Изотополы воды и их биологическая активность

Исследование физико-химических свойств водных растворов, полученных в результате мембранного электролиза, показало наличие трех основных дей-

ствующих факторов: образование устойчивых химических соединений (кислот в анолите и щелочей в католите), изменение рН жидкости, формирование не-

устойчивых (метастабильных) суперактивных соединений. Анолит дистилли-

рованной воды обладает активирующими свойствами. Наблюдается уменьше-

ние биологической активности в процессе релаксации католита и анолита со-

здает трудности при их применении [94, 112, 114-116].

Электроактивированная вода ускоряет развитие бактерий и оказывает сти-

мулирующее действие на иммунные свойства [127,128]. Изучали воздействие ультранизких концентраций различных БАВ и ультраслабых физических полей

(в основном электромагнитных) на биологические системы разного уровня ор-

ганизации - от молекулярного до популяционного. Для всех систем существует ряд однотипных закономерностей: полимодальных дозовых зависимостей, эф-

фективности при условиях воздействия ниже фоновых значений и ее зависимо-

сти от состояния системы к последующим (другим) воздействиям [70,80].

Биологическую активность воды также изменяет действие лазера, инфра-

звуковых и звуковых колебаний, ионизирующего излучения и т. д. [97,

128,129].

Влияние инфразвуковых колебаний на электропроводность дистиллиро-

ванной воды и оптическую плотность водного раствора ДНК обладает неодно-

значной чувствительностью к воздействию различных параметров. Инфразву-

ковые и низкие звуковые частоты понижают удельную электропроводность

(УЭП) до 15,7%, раствор ДНК снижает оптическую плотность [97]. Воздей-

ствие лазером приводит к изменению числа водородных связей в структуре во-

ды и, соответственно, к изменению ее биологической активности [129].

Существуют предположения о возможности взаимодействия КВЧ-

излучения, с водой. Изучаются механизмы воздействия доз ионизирующего из-

лучения на водную среду [130].

31

6. Вода с измененным изотопным составом и обработанная различ-

ными способами

В качестве примера приведем описание экспериментов, проведенных в Иркутском государственном университете.

В экспериментах, [3, 115, 116, 132 ], использовалась вода, полученная со-

трудниками объединенного института ядерных исследований, г. Дубна и была представлена к.х.н. Тимаковым А.А. Приготовление проб воды с разным со-

держанием дейтерия и определение с помощью ЯМР-спектроскопии, концен-

трации дейтерия, проводили на кафедре аналитической химии ИГУ под руко-

водством проф. д.х.н. Д. Ф. Кушнарева. Для исследования были использованы пробы с содержанием дейтерия (ppm): 10, 13 и 13,5, 17, 280 и 300, 1200, 1400, 1600, 2300. В этих экспериментах также использовали минеральную питьевую воду «Лангвей-60» и «Лангвей-100».

Соотношение изотопов кислорода в воде не изменялось относительно при-

родной, исключение составляет вода «Лангвей-60 и 100». В ней содержания тяжелой кислородной воды (О18) снижено по отношению к природному уровню на 15%. Общая минерализация воды «Лангвей-100» не менее 0,2 г/дм³.

Вода после воздействия на нее физических факторов (температура, элек-

тромагнитные поля, акустические волны – так называемые шумы, различной интенсивности)

Обработка воды с целью изменения ее биологической активности прово-

дилась несколькими способами.

1.Воду замораживали при -18 °С градусов в течение 12 часов. После этого оттаивали при температурах: 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80 °С.

2.Вода, обрабатывалась электромагнитными полями различной силы и ча-

стоты. Поле создавалось при помощи прибора Г6-27 и присоединенной к нему индукционной катушки.

3. Воду обрабатывали акустическими волнами (цветными шумами) в те-

чение 30 с. Для обработки использовали несколько видов шумов:

32

Белый шум - это сигнал с гладким частотным спектром на всех частотах.

К примеру, полоса сигнала в 20 герц между 40 и 60 герц имеет такую же мощ-

ность, что и полоса между 4000 и 4020 герц. Неограниченный по частоте белый шум возможен только в теории, так как в этом случае его мощность бесконеч-

на. На практике сигнал может быть белым шумом только в ограниченной поло-

се частот.

