Дискуссионные вопросы действия индифферентных газов на организм

В.В. Довгуша
ДИСКУССИОННЫЕ ВОПРОСЫ
ДЕЙСТВИЯ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ГАЗОВ
НА ОРГАНИЗМ
Санкт-Петербург
2011
УДК 613.83
543.3
В работе рассматриваются процессы взаимоотношения орга-
низма человека и газовой среды в свете квантово-механических ха-
рактеристик, в основе которых лежат практические и теоретические
исследования.
ISBN - 5-88203-016-1
© В.В. Довгуша, 2011
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................4
I. Физико-химические, биологические
особенности инертных газов ..................................................7
II. Cостояние инертных газов
перед поступлением в организм .............................................21
III. Взаимоотношение индифферентных газов
с водной компонентой организма ...........................................48
IV. Биофизические реакции в организме под давлением ...........69
V. Рецепторные эффекты.
Энергетика при дыхании ксеноном ........................................75
VI. Этиопатогенез взаимодействия
инертных газов в организме ....................................................82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................101
ЛИТЕРАТУРА ...........................................................................111
4
Освоение шельфа и глубин Мирового океана в настоящее вре-
мя невозможно без пребывания человека под водой, гермообъектах,
где одним из основных действующих факторов является повышен-
ное давление. Практическая деятельность в этих условиях осущест-
вляется либо в нормобарических устройствах и аппаратах, где чело-
век защищён от действия высокого давления, либо при водолазных
спусках, когда высокое давление действует непосредственно на ор-
ганизм.
Десятки тысяч граждан России выполняют свои профессио-
нальные и служебные обязанности в условиях искусственно изме-
нённого барометрического давления. Это водолазы, кессонные ра-
бочие, лица, занятые освоением шельфа, лётчики, космонавты и др.
Деятельность вышеперечисленных лиц связана с опасностью для
здоровья и жизни, в связи с возможным возникновением так назы-
ваемых специфических профессиональных заболеваний (декомпрес-
сионная болезнь, азотный наркоз и др.).
Исполнилось 113 лет с момента величайшего события в науке –
открытия инертных газов и более шестидесяти лет с момента при-
менения ксенона как анестетика.
Медицинская наука находится на самом начальном этапе при-
менения ксенона и других инертных газов (Kr, Ar, He) в лечебных
целях. В этом отношении, расширение методов ксенон-терапии в
кардиологии, пульмонологии, невропатологии, психотерапии, нарко-
логии, детской хирургии, акушерской анестезиологии является весь-
ма перспективным направлением на пути практического применения
ксенона в медицине.
Только в России выполнен весь комплекс доклинических и
клинических испытаний и ксенон официально разрешен для ши-
рокого медицинского применения в качестве средства для нар-
коза Приказом МЗ №363 от 08.10.1999 г., зарегистрирован в
ВВЕДЕНИЕ
Посвящается памяти Бориса Николаевича Павлова –
фаната индифферентных газов и профессионала гипербарии
5
Государственном реестре лекарственных средств как наркозно-
ингаляционное средство.
Россия обладает научно-техническим и сырьевым потенциалом
для промышленного производства ксенона за счет рационального и
эффективного использования собственных сырьевых ресурсов.
Исследования электронной структуры оболочек инертных газов,
в первую очередь Kr и Хе с позиций квантовой механики подсказывает,
что эти газы способны вступить в реакции даже без участия фтора.
С 1962 года получено более 150 химических соединений Хе,
Kr, с фтором, кислородом, водородом, азотом, хлором. Группа ис-
следователей из Хельсинки Петтерсон М., Лунделл Я., Рассанен
М.(1995-2000 г.г.) после лазерного фотолиза получили соединения
НХеН (дигидридксенон), а затем целую серию гидридов Хе, в том
числе НХеОН, НХеОХеН и др. Эти соединения интересны тем, что
обладают высоким сродством к электрону, обладают большим ди-
польным моментом и, с формальной точки зрения, представляют со-
бой продукт внедрения атома Хе в молекулу воды.
В медицине и биологии человек должен использовать как есте-
ственную инертность благородных газов, так и вынужденную их ре-
акционную способность.
Исследования механизма действия ксенона на биологические
объекты – это исследования в мире нанохимии – огромном мире,
простирающемся от индивидуальных молекул (Хе и Н2О) до конти-
нуальных систем, составляющих фазу – кластер, газогидрат ксенона
или постксеноновый ассоциат (структура молекул Н2О после ухода
из полостей Хе).
В этих наноструктурах происходят межмолекулярные взаимо-
действия, лишающие молекулы своей индивидуальности (в данном
случае это инертные газы), свойства и поведение атомов и молекул
газа в ансамблях (кластерах, газогидратах) другие, чем у индивиду-
альных молекул. В механизмах биологического действия инертных
газов четко прослеживается как свойства индивидуальных молекул,
так и коллективные свойства. При объединении в кластер эти харак-
теристики эволюционизируют в новые свойства фазы и при этом ие-
6
рархия объединенного количества молекул ведет к изменению физи-
ологических свойств.
Классическая химическая термодинамика и классическая хи-
мическая кинетика используются в качестве теоретической базы для
большинства биохимических и биофизических исследований. В этих
исследованиях допускается безусловная достоверность и общая при-
меняемость законов классической физической химии для всех хими-
ческих, биохимических и биологических процессов. При этом совер-
шенно не принимается во внимание важнейшее обстоятельство, что
в самой физической химии множество её закономерностей рассма-
триваются как далеко не очевидные, а напротив, дискуссионные. По
нашему мнению, законы классической физической химии не могут
механически переносится на все физико-химические процессы, и тем
более на столь сложное их многообразие, которое характерно для жи-
вых организмов. Эволюция жизни не противоречит термодинамике,
но только термодинамического описания недостаточно для понима-
ния и объяснения биологических явлений во всем их многообразии.
В биохимических, биологических исследованиях доминирует
механический перенос всех законов классической химической тер-
модинамики и химической кинетики на живые организмы и это, пре-
жде всего, влияет на концепции биофизики и биоэнергетики. Это
приводит к очень упрощённой модели состояния биоэнергетики, вы-
работки, распределения, преобразования и использования энергии
в живых организмах, в которых понятие коллективных взаимодей-
ствий, самоорганизации и самоуправления в биообъектах фактиче-
ски игнорируется, совершенно не учитывается роль молекул воды в
биологических жидкостях с точки зрения квантовых проявлений.
В данной работе предпринимается попытка рассмотреть ряд
нетрадиционных (однако, не выходящих за пределы логики теорети-
ческих построений физики и химии) гипотез в области взаимодей-
ствия живого организма и газофазных состояний внешней среды.
В основе этих гипотез лежит обоснование и рассмотрение яв-
лений в свете волновых взаимодействий.
7
Необходимо чётко представлять, что инертные газы в газовой
фазе имеют одни физико-химические характеристики, а в составе
кластеров, газогидратов – другие. Необходимо различать непосред-
ственное действие и последствия инертных газов.
Различные инертные газы оказывают не одинаковое влияние на
живой организм не только в возможности вызывать наркоз, но и влия-
ют на течение химических процессов, биофизических реакций. Ука-
занные взаимодействия зависят от природы, физико-химических ха-
рактеристик инертного газа. Скорость физиологических процессов при
воздействии одного газа может отличаться от другого в десятки раз.
Например, аргон относится к группе благородных (инертных)
газов с атомной массой 40 и занимает среднее положение в этой
группе. По своим физико-химическим свойствам он близок к азоту и
кислороду. От гелия и неона отличается способностью образовывать
кластеры (гидраты). Наличие свободного альфа-подуровня у 3-го
электронного слоя говорит о том, что теоретически аргон может об-
разовывать химические связи. Значит, аргон легко активируется.
В химические реакции аргон не вступает, но он, по-видимому,
является катализатором некоторых химических реакций. Так, если в
кислородно-азотную смесь добавить аргон, то в результате ускорения
синтеза оксидов азота под действием медленных и быстрых электро-
нов увеличивается концентрация ионов азота (Дмитриев М.Т., 1960).
В кислородно-азотно-аргоновых смесях, содержащих 90 % аргона,
скорость реакции образования оксидов азота в 2,5 раза больше, чем
без аргона. По предположению М.Т. Дмитриева увеличение кон-
центрации ионов азота происходит в результате передачи электро-
на от молекулы азота к положительным ионам инертных газов при
соударении (процесс перезарядки). Возможно и иное объяснение.
Ионы аргона, обладающие ионизационным потенциалом, близким к
таковому для азота, редко ионизируют молекулы последнего. Иони-
зационная способность у гелия гораздо меньше, чем у аргона и кис-
I. Физико-химические, биологические
особенности инертных газов
8
лорода. Этим также объясняется, почему гелий в отличие от аргона
оказывает малое влияние на скорость образования оксидов азота.
При вдыхании газовой смеси из 69 % аргона, 11 % азота и 20 %
кислорода под давлением 4 атм возникают явления наркоза, которые
выражены гораздо сильнее, чем при дыхании воздухом под тем же
давлением. При прекращении подачи Ar наркоз прекращается.
Имеются и другие данные, показывающие, что инертные газы,
не обладающие, как известно, реакционной способностью, оказы-
вают различное влияние на течение химических процессов в поле
ультразвуковых волн. Так, например, известно, что в озвучиваемых
ультразвуком водных растворах белков, аминокислот, углеводородов
и других органических соединений, как правило, появляются альде-
гиды, в частности, формальдегид. Оказалось, что скорость указанной
реакции зависит от природы присутствующего инертного газа (Эль-
пинев Е.И., 1958). Насыщение раствора гелием почти не приводит к
увеличению скорости образования нового соединения по сравнению
с воздухом, а насыщение раствора аргоном приводит для некоторых
веществ к десятикратному увеличению скорости образования фор-
мальдегида.
Академик Н.Н. Семенов (1989) пишет, что создание теории раз-
ветвленных цепных реакций было постулировано опытами, проведен-
ными в 1924 году: «...При давлении ниже критического кислород не
реагирует с фосфором. Достаточно однако ввести в сосуд добавку не-
которого количества аргона, чтобы произошла яркая вспышка. Инерт-
ный газ аргон, не способный ни к каким химическим реакциям, делал
кислород реакционноспособным! Это было уже настоящим чудом...».
Интересно, что в атмосфере NO не горит свеча, но горит крас-
ный фосфор. Значит, один лишний электрон не нужен кислороду, но
нужен красному фосфору…
Аргон, несмотря на свою низкую способность ионизироваться,
имеет повышенное напряжение возбуждения, даже выше чем неона.
Атом Ar в возбуждённом состоянии может стать сильным восста-
новителем (валентный электрон находится в S-состоянии, энергия
связи этого электрона 4-5 эВ). Имеются данные, что смесь азота с
9
аргоном, содержащая всего лишь 0,1 % аргона, будучи растворённой
в воде, усиливает интенсивность сонолюминесценции в 30 раз.
Для доказательства физиологической активности аргона в та-
ких же экспериментах на крысах в мозговой ткани исследовался ме-
таболизм и, прежде всего, окислительное фосфорилирование в ми-
тохондриях нейронов. Количественным гистохимическим методом
исследовалась в клетках моторной коры активность одних из ключе-
вых ферментов дыхательной цепи – СДГ и НАДН-ДГ. В целом, эти
исследования количественно показали влияние аргона на состояние
дыхательных ферментов, что выразилось в значимо более высокой
их активности в аргонсодержащей гипоксической среде, чем в азот-
содержащей, соответственно.
Длительное пребывание (7 суток) человека в кислородно-
азотно-аргоновой среде при давлении 10 мм вод. ст. (0,10 МПа) яв-
ляется безопасным. Продолжительность жизни животных в гипокси-
ческих кислородно-аргоновых средах в два раза больше, чем в таких
же по составу кислородно-азотных средах. Потребление кислорода
у животных в покое в кислородно-аргоновых средах с содержанием
кислорода 10 и 5 об.% практически такое же, как и у животных, ды-
шащих атмосферным воздухом. Активность основных дыхательных
ферментов нейронов мозга крыс – сукцинат-дегидрогеназы (СДГ)
и никотинамид-аденин-динуклеотид-дегидрогеназы (НАДН-ДГ) –
достоверно выше после пребывания в гипоксической кислородно-
аргоновой газовой среде по сравнению с пребыванием в гипоксиче-
ской кислородно-азотной среде с таким же соотношением газов. В
водной среде, насыщенной аргоном, размножение гидр происходит
на 30 % быстрее, чем в воде с таким же насыщением азота. Эти ис-
следования показывают, что аргон активтрует воду более значитель-
но, чем азот воздуха (Павлов Б.Н., 1998).
Несоответствие концентраций любого вещества-реагента фи-
зиологическим границам ведёт к образованию или накоплению ме-
таболитов, не должных иметь место in vivo. Все это справедливо и
для любых молекул газа, в том числе и кислорода, под давлением. В
клетках при увеличении парциального давления любого газа выше
10
физиологической нормы происходят различные реакции вплоть до
деструктивных процессов.
Метаболически инертные газы при различных величинах дав-
ления, концентрации и сочетания оказывают специфическое био-
логическое действие на живой организм. Они влияют не только на
кинетику химических реакций, но и во многих случаях строго за-
кономерно определяют и характер этих реакций (Павлов Б.Н., 1998;
Кулешов В.И. с соавт., 2001).
Представление о полной инертности инертных газов опровер-
гается хотя бы тем фактом, что эти газы растворяются в воде. Это
предполагает наличие сил взаимодействия между атомами инертных
газов и молекулами воды. Молекулы воды, соединяясь водородной
связью, образуют пустоты, которые могут удерживать атомы инерт-
ных газов. Соединение с водой (или другими клатратами, кластера-
ми) не относится к числу химических соединений, и их образование
сопровождается внешним перераспределением электронов. Все реак-
ции происходят только за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий.
Растворённый в воде Аr выступает в роли своеобразного ката-
лизатора реакции пероксидации, имитируя в какой-то степени дей-
ствие фермента миелопероксидазы. Источником энергии активации
для обеспечения этой реакции является увеличение степени неравно-
весности водной среды при пропускании через воду аргона (Воейков
В.Л., Химич М.В., 2002). Атом Аr обладает ярко выраженными ги-
дрофобными свойствами. Гидрофобные частицы препятствуют сво-
бодному замыканию водородных связей между молекулами воды, в
их присутствии энтропия системы уменьшается, а свободная энергия
растёт. В отличие от других гидрофобных частиц, атомы Аr не могут
объединяться друг с другом, поскольку не способны к гидрофобным
взаимодействиям. Поэтому атомы аргона, оказавшись заключённы-
ми в «клетку» из нескольких молекул воды, будучи крайне хими-
чески инертными, не могут быстро покидать воду в виде пузырей.
Тогда при насыщении воды атомами аргона её свободная энергия мо-
жет надолго и намного увеличиваться, и это, как ни парадоксально,
обусловлено именно крайней химической инерт ностью аргона. Эта
11
энергия может быть в принципе использована для ускорения проте-
кания в воде химических, биофизических реакций.
Уменьшение или усиление свечения хлюмоминесцентных бак-
терий, устранение иммобилизации головастиков при повышении
гидростатического давления происходит за счёт изменения про-
странственных (физических) характеристик ассоциатов самой воды,
кластеров растворённых газов, кластеров растворённых аминов,
фосфатов и т.п.
Повышенное содержание инертного газа в артериальной кро-
ви при сатурации (перепад с венозной 3-6 % по объёму) существен-
но способствует диффузии его из капилляров к самым отдалённым
клеткам. Немаловажную роль при этом играет, кроме радиальной,
продольная – вдоль длины всего тканевого цилиндра, диффузия, соз-
дающая ускоренный поток газа к клеткам.
Газовые кластеры с кислородом, азотом, гелием и аргоном по-
падают внутрь клеток, взаимодействуя с митохондриями, микро-
сомами и другими органеллами клетки. При ГБО и при дыхании
кислородно-аргоновой смесью активируется митохондриальное и
микросомальное окисление: ускоряется перенос электронов по цепи
митохондрии, яды экзогенного и эндогенного происхождения в ми-
кросомах трансформируются в неядовитые соединения. В результате
активизируется синтез макроэргов и осуществляется дезинтоксика-
ция организма. На 20 % увеличивается утилизация глюкозы.
Ускорение переноса электронов по цепи митохондрий и стиму-
ляция микросомального окисления приводит к увеличению в клетках
концентрации активированных форм кислорода и активных радикалов,
играющих роль не только в биосинтетических и дезинтоксикационных
реакциях, но и в модификации мембран клетки в ответ на действие
экстремальных раздражителей. Умеренно (дозированно) активирован-
ное перекисное окисление липидов способствует обновлению состава
липидов мембран, модифицирует их функцию (Пахомов В.И., 1990).
Мембраны становятся более проницаемы для ионов биологически
активных веществ и фармакологических средств. Супероксиданион-
радикал стимулирует синтез норадреналина. Важна его роль при вос-
12
палении, иммунных реакциях и модификации действия интерферона.
Супероксиданион-радикал поражает бактерию или вирус совместно
с биологически активными веществами. Его действие становится аб-
солютным для клостридий, не имеющих антирадикальной защиты.
Специфические функции фагоцитирующих клеток активируются с
помощью внутриклеточных оксигеназных радикалов.
Наиболее близким к ксенону по физико-химическим свойствам
является криптон, биологическое действие которого на животных и
человека подробно рассмотрено в работе А.Р. Куссмауль (2007).
Анестетическая сила криптона несколько ниже ксенона, что может
дать новый, более широкий спектр их применения для лечения и реаби-
литации при нормальном давлении и обеспечить достаточную анесте-
зию при повышенном давлении (Павлов Б.Н., Куссмауль А.Р., 2005).
Биологическая активность криптона у животных и человека
проявляется в различной степени в зависимости от парциального
давления и уровня организации живого организма. Криптон в во-
дных и газовых средах, смесях при повышенном давлении проявляет
выраженный анестетический эффект.
Ксенон и криптон (в большей степени) вызывают увеличение
числа нейтрофилов. Подсчёт соотношения количества нейтрофилов
разной степени зрелости показал, что воздушно-криптоновая среда
не меняет данного соотношения, тогда как в воздушно-ксеноновой
среде происходит сдвиг в сторону более зрелых нейтрофилов.
Кроме того, ксенон и криптон в среде вызывают значительное по-
вышение величины лейкоцитарного индекса интоксикации, рассчитыва-
емого по формуле Островского В.К. (2003) по сравнению с контролем.
Действие воздушных газовых смесей ксенона и криптона на
биохимию крови различно (Павлов Б.Н., Куссмауль А.Р., 2005). В
этих экспериментах газовые среды содержали 30 % Хе или Kr и 70 %
воздуха при абсолютном давлении 0,13 МПа, среда в камере нормок-
сическая. Однако не уточнено, на фоне каких эффектов (ксеноновых
или постксеноновых) анализировались эти данные.
В работе А.Р. Куссмауль (2007) определены пороговые величи-
ны парциального давления криптона, оказывающего анестетический
13
эффект на различных лабораторных животных и человека. Экспери-
менты показали, что лабораторные планарии полностью обездвижи-
ваются и не реагируют на раздражители при давлении криптона от
20 до 30 кгс/см2 (при этом такие же парциальные давления других
газов – гелия, азота, аргона – подобного эффекта не дают); плодовые
мушки – при 18-20 кгс/см2 (при этом самцы оказываются более чув-
ствительными, чем самки); иглистые тритоны – при 14-16 кгс/см2.
Анестетическая концентрация криптона в среде для взрослых осо-
бей японского перепела составляет 5-5,5 кгс/см2.
В экспериментах с участием человека показано, что дыхание
кислородно-криптоновой смесью, содержащей 14 % кислорода и
86 % криптона, при 3 кгс/см2 в течение 3-6 мин через последова-
тельное прохождение стадий анальгезии и возбуждения (1-я и 2-я
стадии анестезии по классификации Cuedel'a) вводит испытуемых в
состояние, которое характеризуется амнезией (полной), аналгезией
(по меньшей мере, частичной), повышенным мышечным тонусом,
наличием неравномерного, в основном глубокого и частого дыхания,
повышенным артериальным давлением и учащённым пульсом, на-
личием грез, сновидений, галлюцинаций. По-видимому, это макси-
мальная стадия анестезии, которую можно достигнуть при данных
условиях и времени воздействия, и которая, однако, не полностью
соответствует хирургической стадии анестезии.
Исследования влияния водной среды, насыщенной крипто-
ном, на скорость регенерации лабораторных планарий показали, что
криптон в водной среде не оказывает выраженного влияния на ско-
рость регенерации головы лабораторных планарий. Не выявлено су-
щественных различий в скорости регенерации головы лабораторных
планарий в контроле и в опыте при инкубации в течение 72 ч при
давлении 3 кгс/см2 (р ≥ 0,05). При этом в воде, содержащей криптон,
наблюдалась тенденция к ускорению регенерации. Увеличение пар-
циального давления до 6 кгс/см2 приводит к уменьшению скорости
роста головы у лабораторных планарий как по сравнению с контро-
лем, так и по сравнению с инкубацией в течение такого же времени
при 3 кгс/см2 (р ≥ 0,05). При инкубации в среде, содержащей крип-
14
тон, в течение 2 суток также не обнаружено достоверных отличий в
скорости регенерации, с тенденцией к увеличению средних значений
обоих показателей в опытной группе (р ≥ 0,05). При сравнительном
анализе скорости регенерации планарий, инкубировавшихся в сре-
де, содержащей криптон, в течение разного времени, была отмече-
на тенденция к увеличению скорости регенерации при увеличении
времени от 2 до 4 суток пребывания планарий в среде, содержащей
криптон (р ≥ 0,05).
Эксперимент по изучению влияния криптона на выживаемость
планарий в токсичной воде (с повышенным содержанием аммиа-
ка – 0,5-0,87 мг/л) показал, что число планарий в среде, содержащей
криптон, оказалось выше, чем в среде без криптона (рис.1).
Следует отметить, что контрольные планарии были менее ак-
тивны после инкубации в такой воде, чем опытные. При длительной
инкубации в данной воде погибали и опытные, и контрольные плана-
рии.Результаты могут свидетельствовать об отсутствии ингибирую-
щего влияния криптона на регенерацию элементов нервной системы
(головных ганглиев), а увеличение выживаемости планарий в токси-
ческой среде, содержащей криптон, может служить свидетельством
в пользу подтверждения гипотезы о возможном протекторном дей-
ствии индифферентных газов (Kr, Ar, Xe).
Рис. 1. Выживаемость планарий в насыщенной криптоном токсичной воде,
инкубация – 2 суток, давление – 3 кгс/см2
15
Исследования влияния дыхания кислородно-криптоновой смесью
на электрическую активность мозга человека свидетельствуют о том,
что при дыхании кислородно-криптоновой смесью в условиях нормо-
и гипербарии (3 кгс/см2) спектр ЭЭГ у всех испытуемых достоверно
отличался от фонового практически по всем составляющим (р ≥ 0,05).
При этом изменении варьировали не только у разных испытуемых, но
и в разных отведениях ЭЭГ у одного и того же испытуемого. Однако
были выявлены определенные тенденции, характерные для большин-
ства испытуемых (рис.2). При дыхании кислородно-криптоновой сме-
сью в нормобарических условиях происходит снижение спектральной
мощности α-, Δ и θ-волн и увеличение β-волн, при этом в большин-
стве случаев при закрытии глаз наблюдаются реакции, аналогичные
реакции на закрытие глаз в фоне. Изменения электрической активно-
сти во время дыхания кислородно-криптоновой смесью при 3,0 кгс/
см2 были однонаправлены с изменениями, связанными с пребыванием
человека в воздушной среде под давлением (снижение α-, β1-волн, уве-
личение Δ и θ-волн ) (рис. 2Б). При закрытии глаз во время дыхания
кислородно-криптоновой смесью при 3,0 кгс/см2 не отмечается выра-
женных изменений спектра ЭЭГ, что свидетельствует об отключении
сознания и вхождении человека в наркоз. О вхождении испытуемого
Рис. 2 . Изменения спектральной мощности, характерные для большинства ис-
пытуемых (на примере одного из испытуемых)
при дыхании кислородно-криптоновой смесью:
А – при нормальном давлении, Б – при повышенном давлении
16
в наркоз может свидетельствовать и увеличение спектральной мощ-
ности Δ и θ-волн в ЭЭГ. Следует отметить, что подобные изменения
могут быть вызваны также стрессовой нагрузкой на организм, однако
находившийся в том же отсеке барокамеры анестезиолог подтверждал
наличие одной из стадий анестезии у испытуемых с использованием
стандартных методов (по исчезновению болевой чувствительности и
реакции на команды, наличию роговичного рефлекса).
