Тезиография крови и биологических жидкостей как реализация природной нанотехнологии в диагностике

1. Тезиография крови и биологических жидкостей, как реализация природной нанотехнологии в диагностике

Заслуженный деятель науки РФ
д.м.н., профессор А.А. Хадарцев

2. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Тезиография (описание
кристаллизации) биологических
жидкостей выросла из общей
кристаллографии
• В 1888 г. О. Леманом были открыты
структуры жидких кристаллов
некоторых органических веществ,
молекулы в которых расположены не
хаотично, а частично упорядочены

3. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Биологические жидкости
человеческого организма, как и
любого другого животного
организма, обладают основными
свойствами жидких кристаллов,
что проявляется при их
исследовании различными
способами, включая
тезиографические

4. Тезиография крови и биологических жидкостей

• В эру высоких технологий
возникают вопросы, связанные со
структурными особенностями
жидких кристаллов на более
глубоком уровне, то есть на
уровне наноразмеров
• Методом исследования на этом
уровне становится сканирующая
зондовая микроскопия

5. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Проведенные исследования с
использованием этого вида
микроскопии и современного
математического анализа (1D
вейвлет-преобразования и др.)
позволили изучить кластерные
структуры различных жидких
кристаллов , имеющих различную
конфигурацию

6. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Структура биомолекул в
стеклообразном состоянии не всегда
является адекватной структуре
исходных жидких кристаллов Это
зависит от условий фазового перехода,
в результате которого кристаллизация
может сопровождаться появлением
дефектных структур, что определяет
стеклообразное состояние как
неравновесное

7. Тезиография крови и биологических жидкостей

ПРИМЕРЫ НАНОКЛАСТЕРОВ,
НАБЛЮДАЕМЫХ В
НАНОСЛОЯХ ЖК:
• а) хат-кластер и его разрез
(слева); б) двухмерное
изображение
• рафт-, хат- и
конусообразных кластеров
и нанопирамид;
• в) реальная ориентация
различных кластеров на
подложке
(фото Гирфановой Ф.М., 2007)

8. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Тезиограммы биологических жидкостей
представляет собой комплексную
структуру – биокристаллоиды (или
кристаллиты). Установлено, что это
химеры из кристаллов и
околокристаллической среды, а также
собственно кристаллы солей
биологических сред,
сформировавшихся после
дегидратации биологических жидкостей
вследствие испарения воды

9. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Тезиография является ключом
изменчивых связей между самими
биологическими средами, органами и
системами организма. Однако глубокое
изучение механизмов кристаллизации
биологических жидкостей до сих пор
сдерживается отсутствием
систематизации и одних и тех же
элементов, формирующихся в
тезиографических препаратах

10. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Медицинские и биологические
описания кристаллизации
биологических жидкостей
страдают аллегоричностью, тогда
как физики и кристаллографы
давно пользуются в отношении
кристаллизации из раствора
установившимися терминами и
научными дефинициями

11. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Тезиографические исследования
привлекли внимание большого
числа биологов и медиков как
перспективное направление для
выявления и идентификации
заболеваний человека, животных и
растений

12. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Показана высокая
чувствительность
специфических
тезиографических структур
плазмы и сыворотки крови
биообъектов к воздействию
ряда физических и химических
факторов

13. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Разработка новых способов диагностики
заболеваний человека и животных,
получение новых материалов, необходимых
промышленности, связано с перспективами
исследования закономерностей наномира.
При кристаллизации разных биологических
жидкостей реализуются сложные
процессы, в числе которых –
высокоселективный химический процесс,
являющийся проявлением одной из
эффективных природных нанотехнологий
(кристаллизации–растворения)

14. Тезиография крови и биологических жидкостей

• В природных и «рукотоворных»
нанотехнологиях фракталы играют
важную роль, поскольку из-за своей
иерархической самоорганизации
многие наносистемы обладают
нецелочисленной размерностью, то
есть являются по своей
геометрической, физико-химической
или функциональной природе
фракталами

15.

ПРИМЕРЫ ДЕНДРИТНЫХ КРИСТАЛЛОВ (ФРАКТАЛОВ) А Б
• А – дендритный фрактал, полученный электроосаждением
меди из раствора сульфата меди
• Б – энергоинформационная матрица (гармонизатор
В.А. Муромцева) на основе дендритных кристаллов меди

16. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Общее содержание воды составляет 60 %
массы тела, а клеточной и внутриклеточной
жидкости – соответственно 40 % и 20 %
массы тела. Внутриклеточная жидкость
состоит из интерстициальной (15 %), и из
внутрисосудистой (5 %) воды. Таким
образом, у мужчины весом 70 кг общий
объем воды – 42 л, клеточной жидкости – 28
л и внутриклеточной жидкости – 14 л.
Интерстициальная вода составляет 10,5 л и
внутрисосудистая (плазма крови) – 3,5 л.

