автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление технологическими биосредами с помощью электромагнитных полей

На правах рукописи

МАГАМЕДОВ ШАХИСМАИЛ КАХИРОВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ БИОСРЕДАМИ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

05.13.01- Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Тула-2003

Работа выполнена в лаборатории биокибернетики и биофизики сложных систем при Сургутском государственном университете

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор ЕСЬКОВ Валерий Матвеевич

кандидат биологических наук, доцент ПАПШЕВ Валерий Александрович Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор ЯШИН Алексей Афанасьевич

Заслуженный деятель науки РФ доктор биологических наук, профессор ^ ПОПЧЕНКО Виктор Иванович

Ведущая организация: Самарский государственный педагогический университет. I

Защита состоится «23»О^ТЯ&Р/ 2003г. в (У часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.06 при Тульском государственном университете по адресу:300026, г. Тула, ул. Болдина, 128.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

Автореферат разослан « /6 » с-енТЯ В 9 9 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук профессор

8Ы В>А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Исследование возможности управляющих воздействий с помощью электромагнитных волн (ЭМВ) на системном уровне (отдельные модельные популяции дрожжевых клеток или системы популяций, составляющих активный ил аэротенков) в настоящее время представляют большой практический и теоретический интерес. Следует отметить что проблема управления с помощью ЭМВ на популяционном уровне, в целом, еще мало изучена и является активно разрабатываемой областью исследований биологической науки. Она представляет разделы биокибернетики, которые связаны с системным анализом и управлением в биосистемах. Одним из механизмов такого подхода является метод математического моделирования процессов управления, который также является объектом выполненных автором исследований на популяционном уровне.

В целом, в настоящее время возникла необходимость дальнейшего развития биокибернетического подхода в изучении изменений динамики популяций организмов в условиях управляющих воздействий ЭМВ низкочастотного, ультрафиолетового и высокочастотного (у- лучи) диапазона. Эти исследования часто основываются на использовании классического кибернетического подхода (система «черный ящик»), когда на исследуемую биосистему подается некоторое внешнее возмущающее воздействие (ЭМВ) и наблюдается выход системы. В качестве последнего в наших исследованиях выступало: или преобразованное биообъектом электромагнитное излучение видимого диапазона (биохемилюминесценция), или количественные показатели изменения численности популяции клеток, или количественный результат жизнедеятельности технологической экосистемы, который проявляется в активности окислительных процессов организмов - интенсивности химического потребления кислорода (ХПК). Изучая соотношение между входом и выходом исследуемых биосистем, мы можем судить о характере управляющих воздействий со стороны ЭМВ или строить математические модели динамики изменения популяции в условиях управляющих воздействий со стороны ЭМВ.

Учитывая все сказанное следует отметить, что исследование динамики развития популяции при воздействии на неё ЭМВ различного диапазона с целью управления этим процессом является весьма актуальной проблемой, решение которой служит делу дальнейшего изучения механизмов управляющих воздействий ЭМВ на популяции живых организмов, внедрению биокибернетических методов исследований динамики развития популяций в условиях воздействия внешних факторов.

Целью выполненных исследований является системный анализ и изучение возможностей создания управляющих воздействий на технологические биологические среды с использованием электромагнитных полей (ЭМП) низкочастотного и высокочастотного диапазонов.

Для достижения этой цели решались задачи: _ ____

и(альнмх виюревввс- \я

БИБЛИОТЕКА С Петербург ¡КХ^ИК

1. Практической разработки и создания генераторов спе1

3

«бегущих» ЭМП и одновременно ставилась задача исследования влияния таких полей на процессы свободнорадикального окисления (СРО) популяции дрожжевых клеток.

2. Исследования управляющих воздействий ультрафиолетовых (УФ) лучей на популяции дрожжевых клеток и разработки математических моделей кинетики процессов развития популяции и программного продукта для идентификации таких моделей.

3. Экспериментального и теоретического исследования управляющих воздействий с помощью жесткого у-излучения на технологические биосреды для активизации процессов популяционного роста и развития микроорганизмов.

Научная новизна работы. Работа включает два уровня исследований -методический и экспериментально- теоретический. В методическом плане разработан новый тип электромагнитных вихревых возбудителей для воздействия на биообъекты, разработаны методики создания управляющих воздействий на популяции микроорганизмов. В экспериментально-теоретическом плане изучены новые эффекты управляющих воздействий ЭМП разных частот на микроорганизмы и создан программный продукт для построения математических моделей кинетики этих процессов в реальном времени, с помощью которых производилось исследование динамики развития популяции с лимитированием и «памятью». Разработанные модели могут являться биологическими и математическими моделями действия электромагнитных волн на опухолевые клетки, которые получают лимитирование за счет физических факторов (облучение). Это может найти применение в теоретической медицине.

Научно-практическая значимость работы. Проведенные исследования как на модельных биологических объектах (популяции дрожжевых клеток), так и на биокомплексах организмов (активный ил) позволяют количественно оценить степень управляющих воздействий на развитие этих биообъектов в условиях воздействия ЭМП разных частот. Это, несомненно, найдет свое практическое применение как в системной экологии, так и в некоторых областях биофизики. Необходимо подчеркнуть, что в настоящей работе исследовались и эффекты низкочастотных вихревых электромагнитных полей на процессы СРО, которые сами по себе являются малоизученным физическим фактором воздействия. По экспериментальным данным были разработаны математические модели, обладающие прогностическими свойствами. Разработанные математические модели и программный продукт используются при проведении лабораторных исследований в институте физиологии человека и животных им. И. П. Павлова РАН (г. Санкт-Петербург), Самарском государственном университете. Результаты авторских работ представлены в учебных спецкурсах по биофизике и системной экологии, которые читались в СамГПУ (г. Самара) и СурГУ (г. Сургут).

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований внедрены в Самарский государственный университет, г. Самара и

Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на кафедральных и факультетских семинарах Харьковского государственного университета. Сургутского государственного университета, в ряде лабораторий и НИИ России, международных научно- технических семинарах и конференциях: на международной научной конференции «Украина: человек, общество, природа» (Киев, 1995 г.), на XI научно-технической конференции «Датчик-99» (Гурзуф, 1999 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут. 2000 г.), на окружной конференции молодых ученых «Наука и образование XXI века» (Сургут, 2001 г.), на международной научной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере» (Сургут, 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 4 - в реферируемых ВАК журналах. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на II! страницах машинописного текста и состоит из «Введения»; главы «Управление технологическими средами с помощью физических факторов воздействия. Современное состояние проблемы.», представляющей обзор литературных данных по рассматриваемой проблеме; главы «Объекты и методы исследований», представляющей объект исследования, общие традиционные и оригинальные методы, применяемые в настоящей работе; главы «Результаты экспериментальных биологических исследований и их обсуждение», посвященной исследованию действия электромагнитных полей различных частот на биообъекты с анализом результатов; «Выводов». Библиографический указатель содержит 120 наименований работ, из которых 101 на русском языке и 19 иностранных. Текст диссертации иллюстрирован 6 таблицами и 22 рисунками.

Положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальное доказательство (с использованием электромагнитных вихревых возбудителей специальной конструкции) возможностей создания управляющих воздействий вихревых «бегущих» ЭМП на популяции дрожжевых клеток.

2. Теоретическое обоснование, разработка программных продуктов, математических моделей и экспериментальное доказательство возможностей использования выполненного программного комплекса для повышения качества диагностики при изучении динамики развития популяции в условиях воздействия УФ электромагнитных волн в присутствии антиоксидантов и без таковых. Как следствие этому, выбор оптимальных доз антиоксиданта, дающих положительный управляющий эффект.

3. Экспериментальное и теоретическое обоснование дозы управляющих воздействий на популяцию микроорганизмов, составляющих биотехнологическую среду аэротенков, с помощью жестких электромагнитных волн.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследования в настоящей работе явилась культура дрожжевых клеток БассЬаготусез сегеу1з1ае, их ферментативные системы и динамика протекания процессов свободнорадикального окисления (СРО). Наряду с культурой БассИаготусез сеге\'Ыае в исследованиях использовался также активный ил, состоящий из биокомплекса одноклеточных и многоклеточных организмов, взаимодействующих в условиях действия биотических и абиотических факторов среды.

В настоящей работе использовались следующие методы: метод системного анализа динамики отдельных популяций и взаимодействующих видов, метод искусственного создания абиотических (физических) факторов на популяции, методы теории управления, в частности, метод наименьших квадратов, обеспечивающий аппроксимацию экспериментальных кривых.

