Кванты света могут многое рассказать о работе организма
Свечусь, следовательно — существую. Доктор биологических наук профессор кафедры биофизики и физики Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии им. К. И. Скрябина Александр Журавлев исследовал уникальное явление: свечение тканей животных и человека. Оказалось, кванты света принимают участие в метаболизме и могут многое рассказать о том, как работает организм. Уже первые исследования показали, что наши представления о стрессе, ожирении и источниках энергии для организма до сих пор были весьма неполны. А значит, многие болезни и лечить надо не так, как принято сейчас.
Внутреннее солнце
Явление свечения (квантового излучения) животных тканей, или биохемилюминесценция, было открыто еще в 1961 году коллективом заведующего кафедрой биофизики МГУ профессора Бориса Тарусова. Оказалось, что свечение жиров, липидов и тканей млекопитающих — абсолютно достоверное фундаментальное явление, волновая физика. Как известно, вещество состоит из атомов с ядром и электронами, вращающимися вокруг него. Физика утверждает, что есть четвертая элементарная частица — квант, который излучает вещество при переходе электрона с верхнего на нижний электронный уровень, из возбужденного состояния в основное.
Значит, следует предположить, что во время биохимических процессов, происходящих в организме, кванты света выделяются и поглощаются. И по тому, как это происходит, можно понять, правильно работает организм или в нем что-то «сломалось». Правда, доказать это удалось далеко не сразу. В 1960 году лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине Альберт Сент-Дьёрдьи заявил, что никому еще не удавалось экспериментально зафиксировать свечение тканей животных, а потому квант — это, скорее всего, выдумка физиков.
Однако в 30-е годы прошлого века советский конструктор Лев Кубецкий создал фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) — прибор для измерения слабых световых потоков. Развитие военной техники привело к тому, что в стране стали выпускать электронные умножители с очень высокой чувствительностью. Биологи сразу взяли их на свое вооружение. Первым живым существом, у которого зафиксировали свечение, стал кролик: ученые сделали разрез по нейтральной линии, где нет кровеносных сосудов, и измеряли прижизненное свечение его печени. Точно так же измеряли прижизненное свечение с поверхности головного мозга кроликов и мышей. Тарусов и его сотрудники доказали и то, что после смерти животного излучение меркнет.
Однако долгое время у ученых не было приборов, способных не просто фиксировать свечение, а измерять его мощность. Из-за этого эксперименты не впечатляли. В настоящее время интенсивность спонтанной биохемилюминесценции стали изучать на установках по измерению сверхслабого свечения. Их чувствительность очень высока, что дало возможность измерять самые различные биологические объекты. Сегодня уже известно, что свечение, например, жиров и липидов лежит в одной спектральной плоскости от 380 до 1200 нанометров — это в основном видимая и ближняя инфракрасная область спектра электромагнитных колебаний. Удалось измерить и энергию квантов такого излучения — она составляет 70—80 килокалорий на моль.
«Самым низким свечением обладают прижизненно обнаженные органы животных, — рассказывает Журавлев. — Интенсивность их излучения — приблизительно 10 квантов в секунду с квадратного сантиметра. Другое дело — кровь, сыворотка и плазма крови. Их свечение в 10 раз интенсивнее — приблизительно 100 квантов в секунду на квадратный сантиметр. И наконец, тканевые липиды, жиры, которые можно извлечь из тканей животных, рекордсмены по свечению: тысяча и более квантов в секунду. Как видим, свечение жиров в тысячу раз превышает спонтанное прижизненное свечение с поверхности тел. Это дает основание утверждать, что жиры и липиды являются нашим внутренним солнцем, источником энергии».
Чтобы проверить это утверждение, ученые провели эксперимент. Куски тканей измельчили и поместили в центрифугу, после чего измерили их свечение на различных уровнях. Верхний слой — самый легкий, именно там собрались все липиды. Оказалось, что там светимость на порядок выше, чем на том уровне, который оказался внизу. «Эксперимент приводит нас к мысли о том, что квантовые явления в организме определяются в первую очередь жирами, — говорит Журавлев. — Если раньше их значение принижалось, то в квантовой биологии они выходят на первый план наравне с белками и нуклеиновыми кислотами».
Однако было важно не просто измерить интенсивность свечения клеток конкретного типа, но и понять, при каких условиях свечение усиливается или снижается. Для этого было изучено свечение сыворотки крови при всех типах стресса: тепловом, когда кролика окунали в горячую воду, болевом — при уколах в живот, пищевом, когда животное перекармливалось, например холестерином, и так далее. Бедное животное реагировало на все издевательства примерно одинаково: нервничало, и при этом ученые наблюдали резкое увеличение свечения сыворотки крови. Знаменитый канадский биолог Ганс Селье утверждал, что стресс — это реакция организма на опасность, которая приводит к повышению мощности энергетического уровня организма, за счет чего он с углеводного обмена переходит на липидный: вместо 4 килокалорий на моль, необходимых для сжигания одного грамма углеводов, уничтожает 9 килокалорий, отводимых на уничтожение жиров. «Наши данные полностью подтверждают: усиление липидного обмена приводит к приумножению свободнорадикального окисления и усилению регистрируемого нами свечения, — рассказывает Александр Журавлев. — Таким образом, мы получили тест для объективного контроля тяжести стрессовой реакции». То есть изменение интенсивности свечения не что иное, как сигнал определенного заболевания.
