«Структура воды, квантово-электродинамические механизмы памяти водных растворов» (раздел № I проекта ТТС – трансферт экспресс тест система )

Квантовая электродинамика (КвЭД), один из самых сложных разделов теоретической физики, быстро развивалась в XX веке. До сравнительно недавнего времени она исследовала в основном взаимодействие элементарных нейтральных и заряженных частиц между собой и вакуумом. Несмотря на некоторую необычность своих постулатов и выводов, КвЭД надежно оправдала себя в теоретической и экспериментальной атомной и ядерной физике. Основной вклад в развитие этой науки внесли Поль Дирак, Энрико Ферми, Лев Давидович Ландау, Ричард Фейнман, и многие другие замечательные физики XX века.

В течение последнего десятилетия XX века великим итальянским физиком профессором Джулиано Препарата была разработана квантово-электродинамическая теория воды. Им и его сотрудниками (1,2,4) была выявлена необычная структура этой, казалось бы всем хорошо знакомой, жидкости, колыбели жизни на Земле. Им было выявлено, что вода в жидкой фазе одновременно состоит из двух физических форм существования – когерентной и некогерентной составляющих. Подобное строение жидкой среды было также теоретически предсказано и экспериментально выявлено в 1941 году акад. Л.Д. Ландау (5) лишь у жидкого гелия при 4°К вблизи абсолютного нуля. Этот эффект сопровождался проявлением сверхпроводимости и сверхтекучести жидкого гелия при температуре ниже 4°К, что также было предсказано Л. Д. Ландау. Но открытие подобных свойств у известной всем воды было совершенно неожиданным для широкой научной общественности и вызвало недоверие у большинства ученых. Однако, действительно, уже давно у многих исследователей вызывало удивление, что вода обладает рядом физико-химических свойств, труднообъяснимых с позиций классической физики.

1) У воды наблюдается сравнительно высокая вязкость, из-за чего замедлена диффузия инородных молекул, что влечет за собой сравнительно медленное протекание сложных ферментативных реакций в организме.

2) У воды отмечается нетипичная для всех прочих растворителей зависимость ее плотности от температуры, выражающаяся в падении плотности вблизи точки замерзания, в результате чего лед всплывает при замерзании воды.

3) Наблюдается заметное отличие практически всех теоретически вычисляемых значений электрических констант воды от реальных величин, замеряемых экспериментально.

4) Вода не только количественно, но и даже качественно имеет существенно иные зависимости ионных коэффициентов некоторых растворимых в ней солей от ионной силы, резко отличающихся от подавляющего множества других солей.

КвЭД жидкой воды, разработанная профессором Дж. Препарата (1), открыла новые далеко идущие перспективы в решении разнообразных физических и медико-биологических проблем. Детальный вывод совокупности основных уравнений КвЭД в применении к водной среде и их аккуратное решение заняли в монографии Дж Преперата несколько глав. Решение этих уравнений позволило выявить особую, далекую от однородности, микроструктуру жидкой фазы воды. Согласно теории Джулиано Препарата, вода, стремясь к минимуму потенциальной энергии, распадается на две разные субстанции. Одна из них самоорганизуется в сферические так называемые «домены когерентности», плавающие в другой субстанции - «некогерентной воде» - по своим физическим свойствам ничем не отличающейся от полностью тождественной воды в наших прежних традиционных представлениях. Диаметр каждого из доменов когерентности измеряется десятыми долями микрона. При комнатной температуре, равной 20°С, общий объем всех доменов составляет около 40% общего объема всей двухкомпонентной воды. В таких доменах все молекулы воды находятся в когерентном состоянии с синфазными волновыми функциями. В результате, общая волновая функция целого домена являет собой просто увеличенную в миллион раз волновую функцию любой из отдельных молекул воды в домене, т.к. в домене находятся около миллиона молекул воды при указанной температуре.

