в отличие от практически всех антибиотиков. Серебро действует антибиотически против многих простейших и даже вирусов. Предполагают, что серебро подавляет ферменты, контролирующие энергетический обмен инфектантов.

Кроме того, в экспериментах на животных показано, что недостаток хрома приводит к задержке роста, вызывает нейропатии и нарушение высшей нервной деятельности, снижает оплодотворяющую способность сперматозоидов. Необходимо подчеркнуть, что злоупотребление сахаром увеличивает потребность в хроме и, в тоже время, его потерю с мочой.

Обмен цинка

Механизм всасывания цинка: может быть представлен следующим образом. Цинк всасывается в две фазы: первая, быстрая - металл всасывается через кишечную каемку; вторая, медленная - при которой транспорт происходит через базолатеральную мембрану. Цинк может всасываться в ионной форме или в комплексе с различными лигандами. В 1981 г. Bayman выделил из кишечной стенки цыплят специфический цинксвязывающий белок, синтез которого осуществляется при индуцировании витамином А. При дефиците цинка образуется «порочный круг», т.к. в печени нарушается синтез ретинолсвязывающего белка, необходимого для транспорта витамина А в кровяном русле. O'Dell в 1992 г. идентифицировал и выделил в экспериментах на крысах новый кишечный транспортный белок CRIP (cystein rich intestinal protein), 56% которого содержится в кишечнике. Он обнаружен в легких, селезенке, надколенниках, в тестикулах. Основной функцией этого протеина является снижение абсорбции цинка. На следующей стадии цинк усваивается, происходит взаимодействие с внутриклеточными лигандами эритроцитов. Всосавшийся в кишечнике цинк находится в плазме крови в виде комплексов с белками и аминокислотами и лишь незначительное его количество содержится в свободной форме. Основным физиологическим лигандом, транспортирующим цинк из кишечника и печени является альбумин. Примерно половина цинка плазмы участвует в тканевом обмене, поскольку связь с альбуминами координационно лабильна. Около 7% цинка связано с аминокислотами - гистидином, лизином, треонином, цистином, глютамином. Эта часть играет большую роль в транспорте микроэлемента. Остальной цинк плазмы тесно связан с церуллоплазмином, трансферрином и альфа-2-макроглобулином. Из кишечника с током крови цинк поступает в печень, где депонируется. В печени осуществляется синтез некоторых цинксодержащих ферментов и образование цинк-протеинов (карбоангидраза, малатдегидрогеназа, щелочная фосфатаза). В печени и почках синтезируется также металлотионен - низкомолекулярный белок с высоким содержанием тиоловых групп, обладающий высокой способностью связывать цинк и кадмий. Этот цинк-протеин впервые был выделен из коркового вещества конских почек в 1957 г. В состав сложного биохимического комплекса могут входить 7 грам / атомов цинка на моль протеина. Молекулярная масса комплекса 6.700. В настоящее время выделено 3 класса металлотионенов. Металлотионены человека относятся к третьему классу - металлотионенов млекопитающих. Множество физиологических и патофизиологических агентов индуцируют синтез металлотионенов in vivo. К ним относятся атомы металлов: цинк, медь, кадмий, железо, ртуть, висмут; а также гормоны: дексаметазон, глюкагон, адреналин, норадреналин; цитокины: интерлейкин-1 и -6; ангиотензин II, интерферон. Несмотря на многочисленные научные сообщения о металлотионенах, его функции остаются недостаточно ясными. Предполагается, что он участвует в поглощении и депонировании цинка в печени, связывает токсические метаболиты, регулирует метаболизм цинка в организме. Выведение цинка осуществляется в основном через желудочно-кишечный тракт, и всего 10% выводится через проксимальные канальцы почек, он может выводиться через кожу при повышенном потоотделении, через желчный пузырь и с панкреатическим содержимым. Микроэлемент цинк входит в структуру активного центра нескольких сотен металлоферментов. Он необходим для функционирования ДНК- и РНК-полимераз, контролирующих процессы передачи наследственной информации и биосинтез белков, а тем самым и репаративные процессы в организме; а также фермента ключевой реакции биосинтеза гема, который входит в структуру гемоглобина, цитохромов дыхательных цепей митохондрий, цитохрома Р-450, каталазы и миелопероксидазы. Цинк входит в структуру ключевого антиоксидантного фермента - (Zn, Cu) - супероксиддисмутазы и индуцирует биосинтез защитных белков клетки - металлотионеинов, в силу чего цинк является антиоксидантом репаративного действия. Цинк играет важную роль в реализации гормональных функций в организме. Он непосредственно влияет на продукцию и функционирование инсулина, а тем самым на весь спекр инсулинзависимых процессов. У мужчин цинк участвует в синтезе тестостерона и функционировании половых желез, в силу чего прослеживается обратная связь между уровнем цинка в организме и потенцией. Являясь ингибитором 5-альфа-редуктазы, цинк регулирует уровень метаболита тестостерона - дигидротестостерона, избыток которого обусловливает гиперплазию простаты. Цинк является необходимым фактором и для женского организма, так как входит в структуру рецепторов для эстрогенов, регулируя таким образом все эстрогензависимые процессы. Цинк жизненно важен для функционирования тимуса и нормального состояния иммунной системы организма. Являясь, к тому же, компонентом ретинолпереносящего белка, цинк вместе с витамином А (и витамином С) препятствует возникновению иммунодефицитов, стимулируя синтез антител и оказывая противовирусное действие. Цинк обладает рано- и язвозаживляющим действием, участвует в процессах вкусового восприятия и обоняния, необходим для функционирования центральной нервной системы, в т.ч. для процессов запоминания.