Во многих экспериментах настоящего исследования применялся биокибернетический метод, который основан на принципе «черный ящик». В качестве ответной реакции на действие специфических и традиционных факторов воздействия мы использовали регистрацию биохемилюминесценции дрожжевых клеток. Для этих целей использовался биохемилюминометр БХЛ -06М с соответствующим программным обеспечением. Прибор позволял измерять светосумму Б в норме и при воздействии абиотическим фактором, а также максимальную интенсивность 1„,ах биохемилюминесценции Кроме того использовались источники УФ излучения (на дрожжевые клетки) и источники у-излучения для воздействия на популяционные сообщества по стандартным методикам. С использованием камеры Горяева и методики регистрации химического потребления кислорода, регистрировались ответные реакции популяции дрожжей и популяций аэротенков. Наряду с экспериментальными методами исследования в настоящей работе активно применялись и теоретические методы, позволяющие создавать математические модели наблюдаемых процессов с их идентификацией.

Вместе с использованием стандартных методов управляющих воздействий физическими факторами на биообъекты была разработана и реализована авторская методика воздействия вихревыми бегущими электромагнитными полями на исследуемую культуру клеток.

Обработка полученных экспериментальных данных проводилась методами математической статистики.

В целом применяемые в настоящей работе методы биологического и математического моделирования процессов управляющего действия факторов на биообъекты позволяют не только качественно, но и количественно оценить характер исследуемого воздействия.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дается общая постановка проблемы управления и системного анализа эффектов электромагнитных воздействий на

6

популяции микроорганизмов. Рассматриваются общие задачи биокибернетического подхода в вопросах исследования динамики популяционных процессов в условиях управляющих воздействий с помощью ЭМП разных частот, формулируются цели и задачи настоящего исследования.

Исследование эффектов действия электромагнитных полей на биологические объекты занимает довольно большое место в ряду многих других физических факторов воздействия (температурные, барические и др.). Во многих случаях исследование механизмов действия физических факторов на биологические объекты сводится к изучению реакций как отдельных организмов, так и их сообществ на эти факторы. При этом физические факторы играют роль некоторых раздражителей или возмущающих воздействий, которые изменяют обычный, нормальный ход биологических процессов и именно по этим изменениям ученые делают заключение о возможных механизмах действия этих факторов. В исследованиях действия ЭМП на биообъекты основная доля экспериментов была посвящена именно такому подходу. Исключение, пожалуй, составляет жесткое электромагнитное излучение, энергетическое воздействие которого столь велико, что оно само вызывает непосредственные и весьма значительные (очень часто необратимые) процессы в биологических средах. Вместе с тем подходов, в которых ЭМП использовались бы как управляющие воздействия, существует не так уж и много.

Действительно, исследование биологических эффектов от физических воздействий и изучение механизмов протекания таких процессов - задача теоретически и практически важная. Но не менее важная задача заключается в изучении возможности управляющих воздействий ЭМП на различные биологические процессы. В задачу исследований настоящей работы входит именно эта сторона проблемы действия ЭМП на биологические среды. При этом автор осознаёт, что изучение и использование управляющих воздействий невозможно без понимания механизмов получаемых эффектов и их количественной оценки, ибо любой кибернетический подход должен базироваться на точных измерениях и, если это возможно, построении математических моделей наблюдаемых процессов. Именно последней проблеме уделяется особое внимание, при этом делается попытка формализовать процедуру количественного описания и процедуру идентификации самих моделей наблюдаемых процессов в рамках системного анализа.

Авторская методика воздействия на биообъекты основывалась на разработанных новых источниках бегущих вихревых электромагнитных полей.

Изучение эффектов действия постоянных и переменных ЭМП является приоритетной областью исследований такого раздела биологии, как магнитобиология. Особое внимание при этом уделяется действию постоянных и низкочастотных переменных полей на организм человека с целью получения положительного терапевтического эффекта. Надо отметить, что

магнитотерапия находит все более широкое применение в целях ускоренной репарации тканей, в хирургических и других целях. Однако существует и другая проблема, связанная с эффектами управляющего воздействия переменных низкочастотных ЭМП на живые организмы - расчет параметров технических устройств, генерирующих довольно мощные (до 1 Тл) магнитные поля, которые воздействуют на исследуемые объекты.

Особый интерес, который мы проявляем в наших исследованиях, связан именно с генерацией «бегущих» вихревых ЭМП. Эти поля в настоящее время создаются специальными генераторами (линейными индукционными вращателями - 1ЙТВ), которые в зазоре между индукторами создают значения магнитной индукции В до 1 Тл, а механизм медико-биологического действия таких полей сейчас крайне слабо исследован.

В таких низкочастотных устройствах используются генераторы последовательных импульсов, которые питают обмотки специальных индукторов, создающих магнитные поля сложной конфигурации.

Рис. 1. Схема генератора «бегущих» магнитных полей.

На рисунке 1 представлена схема одного из генераторов «бегущих» магнитных полей. Он содержит линейный магнитный индуктор 1 с отдельными, намотанными на каждый зуб, обмотками 2. Указанные обмотки последовательно подсоединяются к специальному генератору 3 многофазного импульсного тока с задатчиком 4 числа фаз через инверторы 5 на выходы каждой обмотки 2. В такой системе питание на п обмоток подается последовательно, например, слева направо так, что в конце первого периода, когда подключена последняя обмотка, импульс текущего периода (последний) включает инвертор 5 на следующий период. После этого токи в обмотках пойдут в обратных направлениях, но строго в той же последовательности. В наших исследованиях мы использовали два индуктора, расположенные параллельно друг к другу и встречные «бегущие» ЭМП создавали вихревые

зоны в зазоре между индукторами.

Таким образом, были разработаны и внедрены в практику биологических исследований новые методы управляющих воздействий на биообъекты при помощи ЛИВ оригинальной конструкции. Данные о конструкции ЛИВ, поля которых используются в биологических исследованиях, приводятся в диссертации.

Экспериментальные результаты по влиянию вихревых ЭМП на популяцию дрожжевых клеток получились в условиях регистрации ответных реакций дрожжевых клеток в виде хемилюминесценции (ХЛ).

Контроль 1 май. воздействия 1.5 мнн. воздействия 5 май. воздействия

5=1,89, и,= 0,37 5=3,03; I т«= 0,9 5=3,75; и^М 8=5,95; 1м,= 0,9

5=2,2; I тх= 0,3 5=3,04; 1ш,х=0,8 в=4; и»=1 8=5,58; и=0,9

5=2,02; I 0,3 5=2,69, I т«= 0,9 5=4,02; и*=0,5 5=3,4; 0,6

5=2,33, I пв«= 0,7 в= 3,28; I ™„= 0,9 5=3,68; 11ш«= 0,8 8=3,34; илО.5

5=2,6; I ™,= 0,8 5=3,15; I м«= 0,8 8=3,45; I гах= 0,8 5=3,31; 1пм= 0,4

5=2,35, и,=0,7 8=2,41, I „»,= 0,7 5=3,63, 1тх=1,3 5=3,42, и» 0,3

5=2,39, 1™,= 0,35 5=2,94; I |шх= 0,9 8=3,84; I ппх= 0,9 5=4,53; и-0,7

5=2,40; I ,мх= 0,5 5=2,8, и«=0,9 8=2,8; и,= 0,7 8=5; и,=0,64

5=2,37; 1,ш«=0,45 5=2,65; I ти= 0,9 8=3,48; и,= 0,9 8=5,83; 1П1Х=5Д6

5=2,29, 1щх= 0,47 8=2,52; и,= 0,3 5=2,61; и»=0,3 8=5,26; 1тк=0,76

доверительный интервал, р= 0.95 8=2,27 ±0,2 I п»х= 0,5 ±0,2 доверительный интервал,р= 0.95 в=2,85 ±0,26 !„,«= 0,8 ±0,17 Доверительный интервал,р= 0.95 в= 3,49 ±0,45 I „,= 0,8 ±0,2 доверительный интервал р= 0.95 в= 4,56 ±1 1™«= 0,66 ±0,2

Таблица 1. Результаты воздействия вихревых ЭМП на параметры ХЛ, характеризующие динамику процесса СРО в клетках дрожжей.

В серии экспериментов было установлено, что вихревое электромагнитное поле активно воздействует на антиоксидантную систему клеток, а именно, увеличение времени экспозиции приводит к значительному увеличению светосуммы 8. В нашем случае увеличение времени воздействия полем на дрожжевую взвесь до 5 минут сопровождается увеличением светосуммы на 100% по отношению к контролю. Это нами объясняется тем, что данное воздействие дезактивирует работу антиоксвдантной системы клеток (см. таблицу 1).

