The new risk factor of human health – the electron deficiency in the environment

Yu. A. Rakhmanin, the academician of the Russian Academy of Medical Sciences,

A. A. Stekhin *, candidate of technical sciences,

G.V. Yakovleva, candidate of technical sciences

A.N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health of the Ministry of Public Health and Social Development of Russia

*[email protected]

The article deals with the possible reasons of worsening public health status and biota degradation from the point of view the new risk factor – the electron deficiency in the environment and drinking water and also the main mechanisms of the electron deficiency effect on cellular metabolism and human diseases. Offered are new approaches to the regulation of the electron deficiency in the environment based on cold – plasma technologies.

Keywords: vital factors, valeokinesis, valeostasis, boze - condensate of electrons, shortage of electrons

Структура витальных факторов (факторов, необходимых для жизни), определяющих взаимосвязь состояния здоровья человека с факторами окружающей среды, необходимыми для сохранения валеостаза (состояние, характеризующее относительное постоянство показателей жизнедеятельности организма), тысячелетиями оставалась неизменной. Однако в последние годы происходит интенсификация антропогенного влияние на биоту. При этом наряду с известными факторами риска жизни и здоровью человека, происходят изменения и в структуре витальных факторов, в пределах валеостаза и условий валеокинеза человека (совокупности протекающих в организме процессов). Известно, что основу жизнедеятельности человека определяют такие витальные факторы как вода, кислород, углекислый газ, тепло, свет, земная гравитация, фоновая ионизирующая радиация, аэро- и гидроионы, нутриенты (питательные вещества), витамины, биологически активные вещества пищи, сапрофитная микрофлора кишечника и другие. Вместе с тем, общепринятая методология изучения биологического значения перечисленных факторов не отражает происходящие изменения валеостаза человека под влиянием электронного состояния окружающей среды. Согласно современных представлений биофизики, рассматривающих любой живой объект как негэнтропийное («высоко (отрицательно) энергетическое и низкоэнтропийное состояние» [31, с.170]) образование, основным звеном валеостаза и валеокинеза человека является, в первую очередь, электрическая компонента Земли, находящаяся в постоянном взаимодействии с живыми организмами и поддерживающая их негэнтропийное состояние [11, 40, 51].

В этой связи представляется целесообразным рассмотреть влияние техносферы на изменение данного валеогенного фактора (фактора окружающей среды, определяющего состояние здоровья человека) и роль электронного дефицита в клеточном метаболизме и патогенезе болезней цивилизации. Однако адекватное понимание данных проблем невозможно без рассмотрения основных закономерностей переноса нескомпенсированных электронов в надмолекулярных структурах воды и анализа их регуляторной роли в клеточном метаболизме.

 

 

1. Состояние, стабилизирующая и управляющая роли электронов в когерентных структурах ассоциированной воды

Современный этап исследований в области экологии человека и гигиены окружающей среды характеризуется изысканием безреагентных способов управления состоянием водных систем и живых организмов. Понимание физико – химических и структурных изменений, происходящих в результате такого управления имеет принципиальное значение, так как затрагивает фундаментальные процессы гомеостаза живых организмов, особенно в условиях техногенного, в частности, электромагнитного стресса.

Для того, чтобы адекватно воспринимать новизну и сложность поставленной проблемы необходимо кратко остановиться на достижениях последних лет в области изучения жидкофазного состояния. Наиболее важные изменения в теории жидкости и, в особенности, воды заключаются в отказе от представлений жидкости как гомогенной среды [52].

Вода гетерогенна не только вблизи границ раздела фаз, но и в объеме. В объемной воде также существует ассоциированная вода, представленная полиморфными модификациями льдов. Термодинамические условия их стабилизации связаны с возникновением гидрофобных взаимодействий и наведенных дипольных моментов статическими электрическими полями, а также обменных электронных взаимодействий.

Во-вторых, носители электрических зарядов в жидкости, возникающие при диссоциации воды, длительное время существуют только в ассоциированной воде. Свободная вода представляет собой непроводящую диэлектрическую среду.

В третьих, заряды в ассоциированной воде объединяются в виде электромагнитных вихрей, охватывая своим действием значительное количество молекул воды и поддерживая в своем объеме влияния метастабильное когерентное состояние среды, характеризуемое уменьшением энтропии.

В четвертых, закрепленные в ассоциированной воде электромагнитные вихри подобно джозефсоновским вихревым цепочкам обладают продольной трансляцией, что обеспечивает пространственное самовоспроизведение структуры и поля, то есть осуществляется энергоинформационный обмен.

