СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации    Электрофизика БИОЭЛЕКТРОФИЗИКА СУБКЛЕТОЧНОЙ ВИТАЛИЗАЦИИ

БИОЭЛЕКТРОФИЗИКА СУБКЛЕТОЧНОЙ ВИТАЛИЗАЦИИ

© Олег Орестович Фейгин

Контакт с автором: tor@3s.kharkov.ua

Проблема идентификации электрофизической инициации клеточного метаболизма, является одной из наиболее дискуссионных тем в современной биологии. В традиционной молекулярной биофизике, неясен вид активационных процессов, запускающих механизмы обмена веществ и воспроизведения на трансклеточном абиотическом уровне. Сложность полимолекулярной витализации определяется условиями сверхточного стереометрического синтеза с последующей самоорганизацией и стабилизацией редубликантов. Первичным метастабильным комплексам необходимо противостоять естественному внутримолекулярному распаду путем эволюционной генерации все более сложных и стабильных структур. Физикохимия образования подобных кристаллообразных соединений зависит от свободной конфигурационной энергии и атомарно-молекулярной топологии электромагнитных полей при биофизикохимическом катализе субмолекулярных конгломератов [4]. Это позволяет сформулировать бионические принципы электрофизической витализации на основе мультибиоконтурной модели биорезистивной среды [6, 7].

Структурирование мультибиоконтурных биофизических моделей основывается на двух основополагающих принципах электромагнетизма – электромагнитной индукции и полевой суперпозиции. Макромолекулы в молекулярной физике коллоидных растворов рассматриваются, как статистические ансамбли, подчиняющиеся электрофизике малых систем. Подобный бионический подход позволяет интерпретировать трансмолекулярную самоорганизацию как суперпозиционную индукцию множества субмикроскопических биоэлектроконтуров /БЭК/. Функциональные закономерности таких процессов определяться следующими соотношениями [6]:

V(E)C ~ S I(i); I(C) ~ k d2E/dx2; V(E) ~ 1/C[ k d2E/dx2 + S I(i) ]; V(E) ~ k d2E/dx2 + F(E); dI/dt ~ΔQ / (LC), (1)

где V(E) – скорость изменения локальных электромагнитных полей; С – распределенная емкость; I(i) , i = 1,2,3,…,nгетерогенные биоэлектротоки; k – нормировочный коэффициент; F(E)обобщенный функционал для суперпозиционных электромагнитных флуктуаций; ΔQ – индуцированный электрозаряд. Уравнения (1) соответствуют электрофизической модели индуктивно-емкостных цепочек /ИЕЦ/, составляющих аналоговые элементы мультиконтурной структуры биоактивной среды. Суперпозиционное воздействие гомогенных электромагнитных полей окружающей протоплазмы определяет скорость изменения электрического биотока. Стекание носителей заряда с биоэлектроемкостей ИЕЦ происходит на фоне сравнительно медленного изменения частот индуктированных биоэлектрических импульсов. Для быстрых и сверхбыстрых электромагнитных ревербераций в БЭК, вследствие мощных атмосферных разрядов можно считать, что [6]

| d2I/dt2 | ~ D(dQ/dt) / (LC), | d2I/dt2 | ~ w2 DI, I(t) ~ sin (cos) [w t]. (2)

Совместный анализ формул (2) показывает, что внешнее воздействие при его спорадическом характере индуцирует квазигармонические импульсы в ИЕЦ. Это подтверждает корреляционную роль биологических ритмов в биообратных связях. Активная органическая среда самопроизвольного возникновения жизни может служить гомогенным источником определенных гармоник автоволновых колебаний, изменяющих гомеостазную ритмику БЭК и приводящих к биологическим мутациям на молекулярном уровне. Новые макромолекулы с различной степенью полимеризации попадают во внутреннее суперпозиционное поле мономерных БЭК и меняют свои конформации. Возникающие макромолекулы адекватны одномерным апериодическим кристаллам и являются носителями определенной редубликационной информации. Такая эволюционная динамика биогенных коллоидных комплексов связана с генерацией волновых пакетов спорадических автомодельных импульсов. Их частотно-фазовая корреляция есть следствие комплексного воздействия натурных электромагнитных факторов [1, 2].

