Влияние низкочастотного электромагнитного поля на биологические системы Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»
Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Бырышев М. Г., Касьянов Г. И., Джимак С. С.
Использование слабых магнитных полей для интенсивной терапии отека и набухания головного мозга в острый период тяжелой черепно-мозговой травмы
Исследование влияния магнитообработанной воды на биологические объекты
Исследование влияния магнитообработанной воды на биологические объекты
Анализ существующих гипотез механизмов воздействий акустического и магнитного полей на обрабатываемую жидкость
Эффекты действия техногенных электромагнитных излучений и полей на живые организмы (обзор)
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «Влияние низкочастотного электромагнитного поля на биологические системы»
ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
М.Г. БАРЫШЕВ, Г.И. КАСЬЯНОВ, С.С. ДЖИМАК
Кубанский государственный университет
Кубанский государственный технологический университет
Из литературных данных известно, что большинство эффектов взаимодействия с биологическими системами слабого электромагнитного поля (ЭМП), по уровню напряженности сопоставимому с полем Земли, приходится на диапазон частот от единиц до 300 Г ц.
Интерес представляет не только исследование взаимодействия ЭМП с биологическими системами в целом, но и с их отдельными элементами: клетками, липидами, белками, а также водными растворами. В водной среде функционирует большинство биологически активных веществ. Взаимодействие воды с мономерами во многом определяет конфигурацию макромолекулы и ее возможное поведение при взаимодействии с какими-либо факторами, например ЭМП. Магнитную обработку водных систем широко используют в сельском хозяйстве — при предпосевной обработке семян, в птицеводстве, животноводстве, — медицине и других областях [1].
Биологические системы растительного и животного происхождения постоянно находятся под воздействием естественных и искусственных источников ЭМП, и в ходе эволюции у них выработались механизмы восприятия информации о состоянии окружающей среды посредством взаимодействия с ЭМП Земли. Поэтому высокая чувствительность биологических систем к изменениям электромагнитного фона — один из эволюци-онно оправданных факторов, способствующих их выживанию.
Очевидна необходимость исследования влияния ЭМП на биологические системы для более полного понимания механизмов этого влияния и последующей выработки экологически обоснованных нормативов, которые помимо биотропных параметров — интенсивности, времени воздействия, градиента — будут учитывать дополнительные условия: частоту следования импульсов, форму, длительность и т. д. [2]. Современные подходы и данные позволяют создавать новые энергосберегающие технологии по обработке ЭМП сырья растительного и животного происхождения. Использование таких технологий в сельском хозяйстве даст возможность увеличить урожайность возделываемых культур, уменьшить количество вносимых удобрений, т. е. снизить нагрузку в агроландшафтах; применение их в пищевой промышленности сэкономит энергоресурсы и уменьшит потери сырья, что позитивно скажется на экологической ситуации в регионах РФ.
В научной литературе наиболее часто обсуждаются следующие из гипотез, объясняющих механизм воздействия ЭМП на физико-химические и биологические системы: кластерная, ядерного магнитного резонанса, параметрического магнитного резонанса, модуляции под действием ЭМП скорости потока взаимодействующих частиц, стохастического и циклотронного резонанса и т. д.
Первоначально усилия исследователей были направлены на исследование воздействия ЭМП на химические реакции. Если ЭМП может изменять скорости химических реакций, то оно способно влиять на биологические объекты, так как химические реакции определяют рост клеток, преобразование энергии в форму, пригодную для разных биологических процессов, кодирование генетической информации [2].
При протекании электрического тока через жидкую среду в ней могут возникать конвекционные потоки, которые способны привести к перераспределению содержащихся в ней веществ, что способно стать причиной изменения электрохимических реакций, происходящих на границе раздела жидкость-электрод.
Энергия взаимодействия иона, находящегося в растворе со слабым электрическим полем, обычно пренебрежимо мала по сравнению с тепловой энергией. Оценка средней скорости дрейфа иона №+ в поле 103 В/м дает значение 5 • 10-5 м/с, тогда как тепловая скорость приблизительно равна 4 • 102 м/с, а кинетическая энергия, обусловленная скоростью дрейфа, составляет около 10-14 от тепловой энергии.
Электромагнитное поле может существенно влиять на ориентацию больших асимметричных молекул, обладающих дипольными моментами, что воздействует на стерический фактор р. Молекулы ориентируются в магнитном поле в направлении, более или менее благоприятном для реакции, что соответственно увеличивает или уменьшает вероятность благоприятного соударения [3, 4].
Под влиянием магнитного поля (МП) магнитоанизотропные молекулы и частицы вещества, которые свободно диффундируют в растворе, могут ориентироваться в пространстве. Для того, чтобы осуществить ориентацию порядка 10% при комнатной температуре и магнитной индукции В 1 Тл, анизотропия магнитной восприимчивости в расчете на одну частицу должна составлять 10-26 м3, для бензола 10-33 м3. Такая ориентация будет происходить при числе мономеров п порядка 108-107, что значительно превосходит число аминокислот в крупных белковых молекулах и может
соответствовать ДНК. Но ориентация ДНК в растворе определяется не всей молекулой, а кулоновским сегментом жесткости, состоящим из нескольких сот пар нуклеотидов (п ~ 102). Однако наблюдаемая в МП с индукцией 1 Тл чрезвычайно низкая степень ориентации сегментов жесткости (£ ~ 10-7) не может привести к существенным изменениям трехмерной структуры
Если молекулы за счет межмолекулярных взаимодействий образуют кооперативные области с преимущественной ориентацией молекул, то эти области называют доменами, а вся система представляет жидкий кристалл. Внешнее МП способно вызвать в макроскопическом образце ориентацию доменов. Это, в свою очередь, может привести к изменению многих характеристик растворов.
