Известно, что вода и ее структура играют ключевую роль в механизме действия лечебных физических факторов на организм, и исследования в этом направлении имеют фундаментальное значение [1]. Современный взгляд на структуру воды заключается в том, что в ней существует лабильная, структурно и динамически неоднородная трехмерная сетка, образованная молекулами, соединенными водородными связями [2]. Наличие водородных связей приводит к тому, что в воде и ее растворах происходит непрерывное образование и разрушение ассоциатов молекул воды — кластеров [3—5]. Обнаружены большие кластеры с размерами от 10 до 100 мкм (гигантские гетерофазные кластеры воды — ГГКВ), распределенные в жидкой (континуальной) фазе и имеющие время релаксации 1—2 с.

По мнению ряда авторов, размеры и свойства ГГКВ подобны размерам и свойствам клеток живых организмов. ГГКВ, как и клетки живых организмов, имеют мембрану и трансмембранный потенциал (около 100 мВ). При этом в крупном кластере воды могут находиться более мелкие кластеры [3], подобно тому как в клетке имеются митохондрии и другие органеллы. Кластеры могут взаимодействовать между собой и образовывать структуры [4], подобно структуре многоклеточных организмов.

Клеточное строение водной среды позволяет объяснить клеточное строение живых организмов, поскольку эта дифференциация уже априори существует в самой воде. Органическим компонентам будущей клетки в биосистемах остается лишь наполнить уже готовую ячейку [6]. Размеры кластеров зависят от состава воды и ее растворов, температуры, воздействия магнитного поля и других факторов [7]. Наличие больших кластеров не противоречит ранее полученным экспериментальным данным о существовании в воде нанометровых кластеров с временем релаксации 10^–11—10^–12 с [4].

При постоянных термодинамических условиях структура воды воспроизводится. Это позволяет при использовании неразрушающих методов исследования при различных воздействиях оценивать структуру воды, обусловенную изменением соотношения и подвижности ее свободных диполей, а также диполей, находящихся в кластерах, гидратных образованиях ионов [8—10].

В последние годы активно обсуждается вопрос о роли воды в биологических тканях. При этом выделяют связанную с биомолекулами и свободную воду. Ориентация связанной воды на поверхности белковых молекул приводит к возникновению водной оболочки, по структуре напоминающей лед. Структура связанной воды влияет на свойства и функции белковых макромолекул, активность ферментов, структуру и функции биологических мембран [11].

Вопрос об изменении свойств воды за счет ее структурной перестройки начал широко изучаться около 30 лет назад в исследованиях по омагничиванию воды. Было показано, что различные воздействия (омагничивание, изменение температуры и т. д.) имеют одинаковую направленность изменения свойств воды, это позволяет назвать ее активированной. В организмах структурированная вода исполняет роль структурно-энергетического каркаса белковых тел, а в комплексе с органическими соединениями создает матрицы, к которым можно отнести рибонуклеиновую и дезоксирибонуклеиновую кислоты, в них двойная спираль обусловлена параметрами метастабильной структуры воды [12].

Показано, что физиологические и биохимические процессы адаптации развиваются также на уровне взаимодействия молекул с водой. Установлено, что при длительном или многократном воздействии внешних факторов происходит адаптация организма, сопровождающаяся повышением содержания связанной воды в крови. Если воздействие превышает адаптивные возможности организма, то наступает дезадаптация, которая сопровождается снижением содержания связанной воды. При этом адаптогены повышают содержание связанной воды в крови экспериментальных животных [11].

Цель исследования — оценить роль изменения структуры воды и водосодержащих систем в механизме комплексного действия магнитного поля и природных лечебных факторов на основе обобщения полученных ранее данных экспериментов и клинических исследований.

При проведении экспериментов были использованы разработанные нами ранее измерительные ячейки, а также неразрушающий и воспроизводимый способ оценки структуры воды, водных растворов, животных и растительных объектов [8—10, 13, 14]. Способ основан на измерении электрической емкости и добротности колебательного контура при внесении изучаемых объектов между обкладками конденсатора. Для оценки динамики изменения температуры жидкостей использовали методику термометрии, детали которой описаны ранее Г.Н. Сидоренко и соавт. [10].