Подобное токсическое воздействие на организм отмечалось в литературе

при воздействии нитратами, радионуклидами, повышенным радиационным фоном, повышенными дозами ультрафиолетового облучения, что влияло на баланс в организме реакций свободнорадикального окисления и статуса антиоксидантной системы. Необходимо также отметить, что при устойчивом возрастании в в зависимости от времени экспозиции неоднозначно ведёт себя максимальная интенсивность 1тах ( при 1 и 1.5 минутах воздействия вихревым полем - рост, до 0.8 тУ, а при 5 минутах действия - снижение до 0,66 тУ) относительно контроля. Это можно трактовать как выход при 5 минутах воздействия значений интенсивности СРО на стабильный уровень, при котором механизмы защиты клетки от образования свободных радикалов уже не срабатывают или малоэффективны. Это приводит к ингибированию процессов жизнедеятельности в клетках.

Таким образом, в результате выполненных исследований было показано, что вихревое электромагнитное воздействие является сильным ингибитором процессов жизнедеятельности в клетках. Получена количественная оценка состояния антиоксидантной системы в зависимости от времени экспозиции воздействия. *

В аспекте системного анализа и создания управляющих воздействий исследовалась динамика популяционных процессов в условиях действия высокочастотных электромагнитных полей (УФ-диапазон). Использование системы «черный ящик» предусматривает адекватное соотношение между входными и выходными величинами. Поэтому задание на входе одних электромагнитных (ЭМ) воздействий и регистрация на выходе некоторых других электромагнитных излучений может иметь в своей основе общую физическую базу преобразования энергии, хотя механизмы поглощения и излучения, безусловно, могут быть различны. В этих исследованиях мы повторно использовали метод регистрации биохемилюминесценции (БХЛ), что являлось ответной реакцией на ЭМ воздействие ультрафиолетовых и видимых лучей. В этом случае поглощаемые ЭМ волны могут уже быть соизмеримы с частотой излучаемых биообъектом ЭМ волн. Однако, как и в предыдущем случае, воздействие этими ЭМП может оказывать определённое управляющее (лимитирующее) действие на биообъект. Возможность определённого управления со стороны внешних ЭМП на модельную популяцию дрожжевых клеток - это предмет исследований в настоящей работе. При этом мы ставим задачу не только получить управляющее воздействие, но и разработать методы моделирования процессов роста и развития популяций в условиях действия внешних ЭМП, как фактора внешнего лимитирования обыкновенных популяций и популяций с «памятью», когда предыдущее поколение (отмершие клетки) влияют на динамику развития популяции.

В настоящей работе с использованием методов индикации биохемилюминесценции стандартных клеточных взвесей изучалась также динамика свободнорадикальных процессов с участием перекисных соединений в условиях присутствия биологических антиоксидантов и без таковых. Исследовалось влияние витаминов В12 (цианокоболамина) и Е (а-токоферола)

на изучаемые биолюминесцентные процессы в условиях действия УФ-излучения, как природного фактора, который может оказывать управляющее воздействие на протекание свободнорадикальных процессов в клетках. На рис. 2 показан характерный пример воздействия различных доз 15% раствора витамина В|2 на интенсивность хемилюминесценции в популяции дрожжей (5.2 мл суспензии дрожжевых клеток).

Рис. 2. Интенсивность хемилюминесценции, наблюдаемая в популяциях дрожжей при различных добавках витамина (15% раствор). Здесь цифры соответствуют следующим объемам добавок: 1 - 0 мл.; 2 - 0.2 мл.; 3 - 0.4 мл.; 4 - 0.6 мл.; 5 - 0.8 мл.; 6 -1 мл.

Выполненные экспериментальные исследования дали следующие результаты: витамины В|? и Е активно участвуют в ходе регуляции свободнорадикальных процессов, что подтверждается изменением антиоксидантной способности системы под их действием. При интенсивном УФ излучении (длительность 60 минут) В12 снижает пики ХЛ, что свидетельствует о том, что в системе менее интенсивно идёт процесс СРО, значит, либо сам витамин В12 блокирует образование свободных радикалов, либо он запускает механизмы, делающие это. Было также обнаружено, что витамин Е проявляет прооксидантные свойства при добавлении 1 мл 15% раствора витамина на 5.2 мл суспензии дрожжевых клеток (Ю3 кл/мл). Характерный пример влияния различных доз витамина Е на

0.4 •

2.1 4.3 8.6 11 13 15 17.2 19.3 21.3 Время, сек.

антиоксидантную систему при воздействии на популяцию дрожжей УФ облучением разной экспозиции показан на рис. 3 и 4.

Количество витамин», мл.

Рис. 3. Аитиоксидантная способность системы в клетках при УФ облучении 5 минут с добавлением различных доз 15% раствора витамина Е.

Рис. 4. Аитиоксидантная способность системы в клетках при УФ облучении 60 минут с добавлением различных доз 15% раствора витамина Е.

При действии ЭМП на популяции организмов в качестве выходной измеряемой величины могут браться не только количественные результаты хемилюминесцентного излучения, но и некоторые другие (условно назовем их косвенными ответами) параметры количественной характеристики популяции, которые представляют некоторые интегральные величины

текущего состояния и развития исследуемой популяции Наиболее удобным и важным таким интегральным показателем является численность клеток, входящих в данную популяцию. Действительно, динамика численности популяции всегда реально отображает влияние благоприятных или неблагоприятных внешних (например, физических) факторов, действующих на популяции.

В реальных условиях изменение численности контролируется различными внешними факторами лимитирования, которые удерживают величину популяции в некоторых пределах. В организме человека такие процессы лимитирования популяций клеток происходят постоянно, например, в микрофлоре желудка и кишечника, а также, например, при регуляции численности мутантных клеток. В последнем случае стационарный режим численности мутантных клеток (оценивается нулевой скоростью прироста численности с1х№=0) поддерживается как за счет внутренних регуляторных механизмов (система специфического иммунитета обеспечивает постоянный отрицательный отток (гибель), например, мутантных клеток), так и за счет внешних факторов среды (они могут увеличивать число мутантных клеток, т.е. сЪс/Л>0, или уменьшать их, т.е. сЬс/Ж<0).

Теоретическое рассмотрение таких процессов сводится к исследованию моделей их динамик с помощью дифференциального уравнения вида:

сЬс/Л=у(х) х =[а - <р(х)] х, (1)

где функция ср(х) представляет лимитирующий фактор.

Однако в реальной ситуации внешние физические воздействия могут быть не только управляющими (в виде отрицательных обратных связей в уравнении), но и играть роль летального компонента. В этом случае в этих уравнениях появляются свободные члены, которые, фактически, представляют некоторую отрицательную миграцию (отток) экземпляров со скоростью т. Величина т в общем случае может быть функцией времени, когда, например, человек принимает лекарства (при онкологических заболеваниях назначают химиотерапию) и т с течением времени убывает (распад активных химических препаратов в организме). Поэтому в общем случае уравнение (1) принимает вид для нашей модели:

с(х/&=(а-Рх)х-т(1). (2)

Именно это уравнение использовалось нами для идентификации моделей динамики развития популяции БассЬаготусез сегеу1з!ае в условиях действия управляющих внешних воздействий (электромагнитных излучений). Для иллюстрации мы представляем модельный график изменения при т=0, который теоретически может описывать получаемые нами экспериментальные кривые (см. рис.6). На рисунке 5 представлена теоретическая зависимость х=х(0 для случая т=0, т.е. в отсутствие действия

13

электромагнитного излучения на популяцию дрожжевых клеток.

Рис. 5. Теоретическая кривая динамики развития популяции соответствующая модели (2) при т- 0; х0= 20; а= 0,8; /?= 0,005.

Рис. 6. Динамика изменения численности популяции дрожжей при развитии в прозрачной среде (глюкоза) без УФ облучения и с облучением разной экспозицией. |

Здесь цифрами обозначены: 1 - контроль; 2-5 мин. облучения; 3-30 мин. облучения; 4-60 мин. облучения.

Метод идентификации включал в себя автоматический расчет параметров модели, когда путем их изменения ЭВМ добивалась наименьшего значения " 2

величины 1=^(х,-х(11)) . Здесь х, - экспериментальное значение

ы

численности (или объёма) популяций на i -ом шаге измерения a \(IJ -теоретическое значение, которое получалось из интегрирования мсю юм Рунге-Кутта уравнения (2). Изменение параметров модели проичволилоа. ло получения наименьшего значения Z с учетом погрешностей и статистического разброса в измеряемых величинах.