Отмечено, что с увеличением времени дыхания кислородно-
криптоновой смесью под давлением изменения у многих испытуе-
мых сначала постепенно усиливаются, а на последних минутах ды-
хания наблюдается тенденция к возвращению к первоначальным
уровням, характерным для пребывания в сжатом воздухе, а иногда и
более близким к фоновым. При прекращении дыхания кислородно-
криптоновой смесью отмечается тенденция к возвращению разно-
волновой спектральной активности к первоначальным показателям.
В результате проведённых экспериментов было показано, что
биологическая активность химически инертного газа криптона в во-
дных, газовых средах и дыхательных смесях на лабораторных жи-
вотных и человеке проявляется в различной степени. Криптон при
парциальных давлениях ниже анестетических не влияет ни на ско-
рость регенерации плоских червей, ни на эмбриональное развитие
теплокровных. При этом следует отметить, что криптон оказывает
некий протекторный эффект на формировании тканей и органов, ме-
ханизмы которого пока не ясны.
В нормоксических газовых средах и смесях при повышенном
давлении криптон проявляет выраженный анестетический эффект на
лабораторных животных и человека, не вызывая видимых отрица-
тельных эффектов на организм. При этом чувствительность к анесте-
тическому действию криптона возрастает с усложнением организа-
ции нервной системы организмов.
Полученные данные часто являются неоднозначными и долж-
ны послужить триггерной точкой в комплексном изучении свойств
криптона и влияния этого газа на организм как во время прямого дей-
ствия, так и его последствий.
17
Тем не менее, химически инертный газ криптон в условиях по-
вышенного давления (0,3-30 кгс/см2) обладает выраженным биологи-
ческим действием на животных и человека.
По величине парциального давления криптона, необходимого
для обездвиживания и/или анестезии, объекты исследований можно
выстроить в соответствующий эволюционный ряд: тигровые пла-
нарии Girardia tigrina (20-30 кгс/см2), плодовые мушки Drosophita
melanogaster (18-20 кгс/см2), иглистые тритоны Pleurodeles waltli
(14-16 кгс/см2), японские перепела Cotumix coturnix japonica
(5-5.5 кгс/см2), человек (3-3,5 кгс/см2).
Исследованные концентрации криптона в среде не оказывают
выраженного влияния на формирование органов и тканей как в про-
цессе регенерации (лабораторных планарий), так и в процессе эм-
брионального развития (японского перепела). При наличии токси-
ческого воздействия (гипоксия, аммиак) криптон в среде способен
несколько нивелировать отрицательные эффекты этого воздействия.
Нормоксические газовые смеси и среды, содержащие криптон,
вызывают определенные изменения в крови теплокровных живот-
ных и человека:
а) при повышенном давлении у теплокровных животных и че-
ловека такие смеси и среды, как правило, вызывают увеличение чис-
ла нейтрофилов и снижение числа агранулоцитов (при нормальном
давлении реакции менее выражены);
б) суточная инкубация крыс в воздушно-криптоновой среде
при избыточном давлении 0,3 кгс/см2 вызывает повышение концен-
трации кортизола и прогестерона и снижение концентрации общего
тироксина и тестостерона, а также глюкозы и мочевины в крови.
Суточное пребывание крыс в воздушно-криптоновой среде при
давлении 0,3 кгс/см2 не вызывает достоверного увеличения хромо-
сомных мутаций и изменения митотического индекса, при этом соот-
ношение фаз митоза изменяется.
Обобщая данные, полученные в исследованиях на животных и
человеке, следует отметить, что особи одного и того же вида отлича-
лись по длительности вхождения в «наркоз» и выхода из него, а также
18
степени выраженности ответной реакции. У всех организмов стадия
восстановления координированных движений (а также стадия вос-
становления сознания у человека) протекает достаточно быстро. При
этом у водных животных стадия восстановления удлиняется, что мо-
жет быть связано как с поглощением криптона не только через дыха-
тельную систему (у тритонов), но и через кожу (а у планарий – всей
поверхностью тела), а, следовательно, большим насыщением тканей
этим газом, так и с увеличением давления per se. По нашему мнению
(авт.), удлинение стадии восстановления у водных животных связано
с большими посткриптоновыми изменениями водных стуктур.
Если ксенон при парциальном давлении 500 мм рт. ст. (70 %
ксенон – кислородная смесь) вызывает полную анестезию у людей,
то – у крыс, кроликов, мышей, низших приматов лишь частичную,
что ещё раз свидетельствует о разном механизме действия на рецеп-
торы клеток организма.
Ксенон повышает эффективность взаимодействия ГАМК с ре-
цепторами и таким образом способствует ингибиторным эффектам
АМК-ергической синаптической передачи.
Ксенон как газ не подвергается биотрансформации, слабо рас-
творим в биологических жидкостях организма, однако более значи-
мо, чем остальные инертные газы.
Вследствие метаболической и биохимической инертности ксенон
не обладает острой и хронической токсичностью, не нарушает клеточ-
ных структур. Известно прямое блокирующее действие (влияние) газа
на нервные клетки (Miyazaki et al., 1999). По данным некоторых авто-
ров (Довгуша В.В. с соавт., 2006, 2007) 80-120 кластеров ксенона могут
полностью блокировать как нервную, так и соматическую клетку.
Криптон и ксенон оказывают своё влияние на клетку трансмем-
бранно – они не могут по своим габаритам проникнуть через мем-
бранные каналы. Гелий, азот, неон могут проникать внутрь клетки.
Молекулы ксенона, проникая в водные структуры биологиче-
ских жидкостей, формируют плотности из молекул воды с nХе от 1
до 8, линейным размером порядка 1 мкм и более. Кластеры ксенона
имеют структуру типа [(Хе)8(Н2О)46] и являются левовращающими.
19
Ксенон стабилизирует показатели гемодинамики и основ-
ного обмена у больных с наркотической зависимостью. Он яв-
ляется эффективным средством, купирующим гиперметаболи-
ческие расстройства в период лечения абстинентного синдрома
(Шамов С.А., 2005).
Ксенон, благодаря своим физико-химическим, биофизическим
свойствам, способен угнетать функции нервной клетки в месте си-
наптической передачи на всех уровнях проводящей системы, угнетать
специфические функции соматических клеток, затрагивая основы
метаболизма клетки. На состояние метаболизма клетки ксенон мо-
жет влиять многосторонне, но не в понимании метаболизма как реак-
ции с возникновением (разрушением) каких-либо жизненно важных
органических структур. Посредством водных структур ксенона воз-
можна блокада клетки, когда в результате волновых взаимодействий
(λ > 800 нм) прекращаются метаболические процессы, изменяется
проницаемость мембраны клетки (кислород, глюкоза), а, рассматри-
вая постксеноновые эффекты, мы наблюдаем, наоборот, активацию
клеточных функций и метаболизма.
В силу своей инертности ксенон не вступает в биохимиче-
ские реакции и в этом плане не может вызвать метаболические
расстройства клетки на субклеточном и молекулярном уровнях.
Однако благодаря своим физико-химическим, биофизическим
свойствам ксенон опосредовано влияет на метаболизм клетки, ко-
торый изменяется функционально (до определённого времени) и
не вызывает побочных эффектов после прекращения подачи газо-
вой смеси.
В медицине и биологии, как науке, ксенон (инертные газы) яв-
ляется междисциплинарным фармакологическим средством благо-
даря своим физико-химическим, биофизическим свойствам, своему
прямому и опосредованному действию (например, как анестетик,
антидепрессант, адаптоген, стимулятор и т.п.).
Терапия ксеноном хорошо сочетается с применением других
как психофармакологических, так и общесоматических средств и по-
зволяет значительно снижать эффективные дозировки препаратов,
20
избегая осложнений и побочных эффектов. Это заключение особен-
но важно при проведении химиотерапии, детоксикации.
Физико-химические, биофизические свойства ксенона позво-
ляют предположить возможность влияния этого газа (его водных
структур) не только на болевые, но и на другие виды рецепторов
(бензодиазепиновые, серотониновые, гистаминовые), что определя-
ет широту фармакокинетического воздействия ксенона. Подтверж-
дением этого являются данные о подавлении ксеноном активности
НМДА рецепторов при гиперметаболическом синдроме, что позво-
ляет его использовать при гипоксических состояниях ЦНС, тканей и
органов различной этиологии. Главное при этом учесть – какие эф-
фекты использовать – ксеноновые или постксеноновые.
21
В 1936 г. Н.В. Лазарев пришёл к выводу о существовании обрат-
но пропорциональной зависимости между наркотическим действием
и полярностью молекул наркотика. Затем он разработал теорию фи-
зиологического действия неэлектролитов, к которым относятся азот,
водород и инертные газы. Эта теория основы вается на закономерно-
сти, выявленной Г. Мейером (1899) и Е. Овертоном (1901), о том, что
всякое вещество, инертное в химическом отношении, но растворимое
в жирах и липидах, является наркотиком. Они же высказали мнение,
что газообразные или летучие вещества вызывают наркоз, если они
проникают в липиды клеток в определённой молярной концентрации.
Азот в жирах и липидах растворяется хорошо (в 5,24 раза лучше,
чем в воде). Расчеты, выполненные Н.В.Лазаревым (1943), показали, что
азот является сильным наркотиком, превосходящим по силе наркотичес-
кого действия этиловый спирт и стоящим близко к этиловому эфиру.
Было установлено (Лазарев Н.В., 1941; Сапов И.А., Карев И.С., 1971;
Bennett Р.В., 1975), что чем больше относительная молекулярная масса
индифферентного газа и чем больше он адсорбируется на мембранах,
тем более выраженным является его наркотический эффект.
Н.В. Лазарев наркотическое действие инертных газов рассма-
тривал как частный случай биологического действия под названием
неэлектролитное.
Из соответствующих работ последних лет можно выделить
20-летнее исследование N.H. Franks и W.R. Leib. Ещё в 1978 г. они
предположили, что сам по себе липидный бислой не может являться
сайтом связывания анестетиков, который должен целиком или хотя
бы частично состоять из белка и обладать как полярными, так и не-
полярными характеристиками. В 1980 году этими исследователями
был сделан вывод о том, что анестетики конкурируют с молекулой
субстрата за возможность связывания с белком, а мишенью этого
связывания являются так называемые гидрофобные белковые карма-
ны, которые имеют как полярную, так и неполярную части. В 1991 г.
II. Cостояние инертных газов
перед поступлением в организм
22
N.H. Franks и W.R. Leib выдвинули гипотезу о том, что в определен-
ных концентрациях летучие анестетики могут быть селективны и на
клеточном, и на молекулярном уровнях.
Под наркотическим действием индифферентных газов понима-
ется патологическая реакция организма на воздействие повышенных
парциальных давлений или концентраций индифферентных газов в
газовой среде (смеси), характеризующаяся изменение функций ЦНС.
Биологическое действие повышенных парциальных давлений
(концентраций) индифферентных газов обычно квалифицируется как
наркотическое, поскольку не происходит изменений не только хими-
ческой структуры газов, но и химической структуры подвергающих-
ся их действию тканей. При снижении давления (концентрации) этот
эффект является обратимым.
Ни одна из рассматриваемых в настоящее время теорий не со-
ответствует действительности, поскольку наркотический эффект
определяется природой, физико-химическими характеристиками
вдыхаемого газа и его давлением (концентрацией).
Мы не отвергаем действующие на настоящее время мембран-
ную теорию и теорию критического объёма, а предлагаем рассмо-
треть их в свете волновых взаимодействий в организме.
Ряд исследователей, пытавшихся объяснить механизм нарко-
тического действия различных веществ химическими или физико-
химическими взаимодействиями, пришли к прогрессивным и пер-
спективным выводам. Вот некоторые из них:
- окончательный механизм действия наркотических веществ
должен быть одинаковым;
- данный механизм не сопровождается химическим взаимодей-
ствием;
- имеется зависимость от коэффициентов растворимости в воде
и жирах;
- существуют различия в механизмах действия на нервные и
соматические клетки;
- зависимость от полярности молекул и других физических ха-
рактеристик.
23
К объяснению возможности возникновения наркоза индиффе-
рентными газами мы подойдём с двух позиций:
1. Анализа состояния инертного газа в момент попадания в ор-
ганизм.
2. Физических, химических и биофизических характеристик
индифферентных газов, способствующих возникновению наркоза.
Необходимо учитывать, что в условиях длительного пребыва-
ния под повышенным давлением биологический эффект индиффе-
рентных газов резко возрастает. Инертные газы обладают высокой по-
верхностной активностью (Кулешов В.И., Левшин И.В. и др., 2001).
В 1936 г. Н. В. Лазарев пришёл к заключению, что наркотическое
действие вещества тем сильнее, чем менее полярны его молекулы.
Отсюда, в частности, следовал экспериментально подтвержденный
вывод, что инертные газы – сильные наркотики, действие которых,
однако, ослабляется их малой растворимостью. Практически безвре-
ден только гелий, так как он очень мало растворим в лимфе, крови и
других жидкостях организма.
Далее было обнаружено соответствие между силой нарко-
тического действия и физико-химическими константами Ван-дер-
Ваальса – силами межмолекулярного взаимодействия. Наркоти-
ческие концентрации различных веществ в объёмном или весовом
выражении различаются гораздо значительнее, чем концентрации,
выраженные в физико-химических терминах, отражающих раство-
римость и степень молекулярного взаимодействия этих веществ.
Важную роль играет и величина молекулы наркотического вещества,
общий эффективный объём молекул, а не их число.
Была найдена чёткая корреляция между парциальным давлени-
ем наркотического вещества, вызывающего наркоз, и парциальным
давлением, вызывающим образование водных микрокристаллов.
Существует ещё одна физическая корреляция, а именно кор-
реляция между величиной физико-химической константы Ван-дер-
Ваальса и степенью наркоза и анестезии. Однако, и здесь существуют
отклонения, как, например, заключение, о том, что аргон менее нар-
котичен, чем азот.
24
Таблица 1
Некоторые физико-химические свойства газов
Газы
Растворимость, см3/см3
Жироводный
коэффициент
Коэффициент
диффузии в воде,
см2/с·10-5 (t = 37° C)
Способность проникать
через кожные покровы,
м2 · ч · кПа (t = 37° C)
в воде
в жирах
Водород 0,013 0,040 3,1 11,1
Гелий 0,009 0,015 1,7 7,9 0,49
Неон 0,009 0,019 2,1 3,5 0,33
Азот 0,013 0,061 5,1 3,0 0,25
Аргон 0,026 0,140 5,3 2,5
Кислород 0,029 0,120 4,1 2,8 3,30
Диоксид
углерода 0,57 1,28 2,2 2,4 100,0
Закись
азота 0,47 2,4 2,85
Криптон 0,045 0,43 9,6 1,8
Ксенон 0,085 1,7 20,0 1,4
Индифферентные газы имеют различные диффузионные свой-
ства и растворимость в тканях и жидких средах организма (табл. 1).
Это вызывает неодинаковую степень насыщения ими тканей и жид-
ких сред и может привести их к перенасыщению.
Зависимость наркотических свойств инертных газов от их рас-
творимости в жирах представлена в табл. 2.
25
Растворимость инертных газов в большинстве жидкостей уве-
личивается с ростом молекулярного веса газа. Эту закономерность
можно объяснить следующим образом. У тяжелых инертных газов
(аргона, криптона, ксенона) размеры электрон ной оболочки ядра и
число электронов в ней больше, чем у лёгких инертных газов (гелия
и неона). Поэтому под действием электри ческих сил молекул рас-
творителя электронные оболочки атомов (молекул) тяжелых газов
смещаются на большее расстояние. Диполи таких молекул облада-
ют сравнительно большим электри ческим моментом, в силу чего
они лучше «сцепляются» с диполя ми молекул растворителя.
Например, газ аргон имеет ряд особых физических и химиче-
ских свойств. Известно, что в химические реакции аргон не вступа-
ет, но является катализатором некоторых химических реакций (сен-
сибилизирует реакцию окисления азота и др.). При воздействии на
организм животных и человека он вызывает наркотический эффект.
Таблица 2
Растворимость индифферентных газов в жирах
и их относительные наркотические свойства
(по Беннету П., 1975)
Газы Растворимость
в жирах при 37 °С
Сила наркотического
действия (относительная)
Не 0,015 4,26
(слабейший наркотик)
Ne 0,019 3,58
H2 0,036 1,83
N2 0,067 1
Ar 0,14 0,43
Kr 0,43 0,14
Xe 1,7 0,039
(сильнейший наркотик)
26
Способность аргона оказывать наркотическое действие оказалось в
два раза выше, чем у азота, хотя по существующей теории наркоза
инертными газами наркотическое действие аргона по своей силе не
должно превышать силу азотного наркоза (коэффициенты раство-
римости в жирах у них одинаковы). Исходя из волновой концепции
возникновения наркоза индифферентными газами это объяснимо
(см. таблицу 6).
Растворимость инертных газов в воде уменьшается при до-
бавлении в неё растворимых веществ, особенно электро литов. Этот
эффект обусловлен тем, что диполи молекул воды стремятся соеди-
ниться не столько с индуцированными диполями молекул инертного
газа, сколько с ионами солей. Степень «выса ливания» газов из рас-
твора зависит от природы электролита. В лю бом конкретном соле-
вом растворе относительное уменьшение растворимости различных
инертных газов обычно одинаково.
Благородные газы отличаются очень высоким потенциалом воз-
буждения. Электроны, не обладающие достаточной для этого энерги-
ей, могут отдавать атому инертного газа лишь незначительную часть
своей энергии в соответствии с законом импульсов, претерпевая про-
сто упругое отражение.
Нарушение равновесного распределения энергии в результате
повышения давления и увеличении скорости движения молекул газа
приводит к увеличению концентрации наиболее богатых энергий мо-
лекул. При прекращении повышения давления система стремится к
восстановлению равновесной концентрации обогащенных энергией
молекул, но уже на новом уровне энергетических взаимоотношений
молекул газа под давлением. Энергия молекул под давлением всегда
отличается от энергетического состояния молекул газа в обычных
условиях.
При повышении давления отчетливо проявляется выделение
энергии (повышается температура среды) распределяющейся меж-
ду молекулами газа. Суммарное количество выделяющейся энергии
равно энергии активации данной системы давлением.
Важно представлять, что энергия электронных возбуждений со-
27
ставляет основной процент всех биофизических реакций, что очень
существенно для биологических систем.
Если скорость химических реакций определяется изменением
концентрации реагирующих веществ во времени, то скорость био-
физических реакций зависит от качественного состояния (состава)
метастабильных реагентов на уровне слабых и сверхслабых взаимо-
действий и количественно, практически не изменяется.
Скорость биофизических реакций зависит и от концентрации
метастабильных реагирующих веществ, и от давления, температуры,
электромагнитного воздействия и т.д.
Каждая биофизическая реакция может идти как в прямом, так
и обратном направлении.
Реакция в прямом направлении происходит при увеличении
энергии электронных состояний реагирующих веществ (от 3,5 кал
и выше), в обратном – до уровня диссипативного излучения (энтро-
пийного излучения).
Обратимся к табл. 3 и 4 в которых приводится обозначение,
структура и свойства некоторых электронновозбуждённых состоя-
ний благородных газов (кроме радона). Можно заметить, что атом
благородного газа в низших возбужденных состояниях обладает
одновременно электронной структурой галогена и ще лочного ме-
талла (сравним, например, конфигурацию 2p53s возбужденного не-
она Ne(3P) с конфигурацией 2p5 фтора или 2p63s натрия). Понятно,
что такой бирадикал, как, например, Ne(2p53s) или Ar(3p54s), дол-
жен проявлять чудовищную реакционную способность, обладая в
одно и то же время химическими свойствами атомарного галогена
и щелочного металла. Правда, время жизни некоторых электронно-
возбужденных состояний не превышает миллионных долей секун-
ды, но для химика и для химии это не помеха, так как даже за такое
время атом успевает испытать тысячи и десятки тысяч столкнове-
ний с окружающими молекулами и полностью проявить свой хи-
мический и биофизический нрав. Время жизни, измеряемое до лями
секунды и тем более десятками и сотнями секунд, – это целая веч-
ность для свободного бирадикала.
28
Таблица 3
Обозначение, структура и свойства
электронновозбуждённых состояний инертных газов
Элемент
Возбужденное
состояние
атома
Электронная
конфигурация Энергия, эВ
Радиационное
время
жизни, с
Не
Не(1S0) 1s2 0 ∞
Не(23S) 1s2s 19,81 7900
Не(21S) 1s2s 20,60 0,03
Ne
Ne (1S0) 2р6 0 ∞
Ne(3P2) 2р5(2Р 0
3/2)3s 16,61 24
Ne(3P1) 2р5(2Р 0
3/2 )3s 16,66 5·10-9
Ne(3P0) 2р5(2Р 0
1/2 )3s 16,71 430
Ne(1P1) 2р5(2Р 0
1/2 )3s 16,85 2·10-9
Ar
Ar (1S0) 3р6 0 ∞
Ar(3P2) 3р5(2Р 0
3/2 )4s 11,54 56
Ar(3P1) 3р5(2Р 0
3/2 )4s 11,62 4,1·10-9
Ar(3P0) 3р5(2Р 0
1/2 )4s 11,72 45
Ar(1P1) 3р5(2Р 0
1/2 )4s 11,82 2,5·10-9
Kr
Kr (1S0) 4р6 0 ∞
Kr(3P2) 4р5(2Р 0
3/2 )5s 9,91 85
Kr(3P1) 4р5(2Р 0
3/2 )5s 10,03 4,4·10-9
Kr(3P0) 4р5(2Р 0
1/2 )5s 10,56 0,5
Kr(1P1) 4р5(2Р 0
1/2 )5s 10,65 10·10-9
29
Элемент
Возбужденное
состояние
атома
Электронная
конфигурация Энергия, эВ
Радиационное
время
жизни, с
Xe
Xe (1S0) 5р6 0 ∞
Xe(3P2) 5р5(2Р 0
3/2 )6s 8,30 150
Xe(3P1) 5р5(2Р 0
3/2 )6s 8,43 3,7·10-9
Xe(3P0) 5р5(2Р 0
1/2 )6s 9,40 0,08
Xe(1P1) 5р5(2Р 0
1/2 )6s 9,57 4,5·10-9
Окончание таблицы 3
За счёт повышения давления или увеличения концентрации
(процентного содержания в газовой смеси) увеличивается количе-
ство столкновений атомов (молекул) инертного газа друг с другом.
Это приводит к повышенному образованию метастабильных атомов
и молекул газа (Павлов Б.Н., 1998). Метастабильные состояния об-
ладают повышенной энергией, реакционной способностью и т.п. В
данном случае активированные газы, проникая в полости молекул
воды, группируются в более крупные кластеры, которые препятству-
ют или замедляют рекомбинацию (дезактивацию) атомов и молекул
инертных газов и тем самым создают условия для накопления энер-
гии в определенном объёме (полости). При этом приобретается спо-
собность за счет гидратирования присоединять электроны в кластере
и делаться энергонесущими.
Известно, что весьма незначительные изменения в структуре или
пространственной ориентации молекулы могут привести к весьма су-
щественным изменениям свойств вещества и, в первую очередь, био-
физическим. Каждый элемент обладает химическими, физическими,
ядерными и биологическими свойствами. На все эти свойства оказывает
непосредственное влияние состояние двух внешних электронных обо-
лочек, их энергетические, электрические и магнитные составляющие.
30
Величина средней кинетической энергии молекулы газа равна
3/2 kT при одной и той же температуре. При постоянных температуре
и давлении, но разных соотношениях, к примеру:
I. O2 – 20,0 %; N2 – 78,0 %; остальные газы 2 %;
II. O2 – 98 %; остальные газы 2 %;
III. N2 – 98 %; остальные газы 2 %,
уже по содержанию каждого вещества газовая среда будет от-
личаться. Если имеется даже это отличие, то для каждого газа про-
изойдут изменения в его электронной оболочке, которые повлекут
изменения в энергетических, электрических и магнитных составля-
ющих каждой молекулы. Возникает полное отличие характеристик
от их основного состояния.