Для модификации структуры воды и водосодержащих объектов применяли поле постоянных магнитов оригинальных магнитных систем [15]. При разработке магнитных систем для первичной сравнительной оценки их биологических эффектов использовали дистиллированную воду, минеральную воду «Карачинская», лечебные грязи, их жидкую фракцию, реактивы для определения активности ферментов [15—17].

Дистиллированную воду и минеральную воду «Карачинская» омагничивали путем их вращения в сосуде, по боковым сторонам которого были установлены магнитные системы с индукцией 0,2 Тл. Контролем служило вращение жидкости в сосуде без магнитов. Температура жидкостей в обеих сериях составляла 20 °C [15, 17].

Омагничивание лечебных грязей и их жидкой фракции для определения активности ферментов проводили путем их перемещения по лабильной методике (круговыми движениями по часовой стрелке) относительно магнитной системы. Такую методику омагничивания использовали в дальнейшем при проведении клинических наблюдений. Активность каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, протеаз и дегидрогеназ определяли стандартными методами [15, 17, 18].

В экспериментах на животных корригирующее действие омагниченных и неомагниченных минеральной воды «Карачинская» и лечебных грязей (сапропелей) оценивали по методике, описанной ранее. Грязевые аппликации применяли паравертебрально, а матрицу с магнитами накладывали поверх слоя лечебной грязи [15, 17].

В клинических исследованиях омагниченную и неомагниченную минеральную воду «Карачинская» пациенты с заболеваниями желудочно-кишечного тракта принимали внутрь 3 раза в сутки по 100—200 мл в течение 3—4 нед [15, 19]. В другом исследовании при лечении больных остеоартрозом, осложненным реактивным синовитом, использовали лечебную грязь: ею обмазывали суставы и покрывали клеенкой. Через 10 мин поверх клеенки производили омагничивание полем постоянных магнитов оригинальных магнитных систем по лабильной методике [15, 18].

В результате проведенных ранее исследований [8—10, 13, 14] были разработаны измерительные ячейки, а также неразрушающий и воспроизводимый способ оценки структуры воды, водных растворов, животных и растительных объектов, имеющий для этого достаточно высокую разрешающую способность. Было показано, что при изменении температуры, концентрации растворов, их состава, воздействии магнитного поля наблюдаются значительные и разнонаправленные изменения электрической емкости и добротности колебательного контура в изучаемых объектах.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что изменения электрофизических и температурных параметров воды и водосодержащих систем при различных воздействиях обусловлены изменением соотношения количества свободных диполей воды, диполей, находящихся в кластерах и гидратных образованиях ионов. Было установлено, что наблюдаемое повышение (снижение) электрической емкости в диапазоне частот от 0,1 до 3000 кГц и добротности колебательного контура — от 10 до 300 кГц в воде и водосодержащих средах при различных воздействиях свидетельствует об уменьшении (увеличении) их структурированности.

В работе Б.И. Лаптева и соавт. было также показано, что после омагничивания величина электрической емкости дистиллированной воды при частотах реактивного тока от 1 до 30 кГц снижается (рис. 1)

Изменения электрической емкости дистиллированной воды и добротности колебательного контура после воздействия магнитным полем свидетельствуют об изменении ее структуры. Это подтверждается также возрастанием значения рН с 5,27±0,02 до 5,43±0,02 (р<0,001).

Для оценки возможных механизмов изменения структуры воды, активированной магнитным полем, были проведены 2 серии исследований с изменением ее температуры.

В экспериментах после нагревания дистиллированной воды с 20 до 60 °C и последующего охлаждения до начальной температуры (20 °С) без доступа воздуха, а также после охлаждения до 10 °C ее электрическая емкость снижается на 4—7% при частотах 10 и 30 кГц (р<0,001), а добротность колебательного контура на всех изученных частотах повышается на 11—30% (р<0,001) (см. рис. 1).

При нагревании же дистиллированной воды до 30 °C ее электрическая емкость, напротив, возрастает на частотах 10 и 30 кГц на 6—7% (р<0,001), а добротность колебательного контура на всех изученных частотах снижается на 14—16% (р<0,001) (см. рис. 2).