4. Влияние КВЧ излучения на обмен d-элементов в организме (Проникновение через мембрану)

В естественной среде клетки живого организма передают друг другу информацию при помощи миллиметровых волн. На этом основано проявление высокой чувствительности биологических организмов к волнам, которые воспроизводит КВЧ прибор.

С самого рождения в любой живой организм заложено свойство самовосстановления после различных нарушений. КВЧ излучатель может увеличить потенциал организма в способности исправления нарушений и сбоев в функционировании. На этом основано применение КВЧ колебаний в медицине, биотехнологиях и ветеринарии. Методика КВЧ терапии основана на регулирующем характере воздействия волн определенной частоты на организм человека, и является сравнительно новым физиотерапевтическим методом, введенным в лечебную практику по инициативе академика Н.Д. Девяткова, который одним из первых обратил внимание на необычные биофизические свойства и возможную биоинформационную роль КВЧ. В значительной мере это обусловлено тем, что естественные электромагнитные волны миллиметрового диапазона, излучаемые Солнцем и планетами, поглощаются в атмосфере, не достигая поверхности Земли и не действуя на человека, в связи с чем они в принципе и могут выполнять в организме информационно-управленческие функции. Важной особенностью действия КВЧ на живые организмы является его острорезонансный характер, когда биологический эффект наблюдается в узких интервалах частот электромагнитного излучения. В то же самое время чувствительность организмов к данному фактору мало зависит от изменения плотности потока мощности в широких пределах. Поглощение КВЧ осуществляется преимущественно за счет резонансного механизма. В диапазоне КВЧ находятся полосы поглощения воды, кислорода, некоторых биологически активных веществ. Происходящее при этом изменение активности названных соединений оказывает влияние на различные метаболические и иные процессы в организме, в частности на ионный транспорт, синтез АТФ, активность ферментов, систему опиоидных пептидов и др. Кроме того, существует гипотеза, согласно которой связь между клетками организма, передача и обработка информации осуществляются путем генерации ими электромагнитных ММВ, амплитудно-частотная характеристика которых нарушается при патологических состояниях. В процессе лечебного воздействия ММВ, трансформируясь в акустоэлектрические колебания в плазматических мембранах клеток, синхронизируют их автоколебания, что приводит к образованию биоинформационного сигнала, восстанавливающего гомеостаз, изменяющего реактивность организма и нормализующего клеточные функции. Кроме того под влиянием этого фактора повышается тонус коры головного мозга, что свидетельствует о развитии неспецифической реакции активации [10].

В экспериментах и клинических испытаниях обнаружены и разносторонне изучены следующие эффекты ММ-волн:

· изменение чувствительности рецепторов мембраны и ядра клетки;

· воздействие на центральную нервную систему (ЦНС) через возбуждение рецепторов ЦНС;

· влияние на различные звенья иммунной системы;

· влияние на функционирование диффузной нейроэндокринной системы;

· действие на систему перекисного окисления липидов - антиоксидантной защиты;

· изменение проницаемости кровеносных капилляров;

· изменения в системе гомеостаза и реологических свойств крови;

· влияние на гормональный статус организма;

· радиопротекторное действие;

· изменение регистрируемых параметров биологически активных точек, отражающих состояние канально-меридиональной системы организма [11].

