Эффекты сверхмалых доз

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 288↑

01.09.2003 Хронометраж

40:30

Стенограмма эфира

С точки зрения классической теории биологической активности веществ зависимость «доза — эффект» должна иметь вид кривой, монотонно возрастающей от нуля до некоторого максимума, после которого наступают опасные последствия передозировки. О втором пике активности действия химических веществ в сверхмалых дозах — биолог Елена Бурлакова.

Участник:

Елена Борисовна Бурлакова — доктор биологических наук, профессор, лауреат Государственной премии, заместитель директора, заведующая лабораторией Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля (ИБХФ РАН), главный редактор журнала «Радиационная биология. Радиоэкология».

Материалы к программе:

Из статьи Е. Б. Бурлаковой, А. А. Конрадова, Е. Л. Мальцевой «Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов» («Химическая физика», 2003, Т. 22, № 2).

В данной работе подводятся итоги длительного этапа исследований реакции живых систем на сверхслабые воздействия. Следует заметить, что становление этого нового направления в науке о живых системах было непростым — от полного отрицания самого наличия проблемы и достоверности экспериментальных данных до осознания ее как единого явления. К настоящему времени имеются многочисленные экспериментальные данные, классифицированные авторами работы по видам воздействия. Рассмотрены результаты влияния ультранизких концентраций различных биологически активных веществ и ультраслабых физических полей (в основном электромагнитных) на биологические системы разного уровня организации — от молекулярного до популяционного. Для всех систем показано существование ряда однотипных закономерностей: полимодальных дозовых зависимостей, эффективности при уровнях воздействия ниже фоновых значений и ее зависимости от состояния системы, модификации чувствительности системы к последующим (другим) воздействиям и др. Приводится ряд гипотез о возможных механизмах явления, о роли воды в этих процессах как универсального посредника. Обсуждены возможные последствия и практические применения явления.

Анализ результатов исследований по эффекту сверхмалых доз биологически активных веществ (БАВ). В 1983 г. сотрудники Института биохимической физики вместе с коллегами из Института психологии, изучая влияние антиоксидантов на электрическую активность изолированного нейрона виноградной улитки, получили весьма неожиданный результат. Первоначальная доза препарата 10⁻³ М (число молей растворённого вещества, содержащееся в 1 литре раствора — молярность) была не только активной для нейрона, но и довольно токсичной, поэтому пришлось перейти на менее концентрированный раствор. Доза на четыре порядка ниже первоначальной оказалась не только менее токсичной, но и более эффективной. Дальнейшее уменьшение концентрации привело к росту эффекта, он достигал максимума при 10⁻¹⁵ М, затем при 10⁻¹⁷ М снижался до уровня, практически совпадающего с контрольными результатами. Аналогичные закономерности впоследствии были зарегистрированы в экспериментах на животных при введении им холиномиметика ареколина. Обнаруженный эффект изучали при использовании широкого спектра воздействующих факторов: противоопухолевых и антиметастатических агентов, радиозащитных препаратов, ингибиторов и стимуляторов роста растений, нейротропных препаратов разных классов, гормонов, адаптогенов, иммуномодуляторов, детоксикантов, антиоксидантов, а также физических факторов — ионизирующего и неионизирующего излучения и др. Уровень биологической организации, на котором проявляется действие сверхмалых доз (СМД) биологически активных веществ (БАВ), также весьма разнообразен — от макромолекул, клеток, органов и тканей до животных, растительных организмов и даже популяций. Сказанное не означает, что эффект наблюдался при сверхмалых дозах любого биологически активного вещества на любом биологическом объекте. Мы хотим подчеркнуть, что получение эффекта при действии вещества в концентрациях 10⁻¹³–10⁻¹⁷ М и ниже нельзя связать с какой-то определенной структурой вещества или ступенью биологической организации.

Результаты проведенных исследований привели нас к мысли о том, что речь идет не об особенностях действия одного какого-то препарата или ответа одного какого-то биологического объекта, а принципиально новых закономерностях взаимодействия биологических объектов со сверхмалыми дозами биологически активных веществ. Каждому из этих веществ может соответствовать специфическая мишень, свой механизм усиления, присущие только ему особенности метаболизма, однако при сверхнизких дозах вещества демонстрируют и ряд общих закономерностей. В последние годы все больше ученых обращаются к проблеме эффекта СМД, расширился спектр биообъектов, на которых проводятся эти исследования, возросло число химических веществ и физических факторов, для которых обнаружена активность в сверхмалых дозах.