Известны работы, в которых высказывается сомнение, насколько жидкокристаллические магнитные эффекты, наблюдаемые в протяженных модельных системах, могут иметь место в реальных биологических мембранах [6].
В соответствии с соотношением Больцмана для поля напряженностью 1 Тл, если домен занимает площадь мембраны с линейными размерами в несколько микрон, ориентационный эффект может быть значительным. Размеры биологических мембран незначительно превышают размеры домена, что не позволяет вычислить величины возможных магнитных эффектов для биологических мембран по данным, полученным для протяженных модельных мембран с размерами 1-10 мм.
Известны попытки объяснить наблюдаемые в экспериментах изменения скорости ферментативного катализа, вызываемые внешним ЭМП, в рамках существующих представлений о влиянии ЭМП на безизлуча-тельный переход электрона [7].
При исследовании воздействия ЭМП на белковые структуры необходимо учитывать влияние водной среды, в которой, благодаря существованию пространственно направленных ^-связей, макромолекулы приобретают необходимую конформацию и способность выполнять свои дифференцированные функции. При определенном увлажнении белок становится подвижным
— лабильным — за счет образования на его поверхности слоя связанной воды, что зафиксировано в опытах. По релеевскому рассеянию у-квантов, при достижении критического значения влажности резко увеличивается среднеквадратичная амплитуда колебаний неводородных атомов, а также изменяются механические свойства белка [8].
Многие биологические эффекты можно объяснить уникальными физико-химическими свойствами воды.
В области исследования механизмов действия ЭМП зарегистрирована зависимость ряда эффектов от изменения свойств водной фазы [9-12]. Эти факты вместе с данными, полученными при изучении воздействия ЭМП КНЧ и СНЧ диапазонов [13-15], позволяют рассматривать водную среду как одну из универсальных рецепторных систем ЭМП. Значительные изменения в свойствах растворителей при добавлении к ним незначительной порции воды, предварительно об-
работанной ЭМП, а также существенная зависимость проявления эффектов действия ЭМП на водные растворы от концентрации веществ, реагирующих избирательно, указывают на значительное влияние водной среды на магнитобиологические эффекты.
Существует целый класс химических реакций, на скорость которых МП способно заметно влиять. Они связаны со стадией взаимодействия парамагнитных частиц. Эта пара может находиться в разных электронных спиновых состояниях, которые определяют различные реакции системы. Согласно закону сохранения спина, продукт реакции способен образовываться лишь по некоторым каналам (спиновой запрет). Взаимодействие внешнего МП со спинами реагентов может привести к открытию новых или перераспределению старых каналов реакции, которые в случае малого времени жизни пары по сравнению с ее временем спин-ре-шеточной релаксации, способны изменить значения скоростей прямой и обратной реакций. Заметное влияние поля может наблюдаться, в отличие от жидких кристаллов, при напряженности поля от нескольких десятков до тысяч ампер на метр [16].
В теоретических работах [17-20] авторы высказывают предположение, что существуют две возможности преобразования энергии МП в энергию орбитальных степеней свободы частиц, которые и контролируют биохимические процессы. Прямое преобразование допускает классическую аналогию действий на частицу в виде силы Лоренца. Косвенное преобразование связано со спином частиц. Мощность прямого процесса приближается к квантовому пределу в ограниченных участках биофизических систем, достаточно защищенных от внешней среды. В этих местах — ключевых для биохимических реакций — ядерные спины становятся значительным фактором. Существенными для отклика биологической системы деталями конфигурации МП являются: зависимость частоты эффективного МП от величины постоянного поля; временная ориентация однородных переменного и постоянного МП; состояния поляризации переменного ЭМП. Все перечисленные факты характерны для явления спинового магнитного резонанса.
Необратимые химические реакции создают благоприятные условия для биологического усиления слабых сигналов. Многие биофизические молекулярные системы, обеспечивающие адекватное протекание биохимических реакций, имеют как бы защищенные от внешних воздействий участки. На основе этих рассуждений В.Н. Бинги делает заключение, что нет принципиальных запретов, ограничивающих рассмотрение биофизических молекулярных систем как первичных рецепторов МП с участием спиновых степеней свободы [18-20].
Расчеты энергетических уровней сверхтонкой структуры [21] показали, что воздействие геомагнитного поля на примесные атомы, находящиеся в объемах живых клеток, следует рассматривать в зависимости от величины пульсации индукции геомагнитного поля. Наличие спина ядра у примесных атомов приводит к так называемой сверхтонкой структуре зеема-новских энергетических подуровней. Оценка разности
этих подуровней, проведенная в рамках развиваемой модели, дает значение нижней границы пульсаций МП 10 нТ, которые могут оказать воздействие на биологические объекты. Нижняя граница пульсаций геомагнитного поля, регистрируемая в настоящее время, составляет 30 нТ, что делает предложенный механизм воздействия на биологические системы заслуживающим внимания исследователей [22].
В ходе жизнедеятельности клетки обмениваются информацией, вырабатывая при этом электромагнитные сигналы.
Источником ЭМП в широком частотном диапазоне способен быть радиоактивный распад радионуклидов. Один из возможных механизмов возникновения ЭМП при радиоактивном распаде связан с изменением маг -нитных свойств ядер в процессе распада [23].
Возбуждение ядер отдачи при распаде в МП является причиной накачки ядерных зеемановских уровней. Возможен также механизм, связанный с возникновением в результате распада дипольного момента системы зарядов. В [23] описано генерирование ЭМП с помощью радиоактивного источника активностью 10 мКи.
Д. А. Кузнецов в 1979 г. в своей теоретической работе, посвященной особым свойствам водных растворов электролита, утверждал, что в постоянном МП Земли с напряженностью примерно 40 А/м в физиологическом растворе могут существовать поперечные магнитодинамические волны низкой частоты — не более 102 с-1. Поскольку частота циклотронного вращения ионов в водном растворе находится в пределах 10-100 Гц, то при воздействии низкочастотного ЭМП амплитуда магнитодинамических волн должна резко возрастать [24].
