Юрий Холодов - Мозг в электромагнитных полях

• Название: Мозг в электромагнитных полях
• Автор: Юрий Холодов
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

В популярной форме излагаются история и современные проблемы, связанные с выяснением роли внешних и внутренних электромагнитных полей (от статических до радиочастотного диапазона) в деятельности центральной нервной системы. Отмечаются экологические, гигиенические, терапевтические и диагностические аспекты электромагнитной нейрологии. Показаны перспективы использования естественных и искусственных электромагнитных полей для изучения деятельности головного мозга. Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

Но несомненно перспективным является и привлечение представлений о едином механизме транспортных процессов на наружной клеточной мембране за счет сбрасывания протона по полю, формируемому за счет катионобменных свойств цитосола клетки и буферных свойств внешней среды. Тогда в трансмембранной разности потенциалов можно выделить две компоненты: стационарную, обусловленную свойствами внутриклеточного ионообменника (в том числе его емкостью) и значением pH внеклеточной среды, и метаболическую, обусловленную скоростью продукции протонов через АТФазные реакции и гликолитический путь окисления углеводов.

Исходя из этого при всех способах увеличения скорости продукции протонов в цитосоле клеток можно ожидать активацию электрогенного натриевого насоса, если последний не повреждается самим внешним возмущением. Тогда связь кальцевого обмена клетки с его процессами активного транспорта должна опосредоваться метаболическими реакциями клетки. Активация выброса протонов из митохондрий и усиление гликогенолиза под действием кальция являются известными феноменами. Тогда активацию электрогенного натриевого насоса можно рассматривать как закономерный процесс реакции клетки на ЭМП возмущения, сопровождающееся нарушением кооперативного связывания кальция и активацией гликолитических процессов.

Получается, что ответ в виде гиперполяризации нервной клетки может быть получен за счет магнитной составляющей ЭМП, имеющей высокое сродство к митохондриям. Подавление функции последних закономерно приводит к активации гликолитических процессов и создает предпосылки для активации электрогенного натриевого насоса. Реакция нейрона на электрическую составляющую ЭМП, скорее всего, начинается с поверхности клетки в гликокаликсе. В реальных условиях две компоненты взаимодействия ЭМП могут суммироваться.

Модель взаимодействия процессов активного транспорта в наружной мембране с метаболическими реакциями клетки позволяет подойти к интерпретации возникновения колебательного процесса в системе наружная мембрана—цитосол клетки в виде периодических изменений скорости активного транспорта натрия и калия в наружной мембране и сопряженных реакций метаболического котла клетки.

Описываемый механизм колебательного процесса может обусловливать медленные колебания мембранного потенциала глиальных клеток и приводить в ряде нейронов к возникновению периодической спайковой активности, сопряженной с медленными колебаниями потенциала покоя наружной мембраны. Кажется вероятным, что подобные связи электрогенеза с метаболическими реакциями могут лежать в основе наблюдаемого после действия ЭМП преобладания в нервной системе медленных биоэлектрических потенциалов.

Изложенные представления не противоречат возможности первичного деполяризующего действия внешнего ЭМП на клетку, когда фаза гиперполяризации будет уменьшена или даже полностью отсутствовать. Конечный ответ клетки может зависеть от прямого действия ЭМП соответствующих интенсивностей на механизм натриевого насоса. Последнее наблюдается при действии ЭМП миллиметрового диапазона и не имеет места при действии слабых ПМП. С другой стороны, характер ответа должен зависеть от присущих той или иной клетке метаболических характеристик, определяемых как генетически, так и их текущим состоянием. Среди генетически обусловленных характеристик можно выделить максимальную скорость продукции АТФ, максимальную скорость генерации протонов и восстановленных никотиновых коферментов, принимающих участие в регуляции активного транспорта потенциалобразующих ионов в наружной мембране.

В связи с этим особый интерес представляет анализ влияния ЭМП на нервные клетки различных типов и, в частности, нейроны и глию, их взаимодействие в норме и при действии поля.

С нейрофизиологической точки зрения оказалось неожиданным то обстоятельство, что глиальные клетки, которые многие считают электрически невозбудимыми, более интенсивно реагируют на ЭМП в сравнении с нейронами. Наиболее тривиальный механизм влияния МП, учитывающий ЭДС индукции, здесь отходит на задний план. Возможно, биохимические или структурные процессы на уровне некоторых клеточных или внутриклеточных мембран наиболее чувствительны к МП.