Остановимся прежде всего на дефиниции понятия «сверхмалые дозы». При всех имеющихся количественных различиях в существующих определениях границы, разделяющей сверхмалые дозы от обычно применяемых, общая точка зрения состоит в том, что сверхмалыми дозами биологически активных веществ следует считать дозы, эффективность которых не может быть объяснена с общепринятых в настоящее время позиций и требует разработки новых концепций.

Так, некоторые авторы на основании данных о количестве клеточных рецепторов и сродства лигандов к ним принимают за абсолютную границу концентрацию 10⁻¹¹ М. Для препаратов с низким сродством к рецепторам сверхмалыми концентрациями (сверхмалыми дозами) можно считать и более высокие значения, в частности 10⁻⁹–10⁻¹⁰ М. При таком подходе, даже в случае гипотетически более высокого чем 10⁻¹² М сродства лигандов к рецепторам, эта граница не может быть ниже 10⁻¹¹ М.

Ряд авторов (в том числе и мы) считают, что граница определяется числом молекул биологически активного вещества на клетку. При введении вещества в организм в дозах 10⁻¹²–10⁻¹³ М в клетке будет содержаться хотя бы 1–10 молекул этого вещества. Поэтому мы относим к СМД концентрации 10⁻¹² М и ниже. К близким выводам приходят исследователи, которые при определении границы для СМД исходят из максимального сродства лигандов к рецептору и потому считают сверхмалыми дозами (концентрациями) биологически активных веществ значения 10⁻¹³ М и ниже.

Что касается сверхмалых доз физических факторов, то здесь пока не найдено общего определения и в каждом конкретном случае, касающемся того или иного физического агента, следует давать свои дефиниции. Так, например, Научный комитет по атомной энергии при ООН рекомендует называть малыми дозами ионизирующего излучения дозы менее 200 мГр (20 рентген), а малыми мощностями доз — 1,5 мГр/мин и ниже. Однако такого рода определения не могут эффективно использоваться в случае радиоустойчивых организмов. Поэтому в радиобиологической литературе иногда встречается определение малых доз радиации как доз, начиная с которых происходит изменение знака эффекта, например, переход от ингибирования клеточного роста к стимулированию.

Феноменологические особенности действия биологически активных веществ в СМД. Из результатов наших собственных исследований и литературных данных можно сделать вывод, что в проявлениях влияния на клеточный метаболизм сверхмалые дозы биологически активных веществ и физические факторы низкой интенсивности обнаруживают много общих особенностей, которые касаются как формальных признаков (дозовые зависимости), так и показателей биологической активности.

Природа этого феномена может быть связана с общностью критических мишеней, например клеточных и субклеточных мембран, а также с особенностями кинетики реакций, в которых важную роль играют слабые взаимодействия. К числу характерных для эффектов СМД свойств следует отнести:

— немонотонную, полимодальную зависимость «доза — эффект». В большинстве случаев максимумы активности наблюдаются в определенных интервалах доз, разделенных между собой так называемой «мертвой зоной»;

— изменение чувствительности (как правило, увеличение) биообъекта к действию разнообразных агентов как эндогенных, так и экзогенных (последние могут быть как той же, что в случае воздействия СМД, так и иной природы);

— проявление кинетических парадоксов, а именно возможности уловить эффект СМД биологически активных веществ, когда в клетке или в организме имеется то же вещество в дозах на несколько порядков выше, а также влияния на рецептор вещества в дозах на порядки более низких, чем константы диссоциации комплекса «лиганд — рецептор»;

— зависимость «знака» эффекта от начальных характеристик объекта;

— «расслоение» свойств биологически активного вещества по мере уменьшения его концентраций, при которой еще сохраняется активность, но исчезают побочные эффекты;

— для физических факторов — усиление эффекта с понижением их интенсивности в определенных интервалах мощности и доз.

