№ 1 (2023)
Статьи
Авторам и читателям — вступительная статья главного редактора
Аннотация
Как известно, знание – сила. Умение объяснять и прогнозировать ход событий дает неоспоримые преимущества. Особенно ценно научное знание – упорядоченное знание объективных законов природы и общества. Поэтому роль науки в жизни общества постоянно повышается. Не случайно расходы ведущих мировых экономик на науку растут в среднем на процент в год на протяжении уже нескольких десятилетий. Естественный рост числа научных журналов, – а их в мире уже несколько десятков тысяч, – отражает рост интенсивности научных исследований. Вместе с тем, рост числа журналов неравномерен по странам и областям знания. В России в последнее время имеет место нехватка публикационных ресурсов для междисциплинарных знаний. Новое часто возникает на границе сложившихся областей знания. В частности, строгие физические методы в значительной мере проникли в передовые биологические и медицинские исследования, формируя все увеличивающийся поток ценного междисциплинарного знания. Оно не вполне укладывается в рамки специализированных академических изданий. Для его адекватной оценки и публикации нужен естественнонаучный журнал широкого профиля, который охватывал бы все аспекты проявления физических закономерностей в функционировании организмов. Кроме того, не секрет, что сложившийся в последние десятилетия…
Физика биологии и медицины. 2023;(1):1-3
1-3
Возможные причины нестабильности воспроизведения гелиобиологических результатов
Аннотация
Одной из основных причин, по которой существование эффекта влияния космической погоды на живые организмы на протяжении многих лет вызывало скептицизм среди представителей академической науки, является недостаточная, по критериям современной физики, стабильность воспроизведения гелиобиологического эффекта. Признаками нестабильности являются сильная вариабельность характеристик получаемых результатов: амплитуды, временного лага, и даже знака эффекта. В работе сформулирована и обоснована гипотеза, что эта нестабильность обусловлена в первую очередь методологическими причинами: существующие подходы, традиционные для физики и биологии XX века, плохо пригодны для исследования сложной многоуровневой системы солнечно-биосферных связей. На конкретных примерах показано, что новые методологические принципы, как уже частично вошедшие в некоторые гелиобиологические исследования в последние 10 лет, так и вновь сформулированные в данной работе, позволяют в значительной мере снизить процент необъяснимых невоспроизводимых результатов. Показано, что необходим учет таких специфических особенностей гелиобиологического эффекта, как индивидуальный характер реакции на космическую погоду, зависимость эффекта от фазы цикла солнечной и геомагнитной активности и от масштаба дискретизации экспериментальных данных, учет возможного вклада метеорологических факторов, а также существование разных типов ответа биологической системы на разных временных масштабах.
Физика биологии и медицины. 2023;(1):4-25
4-25
Влияние слабых переменных магнитных полей на нейтрофильные гранулоциты. Аналитический обзор
Аннотация
В статье рассмотрены основные за последние годы достижения в области исследования биологических эффектов слабых и сверхслабых низкочастотных переменных и комбинированных магнитных полей в отношении таких объектов как нейтрофильные гранулоциты (активируемые химическими стимуляторами или интактные) при воздействии на изолированные клетки, кровь и целые организмы. Методики включают в себя регистрацию изменения уровней концентраций АФК (наиболее заметный эффект воздействия слабого магнитного поля), индекса прайминга, гомеостаза кальция, пролиферативной активности, иммунного статуса, а также влияния на эти показатели различных химических агентов. Ведущими методами в этой области являются флуоресцентная спектрометрия и хемилюминесцентный анализ. Результаты экспериментов свидетельствуют о биологической эффективности данного физического фактора, конкретный эффект которого зависит от типа биосистемы, её функционального статуса, окружающей среды и параметров самих полей. Полученные данные могут иметь как прикладное значение (магнитотерапия, оптимизация иммунного ответа при различных заболеваниях, ускорение процессов регенерации и восстановления тканей, повышение сопротивляемости организма при инфекциях), так и академическое (выявление первичных акцепторов поля и магнитных мишеней, их локализации в клетке, взаимосвязи с сигнальными каскадами и построение моделей путей амплификации биологического сигнала, выявление биологически значимых частот и амплитуд полей).
