ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 456, № 5, с. 561-564
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 541.18:532:541.8.532.77
ОБРАЗОВАНИЕ НАНОАССОЦИАТОВ - ФАКТОР, ОПРЕДЕЛЯЮЩИМ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОРАЗБАВЛЕННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
© 2014 г. Академик А. И. Коновалов, Е. Л. Мальцева, И. С. Рыжкина, Л. И. Муртазина, Ю. В. Киселева, В. В. Каспаров, Н. П. Пальмина
Поступило 10.02.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565214170174
Известно, что водные растворы многих биологически активных веществ (БАВ) проявляют биоэффекты (фиксируемые отклики изучаемых биологических систем при действии на них водных растворов БАВ) как при "обычных" (физиологических, терапевтических) концентрациях растворенного вещества (10-2—10-7М), так и в области высокоразбавленных растворов (10-10—10-20М) [1—3]. Необходимо отметить, что такие растворы обычно готовят путем последовательных серийных разбавлений; поэтому указываемые значения концентраций являются расчетными величинами.
Биоэффекты при "обычных" концентрациях БАВ не только не вызывают сомнений у исследователей, но они являются составной частью основ наук о живом, базой фармацевтики. А вот существование таких эффектов в области высокораз-бавленных водных растворов, которые получили название "эффекты сверхмалых доз" (СМД), подчас вызывало и вызывает сомнения, поскольку явление не имело удовлетворительного физико-химического обоснования [1—4]. Более того, оно находилось в противоречии с существующими воззрениями на природу (состояние) растворов и оставалось с этой точки зрения как бы "вне (научного) закона".
Действительно, если при концентрации 10-2 М отношение числа молекул растворенного вещества к числу молекул воды составляет ~1:103, то в области высоких разбавлений число молекул растворенного вещества в растворе становится исче-зающе мало. Так, при концентрации растворенного вещества, к примеру, 10-17М отношение числа молекул растворенного вещества к числу
Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра Российской Академии наук, Казань Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской Академии наук, Москва
молекул воды составляет ~1:1018. В таких условиях, казалось бы, не может быть каких-либо биоэффектов. Тем не менее к настоящему времени получены тысячи (!) примеров проявления биоэффектов при действии высокоразбавленных водных растворов БАВ, включая лекарственные средства, на биологические системы, относящиеся к различным уровням биологической организации материи (биомакромолекулы — клетки — органы — организмы — популяции) [1—5]. При этом речь идет о биоэффектах, определяемых количественными методами и с необходимой воспроизводимостью, что исключает субъективность в признании их существования. Налицо научное противоречие.
Причина такого противоречия, по всей вероятности, состоит в том, что в области высокоразбав-ленных водных растворов не непосредственно само растворенное БАВ, его отдельные молекулы, являются факторами, определяющими биоэффекты таких растворов, а какие-то другие процессы, происходящие в растворе при разбавлении. Согласно достаточно масштабным комплексным физико-химическим исследованиям научного коллектива под руководством А.И. Коновалова ([6—8] и ссылки в них), охватившим водные растворы примерно 100 соединений различной химической и биологической природы в интервале концентраций от 10-2 до 10-20 М, при общепринятой процедуре приготовления высокоразбавлен-ных водных растворов (последовательные серийные разбавления) наблюдается ранее неизвестное явление. Это образование в таких растворах при участии молекул воды наноразмерных молекулярных ансамблей, названных наноассоциатами. Наноассоциаты детектируют методом динамического светорассеяния (ДСР). Их размер (средний гидродинамический диаметр, П) достигает 400— 500 нм.
По предположению авторов этих исследований, образование наноассоциатов является истин-
ной причиной проявления высокоразбавленными водными растворами "аномальных" физико-химических свойств, а также может обуславливать биоэффекты таких растворов. Следует отметить, что "аномальность" физико-химических свойств высокоразбавленных водных растворов состоит в отличии наблюдаемых при разбавлении свойств растворов от свойств бидистиллированной воды (растворитель). Она заключается прежде всего в том, что при высоких разбавлениях таких отличий в свойствах, так же как и биоэффектов, не должно было бы быть по тем же самым причинам. Действительно, какое физико-химическое свойство, отличное от свойства воды, может проявить раствор, если в нем на одну молекулу растворенного вещества приходится миллиард миллиардов молекул воды (10-17М)?
Основой для указанного выше предположения служила корреляция биологических и физико-химических свойств растворов с параметрами на-ноассоциатов [6—8]. Однако, естественно, вставал вопрос о расширении научной базы, которая дала бы возможность найти дополнительные аргументы в пользу такого предположения.