Эти выводы получены в результате представления водного раствора электролита как идеальной плазмы, в пренебрежении процессами диссипации энергии за счет вязкости и проводимости раствора. Однако даже в относительно сильных МП циклотронное движение ионов в водном растворе отсутствует, так как вращение ионов вокруг направления МП полностью разрушается за счет столкновения ионов с молекулами воды, следовательно, в водном растворе не может наблюдаться аномалия вблизи циклотронного движения. Кроме того, в водном растворе электролита, находящемся в постоянном МП, невозможно циклотронное движение ионов, поскольку оно осуществимо лишь при условии, что время сохранения импульса иона в среде больше периода циклотронного вращения. Время импульса можно оценить как время релаксации скорости иона при его движении в вязкой среде с коэффициентом трения, вычисленным по формуле Стокса. При этом время импульса — примерно 10-12 — 10-13 с. Период циклотронного движения ионов даже при максимально допустимых в эксперименте напряженностях постоянного МП порядка 106 А/м составляет примерно 10-7 с. Следовательно, в водном растворе электролита вращение ионов в МП должно полностью разрушаться за счет столкновения. Таким образом, описание водного раствора электролита в МП как идеальной плазмы ошибочно. Магнитное поле можно также счи-
тать заданным извне и не изменяющимся в процессе движения жидкости [5].
По мнению некоторых исследователей, традиционные теоретические модели [25, 26] ионно-циклотронного резонанса в слабом МП не могут быть в принципе применимы к анализу резонансных эффектов действия слабого МП на ионную проводимость и химическую реактивность в водных растворах, несмотря на многочисленные экспериментальные подтверждения, так как не содержат подходов к решению «проблемы кТ».
Один из возможных кооперативных механизмов воздействия ЭМП низкой интенсивности на биологические и физико-химические системы — диссипативный резонанс, т. е. явление нарастания колебаний под действием внешних периодических сил за счет образования в системе структуры порядка. Диссипативный резонанс представляет собой частный случай более общего класса процессов самоорганизации в диссипативных структурах, отличительная особенность которого
— квазипериодический характер изменения отдельных параметров системы.
Способность биологических объектов поддерживать постоянство внутриклеточной среды при изменяющихся внешних условиях, а также адекватно реагировать на стимулы, в значительной мере обусловлена функционированием кооперативных систем с пороговым реагированием [27].
Примером пороговой системы может считаться система потенциалзависимых ионных каналов. В подобных системах значение переключающего параметра в устойчивом состоянии близко к пороговому, поэтому малого изменения достаточно, чтобы вызвать переключение системы. В последнее время внимание исследователей привлекает явление стохастического резонанса, заключающееся в том, что в бистабильной или мультистабильной системе, находящейся под воздействием шума и периодического сигнала, отношение сигнала и шума в ответе системы (под ответом понимается переключение из одного состояния в другое) проходит через максимум при увеличении внешнего шума. В случае отсутствия периодического сигнала такие переключения чисто случайны, в то время как при появлении сигнала более или менее с ним коррелируют [28].
Эта коррелированная с сигналом составляющая ответа неразличима при малых и больших интенсивностях шума, но при некотором промежуточном — резонансном — значении интенсивности шума корреляция улучшается. Если рассматривать воздействие на клетку слабого ЭМП в рамках гипотезы стохастического резонанса, то можно предположить, что первичной антенной является бистабильный ионный канал. Периодическое воздействие вызывает синхронное изменение проводимости ионного канала (открытие-закрытие), сопровождающееся изменением конформации соответствующего белка. Такие синхронные перестройки многих белков-каналов могут затем приводить к синергетическому эффекту с созданием сложных структур на мембране.
Г.Ю. Ризиченко была разработана математическая модель системы трансмембранного переноса ионов, в
которой могут возникать концентрационные затухающие колебания [29]. При внешнем воздействии ЭМП с малой амплитудой и частотой, близкой к частоте затухающих колебаний невозмущенной системы, в системе наблюдается резонансный ответ. По оценкам авторов, резонансная частота для системы К+- Н+ -антипорта в бислойной липидной мембране с участием переносчика при концентрации переносчика 10-7 М может составлять 10-4 — 1 Гц [30, 31].
В ряде работ [32, 33] структура воды в клетке и вне ее рассматривается как жидкокристаллическое состояние. С этой точки зрения вода представляет собой совокупность кластеров — доменов, структуры которых относительно устойчивы и равновесие между которыми может изменяться под действием полей. Домены возникают благодаря двум потенциалам: межмолеку-лярного потенциала вода — вода (водородная связь, короткодействующий потенциал) и диполь-дипольного взаимодействия молекул воды (дальнодействующий потенциал). Однако домены — один из уровней структурной организации воды, другой можно представить в виде лент — полос, соединенных между собой прореженными в жидкости и непрореженными во льду водородными связями. Ленты строятся из набора пар молекул воды, расположенных в перпендикулярных плоскостях, чтобы обеспечить образование максимального числа водородных связей. В жидкой воде ленты могут скручиваться, создавая топологические солитоны. Они и обеспечивают часть процессов переноса в биологических системах. Воздействие слабых ЭМП приводит к перестройке жидкокристаллической структуры воды, что вызывает изменения в процессах переноса в биологических системах.
Таким образом, в настоящее время наблюдается существенный прогресс в понимании природы воздействия слабого ЭМП на физико-химические и биологические системы, что позволит в дальнейшем создать перспективные технологии по переработке животного сырья.
1. Классен В.И. Омагничивание водных систем. — М.: Химия, 1982.