Нами были проведены серии экспериментов и набран статистический материал, из которых можно предположить, что УФ-облучение является существенным внешним ингибирующим фактором развития популяции Saccharomyces cerevisiae. Результаты изучения динамики деления клеток показывают, что процесс насыщения имеет ярко выраженный характер (рис. 6) В этом случае наблюдается под действием УФ облучения изменение скорости прироста численности клеток на начальном этапе и уменьшение максимальной численности дрожжевых клеток на конечном промежутке времени. Был выполнен анализ этой первой серии экспериментов с использованием математического моделирования динамики развития популяций с лимитированием . следующего вида:

dx

—— = (А - fix ) • -т. at

где А- коэффициент скорости роста популяции, В- учитывает лимитирующий фактор.

В резулыагс были получены следующие количественные данные Во-первых, точка перегиба у контрольной модели и экспериментальных кривых (в условиях воздействия УФ облучения) приблизительно совпадает, чго снидеюльствует о возможности применения модели (2) для описания тгих процессов. Во-вторых, значения максимальных численностей (Л^ для различных т) не совпадает, что может говорить об изменении величин А и В под действием УФ облучения, хотя данные о точках перегиба говорят о приблизительно равных значениях их отношений (a,/2fii~ aV2fi:~ a/2fi3,).

Так как в фазе насыщения dx/dt =0, то очевидно, что при действии УФ облучения синхронно изменяется в сторону уменьшения А и В (х„ых =А/В, если это контроль). Поскольку у всех популяций насыщение наступает в одно и то же время, а начальная скорость прироста численности под действием УФ облучения снижается, то логично предположить, что УФ облучение в первую очередь влияет на коэффициент А. Конкретно, под действием УФ облучения величина А может уменьшаться, одновременно появляется фактор, описываемый скоростью т.

Безусловно, что чисто качественный анализ приведенных кривых не даёт точных количественных результатов, поэтому с помощью разработанной программы была проведена идентификация экспериментальных кривых. Для контроля (т=0) были получены следующие значения А и В при максимальной численности хтш= 90 условных единиц и точки перегиба графика функции х„= А/2В = 45 имеем : Л= 0,027, В= 0,0003 .

Поскольку мы считаем (из данных экспериментов), что точки перегиба

15

графиков всех функций x=x(t) (и для контроля и для 3-х значений экспозиции) приблизительно одинаковы, то соотношение А/2В мало изменяется, а величина т определялась автоматически с помощью ЭВМ (в самом алгоритме заложен автоматический расчет В и т из соответствующих уравнений). Таким образом ЭВМ производила аппроксимацию теоретических данных к экспериментальным методом наименьших квадратов только по одному параметру А. ■

В результате расчетов на ЭВМ для всех 3-х (для разных экспозиций действия УФ облучения) были получены численные значения обобщенного (интегрального) параметра т: т,= 0,44 (экспозиция 5 минут), т2~ 0,84 (экспозиция 30 минут), fttj~ 0,91 (экспозиция 60 минут). Величины А и В при этом также изменялись в сравнении с контролем. Минимальные значения квадратов отклонений экспериментальных данных от теоретических для всех четырех серий экспериментов составили соответственно: контроль - Zff= 21,491; первый опыт (5 минут облучения) - Z;= 22,352; второй опыт - Z2= 12,790; третий опыт - Z}= 8,417 .

Таким образом, в Дамках разработанного подхода можно вводить некоторый интегральный показатель т, который дает количественную оценку степени влияния электромагнитного излучения на популяцию микроорганизмов в условиях эксперимента. Именно такой подход может служить моделью действия жесткого электромагнитного излучения на мутантные клетки в организме человека.

Дальнейшее развитие методов системного анализа позволило получить новые экспериментальные и теоретические данные по управляющим воздействиям с помощью у-облучения на биологические среды. В настоящее время существует большое разнообразие в способах и устройствах для управления качеством и скоростью процесса биологической очистки сточных вод (СВ) на различных очистных сооружениях. Условно их можно разделить на химические, физические, биологические, физико-химические способы. Известно, что активный ил представляет собой сложную систему микроорганизмов, водорослей, простейших грибов, червей, клещей, биологически активных веществ, комплексов металлов и других органических и неорганических веществ, которые находятся в сложном взаимодействии друг с другом и обладают различной биологической активностью. Активизация активного ила в аэротенках с помощью антибиотиков чревата чрезвычайными медицинскими и биологическими последствиями, хотя это является одним из наиболее перспективных и удобных способов управления биологической очисткой бытовых и промышленных стоков.

Автору представляется наиболее эффективным в этой связи способ, основанный на физических методах воздействий при очистке сточных вод и, в частности, путем воздействия электромагнитными волнами (у-облучение) технических биосред. В этой связи нами рассматривался вопрос об эффективности управления со стороны жесткого электромагнитного излучения процессами, происходящими в аэротенках. При этом проводилось сравнение с

известным способом биологической очистки сточных вол 01 ортнических соединений с помощью предварительной обработки химическим мутагеном, в качестве которого используется стрептомицин в соотношении 1/8000-1/11000 или перекись водорода в соотношении 1/5000 - 1/7000

Из анализа, выполненного автором, следует, что такие биологические способы очистки СВ либо слишком дорогостоящие (применение в качестве мутагена - стрептомицина), либо степень очистки недостаточно высока (применение перекиси водорода).

Исходя из этого исследовалось воздействие ионизирующего /-излучения на активный ил с целью увеличения степени очистки сточных вод и упрощение технологии очищения. Образцы облучались на у-установке "Исследователь" (в качестве источника излучения использовался Со60). Механизм действия ионизирующего излучения на активный ил определяется различными взаимосвязанными процессами: увеличением жизнедеятельности микроорганизмов, образованием радиационных свободных радикалов, протеканием различных радиационно-химических реакций, образованием биологически активных веществ.

-1-1-1-1-1-1—

о 500 1000 1500 2000 2*00 3000

ДОЗ.*, р

Рис. 7. График зависимости степени очистки сточных вод от дозы у-облучения активного ила при ХПК на входе 2620 мг/л.

При облучении активного ила дозами 100-500 Р преобладает процесс стимулирования жизнедеятельности бактерий и других микроорганизмов, очищающих сточные воды, их потомства, выражающееся в увеличении их способности к размножению и потреблению органических и других веществ в

сточных водах, что приводит к увеличению эффективности работы биологических очистных сооружений. При дальнейшем увеличении доз облучения (см. рис. 7) преобладают радиационно-химические реакции с образованием свободных радикалов и активных веществ, что угнетает жизнедеятельность микроорганизмов. Это приводит к ухудшению процесса биологической очистки воды и даже вплоть до его прекращения (при дозах более 10000 Р).

Таким образом, в ходе выполненных исследований установлены предельные дозы воздействия на активный ил, которые приводят к эффективной очистке сточных вод от органических загрязнителей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследование особенностей действия вихревых «бегущих» электромагнитных полей на популяцию дрожжевых клеток показали, что увеличение времени воздействия низкочастотным электромагнитным полем (50 Гц) на дрожжевые клетки от 1 до 5 минут сопровождается увеличением светосуммы биохемилюминесценции от исходного уровня до 100%. Это объясняется дезактивацией работы антиоксидантной системы клеток и ингибированием процессов жизнедеятельности клеток вихревым электромагнитным полем (ЭМП) с индукцией от 0.1 до 0.3 Тл.

2. Исследование влияния ЭМП УФ - диапазона в условиях добавок витамина В:2 на количественный выход хемилюминесценции (величину интенсивности 1тах), наблюдаемую в популяции дрожжей показало существование некоторой оптимальной дозы препарата (0.4 мл. 15% раствора В|? на 5.2 мл. суспензии) по интегративной оценке, при которой наблюдается минимальный выход хемилюминесценции. Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона при короткой экспозиции (5 минут) вызывают ускорение процесса свободнорадикального окисления в клетках, проявляющееся в смещении максимальной интенсивности хемилюминесценции к началу координат; доза в 30 и 60 минут этот эффект усиливает. Одновременно действие ультрафиолетового облучения несколько снижает оптимальную дозу витамина В|2, но увеличение времени экспозиции требует увеличения оптимальной дозы препарата (соответственно: 5 мин.-0.2 мл.; 30 мин. - 0.4 мл.; 60 мин. - 0.6 мл.).

Исследования влияния 15% раствора витамина Е (а-токоферола) на антиоксидантную способность дрожжевых клеток показали, что в пробе при ультрафиолетовом облучении 5 минут небольшие добавки раствора витамина проявляют антиоксидантные свойства (оптимум - 0.5 мл., тангенс угла наклона кинетической кривой более 1.8 при исходной - 0.14), но дальнейшее увеличение концентрации препарата снижает антиоксидантную способность. Доза облучения в 30 и 60 минут наоборот, требует более значительных доз витамина Е для проявления антиоксидантных способностей (30 мин. - 2 мл. двукратно усиливает тангенс угла; 60 мин. -2 мл.- семикратно).

