Дослідження впливу електромагнітних полів наднизької інтенсивності на біологічні об'єкти

Автор(и)

  • Юлія Андріївна Волошин Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-4138-6731
  • Сергій Миколайович Куліш Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-5506-2714
  • Володимир Петрович Олійник Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-7899-1591
  • Андрій Віталійович Фролов Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0001-7335-0712

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.244643

Ключові слова:

інформаційно-хвильова технологія, електромагнітне випромінювання наднизької інтенсивності, нетепловий вплив, коаксіальна антена, імпульсний газовий розряд

Анотація

Об’єктом дослідження є ефективність впливу електромагнітного поля (ЕМП) наднизької інтенсивності на біологічні об'єкти (БО), яке формуюється генератором широкосмугового випромінювання. Принцип дії генератору базується на формуванні електромагнітного випромінювання, збудженого періодичним імпульсним газовим розрядом в коаксіальній системі електродів, навантажений на діелектричну стиржневу антену. Для отримання порівняльної оцінки біоефективності впливу розроблена методика вибору сигналів і відповідної апаратури, енергетичні характеристики випромінювання якої відповідають критерію нетеплового впливу на біооб'єкти. Запропоновано новий метод обробки даних експерименту з використанням статистичних розрахунків, який вiдповiдає вимогам щодо обробки та iнтерпретації результатів. В якості біологічних об'єктів дослідження впливу електромагнітних коливань міліметрового діапазону використано насіння пшениці та взаємодія електромагнітних коливань міліметрового діапазону із клітини кісткового мозку щурів. Отримано біосенсорний ефект при впливі широкосмугового випромінювання наднизької інтенсивності, в порівнянні з контрольною вибіркою. Спостерігається зміна властивостей насіння, зокрема, теплостійкість. Згідно з експериментальними даними насіння виявляється менш схильним до впливу тепла в результаті їх попередньої обробки ЕМП. Спостерігається залежність біологічного відгуку від частоти та часу опромінення. Також експериментально доведена залежність зменшення кількостi мертвих клітин від часу опромінення EMП. Розраховано рівняння залежності вибіркової середньої частки мертвих клітин кісткового мозку щурів від часу опромінення. Виявлено біосенсорний ефект при впливі широкосмугового ЕМП наднизької інтенсивності розробленого випромінювача. Встановлено та статистично доведено, що мінімальний час з максимальним позитивним ефектом впливу електромагнітним випромінюванням міліметрового діапазону (EMB ММД) на клітини кісткового мозку щурів становить 30 хвилин, в порівнянні з неопроміненим зразком. Отримані результати дозволяють оцінити позитивний вплив електромагнітних коливань на БО та запропонувати результати проведених досліджень для практичного використання при розробці медичних систем.

Біографії авторів

Юлія Андріївна Волошин, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп`ютеризованих засобів і технологій

Сергій Миколайович Куліш, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп`ютеризованих засобів і технологій

Володимир Петрович Олійник, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп`ютеризованих засобів і технологій