Общие закономерности влияния сверхмалых доз препаратов наиболее ярко проявляются при изучении дозовых зависимостей. В некоторых случаях эта зависимость бимодальная: эффект возрастает при сверхмалых дозах препаратов, затем по мере увеличения дозы уменьшается, сменяется «мертвой зоной» и вновь усиливается. Иногда в дозовой зависимости обнаруживается стадия «перемены знака» эффекта. Например, если в области сверхнизких доз отмечалась ингибирующая активность, то по мере роста концентрации она сменялась на стимулирующую, а затем вновь проявлялся ингибирующий эффект. Известны случаи, когда эффект в очень большом интервале концентраций не зависит от дозы. Так, в одной из ранних работ, где мы исследовали действие гербицида из класса гидропероксидов на растительную культуру клеток, было обнаружено, что препарат проявляет одинаковую активность при дозах, различающихся на шесть порядков (10⁻¹³ и 10⁻⁷ М), а в интервале промежуточных концентраций эффект отсутствует.

Такого рода зависимости наблюдались для многих самых разнообразных биологически активных веществ. Сложные дозовые зависимости с наличием «мертвых зон», по-видимому, были причиной того, что активность сверхмалых доз препаратов не была открыта ранее, поскольку результаты, получаемые в пределах доз до начала «мертвой зоны», не побуждали исследователей уменьшать дозу еще далее и не давали повода ожидать появления эффектов СМД.

Следующая особенность — изменение чувствительности к действию разнообразных факторов после введения веществ в СМД — также представляется универсальной. На этом основано получение, например, таких эффектов, как достижение синергизма при действии двух противоопухолевых агентов, один из которых вводился в СМД, и повышение активности выше аддитивной для гербицидных препаратов, когда один из них применялся в СМД.

Относительно другого свойства — знака эффекта — известно, что его направленность зависит от начальных характеристик биообъекта. Например, было обнаружено, что антиоксидант в СМД действовал разнонаправлено на изолированные нейроны с разными потенциалами действия, при этом, если потенциал был высоким, антиоксидант его уменьшал, если низким — увеличивал. Наблюдали аналогичное действие электромагнитного излучения на кальциевый рецептор, антиоксиданта на антиокислительную активность эритроцитарных мембран с разным начальным ее уровнем, ионизирующего излучения на активность ферментов.

«Расслоение» свойств, исключение побочных эффектов по мере уменьшения концентрации биологически активного вещества хорошо демонстрируют результаты изучения действия феназепама в широком интервале концентраций. В высоких дозах феназепам проявляет кроме транквилизирующего действия еще и свойства снотворного, поэтому он разрешен к использованию в качестве ночного транквилизатора. В сверхмалых дозах он сохраняет транквилизирующую активность, но полностью лишен седативного и миорелаксантного действия. Это позволило авторам получить патент на использование феназепама в СМД в качестве дневного транквилизатора.

Исследования по сочетанному действию сверхмалых доз биологически активных веществ и физических полей. Еще в 60-х годах в совместном проекте США — СССР разрабатывались проблемы, связанные с полетом человека на Марс. Одной из таких проблем было выяснение влияния радиационного воздействия на организм во время полета. Изучалось действие низкоинтенсивного γ-облучения Co-60 в дозе 20–25 сГр за год (1 Гр = 100 сГр) на метаболизм облучаемых собак. Эксперименты продолжались три года и шесть лет. Основным выводом явилось предложение посылать в экспедицию на Марс людей в возрасте выше детородного, ибо основные повреждения под действием облучения были выявлены для сперматогенеза. Одним из важных последствий низкоинтенсивного облучения явился факт изменения чувствительности облученных собак к любым дополнительным нагрузкам химической и физической природы. Так, например, несмотря на то, что картина крови практически не менялась при облучении, введение лекарств, вызывающих лейкопению, приводило к серьезным нарушениям лейкопоэза у облученных собак в существенно более низких дозах, чем у контрольных.

Аналогичная картина, no-существу, наблюдалась и в том случае, если облученных собак подвергали физическим нагрузкам (например, бегу на третбане): собаки либо отказывались бежать по третбану, либо сходили с дистанции, хотя контрольные доходили до финиша в 100% случаев.

На основании результатов экспериментальных исследований Календо с сотр. предложили проводить облучение больных со злокачественными опухолями (рак пищевода, рак груди, рак легкого) в два приема: предварительно подвергать их облучению в дозе 10 сГр и ниже, а в последующем — облучению в терапевтической дозе 1,9 Гр.