3. Жесткое у- облучение дозой около 100 Р активного ила дает

положительный управляющий эффект (увеличение химического потребления кислорода на выходе аэротенка до 99,7 % ) в сравнении с более значительными дозами (свыше 500 Р).

4. Исследования действия низкочастотного вихревого электромагнитного поля (50 Гц), высокочастотного электромагнитного поля (ультрафиолетовый и видимый свет) и жесткого у-излучения показывают однонаправленную реакцию ингибирования процессов жизнедеятельности, проявляющуюся в усилении свободнорадикальных процессов и возможности мутационных процессов в популяции организмов, однако, варьируя дозами (интенсивностью и длительностью облучения), можно получать положительные эффекта на технологических биосредах. В целом, исследование воздействий электромагнитными полями на технологические биосреды показало возможность управления с помощью этих полей как биологическими показателями (выход хемилюминесценции, химическое потребление кислорода), так и количественными показателями численности популяций организмов, что описывается количественно предложенным новым методом идентификации математических моделей динамики этих популяций с помощью разработанных математических моделей.

По теме диссертации опубликовано 11 научных работ в том числе:

1. Магомедов, Ш.К Биологическая очистка сточных вод. /Ш.К. Магомедов //Сборник тезисов международной студенческой научной конференции «Украина: человек, общество, природа». - Киев, 1995. - С.43-44.

2. Еськов, В.М. Химические сенсоры для контроля активности биосубстрата в моделях проточного культивирования. /В.М. Еськов, В.А. Цейтлин, Ш.К. Магамедов//Сборник материалов XI научно-технической конференции «Датчик - 99». - Гурзуф, 1999. - С.32-33.

3. Еськов, В.М. Компартментный подход в моделировании иерархических экосистем. /В.М. Еськов, Ш.К. Магомедов, В.А. Рачковская, В.А. Цейтлин// Сборник трудов XXVI международной конференции и дискуссионного клуба «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе». IT+SE'99. -Гурзуф. -1999.- С. 270-272

4. Магомедов, Ш.К. Биологическая модель влияния физических факторов на динамику развития популяции клеток. /Ш.К. Магомедов //Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере». -Сургут, 2000.-С. 157-158.

5. Магомедов, Ш.К. Исследование антиоксидантной активности дрожжевых клеток с помощью биохемилюминометра БХЛ-06М. /Ш.К. Магомедов //Сборник материалов II окружной конференции молодых ученых «Наука и образование XXI века». - Сургут, 2001. - С.30-31.

6. Филатова, O.E. Влияние электромагнитного излучения (УФ-диапазона) на

ч.

процессы свободнорадикального окисления в клетках Saccharomyces cerevisiae./O.Ei Филатова, Ш.К. Магомедов, P.P. Шамгунова //Сборник материалов Международной научной конференции «Медико-биологические и экологические проблемы здоровья человека на Севере». - Сургут, 2002. -С.312-316. 1

7. Папшев, В.А. Эффекты управляющих воздействий бегущих вихревых магнитных • полей на антиоксидантную активность популяции дрожжевых клеток. /В.А. Папшев, Ш.К. Магамедов, В.М. Еськов //Вестник новых медицинских технологий. - 2002. - №3.- С.5-6.

8. Магамедов, Ш.К. Управляющее и активирующее действие жесткого электромагнитного излучения на систему биологической очистки сточных вод. /Ш.К. Магамедов, В.М. Еськов, Л.А. Перешивайлов //Вестник новых медицинских технологий. - 2002.- №3. -С.6-7.

9. Еськов, В.М. Управление динамикой развития Saccharomyces cerevisiae с помощью фотоиндукции УФ-диапазона. /В.М. Еськов, Ш.К. Магамедов, JI.A. Перешивайлов, В.А. Рачковская //Вестник новых медицинских технологий. - 2002.*- №3. -С.8-11.

10. Магамедов, Ш.К. Влияние УФ облучения в присутствии антиоксидантов на свободнорадикальное окисление в дрожжевых клетках. /Ш.К. Магамедов, В.А. Цейтлин, В.М. Еськов, O.E. Филатова //Вестник новых медицинских технологий. - 2002.-№3.-С. 15-17.

11. Еськов, В.М. Источники вихревых бегущих магнитных полей и механизмы их действия на биообъектыЛЗ.М. Еськов, В.А. Папшев, Ш.К. Магамедов, В.А. Цейтлин//Сборник научных трудов Сургутского государственного университета. - Сургут, 2003.

Подписано в печать 24 июля 2003 года. Формат бумаги 60 х 84 1/16. Бумага типограф. № 2. Офсетная печать. Усл.печ.л. 1.5 Усл.кр.-отт.1.5 Уч. из д. л. 1.5 Тираж 100 экз. Заказ 11.01 Сургутский государственный университет, 628412, г. Сургут, ул. Энергетиков, 14. Полиграфический отдел СурГУ, г. Сургут, ул. Лермонтова, Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 071409 от 6.03.1997. *

РЫБ Русский фонд

26381

О 9 ОПТ 2303

ВВЕДЕНИЕ

1. УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СРЕДАМИ С ПОМОЩЬЮ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Электромагнитные воздействия низкочастотного диапазона на популяции.

1.2. Эффекты электромагнитных полей радиодиапазона и электромагнитных волн видимого и ультрафиолетового диапазона.

1.3. Радиационные воздействия на биообъекты. Возможности управления популяционными процессами.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИХРЕВЫХ «БЕГУЩИХ» ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ПРОЦЕССЫ СВОБОДНОРАДИКАЛЫ ЮГО ОКИСЛЕНИЯ В КЛЕТКАХ ДРОЖЖЕЙ.

3.1.1. Особенности конструкции электромагнитных вихревых возбудителей.

3.1.2. Результаты биологических экспериментов.

3.2. ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИОГШЫХ ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ (УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ДИАПАЗОН).

3.2.1. Влияние ультрафиолетового облучения в присутствии антиоксидантов на свободнорадикальное окисление в дрожжевых клетках.

3.2.2. Управление динамикой развития популяции с помощью фотоиндукции ультрафиолетового диапазона и математическое моделирование кинетики этих процессов.

3.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ С ПОМОЩЬЮ 7-ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ.

4. ВЫВОДЫ.

Изучение механизмов действия физических факторов на биологические объекты производится в науке сравнительно давно. Особую интенсивность эти исследования приобрели в XX веке, когда физика активно приступила к изучению квантовых свойств вещества и по-новому начала трактовать свойства физических полей. В комплексе действия физических факторов особое место занимает действие электромагнитных полей (ЭМП) на живую природу. Вторая половина XX века ознаменовалась целой серией открытий, которые связаны как с изучением механизмов действия электромагнитных волн (ЭМВ) на биологические объекты, так и с использованием ЭМВ в исследовательских целях для познания структуры (например, ДНК) и свойств биологических объектов. Таким образом, можно без преувеличения сказать, что среди всех исследуемых физических факторов ЭМВ занимают наиболее интересное и перспективное направление. И если инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые диапазоны являются традиционными объектами исследования, то высокочастотный радиодиапазон и низкочастотные ЭМВ — это объект активного исследования конца XX века. Последнее активно исследовалось научными школами проф. А.С. Пресмана и Ю.А. Холодова, многочисленные работы которых открыли целое направление в области магнитобиологии. Принципиально новые научные результаты в области информационного обмена и системного анализа действия сверхвысоких частот (СВЧ) и коротковолновых частот (КВЧ) диапазонов ЭМВ были получены Тульской школой исследователей ( А.А. Хадарцев, А.А. Яшин и др.). Таким образом, сейчас мы можем говорить о новом направлении в экспериментальной биологии, связанном с . изучением механизмов контроля и управления биологическими процессами с помощью ЭМВ как низкочастотного диапазона, так и высокочастотного диапазона.

Настоящая работа посвящена исследованию возможности управляющих воздействий с помощью ЭМВ на системном уровне (отдельные модельные популяции дрожжевых клеток или системы популяций, составляющих активный ил аэротенков). Следует отметить, что в целом, проблема управления с помощью ЭМВ на популяционном уровне еще мало изучена и является активно разрабатываемой областью исследований биологической науки. Она представляет разделы биокибернетики, которые связаны с системным анализом и управлением в биосистемах. Одним из механизмов такого подхода является метод математического моделирования процесса управления, что также является объектом настоящих исследований на популяционном уровне.