В пятых, образующиеся когерентные волновые структуры являются квантовыми объектами и потому описываются единым волновым уравнением с фазами волновой функции, соответствующих длинам волн де-Бройля, намного превышающих межмолекулярные расстояния. Возникающие квантовые эффекты волновых пакетов электронов ассоциированной воды, в частности, временной нелокальности фазы волн, становятся макроскопическими и потому влияют на состояние когерентного объекта в каждый момент времени.

В сверхтекучем состоянии электроны (также как и атомы) являются неподвижными. Общим свойством сверхтекучих электронов является установление для всех частиц коррелированного состояния (бозе-конденсации), при котором частицы объединяются общим продольным электромагнитным полем. Продольное электромагнитное поле с одновременной пространственной корреляцией частиц сопровождается закономерными эффектами:

1. Чем больше частиц «подключается» к общему полю, тем устойчивее и сильнее оно становится, что, в свою очередь, увеличивает количество коррелируемых полем частиц. То есть бозе-конденсация сама себя усиливает, черпая энергию фононов из внешней среды.

2. Сверхтекучая фаза, включающая в себя общее поле продольных волн и взаимодействующие с ним коррелированные частицы, имеет соответствующую внутреннюю энергию связи.

3. Теплоемкость сверхтекучей фазы в силу заторможенности движения частиц минимальна, а теплопроводность, наоборот, имеет максимальные значения.

4. В сверхтекучей фазе функции перемещения частиц относятся не к одиночным частицам, а к единому полю продольной волны, под действием которого частицы переносятся (телепортируются). Это происходит при возникновении в каком либо месте взаимодействия единого поля продольной волны, совпадающего с длиной волны де-Бройля, энергетически благоприятных условий, что приводит к моментальной материализации частицы в этом месте.

Супрамолекулярные образования ассоциированной воды, формирующие в объемной жидкости цепочечные структуры, стабилизируются благодаря продольному электромагнитному полю, создающего неоднородное силовое поле вдоль оси своего распространения. Большая интенсивность общих продольных волн в ассоциатах проявляется в притяжении сторонних атомом с эффектом их «фокусировки» вдоль оси ассоциата.

Рассмотренные выше коллективные свойства частиц, определяемые термином «бозе-конденсация», в квантово-механическом описании кратко характеризуются следующими свойствами:

- Бозе-конденсат – это частицы, корреллированные (в пространстве и по фазам) с общим резонансным продольным полем. Эти две составляющие бозе-конденсата (частицы и поле) взаимодействуют друг с другом, образуя энергию связи.

- Продольное электромагнитное поле склонно к образованию стоячих волн в бозе-конденсате как в резонаторе и быстро уменьшается за пределами своего контура.

- Бозе-конденсат имеет эффективный канал передачи энергии посредством продольных волн, в связи с чем, при неподвижном состоянии самих частиц, он обладает свойствами телепортации и характеризуется высокой теплопроводностью.

- Температура бозе-конденсата близка к абсолютному нулю. В нормальных температурных условиях жидкости это достигается двумерным состоянием среды, характеризуемым громадной напряженностью «охлаждающего» электрического поля порядка 10⁷…10⁸В/см. В неравновесных условиях движения вихря, когда отсутствует «охлаждающее» электрическое поле, в энергетически насыщенной среде бозе-конденсат поддерживается за счет неравновесного состояния, характеризуемого дефицитом фононов.

Основная роль продольных электромагнитных волн заключается в поддержании во времени и пространстве негэнтропийного и неравновесного состояния биосистем, в том числе обеспечивая транспорт электронов, необходимых для периодического запуска метаболических процессов.

Коррелированные состояния частиц и зарядов в продольном электромагнитном поле по своей сути соответствуют эффектам интерференции волновых функций, которые отвечают за многие элементарные физические и химические процессы, То есть можно предположить, что перечень возможных проявлений действия интерференции волновых функций может быть значительно шире. Так, например, многие химические и биохимические реакции относятся к большому классу окислительно-восстановительных процессов, включающих стадию переноса электронов между донором и акцептором и иногда по двум (или более) параллельным путям. В этом случае разность фаз между «парциальными» ψ – функциями, суммирующимися на акцепторе, зависит от сдвигов фаз электронов, находящихся в различных областях пространства. В пределах диапазона интерференции волновых функций возникают соразмерные изменения скорости реакции или энергетического активационного барьера выхода активной частицы.