В отличие от внутридоменной когерентной воды, волновые функции молекул некогерентной воды отнюдь не синфазны и вообще никак не связаны друг с другом, как и в воде в традиционном представлении. Для оценки волновой функции объема, заполненного молекулами некогерентной воды, здесь уже суммируются не сами волновые функции водных молекул, а квадраты этих волновых функций отдельных молекул. В результате их сложения получается квадрат общей волновой функции некогерентной среды в выбранном объеме. В заключение, извлекается корень квадратный из полученной суммы. Это и будет оценка волновой функции некогерентной среды выбранного объема. С развитием КвЭД важнейшими параметрами растворов становятся плотность энергии и удельное сопротивление внутри и вне домена когерентности.

Скорость протекания сложных ферментативных биохимических реакций в организмах млекопитающих была давней нерешенной проблемой молекулярной биологии. Находясь внутри домена когерентности, вода обладает вязкостью, более чем на порядок меньшей, чем в некогерентной среде. В результате этого замечательного свойства доменов, все химические реакции протекают в ней на порядок быстрее, чем в некогерентной среде. КвЭД водных растворов разрешила некоторые проблемы молекулярной биологии. Прежде всего, это относится к сложным многокомпонентным жизненно важным ферментативным реакциям (2), скорость которых была бы явно недостаточной для жизнедеятельности организма, если бы домены когерентности отсутствовали в биологических жидкостях живых организмов. В своих основополагающих трудах Джулиано Препарата заложил общие капитальные основы КвЭД воды.

После безвременной кончины профессора Дж. Препарата в начале 21-го века, работы по КвЭД водных растворов развивались его последователями и учениками (6,7,8,9) в фундаментальных направлениях, заложенных еще при жизни великого ученого. Новые представления о воде и водных растворах не без труда завоевывали признание. Расширение фронта работ и привлечение новых молодых научных кадров шло довольно медленно. Не было еще когорты вновь подготовленных специалистов, а в ВУЗах читались лекции, опирающиеся на уже отживающие представления. Но, тем не менее, современная теоретическая физика в передовых странах постепенно завоевывала свои позиции. Появились новые научные разработки и аналитические обзоры, которые неуклонно внедряются в передовую практическую науку, все больше новых разработок на эту тему появляется в научных журналах и звучит в докладах на конференциях.

Проф. Препарата с большой серьезностью относился к работам, направленным на исследование действия слабых магнитных полей на водные растворы, и оценивал результаты этих работ как один из столпов, на которых зиждется КвЭД водных растворов. Когда он узнал из литературы о работах проф. М. Жадина и его сотрудников по резонансному действию сверхслабых низкочастотных магнитных полей на проводимость водных растворов аминокислот, он послал М. Жадину любезное приглашение приехать на две недели в Италию в Институт ядерной физики, где проф. Препарата руководил отделом. К сожалению, проф. М. Жадин не смог приехать в то время, а когда он прибыл в 2003 г., проф. Препарата уже скончался, и обсуждение общих научных проблем состоялось с сотрудниками и единомышленниками покойного. С этого и начались плодотворные творческие контакты между итальянскими учеными и проф. М. Жадиным.

Поясним, что связывало теоретические работы проф. Препарата с работами по биологическому действию сверхслабых магнитных полей.

В начале 90-ых годов в лаборатории проф. М. Жадина (Институт биофизики клетки РАН, г. Пущино, Россия) были выявлены резонансные эффекты в водных растворах альфа (т.е. участвующих в строении белковых молекул) аминокислот под влиянием комбинированных параллельных магнитных полей, одно из которых создавалось равным геомагнитному полю (40 миллиТесла), а другое было сверхслабым (40 наноТесла) низкочастотным (несколько Герц) магнитным полем. Такими полями создавался известный в ядерной физике так называемый «циклотронный резонанс» на частоте f_a переменного магнитного поля, определяемой формулой:

где q и m являют собой заряд и массу аминокислотного иона соответственно, а является постоянным магнитным полем.