Если речь идёт о перемешивании газов, например, азота и кис-
лорода, то можно считать, что энергия в результате перемешивания
практически не меняется. Однако, при перемешивании частицы ока-
зываются в окружении не только себе подобных, но и частиц друго-
го сорта. При этом энергии взаимодействия молекул азота с азотом,
кислорода с кислородом и азота с кислородом примерно одинаковы
(разница этих энергий гораздо меньше энергии теплового движения
при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении).
Изменяя температуру или давление для этих состояний мы опять по-
лучим новые отличия, новые характеристики.
Однородные молекулы (атомы) могут сами активировать друг
друга, изменяя свои физические характеристики. Передача энергии
электронного возбуждения установлена при столкновении возбуж-
денных атомов с молекулами. Так, например, Фишбурн (1967) на-
блюдал процесс Ar (3р) + N2(υ = 0) = Ar(1So) + N2* (С3П, υ = 2, 1, 0).
Эффективность столкновений в этом случае больше эффективности
процесса Аr* + Аr = 2Аr приблизительно в 100 раз. Отмечалась воз-
можность возбуждения атомов Хе при столкновениях с Хе (Кондра-
тьев В.Н., Никитин Е.Е., 1976). Возбуждение атомов ксенона во мно-
го раз выше если они сталкиваются с молекулами кислорода.
Метастабильные состояния атомов и молекул – такие состоя-
ния, которые не могут распадаться с высвечиванием фотона или же
31
обладают большими излучательными временами жизни. При этом
надо различать излучение фотона с электроном или без него. Дис-
сипативное излучение ассоциатов и кластеров воды происходит без
излучения фотона с электроном, а только фотона. Запрет на излуче-
ние фотона из метастабильного состояния снимается за счёт реля-
тивистских и других типов взаимодействия. В табл. 4 приводится
время жизни метастабильных состояний атомов инертных газов от-
носительно их излучательного распада (Смирнов Б.М., 1982).
Следует отметить, что для атомов и ионов с большим числом
электронов релятивистские взаимодействия типа спин-орбитального
взаимодействия, взаимодействия орбитальных моментов отдельных
электронов становятся значительными.
Они нарушают характер сложения моментов, справедливый для
легких атомов. В частности, полный момент и полный спин атома пе-
рестают быть точными квантовыми числами атома. Далее, эти типы
взаимодействия в значительной степени снимают запрет на излучение
Таблица 4
Характеристики излучательного распада
метастабильных атомов
Метастабиль-
ное состояние
атома
Энергия
возбужде-
ния,
эВ
Нижнее
состояние
излучатель-
ного распада
метастабиль-
ного состоя-
ния
Длина волны
излучатель-
ного перехо-
да, мкм
Излучатель-
ное время
жизни мета-
стабильного
состояния, с
N (2D5/2) 2,38 N (4S) 0,5202 1,4 · 105
N (2D3/2) 2,38 N (4S) 0,5199 6,1 · 104
N (2P) 3,58 N (2D3/3, 5/2) { 1,040
1,041 12
Xe + (2P1/2) 1,31 Xe + (2P3/2) 0,949 0,05
32
фотонов, так что во многих случаях деление нижних возбужденных
состояний атомов на метастабильные и резонансно-возбужденные
условно. Например, возбужденные состояния инертных газов типа
Kr(4p55s)(3P1) относятся к резонансно-возбужденным, хотя при от-
сутствии релятивистских типов взаимодействия в атоме оно было бы
типичным метастабильным состоянием, у которого излучательный
переход в основное состояние запрещен по спину. То же относится к
состояниям атомов щелочноземельных металлов типа Ca(3P1).
Большие излучательные времена жизни метастабильных состо-
яний обеспечивают относительно высокую плотность частиц в этих
состояниях, которая создаётся в слабоионизованном или возбуждён-
ном газе.
Резонансно-возбуждённым состоянием атома называется возбуж-
дённое состояние, из которого возможен переход в основное состояние
в результате дипольного излучения. Резонансно-возбуждённые состо-
яния атомов эффективно образуются при соударении электрона с ато-
мом. Однако резонансно-возбуждённые атомы быстро разрушаются по-
средством излучения фотона. Время жизни резонансно-возбуждённых
состояний относительно высвечивания составляет 10-7-10-8 с.
В табл. 5 приведены энергии возбуждения для некоторых
резонансно-возбуждённых состояний атома и силы осцилляторов
для перехода из основного состояния в резонансно-возбуждённые
состояния атома.
Рассматривая взаимодействие возбужденного атома с атомны-
ми частицами, нужно иметь в виду такие возбужденные состояния у
которых электронная оболочка отличается от электронной оболочки
основного состояния. Такие возбужденные состояния образуются в
результате возбуждения одного из электронов из внешней электрон-
ной оболочки. Возбужденный электрон такого атома в основном
определяет целый ряд свойств – его электрические и магнитные па-
раметры, потенциал ионизации, химическую активность атома. Дей-
ствительно, орбита этого электрона больше, чем у других электро-
нов, так что он в первую очередь принимает участие в различного
типа взаимодействиях.
33
При дыхании газовой смесью под повышенным давлением (или
концентрацией) индифферентных газов в них уже увеличено как ко-
личество метастабильных атомов (молекул) этих газов, так и коли-
чество активных форм кислорода. Таким образом, в газовой смеси
ещё до попадания в русло крови, в альвеолярном воздухе имеется
повышенное содержание активных форм кислорода («сушит горло»,
увлажняем вдыхаемый кислород).
В основном состоянии двухатомные газы (O2, N2, H2, сухой
воздух и благородные газы) энергию не излучают. Поэтому не ме-
нее интересны димеры благородных газов – молекулы, составлен-
ные из двух одинаковых атомов (подобно молекулам азота, хлора,
кислорода). Одинаковых, да не совсем: хотя бы один из атомов пары
Таблица 5
Сила осцилляторов для резонансных переходов из основного
состояния атомов инертных газов
Атом Переход Длина
волны, Å
Энергия
перехода, эВ
Сила осцил-
лятора
H 1S – 2P 1215,7 10,20 0,416
1S – 3P 1025,7 12,87 0,079
He 11S – 21P 584,3 21,22 0,276
11S – 31P 537,0 23,09 0,0734
Ne 21S0 – 23P1 743,72 16,67 0,012
21S0 – 21P1 732,90 16,85 0,12
Ar 31S0 – 33P1 1066,6 11,62 0,036
31S0 – 31P1 1048,2 11,89 0,28
Kr 41S0 – 43P1 1235,8 10,00 0,16
41S0 – 41P1 1164,6 10,64 0,14
Xe 51S0 – 53P1 1469,6 8,44 0,26
51S0 – 51P1 1295,6 9,58 0,27
34
обязательно должен находиться в возбужденном состоянии. Попро-
буем разобраться в природе химической связи таких молекул.
Рассмотрим для начала более простую систему – молекулярный
ион благородного газа (Аr+2 , Хе+2 и т. д.). Относительная стабиль-
ность таких молекулярных ионов вполне объяснима, поскольку ион,
заряженный положительно, немного смещает в свою сторону элек-
тронное облако, окружающее нейтральный атом. В результате атом
перестает быть сферически симметричной системой и приобретает
дипольный момент. Взаимодействие такого диполя с положительным
зарядом иона приводит к притяжению, в результате которого на по-
тенциальной кривой появляется необходимый нам минимум – условие
относительной стабильности молекулярной системы (табл. 3, 4, 5).
Добавим теперь к молекулярному иону слабосвязанный элек-
трон – ион превратится в димерную молекулу. Орбита слабосвязан-
ного электрона удалена от обоих ядер гораздо дальше, нежели ядра
друг от друга.
В реальных условиях, как и в случае с галогенидами, необхо-
димо сначада создать некоторое количество возбужденных атомов
благородного газа R*. Молекула R образуется при одновременном
соударении трёх частиц, одна из которых – возбужденный атом бла-
городного газа: R* + 2R → R*2 + R. Третья частица необходима, что-
бы унести избыток энергии, высвобождающейся при образовании
молекулы-димера.
Не эти ли процессы происходят в кластерах инертных газов,
что, как мы видим, вполне реально. Тем более, что эти процессы лег-
ко взаимообратимы. В настоящее время подобные эксимерные моле-
кулы смогли получить и в газообразной среде. Эксимерные молеку-
лы, время жизни которых исчисляется мгновениями.
Разумеется, мы никогда не сможем употребить столь корот-
коживутцие молекулы в привычных целях, однако мы в состоянии
использовать, практически использовать, сам факт быстрого распа-
да таких молекул. Энергия-то и в этом случае выделяется, причём
в чрезвычайно полезном для нас виде: распад эксимерных молекул
сопровождается испусканием ультрафиолетового излучения. Соот-
35
ветственно, распад постксеноновых ассациатов также будет сопро-
вождаться излучением.
Химическая связь в эксимерных молекулах галогенидов инерт-
ных газов – ионная, как в привычных молекулах солей ( Ar – калий,
Ne – натрий, Kr – рубидий, Хе – цезий). Для биофизической реакции
достаточно половины энергии ионной связи.
Эксимерные молекулы существуют чрезвычайно короткое
время. Молекулы инертного газа при этом постоянно-временно воз-
буждены. Скорость реакции при этом стомиллионные доли секунды.
Реакция, вернее позыв на реакцию, незавершённое взаимодействие
протекает следующим образом. Электрон возбуждённого инерт-
ного газа «грозит» его покинуть для взаимодействия с молекулой
Н2О в полости кластера. Это приводит к уплотнению молекул воды
(меняются длина водородных связей, углы), повышению их энер-
гии. Кулоновское притяжение этого взаимодействия заставляет их
сблизиться друг с другом на расстояние, при котором возникающее
взаимодействие чуть меньше необходимой энергии для ионной свя-
зи и реакция не происходит, идёт только взаимодействие (биофизи-
ческое). Электрон возбуждённого атома инертного газа действует в
данном случае заманивающее (хочу, но не могу) по отношению к
атому электроотрицательной молекулы Н2О и с помощью сил элек-
тростатического притяжения удерживает взаимодействующие ато-
мы на близком расстоянии в течение времени, достаточном для про-
странственной перестройки молекул Н2О.
Роль эксимерных реакций в данном случае сводится к практи-
ческому использованию самого факта изменённого энергетического
мгновения – энергия в этих взаимодействиях всё равно выделяется
и, причём, в чрезвычайно интересном и полезном для биологической
системы виде – создание ассоциатов молекул Н2О с увеличенной
внутренней энергией за счёт укорочения водородных связей и изме-
нённых углов.
Самойлов О.Я. (1956), исходя из молекулярно-кинетической
теории теплового движения в жидкости разработал положения о
положительной и отрицательной гидратации. Он рассматривал
36
гидратацию не как связывание ионами определённого количества
молекул воды, а как влияние этих ионов (и др. веществ – авт.) на
трансляционное движение ближайших молекул воды и их обмен
на другие молекулы. Характер гидратации определяется свой-
ствами иона – его радиусом, зарядом и строением электронной
оболочки.
Доказано, что действие малого иона, который вписывается в ажур-
ную структуру молекул воды, и большого, который ей не соответствует,
существенно отличаются (Привалов П.Л., 1968; Крестов Г.А., 1984).
Вероятно, при высоком парциальном давлении инертных газов
в организме человека (животного) образуются кристаллогидраты-
кластеры газогидраты.
Предполагают, что небольшая неполярная молекула (в том
числе инертного газа), внедряясь в существующие пустоты моле-
кул воды, не нарушает имеющихся связей, а лишь добавляет к ним
энергию своего ван-дер-ваальсового взаимодействия. При этом на 3
единицы повышается координационное число молекул воды не пре-
пятствуя образованию всех четырёх возможных Н-связей с соседни-
ми молекул воды. Этим обусловлена высокая стабильность газовых
(кластеров).
Низкая растворимость неполярных молекул инертных газов
обусловлена тем, что присутствие их приводит к термодинамически
неблагоприятным изменениям структуры воды – её упорядочиванию.
Вода же стремится снизить влияние этих молекул за счёт уменьше-
ния взаимных контактов. Это вытесняющее воздействие воды на не-
полярные группы обычно называют гидрофобным взаимодействием
и соответствуют основным положениям теории Кауцмана (1959)(цит.
по Эйзенберг Д., Кауцман В., 1975).
Итак, инертные газы способны взаимодействовать с водой, давая
принципиально новые вещества с характерными только для них свой-
ствами. Фазовые переходы «жидкость – новая жидкость (газогидрат)»
в биологической жидкости, сопровождаемые процессами перестройки
структуры в тонких слоях воды на поверхности клеточных мембран, мо-
гут объяснить многие важные эффекты конкурентного ингибирования,
37
токсического и наркотического действия растворимых в воде веществ,
а также ряд эффектов типа постксенонового или гомеопатического.
Водные структуры инертных газов представлены в табл.6
Таблицы 6 и 7 составлены исходя из данных справочника Дж.
Эмсли «Элементы» (1991). Результаты свидетельствуют о том, что
полноценные водные структуры образуют Ar, Kr, Хе и N2. Гелий и
неон в биологической жидкости находятся только в газообразной
фазе. Гидрат ксенона устойчивее гидрата азота.
Вероятно (табл. 7) это связано с более низкой энергией иониза-
ции инертных газов, способных образовывать водные структуры, таек
как для индукционной деформации электронной оболочки требуется
ещё более низкая энергия. Осциллирующая плотность образуемых
кластеров больше 1000.
Для кинетики газовых биофизических рекций характерно на-
личие двух или нескольких стадий, следующих одна за другой, в пря-
мую и в обратную стороны (ксеноновые и постксеноновые эффекты).
В первой стадии образуется большое количество метастабильных
атомов (молекул), затем возникают различные водные кластеры,
достигается уровень «наркозной» концентрации, возникает стадия
наркоза. При прекращении подачи газовой смеси (уменьшении дав-
ления) инертный газ десатурирует, исчезают кластеры, возникают
плотные ассоциаты воды (постксеноновые ассоциаты).
Исследования различных биофизических реакций приводят к за-
ключению о большой сложности их механизма. Одним из признаков
и критериев сложности биофизического механизма реакции является
образование промежуточных веществ в ходе реакции. Промежуточных
не в смысле элементарного изменения составных элементов вещества,
а в плане энергетического, пространственного, конформационного со-
стояния. При этом расходуются не реагирующие элементы, а изменя-
ется их качественное состояние. Причём, как в исходном, так и реаги-
рующем состоянии количество элементов вещества сохраняется.
Электронно-возбуждённые (давлением, температурой) атомы и
молекулы газа имеют большую вероятность обмена как колебатель-
ной, так и вращательной энергией.
38Таблица 6
Водные структуры инертных газов
Не N2 Ne Ar Kr Xe Rn
Клатраты** толь-
ко газ
(N2)8(Н2О)46
(N2)16(Н2О)46
только
газ
Ar8(Н2О)46 Kr8(Н2О)46
Kr8(HO)136
Хе8(Н2О)46
Xe8(H2O)136
-
Относитель-
ная атомная
масса
4,00 28,0 20,18 39,95 83,80 131,29 222,0
Относитель-
ная атомная
масса клатрата
- 224,0*
448,0*
- 320,0* 670,4* 1050,32* -
* Плюс относительная атомная масса 46 молекул воды одного клатрата (плотности) ≈ 828.
** Клатраты инертных газов – это не истинные соединения, их атомы встроены в решётки молекул воды.
39
Таблица 7
Энергии ионизации первых пяти внешних электронов (кДж/моль)*
Энергии ионизации Не N2 Ne Ar Kr Xe
1 2372,3 1402,3 2080,6 1520,4 1350,7 1170,4
2 5250,4 2856,1 3952,2 2665,2 2350 2046
3 - 4578 6122 3928 3565 3097
4 - 7474,9 9370 5770 5070 4300
5 - 9440 12177 7238 6240 5500
* Для перехода от кДж/моль к эВ следует делить на 96,486.
40
Характерным для биофизических реакций является и то, что,
как правило, они носят коллективный, кооперативный характер и
хорошо анализируются (контролируются) ИК-спектрометрией. Воз-
буждённая молекула, обладающая некоторым запасом колебатель-
ной энергии, при столкновении с другими молекулами или атомами
переходит на более низкие уровни, в результате чего она становится
более стабильной по отношению к самопроизвольному неоптическо-
му переходу в другое электронное состояние. Это приводит к увели-
чению средней продолжительности жизни возбужденной молекулы,
и, следовательно, к увеличению относительного выхода излучения
(Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е., 1974).
Колебательная релаксация электронно-возбуждённых (мета-
стабильных) молекул осуществляется быстрее колебательной релак-
сации тех же молекул в основном электронном состоянии. Эффек-
тивность обмена энергии существенным образом зависит от степени
сложности и атомной массы соударяющихся молекул. Характерно,
что внутренние степени свободы молекулы Н2 не принимают участия
в обмене энергии.
Франком и Эйкеном (1933) (цит. по Кондратьеву В.Н., 1974) вы-
сказывалось представление, согласно которому физический процесс
обмена энергии в системе соударяющихся частиц необходимо рас-
сматривать как начало химического процесса превращения молекул.
Поэтому обмен энергии должен происходить с особенной легкостью в
тех случаях, когда соударяющиеся частицы в принципе способны реа-
гировать химически. Границы биофизических реакций гораздо шире,
когда релаксационный процесс идёт благодаря резонансному характе-
ру (колебательные кванты разнятся на ±40 см-1).
Из этих представлений следует, что все факторы, благоприят-
ствующие биофизическому, химическому взаимодействиям соуда-
ряющихся частиц должны способствовать обмену энергии.
В обмене колебательной энергией соударяющихся молекул уча-
ствуют:
- электростатическое взаимодействие диполей (полярных мо-
лекул);
41
- резонансные взаимодействия (эффекты), когда колебательные
кванты разнятся в пределах от 40-120 см-1;
- образование водородных связей;
- количество атомов в системе соударяющихся молекул;
- повышение (понижение) барометрического давления, темпе-
ратуры.
Таким образом, практически в любом случае в основе меха-
низма колебательной релаксации лежит совокупность процессов,
отвечающих превращению наименьшего колебательного кванта в
системе в увеличение колебательной, поступательной энергии или
возбуждения низшего колебательного уровня.
Для дезактивации (стабилизации) квазимолекулы, образую-
щейся при рекомбинации, достаточно потери колебательной энергии
порядка kТ, т.е. кванта очень малой величины. По мере увеличения
колебательного квантового числа, частота колебаний становится всё
меньше, в результате чего вероятность обмена энергии повышается.
Процесс превращения колебательной энергии должен приближаться
к процессу обмена поступательной энергии.
Наряду с обменом колебательной, вращательной и поступатель-
ной энергии при столкновении молекул, находящихся в основном
электронном состоянии, значительный интерес представляет обмен
энергии электронно-возбуждённых молекул.
Колебательная релаксация электронно-возбуждённых молекул
осуществляется быстрее колебательной релаксации тех же молекул в
основном электронном состоянии.
Эффективность обмена энергии существенным образом зави-
сит от степени сложности соударяющихся молекул (она может раз-
ниться в 18-20 раз).
Таким образом, кинетика и механизм биофизических взаимо-
действий в значительной степени зависят от энергетических состоя-
ний взаимодействующих молекул, которые заметно отличаются от
их основного состояния после молекулярных столкновений.
Вопрос о влиянии растворённых неполярных (в том числе
инертных) газов на структуру воды и биологических жидкостей име-
42
ет фундаментальное значение для оценки их роли в стабильности
биологических систем. Растворение благородных газов сопровожда-
ется такими перестройками в воде и биологической жидкости, ко-
торые приводят к общему росту упорядоченности системы, причём
упорядочивающий эффект тем больше, чем более структурирована
вода и чем больше размер гидратирующих частиц (Крестов Г.А.,
Абросимов В.К., 1964; Абросимов В.К., Крестов Г.А. с соавт., 1986;
Абросимов В.К. с соавт., 2000).
Авторами на основании данных по парциальным молярным
объёмам неполярных газов в водных растворах рассчитаны струк-
турные составляющие энтропии гидратации важнейших компонен-
тов атмосферного воздуха (N2, O2, He, Ar, Kr и Н2) при 283-3230 К.
Показано, что растворённые газы оказывают стабилизирующее вли-
яние на локальную структуру жидкой воды. При этом для газов Ar,
Kr, N2 и O2 структурный эффект не ограничивается дополнительным
развитием зон упорядоченности, что объясняет скачкообразное уве-
личением растворимости при переходе от «лёгких» газов к более «тя-
жёлым». При уменьшении температуры этот эффект усиливается.
Гидратация непо лярных газов является энтропийно и струк-
турно контролируемым процессом. Концепция гидрофобной гидра-
тации остается ли дирующей при трактовке термодинамических и
структурных данных, относящихся к водным рас творам неполяр-
ных веществ. Растворение гидрофобных молекул в воде изменяет её
локальную структуру либо путём стабилизации, либо путём пере-
стройки в клатратоподобную. Очевидно, что во втором случае эн-
тропийные эффекты будут более значительными.
Стабилизация существующей водной структу ры характерна
для газов, размеры молекул кото рых не превышают размеров по-
лостей в струк турной матрице растворителя. Из рассматривае мых
здесь атмосферных газов это водород и гелий. Для остальных газов
структурный вклад в энтропию гидратации скачкообразно возраста-
ет (становится более отрицательным) в 2-3 раза.
Перестройка структуры воды в квазиклатратную приводит не
только к возникновению микрокластеров с додекаэдрическим карка-
43
сом, но и со провождается образованием дополнительных во дородных
связей и увеличением доли участков упорядоченной структуры с по-
лостями, подходя щими для размещения в них неполярных частиц.
Молекулы кислорода и, по-видимому, азота могут взаимодействовать
с моле кулами воды с образованием двух видов класте ров: с водород-
ной связью и без неё, причем вто рой вид конфигурации более предпо-
чтителен. Этот вывод подтверждают данные расчетов, которые свиде-
тельствуют о том, что молекулы воды ориентированы относительно
молекул N2 и О2 таким образом, что образовавшаяся ячейка не имеет
результирующего дипольного момента, т.е. полностью симметрична.
Промотирование собственной структуры во ды является, веро-
ятно, следствием кооперативности водородных связей и объясняет
скачкообраз ное увеличение растворимости при переходе от Н2, Не к
Аr, О2 и другим газам, а также взаим ное увеличение растворимости
газов при их сов местном растворении. Данные по парци альным мо-
лярным объёмам смесей неполярных газов также указывают на уси-
ление структу рирующей способности молекул растворенного газа в
присутствии других идентичных молекул. Это явление было подроб-
но обсуждено ранее и получило название аутосинергического эффек-
та растворимости (Абросимов В.К. с соавт., 2000).
Как уже отмечалось выше молекулы кислорода, азота взаимо-
действуют с молекулами воды с образованием двух видов кластеров:
с водородной связью и без неё, причём второй вид конфигурации бо-
лее предпочтителен.
Мы считаем, что эти положения справедливы для указанных
температур при нормальном атмосферном давлении и обычной кон-
центрации.
При повышении давления окружающей среды или увеличении
процентного содержания инертных газов во вдыхаемой смеси возни-
кают кластеры преимущественно с наличием водородных и ван-дер-
ваальсовых связей. Именно следствием кооперативности этих связей и
объясняется скачкообразное увеличение газов к Ar, Kr, Xe и другим газам,
а также объясняют усиление структурирующей способности указанных
газов в присутствии других идентичных и неидентичных молекул.
44
Этим механизмом можно объяснить и силу наркотического дей-
ствия инертных газов, как в нормальных условиях, так и под давле-
нием в зависимости от их молекулярного веса – чем больше молеку-
лярный вес, тем больше сила наркотического действия газа (табл.8),
чем больше молекулярный вес – тем больше поляризуемость, чем
больше поляризуемость, тем больше дипольный момент.