2. Пестряев В.А. Управляемое воздействие импульсного электромагнитного поля на центральную нервную систему // Биофизика. — 1994. — 39. — Вып. 3. — С. 515-518.
3. Барнс Ф.С. Влияние электромагнитных полей на скорость химической реакции // Там же. — 1996. — 41. — Вып. 4. -С. 790-797.
4. Поляк Э.А. О реальности влияния гелиогеофизических и химических факторов на структурные особенности жидкой воды // Там же. — 1991. — 36. — Вып. 4. — С. 565-568.
5. Кузнецов А.Н., Ванаг В.К. Механизмы действия магнитных полей на биологические системы // Изв. АН СССР. Сер. био -логическая. — 1983. — № 6. — С. 814-827.
6. Кузнецов А.Н. Биофизика низкочастотных электромаг -нитных воздействий. — М., 1994. — С. 76.
7. Белоусов А.В., Коварский В.А., Мерлин Е.Т., Ястре -бов Б.С. Ферментативная реакция во внешнем электромагнитном поле // Биофизика. — 1993. — 38. — Вып. 4. — С. 619-626.
8. Новикова Т.А., Гайдук В.И. Связь спектров поглоще -ния с вращательным движением молекул жидкой и связанной воды // Там же. — 1996. — 41. — Вып. 3. — С. 565-582.
9. Понамарев О.А., Фесенко Е.Е. Свойства жидкой воды в электрических и магнитных полях // Там же. — 2000. — 45. — Вып. 3.
10. Новиков В.В., Фесенко Е.Е. Гидролиз ряда пептидов и белков в слабых комбинированных постоянном и низкочастотном переменных магнитных полях // Там же. — 2001. — 46. — Вып. 2. -С. 235-241.
11. Рожков С.П. Трехкомпонентная система вода-биополи -мер-ионы как модель молекулярных механизмов осмотического го -меостаза // Там же. — Вып. 1. — С. 53-59.
12. Емец Б.Г. О физическом механизме влияния низкоинтенсивного электромагнитного излучения на биологические объекты // Там же. — 1999. — 44. — Вып. 3. — С. 555-558.
13. Новиков В.В., Кувичкин В.В., Фесенко Е.Е. Влияние слабых комбинированных постоянного и переменного низкочастотного магнитных полей на собственную флуоресценцию ряда белков в водных растворах // Там же. — Вып. 2. — С. 224-230.
14. Новиков В.В., Жадин М.Н. Комбинированное действие слабых постоянного и переменного низкочастотного магнитных полей на ионные токи в водных растворах аминокислот // Там же. -1994. — 39. — Вып. 1. — С. 45^9.
15. Новиков В.В., Лисицин А.С. Конденсация аминокислот в водных растворах при действии слабых электромагнитных по -лей // Там же. — 1996. — 41. — Вып. 6. — С. 1163-1167.
16. Фесенко Е.Е., Новиков В.В., Швецов Ю.П. Молекулярные механизмы биологического действия слабых магнитных по -лей. III. Регуляция межмолекулярных взаимодействий в водном рас -творе ДНК, ДНК-азы 1 и белка-ингибитора ДНК-азы 1 под влиянием комбинированного действия слабых постоянного и низкочастотного переменного магнитных полей, настроенных на циклотронный резо -нанс ионов полярных аминокислот // Там же. — 1997. — 42. — Вып. 3. -С. 742-745.
17. Бородин П.М. Ядерный магнитный резонанс в магнитном поле. — Л.: ЛГУ, 1967.
18. Бинги В.Н. Механизм магниточувствительного связывания ионов некоторыми белками // Биофизика. — 1997. — 42. -Вып. 2. — С. 338.
19. Бинги В.Н. Интерференция квантовых состояний ио -нов, связанных с белками в слабых магнитных полях // Там же. -Вып. 6. — С. 1186-1191.
20. Бинги В.Н. Вращение биологических систем в магнитном поле: расщепление спектров некоторых магнитобиологических эффектов // Там же. — 2000. — 45. — Вып. 4. — С. 757-759.
21. Зинченко С.Ю., Данилов В.И. О чувствительности биологических объектов к воздействию геомагнитного поля // Там же. — 1992. — 37. — Вып. 4. — С. 636-641.
22. Электромагнитные поля в в биосфере. Электромагнитные поля в атмосфере Земли и их биологическое значение. Т. 1. — М.: Наука, 1984. — С. 375.
23. Марков Г.П., Станко В.И. Радиактивный распад, как источник низкочастотного электромагнитного поля // Биофизика. -1992. — 37. — Вып. 5. — С. 999-1001.
24. Лившиц В.А., Рубинштейн А.И., Кузнецов А.Н. О невозможности возбуждения плазмоподобных магнитодинамических волн в физиологическом водном растворе // Там же. — 1983. — 28. -№ 3. — С. 524.
25. Узденский А .Б. О биологическом действии КНЧ и СНЧ магнитных полей: резонансные механизмы и их реализация в клетках // Там же. — 2000. — 45. — Вып. 5. — С. 888-893.
26. Новиков В.В. Электромагнитная биоинженерия // Биофизика. — 1998. — 43. — Вып. 4. — С. 588-593.
27. Макеев В.М. Стохастический резонанс и его возможная роль в живой природе // Там же. — 1993. — 38. — Вып. 1. -С. 194-200.
28. Дмитриевский И.Л. Космофизические корреляции в живой и неживой природе, как проявление слабых возмущений // Там же. — 1992. — 37. — Вып. 4. — С. 674-679.
29. Модель отклика мембранной транспортной системы на переменное электрическое поле / Г.Ю. Ризиченко, Т.Ю. Плюсина, Т.Н. Воробьева и др. // Там же. — 1993. — 38. — Вып. 4. — С. 667-671.
