Необичайни свойства на водата в граничния слой

Постнов С.Е., Подчерняева Р.Я., Мезенцева М.В., Щербенко В.Е., Зуев В.А. Необичайни свойства на водата от граничния слой // Известия на БАН. 2009, Том 9, № 3, С12-15

Необичайни свойства на водата в граничния слой.

Постнов С.Е. 1 , Подчерняева Р.Я. 2 , Мезенцева М.В. 3 , Щербенко В.Е. 3 , Смышляева Н.Б. 3 , Зуев В.А. 3

Федерално държавно унитарно предприятие Централен аерохидродинамичен институт. проф. НЕ. Жуковски
Държавен изследователски институт по вирусология. DI. Ивановски RAMS, Москва
Държавен изследователски институт по епидемиология и микробиология. Н.Ф. Гамалей RAMS, Москва

„Всичко в света е живо от водата, животът е оживена вода“, пише Леонардо да Винчи. Вниманието на местните учени е приковано към изучаването на свойствата и структурата на водата от дълго време (3,4,6). Както отбелязва академик Вернадски В. И.: „Водата е вездесъща и няма минерално или друго тяло на Земята, в което тя да не е част и чиято структура да не засяга“ (1). Водата е в основата на живота на Земята и важен фактор за формиране на човешкото здраве и качество на живот. Той трябва да бъде безвреден по химичен състав, безопасен в епидемично и радиационно отношение (12). Въпреки това, експерименталните данни, получени особено през последното десетилетие, променят представата за природата на самата вода и за нейните възможни биологични свойства (5,13).

Група учени от Централния аерохидродинамичен институт на името на N.E. Жуковски, Държавния изследователски институт по епидемиология и микробиология на името на N.F. Gamalei RAMS и Държавен изследователски институт по вирусология на името на D.I. RAMS Иваново изследва необичайните свойства на водата в граничния слой. Предпоставката за започване на тази работа беше експериментален факт, открит в ЦАГИ при изучаване на потока около специални обекти, движещи се под вода с висока скорост. А именно в тънък слой вода,непосредствено до повърхността на тялото (граничен слой), водата придобива редица физични свойства, коренно различни от свойствата на обикновената вода, което я прави много подобна на водата, която е в основата на живите организми. Въз основа на експериментални данни е установено, че в живия организъм водата може да съществува само в състояние на вода на граничния слой (8). Освен това този слой гранична вода се образува върху повърхностите на такива биологични структури като клетъчни мембрани, еритроцити, протеини и др.). Този експериментален факт ни позволява да хвърлим нов поглед върху редица биофизични и биохимични процеси, протичащи в живите организми. Нещо повече, още първите експерименти с гранична вода показаха нейната изключителна биологична активност. Изследванията в тази област са пряко свързани с основните теоретични и приложни аспекти в новите подходи към проблема на биотехнологиите. Медицинският фокус на изследването също беше интересен, тъй като още първите експерименти с гранична вода показаха, че има антивирусен ефект (9). Проведените проучвания разкриват потенциалната употреба на Avoda (Avoda е работното наименование на граничната вода, определена за обема, регистрирана е като трапезна вода „Avoda”) за лечение на урогенитални заболявания, остри респираторни вирусни инфекции и неоплазми с индивидуален подбор за всеки пациент. Въз основа на това дешифрирането на феномена на граничния слой на водата може да бъде идеален ключ към решаването на толкова важни проблеми в превенцията и лечението на широк спектър от заболявания.

Проблемът с лекарствената терапия става актуален в целия свят. Според епидемиологични проучвания страничните ефекти от лекарствената терапия в САЩ и Канада излизат на 5-6 място по обяснениепричини за смърт след сърдечно-съдови, онкологични, бронхопулмонални заболявания и травми. Честотата на изявата им достига 17% при хоспитализирани пациенти и 4-6% при амбулаторни. Известно е, че 25-30% от всички странични ефекти са причинени от приема на антибиотици. Повече от 106 000 пациенти умират всяка година в Съединените щати от странични ефекти на лекарствата. Повече от 2,2 милиона американци изпитват усложнения, а 30% от пациентите не се възползват от лечението с предписани и правилно приемани лекарства. Въз основа на това изследването на феномена на повърхностния слой вода може да се превърне в ключ към решаването на такива важни проблеми като профилактиката и лечението на широк спектър от заболявания.