В этих исследованиях была ясно показана эффективность сочетанного действия низкой и высокой доз облучения: подавление роста опухоли и уменьшение в размерах были гораздо выше, чем в случае, когда облучение в малой дозе отсутствовало.

Сейчас достаточно успешно разрабатываются математические модели синергизма в действии облучения и других агентов, предложена и биологическая концепция о роли нестабильности генома в такого рода эффектах. Большая информация о сочетанном действии облучения и других химических и физических агентов изложена в обобщенном виде в материалах НКДАР при ООН.

Выводы из изложенного выше материала можно распространить и на сочетанное действие химических агентов.

Особый интерес вызывают изучение совместного действия двух или более химических агентов в сверхмалых и подпороговых дозах и сочетанное действие слабых полей и низких концентраций биологически активных веществ. Особо высокая чувствительность биологических систем к низкочастотным электромагнитным полям (ЭМП) известна и исследуется давно. В частности, это проявляется в таком общем свойстве сверхслабых воздействий любого типа, как изменение чувствительности к последующим воздействиям. Было показано, что инфранизкочастотное магнитное поле изменяет ритмику нервных клеток и модифицирует их чувствительность к гипоксии. Инфранизкочастотное магнитное поле низкой интенсивности изменяло также выживаемость животных после общего рентгеновского облучения.

В 1995 году проходила специальная конференция в Пристоне, США, где рассматривались закономерности совместного действия препаратов в СМД и других агентов. Было показано наличие сильных синергических эффектов, а также еще раз подтвержден факт, на который ранее указывали российские ученые, что СМД физических и химических факторов усиливают чувствительность биообъектов к действию других (или тех же) агентов в высоких дозах. Подобные закономерности могут играть определяющую роль в развитии феномена так называемой «множественной химической чувствительности» (МХЧ).

Предполагается, что и при т. н. «синдроме войны в Персидском заливе» важная роль принадлежит комплексному воздействию СМД фосфорорганических соединений разного назначения, в том числе и отравляющих веществ нервно-паралитического действия, а также их комбинации. В экспериментах на животных удалось воспроизвести некоторые характерные проявления «синдрома войны в Персидском заливе». Синергизм в действии различных химических токсикантов и физических факторов, по-видимому, ответствен за развитие других экологических болезней.

Приведенные соображения токсикологов с очевидностью доказывают, что крайне необходимо создание биопротекторов от низкоинтенсивных повреждающих факторов физической и химической природы. Традиционные протекторы здесь не эффективны или даже вредны.

О механизме действия сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов. Чтобы понять, как влияют сверхмалые дозы препаратов на биологические объекты, нужно в первую очередь объяснить, с кинетической точки зрения, саму возможность реакций столь малого количества молекул со своими мишенями. При концентрации 10⁻¹⁵ М и ниже перестает работать закон действующих масс Вант-Гоффа и в определенной степени теряется смысл понятия «концентрация».

В работе Л. А. Блюменфельда (1991) используется уравнение Смолуховского, описывающее реакцию между молекулами и малыми, но макроскопически замкнутыми везикулами с позиции статистической физики. Показано, что закон действующих масс нарушается, когда объем везикул и (или) константа равновесия реакции относительно малы, а среднее число свободных частиц внутри везикулы составляет порядка единицы или меньше. Важное значение приобретают флуктуации в случае биологических везикул размером 10²–10³ Å (ангстрем).

Л. А. Блюменфельд высказал идею о параметрическом резонансе как о возможном механизме действия сверхнизких концентраций биологически активных веществ на клеточном и субклеточном уровнях. Он полагает, что параметрический резонанс возникает при совпадении временных параметров запускаемых биологически активными веществами внутриклеточных процессов и характерного времени подхода вещества к мишени. В результате связывания активного вещества с его мишенью фермент (рецептор) переходит в конформационно-неравновесное состояние, которое на определенной стадии релаксации обеспечивает его максимальную активность.

В рамках этих представлений находит свое объяснение и наблюдаемое уменьшение активности фермента при возрастании дозы действующего вещества.

Мы предложили другой подход к объяснению кинетических парадоксов. В основу его положены представления об аллостерическом взаимодействии каталитических центров в молекуле фермента.