Частотный спектр розового шума является гладким в логарифмическом масштабе. То есть мощность сигнала в полосе частот между 40 и 60 герц равна мощности в полосе между 4000 и 6000 герц. Спектральная плотность такого сигнала по сравнению с белым шумом затухает на 3 децибела на каждую окта-

ву. То есть его спектральная плотность обратно пропорциональна частоте.

Коричневый шум схож с розовым шумом, однако его спектральная плот-

ность затухает на 6 дБ на октаву. На слух коричневый шум воспринимается бо-

лее «теплым», чем белый.

Синий шум — вид сигнала, где спектральная плотность увеличивается на

3 дБ на октаву в ограниченной полосе частот. То есть его спектральная плот-

ность пропорциональна частоте.

Термин серый шум относится к шумовому сигналу, который имеет одина-

ковую громкость для человеческого уха на всём диапазоне частот. В спектре серого шума виден большой «провал» на средних частотах, однако человече-

ское ухо воспринимает серый шум точно так же, как и белый [131].

Взаимосвязь между динамикой изменения структуры воды размороженной при разной температуре и ее биологической активностью

По данным, полученным нами при помощи ЯМР-спектроскопии структуры талой воды, можно сделать вывод, что с повышением температуры разморажи-

вания ее структурированность уменьшается. Следует отметить, что время ре-

лаксации молекул воды, растаявшей при 25 °С минимально. Колебания, как в сторону повышения, так и уменьшения степени структурированности воды в зависимости от времени носило волнообразный характер, таблица 3.

33

вания ее структура меняется. Также происходили изменения таких тест-

реакции, как подъемная сила дрожжей, пенообразование дрожжевой суспензии,

интенсивности накопления СО2. Результаты экспериментов позволяют сделать вывод, что чем более упорядочена структура воды, тем выше ее БА. При опре-

делении коэффициентов корреляции между полученными показателями БАВ и

степенью ее структурированности было выявлено, что динамика изменения

БАВ при действии на неё различных агентов определенная с помощью подъем-

ной силы дрожжей коррелируют с изменениями ее структуры значительно

лучше других использованных в работе методов и позволяет зафиксировать

быстрые колебания БАВ, а, следовательно, и ее структуры, рисунок 8.

34

Рисунок 8. Структура воды и её биологическая активность в зависимости от температуры оттаивания льда

Следует отметить, что структура воды изменяется со временем. При этом интервал релаксации молекул воды непостоянен и зависит от многих факторов.

При достаточно большом интервале измерений (1 ч) степени структурирован-

ности воды и ее биологической активности фиксирование одних и тех же точек достаточно затруднено. Однако в случаях, когда биологическая активность и структура воды меняются с меньшей скоростью, возможно, наблюдать прямо-

порциональную зависимость в тенденциях изменения БА и времени релаксации молекул воды.

35

Заключение

В результате анализа литературных данных и доступного материала экспе-

риментальных данных можно сделать следующие выводы:

Обнаружена способность некоторых беспозвоночных животных (дрозофил,

дождевых червей, мраморных тараканов) отличать воду с разным изотопным составом и проявлять преференцию к воде с низкими показателями D/H.

Общий объем воды, накапливаемой растениями (семенами гороха) и про-

стейшими (дождевыми червями), снижался по мере увеличения в ней концен-

трации дейтерия.

Живые дождевые черви независимо от содержания дейтерия в воде, в кото-

рой их инкубировали, интенсивнее поглощали протий;

Убитые (погибшие) черви и семена гороха после экспонирования, как в легкой, так и в тяжелой воде содержали больше дейтерия;

Живые семена гороха в легкой воде (13 и 100 ppm дейтерия) накапливали преимущественно дейтерий, а в контроле (136 ppm дейтерия) и в тяжелой воде

(от 300 до 1400 ppm дейтерия) – протий.

Рост культур микроорганизмов B. thuringiensis, P. аeruginosa, E. coli, S. cerevisiae угнетался при увеличении концентрации дейтерия в среде выше при-

родного (136 ppm); положительный эффект на рост B. thuringiensis оказывала вода с содержанием дейтерия 13 ppm.

Продолжительность адаптивной фазы роста у исследуемых штаммов (B. thuringiensis, P. аeruginosa, S. cerevisiae) увеличивалась в средах с содержанием дейтерия 13 и 300 ppm; вода с концентрацией дейтерия 280 ppm и 300 ppm уско-

ряла процессы споро- и кристаллообразования штамма B. thuringiensis.

