Тірі ағзаларға электромагниттік сәуленің биологиялық әсерінің физикалық негізі

Кез-келген организмнің қызметтік-динамикалық қасиеттері оның өмір сүру жағдайының шарттарына қабілеттілігіне тәуелді болады. Ағзаның қалыпты тіршілік әрекеті үшін қажетті факторлардың біріне табиғи электромагниттік өріс жатады. Табиғи электромагниттік сәуленің тапшы немесе жоқ болуы зиянды әсерлерге, тіпті тірі ағза үшін қайтымсыз зардаптарға әкелуі мүмкін.

Қазіргі кезде жер бетінде жаңа экологиялық жағдайлардың қалыптасуына байланысты қоршаған ортаның электромагниттік тұрғыдан кірленіп, тірі ағзалардың зардап шегуі үлкен алаңдаушылық туғызатын мәселеге айналып отыр. Сондықтан да электромагниттік сәуленің биологиялық әсерін зерттеу жұмыстары өзінің алдына әлеуметтік мәні зор экологиялық міндеттер жүктейді және қазіргі уақыттағы физика, экология, биология ғылымдарының ең өзекті мәселелерінің бірі болып табылады.

Тірі ағзаларға электромагниттік сәуленің әсер ету механизмі бүгінгі күнге дейін түбегейлі шешімін тапқан жоқ. Электромагниттік өрістің биологиялық әсерін түсіндіретін бірнеше болжамдар бар. Олар ұлпаларда тоқтың туындауына және өрістің тікелей жасушалық деңгейде әсер етуіне, бірінші кезекте мембраналық құрылымға әсерімен негізделеді. Электромагниттік өріс әсерімен биологиялық мембраналар арқылы диффузия жылдамдығы, биологиялық макромолекулалардың бағыты мен конформациясы, сондай-ақ еркін радикалдардың электрондық құрылымының күйі өзгеруі мүмкін. Негізінен электромагниттік өрістің биологиялық әсер ету механизмі арнайы емес сипатқа ие және ағзаның реттеуші жүйесінің белсенді өзгерісімен байланысты болады.

Тірі ағзалар биоколлоидтық және физикалық-химиялық реакцияларда жетекші роль атқаратын күрделі гетерогенді жүйелерден тұрады. Көптеген жылдар бойы ғалымдардың үздіксіз зерттеулерінің нәтижелері негізінде анықталғанындай, коллоидтық жүйелердегі реакциялардың жылдамдығы күн сәулесінің белсенділігіне байланысты және геомагнитті полюстердің орналасуына қатысты болады. Мұның негізгі себебі – электромагниттік өріс әсерімен су қасиеттерінің, ондағы физика-химиялық процестердің өзгеруі, жанды және жансыз обьектілерде жүретін реакциялардың жалпы құрылымының өзгерісі болып табылады. Бірінші кезекте кез-келген өзгеріске бейім келетін плазмалық және жасуша ішіндегі мембраналар, әр түрлі органелдер мен жасуша ішіндегі құрылымдарды шектейтін мембраналар екендігі анықталған. Жасушалық мембрананың түрлі физика-химиялық әсерлерге, оның ішінде сәулеленуге сезімталдығы жоғары болып келеді. Мембрананың морфологиялық және қызметтік өзгеріске ұшырауы практикалық тұрғыда өте аз сәулеленуден кейін және өте аз дозада жүретіндігі дәлелденген. Сонымен қатар электромагниттік сәуленің биологиялық мембрана өтімділігіне және натрий катиондарының тасымалдануының активті үдеуіне әсер етіп өзгеріс тудырғанда, бұл жағдайда қанықпаған май қышқылдарының қайта қышқылдануының белсенділігі және митохондрияда қышқылдану процестерінің бірігуі және фосфорлануы жүреді.

Жасушалық деңгейдегі мұндай өзгерістер келесі себептерден туындауы мүмкін деп есептеледі:

1. Электромагниттік сәуле зарядталған бөлшектерге және тоқтарға әсер етеді, осының нәтижесінде өріс энергиясы жасушалық деңгейде энергияның басқа түрлеріне түрленеді.

2. Атомдар мен молекулалар электр өрісінде полярланады, полярланған молекулалар магнит өрісі таралуының бағытымен бағытталады.

3. Электролиттер болып табылатын ұлпаларды құрайтын сұйықтарда, сыртқы өрістің әсерінен кейін иондық тоқтар пайда болады.