Клатраты (кластеры) инертных газов тем устойчивее и легче
образуются, чем выше их молекулярные веса (Никитин Б.А., 1936-
1952). Это согласуется с общей закономерностью действия ван-дер-
ваальсовых сил.
При наличии некоторых условий (концентрация, давление,
температура) вещества с ограниченной растворимостью в воде соз-
дают гетерогенную систему (гетерогенный раствор). Растворение
вещества (инертные газы) с ограниченной растворимостью необхо-
Таблица 8
Зависимость силы наркотического действия инертных
газов от их молекулярного веса, радиуса, поляризуемости
и энергии возбуждения электрона.
Газ
Радиус
атома,
нм
Молеку-
лярный
вес
Относит.
поляр-сть
усл. ед
Энергия
возбужд-я
электронов
ЭВ
Сила
наркотического
действия
Гелий 0,122 4,002 1 - 4,26
(слабейшая)
Неон 0,162 20,183 2 16,6 3,58
Азот(N2) - 28,0 - - 1,0
Аргон 0,192 39,944 3 11,5 0,43
Криптон 0,198 83,700 12 9,9 0,14
Ксенон 0,218 131,300 2,0 8,3 0,039
(сильнейшая)
45
димо рассматривать как динамический процесс, в котором может на-
ступить процесс равновесия, когда скорость растворения вещества
(υраств.) станет равна скорости его выделения (υвыд.):
С учётом гидратации инертных газов и их ограниченной
растворимостью необходимо принимать во внимание, что при
изобарно-изотермических условиях скорости растворения и выде-
ления вещества (газов) зависят не только от его концентрации, но
и от соотношения «структурированная/деструктурированная» вода в
организме. Чем выше содержание в организме свободной воды, тем
больше скорость растворения газов.
При вдыхании газовой смеси (например Xe/O2 в соотноше-
нии 50/50) и равноценной скорости растворения и выделения при
нормальном атмосферном давлении плазма крови будет находится
в состоянии насыщенного раствора. Это означает, что при данных
условиях, в крови находится максимально возможное количество
растворённого вещества (υраств. = υвыд.). При изменении условий (по-
вышение давления) и сохранения процентного содержания вдыхае-
мой смеси можно уже вызвать наркоз, что необходимо учитывать при
проведении процедуры снятия хронического утомления.
При вдыхании газовой смеси (например, Xe/O2 в соотношении
70/30 или 80/20) при нормальном атмосферном давлении в плазме
крови, как гетерогенной системе, происходит нарушение равноцен-
ной скорости растворения и выдыхания (выдыхается меньше). Плаз-
ма крови становится перенасыщенным раствором, т.к. в ней концен-
трация растворённого газа больше чем в насыщенном (υраств .< υвыд.).
Чем молекула (атом) газа больше, тем раньше можно добиться
пересыщения плазмы крови. Поэтому не происходит пересыщения
азотом при вдыхании обычного воздуха при нормальном атмосфер-
ном давлении. При давлении 0,6 МПа, при сохранении остальных
условий, отмечается пересыщение плазмы крови кластерами азота, и
возникают симптомы его наркотического действия. Эту зависимость
можно перевести на все инертные газы.
46
Пересыщенный раствор индифферентного газа (его кластеров)
вступает в биофизические взаимоотношения с мембраной нервной
клетки, которые имеют свою специфическую структуру и функцио-
нальное предназначение.
При прекращении подачи газовой смеси (Xe/O2 – 70/30) или
снижении барометрического давления (воздух) плазма крови стано-
вится ненасыщенной (υраств. > υвыд.) и происходит резкое выключение
биофизических взаимодействий с клеточной мембраной.
В ненасыщенной плазме крови соотношение структурирован-
ной и неструктурированной (деструктурированной) воды изменяется
в сторону увеличения последней. В перенасыщенной плазме крови
это соотношение изменяется в сторону соотношения структуриро-
ванной воды (увеличения), что делает эту систему неустойчивой,
псевдоравновесной.
Перенасыщенные растворы (и плазма крови) получаются из на-
сыщенных при изменении температуры, давления или концентрации
любых растворённых веществ.
При пересыщении, не сопровождающимся венозной газовой эм-
болией, происходит увеличение связанной воды за счёт вытеснения
свободной, структурирования и смещения равновесия в сторону класте-
рообразования, то есть при внешнем бессимптомном благополучии, су-
щественно нарушаются биофизические характеристики кишок, тканей,
органов организма в целом (Сонин Л.Н., 1998). Новое функциональное
состояние автор предлагает рассматривать как патологическое, а именно,
как скрытую форму декомпрессионной болезни. С ним нельзя не согла-
ситься. Можно считать, что это одно из первых представлений на молеку-
лярном уровне, когда доказывается первичность морфологических изме-
нений перед функциональными расстройствами (Мясников А.А., 1999).
В этом, по нашему мнению, заключается механизм того пара-
доксального состояния, когда период рассыщения целого организма
продолжается дольше, чем рассыщение самой труднорассыщаемой
ткани (жира, суставов, мочи).
Известно, что давление индифферентного газа в организме проис-
ходит по законам диффузии – процесса, при котором газ в системе (ор-
47
ганизме) распределяется из области большого давления (концентрации)
к областям меньшего давления, что приводит к выравниванию давле-
ния содержащихся в системе молекул газа. Применительно к организму
человека скорость данного процесса определяется, прежде всего, гра-
диентом давления газа его физическими свойствами, характеристикой
(состоянием) биологических мембран, через которые происходит диф-
фузия и водных структур биологических жидкостей – кластеров.
Наркоз инертными газами возникает при преобладании, а за-
тем равенстве их концентраций в артериальной и венозной крови.
«Выход» из наркоза происходит тогда, когда равновесие нарушает-
ся в сторону увеличения концентрации в венозной крови. Кластеры
ксенона от мембран клеток уходят быстро, вымываемые тепловым
движением молекул воды. У азота процесс более длительный, т.к.
ему необходимо ещё покинуть клетку. У гелия и неона десатурация
происходит легко и просто – их не удерживают водородные связи.
Дальше происходит «отмывание» клеток организма от класте-
ров инертных газов. Содержание их в венозной крови растёт за счёт
перепада парциальных давлений в цепочке клетка, ткань, венозная
кровь, лёгкие, удаление из организма. Так инертный газ уходит из
кластеров венозной крови.
В артериальной крови концентрация кластеров инертных газов
сохраняется на уровне их остатка в венозной крови после прохождения
её через лёгкие. Она всегда меньше, чем в венозной за счёт продолжа-
ющейся десатурации инертных газов из тканей. При рассыщении по-
следней труднорассыщаемой ткани (жир, суставы, моча) содержание
кластеров благородного газов артериальной и венозной крови вырав-
нивается, затем уменьшается в артериальной за счёт прямого перехода
в венозную кровь и выдохом. Все ткани рассыщены, выдыхается газ,
задержанный только структурами воды биологических жидкостей. От
их состояния и зависит полное рассыщение организма от газа.
48
Действие на организм инертных газов, как наркотических ве-
ществ, свидетельствует об отсутствии химических процессов или
реакций. Молекулы наркотического вещества в процессе взаимо-
действия с нервной клеткой ничего не окисляют и не восстанавли-
вают, сами химически не изменяются, но, тем не менее, вызывают
наркоз. Действительно, для протекания любой химической реакции
почти наверняка требовалось бы участие ферментов, а поскольку
ферменты стереоспецифичны, то левая и правая формы наркотиче-
ского вещества вели бы себя при этом различно. Собственно гово-
ря, в контексте рассматриваемого нами вопроса, они и ведут себя
по-разному – одни вещества, например левовращающий изомер
морфина, обладают сильными наркотическими свойствами, а их
оптические правовращающие изомеры – нет. По-видимому, опре-
делённые изомеры биологически активных веществ, в том числе и
наркотиков, пространственно соответствуют реакционным центрам
рецепторов мембран. Основную роль при этом, вероятно, играет
поляризованное излучение кластеров.
Каждая клетка в живом организме обладает только ей прису-
щим генератором и приёмником ЭМП в широком диапазоне. Энер-
гетичность живых структур, соответствующих по сложности ор-
ганизации техническим, весьма мала: энергетичность клеточных
структур (для нетепловых взаимодействий) составляет 10-10 см2
или 10-19 Вт (см2/Гц),что соответствует энергии менее 10-5 эВ.
Энергетическими свойствами биологических соединений (об-
разований) определяется реакция различных анализаторов (струк-
тур) на действие внешних факторов.
Молекулярная цитология давно утверждает, что каждая
клетка живого организма имеет свой индивидуальный ритм ко-
лебаний. Совокупность клеток отдельных биологических си-
стем колеблется с одинаковой частотой, задаваемой «клеткой
лидером».
III. Взаимоотношение индифферентных газов
с водной компонентой организма
49
При анализе некоторых гомологических рядов оказалось, что
наркотическая сила возрастает лишь до определённой длины угле-
родной цепочки, после чего резко теряется (феномен cut-off). Мно-
гие, в том числе летучие анестетики, разупорядочивают липидный
бислой, но такой же способностью обладают и многие вещества, не
являющиеся наркотиками, а данный мембранный процесс искажает-
ся изменением температуры в десятые доли градуса.
Радиус атома зависит от ряда факторов: состояния окисления,
степени ионизации и координационного числа (которое для метал-
лов обычно равно 12). Если атом входит в молекулу, определяют два
радиуса: ковалентный, характеризующий роль данного атома в обра-
зовании связи, и ван-дер-ваальсов, который относится к взаимодей-
ствию атома со всем окружающим миром вне молекулы.
Радиусы инертных газов приведены в табл. 8 и 9. Например,
радиус атома неона (1,62 Å) достаточно мал. Однако если принять
проницаемость гелия за 100, то проницаемость неона составит 2, а
аргона, азота, кислорода – меньше 10-5.
Характеристика электроотрицательности (ЭО) плохо определе-
на, хотя смысл её вполне ясен. Она отражает способность атома при-
тягивать к себе электроны. Чем выше электроотрицательность, тем
сильнее эта способность.
Электроотрицательность атома – условная величина, харак-
теризующая относительную способность атома в данной молекуле
приобретать отрицательный заряд.Это происходит потому, что абсо-
лютное большинство молекул в соединениях образуется сочетанием
неодинаковых атомов. При этом происходит смещение связующего
электронного облака под влиянием второго атома – поляризация, ре-
зультатом его является полярная связь. Смещение связующего элек-
тронного облака происходит в сторону более электроотрицательного
атома ( это, как правило, неметаллы). Потенциал ионизации и срод-
ство к электрону порознь не могут служить достаточной мерой элек-
троотрицательности элемента.
Энергия связи составляет 10% от потенциала ионизации соот-
ветствующего атома.
50Таблица 9
Некоторые физические характеристики газов
Радиус (нм)*** Электро-
отрица-
тельность
(эВ) абсо-
лютная
Эффек-
тивный
заряд
ядра
Удельная
магнитная
восприимчи-
вость (м3/кг)
Основные линии в атомном спектре
(нм)*
Энергия
воз-
буждён-
ного
электро-
на, эВ
Срод-
ство к
электро-
ну, эВ
кова-
лентный
ван-дер-
ваальсовый
миним. средн. макс.
H 30 120 7,18 1,0 -2,5 • 10-9 434,0 656,3 1875,1
He 122 122 12,3 1,70 -5,9 • 10-9 388,9 1083,0 2058,1 - -0,22
Ne 160 160 10,6 5,85 -4,2 • 10-9 837,8 865,4 885,4 16,6 -0,22
Ar 192 191 7,70 6,75 -6,16 • 10-9 696,5 811,5 965,8 11,5 -0,37
Kr 189 198 6,8 8,25 -4,32 • 10-9 587,1 811,3 877,7 9,9 -0,42
Xe 209 218 5,85 8,25-
15,61
-4,20 • 10-9 823,2 881,9 3507,0 8,3 -0,45
Rn - - 5,1 8,25 - 435,0 749,0 860,0
N 70 154 7,30 3,90 -5,4 • 10-9 399,5(П)** 657,9 1246,9
O 66 140 7,54 4,55 +1,355 • 10-9 777,2 844,64 844,69
* – для перехода к ангстремам (Å) необходимо умножить на 10.
** – однократно заряженный ион.
*** – для перевода радиусов в ангстремы (Å) необходимо делить на 100.
51
Электроотрицательность не является константой, а зависит
от валентности, координации и гибридизации связей атома. Ряд ав-
торов в настоящее время считают эту характеристику фундамен-
тальным химическим свойством атома и предлагают ввести ее в ка-
честве третьей координаты в периодическую систему Менделеева
(Бацанов С.С., 2000).
Концепция ЭО была создана Полингом, прежде всего, для оцен-
ки ионности связи ( i ), т.е. смещения центра тяжести электронного
облака связи в сторону одного из атомов.
В работе Сандерсэна ( цит. по Бацанову С.С., 2000) была выска-
зана идея, что заряды на атомах при образовании химической связи
определяются выравниванием ЭО соединяющихся ( взаимодейству-
ющих – авт.) атомов. Это положение прямо вытекает из повышения
ЭО атома при появлении в нем положительного заряда и пониже-
нии – при отрицательном заряде. При этом, электронная плотность
атома, нормированная на электронную плотность изоэлектронного
атома инертного газа ( «отношение стабильности», SR ), пропорцио-
нальна ЭО атома. Таким образом, при образовании любой сложной
молкулы (или комплекса – кластера – авт.)выравниваются только SR
соединяющихся атомов.
Для инертных газов абсолютную электроотрицательность мож-
но рассчитать более точно. Для криптона (6,8 эВ) и ксенона (5,85
эВ) эти значения имеют смысл, поскольку известны соединения дан-
ных элементов. Можно привести также значения абсолютной элек-
троотрицательности для гелия, неона и аргона, из которых следует,
что эти элементы обладают очень высокой электротрицательностью
(например, для гелия 12,3 эВ). Показатели электротрицательности
инертных газов представлены в таб. 9.
Все инертные газы диамагнитны. Это значит, что их магнитная
восприимчивость отрицательна; они оказывают сопротивление про-
хождению сквозь них магнитных сило вых линий в большей мере,
чем пустота. Этот эффект находится в согласии с представлением о
замкнутом состоянии электронной оболочки атомов инертных газов.
В самом деле, электрон можно рассматривать как мельчайший маг-
52
нитик, и поскольку все входящие в состав атома электроны спарены,
то результирующий магнитный момент атома равен нулю.
У ксенона диамагнитная восприимчивость в 22 раза больше,
чем у гелия, так как она пропорциональна числу электронов в атоме
и квадратам их расстояний от ядра. Какие бы свойства инертных га-
зов мы ни рассматривали, все они с увеличением порядкового номера
элемента – от гелия до радона – меняются монотонно, в одном и том
же направлении. Причина этого одна: нарастание радиуса атома и
увеличение числа электронов вокруг ядра. С ростом числа слоев элек-
тронной оболочки ослабевает связь внешних электронов с ядром; это
усиливает способность молекулы деформироваться. Деформация, в
свою очередь, повышает поляризацию молекулы и способствует об-
разованию в ней диполя. Таков путь к усилению молекулярной свя-
зи и к появлению даже слабой химической связи. Деформируемость
ксенона в 20 раз превышает деформируемость гелия, и неудивитель-
но, что последний намного труднее растворить, адсорбировать, пере-
вести в жидкое состояние и т.д.
Нами отмечено, что чем меньше у газов магнитная восприимчи-
вость, тем относительная наркотическая активность больше (табл. 10).
Эта же закономерность отмечается исходя из данных магнит-
ной поляризуемости. Поляризуемость – коэффициент, связывающий
электрический момент атома (иона, молекулы) с напряжённостью
электрического поля.
Поляризуемость атомов инертных газов растёт с увеличением
числа электронных слоёв. В этом же направлении увеличивается и
реакционная способность этих газов, что связано с увеличением ди-
польного момента. В этом, вероятно, заключается и суть поляриза-
ционного излучения (действия) лево- и правовращающих изомеров.
При прохождении волнового сигнала, например от кластера наркоти-
ческого вещества, к воспринимающей структуре на мембране нерв-
ной клетки (белковым головкам) необходим однонаправленный с по-
лем организма вектор поляризации, иначе при движении сигнала в
поле, имеющем противоположный вектор, левовращающий вектор
сильного поля организма и правовращающий вектор сигнала от кла-
53
Таблица 10
Магнитная восприимчивость и поляризуемость
инертных газов.
Газ
Отношение
растворимо-
сти в масле к
растворимо-
сти в воде
Магнитная
молекуляр-
ная воспри-
имчивость х
106
1/2
Средняя по-
ляризуемость
(α- · 1024 см3)
He 1,7 -1,9 -1 0,202
Ne 2,07 -7,7 -4 0,392
H2 2,1 -4,0 -2 -
N2 5,24 -11,8 -2 -
Ar 5,3 -19,73 -4 1,629
Kr 9,6 ~ -40,0* -4 2,46
Xe 20,0 ~ -80,0* -4 4,00
O2 5,0 +3380 676 -
CO2 1,6 -18,93 -12 -
* Расчётный метод
стере (например Д-изомера морфина) сложатся, и сигнал от кластера
исчезнет, не дойдя до воспринимающей структуры.
Способность биологических веществ поглощать волны опреде-
лённой длины, частота которых соответствует частоте молекулярных
колебаний наркотического вещества – связующее звено в механизме
наркоза на уровне мембраны нервной клетки.
Второе, что объединяет все вещества в биообъекте – вода,
участвующая в процессах наступления наркоза. Вода и частотно-
полевые, волновые характеристики молекул – вот ключ к пониманию
механизмов наркоза.
54
Вещества, молекулы которых полярны (молекулы инертного
газа под давлением поляризуются), хорошо растворяются в поляр-
ных растворителях, в том числе и воде. Вода легче всего поляризует
молекулы газа (например Хе и Kr).
Разрушение кластера инертного газа ведёт к изменению частот-
ной характеристики излучения, нарушению поляризации, исчезнове-
нию дипольного момента и, соответственно, к прекращению эффекта
наркоза.
Характерно, что отношение коэффициента растворимости мас-
ло/вода к показателю магнитной восприимчивости у всех инертных
газов приблизительно одинаково – около – 4-х (у азота – 2).
Исследователи мало обращают внимание на процессы, про-
исходящие на границе двух сред (воздух – вода, вода – твердая по-
верхность и т.д.). Тем не менее, основные процессы взаимодействия
происходят именно здесь. Здесь поступающая извне энергия делится
на электрическую и электромагнитную исходя из потребности био-
структуры, здесь происходят все первичные её преобразования для
внутреннего распределения. Именно чувствительная оболочка био-
логической формы – электронные оболочки рецепторного аппарата –
находится в постоянном контакте с внешней средой.
Все материальные формы, в том числе и биологические, явля-
ются дипольными структурами с преобладанием электрического или
магнитного свойства. По своей геометрической форме биологиче-
ские молекулы в зависимости от специализации бывают прямоли-
нейными, плоскими, треугольными, пирамидальными, кольцевыми,
зигзагообразными и т.п. Тоже самое можно отнести к формам клеток
(у человека 254 формы). И самое интересное – все эти формы повто-
ряют структуры воды (кластеры и ассоциаты).
В биологии мало уделяется внимания тому факту, что чувстви-
тельные оболочки рецепторов, на которых располагаются осциллято-
ры активных центров молекул, существенным образом видоизменяют
работу (функционирование) симметричных устройств. Обобществле-
ние восприятия энергии двумя разноименными зарядами биомолекулы
происходит в состоянии когда внутренние процессы сдвинуты на одну
55
четверть периода. Биомолекулы существенным образом видоизменя-
ют работу симметричных осцилляторов. Вот почему в реальной жиз-
ни природа использует несимметричные вибраторы (осцилляторы).
Рецепторы клеток (клеточная мембрана) – это чувствительные
органы на теле, волоски в виде микротрубочек из белковых молекул,
атомы водорода, покрывающие поверхности углеродных (и других)
атомов, или атомы кислорода в составе фосфорной кислоты, входящей
в хвост из атомов углерода, каждый из которых снабжен атомом водо-
рода. Часто эти хвосты носят многофункциональную роль, в том числе
и роль антенны.
Такие элементы согласования позволяют иметь на конце антен-
ны величину тока неравную нулю, что увеличивает их электрическую
активность в среде обитания, позволяет очень быстро объединяться в
силовые линии. Для получения максимальной величины амплитуды
принимаемого сигнала, плоскость источника должна быть в плоскости
поляризации принимаемой волны. Но в общем случае в область антен-
ны приходит не линейно поляризованная волна, а волна, вращающаяся
влево или вправо относительно направления своего распространения.
Поэтому все живые антенны на всех уровнях сложности материаль-
ных форм имеют свое вращающееся поле антенны. И при работе в
среде обитания поле антенны принимает волновой сигнал только тог-
да, когда совпадают их поляризации. Поле несимметричной антенны
вращается только в одном направлении – в левом или в правом. Один
и тот же орган чувствования как антенна способен принимать только
один тип вращения волны электромагнитного сигнала. В этом лежит
принцип хиральности. Кроме того, каждый орган чувствования, буду-
чи совокупностью большого числа единичных антенн, воспринимает
не просто волновой сигнал, а голографический по своему строению.
Поле антенны воспринимает поле сигнала в диапазоне тех частот, ко-
торые заданы чувствительными представителями каждого органа чув-
ствования. Например, в зрачок глаза поступает только тот поток света,
параметры которого задаются потребностью пигментных клеток ра-
дужки глаза. Этим и определяется узкий диапазон воспринимаемых
частот светового поля предмета среды обитания.
56
Надо всегда учитывать, что любая антенна (любой индивидуальный
живой вибратор) или их сочетание, будучи запитанными электрически,
имеют свою форму поля в окрестностях самих себя. Это поле служит не-
посредственно местом контакта с электрическим полем электромагнитной
волны, набегающей по отношению к ним извне. Если магнитные состав-
ляющие поля антенны и поля волны будут в противофазе, то произойдет
пересоединение магнитных силовых линий волны и источника, а посколь-
ку их электрические составляющие геометрически точно зафиксированы
относительно магнитных – под прямым углом, то электрическая часть вол-
ны «выльется» в электрическое поле антенны, передав информацию волны.
Это взаимодействие основано на резонансе, когда магнитное поле волны
индуцирует сигнал в антенне, после чего и происходит объединение их маг-
нитных силовых линий. Резонанс определяется геометрическими размера-
ми источника, что влечет за собой выборочный способ извлечения энергии,
приводящего к асимметрии её в среде обитания, к росту и развитию самого
тела, что влечёт к восприятию сигнала на более длинных волнах.
Известно, что основные линии в атомном спектре жизненно важных
элементов находятся на уровне длины – 400 ± 37 нм (рис. 3, табл. 11).
Основные линии в атомном спектре инертных газов находятся
на уровне ≈ 800 ± 27 нм как линии нейтральных атомов. Чем больше
длина волны, тем меньше частота (рис. 4, табл. 9).
Инертные газы, в том числе криптон, ксенон и радон метаболи-
чески индифферентные для организма. Однако, при нормальном дав-
лении и повышенном содержании в газовой смеси (> концентрации)
они вызывают наркотический эффект.
В первую очередь такое поведение инертных газов указывает
на зависимость эффектов от размеров атомов (молекул), способности
их внедряться в полости воды, возможности проникновения внутрь
клетки или трансмембранного действия, способности к поляризаци
и создания дипольного момента.