Андрій Віталійович Фролов, Харківський національний університет радіоелектроніки

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та мехатроніки

Посилання

  1. Kulish, S. M., Oliinyk, V. P., Voloshyn, Yu. A. (2018). Radiofizychni osnovy informatsiino-khvylovykh tekhnolohii u biomedinzhenerii. Kharkiv: Nats. aerokosm. un-t im. M. Ye. Zhukovskoho «Kharkiv. aviats. in-t», 68.
  2. Extremely Low Frequency Fields (2007). Environmental Health Criteria Monograph No. 238. World Health Organization. Available at: http://www.who.int/peh-emf/publications/Complet_DEC_2007.pdf
  3. Kaszuba-Zwoińska, J., Gremba, J., Gałdzińska-Calik, B., Wójcik-Piotrowicz, K., Thor, P. J. (2015). Electromagnetic field induced biological effects in humans. Przegl Lek, 72, 636–641.
  4. Markov, M. (2015). XXIst century magnetotherapy. Electromagnetic Biology and Medicine, 34 (3), 190–196. doi: http://doi.org/10.3109/15368378.2015.1077338
  5. Pilla, A. A. (2013). Nonthermal electromagnetic fields: From first messenger to therapeutic applications. Electromagnetic Biology and Medicine, 32 (2), 123–136. doi: http://doi.org/10.3109/15368378.2013.776335
  6. Jelenković, A., Janać, B., Pešić, V., Jovanović, D. M., Vasiljević, I., Prolić, Z. (2006). Effects of extremely low-frequency magnetic field in the brain of rats. Brain Research Bulletin, 68 (5), 355–360. doi: http://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2005.09.011
  7. Torres-Duran, P. V., Ferreira-Hermosillo, A., Juarez-Oropeza, M. A., Elias-Viñas, D., Verdugo-Diaz, L. (2007). Effects of whole body exposure to extremely low frequency electromagnetic fields (ELF-EMF) on serum and liver lipid levels, in the rat. Lipids in Health and Disease, 6 (1). doi: http://doi.org/10.1186/1476-511x-6-31
  8. Devyatkov, N. D., Golant, M. B., Betskii, O. M. (1991). Millimetrovye volny i ikh rol v protsessakh zhiznedeyatelnosti. Moscow: Radio i svyaz, 168.
  9. Betskii, O. V., Lebedeva, N. N. (2001). Sovremennye predstavleniya o mekhanizmakh vozdeistviya nizkointensivnykh elektromagnitnykh voln na biologicheskie obekty. Millimetrovye volny v biologii i meditsine, 3 (33), 5–19.
  10. Kaznacheev, V. P., Mikhailova, L. P. (1985). Bioinformatsionnaya funktsiya estestvennykh elektromagnitnykh polei. Novosibirsk: Nauka, 170.
  11. Sitko, S. P., Skripnik, Yu. A., Yanenko, Yu. A.; Sitko, S. P. (Ed.) (1999). Apparatnoe obespechenie sovremennykh tekhnologii kvantovoi meditsiny. Kyiv: FADA, LTD, 199.
  12. Kolbun, N. D., Lobarev, V. E. (1988). Problema bioinformatsionnykh vzaimodeistvii: millimetrovyi diapazon dlin voln. Kibernetika i vychislitelnaya tekhnika. Kyiv, 78, 94–99.
  13. Smolyanskaya, A. Z., Vilenskaya, R. L. (1973). Deistvie elektromagnitnogo izlucheniya millimetrovogo diapazona na funktsionalnuyu aktivnost nekotorykh geneticheskikh elementov bakterialnykh kletok. UFN, 110 (3), 458–460.
  14. Kolbun, N. D., Lobarev, V. E. (1988). Problema bioinformatsionnykh vzaimodeistvii: millimetrovyi diapazon voln. Kibernetika i vychislitelnaya tekhnika, 78, 94–99.
  15. Fröhlich, H. (1980). The Biological Effects of Microwaves and Related Questions. Advances in Electronics and Electron Physics, 53, 85–152. doi: http://doi.org/10.1016/s0065-2539(08)60259-0
  16. Tsong, T. Y., Liu, D.-S., Chauvin, F., Gaigalas, A., Astumian, R. D. (1989). Electroconformational coupling (ECC): An electric field induced enzyme oscillation for cellular energy and signal transductions. Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 21 (3), 319–331. doi: http://doi.org/10.1016/0302-4598(89)85010-x
