УДК 007.3+512.6+533.7

В монографии с позиций возможности поляризации и возникновения индуцированного дипольного момента в водных структурах биологической жидкости рассматривается кинетика двухатомных газов. С новых позиций представлен возможный механизм сатурации - десатурации газов в организме, особенности газообразования при декомпрессионной болезни. Книга представляет несомненный интерес для многих специалистов в области гипербарии, водолазной медицины, анестезиологии и др.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ………............................................................................................................................ 4

1.Общие физико-химические свойства многоатомных газов ............................................................ 7

2.Индивидуальные свойства двухатомных газов и С02 ............................................................. 36

2.1. Водород ........................................................................................................................... 36

2.2. Кислород .......................................................................................................................... 40

2.3. Азот ................................................................................................................................. 52

2.4. Углекислый газ ................................................................................................................. 58

3. Вода как растворитель газов ...................................................................................................67

4. Образование кластеров в биологических жидкостях (общие положения)......................... 75

5. Структура и свойства газогидратов в биологических жидкостях ...................................... 86

6. Механизмы сатурации и де сатурации с позиции физико- химических свойств газогидратов...... 98

7. Новые подходы к сатурационным процессам газов в организме человека ....................... 111

8. Перспективы применения смесей из двух, трех и более газов .......................................... 128

9. Нервный синдром высоких давлений с позиций газогидратных взаимодействий ............... 138

10. Интерпретация газогидратных взаимодействий в биологических жидкостях ................ 152

10.1. Изменение электронной структуры, энергетики и физико-химических свойств молекул газа под воздействием полярной среды ................................................................. 152

10.2. Кинетика газов в газогидратах ...................................................................................... 168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................ 182

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................................. 184

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, всякая теоретическая концепция становится результативным инструментом для познания только тогда, когда установлены законы или выявлены закономерности, связывающие конкретное физическое явление и его внутреннюю сущность, а также определены взаимосвязи между свойствами изучаемого объекта и его строением.

Вода - это и матрица, и среда всего живого, в которой протекают все жизненные процессы. Это и строительный материал, который оживляет косную неорганику и органику; это своего рода рецептор и передатчик всего живого при взаимодействии с внешней средой. Это внутренняя среда живого для создания и протекания всех важнейших физико-химических, биофизических и биологических процессов. Всё зависит от её состава, структуры, энергетики и динамики.

Физические представления о воде как о структурированной жидкокристаллической среде позволяют с новых позиций подходить к роли воды, водных структур биологических жидкостей в живых системах. Вода никогда не была для живого инертной средой. Она всегда выполняла роль энергоинформационного регулятора как на субклеточном, клеточном, так и на органном уровнях.

Именно кластерная структура молекул воды биологических жидкостей определяет основные физико-химические свойства как самой воды, так и веществ, растворённых в ней.

Классические представления о структуре молекулы как о статической совокупности упорядоченных определенным образом атомов, о валентности и направленности химической связи сильно упрощают реальную картину. Теплофизические и термодинамические характеристики веществ, их реакционная способность во многом определяется спецификой внутримолекулярного движения. Дальнейший прогресс в понимании актов биологических превращений будет существенным образом зависеть от возможностей дать количественное описание трансформации молекул при их сближении. Это, соответственно, раскроет динамические физико-химические характеристики как атомных структур, так и их межмолекулярного взаимодействия.

Понятно, что явления, связанные с образованием и строением сольватных оболочек, объясняются эффектами межмолекулярных взаимодействий. Попадая в решетку водной структуры кластера, молекула газа взаимодействует с окружающими её частицами атомномолекулярной природы. Влияние «хозяина» на свойства «гостя» приводит к некоторым изменениям в свойствах молекулы, которые в современных спектральных экспериментах высокого разрешения достаточно четко фиксируются. Нельзя недооценивать и обратного влияния «гостя» на свойства «хозяина», в частности на локальные нарушения структуры матрицы и изменения её спектральных свойств, также отмечаемых в экспериментах. В этом отношении теория микрорастворимости относится к супрамолекулярной химии, изучающей эффекты межмолекулярных взаимодействий «хозяин»-«гость».

Сочетанное действие нескольких газов в дыхательных смесях давно представляет особый интерес, поскольку происходит как суммация положительных эффектов этих газов, так и усиление возможных нежелательных эффектов (своего рода активация или тушение друг друга). Однако, недостаток знаний физико-химических свойств, структуры газогидратов в организме, динамики межмолекулярных взаимодействий затрудняли даже создание приемлемой концепции.