Для активации частиц (изменения уровня энергии частицы в потенциальной квантовый яме) имеет значение набег фазы волны на незамкнутом участке, например, при туннельном переносе. Многие биохимические процессы включают стадию туннельного переноса электронов и протонов. Туннельный перенос между локализованными («финитными») состояниями частиц имеет важные особенности. Являясь изоэнергетическим процессом, туннельный перенос требует совпадения энергетических уровней между исходным и конечным состоянием. Направленный необратимый перенос частиц становится возможным только благодаря релаксационным процессам в доноре и/или акцепторе, изменяющим относительное расположение уровней и выводящим систему из резонанса. Часто именно эти процессы лимитируют скорость всей реакции. При этом плотности зарядов (иначе, амплитуды ψ-функций,) на доноре и акцепторе до начала и в первый период релаксации близки друг к другу. Эта ситуация почти полностью аналогична случаю туннелирования электронных пар между двумя сверхпроводниками через тонкий зазор в эффекте Джозефсона.

Вода является мишенью воздействия магнитного векторного потенциала, образуемого в результате квантовой интерференции. Перестройка структуры ассоциатов молекул воды, вызванная нарушением условий равновесия на внутриклеточном масштабе, происходит в основном посредством туннелирования протонов вдоль межмолекулярных водородных связей. Важная роль в динамике водной структуры и её физико-химических свойств отводится сольватированным электронам. Делокализованные в пределах одного кластера они переходят в соседний вследствие туннельного переноса. Этот процесс, как и перенос протонов, может быть объектом действия магнитного векторного потенциала, изменяющего скорости и направления процессов перестройки структуры водных ассоциатов, а вместе с этим и состояние биохимической системы клетки. Оценка магнитного векторного потенциала, создающего дополнительный сдвиг фаз ∆φ=π при ширине барьера 3…10·10^-10м, даёт величину А около 0,3…1·10^-5Т·м.

Экспериментальное подтверждение химического действия квантовой интерференции по изменению величины магнитного векторного потенциала приведено в работе [14], где исследовались процессы осаждения ионов парамагнитных металлов (железа, марганца, никеля, кобальта, меди и др.) в высоко градиентном магнитном поле. Высокоградиентные магнитные поля с ненулевым значением магнитного векторного потенциала (gradB≠0) возникают в случае открытых магнитных систем вблизи поверхности стыка двух разнополярных магнитов и над узкими щелями замкнутых магнитных систем. В исследовании были зарегистрированы кольцевые структуры осадков гидроокисей меди и железа, совпадающие с положением областей, где gradB≠0. В области однородного магнитного поля или при его отсутствии осадков не наблюдалось.

В этой связи преимущества управления квантовыми состояниями нанокластеров ассоциированной воды, осуществляемое с помощью продольных электромагнитных волн, заключаются в пространственной когерентности возбуждающих среду волновых пакетов, что обеспечивает возможности их естественной «репликации». Использование квантовых состояний, связанных с нелокальностью волновых пакетов, позволяет наблюдать будущие изменения состояния системы (то есть «видеть» будущую структуру) не на уровне чрезвычайно малых временных интервалах, имеющих место в молекулярных системах, а в достаточно протяженные временные интервалы, измеряемые секундами и минутами.

Супрамолекулярные структуры ассоциированной воды представляют собой новый объект исследований, значимость которого определяется их биологической ролью. Действительно, нуклеиновые кислоты и белки, составляющие основу жизни, становятся активными только после связывания с ассоциированной водой, когда в них появляются заряды в форме ион – радикалов. Именно через динамику наведенных квазистатических электрических полей и магнитных явлений может быть осознано поведение белковых тел как открытой, динамически изменяющейся существенно неравновесной системы, находящейся в обменном взаимодействии с ассоциированной водой объемной жидкости и внешней средой.

Если использовать модель состояния электронов в ассоциатах в виде когерентного сверхтекучего волнового пакета, а именно эта модель оказалась наиболее плодотворной в описании обменных электронных процессов в воде, то взаимодействие белковых тел осуществляется через взаимодействие цепочечных структур ассоциированной воды. Тогда тождество квантовых состояний электронов в ассоциатах является условием, необходимым для осуществления транспорта электронов в цепочках и, наоборот, расположение вблизи «рабочей» резонансной цепочки соседней цепочки с близкими, но не равными резонансу параметрами, будет создавать помехи для подобного транспорта, то есть блокировать биологический процесс.

Известные литературные данные по динамике нанокластеров белков и нуклеиновых кислот, рассматриваемые в последующих разделах, указывают на ведущую роль ассоциированной воды в анизотропии внутриглобулярной подвижности и ионный транспорт на основе возникновения конформационных состояний биополимеров, регулируемых фазовыми переходами ассоциированной воды.

Рассмотренные представления о роли ассоциированной фазы воды в процессах переноса электронов позволяют с новых позиций оценить основные причины трансформации электронного состояния внешней среды.