Кластеры инертных газов в биологической жидкости находят-
ся в неустойчивом равновесии. Все молекулы инертных газов гидро-
фильны и способны проникать в пустоты молекул воды биологических
жидкостей. Вероятность и скорость рекомбинации зависит от степени
57
Рис. 3. Основные линии в атомном спектре жизненно важных элементов
58
гидратации и кластеризации. Создание кластеров приводит к накопле-
нию энергии в структуре «газ-вода» и способности излучать волны от
нанометрового до миллиметрового диапазона. В молекулах воды носи-
телями магнитного момента являются только протоны, тогда так ядра
атомов кислорода ни спина, ни магнитного момента не имеют. Наиболь-
шая величина магнитного поля, создаваемого одним протоном в месте
расположения второго протона в молекуле воды, достигает 10-11 Э
Основные жизненно важные элементы в биоструктурах участву-
ют в реакциях, где энергия их излучения используется для преодоле-
ния активационного барьера биохимических (биофизических) реак-
ций. Речь идёт о таких реакциях в которых продукты, необходимые
для жизнедеятельности, выполнения некоторых естественных функ-
ций клетки или организма, образуются из жизненно важных элемен-
тов, основные линии в атомном спектре находятся в пределах 400 ± 37
нм, а состоящие из них биологические молекулы имеют спектры по-
глощения и испускания 350-550 нм. Вероятно, эволюционное разви-
тие предусмотрело, чтобы определённые стадии сложной сети обме-
на веществ и энергии происходили в пределах границ видимого света
(оптического диапазона излучения). Общим для всех функционально-
физиологических реакций является отсутствие повреждений жизнен-
но важных макромолекулярных и надмолекулярных структур клетки
(Довгуша В.В., Следков А.Ю., 2006; Довгуша В.В. с соавт., 2007)
Например, фотосинтез хлорофилла практически прекращается
при λ = 700 нм, хотя полоса поглощения хлорофилла простирается
вплоть до 750 нм. Всё это наводит на мысль о том, что в области крас-
ного оптического диапазона (красное падение) прекращаются (тормо-
зятся) метаболические процессы.
Инертные газы по случаю своего гидрофильного состояния не
способны перейти из плазмы крови в липидный каркас клеточной
мембраны. Для трансмембранного переноса они должны одеться в
гидрофильный «чехол» и только в таком виде раствориться в липид-
ной фазе мембраны. Второй путь трансмембранного перехода возмо-
жен через сквозные поры, заполненных молекулами воды где ε вели-
ка и сравнима с ε в интерстиции и цитозоле (Самойлов В.О., 2004).
59
Рис. 4. Основные линии в атомном спектре инертных газов
60Таблица 11
Энергетические и спектральные характеристики биологически важных элементов
Элемент Основные линии в атомном спектре (длина волны), нм Энергия иониза-
ции, эВ
Н-водород 434 486,1 656,2 656,3 875,1 13,6
C-углерод 274,86 283,67 426,73 723,64 11,3
N-азот 399,5 436,0 500,5 567,9 747 1247 14,5
O-кислород 777,2 777,4 844,6 844,63 844,68 13,6
Na-натрий 313,55 588,99 589,6 818,3 819,5 5,1
Mg-магний 279,6 280,3 285,2 383,8 518,4 7,6
P-фосфор 213,6 952,6 956,3 979,7 1648,3 10,48
Cl-хлор 479,5 489,7 542,3 837,6 858,6 12,9
S-сера 545,4 547,4 550,9 560,6 565,9 792,4 10,36
K-калий 404,4 691,1 693,9 766,5 769,9 4,3
Ca-кальций 239,9 317,9 373,7 393,4 393,9 422,7 6,1
Mn-марганец 257,6 279,5 279,9 403,08 403.3 403,5 7,4
Fe-железо 248,3 248,8 252,2 344,1 372,0 373,7 835,9 7,86
Co-кобальт 242,5 340,5 344,4 345,4 350,2 356,9 7,9
Cu-медь 216,5 217,9 324,75 327,4 521,8 7,7
Zn-цинк 213,9 250,2 255,8 330,3 334,5 491,2 9,4
J-йод 511,9 533,8 562,6 804,4 905,8 911,4 10,5
61
На наружной стороне и внутри мембраны нервной клетки био-
физическое действие оказывают наркотики, которые не могут про-
никнуть внутрь клетки (из-за размеров или неспособности пройти
липидный бислой). Так, кластеры аргона располагаются на поверх-
ности мембраны или находятся в её порах. При этом увеличивается
электрический импеданс нервной ткани, нарушается проницаемость
мембраны даже для небольших молекул (кислорода, глюкозы и др.),
снижается уровень метаболизма.
Как известно, мембраны клеток пропускают не все частицы
(атомы, молекулы, ионы, катионы). Сквозь цитоплазматическую мем-
брану сравнительно легко проходят молекулы воды (диаметр ≈ 2,8 Å),
кислорода (1,3-2,8 Å), глюкозы и другие мелкие молекулы. Проходят
ионы натрия, несмотря на то, что они окружены гидратной оболоч-
кой [(Na · Н2О)+ ≈ 4,7 Å]. Практически натриевые каналы (диаметр
около 5,0 Å) недоступны для прохождения ионов калия, хотя диаметр
самого иона К+ равен 2,66 Å. В действительности ион калия гидра-
тирован, и следовательно, для расчёта его эффективных размеров к
диаметру иона калия прибавляется диаметр молекулы воды (2,8 Å).
В итоге комплексный ион [К · Н2О]+ сквозь натриевый канал (долго-
живущие поры) пройти не может (Фок М.В. с соавт., 1999; Довгуша
В.В., Фок М.В., Зарицкая Г.А., 2005).
Возможно, что водород, гелий, азот и неон способны прони-
кать внутрь нервной клетки. Аргон, криптон, ксенон имеют почти
одинаковые рёбра кластеров воды, а именно, 1200 пм (12 Å) и, соот-
ветственно, проникнуть внутрь нервной клетки через мембрану не
могут (Довгуша В.В. с соавт., 2006).
Кластер Хе или любого инертного газа является диссипативным
осциллятором. Его энергия несколько выше тепловой энергии движения
молекул воды и поэтому молекулы воды могут замещаться в углублени-
ях мембраны нервной клетки подобными кластерами, которые удержи-
ваются дольше, чем отдельные молекулы Н2О или её ассоциаты.
Тепловое движение нарушает взаимную ориентацию полярных
кластеров. Ассоциаты воды неполярны (μ = 0), ориентационный эф-
фект у них отсутствует. Тепловым движением они легко замещаются
62
полярными кластерами инертного газа на мембране нервной клетки
(или внутримембранно).
Основной частотно-амплитудный диапазон возможных биотроп-
ных параметров взаимодействия сосредоточен в пределах 0,01-1,0 мкТл
по амплитуде и от ≈0,01 до нескольких десятков герц по частоте.
Являясь диссипативным осциллятором, кластер ксенона излу-
чает низкоинтенсивное (<kT), низкочастотное (0,07-3,7 Гц), нелиней-
ное поляризованное излучение. По нашим данным излучение проис-
ходит на уровне действия сверхслабого (< 5·10-6 Тл) низкочастотного
(< 0,1 Гц) и присутствующего магнитного поля Земли (< 5·10-5 Тл).
Переходы между различными колебательными модами интерпрети-
руются как образование и распад (ослабление) водородных связей в
кластере (Довгуша В.В. с соавт., 2007).
Для среды с μ = 1 (вода) качественное различие между магнит-
ной индукцией В и напряжённостью Н магнитного поля исчезает.
При внедрении инертного газа в пустоты ассоциата воды, свя-
зывающие пары молекул воды смещаются в сторону атома инертно-
го газа как более отрицательного элемента. Это смещение приводит
к несовпадению центров положительных и отрицательных зарядов,
кластер поляризуется, приобретает характер диполя. Полярность
кластера оценивается величиной момента диполя μ, представляю-
щего собой произведение расстояния между центрами зарядов (дли-
ны диполя) τ на величину электрического заряда ε. Количественной
мерой поляризуемости кластера наряду с моментом диполя является
также эффективный заряд атома инертного газа (у Хе он наибольший
по сравнению с другими инертными газами) (табл. 12).
В кластерах инертных газов электроотрицательность инертно-
го газа больше, чем электроотрицательность Н2О. В этом случае мо-
лекулы воды будут иметь положительный эффективный заряд >0, но
<+1, атом инертного газа – соответствующий отрицательный заряд.
Чем больше значение эффективного заряда атома приближает-
ся к целому числу (1, 2, 3 и т.д.), тем больше подтверждается, что свя-
зи в кластере носят чисто ионный характер. Ковалентный характер
носят только связи самих молекул Н2О.
63
Таблица 12
Физические, химические и биофизические характеристики индифферентных газов,
способствующих возникновению наркоза
Элемент
Показатель
Азот N2 Аргон Криптон Ксенон
Атомная масса (вес) 28,0 40,0 83,8 131,3
Радиус атома, Å 1,54 1,92 1,97 2,18
Ван-дер-ваальсов диаметр, нм 0,42 0,38 0,41 0,44
Энергии ионизации первых
пяти внешних электронов
(эВ)
1 14,53 15,76 14,00 12,13
2 29,59 27,61 24,35 21,20
3 47,44 40,70 36,94 32,09
4 77,46 59,79 52,54 44,56
5 97,82 75,00 64,66 56,99
Скорость насыщения 1,0 1,04 1,88 3,82
Коэффициент диффузии в сыворотке 21,7 18,2 12,6 10,1
Электроотрицательность абсолютная (эВ) 7,3 7,7 6,8 5,85
Эффективный заряд ядра 3,90 6,75 8,25 8,25-15,61
Удельная магнитная восприимчивость (м3/кг) -5,4·10-9 -6,16·10-9 -4,32·10-9 -4,20·10-9
Средняя поляризуемость (α·1024 см3) 1,74 1,64 2,49 4,02
64
Элемент
Показатель
Азот N2 Аргон Криптон Ксенон
Основные линии в
атомном спектре (нм)
минимальные 399,5
(II) 696,5 587,1 823,2
средние 657,9 811,5 811,3 881,9
максимальные 1246,9 965,8 877,7 3507,0
Растворимость
см3/100 см3 (Р ≈ 101
кПа)
в воде 0,013 0,026 0,045 0,085
в жирах 0,061 0,140 0,43 1,7
Жироводный коэффициент 5,1 5,3 9,6 20,0
Коэффициент диффу-
зии (х 10-6 см2/с)
в воде 30,1 25,2 17,5 14,0
оливковое масло 7,04 5,92 4,10 3,27
в сыворотке крови 21,7 18,2 19,6 10,1
Скорость насыщения (рассыщения) жировой
ткани (по отношению к N2) 1,0 1,04 1,88 3,82
Проникновение в клетку да нет нет нет
Сила наркотического действия (относитель-
ная) 1 0,43 0,14 0,039
Относительная масса кластера 1052
1276 1148 1498 1878
Продолжение таблицы 12
65
Окончание таблицы 12
Элемент
Показатель
Азот N2 Аргон Криптон Ксенон
Давление при котором наступает наркоз
(МПа) 0,7 0,4 0,3 0,1
Содержание инертно-
го газа в теле человека
весом 70 кг при дыха-
нии смесью 21% О2 –
79% инертного газа
(л) при 0,1 МПа
Водосодержащих
тканях (л) 0,48 0,96 1,66 2,14
Жировых тканях (л) 5,4 7,48 3,50 13,2
Содержание инертного газа в теле человека
весом 70 кг при наступлении наркоза (л) 5,88 8,44 5,16 15,34
66
Между встроенным в ассоциат неполярным атомом инертного
газа и полярными молекулами Н2О возникает индукционное (дефор-
мационное) взаимодействие. При этом электрическое поле полярных
молекул воды ассоциата вызывают смещения центра тяжести заря-
дов инертного газа и образовывают диполь, ориентированный своим
положительным полюсом к отрицательным полюсам молекул воды.
Электрические поля соответственно ориентированных молекул Н2О
могут вызывать дополнительное смещение центров тяжести зарядов
и тем самым усиливать дипольное взаимодействие (внутрикластер-
ное ориентационное взаимодействие).
Образовавшийся кластер инертного газа со своим дипольным
моментом обусловливает притяжение соседних аналогичных класте-
ров, которое проявляется тем больше, чем больше дипольный мо-
мент атомов инертного газа μ. Чем больше размер атома инертно-
го газа или чем больше их встраивается в пустоты ассоциата, тем
больше дипольный момент кластера им образованного, тем сильнее
взаимодействие между собой и дипольными молекулами мембраны
нервной клетки.
После выведения Хе из ассоциата воды, последний также про-
должает воспроизводить диссипативное излучение, но с несколько
более высокими частотами по отношению к кластерам. В атомных
системах большая величина излучённого кванта означает более вы-
сокую частоту колебаний и наоборот. Частота в постксеноновом ас-
социате значительно выше за счёт удаления из его состава атома (-ов)
ксенона с относительной атомной массой 131,29 (Довгуша В.В. с со-
авт., 2007).
Химия инертных газов имеет свои особенности. Одно из
них – это то, что при определенных условиях орбитали наружных
электронов инертных газов (октеты) могут оказаться «размытыми»,
«разрыхленными», «сдвинутыми» и тогда инертный газ в кластере
приобретает индуцированную полярность, а отдельные электроны
обретают способность вступать даже в химическую связь.
Второе, молекулу, ассоциат, кластер необходимо рассматривать
как поле взаимодействия всех её электронов и ядер, где связи могут
67
быть двух- и многоцентровыми. Электроны в молекулах, кластерах,
ассоциатах находятся на энергетических уровнях – многоцентровых
молекулярных орбиталях, охватывающих все атомы структуры. Харак-
тер орбиталей определяется движением электронов в поле друг друга
и ядер всех атомов структуры одновременно. Здесь всё принадлежит
общему делу…
Значение вектора поляризации кластера Хе в эффекте возник-
новения наркоза прямо доказывает, что сигнал от кластера Хе пред-
ставляет собой электромагнитную волну, взаимодействующую с суще-
ствующими комплексами на поверхности мембраны нервной клетки
(внутри клетки), который также формирует монохроматические излу-
чения дискретных волн (поля).
Зависимость результата (силы наркоза) от концентрации (парци-
ального давления) кластеров благородных газов указывает на значение
интенсивности потока излучения (волн) от кластера для достижения
порога активации (возбуждения) структур на клеточной мембране (в
данном случае – активации торможения). Известно, что информативные
дозы излучений оптического диапазона клетками имеют низкую интен-
сивность (от нескольких десятков до сотен фотонов на 1 см2; для зритель-
ного анализатора достаточно одного фотона). Снижение (увеличение)
потока фотонов через единицу площади в единицу времени (интенсив-
ность излучения) до порога нечувствительности (чувствительности)
неизбежно должны привести или к толерантности или к параличу нерв-
ной клетки, ибо в обоих случаях они связаны с недостаточной или избы-
точной концентрацией (парциальным давлением) кластеров инертных
газов (осцилляторов). Осцилляции (волновое воздействие) кластеров
благородных газов необходимо рассматривать с позиций чужеродности
для живого организма его волнового воздействия на нервную клетку
(= > 800 нм), определяемых его дипольным моментом, вектором по-
ляризации излучения, резонансными границами (диапазонами) ча-
стоты воспринимающей молекулы, а также от интенсивности потока
излучения (фотонов) от кластера, зависящей от концентрации (парци-
ального давления) инертного газа (или другого вещества). Число био-
физических критериев, которые имеют непосредственное отношение
68
к возникновению механизмов наркоза четко соответствует числу
основных параметров излучения любого диполя (магнитная воспри-
имчивость, поляризация, дипольный момент составляющих, конфор-
мация и т.д., табл. 12).
Таким образом, водные структуры биологических жидкостей
совместно с индифферентными газами могут создавать осциллято-
ры, способные волновыми взаимодействиями способствовать воз-
никновению наркоза.
69
Ранее мы отмечали, что давление влияет на основные линии в
атомном спектре атомов и молекул. Имеются многочисленные дан-
ные (Зальцман Г.Л., 1968; Беннет П., 1968; Джонсон Ф. с соавт., 1942;
и др.), что нервный синдром высоких давлений в своём генезе имеет
фактор гидростатического давления. Известно также, что азот и ге-
лий под повышенным давлением являются до определённой степе-
ни антогонистами (или «гасят» друг друга). Повышенное давление
уменьша ет или повышает свечение люминесцентных бактерий. Голо-
вастики и саламандры прекращали плавать, находясь в 3-6 % растворе
этанола, но гидростатическое давление в 150-300 атмосфер устраняло
иммобилизацию. Можно предположить, что этанол при этих давлени-
ях меняет свои свойства за счет изменения основных ли ний в своём
атомном спектре со сдвигом в более высокочастотную область.
В статье С. Кука (1950) было показано, что в нормоксических
кислородно-гелиевых и кислородно-аргоновых газовых смесях мета-
морфоз D. Melanogaster в 2-2,5 раза ускорялся (цит. по Павлов Б.Н.,
1998).
Исследования размножения гидр в воде насыщенной аргоном и
азотом показали, что при одинаковой температуре воды насыщение
водной среды газовой смесью, содержащей 15 % кислорода и 85 %
аргона, существенно увеличивает активность почкования гидр. Факт
высокой стимуляции почкования не может быть объяснён действием
фактора гипоксии, поскольку при насыщении кислородно-азотной
смесью аналогичного состава такой стимуляции не отмечалось. Та-
ким образом, присутствие в водной среде растворённого аргона яв-
ляется ведущим фактором стимуляции почкования гидр, что прояв-
лялось не только увеличением количества образующихся почек, но
также сокращением времени их образования и развития по сравне-
нию с контрольными группами (Павлов Б.Н., 1998).
Добавление аргона не менее 25 % в гипоксическую смесь с со-
держанием кислорода 4-5 % значительно увеличивает продолжитель-
IV. Биофизические реакции в организме
под давлением
70
ность жизни крыс по сравнению с аналогичными смесями на основе
азота. Добавление при этом 4-8 % двуокиси углерода ухудшает со-
стояние животных и снижает продолжительность жизни.
Известно, что клетки очень чутко реагируют на изменения тем-
пературы и давления, перестраиваясь так, чтобы их мембраны не
утрачивали жидкую фазу. Организм человека при этом стремится
поддерживать постоянную температуру и химическое равновесие за
счёт обмена веществ.
Исследования методом ЯМР белка коллагена показали, что спектр
протонов в сухожилиях похож не на спектр жидкости, а на спектр кри-
сталлогидрата, плав ление которого происходит в широком диапазоне
температур – от 10 градусов (кристалл) до 25 градусов (жидкость).
Для ряда слаборастворимых в воде веществ – неэлектролитов (ами-
ны, фосфины, фосфаты, эфиры, производные пиридина и пипередина)
характерна аномальная зависимость растворимости от температуры.
При нагревании раствора такого вещества можно достичь температу-
ры расслое ния на две фазы – воду и растворявшееся в ней при бо-
лее низких температурах вещество. Исследования сибирских ученых
Рис.5. График динамики общей численности особей Hydra allenuala в течение 6
суток в гипоксических водных средах, насыщеных КАрС, КАС и в контроле
71
(Новосибирск) показали, что при плавлении клатратных гидратов раз-
рушается дальний порядок взаимодействия, но сохраняется ближний
порядок, т.е. характерная для клатратов структура вод ных кластеров,
включающих в свои пустоты молекулы неэлектролитов.
Повышение давления при прочих равных условиях ведёт к уве-
личению структурированной воды (водных кластеров) и изменению
её (их) пространственной структуры (уменьшение, изменение длин,
углов водородных связей при неизменном объёме).
Пересыщенные растворы газов всегда можно получить путём
уменьшения внешнего давления и наоборот – повышение давления
ведёт к ненасыщению раствора (плазмы крови).
Трёх-шести процентный раствор этанола для головастиков и
саламандр, вероятно, является перенасыщенным со всеми вытекаю-
щими биофизическими реакциями (иммобилизация). Увеличение ги-
дростатического давления среды привело к изменению насыщения
раствора, расслоению, когда вода стала насыщенным раствором в
веществе (этаноле).
Воздействие барометрического (гидростатического) давления
впервую очередь отражается на молекулярном уровне – изменяются
межмолекулярные взаимодействия, конформационные изменения,
фазовые переходы, объёмное сжатие биологических жидкостей и
тканей, приводящее к деполяризации и деформации мембран клеток.
Изменяется трансмембранное распределение ионов, затрудняется
(уменьшается) поступление в клетку жизненно важных элементов
(О2, глюкоза и др.). Изменяются пороги возбуждения и торможения.
Нарушается, а то и прекращается (например, наркоз инертными газа-
ми) метаболизм клеток и тканей, изменяются функции мембран.
Ксенон даже с одним его атомом с относительной атомной
массой 131 единиц даёт излучение больше 800 нм, при котором пре-
кращаются все метаболические процессы. Тем более, что при нор-
мальном давлении и высокой летучести ксенона могут создаваться
кластеры с nХе = 6 и 8.
Можно ожидать стимулирующего действия на почкование гидр
постксеноновых ассоциатов, когда Хе из воды полностью десатуирует.
72
Обобщая полученные данные, можно с достаточной степенью
достоверности предполагать, что аргон в прцентном содержании в
газовой смеси 5 – 15% проявляет себя как физиологически активный
газ, влияющий на клеточный и внутриклеточный метаболизм. Это
проявляется в повышении резистентности организма к гипоксиче-
ской гипоксии. При повышении давления и увеличением процентно-
го содержания (концентрации) аргона возникает торможение физио-
логических процессов в организме инаступает наркоз.
Можно ожидать, что Не, N2, Ne при повышенном давлении
(≈ до 0,4 МПа) также могут обладать стимулирующими свойствами.
Инертные газы способны взаимодействовать с водой, давая
принципиально новые вещества с характерными только для них свой-
ствами (табл. 6 ). По нашему мнению, аргон при одинаковой темпе-
ратуре воды и насыщении её газовой смесью, содержащей 15 % кис-
лорода и 85 % аргона создаёт водные кластеры с количеством атомов
Ar в своём составе от 1 до 3-х с относительной атомной массой 40,
80, 120 единиц. Излучения кластеров такого состава носят стимули-
рующий характер на биологические структуры.
При увеличении давления газовой среды до 0,4 МПа аргон вы-
зывает наркоз. В данном случае в биологической жидкости преиму-
щество образуются кластеры с составом 5-8 атомов в структуре с
относительной атомной массой 200-320 единиц. Излучения таких
кластеров носят тормозящий характер.
При проведении аналогичных исследований с ксеноном можно
ожидать полный наркоз при нормальном давлении и никакого поч-
кования гидр, так как кластеры по-разному объединены в силовые
(энергетические) структуры биообъектов и биологической жидкости.
Особенно это относится к граничным слоям молекул Н2О в организ-
ме. Например, глубоководная рыба и поверхностная её родственница
состоят из одних и тех же белковых молекул, но первая выдержит
огромное давление толщи воды, а вторая в этой толще погибнет. Мно-
гочисленные эксперименты говорят о повышении температуры при
сжатии. Но сама температура есть суммарное выражении того или
иного количества фотонов инфракрасного диапазона. Это говорит о
73
том, что атомы при сближении становятся более активными, а актив-
ность есть следствие того, что они потребили энергию из вне, разру-
шили привычные силовые линии, в которых они были задействованы
до повышения давления. Об этом свидетельствует тот факт, что при
очень медленном сжатии объём уменьшается, но нагрев не проявля-
ется. Это происходит оттого, что при медленном сжатии происходит
перестройка взаимного расположения атомов газа, перестраивается
их внутренняя структура внешних электронов, формируются новые
силовые линии, создаётся новое сообщество атомов. Из одних и тех
же атомов или молекул при разных внешних условиях формируются
структуры, отличающиеся своими качественными характеристика-
ми. Внутри биологических объектов также происходят структурные
перестройки и, в первую очередь, молекул воды, её ассоциатов, кла-
стеров, связанной воды вокруг белковых молекул и т.п. Чем ближе
сближаются атомы при сжатии, тем интенсивнее они излучают.
Уровень температуры определяется обилием выделяемых кван-
тов энергии в среду единого силового поля (человека в целом) в пол-
ном его объёме.
Вода в жидком (около ~ 37 °С) виде обладает такой структурой,
которая способна впитывать внутрь себя не только электромагнит-
ные колебания, но и звуковые вибрации.
Вода (её структуры) способствует диссоциации и распаду
сложных структур, особенно белковых молекул с обволакивающи-
ми её структуру молекул воды. Молекулы воды в организме не про-
сто диполи, а электромагнитные диполи, имеющие цилиндрическую
диаграмму направленного излучения, образованную двумя несимме-
трическими источниками – атомами водорода – на общей для них
поверхности атома кислорода. Поэтому вода в организме есть сла-
бо упорядоченная электрическая высокочувствительная структура,
состоящая из большого количества равнозначных диполей, одно-
родных частиц, формирующих энергию для организованных живых
форм материи.
