ЗАВИСИМОСТЬ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ САХАРА

УДК 539.2

ЗАВИСИМОСТЬ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ САХАРА

ОТ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ

Исследована оптическая активность растворов сахара, моделирующих физиологические жидкости (кровь, лимфу, ликвор, синовию) в зависимости от времени и ориентации поляриметра в пространстве. Обнаружена корреляция изменения оптической активности сахара с возмущениями горизонтальных составляющих геомагнитного поля и отсутствие влияния на нее постоянного магнитного поля (~500 А/м). Установлено влияние на оптическую активность растворов сахара добавок гелеобразующих веществ (гиалуроновая кислота, желатин).

К настоящему времени накоплен большой объем достоверных данных, свидетельствующих о зависимости поведения живых организмов и показаний различных высокоточных приборов от космофизических факторов (КФФ) [1, 2]. В общем случае основу чувствительного элемента прибора или живого организма составляет электронная конфигурация достаточно упорядоченной системы атомов или молекул. В силу этого механизм действия КФФ на живые системы и приборы в обязательном порядке включает электромагнитную стадию. На ее наличие прямо указывает чувствительность приборов и живых систем к регулярным возмущениям приземного электромагнитного поля, которые проявляются, к примеру, через циркадные биоритмы, имеющие суточные, недельные, месячные и годовые периоды [3]. Так ритмика геофизики манифестирует многочастотный “пульс” энергетики Солнечной системы. Конечно, на него могут накладываться и соответствующим образом проявляться ритмы Галактики (например, вариации потоков космических лучей, реликтового или нейтринного фона) [4].

Изучение механизма влияния на приборы и живые системы КФФ различной природы необходимо для обоснования научных методов прогнозирования состояния биосферы и человека [5]. В общем случае механизм действия КФФ в той или иной мере суммирует в себе гравитационные, слабые и электромагнитные взаимодействия [6], поэтому изучение зависимости биосферы и ноосферы от КФФ могут оказаться весьма полезными с точки зрения познания фундаментальных законов природы.

Высокая интегральная чувствительность к КФФ живых систем есть следствие биогенеза. Спектральная чувствительность и разрешающая способность физических приборов (гравитометров, магнитометров, спектрально-оптических и др.) достигли и даже превысили пороговые значения характерные для живых систем [7]. Поэтому самостоятельное значение к настоящему времени приобрела проблема адекватности информационной связи в паре “прибор – человек” [4]. Известна высокая лабильность психосоматического состояния некоторых людей к возмущениям геофизики, вызванным вариациями Солнечной Активности (СА) [1,2]. При всем разнообразии типов реакций человека на КФФ, очевидно, что в их основе должны лежать те или иные отклонения в самой энергетике метаболизма. Устойчивость последней, в первую очередь, зависит от уровня стабильности физико-химических характеристик жидкостных сред организма.

Водная основа физиологических жидкостей (кровь, лимфа, ликвор, синовия) составляет в совокупности ~2/3 от массы тела. Уникальные физико-химические свойства воды [8] и целостность жидкостной среды организма вполне могут обеспечить наблюдающуюся зависимость самочувствия человека от физических параметров внешней среды. На молекулярном уровне вода является главным посредником элементарных химических актов, а ее надмолекулярные и кооперативные свойства могут играть ключевую роль в физических актах энергоинформационного обмена организма с внешней средой. Электромагнитные и слабые взаимодействия обладают свойством хиральности [9]. Для живых систем также характерна структурно-функциональная асимметрия [10], которую они могли приобрести, адаптируясь к хиральным внешним факторам на соответствующих этапах филогенеза.

Энергетика человека в норме сочетает функциональную асимметрию полушарий мозга и физико-химические взаимодействия хиральных метаболитов. К таким метаболитам относятся, прежде всего, аминокислоты, белки, сахара, молочная кислота. Учитывая это, в настоящей работе проведено исследование зависимости оптической активности различных водных растворов сахара от времени и ориентации прибора в пространстве.

Экспериментальная часть

Вещества. Применяли воду трех типов: водопроводная (выстоянная в течение суток); деионизованная (очищенная на установках Milli RO и Milli Q) и стандартный физиологический раствор (физраствор). Исходя из известных характеристик воды, оценили удельное сопротивление (W) физраствора; другие его характеристики, по-видимому, близки к характеристикам воды, очищенной на установке Milli RO. Данные приведены в Таблице.