Допустим, что фермент или рецептор содержит несколько центров с разным сродством к субстрату, например, константа диссоциации для одного центра равна 10⁻¹³ М, а для другого — 10⁻⁸ М. Когда вводятся низкие дозы препарата, его молекулы преимущественно связываются с высокоэффективным центром фермента. При увеличении дозы в «игру» вступает второй ферментный центр. Он взаимодействует аллостерически с первым центром, понижая его сродство к субстрату, и тогда все молекулы, которые были связаны с первым центром, «сходят» с него. Снова с ним связаться они могут только после того, как концентрация препарата приблизится к значению константы диссоциации комплекса лиганда с первым центром, достигнутой под воздействием второго центра.

В нашей работе 1990 г. рассматриваются также представления о том, что биологическая система, испытывающая влияние СМД БАВ, может реагировать на первые, наиболее быстрые единичные молекулы, а не на их стационарные концентрации («момент первого достижения»).

В статье Ф. С. Духовича и др. (1999) приведен ряд гипотез, трактующих механизм усиления биологического сигнала от воздействия сверхмалых доз. И. П. Ашмарин с соавт. приводит схему «размножения» сигнала и формулирует основные системы, необходимые для реализации эффекта СМД:

а) каскадные системы, амплифицирующие сигнал;

б) собирательные, конвергентные системы;

в) накопители и транспортеры сигнальных молекул;

г) супераффинные рецепторы.

В работе И. П. Ашмарина предлагается адаптационный механизм, согласно которому эффекты малых доз объясняются аналогично объяснению эффекта хемотаксиса — изменение ответа биообъекта определяется не самой концентрацией БАВ, а градиентом концентрации в пространстве и во времени.

На наш взгляд, основную трудность в построении этих гипотез представляет объяснение первичного акта взаимодействия единичных молекул с биомишенями. В наших исследованиях мы обнаружили, что всякий раз при введении сверхмалых доз биологически активного вещества в организм животного, клеточную культуру или модельную систему, содержащую суспензию мембран, отмечается изменение структурных характеристик мембран. В свою очередь изменения структуры мембран могут приводить к изменению функционального состояния клетки, а наличие полимодальности в ответе можно объяснить сменой механизма действия вещества в том или ином концентрационном интервале на структуру мембраны. Но как объяснить первичный акт взаимодействия биологически активного вещества в СМД с белком или липидом мембраны, если отношение числа молекул этого вещества к числу молекул белка равно 1:(10⁶–10⁹)?

Как уже было отмечено выше, аномальная дозовая зависимость эффекта в области сверхнизких концентраций биологически активных веществ зарегистрирована на уровне ответа не только клетки или целостного организма, но и отдельных биомакромолекул.

Экспериментальные исследования проводились как с изолированными ферментами, так и на клеточном и организменном уровнях с последующим определением активности фермента.

Как следует из результатов исследований активности протеинкиназы С и ацетилхолинэстеразы, фенозан K и α-токоферол действуют однотипно и в «обычных» концентрациях (10⁻³–10⁻⁵ М) и в сверхмалых (10⁻⁹–10⁻¹⁸ М). Если α-токоферол выступает как ингибитор протеинкиназы C в концентрации 10⁻⁴ М, то он ингибирует активность этого фермента и в дозе 10⁻¹⁵–10⁻¹⁷ М; если фенозан K — активатор протеинкиназы C в дозе 10⁻⁵–10⁻⁶ М, то он активатор и в дозе 10⁻¹⁸ М; если фенозан K — ингибитор ацетилхолинэстеразы в дозе 10⁻⁴–10⁻⁵ М, то он ингибитор фермента и в дозе 10⁻¹³–10⁻¹⁴ М. Из этого можно было бы заключить об общности механизмов действия лигандов на активность ферментов в обычных дозах и в СМД. Однако полученные результаты не могут быть объяснены с позиции классической биохимии. Соотношение «лиганд — фермент», равное, в среднем, одна молекула лиганда на 10⁴–10⁹ молекул фермента, исключает объяснение природы эффекта СМД за счет образования комплекса «лиганд — фермент». Биохимические механизмы усиления ответной реакции (например, через системы регуляции циклическим нуклеотидом, через фосфоинозитидный цикл), применимые к эффектам на клеточном уровне, не могут быть использованы для объяснения эффектов в модельных системах.

Возникает естественная мысль, что биологически активные вещества в концентрациях 10⁻¹¹–10⁻¹⁸ М могут реализовывать иные механизмы воздействия на активность ферментов.