Воздействие низкоинтенсивного излучения ММ-диапазона на живые системы носит универсальный характер - биологический эффект наблюдается на системах различной сложности. Чувствительность к внешним электромагнитным полям максимальна у целых организмов, но предполагается, что основные «события» происходят на клеточном уровне, и определяющая роль принадлежит плазматической мембране. Считается, что именно плазматическая мембрана и мембранные процессы обусловливают высокую чувствительность биологических объектов к электромагнитному взаимодействию ММ-волн.

Как известно, мембраны на 25-75% (вес) состоят из липидов. Молекулы липидов образуют двойной слой, в котором гидрофобные концы жирных кислот обращены друг к другу, а гидрофильные головки образуют заряженный слой на поверхности мембран. При физиологических температурах мембрана представляет собой жидкокристлличсскую структуру, обладающую определенной степенью жидкостности (текучести). Текучесть представляет собой меру неупорядоченности и физической подвижности молекул в составе липидного бислоя мембран. Такие характеристики мембраны, как диффузия в горизонтальном монослое липидов, трансмембранная диффузия, вращение молекул, вращение цепей длинных остатков жирных кислот с различной степенью ненасыщенности и др. вносят свой вклад в эту интегральную характеристику мембраны.

Следует отметить, что необходимая жидкостность липидной матрицы не только лежит в основе нормального протекания многих мембранных процессов, но и регулирует их. Благодаря своему строению молекулы липидов обладают значительной способностью к конформационным изменениям, что, возможно, я является тем ключевым моментом, который позволяет мембранным структурам быть столь чувствительным к воздействии КВЧ-излучения. Энергия кванта в КВЧ диапазоне невелика (1О-4-1О-3 эв), но достаточна, чтобы воздействовать на вращательные степени свободы молекул и влиять на их конформационные состояния. В результате этого изменение текучести мембраны может приводить к различным эффектам воздействия ММ-волн на организменном уровне. Способна ли мембрана сама поглощать энергию электромагнитного излучения ММ-волн или посредником в этом процессе является вода (непосредственный участник всех биологических процессов), до сих пор неясно. Как известно, вода является веществом, сильно поглощающим ММ-волны. Жидкая вода структурирована, и состоит, в основном, из кластеров, в которых молекулы воды связаны между собой водородными связями. Вода может не только поглощать энергию ММ-излучения, но я переизлучать ее в течение довольно продолжительного времени. Этот эффект обусловлен возможностью атома водорода, находящегося между двумя атомами кислорода соседних молекул воды, занимать положение либо вблизи одного, либо вблизи другого атома кислорода. Таким образом, вода может оказать непосредственное воздействие на контактирующую с ней липидную мембрану. Для выяснения механизмов воздействия КВЧ-излучения нами исследовалось влияние его на структурно-динамические свойства модельных фосфолипидных мембран и окружающую их воду. С этой целью были использованы ЯМР 31Р спектроскопия, ЯМР-релаксометрия, дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), кондуктометрия, кулонометрическое определение антиоксидантной емкости (АОЕ) липидных мембран. В результате проведенных ранее исследований было показано, что КВЧ-излучение (использовались две частоты: 61,8 ГГц, стимулирующая рост и подъемную силу хлебопекарных дрожжей Sассhагоmусеs cerevisiae раса 509, в 62,6 ГГц, ингибирующая указанные параметры) влияет как на структурно-динамические свойства липидных мембран, так и на их водное окружение. Воздействие электромагнитного излучения на обеих частотах приводит к повышению разупорядоченности фосфолипидного бислоя и, как следствие, увеличению подвижности липидных молекул в составе бислоя. КВЧ-излучение сказывается на характере фазового перехода гель-жидкий кристалл. В липосомах из фосфатидилхолина, подвергнутых воздействию ММ-волн, переход осуществляется при той же температуре, что и в контрольном образце, но происходит в более широком температурном интервале. Снижение кооперативности перехода гель-жидкий кристалл, о котором судили по увеличению температурной зоны перехода, также указывает на некоторое разупорядочивание липидной мембраны при воздействии ММ-волн. В ходе экспериментов было отмечено повышение антиоксидантной емкости модельных мембран в результате воздействия КВЧ-излучения. Кондуктометрическое исследование показало, что облучение «чистой» воды электромагнитными волнами на обеих частотах приводит к повышению электропроводимости воды, причем эффект от воздействия более высокой частоты выражен значительней. Как известно, электропроводимость зависит от концентрации ионов в растворе в скорости их перемещения.