Если давление повышается в 2 раза, то при постоянной темпе-
ратуре объём данной массы газа обратно пропорционален давлению
74
(закон Бойля-Мариотта), т.е. уменьшится в 2 раза, а растворится в
биологической ткани в 2 раза больше (табл. 12 ).
Температура есть количественная мера частоты излучения
электромагнитной энергии. Там, где проявляются излучения инфра-
красного диапазона частот, там растёт температура, увеличивается
тепловая энергия. Человек, состоящий из большого количества мо-
лекул воды (от ≈ 60 до 90 %) поглощая энергию из вне активно изме-
няет свою структурную форму воды. Тепловая энергия есть электро-
магнитная энергия инфракрасного диапазона частот. Всвязи с этим,
целостность молекулярных комплексов воды может нарушаться,
если в их среде (в организме человека) появятся структуры (к приме-
ру – инертные газы) излучающие этот диапазон электромагнитного
излучения.
75
Ксенон – антогонист NMDA (N-methyl-D-aspartate) peцепторов
и не является агонистом ГАМК-ергических рецепторов.
Известно, что постсинаптические NMDA рецепторы реализуют
эффекты глутамата, в том числе в люмбальном отделе спинного мозга.
Реализуют ноцицептивную функцию, участвуют в образовании ней-
рональной сети, синаптической передачи импульсов, необходимых
для обучения и формирования памяти. При заболевании вовлечены
в острые и хронические неврологические расстройства, психические
заболевания, реализацию патологического болевого синдрома.
Ксенон в 100 %-ной концентрации (3,9 мМ), как и закись азо-
та (29,2 мМ) обратимо увеличивают активность каналов рецептора
гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) у млекопитающих. Оба аген-
та повышают эффективность взаимодействия ГАМК с рецептором
и, таким образом, способствуют ингибиторным эффектам ГАМК-
ергической синаптической передачи.
Ксенон при МАК = 60 % не обладает измеримым эффектом на
ГАМК-ергические ингибиторные постсинаптические токи (каналы)
и не модулирует действие экзогенной ГАМК. Однако он заметно по-
давляет распространение потенциала возбуждения по постсинапти-
ческой мембране. Селективно подавляет токи, вызванные актива-
цией NMDA-рецепторов и, в отличие от изофлурана, слабо влияет
на alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA)
Zkainate рецепторный комплекс.
При изучении c-Fos экспрессии на нейронах коры мозга крыс
показано, что ксенон в 30 % и 70 % концентрациях, в отличие от за-
киси азота, подавляет индуцирующий экспрессию эффект кетамина,
реализующийся побочным психотомиметическим действием.
В концентрациях 1/3-1/2-1 МАК ксенон вызывает падение со-
держания адреналина в крови.
В субнаркотических концентрациях снижает в плазме крови че-
ловека уровень гидрокортизона и повышает содержание инсулина.
V. Рецепторные эффекты.
Энергетика при дыхании ксеноном
76
Повышает индекс СТГ/кортизол и снижает АКТГ/СТГ, что сви-
детельствует о преобладании анаболического эффекта ксенона на
организм. Не влияет на уровни тиреотропного гормона (ТТГ), гормо-
нов щитовидной железы (Т3, Т4). Не действует на содержание гемо-
глобина, гематокрит и биохимию крови.
Физико-химические свойства ксенона позволяют предполо-
жить, что этот инертный газ является более эффективным блокато-
ром NMDA-рецепторов, чем существующие препараты с аналогич-
ным механизмом действия.
Ксенон снижает соматосенсорные потенциалы мозга, умень-
шает, как и другие анестетики, корковые потенциалы, электрическую
активность мозга.
В 70 % концентрации ксенон супрессирует широкий круг ней-
ронов спинного мозга, осуществляя таким образом антиноцицептив-
ную функцию через ингибиторные медиаторные системы и посред-
ством прямого эффекта на нервные клетки, который более выражен
по сравнению с закисью азота (Наумов С.А. с соавт., 2000, 2001).
В субнаркотических концентрациях ксенон оказывает антистрес-
сорный эффект в отношении систем жизнеобеспечения человека.
Принимая во внимание появившиеся патентные разработки о
применении ксенона при болезни Паркинсона, шизофрении – забо-
леваниях, связанных с дофаминергической системой; депрессивных
расстройствах, связанных с серотонинергической и другими нейро-
трансмиттерными системами; высокую вероятность мягкого влия-
ния ингаляций ксенона на эндогенную опиоидную систему и ГАМК-
ергическую систему, данный инертный газ может стать новой точкой
отсчёта в лечении депрессивных расстройств. Ксенон скоро станет
самым идеальным антидепрессантом XXI века.
Причинами изменения функционального состояния организма
под давлением или увеличенного процентного содержания индиф-
ферентного газа в смеси в первую очередь является их повышенная
концентрация в тканях.
Экспозиция животных (мыши) в атмосфере Хе/О2 (80/20) при-
водит к возбуждению и усилению подвижности животных, что ха-
77
рактеризуется увеличением энергозатрат при снижении потребления
кислорода. Длительная экспозиция животных (> 4 часов) в такой ат-
мосфере приводит к их гибели.
Результаты исследований, представленные в работах Б.В. Те-
стова с соавторами (2005), свидетельствуют о том, что в ксеноновой
атмосфере мыши теряют в весе значительно больше, чем в обычной
атмосфере, потребляя при этом значительно меньше кислорода. Объ-
яснение этому факту необходимо искать в усилении анаэробного гли-
колиза.
В чём кроются компенсаторно-приспособительные механизмы
выживаемости крыс, мышей в гипоксической среде (криптон, аргон
повышают выживаемость крыс в гипоксической среде (5 % кислоро-
да) по сравнению с азотом и ксеноном?).
Известно, что гормонами, которые вызывают снижение потре-
бления кислорода, являются: опиоиды, аденозин, серотонин, ацетил-
холин, дофамин, ГАМК.
Каким-то образом (механизмом) действие ксенона основано
влиянием на глутаматергическую систему нейромедиации (Albers
J.W., 1999; Franks N., 2002; Petzelt P., 2003). В последнее время всё
большее внимание обращается на нарушения функционирования
нейромедиаторной системы, использующей в качестве посредников
возбуждающие аминокислоты, такие как глутамат и аспартат (Бес-
палов А.Ю. с соавт., 2001).
Если ксенон стабилизирует показатели скорости метаболиче-
ских процессов – замедляя, а то и прекращая их, – то об аргоне и
криптоне этого сказать нельзя.
Фармакологическое действие инертных газов даже разной на-
правленности очень демонстративно. Нейрометаболитный и ноо-
тропный эффекты ксенона проявляются после первой же ингаляции.
При нахождении в гипоксической среде аргона или криптона (5 %
кислорода) в первые же мгновения включаются механизмы антиги-
поксии.
Характерно, что при вдыхании ксенона наблюдается не повы-
шение, а уменьшение теплопродукции при снижении потребления
78
кислорода. Это подтверждается существенным падением ректальной
температуры и последующей гибели животных при экспозиции бо-
лее 4-х часов.
Такой эффект можно объяснить центральным влиянием ксе-
нона, когда организм теряет контроль за периферийными органа-
ми и их температурой (тем более, что действие Хе на нервные и
соматические клетки неодинаково). Локальная температура мозга
может быть достаточно высокой из-за значительной растворимости
ксенона в липидных структурах головного мозга. Естественной ре-
акцией организма на гипертермию мозга является снижение потре-
бления кислорода, т.е. сдвиг дыхания в сторону гликолиза исчезает.
Вероятно, что клетки, поставленные головным мозгом в условия
кислородного дефицита, сдвигают энергетику в сторону аэробного
дыхания.
Таким образом, при длительной экспозиции (несколько часов)
в атмосфере ксенона белые мыши теряют вес (за счет возбуждения
и повышения подвижности) в большей степени, чем в обычной ат-
мосфере, при меньшем потреблении кислорода. Растет температура
тела. Эти феномены можно объяснить за счет усиления процессов
анаэробного гликолиза, который может активироваться как шунтовый
механизм вследствие инактивации процессов клеточного дыхания.
Переключение на более древний шунтовый механизм анаэробного
гликолиза увеличивает энергозатраты при снижении потребления
кислорода. Налицо компенсаторно-приспособительная реакция на
экстремальный фактор, которая вызывает адаптацию мышей с по-
следующим истощением и гибелью при длительном воздействии
ксенона (по данным авторов, более 4-5 часов).
В настоящее время общепринятым считается положение о том,
что основным источником свободной энергии в организме высших
животных и человека является дыхание, в результате которого про-
исходит расщепление глюкозы до углекислого газа и воды. Этот про-
цесс считается наиболее рациональным для обеспечения энергетики
высших организмов и подтверждается экспериментально невозмож-
ностью выживания их в анаэробной среде.
79
В то же время общеизвестно, что на первом этапе, который про-
текает в цитозоле, молекула глюкозы превращается в 2 молекулы пи-
рувата с выделением 2 молекул АТФ. Второй этап расщепления про-
исходит внутри митохондрий и включает цикл Кребса. Здесь пируват
полностью метаболирует до углекислого газа и воды. Одновременно
идёт окислительное фосфорилирование, в результате которого обра-
зуется большинство (34) молекул АТФ. Для второго этапа необходим
кислород. Различие мест протекания 1 этапа (гликолиза) и 2 этапа
(дыхания) создаёт предпосылки для комбинированного механизма
получения энергии, в результате чего возможно усиление анаэробно-
го пути получения энергии. Считается, что гликолиз часто интенси-
фицируется в скелетной мускулатуре при большой физиологической
нагрузке, хотя причины интенсификации недостаточно ясны. Воз-
можно, однако, что организм достаточно часто прибегает к усиле-
нию гликолиза, на что косвенно указывают результаты исследований
Ленинджера А. (1976).
Объяснить увеличение потери веса мышей при снижении ин-
тенсивности окислительных процессов мы можем только на основе
усиления анаэробного гликолиза. Большинство ныне существующих
аэробных организмов сохранило способность «консервировать»
энергию, извлекаемую из глюкозы брожением. Этот процесс явля-
ется как бы подготовительной ступенью для дальнейшего окисления
продуктов брожения кислородом. Таким образом, анаэробное расще-
пление глюкозы в клетках почти всех высших организмов преврати-
лось в обязательную первую стадию, за которой следует анаэробная
фаза – дыхание. В процессе гликолиза высвобождается очень незна-
чительная часть той химической энергии, которая может быть извле-
чена из глюкозы. Это объясняется тем, что продукт гидролиза – мо-
лочная кислота является соединением почти столь же сложным как и
глюкоза. Поэтому большую часть энергии анаэробные клетки полу-
чают за счет дыхания, при котором продукты брожения окисляются
полностью до СО2 и воды.
В работе Б.В. Тестова с соавт. (2005) изучалась интенсивность
потребления кислорода и теплопродукции при содержании живот-
80
ных в газовых смесях, содержащих 80% ксенона и криптона. Замеры
проводились отдельно для каждого животного. Результаты замеров
(табл. 13) показывают, что в ксеноновой атмосфере потребление
кислорода животными снижается примерно в 2 раза по сравнению
с контрольными животными. Потребление кислорода животными,
находящимися в атмосфере криптона, увеличено. Наиболее показа-
тельным является коэффициент (Т/О), характеризующий величину
теплопродукции на единицу потребленного кислорода. Коэффици-
ент Т/О для животных, содержавшихся в криптоновой атмосфере,
достоверно выше, чем для контрольных животных. Связано это с
более существенным увеличением теплопродукции (по сравнению
с увеличением потребления кислорода) животных, находящихся под
действием криптона.
Таблица 13
Результаты регистрации теплопродукции и потребления
кислорода белыми беспородными мышами при экспозиции в
атмосфере криптона и ксенона
Регистрируемые пара-
метры Воздух Криптон плюс
кислород
Ксенон плюс
кислород
Теплопродукция,
кал/г·час 16,8 ± 0,7 22,7 ± 1,0 8,5 ± 0,9
Потребление кисло-
рода, мл/г·час 6,2 ± 0,2 6,5 ± 0,2 3,1 ± 0,3
Удельная теплопро-
дукция, кал/мл (Т/О) 2,7 ± 0,1 3,4 ± 0,2 2,6 ± 0,2
Организм не всегда отвечает повышением потребления кисло-
рода на введение чужеродных веществ, но почти всегда наблюдается
повышение теплопродукции. Механизм такого ответа организма не
совсем ясен, но усиление энергозатрат, по-видимому, происходит за
счет повышения гликолиза. Возможно гликолиз является более опе-
81
ративным процессом для обеспечения энергетики, поскольку он яв-
ляется начальным этапом расщепления глюкозы и располагает более
значительной базой (цитоплазмой) для масштабного протекания это-
го процесса.
Дальнейшее аэробное расщепление продуктов гликолиза про-
исходит в митохондриях, число которых может существенно ва-
рьировать в зависимости от энергетических потребностей клетки.
Условием нормального функционирования организма является, по-
видимому, сбалансированное соотношение между образующимся в
цитоплазме пируватом и потреблением его функционирующими ми-
тохондриями. При избыточном образовании пирувата излишек его
превращается в лактат и выводится из организма. Но это является
свидетельством аномального энергетического процесса и часто ассо-
циируется с патологическим состоянием организма.
Физиологические и предпатологические реакции в условиях
повышенного давления газовой среды или концентрации индиффе-
рентных газов (процентного содержания) в нормальных условиях
требуют дальнейшего исследования. Механизмы их развития ещё
полностью не раскрыты и не исследованы.
82
Исследования механизма действия ксенона на биологические
объекты – это исследования в мире нанохимии – огромном мире, про-
стирающемся от индивидуальных молекул (Хе) до континуальных
систем, составляющих фазу (кластер Хе) или постксеноновый ассо-
циат (структура молекул Н2О после ухода из полостей Хе). В этих на-
ноструктурах происходят межмолекулярные взаимодействия, лиша-
ющие молекулы своей индивидуальности (в данном случае инертные
газы – ИГ), свойства и поведение атомов и молекул газа в ансамблях
(кластерах, газогидратах) другие, чем у индивидуальных молекул.
Главная проблема нанохимии ксенона – это размерные эф-
фекты, которые настолько разнообразны и неожиданны, что общее
решение проблемы (механизма действия) до настоящего времени
отсутствует. Однако, методами квантовой физики, химии и молеку-
лярной динамики уже сегодня можно ответить на многие вопросы
механизма действия индифферентных газов и даже предсказать ряд
эффектов.
В механизмах биологического действия инертных газов чет-
ко прослеживается как свойства индивидуальных молекул – Н2О и
инертного газа, так и коллективные свойства. При объединении в
кластер эти характеристики эволюционизируют в новые свойства
фазы и при этом иерархия объединенного количества молекул ведет
к изменению физиологических свойств (Н2О и ИГ – кластер, газо-
гидрат – газоводная фаза, фазовый переход – наркоз – элиминация
ИГ – водный ассоциат – активация биологических молекулярных и
надмолекулярных процессов).
Кластеры инертных газов нужно рассматривать как временные
промежуточные образования между отдельными атомами (Н2О и ИГ)
с одной стороны, и твердым телом – другой, с наноструктурной орга-
низацией. Предполагается, что это достаточно плотно упакованные
частицы с произвольной внешней формой и структурной организа-
цией. У этих состояний существует зависимость от размера и ши-
VI. Этиопатогенез взаимодействия инертных
газов в организме
83
роко изменяемый набор свойств, что полностью соответствует ряду
инертных газов от Не до Хе. При этом относительная стабильность
разноструктурных образований четко зависит от изменения кинети-
ческих, термодинамических и барометрических факторов.
Кластерную структуру инертных газов в биологических жид-
костях можно определить как совокупность наночастиц (Н2Оn и ИГn)
определенного размера с наличием функциональных связей. Подоб-
ные системы, обладающие ограниченным объемом (Н2О и ИГ), в про-
цессе взаимодействия с другими биологическими молекулами можно
рассматривать как своего рода нанореакторы. Эти системы обладают
повышенной энергией и высокой биофизической активностью. Запа-
сенная энергия таких кластеров и ассоциатов определяется в первую
очередь нескомпенсированностью водородных и ван-дер-вальсовых
связей поверхностных и приповерхностных атомов. Это, вероятно,
приводит к возникновению необычных поверхностных (на мембране
нервной клетке) явлений и реакций.
В размерном ряду инертных газов четко прослеживается и от-
ражается на физиологических (биологических) свойствах связь меж-
ду размером и атомной массой, их возможной биофизической и хи-
мической реакционной способностью.
Зависимость активности инертных газов от размеров и массы
объясняется тем, что свойства индивидуальных атомов элементов и
формируемых ими кластеров (газогидратов) отличаются от свойств
аналогичных атомов в основном состоянии (например, жидкость Н2О
отличается от составляющих ее элементов – Н2 и О2 –газы). С разме-
ром и массой ИГ, влияющими на реакционную способность, связаны
такие свойства, как изменение температуры полиморфных превраще-
ний, увеличение растворимости, сдвиг химического равновесия и др.
Верхняя граница размера кластера инертного газа – это такое
количество атомов ИГ и молекул Н2О, при дальнейшем увеличении
которого уже не происходит качественного изменения химических
(биофизических) свойств (для Хе это, вероятно, Хе8 (Н2О)136).
Можно отметить ряд квантовых эффектов, соответствующих
живым системам:
84
- химическое распознавание молекул (кинетические и катали-
ческие эффекты);
- волновое (частотное) распознавание молекул (использование
различных диапазонов волн);
- биологическое распознавание молекул (ферменты, рецепто-
ры, антитела и др.).
Без молекулярного распознавания, без волнового взаимодей-
ствия элементов вне- и внутри организма биологический объект ока-
жется несостоятельным, неспособным дифференцироваться и струк-
турироваться.
Ассоциаты (только водные структуры) и кластеры (включе-
ния в водные структуры) являются функциональными структурами
биологической жидкости. Поэтому в них надо учитывать квантовые
явления, которые находятся в тесной связи с волновыми и инфор-
мационными воздействиями, не последнюю роль при этом играют
взаимодействия на уровне kT и ниже.
В организме происходят взаимодействия на биологическом
(клетки, субклеточные структуры, биологические жидкости) и фи-
зическом (физика твёрдого тела, вещества, элемента) уровнях, охва-
тывающие оптические диапазоны длин волн (в пределах 10-7-10-10 м).
Примером биологической наноструктуры (завершённой, осязаемой)
являются некоторые вирусы.
Водные структуры биологических жидкостей это подвижные,
не долгоживущие плотности молекул H2O, суть которых – стремле-
ние к динамическому равновесию.
Введение элементов внутрь биоструктур (водных), в том числе
и газов, необходимо рассматривать как создание полупроводников
донорного-n-типа и акцепторного-р-типа.
Структурирование молекул воды биологических жидкостей –
это простейший эволюционный нанотехнологический процесс, под-
держивающий динамическое равновесие в биологических структу-
рах. Взаимодействие любого вещества, попавшего в организм, в том
числе атомов и молекул инертного газа, – яркий пример взаимодей-
ствия на наноуровне. Всвязи с этим, для раскрытия механизмов био-
85
логического взаимодействия, необходимо понимание происходящих
процессов, эффектов с квантовых позиций, которые уже давно опре-
делились в квантовой физике, квантовой химии и квантовой медици-
не (биологии), в их интегральной совокупности.
Введение атомов различных инертных газов в водные структу-
ры биологических жидкостей приводит к выраженным изменениям
физико-химических, биологических свойств кластера. Поэтому не-
обходимо чётко представлять, что биологические свойства инертных
газов проявляются только в водных структурах, и они во многом от-
личаются от свойств веществ в чистом (основном) виде. Важно, что
создание кластеров инертных газов процесс обратимый и энерго не-
затратный.
Азот, аргон, гелий, водород и неон относятся к числу метабо-
лически индифферентных газов, т.к. они не вступают в организме
в биохимические реакции. При нормальном атмосферном давлении
они являются нейтральными газами для организма. При повышен-
ном парциальном давлении эти газы вызывают ряд биологических
ответных реакций организма, которые могут быть приспособитель-
ными и патологическими.
Криптон, ксенон и радон также метаболически индифферент-
ные газы для организма. Однако при нормальном давлении и повы-
шенном содержании в газовой смеси (>концентрации) они также вы-
зывают наркотический эффект.
В первую очередь такое поведение инертных газов указывает на
зависимость эффектов от размеров атомов (молекул), их физических
характеристик, способности внедряться в полости воды, возможно-
сти проникновения внутрь клетки или трансмембранного действия.
За счёт повышения давления или увеличения концентрации
(процентного содержания в газовой смеси) увеличивается количе-
ство столкновений атомов (молекул) инертного газа друг с другом.
Это приводит к повышенному образованию метастабильных атомов
и молекул газа. Метастабильные состояния обладают повышенной
энергией, реакционной способностью и т.п. В данном случае активи-
рованные молекулы газов, проникая в полости молекул воды, груп-
86
пируются в большие кластеры, которые препятствуют или замедля-
ют рекомбинацию (дезактивацию) атомов и молекул инертных газов
и тем самым создают условия для накопления энергии в определён-
ном объёме (полости). При этом приобретается способность за счёт
гидратирования присоединять электроны в кластере и делаться энер-
гонесущими.
Фундаментальное свойство любого газа – сродство к электро-
ну, составляющему у кислорода -10,83·10-19 Дж поглощаемой энергии
π-электронов при их взаимодействии (для азота, углерода, водорода
соответственно -1,11·10-19; -49,2·10-19; +1,2·10-19 Дж, знаки «минус»
перед значения «сродства» к электрону означают поглощение энер-
гии, а «плюс» – выделение энергии) (Стаценко А.В.,2010).
Вероятно, что дополнительное насыщение организма индиф-
ферентными газами будет приводить к гипоэнергизации организма
вследствие сродства к π-электронам, т.к. клеточное дыхание непо-
средственно связано с коллективизированной системой π-электронов,
способных как отдавать, так и принимать энергию. Надо иметь в
виду, что транспорт электронов сопряжён с переносом протонов из
мембран (чрезмембранно) в цитозоль, вследствие чего на ней созда-
ются концентрационный и электрический градиенты.
Анализируя тормозящее влияние гидратной оболочки и значи-
тельные скорости диффузии молекул газа в кластерах трудно понять,
что может помешать биологической макромолекуле изменить свою
конформацию. Имеет также значение тот факт, что характерный для
кристаллов дальний порядок в биологической системе отсутствует
(не проявляется). В отсутствие же дальнего порядка и следующих из
него коллективных эффектов не может быть резкого изменения ско-
рости биохимических реакций при упрочении гидратной оболочки.
Изменить, приостановить ход биохимических реакций может только
излучение этих кристаллогидратов – кластеров с длиной волны бо-
лее 750-800 нм, когда прекращаются все метаболические реакции.
Сохраняющийся ближний порядок, т.е. характерная для клатра-
тов клеточная структура водных кластеров, включающих в свои пу-
стоты молекулы-гостей инертных газов и создаёт эти осцилляторы.
87
Фазовый переход жидкости (молекул Н2О) в другую жидкость
(типа Хе·6Н2О, Хе8(Н2О)46 или Хе8(Н2О)136) принципиально меняет
ближний порядок действия: разрушается старое и вновь образуется
новое взаимное расположение молекул воды в ассоциатах и новое в
кластерах с гидратируемыми частицами.
То, что это новое состояние со своими физическими характе-
ристиками подтверждается тем, что обезболивающей активностью
обладают только лево-изомеры веществ морфиевого ряда, тогда как
правовращающие активностью не обладают. Эти же данные могут
свидетельствовать, что инертные газы–левовращающие наркотиче-
ские вещества.
Основная роль электромагнитных волн миллиметрового диапа-
зона заключается в том, что их активное биологическое воздействие
проявляется при крайне низком нетепловом уровне мощности. Тоже
самое относится к низкочастотным низкоинтенсивным электромаг-
нитным излучениям. Как правило, эти взаимодействия передаются
посредством резонанса. При этом интенсивность и частота излуче-
ния на принимающем веществе чётко характеризует его свойства и
состояние.
Наличие в клеточных системах и макромолекулах двух фаз –
водной и неводной – обеспечивает сохранение структуры, а также
увеличивает устойчивость системы к изменениям внутренней среды
(биологических жидкостей) в ответ на внешние и внутренние воз-
действия и увеличивает резервные возможности организма.