Резонанс проявлялся в виде очень узкого пика электрической проводимости водного раствора одной из исследовавшихся четырех альфа аминокислот (глутаминовой кислоты, аргинина, аспарагина или тирозина). Каждая из этих аминокислот обладала своей индивидуальной резонансной частотой. Резонансы возникали только при изоэлектрических точках аминокислотных растворов, когда молекулы растворенных аминокислот приобретают цвиттепионную форму. Величины резонировавших переменных магнитных полей были столь малыми, что вызывали удивление не только читателей, но и авторов работы. Первоначальная реакция научного сообщества была однозначной: такой эффект абсолютно невозможен и обусловлен какими-то ошибками в выполнении измерений. Международный журнал “Bioelectromagnetics” попросил проф. Жадина дать научное объяснение полученных результатов для обоснования возможности публикации представленных данных. Результаты выполненных экспериментов были опубликованы лишь в сообщении русскоязычного журнала “Биофизика” (10) Лишь спустя четыре года журнал Bioelectromagnetics опубликовал представленные материалы (11) в одном номере с авторским теоретическим обоснованием (12). Через несколько лет вышли из печати статьи, поступившие из лабораторий Италии (13,14,15) и Германии (16), подтвердившие наличие такого эффекта. В опытах на бульбэктомированных животных (модель болезни Альцгеймера) эти животные облучалась сверхслабыми комбинированными магнитными полями с определенной совокупностью трех частот (17,18), что привело к улучшению памяти этих животных и снижению уровня мозгового бета-амилоида. Работы получили признание биомедицинской общественности.

В теоретическом анализе (19) были детально изучены процессы захвата свободных ионов из некогерентной среды доменами когерентности, механизмы их ускорения и преобразования ионных форм внутри домена и последующего выхода иона в некогерентную среду, а также его участия в формировании резонансного пика электрического тока в этой среде. В указанной работе были обсуждены участие этих ионов в биохимических ферментативных реакциях внутри домена и выход продуктов этих реакций в некогерентную среду. Общая КвЭД теория ускорения иона в пределах домена когерентности под действием комбинированных слабого постоянного и сверхслабого переменного магнитных полей была недавно представлена и принята к печати (20). Там же был изучен и физический механизм выхода иона из домена в некогерентную среду.

Следует обратить особое внимание на то, что в классической физике, физической химии и биохимии увеличение силы действующего магнитного поля, также как и увеличение дозы химического препарата всегда ведут к усилению их эффектов. Это – общее правило. Однако, в наших вышеупомянутых опытах (10,11) со сверхслабыми переменными низкочастотными магнитными полями, комбинированными со слабым постоянным магнитным полем на уровне естественного геомагнитного поля, было впервые выявлено, что резонансный эффект аминокислотных ионов исчезает при увеличении амплитуды по-прежнему действующего на него переменного поля, хотя его частота оставалась неизменной – циклотронной. Этот необычный, но регулярно возникавший эффект демонстрируется (см. рисунок в конце данной заявки) на приведенном ниже рисунке (12), как можно видеть, при увеличении амплитуды сверхслабого переменного магнитного поля величина резонансного пика тока через раствор сначала возрастает (см. графики a, b и c), но после достижения своего максимума при дальнейшем увеличении амплитуды продолжающем действовать переменного магнитного поля неизменно снижается (см. график d) с последующим, как мы видели, полным исчезновении эффекта на уровне амплитуды переменного поля 0,3 - 0,5 микроТесла. Однако при обратном снижении амплитуды переменного поля от ее высоких значений резонансный пик вновь возникал на своих прежних местах.

Здесь сразу вспоминаются сравнительно недавние опыты проф. Е.Б. Бурлаковой (Бурлакова с соавт., 2005), в которых было показано, что по мере последовательного разведения феназепама до сверхмалых доз его снотворное действие сначала снижалось до нуля, но, начиная с некоторой сверхнизкой концентрации, эффект возникает вновь и постепенно, по мере дальнейшего разведения раствора, исчезает уже насовсем. Важно отметить, что сверхнизкие работающие концентрации феназепама уже не обладали скверными побочными эффектами, свойственными ему при высоких концентрациях.