Простейшими молекулами газа (после инертных), являются двухатомные молекулы (частный случай идеального газа), представляющие устойчивое соединение двух различных атомов. Мы не будем подробно разбирать вопрос о природе сил, приводящих к образованию молекул из свободных атомов, а также детально описывать движение атомов в молекулах. В работе мы ограничимся лишь поверхностной характеристикой этих молекул, приведя те сведения, которые понадобятся для описания двухатомного газа (вращение молекул одинаковых и различных атомов, колебания атомов, влияние электронного момента).

Создание теории расчёта дипольного момента кластера воды, динамической поляризации и образования индуцированного дипольного момента атома (-ов) тяжёлых индифферентных и многоатомных газов, имеет большое значение для успешного изучения межмоле- кулярного взаимодействия на всех уровнях организации биологической материи.

Большого внимания заслуживает и дальнейшее изучение фармакокинетики газов. Это непосредственное, пока существует ди- польный момент газа, действие и постгазовые эффекты, когда газ из организма уже выведен. Это два разных эффекта - один тормозящий, другой - активирующий. Не учитывая этого факта, мы неправильно можем истолковать результаты биологического действия инертных и других газов.

Последние десятилетия в физике, биологии, психологии и в других областях научного знания сделаны открытия, заставляющие в очередной раз переосмыслить огромное количество новых, фундаментальных данных, которые зачастую сразу не воспринимаются. Под защитой барьера междисциплинарных границ природа хранит основную, важную часть своих секретов. Например, переходы (границы) от атома к молекуле, от молекулы к полимерным биологическим структурам. Понять принцип перехода - значит найти общий закон разделённого ныне понятия взаимодействия (Довгуша В.В., Пискарёв JI.H., 2003).

В дальнейших исследованиях необходимо целенаправленно, исходя из физико-химических, биофизических, биологических свойств живых систем, выявить закономерности в поведении водобиологических систем - гидрофобно-гидрофильный гость при нормальном атмосферном давлении и температуре. Оценить информацию о структурах и составах образующихся клатратных гидратов (кластеров), а также энергетических эффектах, сопровождающих эти процессы. Необходимо рассмотреть влияние энтропийного факта на устойчивость водно-газовых образований в биологических системах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в работе теоретические положения, анализ литературных данных и полученные экспериментальные результаты позволяют найти объяснение процессам, происходящим в живом организме при дыхании различными газовыми смесями под различным давлением. Многие данные ранее вообще не интерпретировались. Считаем, что представленные материалы вызовут определённую дискуссию, заставят заинтересованных исследователей проверить это экспериментально, а также дадут практическую направленность дальнейшей деятельности.

Рассмотренные в работе представления о кластерном, газоги- дратном взаимодействии структур биологических жидкостей с атомами и молекулами газов могут быть научной основой комплекса новых технологий в медицине и биологии, в том числе и нано медицине. Физические представления о воде как структурированной жидкокристаллической среде позволяют с новых позиций подойти к роли воды в биологических системах. Вода не является инертной средой, а выполняет роль энерго информационного регулятора как на субклеточном, клеточном, системном и органном уровнях.

Характерно, что специальных исследований по влиянию физикохимических реакций, биофизических взаимодействий газогидратов (кластеров) инертных газов с биологическими системами не проводилось. Исследования в этом направлении напрямую связывались с этиопатогенезом только газовой компоненты, не учитывая фазовых состояний и превращений. Роль биологических жидкостей в системе «газ-вода» при нормальном и повышенном атмосферном давлении рассматривались без взаимосвязи.

Если наши знания о кинетике газообразования в природе до настоящего времени можно считать ограниченными, то в биологии мы только начинаем понимать эти явления.

Интерес к исследованию свойств молекулярных кластеров объясняется тем, что эти частицы занимают промежуточное положение между молекулярным и конденсированным состояниями вещества. Изучение молекулярных кластеров, относящихся к соединениям внедрения, в которых выделенный молекулярный фрагмент окружён атомами или молекулами другой природы, важно для формирования теории микро растворимости. В результате, существенно расширяются представления о структуре сольватных оболочек, т.е. о расположении частиц растворителя вокруг внедрённой атомно-молекулярной системы. Помимо академических направлений эти исследования имеют потенциальную практическую ценность. Среди перспективных областей применения кластерных систем, прежде всего, выделяют различные сферы нано технологии, включая катализ и микроэлектронику. Кластеры могут быть эффективными детекторами излучения и основой сред для лазеров с различными длинами волн.

Квантовые переходы с изменением электронного состояния взаимодействующих атомов, молекул и ионов играют ключевую роль в динамике элементарных процессов. Они ответственны как за процессы переноса энергии и излучения, так и за многие химические реакции, протекающие в том числе в конденсированных фазах. Теоретическое исследование таких процессов представляет и прикладной, и фундаментальный интерес.