30. Ризиченко Г.Ю., Плюсина Т.Ю., Аксенов С.И., Чер -няков Г.М. Влияние слабого электрического воздействия на тригерную систему трансмембранного ионного переноса // Там же. — 1994.
— 39. — Вып. 2. — С. 345-350.
31. Ризиченко Г.Ю., Плюсина Т.Ю. Нелинейная организация субклеточных систем — условие отклика на слабые электромаг -нитные воздействия // Там же. — 1996. — 41. — Вып. 2. — С. 428^32.
32. Агулова Л.П. Исследование действия слабого магнит -ного поля сверхнизкой частоты на автоколебательную химическую
реакцию. Живые системы в электромагнитных полях. Вып. 2. -Томск, 1979. — С. 116.
33. Аристахов В .М., Цыбышев В.П., Пирузян Л .А. Физи -ко-химические основы первичных механизмов биологического дей -ствия магнитного поля. Реакции биологических систем на магнит -ные поля. — М.: Наука, 1978. — С. 6.
Кафедра радиофизики и радиоэкологии Кафедра технологии мясных и рыбных продуктов
Поступила 07.02.07 г.
ПЕРЕРАБОТКА МАЛОЦЕННОЙ РЫБЫ ФЕРМЕНТАТИВНЫМИ МЕТОДАМИ
С.В. БЕЛОУСОВА, А.А. ЗАПОРОЖСКИЙ
Кубанский государственный технологический университет
В условиях белкового дефицита в рационе питания большинства жителей России актуальным является рациональное использование дополнительных источников белка — маломерной рыбы, прилова и отходов от разделки рыбы крупных пород
Практически безальтернативный способ переработки такого сырья — расщепление белковой молекулы в пептиды и аминокислоты методом ферментативного гидролиза, основоположником которого считается проф. А.П. Черногорцев, исследовавший возможности использования малоценной рыбы Волго-Каспийского бассейна.
Цель настоящего исследования — переработка малоценной и маломерной рыбы (прилова), а также отходов от разделки крупной рыбы ферментативными методами.
В качестве объектов исследования использовали маломерные и малоценные породы рыб; отходы от разделки карпа, форели, сига; активированный лактатом натрия ферментный субстрат из внутренностей карпа, форели, сига; ферментный препарат мегатерин Г 10х, получаемый методом глубинного культивирования Bacillus megaterium, с активностью 300 ед./г белка в интервале рН 6,8-7,2 при 35-45°С.
Характеристика автопротеолиза представлена на рисунке (кривые: 1 — водорастворимый азот кильки; 2 и 3 — небелковый азот молок и кильки; 4 и 5 — азот концевых аминогрупп молок и кильки; 6 и 7 — тирозин кильки и молок соответственно).
Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Некондиционную рыбу измельчали на волчке с диаметром отверстий d 2-3 мм, смешивали с
Продолжительность гидролиза, ч
водой в соотношении 1 : 2, смесь прогревали до 40° С, обавляли фермент и вели гидролиз в течение 12 ч. Коллагеназу вносили в пределах 0,5-2,0 ед. на 1 г белка-субстрата.
Контроль за степенью гидролиза осуществляли косвенным методом — по изменению электропроводности гидролизата. Установлена прямая связь между количеством аминокислот в растворе и электропроводностью.
Отличие новой технологии от существующих -способ отделения образовавшихся в субстрате аминокислот от более крупных белковых молекул с помощью металлокерамического фильтра.
Аминокислотный гидролизат обрабатывали диоксидом углерода и высушивали в вакуумных ИК-су-шилках. Проведено определение качества продуктов функционального назначения, биохимического, аминокислотного, жирнокислотного, витаминного, минерального составов; разработаны новые виды продуктов функционального питания, сбалансированных по биохимическому составу и способы переработки сырья растительного и животного происхождения.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
На кафедре технологии мясных и рыбных продуктов КубГТУ разработаны новые способы производства консервов из рыбы для различных возрастных категорий. Так, консервы Карп фаршированный предназначены для питания детей школьного возраста. Благодаря тому, что в состав данных консервов включены овощи и различные комплексы витаминов, консервы могут быть использованы и в качестве лечебно-профилактического питания. Рецептура разработанных рыбоовощных консервов представлена в таблице.
Одна из актуальных проблем в перерабатывающей промышленности — производство высококачественной, полноценной продукции с поликомпонентным составом. Оптимальное соотношение сырья животного и растительного происхождения способствует лучшему усвоению белков животного происхождения, наряду с этим происходит обогащение новых видов продуктов питания ценными биологически активными веществами. Авторским коллективом разработан способ получения коптильного препарата — пряно-коптильных СО2-экстрактов, заменяющих коптильный дым и обладающих антиоксидантными и бактерицидными свойствами. Принцип бездымного копчения заключается в
Где используются низкочастотные электромагнитные волны
3.5.6.1. Применение электромагнитных волн в технике и быту
Рейтинг: 0
Применение электромагнитных волн в технике и быту
Провод, по которому течет переменный ток, излучает радиоволны в случае, если он не замкнут и ток изменяется во времени. Если взять колебательный контур и разомкнуть его, то получим излучатель электромагнитных колебаний. Излучатель такого типа был использован в опытах Герца. Такая излучающая система называется антенной.
Для радиосвязи пригодны только высокочастотные токи, так как низкочастотные токи слабо излучают. Излучаемая мощность растет пропорционально четвертой степени частоты.