В связи с этим очень важным является то обстоятельство, что упомянутые выше исследования проводили как в "обычных" (на лабораторном столе), так и в "гипоэлектромагнитных" условиях. В последних случаях растворы после их приготовления в соответствии с разработанной процедурой выдерживали перед измерением 24 ч, но не как обычно, на лабораторном столе, а в пермаллоевом контейнере, экранирующем его содержимое от действия геомагнитного и низкочастотных внешних электромагнитных полей. В работе применяли трехслойный пермаллоевый контейнер, в котором индукция геомагнитного поля снижалась более чем в 1000 раз.
В итоге был сделан вывод, что действие внешних электромагнитных полей является необходимым условием образования наноассоциатов. Эксперименты показали, что в отсутствие электромагнитных полей (экранирование пермаллоевым контейнером) в растворах выше некоторого порогового уровня разбавления, как правило ниже интервала концентраций 10-5—10-8М, наноассо-циаты методом ДСР не детектируют, т.е. в данном случае в области высокоразбавленных растворов соблюдается соотношение: "нет электромагнитных полей — нет наноассоциатов".
Эти результаты дали основание полагать, что применение пермаллоевого контейнера может служить инструментом для проверки того, действительно ли образование наноассоциатов в вы-сокоразбавленных водных растворах необходимо для проявления как "аномальных" физико-химических, так и биологических свойств (биоэффектов) таких растворов. Если в условиях электро-
магнитного экранирования растворов наноассо-циаты в них не образуются, то тогда при справедливости выдвинутого предположения такие растворы не должны проявлять ни "аномальных" физико-химических, ни каких-либо биологических свойств.
В настоящей работе такая проверка осуществлена на примере растворов фенозана калия [ФК, калиевая соль Р-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бу-тилфенил)пропионовой кислоты]. ФК — известный водорастворимый синтетический антиокси-дант из класса экранированных фенолов, синтезированный в Институте биохимической физики РАН (Москва). Ранее было показано, что растворы ФК, в том числе и в сверхнизких концентрациях, проявляют разнообразную биологическую активность in vitro и in vivo [1, 9, 10]. Исследование серии растворов ФК различных степеней разбавления (концентраций) в "обычных" и "гипоэлектромагнитных" условиях методом ДСР, а также определение удельной электропроводности и поверхностного натяжения этих растворов были осуществлены ранее [11]. Полученные результаты, которые важны для последующего рассмотрения материала этого сообщения, представлены на рис. 1.
Из рис. 1а, где приведены данные метода ДСР в полном согласии со сделанными ранее выводами, видно, что если в "обычных" условиях во всей изученной области разбавлений (концентраций) растворов ФК фиксируется наличие нанообъек-тов, размеры которых в зависимости от степени разбавления изменяются нелинейно и немо но -тонно (значимость таких изменений в этом конкретном случае будет видна из последующего изложения), то в "гипоэлектромагнитных" условиях в растворах с концентрациями ниже пороговых значений (на уровне 1 • 10-9— 1 • 10-7М) образование нанообъектов (наноассоциатов) не зафиксировано.
Из данных, представленных на рис. 1б и 1в, однозначно следует, что в "гипоэлектромагнитных" условиях в отличие от "обычных" физико-химические свойства растворов (удельная электропроводность и поверхностное натяжение) за пределами пороговых разбавлений (концентраций) соответствуют свойствам воды. Никаких "аномальных" свойств в этих условиях в этой области растворов не наблюдается. С учетом данных рис. 1а выстраивается логически оправданное соотношение: "нет электромагнитных полей — нет наноассоциатов — нет "аномальных" физико-химических свойств растворов".
Отсюда следует, что предположение, согласно которому причиной "аномальных" физико-химических свойств высокоразбавленных водных растворов в "обычных" условиях является образование в этих растворах наноассоциатов, в слу-
ОБРАЗОВАНИЕ НАНОАССОЦИАТОВ
563
чае растворов ФК получило однозначное подтверждение.
Для подтверждения предположения о том, что и биологические свойства высокоразбавленных водных растворов в "обычных" условиях также могут быть обусловлены образованием в них на-ноассоциатов, было проведено дополнительное исследование.
С этой целью было изучено действие растворов ФК in vitro на природные мембраны — синап-тосомы, которые были выделены в разные сезоны года (весна, осень) из клеток головного мозга мышей линии F1(C57xDBA2) путем последовательного центрифугирования на градиенте сахарозы согласно методике [12]. Данные синаптосомы являются достаточно однородными и мало различающимися по своим размерам мембранными структурами [13].
Критерием действия растворов ФК на синапто-сомы служило изменение микровязкости липидов мембран, которое оценивали по изменению времени вращательной корреляции (тс) спинового зонда, встроенного в мембраны, с изменением степени разбавления (концентрации) растворов ФК. В качестве спинового зонда использовали 16-доксилстеа-риновую кислоту, широко применяемую для этой цели [14]. Время тс рассчиты
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.