4. Айнымалы электр өрісі диэлектриктің айнымалы поляризациясы есебінен жүретіндей, өткізгіштік тоғының пайда болуы есебінен тірі ағзалардың ұлпаларын қыздырады. Жылулық эффект электромагниттік өріс энергиясының жұтылуының салдары болып табылады.

Өріс кернеулігі және әсер ету уақыты неғұрлым ұзақ болса, айтылған эффектілер соғұрлым күштірек байқалады (1-кесте). õ= 10 мВт/м мәніне дейін шартты түрде жылулық баспалдақ ретінде алынады, артық жылу термореттеу механизмі есебінен шығарылып отырады. Бұдан басқа органдардың қатты қызуға сезімталдығы олардың құрылымымен анықталады. Қатты қызуға көру, ми, бүйрек, қуық және өт жолдары органдары өте сезімтал болып келеді.

Электромагниттік өрістің нерв жүйесіне әсерін көптеген ғалымдар тәжірибе жүзінде зерттеді. Орталық нерв жүйесіне электромагниттік және магниттік өрістердің әсері жөніндегі көптеген жылдар бойғы зерттеулер нәтижелері профессор Ю.А.Холодовтың монографияларында жарияланған. Электромагниттік өрістің миға, нейрондар мембраналарына, есте сақтау, шартты-рефлекстік әрекеттеріне тигізетін тікелей әсерлері анықталды. Спектроскопиялық зерттеулер нәтижесінде әлсіз электромагниттік өрістің нерв жасушаларындағы жүретін синтездік процестерге әсер ету мүмкіндіктері көрсетілді. Зерттеулер осы әсерлердің нейрон қабықшаларына әсер етіп онда айқын өзгерістер тудыруы, мидың күрделі құрылымына берілетін ақпараттардың бұзылуына әкелетіндігі байқалды.

1- кесте. Адам ағзасына әсері біліне бастайтын магнит өрісі кернеулігінің мәндері

Р.И. Крутиковтың анықтағанындай, жоғары жиілікті диапазондағы электромагниттік өріс әсер еткенде қысқа уақыт аралық есте сақтаудың бұзылуы мүмкін.

Жердегі тіршілік электромагниттік толқындар әсерімен пайда болды және дамып отырды, мұндай әсерлердің  азаюы немесе жоқтығы жердегі тіршілікке кері әсер етуі мүмкін, сондықтан геомагниттік өріс барлық тірі ағзалар үшін табиғи экологиялық фактор болып табылады. Соңғы уақыттарда ғылым мен техниканың қарыштап дамуы нәтижесінде жасанды электромагниттік толқындар тарататын көздер көбейді. Тірі ағзалар жоғары электромагниттік аймақ болып табылатын жаңа өмір сүру ортасы қалыптасты, сөйтіп олар қалыпты шектен артып, кері әсерлерін көрсете бастады. Электромагниттік өрістің биологиялық обьектілерге әсер ету механизмі бүгінгі күнге дейін толық анықталмаған.Тек оның барлық тірі ағзалардың  құрылым деңгейіндегі көпше түрдегі әсерін байқауға болады. Осыған қарамастан электромагниттік сәулелер медицинада көптеген ауруларды емдеуде кеңінен қолданылады. Қазіргі уақытта электромагниттік сәулелердің тірі ағзаларға тигізетін алуан түрлі әсерлерін зерттеу өте маңызды болып табылады және ол экологиялық, физикалық, биологиялық және медициналық тұрғыдан алғанда өзекті мәселеге айналып отыр.

Әдебиет:

1. Бинги В.Н. Магнитобиология. Эксперименты и модели. – М.: Наука, 2002. – 592 с.

2. Крутиков Р.И. Влияние  электромагнитных  полей на живые организмы - Днепропетровск: ДНУ. – 2001. – 19 c.

3. Дрокина Т.В. Методы физики в медицине. – Красноярск, 2005. – 262 с.

4. Дубров А.П. Геомагнитное поле и жизнь. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 175 с.

5. Кузнецов А.Н. Биофизика низкочастотных электромагнитных воздействий – М.: МФТИ, 1994.

6. Любимов В.В. Искусственные и естественные электромагнитные поля в окружающей человека среде и приборы для их обнаружения и фиксации // Препринт. 1999. - №11 (1127). – С. 28.

7. Холодов Ю.А. Реакция нервной системы человека на электромагнитные поля. –М.: Наука, 1992. – 187 с.