С этой точки зрения очень интересным оказалось изучение ожирения. Чем выше его степень, тем интенсивнее светимость. При болезни поражаются мембраны клеток всех органов, которые становятся неустойчивыми. Эритроциты уже не удерживают гемоглобин, начинается постепенное отравление организма. Свечение — маяк тревоги, который информирует о степени поражения.
Выключить напряжение
Какой может быть практическая польза от изучения процесса свечения? Во-первых, отмечают исследователи, свечение, его интенсивность измеряются без внутреннего вмешательства в конкретный орган. А это значит, что клетки изучаемого организма не повреждаются, как при многих других методах диагностики, что дает реальную картину состояния органа. «Сегодня мы воздействуем на клетку разными способами, импульсами и так далее и делаем выводы о ее работе. Это то же самое, что воткнуть шпагу в живот и смотреть, как он функционирует, а потом лечить отклонения», — поясняет Журавлев.
Во-вторых, понимание механизма свечения направило ученых на путь поиска принципиально новых способов диагностики и защиты от самых разных патологий. Например, сегодня многих волнует проблема атеросклероза — недуга, поражающего людей все в более юном возрасте. При этом убийцей номер один называют холестерин. В Академии Скрябина был проведен такой эксперимент: в течение 50—60 дней животных насильственно пичкали большими дозами холестерина. На первом этапе, когда атеросклероза еще нет, светимость сыворотки крови резко увеличивается. Перекармливание действует как типичный стрессовый фактор, который приводит к усилению свободно-радикального окисления, к повышенному поражению мембран клеток и в первую очередь артерий, на поверхности которых появляются темные пятна. Следом начинаются клинические признаки атеросклероза — возникают бляшки. При этом свечение вроде бы должно зашкаливать. Но оно резко падает. Появление в крови и тканях собственно атеросклероза привело к торможению свободнорадикального окисления, к снижению стресса. Ученые делают вывод: оказывается, на первых фазах атеросклероза бляшки являются защитным средством, которое в буквальном смысле сигнализирует об опасности. Так организм пытается остановить процесс развития болезни в самом начале.
Любопытный результат был получен и при первых исследованиях злокачественных новообразований. На одном из недавних международных противораковых конгрессов коллектив профессора Журавлева доложил об открытии: спонтанное сверхслабое свечение в видимой области спектра раковых опухолей гораздо ниже, чем у окружающих тканей. Это значит, в них должна быть повышенная концентрация антиоксидантов. Известный биолог академик Николай Эмануэль в свое время выдвинул теорию о том, что злокачественная опухоль представляет собой развитие цепной реакции окисления. Журавлев же берется доказать, что на самом деле речь идет о подавлении, а не о росте окислительных процессов внутри пораженных тканей. Именно поэтому раковая опухоль светит слабо: там меньше радикалов, которые мешают клеткам делиться. Значит, лечение должно быть иным!
Доктор медицинских наук Михаил Виноградов уверен, что эти исследования весьма перспективны: «Волновые излучения пока еще трудно измеримы. Человеческий организм представляет собой сложную приемопередающую систему с мощным энергетическим обеспечением. Я полагаю, что за изучением этих явлений большое будущее, поэтому относиться к ним надо очень серьезно».
По словам Александра Журавлева, сегодня мы стоим на пороге перехода биологии на качественно новую ступень. Сейчас все увлечены нанотехнологиями — изучением микрочастиц размером 10 в минус 9 степени метров. То же, чем занимается коллектив Журавлева, — это фемтобиология, раздел биологии, который изучает квантовые явления, стоящие на еще более тонком уровне: 10 в минус 15 степени метров. «Мы переходим от количественного измерения к качественному спектральному изучению свечения, — говорит Журавлев. — Современные фотокатоды имеют квантовый выход по всему спектру в среднем 10—15 процентов. Теоретически возможно увеличить этот выход до 80—90 процентов, увеличив их чувствительность в 4—5 раз». Это сложная техническая задача. Когда она будет решена, станет реальным изучение всего спектра свечения, каждого его кванта. В результате ученые надеются получить неограниченные возможности биоанализа, чтобы в перспективе диагностировать и лечить недуги, которые сегодня считаются убийственными.
Журнал Итоги.ру