Таблица

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДЫ

№	Примеси (мг/л)	Водопроводная	Milli RO	Milli Q	Физраствор
1.	Силикаты	1	0,1	< 0,01
2.	Тяжелые металлы	1	0,04	< 0,01
3.	Na	65	6,5	< 0,01	9000
4.	CaCO₃	35	1,6	-
5.	Аммоний	1	0,4	< 0,01
6.	Бактерии (кол/л)	> 10	<10	<1
7.	W (Мом/см)	0,004	0,04	18	~ 3 10^–5

Сахар и желатин брали пищевой, гиалуроновая кислота (2%) (производство Испания), была выделена из петушиных гребешков. Исследовали также плазму крови и L(+)-лактат. При выборе веществ для исследований учитывали, что в синовии и стекловидном теле содержатся 0,73% NaCl, 0,053 – 0,075% сахара, около 1% гиалуроновой кислоты (ГК) и коллагена.

Оборудование. Использовали поляриметр круговой СМ-З с натриевой лампой (точность измерения 0,01^о, длина волны D-линии натрия – 589 нм) и кюветы длиной 200 и 100 мм; атмосферное давление измеряли барометром-анероидом М 67 (цена деления 1 мм. рт. ст.). Источником постоянного напряжения (9 V) служил элемент “Крона”, для обмотки кювет взяли изолированный провод толщиной 0,65 мм (число витков n ~ 200), в цепи роль нагрузки выполняла лампочка с сопротивлением ~15 Ом. Соответственно, ток в обмотке соленоида составил J ~ 0,6 А.

Методика измерений и результаты. Измерения проводили на первом этаже панельного дома. Комнатная температура менялась в диапазоне 22^о – 24,5^оС, что не сказывалось заметным образом на результатах измерений. Концентрации растворов содержащих плазму крови, ГК, желатин и сахар подбирали из условия сохранения достаточной прозрачности жидкостей (плазма, желатин, ГК) и обеспечения надежной регистрации угла вращения в пределах от ~15^о до ~40^о (сахар). По тексту отмечалась длина кюветы 100 мм, в остальных случаях использовали кюветы длиной 200 мм. Каждую точку получали путем усреднения 4 – 8 измерений. Измерения угла вращения (a) проводили в условиях минимального светопропускания системой поляризатор-анализатор путем покачиваний анализатора между положениями равного контраста правого и левого световых полей поляриметра с постепенно уменьшающейся амплитудой. Ошибка измерения варьировалась в зависимости от раствора и времени измерения в диапазоне ±0,02^о ч ±0,13^о. Величины ошибок измерения в характерных точках показаны на рисунках. Учитывая данные по дрейфу нуля поляриметра СМ-1 (точность измерения 0,05^о) [11], контролировали значение нулевой точки поляриметра (без кюветы), ошибка измерения которой не превышала ±0,02^о.

Рис 1.

Зависимость угла вращения a от времени и ориентации прибора

1 – физраствор + ГК (0,6%) + сахар (11%);

2 – вода Milli Q + сахар (30%), кювета 100 мм;

3 – водопроводная вода + сахар(18%); 4 – физраствор + сахар (25%).

Сплошные линии – прибор ориентирован на восток, пунктирные – на север.

Стрелками отмечены восход (стрелка вниз) и заход (стрелка вверх) Солнца.

Результаты измерений угла вращения a для различных растворов приведены на Рис. 1, 3 – 4. На Рис. 2 приведены данные Центра прогнозов ИЗМИРАН по состоянию магнитного поля в Москве на время исследований. Физраствор плазмы крови (~5%) не дал заметного отклонения a от нулевого значения прибора. Угол вращения физраствора L-лактата (приблизительно физиологической концентрации) был положителен, но мал по величине (~0,08^о). Значение a_вост для физраствора ГК (~0,8%) (прибор ориентирован на восток) в период от 18.00 часов 16.01.05 до 13.00 часов 17.01.05 равнялось –0,82^о ± 0,04^о.

Из сопоставления кривых приведенных на Рис. 1 с соответствующими кривыми на Рис. 2 можно заключить, что величина a синхронно меняется с изменением горизонтальных составляющих магнитного поля Земли (МПЗ) в дни повышенной геомагнитной активности. По данным ИЗМИРАН магнитные бури начались в 12.00 17.01.05 и продолжались до 21.00 19.01.05. Следует отметить, что существенному снижению У-составляющей (восток) МПЗ при незначительном изменении его Х-составляющей (север) около 5.30 часов 19.01.05 соответствует существенное отклонение величины a_вост физраствора ГК + сахар относительно величины a_сев (см. кривые 1 на Рис. 1).