Радиосвязь основана на том, что волна, излучаемая сильными высокочастотными токами в антенне, настроенной в резонанс с генератором, улавливается другой антенной — антенной приемника, также настроенной в резонанс с передающей антенной. В этом простейшем варианте передаваться и приниматься могут только высокочастотные сигналы и информация, основанная на наличии и отсутствии сигнала или его длительности. Для передачи речи. Музыки необходимы низкочастотные сигналы в диапазоне от 50 до 10 4 Гц. Непосредственная передача таких сигналов невозможна из-за малой излучаемой мощности на этих частотах и колоссальных размеров антенн. Эти проблемы снимаются, если для передачи использовать высокочастотные волны, измененные низкочастотным сигналом. Такое изменение называется модуляцией. Модулировать можно амплитуду и фазу колебаний.
В телевидении видеосигнал также представляет собой высокочастотные колебания, модулированные по амплитуде. Поэтому телевизионный приемник похож на радиоприемник, с той лишь разнице, что видеосигнал используется для управления интенсивностью электронного пучка, который падает на экран телевизионной трубки.
Аналогичным образом устроены различные навигационные устройства, сотовые телефоны и другие приборы.
Электромагнитные поля и влияние их на организм человека
Электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.
ЭМП состоит из двух составляющих: электрического поля, которое создается электрическими зарядами заряженными частицами в пространстве и магнитного поля, которое создается при движении электрических зарядов по проводнику.
Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля (Е, В/м), магнитное поле – напряженностью магнитного поля (Н, А/м). Физической причиной существования ЭМП является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а магнитное поле – вихревое электрическое поле. Непрерывно изменяясь, обе компоненты поддерживают существование электромагнитного поля. ЭМП характеризуется длиной волны (м) и частотой (Гц).
Электромагнитные волны как правило классифицируются по частотам и длине волны. По частотному и волновому диапазону электромагнитные волны подразделяются: на крайне низкие, КНЧ (3-30Гц) – декамегаметровые (100-10Мм); сверхнизкие, СНЧ (30-300Гц) – мегаметровые (10-1Мм); инфранизкие, ИНЧ (0,3-3Кгц) – гектокилометровые (1000-100км); очень низкие, ОНЧ (3-30Кгц) – мириаметровые (100-10км); низкие частоты, НЧ (30-300Кгц) – километровые (10-1км); средние, СЧ (0,3-3МГц) – гектометровые (1-0,1км); высокие, ВЧ (3-30МГц) – декаметровые (100-10м); очень высокие, ОВЧ (30-300МГц) – метровые (10-1м); ультравысокие, УВЧ (0,3-3ГГц) – дециметровые (1-0,1м); сверхвысокие, СВЧ (3-30ГГц) – сантиметровые (10-1см); крайне высокие, КВЧ (30-300ГГц) – миллиметровые (10-1мм); гипервысокие, ГВЧ (300-3000ГГц) – децимиллиметровые (1-0,1мм).
Электромагнитные поля радиочастот обладают рядом свойств (способностью нагревать материалы, распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред, взаимодействовать с веществом), благодаря которым ЭМП широко используется в различных отраслях народного хозяйства: промышленности, науке, технике, медицине. Электромагнитные волны диапазона низких, средних, высоких и очень высоких частот применяется для термообработки металлов, полупроводниковых материалов и диэлектриков (поверхностный нагрев металла, закалка и отпуск, напайка твердых сплавов, пайка, плавка металлов и полупроводников, сушка древесины и др.).
ЭМП диапазона ВЧ и ОВЧ часто применяются в радиосвязи, телевидении, медицине, для нагрева диэлектриков в высокочастотном электрическом поле (сварка полимерной пленки, полимеризации клея при склейке деревянных изделий, нагрев пластмасс и пресспорошков и др.).
Электромагнитные волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ используются в радиолокации, радионавигации, для релейной связи, геодезии, дефектоскопии,
физиотерапии. ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработке, стерилизации, пастеризации, вторичного нагрева пищевых продуктов и т.д.
В физиотерапии ЭМП используют как один из терапевтических факторов в комплексном лечении многих заболеваний ( ВЧ-установки для диатермии и индуктотермии, специальные аппараты УВЧ-терапии, СВЧ-аппараты для микроволновой терапии).
Источниками электромагнитного излучения в промышленных условиях являются неэкранированные рабочие элементы высокочастотных установок (индукторы, высокочастотные трансформаторы, батареи конденсаторов, катушки колебательных контуров. При эксплуатации ВЧ-, ДВЧ-, УВЧ-приемников на радио- и телецентрах -высокочастотные генераторы, антенные коммутаторы, коммуникации к антенному устройству, антенны. В физиотерапии источниками ЭМП при работе высокочастотных аппаратов являются электроды и СВЧ-излучатели, а в процессе эксплуатации СВЧ-печей утечки энергии могут возникать в результате нарушения экрана рабочей камеры.
В обычных условиях в качестве основных источников электромагнитного поля можно выделить: линии электропередач (ЛЭП), бытовые электроприборы, персональные компьютеры, теле-радиопередающие станции, спутниковая и сотовая связь (приборы, ретрансляторы), электротранспорт, радарные установки и др.
Таким образом, в повседневной жизни человек постоянно подвергается воздействию электромагнитных полей, которые частично или полностью поглощаются тканями биологического объекта и биологическое воздействие зависит от физических параметров ЭМП: длины волны, частоты колебаний, интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермиттирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани.
Поглощенная энергия ЭМП приводит колебаниям молекул воды и ионов, содержащихся в тканях, которые в свою очередь приводят к преобразованию поглощенной электромагнитной энергии в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения, пороговые интенсивности теплового действия ЭМП на организм животных составляют: для диапазона средних частот 8000В/м, высоких – 2250В/м, очень высоких – 150В/м, дециметровых – 40В/м, сантиметровых – 10В/м, миллиметровых – 7мВт/см2. ЭМП ниже указанных величин не оказывает тепловое действие на организм, а определяется своеобразное специфическое действие, выражающееся в явлении возбуждения в блуждающем нерве.