У многих авторов возникает желание объяснить наблюдаемые закономерности с точки зрения представления о влиянии сверхмалых доз физических факторов и химических веществ на структурные характеристики воды.

Многочисленные (главным образом, теоретические) исследования роли структуры воды в ее биологической активности можно разделить на две группы. Одни исследователи придерживаются точки зрения, что долгоживущие кластеры имеются в самой воде, другие считают, что водные кластеры индуцируются вводимыми биологически активными веществами. В свете этих двух точек зрения ниже дан краткий обзор представлений о структурных образованиях воды и о роли их в эффектах СМД в биологических системах.

В работах С. И. Аксенова и др. указывается на сложный характер воздействия воды на структуру биополимеров и биомембран, где важное значение имеет множество факторов: гидратация полярных групп, конкуренция молекул воды за водородные связи в этих структурах, гидрофобное взаимодействие, различие диэлектрических проницаемостей свободной и связанной воды и др. Анализ экспериментальных данных позволил авторам выделить четыре стадии гидратации, которые вызывают соответствующие изменения в структуре, динамике и функции фотосинтетических мембран. Подобные процессы очень чувствительны к различным воздействиям, даже в СМД. С точки зрения авторов, СМД не действует непосредственно на биообъект, а лишь влияют на процессы взаимодействия воды с биополимерами и таким образом изменяют их функциональную активность.

В работах Н. А. Бульенкова на основании модульного обобщения кристаллографических данных составлены все возможные типы алгоритмов формирования иерархических системообразующих структур связанной воды, совпадающие с морфологическими паттернами, наиболее часто встречающимися в живой природе. Представления об иерархических модульных структурах связанной воды отражают потенциальную возможность образования на их основе пространственных структур биополимеров и биосистем. Вместо общепринятой модели непосредственного взаимодействия лигандов с биомишенями автор предлагает модель их взаимодействия по направленным водородным связям с системообразующим каркасом из спиралей связанной воды. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ также опосредуется через их воздействие на каркас из спиралей связанной воды.

Согласно мнению авторов ряда работ, долгоживущие структурные образования уже существуют в чистой воде. Определенные выводы о структуре воды и ее растворов были получены на основании изучения люминесценции воды. Спектр возбуждения дистиллированной воды имеет два максимума — 280 и 310 нм, спектр излучения характеризуется максимумами при 360 и 410 нм. Интенсивность люминесценции зависит от времени хранения воды, а также от наличия примесей, обладающих или не обладающих собственной люминесценцией.

Структура воды в разбавленных растворах длительное время после их приготовления претерпевает изменения и только через несколько суток приходит к равновесию. Характер динамики переходных процессов релаксации может быть как монотонным, так и колебательным. По мнению В. И. Лобышева с соавт., структурные образования воды и водных растворов можно рассматривать как первичную мишень для малых концентраций растворенных веществ, а также для воздействия слабых полей. Соответствующее изменение свойств воды приводит к изменению свойств биомембран, а отсюда — и к изменению функциональной активности клетки.

В работе В. И. Лобышева вода рассмотрена как посредник при слабых воздействиях на биологические системы. В работе Н. А. Чумаевского и др. показано, что красивая и динамичная модель бифуркатных водородных связей в кластерах слабых водных растворов может открыть путь к пониманию дальнодействия.

Для верификации клатратной модели воды и водных растворов БАВ применялись методы диэлектрической и дифференциальной сканирующей калориметрии. Первый метод подтвердил, что высокоразбавленные растворы содержат свободные и связанные в виде клатратов молекулы. Второй метод позволил определить, что фазовые переходы обусловлены разрушением клатратов при определенной температуре. Эта температура лимитируется специфическими клатратами, которые являются характерными для маточных веществ. Окружая молекулу биологически активного вещества, клатраты «запечатлевают» ее структуру, и эти отпечатки живут достаточно долго.

С. В. Зенин с соавт. исходили из тех предпосылок, что вода представляет собой единую структуру. Растворение в ней тех или иных веществ приводит к появлению в этой структуре определенных «дефектов», которые способны к длительному существованию и переходам при последующих разбавлениях вплоть до состояния, когда уже отсутствует само вещество.