  17. Brayman, A. A., Megumi, T., Miller, M. W. (1990). Proportionality of ELF electric field-induced growth inhibition to induced membrane potential inZea mays andVicia faba roots. Radiation and Environmental Biophysics, 29 (2), 129–141. doi: http://doi.org/10.1007/bf01210558
  18. Lebedeva, N. (2001). Millimeter waves in biology and medicine. Radiotekhnika, 1-2 (21-22).
  19. Betskii, O. V., Lebedeva, N. N., Kotrovskaya, T. I. (2002). Stokhasticheskii rezonans i problema vozdeistviya slabykh signalov na biologicheskie sistemy. Millimetrovye volny v biologii i meditsine, 3 (27), 3–11.
  20. Gotovskii, Yu. V., Perov, Yu. F. (2000). Osobennosti biologicheskogo deistviya fizicheskikh faktorov malykh i sverkhmalykh intensivnostei i doz. Moscow, 191.
  21. Kuchin, L. F., Kulish, S. N., Cherenkov, A. D., Litvin, V. V., Chernaya, M. A. (2009). Informatsionnoe pole i ego vzaimosvyaz s okruzhayuschim mirom. Radіoelektronnі і komp’yuternі sistemi, 2 (36), 142–147.
  22. Litvin, V. V. (2007). Sources of electromagnetic radiation with biologically significant influence. Physical processes and fields of technical and biological objects. Kremenchuk: KDPU, 55–56.
  23. Kulysh, S. N., Oleinyk, V. P., Lytvyn, V. V. (2008). Byomedytsynskye prymenenyia myllymetrovikh tekhnolohyi. Sohodennia ta maibutnie farmatsii. Kharkiv: Vyd-vo NFaU, 595.
  24. Lytvyn, V. V., Kulysh, S. N., Oleinyk, V. P. (2009). Ynformatsyonno-volnovie tekhnolohyy korrektsyy funktsyonalnoho sostoianyia cheloveka pry chrezvichainikh sytuatsyiakh. Suchasni informatsiini tekhnolohii upravlinnia ekolohichnoiu bezpekoiu, pryrodokorystuvanniam, zakhodamy v nadzvychainykh sytuatsiiakh. Kyiv: vydavnychyi dim «ADEF-Ukraina», 99–105.
  25. Gulyaev, V. Yu., Oranskii, I. E. (1999). Mekhanizm i lechebnoe primenenie elektromagnitnykh voln millimetrovogo diapazona. Tekhnologiya reabilitatsionnogo naznacheniya i vosstanovitelnoi terapii. Ekaterinburg: «SV-96», 2837.
  26. Buheruk, B. B., Muravska, O. M., Berezhna, E. V. (2001). Imunomoduliuiuchi mozhlyvosti milimetronokhvylovoi tekhnolohii. Visnyk morskoi medytsyny, 1, 131–134.
  27. Devyatkova, N. D. (Ed.) (1991). Vozmozhnosti ispolzovaniya elektromagnitnykh izluchenii maloi moschnosti kraine vysokikh chastot (millimetrovykh voln) v meditsine. Izhevsk: Udmurtiya, 212.
  28. Shrivastava, R. (1997). In Vitro Tests in Pharmacotoxicology: Can We Fill the Gap between Scientific Advances and Industrial Needs? Alternatives to Laboratory Animals, 25 (3), 339–340. doi: http://doi.org/10.1177/026119299702500315
  29. Khadartseva, K. A. (1998). Sochetannoe primenenie nizkouenergeticheskikh krainevysokochastotnogo i lazernogo izlucheniya v ginekologicheskoi praktike. Moscow, 105.
  30. Kovalenko, O. Y., Lytvyn, V. V., Kyvva, F. V. (2007). Modyfykatsyia byolohycheskoi aktyvnosty semen pshenytsi nyzkoyntensyvnim elektromahnytnim vozdeistvyem. Visnyk Kremenchutskoho derzhavnoho politekhnichnoho universytetu imeni Mykhaila Ostrohradskoho, 47 (6), 36–44.
  31. Vainshtein, L. A. (1966). Otkrytye volnovody rezonatory. Moscow: Sovetskoe radio, 395.
  32. Oleinik, V. P., Kulish, S. N., Litvin, V. V. (2007). Apparatnye metody issledovaniya vliyaniya elektromagnitnykh polei na organizm cheloveka. Vіsnik Kremenchutskogo derzhavnogo polіtekhnіchnogo unіversiteu іm. Mikhaila Ostrogradskogo, 6 (47 (1)), 47–49.
  33. Litvin, V. V., Kolbun, N. D., Kulish, S. N., Oleinik, V. P., Sami, A. O. (2009). Modelirovanie parametrov izluchatelya na nesimmetrichnykh volnakh v kruglom dielektricheskom volnovode. Radіoelektronnі і komp’yuternі sistemi, 1 (35), 23–35.