В целом, работа является некоторым фрагментом биокибернетического подхода в изучении динамики развития популяции с помощью управляющих воздействий ЭМВ низкочастотного, ультрафиолетового и высокочастотного (улучи) диапазона. При этом использовался классический кибернетический подход (система «черный ящик»), когда на исследуемую биосистему подается некоторое внешнее возмущающее воздействие (ЭМВ) и наблюдается выход системы. В качестве последнего в наших исследованиях выступало: или тоже электромагнитное излучение видимого диапазона (биохемилюминесценсия), или количественные показатели изменения численности популяции клеток, или количественный результат жизнедеятельности экосистемы, который проявляется в активности окислительных процессов организмов — интенсивности химического потребления кислорода (ХПК). Изучая соотношение между входом и выходом исследуемых биосистем, мы можем судить о характере управляющих воздействий со стороны ЭМВ или строить математические модели динамики изменения популяции в условиях управляющих воздействий со стороны ЭМВ.

С учетом всего вышесказанного, работа охватывает биологические исследования управляющих воздействий низкочастотных ЭМВ, ультрафиолетового диапазона и жесткого у- излучения на биологические системы. В частности, вторая глава представляет новые исследования в области изучения механизмов действия бегущих вихревых низкочастотных (50 Гц) ЭМП на популяции дрожжевых клеток. Подробно рассматриваются вопросы создания таких полей с помощью генераторов специальных конструкций и изучение механизмов действия этих полей на популяцию дрожжевых клеток. Третья глава посвящена изучению управляющих воздействий со стороны ЭМВ видимого и ультрафиолетового диапазона. При этом используется метод биохемилюминесценсии и метод математического моделирования динамики исследуемых процессов по наблюдаемой выходной реакции популяции дрожжевых клеток. Предлагается новый подход в идентификации математических моделей динамики популяции дрожжевых клеток с использованием разработанного программного продукта. Данный подход может быть использован как для популяции с насыщением (отрицательная обратная связь в системе), так и для популяций с «памятью», в которых предистория влияет на динамику процесса.

Четвертая глава посвящена исследованиям возможности управляющих воздействий со стороны жесткого у- излучения (источник Со60) на популяции организмов, составляющих основу активного ила аэротенков. При этом устанавливаются оптимальные дозы облучения этих технологических сред с помощью жестких ЭМВ.

В целом, работа служит делу дальнейшего изучения механизмов управляющих воздействий ЭМВ на популяции живых организмов.

выводы

1. Исследованы особенности действия вихревых «бегущих» электромагнитных полей на популяцию дрожжевых клеток, при этом установлено, что увеличение времени воздействия электромагнитным полем (50 Гц) на дрожжевые клетки от 1 до 5 минут сопровождается увеличением светосуммы биохемилюминесценсии от исходного уровня до 100%. Это объясняется дезактивацией работы антиоксидантной системы клеток и ингибированием процессов жизнедеятельности клеток вихревым электромагнитным полем (ЭМП) с индукцией от 0.1 до 0.3 Тл.

2. Исследование влияния ЭМП УФ - диапазона в условиях добавок витамина В12 на количественный выход хемилюминесценции (величину интенсивности 1тах)5 наблюдаемую в популяции дрожжей показало существование некоторой оптимальной дозы препарата (0.4 мл. 15% раствора В12 на 5.2 мл. суспензии) по интегративной оценке, при которой наблюдается минимальный выход хемилюминесценции.

3. Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона при короткой экспозиции (5 минут) вызывает ускорение процесса свободнорадикального окисления в клетках, проявляющееся в смещении максимальной интенсивности хемилюминесценции к началу координат; доза в 30 и 60 минут этот эффект усиливает. Одновременно действие ультрафиолетового облучения несколько снижает оптимальную дозу витамина Bi2, но увеличение времени экспозиции требует увеличения оптимальной дозы препарата ( соответственно: 5 мин. — 0.2 мл.; 30 мин. - 0.4 мл.; 60 мин. - 0.6 мл.).

4. Исследования влияния 15% раствора витамина Е (а-токоферола) на антиоксидантную способность дрожжевых клеток показали, что в пробе при ультрафиолетовом облучении 5 минут небольшие добавки витамина проявляют антиоксидантные свойства (оптимум - 0.5 мл., тангенс угла наклона кинетической кривой более 1.8 при исходной - 0.14), но дальнейшее увеличение концентрации препарата снижает антиоксидантную способность.

Доза облучения в 30 и 60 минут наоборот, требует более значительных доз витамина Е для проявления антиоксидантных способностей (30 мин. — 2 мл. двукратно усиливает тангенс угла; 60 мин. -2 мл.- семикратно).

5. Жесткое 7- облучение дозой около 100 Р активного ила дает положительный управляющий эффект (увеличение химического потребления кислорода на выходе аэротенка до 99,7 % ) в сравнении с более значительными дозами (свыше 500 Р).

6. Исследования действия низкочастотного вихревого электромагнитного поля (50 Гц), высокочастотного электромагнитного поля (ультрафиолетовый и видимый свет) и жесткого у-излучения показывают однонаправленную реакцию ингибирования процессов жизнедеятельности, проявляющуюся в усилении свободнорадикальных процессов и возможности мутационных процессов в популяции организмов. Однако, варьируя дозами (интенсивностью и длительностью облучения) можно получать положительные эффекты на технологических биосредах. В целом, исследование воздействий электромагнитными полями на технологические биосреды показало возможность управления с помощью этих полей как биологическими показателями (выход хемилюминесценции, химическое потребление кислорода), так и количественными показателями численности популяций организмов, что описывается количественно предложенным новым методом идентификации математических моделей динамики этих популяций с помощью разработанных математических моделей.

1. Абелев Г.И. Что такое опухоль. //Сорос, образов, журн. - 1997 г. - №10.-С. 28.

2. Абросов Н. С. Непрерывная культура при решении экологических задач.

3. Экспериментальное и математическое моделирование искусственных и природных экосистем.- Красноярск, Изд-во: Мир.- 1973.- С. 62-63.

4. Абросов Н. С. Теоретическое исследование механизма регуляции видовойструктуры сообщества автотрофных организмов. //Экология.- 1975.- № 6.-С. 5-14.

5. Алексеенко А.А., Самойлович Э.Ф., Голант М.Б. //Медико-биологическиеаспекты миллиметрового излучения. М. ИРЭ АН СССР, 1987. С.56.60

6. Александров Н.Н., Савченко Н.Е., Фрадкин С.З., Жавдин Э.А. Применениегипертермии и гипергликемии при лечении злокачественных опухолей. М., Медицина, 1980 г.

7. Амирагова М.И. и др. Первичные радиобиологические процессы. М., Атомиздат, 1964 г. С. 85-104.

8. Альберте Н. Молекулярная биология клетки.- М.: Знание, 1985. 203 с.

9. Аппарат с вихревым слоем типа АВСП-10//Проспект. Киев: Техника,1979.-С.2

10. Базыкин А.Д. Модель "хищник жертва" с учетом насыщения иконкуренции. //Тез. III Всесоюз. совещ. по управляемому биосинтезу и биофизике популяций. Красноярск. 1973.- С. 67-68.

11. Берталанфи Л. Общая теория систем обзор проблем и результатов. //

12. Системные исследования. М.: Наука.- 1969.- С. 30-54.

13. Боргардт А.А., Шанидзе М.И. Размножение и эволюция в условиях внутривидовой конкуренции.// Studia Biophysica. 1973. - Т.38.- № 2.- С. 117-130.

14. Болдырев А.А., Куклей M.J1. Свободные радикалы в нормальном и ишемическом мозге. //Нейрохимия. 1996. №13. С. 271-278.

15. Браун Ф. Геофизические факторы и проблема биологических часов. М. Мир. 1964,1. С. 77-103.

16. Брежнев А.И., Гинзбург Л.Р. К оценке норм выпуска стерильных насекомых. //Журн. общ. биологии. 1974.- Т 15. - № 6.- С. 911-916.

17. Брежнев А.И., Гинзбург Л.Р., Полуэктов Р. А., Швытов И. А. Математические модели биологических сообществ и задачи управления. //Математическое моделирование в биологии. М.: Наука.- 1975.- С. 92112.

18. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в клетке. //Природа. 1997. №4. С.47.54.

19. Виноградов Г.И., Антомонов М.Ю. //Методологические аспекты гигиенического исследования сочетанных и комбинированных воздействий. М. 1986. С. 206-210.