При действии ЭМП, особенно радиоволн, первоначальные проявления возникают в тканях, отдельных органах, в связи непосредственным воздействием на них ЭМП энергии, далее изменения функционального состояния центральной нервной системы с нарушением нейрогуморальной регуляции, рефлекторные изменения со стороны ряда органов и систем, в т.ч. сердечно-сосудистой.
В клинической картине, в зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия ЭМП радиоволн выделяют острые и хронические формы поражения организма.
Острое поражение, как правило, возникает только при авариях или грубом нарушении техники безопасности, когда работающий оказывается в мощном ЭМП.
При этом наблюдается повышение температуры тела (39-40 0 С), появляется одышка, ощущение ломоты в руках и ногах, мышечная слабость, головные боли, сердцебиение, повышение давления.
При хроническом воздействии ведущее место занимают функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Изменения нервной системы характеризуются проявлением астенических, невротических и вегетативных реакций. При этом больные предъявляют жалобы на общую слабость, быструю утомляемость, снижение работоспособности, расстройства сна, раздражительность, головную боль неопределенной локализации. Некоторых беспокоит боли в области сердца, иногда сжимающего характера с иррадиацией в левую руку и лопатку, одышка.
На фоне функциональных расстройств центральной нервной системы, развиваются нарушения сердечно-сосудистой системы. Как правило, у таких больных отмечаются снижение пульса и артериального давления, которые отличаются неустойчивостью и нередко обнаруживается асимметрия показателей артериального давления. При объективном исследовании выявляется увеличение границ сердца, приглушение тонов, нередко выслушивается систолический шум на верхушке сердца.
Эндокринно-обменные нарушения проявляются также на фоне функциональных расстройств центральной нервной системы. Нередко отмечаются сдвиги в функциональном состоянии щитовидной железы, в сторону повышении активности, при выраженных формах патологии нарушается деятельность половых желез. Могут проявляться нарушения со стороны желудочно-кишечного тракта, печени.
Воздействие ЭМП радиоволн сопровождается изменениями показателей периферической крови, причем нередко отмечаются фазовые изменения количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина (чаще лейкоцитоз, повышение эритроцитов и гемоглобина). Есть данные о повышении содержания холестерина и снижении количества хлоридов, о нарушении минерального обмена.
СВЧ-излучения мобильных телефонов воздействуют на головной мозг, зоны вестибулярного слухового анализатора, сетчатку глаза, увеличивает температуру кожи головы в зоне расположения антенны и температуру барабанной перепонки. Экспериментальные исследования на различных видах сотовых телефонов выявили повышение температуры кожи головы от 1,7 до 4,5 0 С.
ЭМП промышленной частоты (50Гц), источники которых широко распространены не только в различных отраслях промышленности, но и в быту, также влияют на здоровье человека. Неоднократные исследования показывают, что существует связь между возникновением болезни Альцгеймера (слабоумие), опухоли головного мозга, рака крови (особенно лейкемии у детей), различной степени неврологических нарушений и воздействием ЭМП (50Гц).
Микроволны при особо неблагоприятных условиях труда оказывают повреждающее действие на глаза, вызывая помутнение хрусталика – СВЧ-катаракту. Катаракта может развиться или в результате однократного мощного облучения глаза или при длительном систематическом воздействии микроволновой энергии порядка сотен милливатт на 1см 2 .
Защитные мероприятия при работе с источниками ЭМП.
Организационные мероприятия: как при проектировании, так и на действующих объектах должны быть предусмотрены меры по предотвращению попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения.
Инженерно-технические мероприятия: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом; защита рабочего места от облучения отражающими экранами (сплошные металлические или металлические сетки), поглощающими (из радиопоглощающих материалов) или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения. Использование средств индивидуальной защиты в виде спецодежды, выполненной из металлизированной ткани, и защитных очков.
Лечебно-профилактические мероприятия: одним из важных мероприятий по профилактике заболеваний от воздействия ЭМП является организация и проведение предварительных и периодических медицинских осмотров работников в соответствии с приказом Минздрава России от 12.04 2011г. № 302н.
Врач по гигиене труда
ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии
в Чувашской Республике-Чувашии» В.А.Алексеев
Где используются низкочастотные электромагнитные волны
Составной частью процессов в околоземном космическом пространстве является возбуждение электромагнитных излучений в результате их взаимодействия с частицами плазмы. Хотя энергия волн значительно ниже энергии среды, однако их роль в динамике ионосферно-магнитосферных процессов трудно переоценить. Эффективное взаимодействие волн с частицами, имеющее, как правило, резонансный характер,приводит к изменению у частиц моментов движения и энергетических характеристик. Во многих случаях волны служат агентом передачи импульса и энергии между различными сортами частиц магнитосферной плазмы. Масштабы и характер взаимодействия волн с плазмой зависят от типа волн и их частоты. Лаборатория РИМ проводит исследования низкочастотных излучений, занимающих промежуточное положение между магнитогидродинамическими волнами и высокочастотными плазменными колебаниями. Большое разнообразие низкочастотных волн породило и различные их классификации [1-4]. Излучения различают по типу (электромагнитные и плазменные), по форме динамического спектра, по характеру звучания в звуковоспроизводящих устройствах, по месту регистрации (структуры магнитосферы и широты — на поверхности Земли) и т. п. По частоте естественное низкочастотное радиоизлучение принято делить на несколько поддиапазонов. В соответствии с рекомендациями международного радиофизического комитета (МККР) введено три поддиапазона : ULF, ELF, VLF. Но в российской транскрипции в исследованиях, связанных с возбуждением низкочастотных излучений в геофизических процессах в ионосфере и магнитосфере, под КНЧ-излучениями (ULF) обычно понимают излучения в диапазоне 0,3 — 3,0 кГц. Это деление в представлено в Табл.:
В ИКФИА основные наблюдения проводятся в поддиапазонах КНЧ и ОНЧ. Следует также отметить, что термин «ОНЧ-излучения» часто используется как обобщающий для всего диапазона 0,3 — 30,0 кГц.