Предварительная обработка воды ЭМП 5,7 нТл 10 Гц и розовым шумом стимулировала тест-реакции биопроб (подъемная сила дрожжей, интенсивность пенообразование дрожжей, всхожесть семян, рост проростков корней и стеблей семян пшеницы, фототаксис планарий); при непосредственном воздействии

36

ЭМП на суспензию S. cerevisiae, семена пшеницы, P. sibirica тестируемые реак-

ции подавлялись.

Биологическая активность талой воды зависет от температуры разморажи-

вания льда: при температуре оттаивания при 25 оС структурированность воды и подъемная сила дрожжей были минимальны;

Структура воды и ее биологическа активность взаимосвязаны друг с дру-

гом и способны быстро изменяться под действием различных экологических факторов то в одну, то в другую сторону в широком диапазоне значений по од-

нонаправленным векторам.

Полученные обобщенные данные позволяют понять причинно-

следственную связь изопотологов воды для постановки дальнейших экспери-

ментов по изучению её биологической активности.

37

Библиографический список

1.Трубецкой С.Н. История древней философии. Кн. Кучково поле. Москва. 2005.

2.Вернадский В.В. Несколько слов о ноосфере. В журнале "Успехи современной биологии".1944, № 18, вып. 2, стр. 113-1203

3.Bild W. Research concerning the radioprotective and immunostimulating effects of deuterium-depleted water / W. Bild, I. Stefãnescu, I. Hãulicã, C. Lupuşoru, G. Titesca, R. Iluscu, V. Nãstasã // Rom. I. Physiol. – 1999. – V.36, №34. – P.205218.

4.Cho C.H. Time-and space-revolved studiens of liquid water near a biologically relevant interface / C.H. Cho, M. Chimag, T. Nquyen, S. Sing, M. Vedamathu, S. Yao, J.-B. Zhu, G. W. Robinson // J. Phys. Chem. – 1995. – V.99, №19. – P.78067812.

5.Sessions R.B. Water as a conformational editor in protein folding / R.B. Sessions, L.T. Gerait, M.J. Parker // J. Mol. Biol. – 2005. – V.343, №3 – P.1125-1133.

6.Карымов М.А. Конформация молекулы ДНК в растворах большой ионной силы / М.А. Карымов, Г.В. Кокарева, Н.А. Касьяненко // 2-й Съезд биофизиков России : тез. докл. (Москва, 23-27 авг. 1999г.). - Т.1. - М.: 1999. - С.118

119.

7.Лавренков С.С. Эффект малых доз в активации воды / С.С. Лавренков, И.А. Григорюк // Доп. Нац. А. Н. Украины. – 2006. - №2. – С.192

8.Rakovski K. Isotope effects on binclig [Pap] / K. Rakovski, P. Paneth // I. Mol. Struct. – 1996. – V. 378, №1. – P.35-43.6

9.Knatz B.A. D 1H amide kinetic isotope effects reveal when hydrogen bonds form during protein folding / B.A. Knatz, J.B. Moran, A. Kentsis, T.R. Sosnick // Nature Struct. Bol. – 2000. – V.7, №1. – P.62-71.

10.Помыткин И.А. Влияние естественной концентрации тяжелых изотопологов воды на скорость генерации Н2О2 митохондриями / И.А. Помыткин, О.Е. Колесова // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2006. – Т.142, №11. – С.514-516.2. Андреев Б.М., Тяжелые изотопы водорода, дейтерий и тритий / Б.М. Андреев, Я.Д. Зельвенский, С.Г. Катальников. – М,1961.- 341с.

38

11.Shmiter J.M. La spectrometer de mass a temps de vol et ses applications en biologie : A Fourrier-transform infrfred spectroscopic invo stigation of the hydrogendeuterium exchange and secondary structure of the 28kDa channel-forming integral membrane protein (СН/Р228)/ / Shmiter J.M., H. Parves, D. Chapman, C. Benga // Eur. J. Biochem. – 1995. – V.223, №2 – P.659-664.

12.Haymet A.D.J. Physical chemistry of water, ice and the ice/water interface / A.D.J. Haymet // Cryo-Lett. – 1997. - V.18, №1 - P.8.