Физика биологии и медицины. 2023;(1):26-43
26-43
О квантовой природе магнитных явлений в биологии
Аннотация
В обзоре обсуждаются микроскопические механизмы действия слабых магнитных полей на организмы. Магнитобиология различает магниторецепцию – действие магнитного поля на специализированные рецепторы – и неспецифический отклик, развивающийся в отсутствие таких рецепторов. Неспецифические эффекты слабых магнитных полей обладают общностью и универсальностью: они имеют место во всех организмах. Часто эти эффекты маскируются под результат действия неконтролируемых случайных факторов, проявляются в виде увеличенного разброса измерений и сопровождаются малой воспроизводимостью. Рассмотрены проблемы объяснения биологических эффектов слабых магнитных полей, сравнимых по величине с геомагнитным полем. Определены наиболее правдоподобные механизмы. Показано, что природа магнитного действия связана с квантовой динамикой магнитных моментов электронов, магнитных ядер и, возможно, вращений молекулярных групп. В числе наиболее обоснованных, прежде всего, спин-химический механизм. Его известная низкая чувствительность к слабым магнитным полям может быть усилена на два-три порядка включением спин-коррелированных радикальных пар в работу биополимерных ферментов, в частности, рибосомальных. Показано, что исследование действия значительно ослабленных магнитных полей, – в сравнении с геомагнитным, – на клеточные процессы имеет перспективы разнообразных практических применений. Перечислены механизмы, которые предлагались для объяснения неспецифических эффектов, но оказались несостоятельны.
Физика биологии и медицины. 2023;(1):44-73
44-73
Магнитный сенсор на основе ДНК
Аннотация
Нижеприведенная статья, предлагаемая читателю в переводе на русский язык, написана известным английским исследователем, проф. Питером Хором (P. Hore). П. Хор координирует исследования за рубежом в области спин-химических механизмов, лежащих, как полагают, в основе способности некоторых видов животных, в частности некоторых перелетных птиц и морских черепах, ориентироваться в магнитном поле Земли и использовать геомагнитный ландшафт в сезонных миграциях. П. Хор является членом Королевского общества, профессором химии в Оксфордском университете и научным сотрудником Колледжа Корпус-Кристи в Оксфорде. П. Хор является автором многих научных статей и учебников, в первую очередь в области ЯМР, ЭПР, спиновой химии и магнитной ориентации, и навигации животных. Оригинальная статья П. Хора на английском языке – это статья в открытом доступе, опубликованная в соответствии с лицензией Американского химического общества (АХО) «Авторский выбор», которая разрешает копирование и распространение статьи или любых ее адаптаций в некоммерческих целях. Предлагаемый перевод является неофициальной адаптацией статьи, опубликованной АХО. АХО не изучал содержание этой адаптации или контекст ее использования с целью одобрения. Перевод на русский язык выполнен В. Бинги в соответствии с условиями Лицензии и является максимально дословным.
Физика биологии и медицины. 2023;(1):74-78
74-78
Концепция моноблочного линейного ускорителя на бегущей волне с ограничением тока пространственным зарядом для применения в радиотерапии онкологических заболеваний
Аннотация
Согласно данным ВОЗ к 2035 году число онкологических заболеваний вырастет до 25 миллионов случаев в год. Радиотерапия является ключевым элементом в лечении 80 % заболеваний. Ее доступность и развитие являются основой дальнейшего улучшения результатов лечения. В настоящее время большой процент смертности онкологических пациентов связан с отсутствием или неисправностью радиотерапевтического оборудования, что объясняется его начальной ценой, ценой обслуживания и отсутствием технического персонала, способного обслуживать оборудование. Модульный подход к компонованию подобных систем является одним из решений. Объектом исследования, данной работы, является создание модуля на основе компактного, простого в обслуживании ускорителя. Создание подобного ускорителя является важным шагом для устранения экономических и технических причин малой доступности оборудования, а также актуальной научно-прикладной задачей. В статье представлены результаты теоретических исследований, проведенных на основе аналитических формул и численного моделирования, с использованием коммерческого программного продукта CST MW Studio. В статье исследован и представлен концептуальный дизайн ускоряющей секции компактного моноблочного ускорителя, работающего на бегущей волне (12 ГГц) в режиме ограничения тока пространственным зарядом пучка. Проведено исследование ускорительной секции моноблочного ускорителя, состоящей из квазипериодической последовательности ячеек, в которых реализуется постоянное ускоряющее напряжение до 40 МВ/м. Подобная конфигурация структуры позволяет получить энергию пучка до 10 МэВ при длине структуры менее 30 см. В предложенной структуре реализуется эффективный захват (более 80 %) электронов, модуляция инжектируемого пучка постоянного тока и его ускорение. Показано, что основные потери пучка наблюдаются на начальном этапе ускорения. Рассмотрены возможности оптимизации электромагнитной системы проводки пучка.
Физика биологии и медицины. 2023;(1):79-98
79-98