ИЦТЭФ

Биофизика, медицинская интроскопия и лазеры. Что это такое? Для обывателя слова непонятные. Разобраться мы попробовали с Татьяной Витальевной Андруховой, к. ф-м. н., доцентом кафедры общей экспериментальной физики.

Биофизика – это про что

Понимаете, все, что вокруг нас, и в частности наш организм, существует и функционирует согласно законам физики. Физика – это наука о природе в самом общем смысле. Предметом изучения является материя, формы ее движения, а также фундаментальные взаимодействия, управляющие движением материи. Например, обменные процессы, связанные со структурой и свойствами биологических мембран. Мембрана – избирательный барьер для различных веществ, находящихся внутри и снаружи клетки. Существует несколько специфических механизмов транспорта в мембранах. Все виды транспорта основаны на принципе диффузии. Можно говорить о дрейфе частиц из областей с большей плотностью в область с меньшей плотностью. В данном случае мы говорим о градиенте концентрации. И этот процесс достаточно разнообразный и сложный. Кроме того, можно говорить еще и об электродиффузии – диффузии электрически заряженных частиц (ионов) под влиянием концентрационных и электрических градиентов. Движущей силой диффузии является не только разность концентраций ионов внутри и вне клетки, но и разность электрических потенциалов (как в обычной розетке), создаваемых этими ионами по обе стороны мембраны. В биофизике говорят о градиенте электрохимического потенциала.

Сложными и интересными являются процессы, связанные с работой головного мозга. Нейрон – это основной функциональный элемент нервной системы. Он состоит из тела нервной клетки и ее отростков. Аксон предназначен для передачи нервного импульса на «далекие» расстояния, а через дендрит осуществляется взаимосвязь с множеством соседних клеток. Нейроны имеют специальные утолщения – синапсы (химические и электрические). Электрические синапсы передают нервные импульсы непосредственно через место контакта, а химические – посредством специального вещества медиатора.

Сейчас Курчатовский институт развивает природоподобные и НБИКС-технологии – это совмещение в одной цепочке нано- и биоинженерных технологий, информационных и компьютерных технологий, а также когнитивных ресурсов, нацеленных на искусственный интеллект. Опять же, все развитие научной мысли происходит на стыке наук. Это и синтетическая биология – конструирование и реконструирование биологических систем, и нанотехнологии, меняющие принцип создания новых материалов из свойств и технологий на атомарном уровне, и многое-многое другое. На нашей кафедре мы занимаемся изучением воздействия лазерного излучения на биожидкости. Это кровь, слезная жидкость, слюнная жидкость и другие. В биожидкостях содержится вода и целевые элементы, концентрация которых может меняться в зависимости от состояния человека. У здорового человека качественный и количественный состав один, но как только человек заболевает, количественный и качественный состав меняется. Это приводит к тому, что когда жидкость испаряется и происходит процесс кристаллизации, результат получается различный. И именно это может помочь диагностировать заболевание.

Будущее за лазерами

– Мы используем много лазерного оборудования, но каким образом оно влияет на здоровье человека? Через какое время нивелируется это влияние? Например, всю кровь в человеческом организме при непосредственном воздействии лазерного излучения можно «облучить» примерно за 45 минут.

В 2005 году в «Медтехнике» была выставка, связанная с лазерными технологиями. Было представлено оборудование для организации воздействия лазерного излучения на человеческий организм. Ученые привезли разработку – инфракрасный лазер, работающий в инфракрасном диапазоне, безопасном для клеток.

Ученые нашей кафедры решили выяснить, а как же воздействует лазер на кровь и другие биообъекты, каков результат этого воздействия и какова длительность этот результата. И мы начали проводить исследования в области воздействия лазерного облучения на биоткани (это кровь, кожные покровы, ткани желудка, слезная жидкость, желудочные конкреции – камни, желчь), что и продолжаем сейчас.

Также на кафедре проводились и проводятся исследования наличия электромагнитного смога. Вот передо мной включен компьютер – раз есть движение заряженных частиц, значит, есть и электромагнитное поле. Проводка в комнате – значит, есть и электромагнитное поле. И каков уровень этого поля и как оно воздействует на живые организмы, вызывает интерес как физиков, так и биофизиков.

Статья подготовлена редакцией газеты «За науку»