Приведенные выше результаты свидетельствуют о том, что при омагничивании дистиллированной воды, а также после ее нагревания с 20 до 60 °C и последующего охлаждения до начальной температуры (20 °С) без доступа воздуха и после охлаждения до 10 °С, очевидно, происходит повышение структурированности воды, обусловленное укрупнением кластеров и изменением вследствие этого соотношения структурносвязанных и свободных диполей воды. При нагревании же дистиллированной воды происходит обратный процесс — снижение ее структурированности, обусловленное, очевидно, уменьшением размеров и количества крупных кластеров, а также возрастанием содержания свободных диполей воды.

Однако при активации дистиллированной воды магнитным полем, а также после ее нагревания с 20 до 60 °C и последующего охлаждения до начальной температуры (20 °С) без доступа воздуха и после охлаждения до 10 °C наблюдалось возрастание добротности колебательного контура на резонансных частотах 30, 100 и 300 кГц. Это, очевидно, свидетельствует о том, что после различных воздействий, включая омагничивание, происходят такие изменения структуры воды, при которых повышается синхронизация поворотов ее диполей на резонансных частотах.

Полученные результаты частично подтверждают данные другого исследования [12] о том, что различные воздействия (омагничивание, изменение температуры и т. д.) имеют одинаковую направленность изменения свойств воды, что позволяет назвать ее активированной.

Таким образом, воздействие магнитным полем (омагничивание) активирует дистиллированную воду путем изменения ее структуры, что проявляется в снижении ее электрической емкости и повышении добротности колебательного контура, а также в возрастании значения рН, что, вероятно, свидетельствует об увеличении числа водородных связей. Повышение значения рН наблюдалось также при омагничивании минеральной воды «Карачинская» [15], т. е. омагничивание минеральной воды «Карачинская» так же, как и дистиллированной воды, повышало ее структурированность.

В последние годы появилось значительное число исследований, в которых изучали возможность и целесообразность применения в восстановительной терапии комплексного воздействия преформированных и природных лечебных физических факторов — минеральных вод и лечебных грязей [15]. С учетом этого были проведены сравнительные исследования терапевтической активности омагниченной и неомагниченной минеральной воды «Карачинская».

Так как организм на две трети состоит из воды, то прием активированной магнитным полем (омагниченной) минеральной воды «Карачинская», имеющей бόльшую структурированность по сравнению с неомагниченной водой, вероятно, может оказывать более выраженный положительный эффект на животных и человека. Косвенно в пользу этого предположения свидетельствуют данные исследования о повышении содержания связанной воды в крови при адаптации организма к выраженным воздействиям. При дезадаптации, напротив, происходит снижение содержания связанной воды [11].

Эксперименты на животных подтвердили сделанное выше предположение. Минеральная вода «Карачинская» оказывает гепатопротекторное действие при токсическом гепатите, а ее омагничивание существенно повышает терапевтическую активность [15, 19].

Омагниченная и неомагиченная минеральная вода «Карачинская» была также использована при лечении хронического некалькулезного холецистита с различными сопутствующими заболеваниями [15, 18]. Лечение пациентов с хроническими заболеваниями желудочно-кишечного тракта включало соблюдение диет, занятия лечебной физической культурой, трехкратный внутренний прием омагниченной минеральной воды «Карачинская» в течение 1 сут.

Выявлено, что неомагниченная минеральная вода «Карачинская» оказывает нормализующее действие на моторную функцию желчного пузыря и иммунный статус больных. Омагничивание минеральной воды «Карачинская» расширяет спектр ее лечебного действия и повышает его эффективность. Показано, что омагниченная минеральная вода «Карачинская» наряду с нормализующим действием на моторную функцию желчного пузыря и иммунный статус более выраженно снижает воспалительный процесс в желчном пузыре и уменьшает исходно повышенную кислотность желудочного сока. Отмечено, что используемый комплекс лечения с применением минеральной воды «Карачинская» осложнений не вызывает [18].