Експерименталните резултати, получени в ЦАГИ в средата на 80-те години на миналия век, касаещи изменението на физичните свойства на водата в граничния слой, бяха повторени през 2000 г. от проф. Д. Полак от университета в Сиатъл, САЩ (7). Според Д. Полак водата в клетките е в специални състояния: свързана, но не твърда като лед, и свободна, но не течна, като например водата в чаша, но в състояние на гел. Професор Д. Полак е биолог и не е запознат с хидродинамиката. Според "Теорията на граничния слой" и многобройните експериментални данни, граничният слой в течност е практически автономен обект и например в случая на вода, когато вискозитетът е минимален, той е много подобен на подвижен гел.

В граничния слой свойствата на водата се променят толкова значително, че всъщност тя вече е „друга вода“. Това явление се изучава в ЦАГИ от 80-те години на миналия век и е установена близостта на физическите характеристики на такава вода с водата, която е характерна за вътрешната среда на човека и други живи организми. Тези изследвания отвориха нова обещаваща посока. единствениятпречка за прилагането му беше, че водата от граничния слой, събрана в обем, губеше всичките си забележителни свойства за броени минути. Благодарение на усърдни изследвания и експерименти беше възможно да се разработи технология за получаване на гранична вода от обикновена естествена питейна вода, която запазва уникалните си характеристики в продължение на много месеци. Така имаше "Водна маса" Труд "(Сертификат № 7688306). След като обобщихме голямо количество експериментални данни, като хипотеза беше предложен биофизичен модел на жив организъм, който в момента не само обяснява тези данни, но също така дава възможност да се предскажат резултатите от експериментите с висока вероятност.

Нека разгледаме по-подробно физическия компонент на предложения биофизичен модел: в системата вода/повърхност има така наречения „граничен слой“, в който водата проявява физични свойства, които се различават от заобикалящата „обемна“ вода, по-специално по-голяма електрическа проводимост, по-нисък топлинен капацитет и т.н. Разликите във физичните свойства на граничната и обемната вода, както следва от експерименталните данни, се увеличават нелинейно с приближаването на повърхността.

Като се има предвид, че някои свойства на кристала са присъщи на водата, може да се приеме, че промяната във физическите свойства на граничната вода се дължи на влиянието на повърхността, която образува граничния слой, а механизмът на образуване на граничния слой е една от разновидностите на процеса, сега добре известен като "епитаксия" - растеж на кристал върху субстрат. Неговата особеност е, че ако разликата между константите на решетката на субстрата и растящия кристал надвишава 10%, което обикновено се случва в нашия случай, тогава част от равнините на решетката на субстрата не продължават в решетката на растящия кристал. ръбове, такивависящите равнини образуват несъответстващи дислокации, а изкривяването и натрупването на грешки възникват в кристалната решетка на растящия кристал. Освен това грешките се натрупват поради колокации - локални нарушения на кристалната решетка на растящ кристал поради различни причини. Включително и факта, че растящият кристал е течност, макар и със свойствата на кристал, но подложена например на Брауново движение и като правило нехомогенна по състав поради разтворените в нея химикали и т.н. Всичко това допринася за факта, че всеки следващ слой се различава по кристална структура от предишния. Тоест възниква систематично саморазрушаване на кристалната структура, образувана от субстрата. Това се случва доста бързо и обяснява такъв експериментален факт, че свойствата на граничната вода се променят нелинейно, доближавайки се до свойствата на обемната вода, с всяка стъпка от повърхността.

Това по-специално обяснява експерименталния факт, защо свойствата на една и съща вода в граничния слой на различни повърхности имат надеждно регистрирани количествени разлики. Точно както свойствата на водите с различен произход или химичен състав се различават в граничния слой близо до една и съща повърхност.

Наличието на граничен слой с нелинейно променящи се свойства на водата може също да обясни множество експериментални факти, които показват, че при замразяване например на такъв продукт като месо, част от водата замръзва, а част от водата има форма, близка до аморфна, част от водата не замръзва. Може да се предположи, че това обяснява факта на съществуването на свързана вода и нейните различни свойства. Приемането на тази хипотеза обяснява и многобройните експериментални данни, че водата е тънкакапиляри, нанотръби, клетки на организми, е в състояние, близко до "кристално", "стъклено" и др.

Биологичният компонент на предложения биофизичен модел е както следва:

- Биологичните структури на клетките (ДНК, протеини, митохондрии и др.), органите като цяло образуват граничен слой със свойства, които осигуряват оптимално изпълнение на техните биологични функции. Свойствата на граничната вода на различни биоструктури имат редица количествени разлики една от друга, а в жизнения и функционалния цикъл тези свойства могат да се променят дори за една и съща структура.

- Свойствата на граничната вода в клетките се различават толкова повече, колкото повече се различава метаболизмът им.