20. Горохов И.Е. Магнитоиндуцированное повышение радиорезистентности животных при фракционированном рентгеновском облучении в малых дозах: Автореф. Дис. к.б.н. Симферополь. Госуниверситет, 1994. 27 с.

21. Григорьев Ю.Г., Григорьев О. А., Степанов B.C., Пальцев Ю.П.

22. Электромагнитное загрязнение окружающей среды и здоровье населения России. М. 1997. С 9-76.

23. Грозненский Д.Э. Радиобиология. М. Атомиздат, 1966. С. 155-230.

24. Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их рольв процессах жизнедеятельности. М. Радио и связь, 1991, 168 с.

25. Динамическая теория биологических популяций. Под ред. Полуэктова

26. Р.А. М.: Наука.- 1974.-456с.

27. Дмитриева И.В., и др. Реакция организма человека на факторы, связанные с вариациями солнечной активности. // Биофизика. 2001. Т.46, вып. 5. -С. 940-944.

28. Дубинин Н.П. Проблемы радиационной генетики. М., Госатомиздат, 1961 г

29. Дубинин Н.П. Молекулярная генетика и действие излучений нанаследственность. М., Госатомиздат, 1963 г.

30. Елизаров Е.Я., Свирежев Ю.М. Об оптимальной продуктивностибиосистем.//Журн. общ. биол.- 1973.- Т.ЗЗ.-№ 3.- С. 251-260.

31. Емец Б.Г. //Низкоинтенсивные электромагнитные микроволны и биообъекты: эффекты действия и биофизические механизмы. Вестник Харьковского университета. №422. 1998. Биофизический вестник. №1. С. 118-130

32. Еськов В.М., Магомедов Ш. К., Рачковская В.А., Цейтлин В.А.

33. Компартментный подход в моделировании иерархических экосистем. // Труды XXVI международной конференции и дискуссионного клуба "Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе". IT+SE'99. Гурзуф.- 1999. -С. 270-272.

34. Еськов В.М., Рачковская В.А. Роль миграционных процессов в динамикераспространения инфекционных заболеваний. // Вестник новых медицинских технологий. 2001.-№3 - С. 12-14.

35. Еськов В.М., Цейтлин В.А., Магамедов Ш.К. Химические сенсоры дляконтроля активности биосубстрата в моделях проточного культивирования. Материалы XI научно-технической конференции «Датчик-99». Гурзуф. 1999.-С.32-33.

36. Еськов В.М., Юрченко Н.Г. Математическое моделирование аланиновойаминотрансферазы при инфекционном гепатите. //Казанский мед. журн. -1976.- Т. 57.- № 4,- С. 347-348.

37. Еськов В.М., Магамедов Ш.К., Перешивайлов J1.A., Рачковская В.А. Управление динамикой развития Saccharomyces cerevisiae с помощью фотоиндукции УФ-диапазона. //Вестник новых медицинских технологий. 2002 . №3.

38. Заславский Б.Г., Полуэктов Р.А. Управление экологическими системами.

39. М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит.- 1988.- 296 с.

40. Зилов Е.А., Стом Д.И. Модельные экосистемы и модели экосистем в гидробиологии. Иркутск: Изд-во Иркут. Ун-та.- 1992. - 72с.

41. Зотина Р.С., Зотин А.И. Объединенные уравнения роста.// Журн. общ. биол.- 1973.- Т.34,- № 4.- С. 606-616.

42. Зуев С.М. Математические модели и методы анализа медикобиологических данных. Сборник научных трудов. //АН СССР. Отдел вычислительной математики. М.- 1990.- 114 с.: ил.

43. Зуев С.М. Математические модели и методы статистического анализаданных иммунологических экспериментов и клинических наблюдений. //Мат. модели и методы мед.-биол. данных. М.- 1990.- С. 3-20.

44. Зуевский В.П., Карпин В.А., Катюхин В.Н. и др. Окружающая среда и здоровье населения Ханты-Мансийского автономного округа: Монография,- Сургут: изд-во СурГУ.- 2001.- 71с.

45. Иерусалимский Н.Д. Принципы регулирования скорости роста микроорганизмов. //Управляемый биосинтез.- М.- 1966.С. 5-18.

46. Квасников Е.И., Щелокова И.Ф. Дрожжи. Биология. Пути использования. К. Наукова думка, 1991. -С. 34-43.

47. Козлов М. П. Теория систем и эпизоотический процесс (логико-методологический анализ проблемы эпизоотий чумы). //Научно-исследовательский противочумный институт Кавказа и Закавказья.-Ставрополь.- 1990.- 469 с.

48. Колмогоров А.Н. Качественное изучение математических моделейдинамики популяций. //Проблемы кибернетики.- М.: Наука.- 1972.- Вып. 25.-С. 120-124.

49. Козлов А.А. О физическом механизме саморегуляции численности клеток в популяции.// Биофизика. 2001. Т.46, вып. 5. -С. 876-883.

50. Косова И.П., Дорогун В.И. // Гигиеническая оценка и биологическое действие прерывистых микроволновых облучений. М. Медицина, 1984. С. 93-96.

51. Кулешова В.П., Пулинец С.А., Сазанова Е.А. Биотропные эффекты геомагнитных бурь и их сезонные закономерности.// Биофизика. 2001. Т.46, вып. 5.-С. 930-934.

52. Кузин A.M. Стимулирующее действие ионизирующего излучения на биологические процессы. М. Атомиздат, 1977.- С. 22-48.

53. Комаров В.Е., Хансон К.П. Информационные макромолекулы при лучевом поражении клеток. М., Атомиздат, 1980 г. С. 16-51.

54. Кудряшов Ю.Б., Беренфельд Б.С. Основы радиационной биофизики. М. Изд-во МГУ, 1982. С. 240-301.

55. Ли Д.Е. Действие радиации на живые клетки. М., Госатомиздат, 1963 г.- С.12.25.

56. Лебедева Н.Н., Сулимов А.В. // Миллиметровые волны в медицине и биологии. М. ИРЭ АН СССР, 1989. С. 176-182

57. Логвиненко Д.Д., Шеляков О.П. Интенсификация технологическихпроцессов в аппаратах с вихревым слоем.-Киев: Техника, 1979. 2с.

58. Ляпунов А.А., Багриновский Г.П. О методологических вопросахматематической биологии. //Математическое моделирование в биологии. -М.: Наука.- 1975.-С. 5-29.

59. Магамедов Ш.К. Биологическая очистка сточных вод.//Материалымеждународной студенческой научной конференции «Украина: человек, общество, природа». Киев, 1995. - С.43-44.

60. Магамедов Ш.К. Исследование антиоксидантной активности дрожжевыхклеток с помощью биохемилюминометра БХЛ-06М. //Материалы II окружной конференции молодых ученых «Наука и образование XXI века». Сургут, 2001. - С.30-31.

61. Магамедов Ш.К., Цейтлин В.А., Еськов В.М., Филатова О.Е. Влияние УФ облучения в присутствии антиоксидантов на свободнорадикальное окисление в дрожжевых клетках. //Вестник новых медицинских технологий. 2002 . №3

62. Магамедов Ш.К., Еськов В.М., Перешивайлов Л.А. Управляющее и активирующее, действие жесткого электромагнитного излучения на систему биологической очистки сточных вод. //Вестник новых медицинских технологий. 2002. №3

63. Майер Э. Популяции, виды и эволюция. М.: Мир.- 1974,- 460 с.

64. Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека. М. Сов. Радио. 1974. - С. 240 -352.

65. Моисеев Н.И., Люберецкий Г.П. Воздействие гелиогеофизических факторов на организм человека. М. Наука. — 1986. 136 с.

66. Наумов Н.П. Структура и саморегуляция биологических макросистем. //Биологическая кибернетика.- М.: Изд. МОИП.- 1972. С. 301-361.

67. Оробей В.В., Бронштейн И.Э., Либерман А.Н. // Методологические аспекты гигиенического исследования сочетанного и комбинированного воздействия. М. 1986. С. 201-206.

68. Основы радиационной биологии. Под ред. Кузина A.M. и Шапиро Н.И. М., Наука, 1964 г. С.- 35-59.

69. Папшев В.А., Магамедов Ш.К., Еськов В.М. Эффекты управляющих воздействий бегущих вихревых магнитных полей на антиоксидантную активность популяции дрожжевых клеток. //Вестник новых медицинских технологий. 2002. №3.

70. Печуркин Н.С. Популяционная микробиология.- Новосибирск.: Наука.1978.-276 с.

71. Первичные механизмы биологического действия ионизирующих излучений. // Под ред. Корогодина В.И. М., АН СССР, 1963. С. 23-44.

72. Пресман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. М. Наука. 1968.1. С. 288.