Клеточную мембрану нужно рассматривать как совокупность
огромного числа резонансных участков, образованных молекуляр-
ными комплексами, способных лабильно менять свои резонансные
характеристики в зависимости от различных внутренних (конфор-
мация) или внешних (водные структуры на уровне теплового шума)
влияний. Это позволяет сохранять целостность организма и его си-
стем в среде обитания. Характерно при этом то, что эффекты прояв-
ляются в узких диапазонах изменения мощности излучения (порядка
долей – единиц микроватт). Эффективность также возрастает при
многочастотном воздействии с плавным изменением волновых ха-
88
рактеристик излучения от кластеров ксенона (разное, возрастающее
количество молекул ксенона в пустотах молекул воды – от 1 до 8).
Вода и её структуры в биологических жидкостях являются не-
делимой (единой) системой со структурными элементами как мембра-
ны, так и внутриклеточными составляющими. Для получения эффекта
воздействия объект (мембрана и т.п.) должен находиться в динамиче-
ском движении (в данном случае – поляризация и деполяризация).
Водные структуры биологических жидкостей есть та база, на
которой формируется макроволновое поведение системы. Измене-
ние водных структур (ассоциат – кластер), влекут за собой измене-
ния структуры белковых и других органических составляющих мем-
браны и клетки.
Изменения в биологической жидкости состоят из образования
и преобразования ассоциатов различной формы, прочности и коли-
чества. Изменение внутренней жидкой среды приводит к изменению
модуляции волн возмущения (воздействия) и изменению биологи-
ческого состояния. При этом воспринимающая среда (биожидкость)
обладает рядом требований: захвату частоты, синхронизации, коопе-
ративным возможностям и др.
Кластеры ксенона эффективны только на резонирующей длине
волны (частоте). Ведущую роль при этом играет насыщенность га-
зом биологических жидкостей.
Разница двух газовых состояний (газ в основном состоянии и
газогидрат-кластер) состоит в уровне метастабильности, радиусах
молекул, плотности (табл. 9, 11, 14), электроотрицательности, поляр-
ности молекул, разницы межмолекулярного взаимодействия, маг-
нитной восприимчивости (табл. 9, 10), парциальном давлении, в жи-
роводном коэффициенте и коэффициенте диффузии в воде (табл. 15,
16), длиной основных линий в атомном спектре (табл. 9), характери-
стике излучательного распада (табл. 12), состоянию водных структур
(табл. 6) и др.
Многие исследователи обращали внимание на зависимость
в полярности молекул и силы наркотического действия. Н.В. Ла-
зарев отмечал, что наркотическое действие вещества тем сильнее,
89
чем менее полярны его молекулы. Далее, эспериментально было
подтверждено,что инертные газы сильные наркотики, действие кото-
рых ослабляется их малой растворимостью в воде. Получается, что
все инертные газы не имея полярости, должны быть одинаковыми по
силе наркотиками – и гелий, и ксенон.
Однако, было отмечено, что растворимость инертных газов
увеличивается с ростом молекулярного веса газа. Это происходит
потому, что у тяжелых инертных газов (Ar, Kr, Xe) и молекулы азота
(N2) размеры электронной оболочки ядра (ядер) и число электронов
в ней больше, чем у легких инертных газов (He и Ne). Под действи-
ем электрических сил диполей воды электронные оболочки атомов
(молекул для N2) тяжелых газов могут смещаться на большие рас-
стояния. Тем более, что такие молекулы, образуя диполи, обладают
сравнительно большим электрическим моментом, в силу чего про-
исходит еще более тесное взаимодействие с диполями молекул воды
(растворителя).
Вот здесь и происходит то, чего ранее не замечали многии ис-
следователи – полярность инертных газов при растворении в воде
увеличивается пропорционально их атомной массе! Получается, что
чем больше приобретается полярность, тем сильнее наркотическое
действие. Чем больше размер атома инертного газа, тем больше об-
разуемый дипольный момент. Соответственно, ксенон самый силь-
ный анестетик. Все становится на свои места – не может нейтраль-
ная (инертная) молекула (атом) быть наркотиком.
Именно это незначительное изменение в структуре или простран-
ственной ориентации приводит к весьма существенным изменениям
свойств вещества (инертного газа), которые отражаются на функциях
биологических объектов, в данном случае – вызывает наркоз.
Наркотический эффект газовой смеси Хе/О2 (80/20 %) при нор-
мальном давлении равен (эквивалентен) наркотическому действию
воздуха, сжатого до 0,7 МПа .
Можно предполагать, что у азота при этом давлении физиче-
ские характеристики азотных кластеров сдвигаются до уровня ксе-
нона при нормальном давлении. Азот проникает внутрь клетки, ксе-
90
нон – нет. При повышении давления до 0,7 МПа количество азота в
клетке и на мембране достаточно, чтобы вызвать наркоз.
Азот под давлением действует в составе кластеров как внутри
клетки, так и снаружи мембраны. Именно поэтому он более токсичен
чем, к примеру, аргон или ксенон.
Можно предполагать, что в обычном состоянии окисления при
нормальном атмосферном давлении в каждом кластере растворено
(N2)8(H2O)46. При давлении 0,7 МПа образуются кластеры составом
(N2)16(H2O)46 и более.
Чем больше относительная масса инертного газа, тем меньше
его частотные характеристики. Эквивалентность энергии и массы
справедлива для любого вида излучения. Это значит, что чем больше
основные линии в атомном спектре, тем меньше частота колебаний
атома и, соответственно, кластера им образуемого, тем выраженнее
биоэффекты. Остальные физические характеристики у ксенона при
нормальном давлении в несколько раз значимее, чем у азота и других
инертных газов.
При декомпрессии (десатурации) симптомы наркоза проходят,
количество инертного газа, например, азота увеличивается в веноз-
ной крови. При определённых условиях (резкое снижение давления)
возможно образование газовых пузырьков (декомпрессионная бо-
лезнь).
Как мы отмечали выше, наркотические концентрации различ-
ных газов в объёмном или весовом выражении различаются гораздо
значительнее, чем концентрации, выраженные в физико-химических
терминах, отражающих растворимость и степень межмолекулярно-
го взаимодействия этих веществ. Важную роль играет и величина
молекулы наркотического вещества, и величина кластера, общий эф-
фективный объём молекул, а также их число (на примере азота) и
расположение в водном ассоциате (кластере). Наркоз вызывает боль-
шее количество молекул азота, которые затем, могут вызвать и газоо-
бразование в тканях организма. В данном случае используется есте-
ственная способность организма переносить при больших давлениях
большие пересыщения.
91
При нормальном атмосферном давлении налицо «нулевое пере-
насыщение» – разность между напряжением индифферентного газа
в крови, тканях организма и величиной абсолютного окружающего
давления, равное «0» и исключающее декомпрессионное газообра-
зование.
На глубине 6 ата молекул азота в полостях молекул воды био-
логических жидкостей растворяется, приблизительно, в шесть раз
больше, чем при нормальном атмосферном давлении.
Считается, что в ходе десатурации напряжение индифферент-
ных газов в тканях уравновешивается окружающим давлением, а
рассыщающий перепад в этом случае равен парциальному давлению
кислорода во вдыхаемой газовой смеси. Это положение справедливо
для рассыщения ксенона при нормальном давлении.
При рассыщении азота с давлением 0,7 МПа (6 ати) необходи-
мо думать об опасности кислородной интоксикации и возможности
газообразования. Азот в газовом пузырьке –это уже газ в основном
состоянии. Фазовый переход закончился.
Насыщение индифферентными газами происходит быстрее и
легче, попадая, вероятно, на подготовленную «почву» (готовые пу-
стоты).
Выход из решётки (пустот) что-то тормозит… Процессы про-
исходят на уровне тепловых взаимодействий.
Наркоз Хе заканчивается через 2-3 мин после прекращения пода-
чи газовой смеси (при норм. атм. давлении), хотя газ весь из организма
не улетучивается. Происходит какое-то резкое нарушение равновесия
(концентрации, насыщения). При прекращении подачи газовой смеси
снижается напряжение индифферентных газов в артериальной систе-
ме, а в венозной, наоборот, значительно повышается. Наркоз ксеноном
возникает при равенстве его концентраций в артериальной и венозной
крови. «Выход» из наркоза происходит тогда, когда это равновесие на-
рушается в сторону увеличения концентрации в венозной крови. Кла-
стеры ксенона от мембран клеток уходят быстро, как только уменьша-
ется количество ксенона в артериальной крови. У азота процесс более
длительный, т.к. ему необходимо ещё покинуть клетку.
92
Имеется необъяснимый ранее факт, что наибольший период по-
лурассыщения в организме морской свинки имеют какие-то ткани и
среды (помимо жировой ткани, коленного сустава и мочи). Об этом
свидетельствует процесс рассыщения от гелия целой тушки морской
свинки, который завершался через 28,2 минуты против 20 минут для
жира, 12,2 минуты для сустава и 11 минут для мочи. В таком же соот-
ношении находятся периоды полурассыщения наиболее «медленных»
компонент мочи и целого организма человека. Таким образом, можно
утверждать, что в организме человека и животных присутствуют ткани
среды и ткани более медленные, чем те, которые характеризуются мед-
ленной компонентной процесса рассыщения мочи (Волков Л.К., Юн-
кин И.П., 1986; Головяшкин Г.В., 1985; Нессирио Б.А., 2002 и др.).
По нашему мнению, такая ситуация возможна и имеет место
при задержке индифферентного газа в полостях молекул воды био-
логических жидкостей. Причин этому может быть много.
Атомы инертных газов, будучи диамагнетиками при большом
давлении и в достаточной концентрации (парциальном давлении)
окружают нервную клетку и снижают величину её общего магнит-
ного поля.
Имеется предположение, что под повышенным давлением, на-
пример 90 кг/см2, инертный газ превращается в парамагнетик, ког-
да наркоз вдруг пропадает у лягушки. Парамагнетики увеличивают
общее магнитное поле, в том числе и нервной клетки, что повышает
активность рецепторов (при общем увеличении количества атомов
инертного газа). Вероятно, один и тот же инертный газ при разном
давлении может быть и паро- , и диамагнетиком.
Нервные клетки теряют внутреннюю энергию при отключении
их от органов ощущения (восприятия). Важным фактором, говоря-
щем о том, что насыщение организма инертными газами блокиру-
ет метаболические процессы, является снижение температуры тела,
хотя в процессе экспериментов держится комфортная температура
или даже выше. Температура тела есть результат от излучения тепло-
вых фотонов инфракрасной области спектра, основного при метабо-
лических процессах.
93
Известно, что вода давлением не сжимается (не изменяет объ-
ёма), однако и она изменяет свои основные спектральные линии, а
изменение про странственной структуры молекул воды также небез-
различно живым системам. Изменение пространственной структуры
всей воды в организме под воздействием гидростатического давле-
ния повлечёт за собой структурные изменения клеточных мембран за
счёт изменения их гидрофобно-гидрофильных взаимодействий.
Вода под повышенным давлением безреагентно изменяет свои
свойства и функции. Такие же изменения происходят в водосодержа-
щих системах. Измене ние физико-химических свойств, а именно, спек-
тральных характеристик, раство ряющей способности как для основ-
ных жизненно важных элементов, так и для инертных газов, ведёт к
изменению биологических и физиологических функций в целом.
Изменение пространственной структуры молекул воды, её ас-
социатов ведёт к изменению её собственного электромагнитного
поля. Главным образом это про исходит за счёт обмена молекул Н2О
через квазиграницы кластер – ассоциат, кластер – кластер, кластер –
активный центр биомолекулы.
Собственное электромагнитное поле воды низкоинтенсив-
но (меньше 10-5 Вт/см2) и дискретно в широком диапазоне частот
(1014 Гц < υ < 1,0 Гц) (Слесарев В.И., 2004).
Повышенное давление изменяет совокупность гидродинамиче-
ских и элек тромагнитных полей внутри организма, а совокупность
собственных и внешних физических полей определяет состояние,
структуру и поведение любой матери альной системы.
В данном случае ЦНС (нервные клетки) характеризуется как
система с энергетических, так и структурных позиций. Изменение
пространственной струк туры воды обязательно приводит к измене-
нию (функциональному) структуры различных параметров мембра-
ны нервной клетки или закислению её протоплаз мы.
Теоретически, изменение пространственной структуры воды
под действием очень высокого гидростатического давления может
привести к возникновению наркоза, если не произойдёт что-либо
раньше...
94
На опыте проверено (Фок М.В., 2003), что электрическое поле
в мембране влияет на её проницаемость, причём уменьшение поля
увеличивает проницае мость. Проницаемость неспецифическая, так
как за неё ответственны долгоживущие сквозные поры в мембране,
стенки которых не взаимодействуют химически (и биофизически) с
проходящими по ним молекулами. Эти поры внутри пусты и могут
быть уменьшены высоким избыточным давлением.
Несоответствие концентраций любого вещества-реагента фи-
зиологическим грани цам, ведет к образованию или накоплению ме-
таболитов не должных иметь место in vivo. Все это справедливо и
для любых молекул газа, в том числе и кислорода, под давлением. В
клетках при увеличении парциального давления любого газа выше
физиологической нормы происходят различные реакции вплоть до
деструктивных процессов.
Для объяснения этих состояний необходимо с новых позиций
понять, что может передать и что передаёт атом атому, молекула мо-
лекуле и каков функциональный смысл этих сообщений. Что может
объединять все происходящие изменения на молекулярном и клеточ-
ном уровнях? С нашей точки зрения – только волновые взаимодей-
ствия между возбужденными молекулами газа и частотно-полевыми
характеристиками биологических составляющих.
Действие это может проявляться как возбужденными молекула-
ми газа, даже индифферентного, так и молекулами газа, насыщающи-
ми организм (азот, гелий, аргон и т.п.) в по вышенном процентном со-
отношении. Изменения происходят на биофизическом уровне, уровне
частотно-полевых взаимодействий, которые обязательно отражаются на
биохимиче ских взаимодействиях на генном, субклеточном и клеточном
уровнях (как в плане угнетения функций, активности, так и наоборот).
Увеличение концентрации любого газа в клетках значительно
изменяет их привыч ный гомеостаз не только своим присутствием, но
и серьёзным изменением частотно-полевых характеристик составля-
ющих клетку элементов, да и клетки в целом.
При возбужденных (давлением, температурой, концентрацией)
молекулах газа возникают непривычные для клетки и её составляю-
95
щих волновые (частотно-полевые) взаимодействия (другие исходные
физические характеристики) и перестройка механизмов приспосо-
бления и адапта ции должна происходить в новых условиях физиче-
ского взаимодействия молекул газа и жи вых структур.
В медицине и биологии человек должен использовать как есте-
ственную инертность благородных газов, так и вынужденную их ре-
акционную способность. В первую очередь – биофизические взаи-
модействия.
Отличие молекулы воды от всех других соединений в том, что в
воде каждый протон примерно одинаково принадлежит двум атомам
кислорода соседних молекул воды.
В воде всегда имеются ионы обоих знаков заряда.
Молекулы воды обладают большим сродством к электрону.
Причина этого та же, из-за которой образуются водородные связи – а
именно, в молекуле Н2О ковалентные электроны, общие для атомов
водорода и кислорода, находятся большую часть времени между эти-
ми атомами. В результате ядра атомов водорода в молекуле воды как
бы оголены с одного бока от электронных облаков. К этим положи-
тельным зарядам и притягиваются посторонние электроны из вне.
Когда молекула Н2О находится в плотном окружении других молекул
воды, то это спаренные электроны других молекул воды, образую-
щие водородную связь.
Известно, что чистая вода, не содержащая микроорганизмов,
при облучении её ультразвуком слегка светится в темноте (сонолю-
минесценция – звукосвечение). Э. Харви (1939) высказал предполо-
жение (сейчас общепризнанное), что эмиссия света под действием
ультразвука осуществляется внутри газонаполненных кавитацион-
ных пузырьков. Было установлено, что инертные газы, растворённые
в воде, усиливают люминесценцию в ней. При этом степень их влия-
ния зависит от атомной массы газа, уменьшаясь с её уменьшением:
Xe > Kr > Ar > Ne > He.
За 5-10 соударений между молекулами инертных газов в га-
зовой фазе происходят процессы передачи энергии возбуждения от
благородных газов к молекулам воды и дополнительному образова-
96
нию ионов (Н2О) и др. Обратные процессы передачи возбуждения
от молекул воды к атомам газов не могут идти, т.к. энергия воз-
буждения молекул Н2О меньше, чем энергия возбуждения атомов
газов.
Радикалы и ионы являются довольно устойчивыми частицами
и, при отсутствии столкновений с другими молекулами и радикала-
ми, способны реагировать с ними, могут существовать довольно дол-
го. А вот возбуждённые молекулы, в первую очередь Н2О*, сами по
себе неустойчивы. Примерно через ~ 10-9 сек они возвращаются в не-
возбуждённое состояние либо рассеивая энергию возбуждения при
столкновении с другими частицами в виде колебательной (тепловой)
ИК энергии, либо спонтанно излучая энергию возбуждения в виде
фотонов. Это излучение близко к 300 нм вносит основной вклад в
сонолюминесценцию в воде.
Согласно квантово-химическим расчётам возможность получе-
ния гидридов инертных газов в полостях молекул воды представля-
ется реалистической.
Гидраты тяжёлых инертных газов более прочные. По-видимому,
эффект связан с различием в поляризуемости атомов инертных газов,
а также с их размерами.
Во введении мы отмечали, что исследователи из Хельсинки Пет-
терсон М., Лунделл Я., Рассанен М. (1995) получили (после лазерно-
го фотолиза) соединение инертного газа НХеН (дигидрит ксенона) –
только ксенон и водород, никаких сильных окислителей! Молекула
НХеН возникает в результате реакций подвижных атомов водорода.
Когда два атома водорода сближаются настолько, что между ними
остаётся лишь один атом ксенона, вместо привычной рекомбинации
с образованием Н2 возникает молекула нового соединения.
Конечно, наличие ковалентной связи Хе-Н делает свойства но-
вого соединения совсем иными и в гораздо большей мере сближает
его с новой семьей гидридов инертных газов.
Однако, для биологических реакций необязательно наличие
ковалентной связи. Достаточно ионной, водородной или ван-дер-
ваальсовой.
97
Атом водорода при колебаниях Хе-Н может смещаться очень
далеко, что свидетельствует о возможности образования ионной
связи.
Все молекулы (НХеН, НХеОН и др.) метастабильные, богатые
энергией. Разложение этих молекул ведет к возникновению водо-
рода, ксенона и воды. Согласно расчетам энергия диссоциации этих
молекул находится между 0,4 и 1,5 эВ (от 9 до 35 ккал/моль). Это
означает, что такие временные соединения в принципе вполне могут
быть устойчивыми при комнатной температуре.
В течение 5 лет группа М. Рассанена получила целую серию
гидридов Хе, в том числе НХеОН (ОН обладает высоким сродством
к электрону). Ещё это соединение интересно тем, что с формальной
точки зрения представляет собой продукт внедрения атома Хе в мо-
лекулу воды.
Молекула обладает большим дипольным моментом.
Этими же авторами получена молекула НХеОХеН, которая так-
же содержит молекулу воды и два атома ксенона. Схематично эту
формулу можно представить в виде:
98
Молекула также обладает большим дипольным момен-
том благодаря двойной относительной атомной массе ксенона
(131,1 х 2 = 262,2). Это самый простой кластер инертного газа.
Не в этом ли механизме заключено биологическое действие
инертных газов, которые просто внедряются в водородную сетку
жидкой воды, уплотняя (утяжеляя) её структуру.
В составе водородной сетки могут быть гидриды инертных га-
зов, таких как НХеН, НХеОН, НХеОХеН и другие аналогичные, что
предопределяет широкий спектр водных структур биологических
жидкостей с встроенными молекулами.
Какие же физико-химические характеристики могут способ-
ствовать растворению (взаимодействию) инертного газа в водных
структурах биологических жидкостей и возникновению наркоза?:
1. Атомная масса – она у ксенона более чем в 4 раза больше,
чем у азота(N2).
2. Радиус атома (радиус взаимодействия) – у ксенона почти в
1,5 раза больше, чем у азота.
3. Потенциал ионизации первых пяти внешних электронов – у
ксенона он наименьший.
4. Энергия возбуждения электронов у ксенона в два раза мень-
ше, чем у неона.
5. Сродство к электрону
6. Возникновение дипольного момента.
7. Средняя и относительная поляризуемость в 2,5 и в 20 раз у
ксенона больше, чем у азота и гелия соответственно.
8. Электроотрицательность абсолютная – у ксенона наи-
меньшая.
9. Степени окисления – имеются только у криптона и ксенона.
99
10. Атмосферное давление, повышенная концентрация, при
которых возникает наркоз: у ксенона при нормальном давлении
(0,1 МПа), у азота в шесть раз больше (0,6 МПа).
11. Содержание инертного газа в теле человека весом 70 кг при
наступлении наркоза (л) – у ксенона наибольшее.
12. Содержание в водосодержащих средах (л) у ксеноа в
2-4 раза больше, чем у азота и др. газов.
Таким образом, впервые представляются новые предпосылки
возникновения ксенонового наркоза в свете его непосредственного
взаимодействия с водными структурами биологической жидкости.
Изменение спектра частотных характеристик жизненно важ-
ных биомолекул, ионов и т.п. и пространственной структуры моле-
кул самой воды приводит к усилению внутри организма следующих
эффектов:
- изменяется скорость диффузии (транспорта) различных эле-
ментов через клеточную мембрану;
- возникают полупроводниковые эффекты в молекулах белков
(рецепторов), влияющие на конформационные изменения ацильных
«хвостов» углеводородов внутри мембраны;
- изменяется ротационная поляризация и конформационные из-
менения молекул (рецепторов), обладающих активными центрами;
- изменяются валентные углы связи, пространственная конфи-
гурация в парамагнитных молекулах (рецепторах);
- изменяются кооперативные процессы на (в) поверхности
мембран нервных клеток;
- изменяется пространственная ориентация макромолекул (ре-
цепторов) имеющих магнитную восприимчивость;
- происходят энергетически малозатратные взаимодействия
ниже уровня kТ на состояние электронных уровней биомолекул;
- нарушаются привычные стационарные равновесные положе-
ния атомных групп (активных центров) и всей макромолекулы с не-
которым новым ограничением степеней свободы;
- меняются ассоциирующие и реакционные свойства ре-
цепторов;
100
- кооперативные эффекты взаимодействия кластера выража-
ются в суммации однонаправленных изменений в звеньях молекулы
рецептора (от наружных по отношению к поверхности мембраны, до
внутренних – конформации ацильных «хвостов»);
- разрушается привычная передача сигнала внутрь нервной
клетки.
Изменение спектра частотных характеристик «привычных»
для мембраны нервных клеток веществ (молекул) нарушает «при-
вычные» фазовые расслоения молекул воды, что приводит к «непри-
вычным» конформационным изменениям и изменению мембранного
потенциала, нарушению метаболизма и работы различных фермен-
тативных цепочек в клетке, отвечающих за передачу сигнала, что и
воспринимается как потеря чувствительности, т.е. наркоз.
101
В период интенсивного излучения свойств газов под повышен-
ным давлением (начало 20-х – конец 30-х годов) утвердилось мнение,
что увеличение энергии молекул газа при повышении давления имеет
место, но оно ничтожно мало и этими величинами можно пренебречь.
Мы считаем, что это утверждение справедливо только для техниче-
ских средств. Для биологических систем повышение энергии моле-
кул газа, их активация, даже в таких пределах, небезразлична. Этому
свидетельствует огромное количество экспериментальных данных
как химической, биофизической, так и биологической природы.
Сегодня можно говорить, что инертные газы – это новый класс
наноразмерных нетоксичных фармакологических средств, оказы-
вающих на организм целый ряд биологических эффектов, которые
широко используются в биологии и медицине, многие механизмы
действия которых до настоящего времени не объяснимы.
Мы делаем попытку взглянуть на проблему взаимодействия
инертных газов с другой, ранее не обсуждаемой, стороны.
Процессы функционирования микроструктур биообъекта (кле-
ток и их компонентов) характеризуются параметрами, измеряемыми
в оптическом диапазоне длин волн, отражающими многоволновое из-
лучение биообъекта. Это непрерывное, постоянно меняющееся излу-
чение является для клеток инструментом обмена информацией о со-
стоянии их здоровья, а т.к. параметры излучения здоровых и больных
клеток одинаковой структуры (одного и того же органа и системы ор-
ганизма) различны, то передаваемая клетками друг другу информация
используется ими «для целей управления, самоорганизации, самораз-
вития» (самосовершенствования). Указанные процессы осущест-
вляются постоянно и процедура самовосстановления (самолечения)
клеток автоматически осуществляет оздоровление всего организма в
целом. Однако, при нарушении каналов передачи информации, имею-
щих место при сильном внешнем воздействии («дегидратация, влия-
ние токсических веществ, мощных электромагнитных излучений, ра-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
102
диационных воздействий»), самовосстановление любой измененной
структуры (от клетки до всего организма) до физиологической нормы
конкретного биообъекта оказывается затруднительным или невоз-
можным. При воздействии на микроструктуры, например, техниче-
ских средств в оптическом диапазоне длин волн, синхронизирующем
восстановление нормального излучения, свойственного здоровой
клетке, возможно восстановление параметров разбалансированной
структуры до уровня физической и физиологической норм.
Наглядным примером или моделью действия молекулярных
наноструктур служат обычные биохимические процессы в живых
клетках или органах организма, которые реально происходят и
управляются на молекулярном уровне. В качестве типичных приме-
ров можно привести процессы жизнедеятельности клеток, внутри
которых с так называемых информационных ДНК считывается и
декодируется информация, на основе которой другие молекулы (ри-
босомы) осуществляют синтез белков из присутствующих в окру-
жающей жидкости специфических аминокислот и т.д. Более того, в
некоторых случаях эти реакции происходят при совместном катали-
тическом воздействии участвующих в реакции белков. Кажущиеся
фантастическими проекты применения молекулярных нанотехно-
логий неявно подразумевают, что исследователям удастся понять и
описать полный механизм происходящих в живом организме про-
цессов. Полное описание процессов позволит, с одной стороны,
обеспечить управление, контроль и даже манипулирование такими
процессами. С другой стороны, полученные концептуальные знания
могут быть использованы для создания «искусственной жизни», т.е.
для конструирования требуемых объектов молекулярного размера на
основе сведений о биохимических механизмах переработки инфор-
мации в клетках (с использованием локальных, внутриклеточных
низкоэнергетических источников питания). Такой подход в перспек-
тиве должен подвести разработчиков к задаче намеренного создания
устройств, направленных на выполнение целей, которые никогда не
могли бы возникнуть в обычных биохимических системах за мил-
лионы лет естественной эволюции.
103
Уже давно ни для кого не является тайной, что начальная стадия
любого патологического состояния в организме связана с искажени-
ем состояния рецепторов того или иного органа (системы), их гидрат-
ных оболочек, т.е. с нарушением их структурно-информационного
состояния. Именно на этом уровне начинают изменяться основные
параметры внутренних физических полей, источником которых яв-
ляются водные структуры организма.
Необходимо различать непосредственные эффекты ксенона (его
водных структур – кластеров) и постксеноновые (водных ассоциатов).
Непосредственные эффекты ксенона используются при прове-
дении анестезии, наркоза, лечении алкогольной и наркотической за-
висимости, онкологии и др.
После того как ксенон покидает полости, образованные мо-
лекулами воды биологических жидкостей, они (ассоциаты) изменя-
ют свои основные линии в спектре, а изменение пространственной
структуры молекул воды совершенно не безразлично живым систе-
мам. В данном случае вода безреагентно изменяет свои свойства и
физико-химические характеристики.
Создается парадоксальное явление – только за счет изменения
энергетического, пространственного состояния происходят биофизи-
ческие реакции, способствующие возникновению наркоза. При этом
расходуются не реагирующие элементы, не создаются новые продук-
ты реакции, а изменяется их качественное состояние. Исходное ко-
личество элементов ( газ-вода) после взаимодействия сохраняется.
Метастабильная молекула инертного газа, обладая некоторым
запасом колебательной энергии, при взаимодействии с молекулами
воды переходит на более низкие уровни, в результате чего она ста-
новится более стабильной (ближе к основному состоянию) по от-
ношению к самопроизвольному неоптическому переходу в другое
электронное состояние. Это спопобствует увеличению средней про-
должительности жизни возбужденной молекулы и структуры (кла-
стера) ею образуемой.
Разрушение кластера инертного газа ведет к нарушению поля-
ризации, изменению частной характеристики излучения и к прекра-
104
щению наркоза. Остается новая структура – ассоциат молекул воды,
обладающий повышенной энергией, которая была передана метаста-
бильным атомом (молекулой) инертного газа.
Предположительно получается, что из кластера инертный газ
десатурирует, отдав часть своей энергии, а выдыхается уже в своем
основном (инертном) состоянии. Это обратный фазовый переход.
Постксеноновые эффекты совершенно противоположны ксено-
новым, это разнонаправленные процессы и это не гомеопатический
механизм действия, когда минимальные ( 10-15 – 10-18 ) разведения
или полное отсутствие молекул вещества продолжают оказывать
фармакологическое или подобное действие на функции организма.
Еще раз акцентируем, что ксеноновые и постксеноновые эффекты –
это разнонаправленные взаимодействия с отличающимися характе-
ристиками.
Десатурация газа закончилась, а физиологические, метаболи-
ческие эффекты продолжают регистрироваться.
Значимость постксеноновых (постгазовых) эффектов обратно-
пропорциональна растворимости (от H2, He, Ne они почти не про-
являются).
Чем больше растворимость (вода – жиры), тем более отчетливы
эффекты поствоздействия.
Водород, гелий, неон обладают физико-химическими характе-
ристиками, не способствующими созданию газогидратов. При нор-
мальном атмосферном давлении с ними не происходят фазовые пере-
ходы, происходит чисто механическое насыщение жидкости.
Эффекты последствия ксенона способствуют ускорению ле-
чения заболеваний (язвы желудка, панкреатитов, гепатитов и т.п.)
в 2-2,5 раза, повышению выносливости спортсменов (без допинга).
Оба эффекта используются, например, в геронтологии, снятии хро-
нической усталости и стресса.
Результаты применения восстановительной терапии у группы
пациентов с синдромом хронической усталости и различной сопут-
ствующей соматической патологией приведены в табл. 13, в которой
показана динамика (+ положительная) жизненно важных функций и
105
реабилитационных показателей соматической патологии в течение
курса постксенонотерапии (патент № 2305565 от 10.09.2007).
Клинические результаты показали, что после первых сеансов
ксенонотерапии (как правило, – 3 дня) может отмечаться хаотиче-
ское изменение разных количественных и качественных показателей
состояния организма, особенно биохимических показателей крови.
С третьих суток отмечаются дезинтоксикационные проявления
организма; изменяется состав желчи, мочи, на коже возможны вы-
сыпания, вплоть до гнойничковых, свидетельствующих о выводе из
организма токсических веществ.
Область применения эффектов инертных газов:
- профилактика заболеваний (повышение резистентности);
- сокращение (в 1,5-2,0 раза) сроков лечения общесоматических
болезней;
- реабилитация (ускоренный вывод) из состояния стресса, при
авариях, боевой травме;
- при подготовке к плановым оперативным вмешательствам;
- в машинах скорой помощи (снятие болевого стресса);
- снятие хронического утомления, боевого стресса;
- возможен (не исследовано) хороший эффект при онкозаболе-
ваниях и СПИДе;
- имеются первые данные об эффективности при лечении гепа-
тита С, без применения фармакологических средств;
- возможность лечения резистентных к общепринятой терапии
заболеваний.
Перспективные направления (эффекты): может использоваться
во всех учреждениях здравоохранения на доклиническом и стационар-
ном этапах; в спортивной медицине (отсутствует антидопинговый эф-
фект); космической медицине, на подводных лодках и глубоководных
аппаратах по освоению шельфа (нефтегазодобывающая отрасль).
Судя по эффектам – механизмы действия в каждом конкретном
случае разнонаправленные – от торможения, прекращения метабо-
лических реакций до серьёзного повышения уровня биологических
процессов. Знать это надо обязательно.
106Таблица 13
Динамика жизненно важных функций и реабилитационных показателей общесома-
тической патологии после дыхания кислородной смесью
Показатели Сутки лечения Примечание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Стабилизация показате-
лей гемодинамики (всеси-
стемная стабилизация)
+ + + + + +
Газообмен + + + + +
ЭКГ + + + + + +
Биохимия крови + + + + + +
Артериальное давление + + + + + + + + + +
Увеличение объёма крат-
ковременной памяти
+ + + + + + + + На 30-40 % от фона
Снижает эффективные
дозы (суммарные) психо-
фармпрепаратов
+ + + + + + + + С 3-го дня уменьшение
дозы в 2 раза. С 5-го дня
возможен отказ от фарм-
препаратов.
Повышение эффективно-
сти принимаемых меди-
каментов
+ + + + + + + +
107
Окончание таблицы 13
Показатели Сутки лечения Примечание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Восстановление наруше-
ний сна
Отчётливый 50 % эффект
Коррекция астено-
вегетативных расстройств
+ + + + +
Нормализация и синхро-
низация ритма ЭЭГ
+ + + + + + До 80 % по сравнению с
фоном
Нормализация церебраль-
ной гемодинамики
+ + + + + + + + + Снижение тонуса сосудов
в 80 %, повышение ам-
плитуды РЭГ
Стабилизирует скорость
метаболических процес-
сов
+ + + + + + + +
Уменьшает токсикоз от
приёма химиопрепаратов
и сокращает их дозу
+ + + + + + + +
Активация клеток, цен-
тров биоритмов головно-
го мозга
+ + + + + + + +
108
Показатели Сутки лечения Примечание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Маркеры активности ток-
сичности гепатита
+ + + + + + В контрольной группе –
10-15 сутки лечения
Положительная динамика
АСТ
+ + + + + + + + Снижение на 4-й день в 4
раза (по сравнению с ис-
ходными)
Положительная динамика
АЛТ
+ + + + + + + + Снижение на 4-й день в
2,5 раза
Динамика биллирубина + + + + + + + + Снижение на 3-й день в 2
раза, на 5-й в четыре раза
Окончание таблицы 13
109
Молекулы воды и её различные структуры в биологической
жидкости – это, своего рода, недолгоживущие жидкие нанострукту-
ры, оказывающие серьёзное биологическое влияние на живое.
Вода представляет собой двухфазную систему – жидкость с
постоянно происходящими процессами как кристаллообразования,
так и образованием ассоциатов и кластеров из множества молекул
Н2О с бесконечным количеством возможных форм. Такая структура
биологических жидкостей имеет очень много различных колебаний,
образуя большое количество собственных частот. Такой частотный
спектр является своего рода волновым (полевым) гомеостазом. При
воздействии внешних факторов (ЭМИ, звук, давление, температура
и т.п.) или внутренних (химические вещества и т.п.), структуры воды
претерпевают характерные изменения и соответственно влияют на
многие биологические процессы.
Вместе с тем, следует отметить, что к однозначному сопостав-
лению степени структурирования воды и её благотворного влияния
на человеческий организм необходимо относиться с большой осто-
рожностью. Во-первых, наличие упорядоченной структуры свиде-
тельствует лишь о том, что в ней может содержаться определенная
информация, но из этого совсем не следует, что она полезна для че-
ловеческого организма вообще и для каждого конкретного человека
в частности.
Весь ритм отдельной клетки складывается из фазовых, ампли-
тудных, поляризованных излучений и поглощений. При этом, одно-
временно протекает огромный ряд ритмов разных частот, образующих
сложную иерархию ритмов. С позиции физики сложных колебаний
каждый составляющий ритм (частота) даёт большую информацию о
состоянии биообъекта, чем сумма этих колебаний (например, ЭЭГ,
ЭКГ, биополе и др.). Это фундаментальное физическое явление, в ко-
тором все колебания биоструктур суммируются по фазам, частотам
и амплитудам, в результате чего получается сложная картина дина-
мики изучаемого процесса. Именно амплитуды и частотные харак-
теристики относятся к индивидуальным процессам биологической
деятельности. Спектр биологических колебаний (ритмов) при жиз-
110
ни динамичен и непрерывен и в этом основную роль играет вода, её
структуры в живом организме.
В будущем необходимо выявить полный набор частот (колеба-
ний) составляющих биологический объект структур, их параметров
(особенно фаз и амплитуд, векторов поляризации), с особенностями
нахождения в водном окружении и динамическом движении.
Не претендуя на полноту раскрытия проблемы действия инерт-
ных газов на организм, мы попытались обратить внимание исследо-
вателей на то, что этот механизм основан на взаимодействии атомов
(молекул) инертных газов и водных структур биологических жид-
костей человека, что кластеры инертных газов являются основным
внешним, по отношению к клетке, осцилляторам частот, что основ-
ные линии в атомном спектре инертных газов имеют непосредствен-
ное отношение к механизмам возникновения наркоза, что постксе-
ноновые ассоциаты воды в биологической жидкости оказывают
большое активирующее действие на функции и системы организма
способствуя более быстрому лечению ряда соматических заболева-
ний.
Надеемся, что объединение усилий учёных самых разных об-
ластей науки позволит обсудить результаты наших исследований и
найти оптимальное решение многих поставленных научных и прак-
тических задач, многих дискуссионных вопросов.
111
1. Абросимов В.К., Крестов Г.А., Виноградов В.И. и др. Современ-
ные проблемы химии растворов. –М.: Наука. -1986. – С.97.
2. Абросимов В.К., Ефремова Л.С., Иванов Е.В., Панкратов Ю.П. Из-
менение структуры воды под влиянием растворенных компонен-
тов воздуха // Журнал физ. химии. -2000. -Т.74, № 5. – С. 854-857.
3. Бацаев С.С., Структурная химия. Факты и зависимости. – М.:
Диалог.- МГУ.-2000.-292с.
4. Беспалов А.Ю., Звартау Э.Э. Нейрофармакологические эффекты
блокаторов NMDA-рецепторов. –М.: Медицина, 2001.
5. Волков Л.К., Юнкин И.П. Основные закономерности процессов
насыщения и рассыщения организма индифферентными газами
// Физиология подводного плавания и аварийно-спасательного
дела / Под ред. И.А. Сапова. –Л.: 1986. – С.223-236.
6. Головяшкин Г.В. Влияние гипероксии на скорость рассыщения
организма от азота при декомпрессии: дис… канд. мед. наук. –Л.:
1985. – 196 с.
7. Довгуша В.В., Следков А.Ю. Обоснование механизмов гипер-
барического наркоза // Баротерапия в комплексном лечении и
реабилитации раненых, больных и поражённых. Тез. докл. 6-й
Всеармейской науч.-практ. конф. 31 мая – 1 июня 2006 г. –СПб.:
ВМедА, 1997. -110 с.
8. Довгуша В.В., Лехтлаан-Тыниссон Н.П. Разработка научных
основ и способов изменения (активации, ингибирования) физио-
логических функций клеток, тканей и биологических организмов
действием сверхслабых полей. // Тезисы Международного сим-
позиума «Социальные проблемы: Человек – Семья – Общество;
Природа – Государство – Безопасность». –СПб.: 2002, с. 532.
9. Довгуша В.В. Патент на изобретение «Способ ксенонотерапии
общесоматических заболеваний» – 10.09.2007, № 2305565.
10. Довгуша В.В., Фок М.В., Зарицкая Г.А. Возможный молекуляр-
ный механизм наркотического действия инертных газов // Био-
физика, 2005, Т.50, вып. 5. – С. 903-908.
ЛИТЕРАТУРА
112
11. Довгуша В.В., Следков А.Ю. Индифферентные газы, рецепция и
наркоз. –СПб.: 2006. -102 с.
12. Довгуша В.В., Лехтлаан-Тыниссон Н.П., Довгуша Л.В. Вода –
привычная и парадоксальная. –СПб.: 2007. -242 с.
13. Довгуша В.В., Следков А.Ю. Частотно-полевые механизмы дей-
ствия индифферентных газов при нормальном и повышенном
давлении // Гипербарическая физиология и водолазная медици-
на. Материалы конференции. –М.: 2005. – С. 12-13.
14. Довгуша В.В., Следков А.Ю. Обоснование биофизических ме-
ханизмов ксенонового наркоза // Сборник докладов науч.-практ.
конф. «Ксенон и ксеноносберегающие технологии в медицине –
2005». –М.: 2005. – С. 31-45.
15. Довгуша В.В., Довгуша Л.В. Новые подходы к объяснению меха-
низма возникновения наркоза индифферентными газами // IV-й
Международный научный конгресс «Нейробиотелеком-2010».
–СПб.: 2010.
16. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизмы газофаз-
ных реакций. –М.: Наука, 1974. – 558 с.
17. Кондратьев В.Н.,Никитин Е.Е. Химические процессы в газах.
-М.: Наука, 1981. -262 с.
18. Крестов А.Г. Термодинамика ионных процессов в растворах. –Л.:
Химия, 1973. -304 с.
19. Крестов А.Г., Абросимов В.К. Термодинамическая характеристи-
ка связанных с гидратацией ионов структурных изменений воды
при различных температурах // Журн. структур. химии. -1964.
-Т.5. – С. 510-516.
20. Кулешов В.И., Левшин И.В., Черкашин Д.В. Биологическая ак-
тивность азота и гелия при давлении выше нормального атмос-
ферного // Проблемы обитаемости в гермообъектах. – М.: Слово,
2001. – С. 101-103.
21. Куссмауль А.Р. Биологическое действие криптона на животных
и человека в условиях повышенного давления. Автореф. дис…
канд. мед. наук. –М.: 2007. – 22 с.
22. Лазарев Н.В. Наркотики. – Л: 1940. – 400 с.
113
23. Лазарев Н.В. Биологическое действие газов под давлением. – Л.:
Изд. ВМедА, 1941. – 219 с.
24. Лазарев Н.В. Общее учение о наркотиках и наркозе. – Л.: Изд.
ВмедА, 1958. – 124 с.
25. Ленинджер А. Биохимия. Пер. с англ. – М.: Мир. -1976. – 957 с.
26. Мясников А.А. Физиологическое обоснование неспецифических
методов повышения устойчивости организма к декомпрессион-
ной болезни. Автореф. докт. дис. СПб.: 1999. – 41 с.
27. Наумов С.А., Хлусов И.А., Вовк С.М. Механизмы действия ксе-
нона на организм человека и перспективы его применения в
медицине // Новые медицинские технологии. – М.: Атом-мед. –
200. – 162 с.
28. Наумов С.А., Хлусов И.А., Вовк С.М. Биомедицниские свойства
и применение ксенона в медицине. – М.: 2001. Атом-мед. – 174 с.
29. Нессирио Б.А. Физиологические основы декомпрессии
водолазов-глубоководников. –СПб.: -2002. – 441 с.
30. Николаев В.П. Динамика обмена газами между организмом и внеш-
ней средой: Автореф. дис… канд. мед. наук. –М.: 1971. – 24 с.
31. Пахомов В.И. Практические и потенциальные возможности
гипербарической оксигенации. / В.И. Пахомов. –М.: Наука.
1995. – 96 с.
32. Павлов Б.Н. Физиологическое действие индифферентных газов
при нормальном и повышенном давлении. Дис. доктора мед.
наук. –М.: -1998. -233 с.
33. Павлов Б.Н. Физиология индифферентных газов, гипербариче-
ская физиология: современное состояние и перспективы разви-
тия // Индифферентные газы в водолазной практике, биологии и
медицине. – М.: Слово. -2000. – С. 116-121.
34. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и ги-
дратация ионов. -М.: Изд. АН СССР. 1957. -182 с.
35. Сапов И.А., Карев И.С. К механизму влияния повышенного ат-
мосферного давления на организм // В кн.: Обеспечение безопас-
ности и повышение эффективности водолазных работ. –Л.: ВМА
им. С.М. Кирова, 1973. – С.20-22.
114
36. Скоробогатов Г.А. Быстрые реакции… инертных газов / В кН.
Химия – традиционная и парадоксальная. –Л.: Изд-во Лен-го
унив-та, 1985. – 69-88 с.
37. Сонин Л.Н. Физиологическое обоснование лечения декомпрес-
сионных нарушений. –Автореф. дис. канд.мед. наук. –СПб.:
1998. -22 с.
38. Стаценко А.В. Гипербарический стресс у водолазов и подводни-
ков. – Автореф. дисс. д.м.н. – СПб.: 2010.-37с.
39. Ступин Д.Ю. Химические соединения без химических связей //
В кн. Химия – традиционная и парадоксальная. –Л.: Изд-во Лен-
го унив-та, 1985. – 13-41 с.
40. Тестов Б.В., Вовк С.М., Ефимов В.В., Сурнин А.Г. Действие ксе-
нона на энергетику животных // Материалы науч.-практ. конф.
«Ксенон и ксеноносберегающие технологии в медицине – 2005»
15-16 декабря 2005 г. – М.: 2005. – 183 с.
41. Тестов Б.В., Ефимов В.В., Сурнин А.Г. Использование ксенона в
качестве радиопротектора // Материалы науч.-практ. конф. «Ксе-
нон и ксеноносберегающие технологии в медицине – 2005» 15-
16 декабря 2005 г. – М.: 2005. – 189 с.
42. Фесенко Е.Е., Попов В.И., Новиков В.В., Хуцян С.С. // Струк-
турообразование в воде при действии слабых магнитных полей
и ксенона. Электронно-микроскопический анализ. // Биофизика.
2002. Т.47, № 3, – С. 389-394.
43. Фок М.В., Зарицкая Г.А., Переведенцева Е.В. Авторегуляция не-
специфической проницаемости мембраны эритроцита. –М.: На-
ука, 1999. -75 с.
44. Холмогоров В.Е., Халоимов А.И., Кочнев И.Н., Лехтлаан-
Тыниссон Н.П. Индуцированная слабым низкочастотным полем
кооперативная динамика в жидкой воде и её проявления в ИК
спектре // Сб. трудов Ш-го Международного конгресса «Слабые
и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». -СПб.
-2003. – С. 13-14.
45. Холмогоров В.Е., Халоимов А.И., Кочнев И.Н., Лехтлаан-
Тыниссон Н.П. Метастабильные состояния в жидкой воде, ин-
115
дуцированные сверхслабым низкочастотным магнитным полем:
проявления в ИК спектре и в излучении // Тезисы Ш-го Между-
народного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в
биологии и медицине». –СПб. -2003. – С. 17.
46. Шитов А.Д. Физиологическое обоснование рационального пи-
тьевого режима для профилактики декомпрессионной болезни
при спусках на средние глубины. Автореф. дис…. канд. мед.
наук. –СПб.: ВМедА. 2007. – 24 с.
47. Эйзенберг Д., Кауцман В. Структура и свойства воды. – Л.: Ги-
дрометеоиздат, 1975.-280с.
48. Эмсли Дж. Элементы. – Пер. с англ. –М.: Мир, 1993. -257 с.
49. Alders J.W., Clark W.M. Dose escalation stady of the NMDA glycinsite
antagonist licostinel in acute ischemic stroke // Stroke. – Cansassity,
1999. – Vol. 30. – P. 508-513.
50. Bennett P.B., Roby J., Simon S., Youngblood D. Optimal use of
nitrogen to suppress the high pressure nervous syndrome. – Aviat.
Space and Anviron. Med., 1975. 46, № 1, p. 37-40.
51. Frank N.P., Lieb W.R. Selective effects of volatile general anesthetics
on identifi ed neurons //Annals N.Y. Acad.Sci. – 1991. – Vol. 625. – P.
54-70.
52. Franks N. et alt. Effects of Xenon // Anesthesiology. –2002. -№ 2.
-P.25-30, -№ 3. -P.33-38.
53. Петтерсон М., Луиделл Я., Рассанен М. 1995 (интернет).
Сдано в набор 21.02.2011
Подписано к печати 7.04.2011
Гарнитура Times New Roman
Объём 116 с. Тираж 300 экз.
Отпечатано ООО «Пресс-Сервис»
Санкт-Петербург, пр. Юрия Гагарина, д. 65

Email: vit130144@yandex.ru

V.V.Dovgusha