  34. Oleinyk, V. P., Kulysh, S. N., Lytvyn, V. V. (2007). Yskrovoi razriad kak ystochnyk elektromahnytnoho yzluchenyia dlia KVCh terapyy. Intehrovani kompiuterni tekhnolohii v mashynobuduvanni IKTM-2007. Kharkiv: Nats. aerokosm. un-t im. M. Ye. Zhukovskoho «KhAI».
  35. Litvin, V. V., Oleinik, V. P., Kulish, S. N., Sami, A. O. (2010). Generirovanie i otsenka parametrov shirokopolosnogo elektromagnitnogo izlucheniya KVCH diapazona sverkhnizkoi intensivnosti dlya informatsionnykh tekhnologii v meditsine. Radіoelektronnі і komp’yuternі sistemi, 7 (48), 233–235.
  36. Kulish, S. N., Oleinik, V. P., Litvin, V. V., Sami, A. O. (2008). Osobennosti generirovaniya slabointensivnykh elektromagnitnykh voln spetsialnoi formy i energii dlya biologii i meditsiny. «Prikladnaya radioelektronika. Sostoyanie i perspektivy razvitiya» MRF-2008. Vol. IV. Aktualnye problemy biomedinzhenerii. Kharkiv: ANPRE, KHNURE, 184–185.
  37. Voloshyn, Y. A., Kulish, S. M. (2020). Assessment of the parameters of the spark discharge generator for compliance with sanitary standards. Telecommunications and Radio Engineering, 79 (12), 1095–1107. doi: http://doi.org/10.1615/telecomradeng.v79.i12.70
  38. Voloshyn, Yu. A., Kulish, S. M. (2019). Henerator MM-diapazona na volnovodno-shchelevoi lynyy. Suchasnyi rukh nauky. Dnipro, 207–212.
  39. Voloshyn, Yu. A. (2019). Zasoby formuvannia EM vyprominiuvannia radiochastotnoho diapazonu z neteplovym efektom vplyvu na biolohichni obiekty. Informatsiini systemy ta tekhnolohii v medytsyni. Kharkiv.
  40. Voloshyn, Yu. A., Kulish, S. N., Oliinyk, V. P. (2019). Shliakhy pidvyshchennia informatyvnosti analizu bioelektrychnykh syhnaliv. Radyotekhnyka, 196, 98–105.
  41. Kolbun, N. D., Kulish, S. N., Oleinik, V. P., Litvin, V. V. (2009). Physical model of biological system in information-wave interactionwith electromagnetic fields. Radioelektronni i kompiuterni systemy, 2 (36), 148–154.
  42. Kolbun, N. D., Limanskii, YU. P. (2000). Atlas zon informatsionno-volnovoi terapii. Kyiv: Biopolis, 115.
  43. Oleinik, V. P., Kulish, S. N., Litvin, V. V., Sami, A. O. (2008). Fizicheskie mekhanizmy vozdeistviya nizkointensivnogo elektromagnitnogo izlucheniya na bioobekty. «Prikladnaya radioelektronika. Sostoyanie i perspektivy razvitiya» MRF-2008. Vol. IV. Aktualnye problemy biomedinzhenerii. Kharkiv: АНПРE, ХНУРE, 175–177.
  44. Fano, A. (1997). Lethal laws: animal testing, human health and environmental policy. London: Zed Books, 157–159.
  45. Stephens, M.; Langley, G. (Ed.) (1989). Replacing animal experiments. Animal experimentation: the consensus changes. New York, Charman and Hall, 144–168. doi: http://doi.org/10.1007/978-1-349-20376-5_7
  46. Spiridonov, I. N. (2002). Osnovy statisticheskoi obrabotki mediko biologicheskoi informatsii. Moscow: Izdatelstvo MGTU im. N. E. Baumana, 56.
  47. Glants, S. (1998). Mediko-biologicheskaya statistika. Moscow: Praktika, 459.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-08

Як цитувати

Волошин, Ю. А., Куліш, С. М., Олійник, В. П., & Фролов, А. В. (2021). Дослідження впливу електромагнітних полів наднизької інтенсивності на біологічні об’єкти. Technology Audit and Production Reserves, 6(1(62), 19–26. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.244643

Номер

Том 6 № 1(62) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Механіка: Звіт про науково-дослідну роботу

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Yuliia Voloshyn, Sergey Kulish, Volodymyr Oliinyk, Andrei Frolov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.