Общая непосредственная эффективность лечения пациентов с заболеваниями желудочно-кишечного тракта омагниченной минеральной водой «Карачинская» в комплексе с лечебной физической культурой и циркулярным душем составила 85%. При использовании неомагниченной минеральной воды «Карачинская» общая непосредственная эффективность лечения больных была ниже и составила 72%. На основе полученные данных рекомендовано применение омагниченной минеральной воды здоровым людям.

Таким образом, полученные в эксперименте и клинических исследованиях результаты свидетельствуют о том, что повышение структурированности минеральной воды при омагничивании улучшает ее терапевтический эффект. Правомерность такого предположения частично подтверждается тем, что адаптогены также повышают содержание связанной воды в крови экспериментальных животных [11].

Основываясь на полученных результатах [8—10, 13, 14], можно сделать вывод, что при воздействии магнитного поля в дистиллированной воде и минеральной воде «Карачинская» происходят такие изменения структуры, при которых уменьшается подвижность диполей воды на частотах реактивного тока от 1 до 30 кГц (т.е. увеличивается структурированность воды), но повышаются добротность колебательного контура на резонансных частотах и значение рН этих жидкостей. Поскольку такие изменения структуры водосодержащей системы повышают эффективность лечения, то можно предположить, что при приеме омагниченной минеральной воды аналогичные изменения происходят и в организме, т. е. стабилизируются клеточные структуры, но облегчается взаимодействие между процессами в резонансном режиме (благодаря синхронизации поворотов диполей воды на резонансных частотах). Улучшение же процессов в резонансном режиме при сохранении стабильности структур для организма имеет большое значение, поскольку в нем явления резонанса и синхронизации процессов широко распространены [21].

Далее были проведены исследования по обоснованию комплексного применения магнитного поля и лечебной грязи (сапропеля). В работе использовали лечебную грязь со сниженной до 35—36 °С температурой, что, во-первых, позволило снизить тепловую нагрузку на организм, во-вторых, целесообразность такого подхода была подтверждена данными исследований по изменению структуры воды при ее нагревании и охлаждении [10, 13]. Оказалось, что на кривой средних арифметических значений динамики температуры имеются локальные повышения (максимумы) при 32, 39 и 42 °C. При этом в диапазоне температур от 33 до 38 °C значения этой кривой практически не изменялись (рис. 3).

Поскольку при повышении температуры дистиллированной воды и ее растворов до 40 °C в них происходит разрушение крупных кластеров с размерами от 2 до 40 мкм [7], т. е. существенное снижение структурированности, то целесообразно использовать такую температуру лечебной грязи, при которой сохранялась бы достаточная структурированность ее водной фракции и в процессе лечения в грязи не происходили бы существенные структурные изменения. С учетом приведенных выше данных температура лечебной грязи должна находиться в диапазоне от 33 до 38 °C, что и соответствует используемой в исследованиях температуре сапропеля — 35—36 °С.

При обосновании комплексного применения магнитного поля и лечебной грязи принимали во внимание также данные экспериментов о наличии связи между длительностью хранения, регенерацией лечебных грязей и активностью в них каталазы, что, очевидно, отражает изменение терапевтической активности сапропелей [22—24], а также значительный вклад биологически активных соединений в действие лечебных грязей [23].

В экспериментах при омагничивании сапропеля оказалось, что активность каталазы увеличивается на 35%. Для оценки механизма влияния магнитного поля на активность фермента сапропеля его центрифугировали, полученную водную фракцию омагничивали, а затем возвращали к осадку. Оказалось, что эффект повышения активности каталазы практически полностью воспроизводился при омагничивании лишь отжима сапропеля.

С учетом этих данных одним из механизмов действия магнитного поля на сапропель и омагниченной грязи на организм может являться изменение структуры воды и, соответственно, структурированности водной фракции лечебной грязи. По данным Н.А. Рослякова и соавт., в нативном сапропеле доля связанной воды составляет 25% [24]. Полученные данные об изменении активности каталазы согласуются с результатами другого исследования о влиянии структуры связанной воды на активность ферментов [11].