Пологается, что наблюдаемое изменение электропроводимости при облучении может быть обусловлено изменением структуры воды в этих условиях. Данные ЯМР-релаксации подтверждают эти предположения. При облучении опытных образцов наблюдалось перестроение водного окружения: его относительное уплотнение при воздействии частоты 62,6 ГГц и разупорядочивание при действии более низкой частоты. Учитывая тот факт, что частота 61,8 ГГц значительно стимулировала рост, подъемную силу, мальтазную активность дрожжей Sассhагоmусеs cerevisiae, можно предположить, что наблюдаемое разрыхление водного окружения мембран в этом случае и изменение физико-химических свойств липидных оболочек может вносить свой положительный вклад на клеточном уровне в жизнедеятельность дрожжей. Таким образом, было показано, что липидные мембраны чувствительны к электромагнитным полям ММ-диапазона и реагируют изменением своих структурно-динамических характеристик. Вода в этом случае может быть посредником, то есть изменение свойств воды вследствие воздействия ММ-волн может приводить к изменению свойств биомембран и в результате к изменению функциональной активности клеток.

Действие КВЧ-излучения состоит в изменении проницаемости мембран и их транспортных свойств. Изменения проницаемости могут быть тяжелыми (необратимыми) или поверхностными. Наиболее изученной моделью изменения мембранной проницаемости является повреждение тяжелыми металлами. Тяжелые металлы, взаимодействуя с группами мембранных белков, изменяют их конформацию и резко увеличивают проницаемость мембраны для d-элементов, что приводит к быстрому набуханию клеток, распаду их цитоскелета. Подобные изменения мембран отмечаются при повреждении их комплементом («болезни гиперчувствительности»). В мембранах образуются бреши, что снижает их сопротивление и резко увеличивает проницаемость [12].

Рисунок 2 - Клеточная мембрана

Биологические мембраны имеют универсальное значение в функционировании клеток различного типа благодаря наличию в них специализированных белков-рецепторов, способности регулировать энергетические и биохимические процессы в клетке, а также организовывать водное пространство внутри и снаружи клетки.

В одной из работ было показано снижение величины мембранного потенциала нервных клеток изолированных ганглиев моллюска Planorbis corneus в результате действия ЭМИ. Величина эффекта зависела от поглощенной энергии излучения. Явление деполяризации мембраны под действием излучения связывалось с изменением мембранной проницаемости для ионов, ответственных за генерацию мембранного потенциала. Отмечалась гиперполяризацию мембран возбудимых клеток при облучении. Эффект объяснялся предполагаемым изменением пассивной проницаемости мембран и изменением активности Na-на-соса. Кроме того, показано, что изменение электрической активности сопровождается увеличением Са2+- и К+-токов, причем это вызвано тепловым действием поля, а следовательно, специфических частотных зависимостей не наблюдается [13] [14].

Большое количество работ по изучению действия ЭМИ КВЧ на мембранные системы посвящено исследованию проницаемости мембран невозбудимых клеток (эритроцитов, лимфоцитов). Основанием для проведения таких исследований было следующее. Возможно, что при облучении организма, его реакция связана с действием ЭМИ на клетки крови в кожной капиллярной сети, поскольку излучение проникает лишь в самые поверхностные слои кожи. Мембраны эритроцитов, циркулирующих в капиллярном русле, меняя свои барьерные свойства при действии излучения, могут оказывать регуляторное действие на весь организм в целом и на отдельные органы. Показано уменьшение осмотической устойчивости мембран эритроцитов под действием ЭМИ. Обнаружено уменьшение проницаемости мембран для ионов калия на 30-40% по сравнению с необлученными образцами. Обнаружено снижение ионной проницаемости мембран эритроцитов, увеличенной в результате электрического пробоя, а также увеличение электрической прочности эритроцитов при действии ЭМИ КВЧ (40-50 ГГц, 1-5 мВтсм2). Предполагается, что КВЧ-излучение нетепловых интенсивностей способно индуцировать структурные перестройки в мембранах, что сопровождается быстрым закрыванием пробойных каналов ионных утечек. Такая интерпретация полученных данных согласуется с результатами по влиянию ЭМИ сантиметрового диапазона на температурные зависимости проницаемости мембран эритроцитов и подвижности жирных кислот в мембранах липосом [15].