- Граничната вода, поради своите физични свойства, е мощен омекотяващ буфер, който я предпазва от външни и вътрешни влияния.

- Една от жизненоважните задачи на организма като цяло е задачата да поддържа и формира "правилните" свойства на граничната вода във всеки конкретен орган и клетка и т.н.

Всички структури от органичен и неорганичен произход, които влизат в тялото, независимо дали участват в метаболитни процеси или не, влияят върху свойствата на граничната вода на тялото, тъй като те образуват собствен граничен слой около себе си, чието влияние може да бъде многостранно.

Провалът в молекулярната структура на която и да е част от клетката, например в резултат на мутация, я заплашва с промяна в свойствата на граничната вода. Такъв провал в живота на редица клетки застрашава живота на органа като цяло и т.н. Същото може да се каже и за органичните и неорганичните вещества, идващи отвън и участващи в клетъчния метаболизъм. Молекулите на тези вещества също образуват граничен слой вода около тях, което може да допринесе заили пречат на нормалната клетъчна дейност. И от гледна точка на физическата гледна точка на процесите, които осигуряват жизнената дейност на тялото, сериозни проблеми за един орган възникват, когато по някаква причина самият той, а след това и тялото като цяло, вече не могат да поддържат или по-скоро да коригират неизправностите на свойствата на граничната вода на органа, които се появяват по някаква причина.

Но може да се предположи, че има и обратен ефект: възстановяването на физическите свойства на граничната вода на орган, всяка биологична структура, включително клетки или групи от клетки, еритроцити, както и биоструктури, отговорни за имунитета, подложени на мутация, атака от вирус и т.н., допринася за рязко намаляване на отрицателното въздействие, мобилизиране на имунитета, включително на клетъчно ниво.

Показахме, че когато се добави Avody, пролиферативната активност и жизнеспособността на нормалните човешки и животински клетки (човешки ембрионални белодробни клетки - LECH, човешка мускулно-скелетна тъкан - M7, човешки ембрионални фибробласти - FEF, човешки чернодробни клетки - Chang liver, свински ембрионални бъбречни клетки - SPEV, кучешки бъбречни клетки - MDCK) практически не се променят в ранните етапи на взаимодействие с вода. При 3 вида ракови клетки (клетки, изолирани от пациент с рак на маточната шийка - HeLa, клетки от костен мозък на пациент с левкемия - L41, човешки глиобластом - GL-6, като правило, има рязко инхибиране на пролиферацията след един пасаж и пълната им дегенерация след 2-ри пасаж. Морфологичното изследване на клетките потвърждава незначителни промени в нормалните линии и рязка дегенерация на онкогенни клетки под действието на Аводи.

При експерименти с клетъчни линии и при експерименти с лабораторни животни открихме, че Avoda проявява антивирусноактивност срещу херпес и човешки грипни вируси, както и вирус на миши енцефаломиокардит. И тогава, след изучаване на ефекта на Avody върху кръвните клетки на здрави и болни хора, беше показана потенциалната възможност за използване на Avody за лечение на такива инфекциозни заболявания като грип и ТОРС, генитален херпес, папиломатоза, хламидия.

В по-нататъшни експерименти установихме самия факт на действието на граничната вода като имуномодулатор на клетъчно ниво и мощен антивирусен агент и разкрихме редица механизми на нейното въздействие върху живия организъм. По-специално беше отбелязан ефектът на Avody върху генната експресия на редица цитокини, като гама-интерферон (IFN-γ), интерлевкин (IL) -2, IL-12, свързани с цитокини от тип 1, както и IL-4, IL-6 и IL-10 (T-2 - цитокини). Показано е, че ефектът на Avody върху клетъчни линии и лабораторни животни (плъхове, мишки) причинява минимални промени в синтеза на цитокини на нивото на тяхната транскрипция. И при вирусна инфекция (например грип или херпес), употребата на Avody допринесе за нормализиране на нарушенията в синтеза на цитокини, продуцирани от почти всички имунокомпетентни клетки (IFN-α, IFN-γ, TNF-α, IL-1β, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12 и IL-18). В същото време е установен директен вирусоциден ефект на Avody срещу вируса на миши енцефаломиокардит. Очевидно именно откритите свойства на Авода определят неговата активност. Проведените експерименти, извършени на съвременно ниво, предполагат възможност за екстраполиране на получените резултати върху човешкия организъм. Съвременната ситуация в областта на медицината и биотехнологиите изисква прилагането на постиженията на получените научни разработки в най-кратки срокове и без големи разходи за решаване на Държавната програма „Здраве на нацията“.