Источники ОНЧ-излучений.
Низкочастотные радиоизлучения наиболее широко представлены в магнитосферно-ионосферных процессах. Однако их источники имеют более широкое распространение — излучения регистрируются практически во всех средах. Хорошо известен еще со времен первых опытов по передаче электромагнитных сигналов на расстояние основной приземный источник ОНЧ-радиошумов — электромагнитное излучение грозовых разрядов [5-7]. Высокая частота следования разрядов (до 100 разрядов в секунду по всему земному шару) и относительно слабое затухание их электромагнитного излучения атмосфериков, при распространении приводят к существованию непрерывного ОНЧ-фона импульсного и шумового характера. Отдельный грозовой разряд сопровождается излучением в широком диапазоне частот, но основная энергия сосредоточена а ОНЧ-диапазоне с максимумом на 7-12 кГц. Радиоизлучения грозовых разрядов являются основной помехой радиотехническим системам навигации и служб точного времени и частоты в СДВ диапазоне. Это импульсное излучение легко проникает в магнитосферу Земли и, испытав дисперсию при распространении вдоль силовых линий магнитного поля, превращается в так называемый свистящий атмосферик или, сокращенно, свист. Такое название соответствует звучанию сигнала при его прослушивании через звуковоспроизводящее устройство. Здесь следует отметить, что так как ОНЧ-диапазон электромагнитного излучения соответствует звуковому, то первые исследования ОНЧ-излучений проводились основываясь по их звучанию. Большинство определений типов ОНЧ-излучений отражает, также как и для свиста, характер их звучания. Наиболее живописные звуковые портреты имеют ОНЧ-сигналы магнитосферного происхождения. Рождающиеся в результате взаимодействия с энергичными частицами магнитосферной плазмы ОНЧ-излучения могут иметь шумовой или дискретный характер. В первом случае ОНЧ- излучения определяют как «шипения». Более разнообразен второй, дискретный, тип ОНЧ-излучений: растущие, падающие и колеблющие тона, «крюки» и др. Яркое впечатление производят дискретные сигналы растущей частоты, которые могут накладываться друг на друга. На слух такие сигналы напоминают щебетание птиц, за что они получили название «chorus» («хоры»). Динамическая спектрограмма (ось абцисс — время в секундах, ось ординат — частота в Гц) хоров, наблюдавшихся выше по частоте, чем шипения, приведена на рис.1.
Другие примеры магнитосферных ОНЧ-излучений представлены на рис.2-5:
Основным источником ОНЧ-излучений в магнитосфере являются процессы их взаимодействия с энергичными частицами на черенковском и циклотронном резонансах. При этом больших амплитуд, соответствующих квазилинейному или даже нелинейному режиму, ОНЧ-излучения достигают благодаря когерентному характеру их возбуждения. По этой причине оказывается возможным использовать термин «альфвеновский мазер» [8]. В то же время существует представление, что часть ОНЧ-шумов, регистрируемых на спутниках в плазмосфере, является не чем иным, как захваченным радиоизлучением грозовых разрядов. Свойства неканализированного распространения атмосфериков в замагниченной магнитосферной плазме (когда волновая нормаль излучения может отклоняться на большие углы относительно силовых линий магнитного поля) таковы, что свисты могут иметь траектории, не выходящие к поверхности земли (будут захвачены в магнитосфере). В последние годы получен ряд указаний также на возможность подземных источников ОНЧ-излучений, обусловленных сейсмическими процессами [9]. В части случаев готовящихся землетрясений на спутниках и поверхности земли регистрируется усиление интенсивности ОНЧ-шумов и частоты следования импульсных сигналов. Широкая распространенность ОНЧ-излучений, возможность регистрации большинства их типов на больших расстояниях от источников привлекают к себе внимание с точки зрения использования наблюдений ОНЧ-шумов в целях диагностики окружающей среды. Исследования ОНЧ-излучений в ИКФИА проводятся по многим направлениям, но в соответствии с тематикой института большее внимание уделяется магнитосферным источникам.
1. Распопов О.М., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Часть 3. ОНЧ излучения. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1977. 144 с. 2. Сажин С.С. Естественные радиоизлучения в магнитосфере Земли. М.: Наука. 1982.157 с. 3. Лихтер Я.И. Волновые явления в магнитосферах Земли и планет// Итоги науки и техники. Геомагнетизм и высокие слои атмосферы. 1984. Т. 7. С. 5-113. 4. Хелливелл Р.А. Волны низкой частоты в магнитосфере. В кн.: Физика магнитосферы. М.: Мир. 1972. С. 345-373. 5. Флуктуации электpомагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ. Под ред. М.С. Александpова. М. Наука. 1972. 195 с. 6. Ремизов Л.Т. Естественные радиопомехи. М.: Наука. 1985. 200 с. 7. Безродных В.Г., Блиох П.В., Шубова Р.С., Ямпольский Ю.М. Флуктуации сверхдлинных радиоволн в волноводе Земля-ионосфера. М.: Наука. 1984. 144с. 8. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Альфвеновские мазеры. Горький: ИПФ АН СССР. 1986. 190 с. 9. Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Похотелов О.А. Сейсмоэлектромагнитные явления. М.: Наука. 1988. 174 с.
Контакты
- Адрес: пр. Ленина 31
- Город: Якутск, 677027
- Эл. почта: ikfia@ysn.ru
- Тел.: +7 (4112) 390-400
- Факс: +7 (4112) 390-450
- Охрана тел.: +7 (4112) 390-489
- Охрана тел.: +7 (4112) 335-176