13.Стебновский С.В. О сдвиговой прочности структурированной воды / С.В. Стебновский // Ж. техн. физ. – 2004. - Т.74, №1. – С.21-23.

14.Габуда С.П. Структура коллагена и разупорядоченность водной подсистемы в фибриллярных белках по данным 2Н-ЯМР / С.П. Габуда, А.А. Гайдаш, Е.А. Возовая // Биофизика. – 2005. – Т.50, №2. – С.231-235.

15.Габуда С.П. Уточненные данные ЯМР о структуре связанной воды в коллагене с помощью сканирующей калометрии / С.П. Габуда, А.Л. Гайдаш, В.А. Дребущак, С.Г. Козлова // Ж. структур. химии. – 2005. – Т.46, №6. -

С. 1174-1176.

16.Габуда С.П. Физические свойства и структура связанной воды в фибриллярных белках коллагеннового типа по данным сканирующей калометрии / С.П. Габуда, А.Л. Гайдаш, В.А. Дребущак, С.Г. Козлова // Письма в ЖЭФ. –

2005. – Т.82, №9-10. – С. 693-696.

17.Barnes B. Modeling the isotope enrichment of leaf water / B. Barnes, G. Faryuhar, K. Gan // V. Mat. Biol. – 2004. – V.48, №6. – P.672-702.

18.Лихолат Т.В. Влияние низкочастотного магнитного поля на прорастание семян с пониженной всхожестью / Т.В. Лихолат, В.И. Яшкичев, П.П. Крылов // 2-й Съезд биофизиков России : тез. докл. (Москва, 23-27 авг. 1999г.). – Т.3. - М.: 1999. - С.813.

19.Лехтлаан-Тенисон Н.П. Действие сверхслабого поля на культуры бактерий E. coli и St. aureus / Н.П. Лехтлаан-Тенисон, Е.Б. Шапошникова, В.Е. Холмогоров // Биофизика. – 2004. – Т.49, №3. – С.519-523.

20.Летников Ф.А. Активированная вода / Ф.А. Летников, Т.В. Кащеева, А.Ш. Минцис. – Новосибирск: Наука, 1976. - 134с.

21.Алексеев А.И. Химия воды. - СПб: СЗТУ, 2001.

22 . Антонченко В.Я. Основы физики воды / В.Я. Антонченко, А.С. Давыдов, B.C. Ильин. - Киев: Наукова думка, 1991. - 669с.

39

23.Белая М.Л., Левадный В.Г. Молекулярная структура воды. - М.: Знание,

1987.

24.Лурье А.И. Вода - бесценный дар природы. - Харьков: Прапор, 1990

25.Звягинцева А.В. Химия воды и водоподготовка. Воронеж: Воронежский государственный технологический университет, 2001.

26.Пелиновский Е. Н., Талипова Т. Г., Степанянц Ю. А. Моделирование распространения нелинейной внутренней волны в горизонтально неоднородном океане // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1994. Т. 30. С. 79-85.

27.Борн М. Атомная физика, 2-е изд., М.:Мир,1967.- 493с

28.Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. - М.: Московский университет, 1998.

29.Горский Н.Н. Вода - чудо природы. - М.: Академия наук СССР, 1962.

30.Меркулов А.П. Самая удивительная на свете жидкость. - М.: Сов. Рос-

сия,1978.

31.Морозова О.Г. Химия окружающей среды. Ч.1: Химия гидросферы. - Красноярск: СибГТУ, 2002.

32.Стехин А.А., Яковлева Г.В. Структурированная вода: Нелинейные эффекты. – М.: Изд-во ЛКИ, 2008

33.Зацепина Г.Л. Физические свойства и структура воды / Г.Л. Зацепина. –

М.: Изд-во МГУ,1998. – 185с

34.Зенин С.В. Структурированное состояние воды как основа управления поведением и безопасностью живых систем. Диссертация докт. биол. наук, Москва, 1999.

35.Яшкичев В.И. Вода, движение молекул, структура, межфазные процессы и отклик на внешнее воздействие. - М.: Агар, 1998

36.Эмото М. Послания воды: Тайные коды кристаллов льда. — София,

2005.

37.Эмото М. Энергия воды для самопознания и исцеления. — София,

2006.

38.Конычев А.А. Вода и жизнь. - Кишинев: Штиинца, 1985

40