Н. А. Бульенков, как и многие другие исследователи, придает основное значение гидратации белковых молекул и нарушению водно-белковых взаимодействий под влиянием тех или иных растворенных веществ. При этом изменение функциональной активности белков связывается не с взаимодействием их с биологически активным веществом, а с изменением степени гидратирования белка и, следовательно, с изменением его структуры и активности.

Таким образом, существует множество моделей, авторы которых пытаются объяснить реакцию биообъектов на СМД биологически активных веществ через структурные свойства воды. Однако экспериментальных доказательств этих моделей явно недостаточно и, главное, нет опытных данных, которые свидетельствовали бы о долговременности существования структурных кластеров.

Вместе с тем нельзя не признать, что многие парадоксы СМД, о которых здесь говорилось, весьма логично разрешаются на основе представлений об изменении структуры воды. Например, поддается объяснению тот факт, что знак и направление эффекта зависят в ряде случаев от начальных свойств биообъекта. Если у фермента высокая активность — она снижается, если низкая — повышается. Но самое поразительное, что уровень, до которого она изменяется, один и тот же. Это легко объясняется тем, что в растворе биологически активного вещества структура воды изменяет структуру белка одинаковым образом.

Также перестает быть парадоксом эффект воздействия на биомишень веществ, когда их концентрация на много порядков ниже константы диссоциации лиганд-рецепторного комплекса или концентрации белка.

В заключение отметим, что явно возросший в последнее время интерес к проблеме сверхмалых доз стимулирует исследования структуры воды и влияния на нее различных факторов, и появляются принципиально новые воззрения на механизм действия СМД. Так, ряд авторов полагает, что в процессе растворения, потенцирования вещества или воздействия на растворы биологических веществ электромагнитных полей в воде возникают активные формы кислорода и именно они, а не непосредственное излучение или биологически активное вещество действуют на биообъекты.

Вероятно, новые возможности в объяснении эффектов СМД с точки зрения влияния структуры воды откроются при изучении действия веществ, близких по структуре и проявляющих одинаковую активность в дозах 10⁻⁵–10⁻⁴ М, но различающихся тем, что одни из них вызывают эффекты в сверхмалых дозах, а другие — нет. Квантовохимическое изучение таких веществ позволяет обнаружить различие между ними, но имеет ли это различие определяющее значение для эффектов сверхмалых доз и можно ли его связать с особенностями влияния веществ на структуру воды, еще не ясно.

Библиография

Блюменфельд Л. А. Параметрический резонанс как возможный механизм действия сверхнизких концентраций биологически активных веществ на клеточном и субклеточном уровнях//Биофизика. 1993. № 1

Бурлакова Е. Б., Греченко Т. Н., Соколов Е. Н., Терехова С. Ф. Влияние ингибиторов радикальных реакций окисления липидов на электрическую активность изолированного нейрона виноградной улитки//Биофизика. 1986. Т. 31

Бурлакова Е. Б. Сверхмалые дозы — большая загадка природы//Экология и жизнь. 2000. № 2

Бурлакова Е. Б. Эффект сверхмалых доз//Вестник РАН. 1994. Т. 64. № 5

Бурлакова Е. Б., Конрадов А. А., Мальцева Е. Л. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов//Химическая физика. 2003. Т. 22. № 2

Бурлакова Е. Б., Конрадов А. А., Худяков И. В. Воздействие химических агентов в сверхмалых дозах на биологические объекты//Известия РАН. Сер. биол. 1990. № 2

Богатыренко Т. Н., Редкозубова Г. П., Конрадов А. А. и др. Влияние органических пероксидов на рост культивируемых клеток высших растений//Биофизика. 1989. Т. 34. № 26

Жвирбилис В. Е. Большие эффекты малых доз//Экология и жизнь. 1999. № 2

Пальмина Н. П., Мальцева Е. Д., Курнакова Н. В., Бурлакова Е. Б. Влияние альфа-токоферола в широком спектре концентраций//Биохимия. 1994.

Фармакология сверхмалых доз/Бюллетень Экспериментальной биологии и медицины: Приложение к журналу. 2003

Burlakova E. B., Goloschapov A. N., Zhizhina G. P. et al. Some specific aspects of low-doses erradiation on membranes, cells and organism//Abstracts of 25th Annual Meeting of the European Society for Radiation Biology. July 1993. Stockholm, Sweden

Тема № 288

Эфир 01.09.2003

Хронометраж 40:30

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz