Физические механизмы магнитобиологических явлений

• Автор: Бинги, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 305 с. : ил.

Постановка задачи
Обозначения и термины
Содержание работы и основные результаты
Апробация
1 Аналитический обзор теоретических моделей
1.1 Состояние теоретических исследований в магнитобиологии
1.1.1 Классификация моделей и механизмов МБЭ
1.1.2 Краткое описание механизмов МБЭ
1.2 Пределы чувствительности биофизической системы к ЭМП
1.2.1 Фундаментальный предел
1.2.2 Шумовые пределы
1.3 Модели основанные на уравнениях химической кинетики
1.4 Биологическое действие слабых электрических полей
1.4.1 Оценка электрических полей в биологической клетке
1.4.2 Модели действия слабых электрических полей
1.5 Стохастический резонанс в магнитобиологии
1.5.1 Стохастический резонанс
1.5.2 Повышение отношения сигнал/шум
1.5.3 Ограничения на величину обнаружимого сигнала
1.5.4 Стохастический резонанс в химических реакциях
1.6 Модели макроскопических эффектов
1.6.1 Ориентационные эффекты
1.6.2 Оценка теплового действия вихревых токов
1.6.3 Сверхпроводимость на клеточном уровне
1.6.4 Магнитогидродинамика
1.6.5 Макроскопические заряженные объекты
1.7 Циклотронный резонанс в магнитобиологии
1.7.1 Циклотронный резонанс в ионном канале
1.7.2 О ширине резонансоподобного отклика

1.8 Параметрический резонанс в магнитобиологии
1.8.1 Параметрический резонанс частицы в МП
1.8.2 Параметрический резонанс в атомной спектроскопии
1.8.3 «Ионный параметрический резонанс»
1.9 Осцилляторные модели
1.9.1 Квантовый осциллятор
1.9.2 Параметрический резонанс осциллятора
1.10 Реакции с участием свободных радикалов
1.11 «Проблема кТ» в магнитобиологии
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ
Стохастическая динамика магнитосом в цитоскелете
2.1 Стохастический резонанс магнитосом
2.1.1 Оценка амплитуды вращений магнитосомы
2.1.2 Движение магнитосомы в двуямном потенциале
2.2 Динамика магнитосом при вариациях геомагнитного поля
2.3 Чувствительность к вариациям направления МП
2.4 Фактор температуры и эффект магнитного шума
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ
Теория интерференции угловых ионно-молекулярных состояний
3.1 Диссоциация комплексов ион-белок в магнитном поле
3.1.1 Основная модель
3.1.2 Особенности состояния иона в белковой полости
3.1.3 Ширина спектральных пиков
3.1.4 Формула вероятности диссоциации '
3.2 Нелинейная реакция белка на плотность вероятности иона
3.2.1 Оценка вклада кубической нелинейности
3.2.2 Вклад нелинейности четвертого порядка
3.2.3 Диссоциация как пуассоновский процесс
3.3 Интерференция в импульсных магнитных полях
3.3.1 Параллельные импульсное и постоянное МП
3.3.2 Спектры при импульсной модуляции МП
3.4 Наклонная конфигурация магнитных полей
3.4.1 Интерференция в перпендикулярных полях
3.4.2 Интерференция при наклонной ориентации полей
3.5 Вращения ион-белкового комплекса в магнитном поле
3.5.1 Молекулярные вращения
3.5.2 Макроскопические вращения
3.5.3 Эффект магнитного вакуума
3.6 Интерференция ионов в электрическом поле
3.6.1 Интерференция ионов в переменном ЭП
3.6.2 Электрические градиенты в биологической ткани
3.6.3 Электронная поляризация лигандов
3.7 Интерференция при наличии магнитного шума
3.8 Магнитный отклик частиц со спином
3.8.1 Энергия иона в МП и ионно-изотопная константа
3.8.2 Приближение слабого магнитного поля для иона
3.9 Ядерные спины в механизме ионной интерференции
3.9.1 Множитель Ланде для ионов со спином ядра
3.9.2 Интерференция в приближении слабого поля
3.9.3 Выстраивание спинов в одноосном магнитном поле
3.10 Сравнение теоретических расчетов с экспериментом
3.10.1 Частотные спектры
3.10.2 Амплитудные спектры
3.10.3 Спектры вращающихся комплексов
3.10.4 Импульсное магнитное поле
3.10.5 Постоянное магнитное поле и магнитный вакуум
3.10.6 Спектры в электрическом поле
3.10.7 Магнитный шум
3.11 Биологические эффекты микроволн и интерференция ионов
3.11.1 Спектральные измерения
3.11.2 Теоретические концепции
3.11.3 Сходство эффектов микроволн и НЧ МП
3.11.4 Интерференция в поле с амплитудной модуляцией
3.11.5 Диссоциация в поле с круговой поляризацией
3.12 Границы применимости механизма ионной интерференции
3.13 Молекулярный гироскоп
3.13.1 Релаксация по методу молекулярной динамики
3.13.2 Интерференция гироскопа
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЛАВЫ
Заключение
РЕЗУЛЬТАТЫ
Литература

некоторого характерного времени Т. Если Т < £(£>"), то обнаружить сигнал при данном уровне шума в эксперименте не удастся. Соответственно не будет оценки и для отношения сигнал/шум. Таким образом, «время жизни» рецептора Т определяет нижнюю границу шума в эксперименте, когда отношение сигнал/шум еще имеет практический смысл. Для оценок примем, что время жизни рецептора Т на п порядков превышает время его оптимальной (то есть при ГГ = IIо) реакции £(£>'). Откуда сразу следует
=10“' <|Л5>
Используя (1.12), (1.14), соотношение для искомой величины наибольшего усиления можно записать так
Д(2У) _ /1дт{Р')2т{Р")
Я{Б") 1пт(£>"),/ т(ГГ) ’
Учитывая (1.15) и принимая во внимание равенство т(ГГ) — т(£/о) = е2, запишем последнее равенство
( 1пт(£>) 10”
1пт(Д') + гг1пЮУ и (1 + 1.15 гг)2
Таким образом, если, например, время жизни рецептора превышает время его реакции на п = 1; 2; 3 или 4 порядка, то наибольшее усиление составит около К та 2; 9; 50 и 320, соответственно.
Отметим, что время жизни рецептора подразумевает сохранение в течение этого времени биохимических условий, обеспечивающих рецепцию. Гомеостаз в организме, то есть относительное постоянство его функций, состава и т.д., существует только как динамическое равновесие. Поэтому справедливо считать, что одни рецепторы разрушаются процессами метаболизма или прекращают работу, другие, наоборот, начинают. Учитывая, что для большинства рецепторов время реакции составляет доли секунды, величина п не превышающая п = 3; 4 выглядит правдоподобной; в таком случае время жизни рецепторов было бы порядка минут.
В экспериментах наблюдают несколько меньшие усиления. Зависимости сигнал/шум от уровня шума, построенные по результатам различных относящихся к делу экспериментов и численных моделей стохастического резонанса, показывают следующее (данные приведены в работах [84] и [113] и обобщают результаты нескольких исследований). В кольцевом лазере усиление составило 11 дБ; в эксперименте с механорецепторами рака — 6 дБ; в компьютерных моделях: двуямного потенциала — 4 дБ,