Вышеописанные результаты, наши и проф. Е.Б. Бурлаковой, вполне аналогичны широко известным результатам проф. Жака Бенвениста с последовательным разведением растворов до сверхнизких концентраций, при которых эффект растворенного фармакологического средства постепенно ослабевал и даже полностью исчезал. Но при достижения еще более низких концентрациях целебные свойства препарата снова проявлялись и сохранялись по мере дальнейших разведений, даже когда, по мнению самого проф. Бенвениста и окружающих, ни одной молекулы препарата не оставалось в растворе.

Способность некоторых лекарственных средств к проявлению своих целебных качеств при сильных разведениях кажется нам вполне заслуживающим доверия, на основе приведенных нами примерах с действием сверхслабых магнитных полей и с опытами проф. Е.Б. Бурлаковой. Что же касается предположения о полном исчезновении всех молекул разводимого препарата из пробирок, то в отношении водных растворов, это может оказаться излишним. Во время блестящих работ проф. Бенвениста, КвЭД теория водных растворов была еще в начальной стадии разработки, и сама эта область теоретической физики была известна лишь очень узкому кругу специалистов. Лишь в последние годы эта молодая наука стала способной к анализу столь сложных задач. И конечно, в решении подобной далеко не простой задачи необходима совместная дружная работа физиков, биологов и биохимиков.

Большой интерес вызывают эксперименты Французского ученого Жака Бенвениста по передаче на расстояние свойств вещества. Исходя из предположения об электромагнитном характере излучения медикаментозных препаратов, он посчитал возможным осуществить передачу свойств химического вещества на расстояние. В 1997-2000 гг. Ж. Бенвенист разработал аппаратуру и провел вместе с профессором Wei Huseh (Чикаго, Иллинойс,США) эксперименты по передаче из США через Интернет информационного сигнала химического вещества ацетилхолина Полученный во Франции информационный сигнал был перенесен на воду и введен биологическому объекту. Реакция биологического объекта на воду с записанным на нее информационным сигналом химического вещества ацетилхолина была такой же, как и на само химическое вещество. Работы Ж. Бенвенисто не получили развития т. к. попытки независимых исследователей повторить эксперименты не имели успеха в связи с нестабильностью результатов. Если бы великий ученый был знаком с ведущимися еще тогда разработками, он, без всяких сомнений, получил бы поддержку со стороны этих физиков и не оказался бы в почти полной изоляции, что привело его к преждевременной гибели.

Водорастворимое вещество, прямо или косвенно участвующее в сложных ферментативных реакциях, может временно задерживаться в смешанных доменах когерентности, участвуя в ферментативных реакциях. Даже если эти молекулы не имеют прямого отношения к ферментативным процессам, но имеют случайное сродство к этим процессам, они могут оказаться внутри домена и сравнительно надолго. там задержаться, не имея никакой связи с некогерентной средой, они окажутся временно незаметными для многих тестов и окружающего мира. Подобные возможности трудно исключить а приори. Несколько затрудненный молекулярный обмен между когерентной и некогерентной средами является неизбежной платой за более, чем десятикратное ускорение ферментативных реакций внутри домена, где вязкость среды более, чем на порядок снижена по сравнению с некогерентной средой. Но, конечно, нельзя исключить и иные, менее тривиальные варианты. Для этого надо расширять наши знания об этом ни на что не похожем мире полной когерентности миллиона молекул воды внутри одного домена. Но прежде всего надо расширять уже имеющиеся знания об удивительных свойствах внутридоменной среды с ее ни на что не похожими свойствами и эффектами. В любом случае, наши знания об этом удивительном мире не останутся ненужными для человечества.