В эксперименте при токсическом гепатите у крыс курсовое сочетанное воздействие сапропеля и неоднородного постоянного магнитного поля по сравнению с влиянием аппликаций лечебной грязи ускоряло восстановительные процессы при одновременном уменьшении степени напряжения регуляторных процессов организма, оцениваемой по отношению содержания в сыворотке крови 11-оксикортикостероидов к инсулину.

Положительные результаты экспериментов послужили основой для разработки нового способа лечения остеоартроза, осложненного реактивным синовитом, путем сочетанного воздействия аппликаций лечебной грязи со сниженной до 35—36 °С температурой и магнитного поля [18]. Данный способ включает курсовое сочетанное воздействие магнитного поля и лечебной грязи, а также занятий лечебной физической культурой.

Практически все больные, пролеченные разработанным способом, хорошо перенесли процедуры. Неблагоприятных побочных реакций не наблюдалось ни у одного пациента. Сочетанное воздействие магнитного поля и сапропеля способствовало более выраженной нормализации всех исследуемых показателей по сравнению с неомагниченной лечебной грязью. Эффективность лечения составила 90,7 и 77% соответственно. Лечебный эффект при сочетанном использовании магнитного поля и сапропеля сохранялся до 1,5 года.

Таким образом, в результате проведенных исследований было показано, что при воздействии магнитного поля на природные лечебные факторы — лечебные грязи и минеральную воду — в них происходит изменение физико-химических и биохимических параметров, и, соответственно, изменение их структуры и структуры содержащейся в них воды. При омагничивании терапевтическая активность лечебной грязи и минеральной воды существенно повышается. Улучшение восстановительных процессов в организме под влиянием комплексного воздействия магнитного поля и природных лечебных факторов происходит как при опосредованном действии магнитного поля через изменение структуры минеральной воды, так и при его сочетанном воздействии на параметры лечебной грязи и организм. При этом положительный адаптогенный эффект комплексного воздействия магнитного поля и природных лечебных факторов, вероятно, обусловлен такими изменениями структуры воды и водосодержащих систем (в частности, внутри и вне клеток), при которых облегчается взаимодействие между процессами в резонансном режиме, но сохраняется стабильность клеточных структур благодаря ограничению подвижности диполей при воздействии нерезонансных частот.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликтов интересов, связанных с проведением настоящего исследования и публикацией статьи, о которых следует сообщить.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — Е.Ф. Левицкий, Б.И. Лаптев; сбор и обработка материала, статистическая обработка данных — Г.Н. Сидоренко, Т.Г. Иванова, Н.П. Горленко, Л.В. Антошкин; написание текста — Г.Н. Сидоренко, Н.П. Горленко; интерпретация данных — Г.Н. Сидоренко, Б.И. Лаптев, Н.П. Горленко; редактирование — Е.Ф. Левицкий.

Сведения об авторах

Левицкий Евгений Федорович, д.м.н., профессор [Eugene F. Levitsky, MD, PhD, Professor]; адрес: Россия, 636070, Северск, ул. Мира, 4 [address: 4 Mira str., 636070 Seversk, Russia]; e-mail: niikf@med.tomsk.ru

Лаптев Борис Иннокентьевич, д.б.н., профессор [Boris I. Laptev, PhD, Professor]; ORCID: http://orcid.org/0000-0001-6635-0685; eLibrary SPIN: 7603-5740; e-mail: bornovo@gmail.com

Сидоренко Галина Николаевна, к.б.н. [Galina N. Sidorenko, PhD]; ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7419-400X; eLibrary SPIN: 7572-1120; e-mail: bornovo@gmail.com

Иванова Татьяна Григорьевна, к.м.н. [Tatyana G. Ivanova, MD, PhD]; ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3323-5589; e-mail: antony.stolov@gmail.com

Горленко Николай Петрович, д.т.н., профессор [Nikolai P. Gorlenko, PhD, Professor]; ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6237-4353; eLibrary SPIN: 7603-5740; e-mail: gorlen52@mail.ru

Антошкин Леонид Владимирович, к.т.н. [Leonid V. Antoshkin, PhD]; ORCID: http://orcid.org/0000-0003-2136-4711; eLibrary SPIN: 4144-4702; e-mail: lant@iao.ru