73. Пресман А.С. Электромагнитные поля в биосфере. Москва, «Знание»,1971.-С.63.

74. Работнова И. JI. Исследование функционального состояния микроорганизмов при непрерывном хемостатном культивировании.-//Микробиология.- Т.4. -Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов. М.: Наука.-1975.- С. 5-51.

75. Радиомодификаторы в лучевой терапии опухолей. Обнинск, 1982 г. С.35.

76. Рачковская В.А., Еськов В.М. Компартментный подход в задачахуправления иерархическими экосистемами. //Тез. II съезда биофизиков России. Москва.- 1999.- С. 444.

77. Рвачев JI.A. Моделирование медико-биологических процессов, как разделдинамики сплошных сред. //ДАН. 1972. - Т.203.- №3. - С.540-542.

78. Роговская Ц.И. Биохимический метод очистки производственных сточных вод. М.: Изд-во литературы по строительству.- 1967.- 140 с.

79. Родштат И.В. //Миллиметровые волны в биологии и медицине. 1996. №7.1. С. 35-40.

80. Свирежев Ю.М. Математические модели экосистем. //Материалы III Всесоюзного совещания по управляемому биосинтезу и биофизике популяций. Красноярск.- 1973. - С. 112-115.

81. Свирежев Ю.М. О математических моделях биологических сообществ и связанных с ними задачах управления и оптимизации. //Математическое моделирование в биологии. М.: Наука.- 1975.- С.30-52.

82. Севастьянова JI.A. //Эффекты нетеплового излучения мм излучения на биологические объекты. М. ИРЭ АН СССР, 1983. С. 48-62.

83. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло.// Соровский образовательный журнал. 1996. -№3. С. 2-10.

84. Сташков A.M., Копылов А.Н., Горохов И.Е. Геомагнитные и искусственные слабые магнитные поля сверхнизкой частоты как факторы изменения радиочувствительности организма. // Биофизика. 2001. Т. 46, вып. 5. С. 935-940.

85. Тигранян Р.Э., Шорохов В.В. Биологические эффекты электромагнитных полей. Вопросы их использования. Пущино. ОНТИ НЦБИ, 1986. С.68-75

86. Тилипова Ш.А., Гулямова Н.Е., Баласанян И.А. Влияние 7-лучей Со60 на бродильную активность saccharomyces vini. АН УзССР, //Узбекский биологический журнал, 1978, №1. С. 14-16.

87. Толгская М.С., Гордон З.В. Морфологические изменения под действиемэлектромагнитных волн радиочастот. М. Медицина, 1971.- С. 135.

88. Троицкий B.J1. и др. Радиационная иммунология. М., Медицина, 1965. С.67.

89. Трикоми Ф. Дифференциальные уравнения. М.: Мир.- 1972. 320 с.

90. Уодингтон К.Х. Основные биологические концепции. //На пути ктеоретической биологии. М.: Мир.- 1970. - 272 с.

91. Федоров В.Д., Дауда Т.А. Сезонные изменения пищевой конкуренции у фитопланктонных организмов. //Журн. общ. биол.- 1973.- т.34.- №5.- С. 646-653.

92. Холодов Ю.А. Магнетизм в биологии. Москва, «Наука», 1970. С.96.

93. Холодов Ю.А., Лебедева Н.Н. Реакции нервной системы человека на электромагнитные поля. М. Наука, 1992.- 135 с.

94. Черняк Я.Ю., Николов О.Т. //Влияние различных доз ионизирующего излучения на функциональную активность saccharomyces cerevisiae. Вестник Харьковского университета. №434. 1999. Биофизический вестник. №3. С. 130-131

95. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Мысль.- 1973.- 278 с.

96. Шапот B.C. Биохимические аспекты опухолевого роста. М., Медицина, 1975. С. 84.

97. Швытов И.А. Математические модели роста численности клеточных•гпопуляций. // Математическое моделирование в биологии. М.- 1975.-С.113-132.

98. Шноль С.Э. Космофизические эффекты в процессах разной природы. // Биофизика. 2001. Т.46, вып. 5. -С. 773-774.

99. Штегель Г. Общая микробиология М:. Мир.- 1980.- 238 с.

100. Шинкаренко В.Ф., Попков B.C., Славинский И.Л. Линейный индукционныйаппарат. А.с. 1264805 СССР, МКИ Н 02 К 41/025. 25.0684.ДСП

101. Эйдус Л.Х., Корыстов Ю.Н. Кислород в радиобиологии. М., Энергоиздат, 1983 -С.96 *

102. Ярмоненко С.П. Управляемые кванты. М., Знание, 1983 г. 87 с.

103. Ярмоненко С.П. Радиобиология человека и животных. М., Высшая школа, 1977.- 65 с.

104. Cunningham W.J. Simultaneous nonlinear equations of growth. // Bull. Math. Bioph. 1955. - V.17.- No.2. - P.101-105.

105. Eskov V.M., Rachkovskaya V.A. The investigation of the population's stabilityof the diseases' speed. // Proc. international conference "Ecology of Siberia, Far East and Arctic 2001" (ESFEA -2001). - ToMsk.- 2001.- P. 283.

106. Forrester J.W. Principles of system. Cambridge (Mass.): Wringh-tallen Press,1968. Freedman H. I. Single species migration in two habitats: persistense and extinction. //Math. Modell., 1987.- Vol. 8. P. 778-780.

107. Freedman M. I. and Jianbong Wu. Periodic solutions of single-species models with periodic delay. //SIAM J. Math. Anal., 1992.- Vol. 23.- No.3.- P. 689701.

108. Gaswell H. A simulation study of a time lag population model. // G. Theor. Biol.- 1972. V.34.- No.3. - P.419-439.

109. Gause G.F. The struggle for existence. Baltimore: Williams and Wilkins.-1934.- P.220.

110. Gopalsamy K. Stability and oscillations in delay differential equations of population dynamics. //Kluwer Academic. Dordrecht.-1992.- P. 135.

111. Grasman G., Velig E. An Asymptotic Formula for the Period of Volterra-Lotka System.//Math. Biosci. 1973. - V.l8. - P. 185-189.

112. Gyori I., Bereketoglu H. Global Asymptotic Stability in a Nonautonomous Lotka-Volterra type system with infinite delay.// Jornal of mathematical analysis and applications №210. 1997. - P. - 279-291.

113. Kuang Y. Global stability in delayed nonautonomous Lotka-Volterra type systems without saturated equilibria. //Differential Integral Equation.-1996.• V. 9.-No.3.-P.557-567.

114. Kuang Y. and Smith H.L. Global stability for infinite delay Lotka-Volterra typesystems. //J. Differential Equation.-1993.-V. 103- P.221 -246.

115. Levins R. The destubation environment. // Zoology. 1969. - V.62. - P.10611065.

116. Pinsky P., Shonkwiler R. A gonorrhea model treating sensitive and resistantstrains in a multigroup population. //Math. Biosci.- 1990.- V.98.- N.l. -P.103-126.

117. Pugliese A. Population models for diseases with no recovery. // Math. Biol.1990. V.28.- No.l. - P.65- 82.

118. Tainaka Kei-ichi. Stationary pattern of vortices or strings in biological systems:1.tticeversion of the Lotka-Volterra model. // Phys. Rev. Left. 1989. --V.63.-No.24.-P.2628-2691.

119. Tineo A. On the asymptotic behavior of some population models. //J. Math.

120. Anal. Appl.- 1992.- V.167.- P.516- 529.

121. Wang L. and Zhang Yi. Global stability of Lotka-Volterra systems with delay.

122. J. Differential Equations Dynam. Systems.-1995.- V. 3.- No.-2.- P.205 -216.

123. Wiess G.H., Dishon M. On the Asymptotic Behavior of the Stochastic and

124. Deterministic Model of the Epidemic. // Math. Biosci. 1971. - V.l 1.- No.3-4. - P.261-265.

125. Wissel C., Schmitt T. How to avoid extinction of populations optimally exploited. // Math. Biosci. 1987. - V.84.- No. 2. - P. 127-138.

126. СПРАВКА об использовании программного продукта «Идентификация моделей динамических систем с помощью ЭВМ», разработанного проф. Еськовым В.М., доцентом Папшевым В.А., аспирантами Магамедовым IILK., Бондаревой В.В.

127. Методики воздействия ЭМП на исследуемые биообъекты и методы выявления оптимальных доз прошли апробацию в СГУ и показали условную экономическую эффективность (в частности, при применении малых доз гамма-излучения при очистке сточных вод).

128. Настоящий акт не является основанием для взаимных финансовых претензий.