В случае действия ЭМИ КВЧ на клетки наблюдаются резонансные эффекты, и резонансных частот. В зависимости от физиологического состояния клетки возможно проявление эффектов, в том числе разнонаправленных, на различных частотах, а в некоторых случаях и полное отсутствие эффекта ЭМИ, если реакции различных систем на воздействие излучения с используемыми параметрами взаимно компенсируются. Результаты экспериментальных работ демонстрируют высокую чувствительность мембранных транспортных процессов к ЭМИ КВЧ низкой интенсивности. Причиной этому может быть вызванная поглощением ЭМИ КВЧ конвекция в водном слое. Излучение способно стимулировать ионную проводимость мембран, если лимитирующей стадией процесса становится стадия проводимости в примембранных неперемешиваемых слоях. Есть основания предполагать, что биологические мембраны являются одним из своеобразных детекторов излучения в живой клетке. Обобщая результаты исследований влияния ЭМИ КВЧ на клеточные мембраны и их модели, можно сделать вывод, что при облучении мембран наблюдаются как функциональные, так и структурные изменения. Мембраны могут играть главную роль в эффективном восприятии и дальнейшем проявлении действия ЭМИ КВЧ в функциональных изменениях на уровне всей клетки. Однако вопрос о конкретных физико-химических механизмах рецепции КВЧ-излучения на мембране и последующей передаче возбуждения к внутриклеточным структурам требует дальнейших исследований [16] [17].

Заключение

Открытие ЭМИ КВЧ расширяет новые горизонты не только в науке, но и в медецине. Благодаря открытию КВЧ-излучения, стало возможным лечение многих болезней без медикоментозного вмешательства. В процессе жизни человека все его системы, органы и клетки постоянно обмениваются информацией. Передавать эту информацию могут нервные импульсы, различные химические соединения (например, через кровеносные сосуды), а также электромагнитные поля. Учёные установили, что клетки нашего организма «разговаривают друг с другом» в КВЧ-диапазоне, т.е. КВЧ-излучение знакомый «язык» для нашего организма.

В результате воздействия КВЧ-излучения изменяются характеристики межклеточных мембран, и эти изменения передаются во все системы и структуры организма. Одновременно воздействие инициируют и поддерживают процессы мобилизации, нормализации и выздоровления организма. В наше время многие ученые вплотную заняты вопросами изучения ЭМИ КВЧ, ведь это большие перспективы, которые уже используются медецине и помогают справиться с некоторыми болезнями.

В результате курсовой работы определено, что при воздействии ЭМИ КВЧ на клетки наблюдаются резонансные эффекты, и эффекты резонансных частот. Так же было показано, что липидные мембраны чувствительны к электромагнитным полям ММ-диапазона и реагируют изменением своих структурно-динамических характеристик. Вода в этом случае может быть посредником, то есть изменение свойств воды вследствие воздействия ММ-волн может приводить к изменению свойств биомембран и в результате к изменению функциональной активности клеток. В данный момент не представляется возможным более точное обьяснение влияния ЭМИ КВЧ на транспорт d-элементов через клеточную мембрану, так как все эти процессы требуют дальнейшего изучения.

Список использованной литературы

1. Крайне высокочастотная (КВЧ) терапия // :Что такое КВЧ? - (Рус.). - URL: http://wostmed.ru/produkt/app_kvh.php

2. Википедия - свободная энциклопедия // :Цинк - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Цинк

3. Википедия - свободная энциклопедия // :Железо - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Железо

4. Википедия - свободная энциклопедия // : Марганец - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Марганец

5. Википедия - свободная энциклопедия // : Медь - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Медь

6. Википедия - свободная энциклопедия // : Никель - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%CD% E8% EA% E5% EB% FC

7. Википедия - свободная энциклопедия // : Молибден - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC% EE% EB% E8% E1% E4% E5% ED

8. Википедия - свободная энциклопедия // : Серебро - (Рус.). - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1% E5% F0% E5% E1% F0% EE

9. Северина, Е.С. Биохимия. Учеб. для вузов / Е.С. Северина. - М.: Техносфера, 2003. - 641 с.

10. Андреев, Е.А. Проявление собственных характеристических частот организма человека / АндреевЕ.А. Белый М.У. Ситько С.П. // Химическая технология. - 2003. - №103. С. 56 - 59