Для упрощения мультибиоконтурной модели перейдем к асимптотическим представлениям о биоритмах в последовательно связанных между собой произвольных ИЕЦ:

d2I/dt2 ~ [ΔI(i) - ΔI(i+1)] / (LC). (3)

Такое описание структуры БЭК основывается на построении вариабельных систем дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа. Сопоставим типичным БЭК с гетерополярной возбудимостью и импульсной проводимостью структурную схему электрофизических ИЕЦ с сосредоточенными параметрами. Для подобных биофизических структур переход из пассивного состояния в режим возбуждения будет происходить аналогично прохождению серии импульсов по квазитрансфильтрационной электрофизической ИЕЦ с дисперсионным равенством [7]:

G ~ sin(0,5aw) / Ö (LC); V ~ j / Ö (LC). (4)

Из уравнения (4) следует, что в наиболее вероятном частотном диапазоне натурного воздействия фазовый множитель стремится к нулю, переводя значение тригонометрической функции к её аргументу. Вцелом дисперсионно-фазовые уравнения (4) описывают гетерогенную генерацию частотно-фазовых флуктуаций плотности БЭК – импульсов, допуская возникновение дуальных волновых пакетов. С другой стороны, метастабильное состояние первичных синтетических органических веществ характеризует процессы релаксации псевдогомогенной ритмики биений. Биофизические механизмы индукционного изменения ритма пульсации БЭК представляют собой интегральный итог иерархической конкуренции гетерогенных экстериорных и гомогенных интериорных факторов и компенсационно-резонансными процессами, протекающими в протобиогенном катализе [3].

Первичная атмосфера Земли включала высокоэнергетические электромагнитные потенциалы геоэлектромагнитного поля, жесткий ультрафиолет и мощные грозовые разряды. Динамика подобного воздействия описывается БЭК с плоскопараллельными поликонтурными ИЕЦ. Для исключения сложных краевых эффектов синергетического характера будем считать, что ширина таких БЭК много больше межпластинной эквидистанции. Соответственно, электрофизические параметры плоскопараллельных БЭК будут составлять [7]:

LC ~ S dФ/dt / dI/dt RC. (5)

Функциональная зависимость (5) показывает, что изменение суперпозиционного потока электромагнитной индукции в биполярных плоскопараллельных БЭК связано с реверберационной генерацией. Возникновение эвольвентных ревербераций означает, что биоактивная среда не успевает релаксировать после прохождения электроимпульса. Последующие возбуждения претерпевают разрыв волнового фронта, переходя в циркуляционные реверберации. На микроуровне циркуляция биотоков в БЭК определятся суперпозицией биоклеточных электромагнитных полей. На субклеточном уровне их следует рассматривать как объемные резонаторы, комплементарные подсистеме микро-БЭК. Аналогично, многослойные клеточные цитоплазматические мембраны могут быть представимы в виде распределенных биоемкостей, а митохондрии - сосредоточенных биоиндуктивностей. Индукционная резонансная реверберация субклеточных БЭК инвертирует зарядное состояние цитоплазматических полимембран, варьируя их ионную проницаемость. Тем самым, лимитируется течение биохимических процессов субклеточной жизнедеятельности из-за изменения фазовой скорости биоимпульсов, межмембранной емкости и внутриядерной индуктивности:

V = pd Ö [j(e) LC], (6)

где d - усредненный диаметр клеточных структур; j(e) - магнитно-диэлектрическая проницаемость цитоплазматической среды клеточных тканей.

Формула (6) соответствует бегущим импульсам в БЭК и справедлива для электромагнитных волн любого типа. В пространстве между цитоплазматической и ядерной мембранами сосредотачивается электрическое поле, определяемое напряжением на клеточных и ядерных оболочках и магнитное поле, связанное с текущими вдоль них биотоками. Такие поля распространяются вдоль БЭК со скоростью импульсов тока и напряжения, так что дисперсионное соотношение (6) будет определяться свойствами физиологической среды и её полевой структурой. Выражение (6) показывает, что при увеличении межмембранной емкости и внутриядерной индуктивности фазовая скорость импульсов уменьшается и возрастает инертность колебательных процессов. Электрическое поле на межмембранной эквидистанции индуцирует интегральный заряд на мембране – q. Это создает составляющую компоненту E(q,t) в суперпозиции с поляризационно-индуцированным дипольным моментом q r(t) r. Тогда внутреннее суперпозиционное электрополе субклеточного БЭК будет равно [7]