На Рис. 3 приведены значения a для двух растворов сахара, зарегистрированные в дни с относительно спокойной магнитной обстановкой. Однако и в эти дни величина a для физраствора сахара содержащего ГК менялась в большей степени (кривая 2), чем a физраствора сахара (кривая 1), отражая незначительные возмущения Х- и У-составляющих МПЗ в период с 12.00 по 19.00 часов 24.01.05.

С другой стороны a обоих растворов практически не менялось при наложении на них постоянного магнитного поля, направленного вдоль оси кюветы (черные и светлые треугольники на кривых 1 и 2 на Рис. 3 отвечают противоположным направлениям тока). Оценку величины напряженности магнитного поля на оси кюветы сделали по известной формуле для соленоида (длина соленоида – L, диаметр провода – d и ток J):

Н = Jn/2L = JL/2dL = J/2d = 0,6/1,3 10^–3 ~ 500 А/м.

Полученная величина Н на порядок выше значения напряженности МПЗ и на четыре порядка больше величин его вариаций.

Рис 2.

Вариации магнитного поля в Москве с 17.01.05 по 19.01.05 и с 2401.05 по 25.01.05, данные Центра прогнозов ИЗМИРАН

Из Рис. 3 также следует, что изменения a не коррелируют с изменениями атмосферного давления. Привлекает внимание тот факт, что величина a_вост для всех растворов, как правило, была больше или равна a_сев. Более того и значения нуля прибора также дали разницу D_о= a_вост– a_вост= 0,08^о ± 0,02^о , которая сохранялась в спокойной магнитной обстановке в период с 00 часов 4.02 до 00 часов 7.02. Как следует из данных на Рис. 2 синхронные вариации Х- и У-составляющих МПЗ могут быть симбатны и антибатны, то есть разница между ними может быть произвольной и в том числе нулевой.

На Рис. 4 представлены зависимости a от времени для физрастворов желатины и желатины + сахар. Для контроля приведены значения a для физраствора ГК + сахар. Физраствор желатины (4%) изначально имел студнеобразное состояние (пузырек воздуха в кювете не двигался), в то время как пузырек воздуха в физрастворе желатин (2%) + сахар сохранял подвижность. На протяжении измерений представленных на Рис 4 МПЗ было спокойным. Обратимое увеличение |a| на кривой 2 и снижение a на кривой 3 в точках 13.00 и 14.00 часов 05.02.05, обусловлено тем, что оба раствора были охлаждены до температуры 18^оС и 5^оС, соответственно. Затем их температура опять вернулась к комнатной (~23^оС). Физраствор желатины (2%) при 5^оС тоже стал студнеобразным. Из наклонов кривых оценили скорости увеличения a физраствора желатины и снижения a физраствора желатин (2%) + сахар (2 10^–5 и –4 10^–5 град/с, соответственно).

Рис. 3

Зависимость угла вращения a (кривые 1, 2) и атмосферного давления Р (кривая 3) от времени и ориентации прибора.

1 – физраствор + сахар (20%);

2 – физраствор + ГК (0,6%) + сахар (20%).

Сплошные линии – прибор ориентирован на восток, пунктирные – на север. Треугольниками обозначены значения a при пропускании тока по обмотке соленоида.

Обсуждение результатов

При концентрациях сахара в исследованных растворах 0,2 - 0,6 М/л среднее расстоянии между молекулами будет одного порядка с их размерами, и поэтому будет высока вероятность ассоциирования молекул и за счет межмолекулярных водородных связей. Благодаря этим связям водные растворы ГК и желатина превращаются в гели, что, очевидно, должно сказываться на величине оптической активности сахара и ее зависимости от КФФ. В первом приближении значение угла вращения сахара прямо пропорционально процентному его содержанию в растворе (например, 25% и ~40^о). Предполагая и для ГК такую же зависимость, при ее содержании 0,8% собственный вклад ГК в величину угла вращения составил бы величину ~1,0^о. Однако в действительности a для ГК(0,8%) оказалось равным –0,82^о.

Отрицательное значение угла вращения для данного раствора можно объяснить наличием в исходном растворе ГК аминокислотных фрагментов белка. Угол вращения физраствора желатины (4%) равен –4^о (кювета 100 мм) и обусловлен аминокислотами коллагена. Исходя из этого, можно оценить содержание белка в растворе ГК (0,8%), отвечающее за a ~ –0,8^о (кювета 200 мм) – оно составит ~0,4%. Следовательно, и в исходном растворе ГК из петушиных гребешков примесь белка может достигать 1-2%. Такое количество примесей с левой хиральностью, по-видимому, компенсирует положительную хиральность физраствора ГК (0,8%). Влиянием же примесей белка на хиральность физраствора ГК(0,6%) + сахар при используемых концентрациях сахара можно пренебречь.