Важно подчеркнуть, что влияние ЭМП на ЦНС является неспецифическим. С другой стороны, это влияние не похоже на реакцию при адекватных раздражениях средней силы. Следовательно, ЭМП по праву может использоваться в нейрофизиологической лаборатории в качестве своеобразного раздражителя, который поможет изучить некоторые неясные свойства ЦНС.

Заключение

ЭМП являются фундаментальным фактором объективной действительности, и потому количество проблем, связанных с электромагнитной нейробиологией, может непрерывно возрастать. При разумном подходе к этой молодой отрасли знаний следует выделить основные направления исследований, которые определяются свойствами самих ЭМП или биообъектов, подвергающихся воздействию ЭМП.

Существующие ЭМП можно разделить на четыре разряда. Прежде всего нейрофизиологов должны интересовать естественные ЭМП, которые делятся на внешние (космического, геофизического или биологического происхождения) и внутренние, генерируемые различными структурными уровнями организма. Затем следуют искусственные ЭМП, которые в сравнении с геофизическими можно поделить на ослабленные и усиленные.

ЭМП любого происхождения являются сложным фактором среды, поддающимся расчленению на различные биотропные параметры. Необходимо выделять магнитную и электрическую составляющие, которые в чистом виде легко наблюдать в случае статических полей. Важную роль в биологическом эффекте играет интенсивность ЭМП.

Имеются сведения, что неоднородные ЭМП обладают более выраженным биологическим действием, чем однородные, а вертикальное направление силовых линий действует эффективнее горизонтального. Однако четкое количественное сопоставление биологического действия этих параметров ПМП еще не сделано. Экспозиция и локализация воздействия должны учитываться непременно. А при переходе к переменным ЭМП возникают дополнительные биотропные параметры в виде частоты, а также формы и длительности импульса.

Каждый экспериментатор должен знать, что когда он осуществляет очередное ЭМ-воздействие на выбранную им биологическую систему, то эта процедура происходит чаще всего не в экранированном от ЭМП пространстве.

Таблица 5. Типы электромагнитных воздействий на биологическую систему

Происхождение Наука Интенсивность ЭМП Космогенное Гелиобиология Слабая Биогенное Экология Очень слабая Антропогенное Гигиена Средняя Экспериментальное Электромагнитная биология Уменьшение и усиление в широких пределах

Следовательно, одновременно избранная биологическая система может подвергаться воздействию ЭМП антропогенного, биогенного или космогенного происхождения. Кроме того, на исследуемой биосистеме могут сказываться прошлые ЭМП-воздействия, реализуемые через прямые или косвенные механизмы. Таким образом, формы существования материи — пространство и время, — преломляясь через электромагнитные условия, могут властно вмешиваться в конкретный эксперимент. Но эти обстоятельства чаще всего не учитываются экспериментатором (табл.).

Не всегда учитываются и всевозможные биотропные параметры исследуемого электромагнитного воздействия, хотя они могут варьировать в широких пределах.

Для примера можно рассмотреть диапазон магнитных полей (по интенсивности), применяемых в электромагнитной биологии (рис. 19).

Рис. 19. Диапазон магнитных полей, исследуемых в магнитобиологии и в биомагнетизме

Объяснения в тексте

Видно, что биология рассматривает около 14 порядков индукции магнитного поля. Важным для классификации является тот рубеж (а он, скорее всего, разный), где магнитобиология переходит в биомагнетизм. В этом диапазоне встречаются внешние (по происхождению) магнитные поля с внутренними, генерируемыми самим организмом. Одной из основных задач является выявление функциональной роли таких биомагнитных полей.

Следует отметить, что начальные реакции организма на ЭМП отличаются своей неспецифичностью. Излагая материал, мы часто указывали на неспецифичность действия полей УВЧ, СВЧ и ПМП. Похожее действие на НС оказывают электрические поля промышленной частоты высокой напряженности, импульсное поле низкой частоты, ЭМП звукового и радиочастотного диапазона и поле ВЧ. Сходное влияние на электрическую активность головного мозга и на выработанные условные рефлексы могут оказывать раздражители и неэлектромагнитной природы. Возможно, речь должна идти о неспецифической реакции ЦНС на слабый раздражитель. Защита организма от раздражений является, вероятно, не менее важной задачей, чем восприятие раздражений, и при действии слабого раздражителя любой природы.