E(t) = E(q,t) - 4p q r(t) r. (7)

В данном случае БЭЕ определяется, как C = q / (Dj), где Dj - межмембранная разность потенциалов, следовательно, уменьшение напряженности суперпозиционного электрополя E(t) вследствие дипольной поляризации будет увеличивать значение C. Это позволяет записать для электромагнитного показателя преломления клеточной цитоплазмы [7]

n = [E(t) + 4p q r(t) r] / E(t). (8)

Формула (8) наглядно иллюстрирует зависимость показателя преломления физиологической среды БЭК от частоты суперпозиционных полей. Регуляция процессов клеточного метаболизма осуществляется как под внешним воздействием, так и за счет индуцируемых гомогенных электромагнитных полей.

Энергетические соотношения для системы рассматриваемых БЭК определяются суммарным балансом экстериорных и интериорных потоков электромагнитной энергии в границах выделенных объемов термокинетического эквилибриума. Тогда комплексные параметры БЭК представимы в виде

C = aL / (4pd), L = 4dl / (ac2); P(t) = caU2 / (4pd); W(t) = 0,25c E2(t) / p, (9)

где a, l и d - линейные параметры БЭК, U - эффективное напряжение; W(t) - интенсивность излучения. Выделяемая на БЭЕ и БЭИ мощность, определяться интенсивностью излучения БЭК электромагнитных волн. Следовательно, основу динамических моделей генерации биоимпульсов будет составлять гетерогенное индуцирование волновых пакетов на фронтально – ортогональных поверхностях БЭК. Спектральная интенсивность такого излучения может служить в самом общем смысле граничным критерием жизни клеточной ткани.

Более полное описание процесса распространения волновых импульсов в макромолекулярных БЭК должно учитывать добавочные гетерогенные токи между соседними БЭК. Межконтурные токи относительно гомогенного продольного тока являются дивергенцией, с учетом этого для описания биоимпульсов в макро-БЭК получаем [7]:

SIi = C dE/dt - D d2E/dx2; SIi = D ΔE + f(E) – R; j(E, R) = dR/dt, (10)

где D - нормировочный коэффициент. В правой части формулы (10) содержится сумма компонент биотоковых импульсов, включающих индуцированные и самоиндуцированные токи. Исследование систем сильно нелинейных уравнений (10) в частных производных возможно классическими методами математической физики и математического анализа систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Получаемые решения должны учитывать трехмерность автоволновых объектов и их характеристические размеры, соизмеримы с длиной индуцированных волновых колебаний. Типичными объемными неоднородностями биорезистивной среды являются трехмерные цилиндрические и тороидальные вихревые кольца.

Следует учитывать синергетический характер физико-химических процессов, определяющих колебания БЭК на общем фоне парациркоидальных ритмов. Подобные задачи наиболее успешно решаются в термодинамике необратимых процессов, где векторные элементы эквивалентны выделенным внешним факторам физиологического воздействия.

В заключение необходимо отметить сравнительную сложность расширения интерпретации рассматриваемой тематики. Это, в первую очередь, связано с исключительными трудностями развития математико --биофизических модельных представлений о функционировании макроаддитивных систем интегральных БЭК с биообратными связями. Вполне вероятно, что дальнейшее развитие затронутых вопросов потребует привлечения нетрадиционных для теоретической биологии методов исследования синергетических явлений в БЭК, например, с помощью упоминавшегося универсального аппарата термодинамики необратимых процессов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Балкарей Ю.И. и др. Автоволновые среды.- М.: Знание, 1985.- 58 с.

2. Бюннинг Э. Ритмы физиологических процессов. М.: ИЛ, 1961. – 385 с.

3. Кринский В.И. Фибрилляция в возбудимых средах. // Проблемы кибернетики. – 1968, №2.– С. 115-118.

4. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. – М.: Мир, 1979.– 315 с.

5. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. – М.: Наука, 1968. – 290 с

6. Фейгин О.О. Моделирование психофизиологических парациркоидальных состояний космических туристов.

7. Фейгин О.О. Мультибиоконтурные модели в космической медицине и туризме.

Дата публикации: 4 августа 2003
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.