Сравнивая кривые, приведенные на Рис. 1, 3, можно расположить исследованные растворы в ряд по возрастанию чувствительности оптической активности сахара к возмущениям МПЗ: [физраствор + ГК + сахар] > [физраствор + сахар] > [водопроводная вода + сахар] > [вода Milli Q + сахар]. Такую же последовательность дает электропроводность растворов, которая пропорциональна их удельному сопротивлению и концентрации Na (см. Таблицу). Заметное повышение чувствительности физрастворов сахара к возмущениям МПЗ в присутствие ГК можно объяснять тем, что макроструктура гелеобразного раствора вносит свой вклад в анизотропию тензора электродинамической постоянной раствора – (em)^–1/2, где e – диэлектрическая постоянная, а m – магнитная проницаемость среды. Кроме того, гель ГК, снижая подвижность молекул сахара, может способствовать их ассоциированию в хиральные структуры.

Рис 4.

Зависимость угла вращения a от времени и температуры

1 – физраствор + ГК (0,6%) + сахар (25%);

2 – физраствор + желатин (4%) (кювета 100 мм);

3 – физраствор + желатин (2%) + сахар (10%).

Пунктирными линиями обозначены наклоны кривых.

Данное объяснение подтверждают и результаты исследований оптической активности физрастворов, содержащих желатин (Рис 4). Увеличение | a | физраствора желатины (4%) со временем связано с формированием коллагеноподобных спиралей из аминокислотных остатков белков, имеющих отрицательную хиральность [12]. Примечательно, что положительная хиральность сахара при этом уменьшается в два раза быстрее. Этот эффект существенно и обратимо возрастает при понижении температуры раствора (см. Рис. 4), что объясняется увеличением в желатине доли коллагеноподобных спиралей [12].

Полученные результаты наряду с корреляцией чувствительности оптической активности растворов с их величиной a и отсутствием влияния на нее постоянного магнитного поля (500 А/м) позволяют предположить, что зависимость хиральности физиологических растворов от возмущений геомагнитного поля и КФФ лимитируется, в основном, изменениями электрической составляющей их электродинамической постоянной. Данное предположение согласуются также с тем, что КФФ возмущают не только МПЗ, но и электрическое поле Земли [1].

Заключение

Оптическая активность растворов сахара, моделирующих физиологические жидкости (кровь, лимфа, синовия, ликвор) проявляет чувствительность к изменениям внешних электромагнитных условий и на ее величину заметно влияют добавки гелеобразующих веществ (гиалуроновая кислота, желатин), изменяющих его оптические свойства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Атлас временных вариаций естественных, антропогенных и социальных процессов. - М.: Научный мир, 1998. - Т. 2. - 440 с.

2. Хабарова О. В. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2002. - №2. - С. 25-39.

3. Владимирский Б. М., Темурьянц Н. А.. Влияние солнечной активности на биосферу-ноосферу (гелиобиология от А.Л. Чижевского до наших дней). - М., 2000.

4. Владимирский Б. М., Брунс А. В.//Биофизика. - 2001. - Т. 46. - Вып. 5. - С. 835-840.

5. Холманский А. С. //Патент РФ №2193859 от 10.07.2001. - Бюл. 10.12.2002. - № 34.

6. Холманский А. С., Стребков Д. С.//Доклады РАСХН. - 2004. - №1. - С. 58-60.

7. Сизов А. Д. //Биофизика. - 2001. - Т. 46. - Вып. 5. - С. 811-815.

8. Пономарев О. А., Фесенко Е. Е. // Биофизика. - 2000. - Т. 45. - Вып. 3. - С. 389–398.

9. Жвирблис В. Е. // Космофизические истоки дисимметрии живых систем. - М.: МГУ, 1987. - С. 87-106.

10. Кизель В. А.Физические причины диссимметрии живых систем. - М. 1985. - 120 с.

11. Жвирблис В. Е.//Изв. АН СССР. - Сер. биол. - 1982. - № 3. - С. 465.

12. Миз К., Джеймс Т. Теория фотографического процесса. - Л.:1973, - 572 с.

Dependence of Optical Activity of Sugar on External Conditions

Holmansky A.S.

Moscow state university of printing arts

Dependence of optical activity of fisiological solutions of sugar from time and orientation of polarimetre in space has been studied. A correlation of changes of optical activity of sugar with variations of planar components of geomagnetic field and its unsencitivity to the constant magnetic field (~500 A/m) have been found. А sencitivity of dependence of optical activity of sugar to cosmophysic factors from addition (giauluronic acid, collagen) has been established.

Московский государственный университет печати

Поступила в редакцию 8.04.2005.