17.

Некоторые возможные структуры
кластеров воды
(по В.Л. Воейкову)

18. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Кластерно-структурированная вода
становится источником сверхслабого и
слабого переменного электромагнитного
излучения. Предполагается возможность
влияния этого электромагнитного поля на
структурно-информационные
характеристики биологических объектов.
Следовательно, вода может принимать
участие в переносе информации, если за
понятие «информация» принять меру
организованности движения,
взаимодействия и перемещения частиц в
системе

19. Тезиография крови и биологических жидкостей

• 1-й уровень – перескок протонов
вдоль спирали
структурированной воды. Он
характерен для терминалей,
заканчивающихся в области
биологически активных точек,
с одной стороны, и тканей
отдельных органов с другой

20. Тезиография крови и биологических жидкостей

• 2-й уровень – образование
протонных сгущений и
разрежений вдоль тяжей
(коллатералей), состоящих из
отдельных спиралей и
реализующих передачу
информации от нескольких
биологически активных точек
или от внутренних органов и
обратно

21. Тезиография крови и биологических жидкостей

• 3-й уровень – межкластерный
обмен молекулами воды, в
кластерах, входящих в структуру
параллельных тяжей, образующих
основу каналов – меридианов. Это
центральное звено передачи
информации между биологически
активными точками и
внутренними органами в обе
стороны

22.

СХЕМА ДЕГИДРАТАЦИИ ТЕСТ-КАПЛИ МОЧИ:
а – вертикальный разрез: неравномерное
распределение слоя жидкости; б – вид сверху:
образование зон кристаллизации в
процессе осмофереза

23. ТИПИЧНЫЕ ТЕЗИОГРАММЫ ЭРИТРОЦИТАРНОЙ ВЗВЕСИ Световая микроскопия, ув. х60.

24. ВИХРЕПОДОБНЫЕ И СВАСТИКОПОДОБНЫЕ СТРУКТУРЫ ТЗГ СЫВОРОТКИ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА. Световая микроскопия, ув. х360

25. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Отражением сверхпроводящего тока в
наблюдаемых системах является
закрепление вихревых линий (т.н.
пиннинг магнитного потока) на
дефектах или элементах структуры. При
этом, такие дефекты (центры
пиннинга) должны быть размером
порядка длины когерентности в
несколько нанометров (в отличие от
низкотемпературных
сверхпроводников, где они на 1–2
порядка величины больше)

26. БЕЗОТРЫВНОЕ (А) И ОТРЫВНОЕ (Б) ОБТЕКАНИЕ КАВЕРН: 1 – точка отрыва потока; 2 – область обратного присоединения на нижней по

потоку стенке; 3 – внутренний вихрь

27. КАРТИНА ОБТЕКАНИЯ ЛУНКИ при небольших (а, U0<0,2 м/с) и больших (б, U0>0,2 м/с) скоростях: а) – слой смешения (1) периодически

КАРТИНА ОБТЕКАНИЯ ЛУНКИ при небольших (а, U0<0,2 м/с)
и больших (б, U0>0,2 м/с) скоростях: а) – слой смешения (1)
периодически сворачивается в вихрь и уносится потоком;
б) – на дне лунки формируется смерчеобразный вихрь

28. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ПЛАЗМЫ КРОВИ ДОНОРОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПРЕПАРАТ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Световая микроскопия, ув. Х420

Второй (опытный) препарат в течение 5 минут подвергались облучению
ультрафиолетовыми (УФ)-лучами (длина волны 390–400 нм), первый
препарат подвергся имитации облучения (контроль). Воздействие
ультрафиолетового излучения приводило к изменению числа К1 и К2,
и к появлению более крупных вторичных отложений в фации

29. Изменение специфических тезиографических структур плазмы крови под влиянием кратковременного воздействия гелий-неонового

Изменение специфических тезиографических структур плазмы
крови под влиянием кратковременного воздействия гелийнеонового лазера. Световая микроскопия, ув. х360: 1 – фоновый
препарат, средняя зона тезиограммы; 2 – препарат после воздействия
когерентного света; 3 – широкие К2 фонового препарата; 4 – сужение и
изменение характера дихотомии К2 после воздействия лазерного
излучения

30. Международная конференция по физико-химическим и биологическим свойствам воды. США, штат Вермонт

Международная конференция по физикохимическим и биологическим свойствам воды.
США, штат Вермонт

31.

КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ В ЖИДКОЙ
ВОДЕ И ДИНАМИКА ОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В ЖИВОЙ МАТЕРИИ
(ВЕЩЕСТВЕ)
При соединении двух
микроскопических компонентов (N)
- атомов, сцепленных
электромагнитным полем парами получается динамическая
нестабильность выше критической
плотности (N/V) и ниже
критической t …

32. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ В ЖИДКОЙ ВОДЕ И ДИНАМИКА ОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В ЖИВОЙ МАТЕРИИ (ВЕЩЕСТВЕ)

• Когерентное состояние, когда N
компоненты колеблются в унисон
между двумя индивидуальными
уровнями в пределах «когерентной
области» (КО), размеры которой равны
диапазону длин волн
электромагнитного поля
• Некогерентное состояние – при низких
энергиях, когда N компоненты
независимы и не связаны по фазе, а
ограничены только статическими
силами

33. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ В ЖИДКОЙ ВОДЕ И ДИНАМИКА ОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В ЖИВОЙ МАТЕРИИ (ВЕЩЕСТВЕ)

• Некогерентное состояние образует
«вакуум» новой фазы и различных
энергий между двумя вакуумами,
вызывающих появление теплоты
фазового перехода в фазе перехода.
Образуются многоуровневые
комплексы, такие как молекулы
воды, а двухфазовые (когерентныенекогерентные) среды
соответствуют жидкому её
состоянию

34. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ В ЖИДКОЙ ВОДЕ И ДИНАМИКА ОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В ЖИВОЙ МАТЕРИИ (ВЕЩЕСТВЕ)

• Вода «когерентной области» способна
производить электронные колебания
биомолекул. Квазисвободные
электроны воды «когерентной области»
имеют высокую вероятность создавать
туннель «когерентной области»,
уменьшая элементы в парах, которые
внешне являются в некогерентной фазе,
и чьи компоненты получают электроны.
Парная «когерентная–некогерентная»
вода может представлять значительный
окислительно-восстановительный
потенциал

35. Кластеры не только могут формироваться, но и существуют реально в конфигурациях водных молекул, таких как кристалл

додекаэдрального
протонного кластера (H2O)21H+

36. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ В ЖИДКОЙ ВОДЕ И ДИНАМИКА ОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В ЖИВОЙ МАТЕРИИ (ВЕЩЕСТВЕ)

• Водные кластеры формируются в
межзвёздном газе вследствие
нагревания песчинок пыли
космическими лучами. Это приводит
к мысли о том, что межзвездные
водные кластеры могут являться
катализаторами для приращения
кластеров на углеродной основе и
органических молекул

37. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНОСТЬ В ЖИДКОЙ ВОДЕ И ДИНАМИКА ОРГАНИЗАЦИИ ВОДЫ В ЖИВОЙ МАТЕРИИ (ВЕЩЕСТВЕ)

• Водные кластеры могут играть
лидирующую роль в химии
глобального потепления и
ежегодном истощении
стратосферного озона близ
Антарктики

38. Международная конференция по физико-химическим и биологическим свойствам воды

• Молекулярные орбиты водных кластеров
связаны между собой единственной
террагерцовой частотой в 1,5 THz, что
проявляется смещением кислородных
атомных векторов в сторону кластеров
протона. (Н2О)21 Н+ превращает водный
кластер в колебательно активный и
динамичный резонансный агент. В
молекулярной биологии он обеспечивает
«складывание» протеинов в копии
клеточных наноструктур

39. Международная конференция по физико-химическим и биологическим свойствам воды

• Водные кластеры окружающей среды
относятся к биомедицинским
технологиям, включающим
использование водного пара,
естественного источника водных
кластеров как твердых оптически
смоделированных источников
террагерцового воздействия
(доказано X.-C Zhang)

40. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Вода, будучи главным веществом
живых систем, находится в
пограничных условиях.
Напряженность поверхности
преобразует пограничный слой воды
в вещество, которое приобретает
свойства схожие со свойствами
эластичных жидких кристаллов

41. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Распределение температуры в верхних
слоях воды и многокомпонентные
водные растворы были изучены при
помощи высокочувствительной
фокусной инфракрасной
микроболометрической (матричной)
неохлаждаемой камеры со
спектральным окном в 3-5 микрон.
Температурная чувствительность была
лучше чем 15 mk при 200 положениях в
секунду

42. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Визуализировались различия между
чистой и смешанной водой,
наблюдалась динамика неоднородных
структур в поверхностных слоях
водных и многокомпонентных водных
растворов. Из-за относительно
высокой энергии испарения
поверхностная температура на 0,4-0,6
ниже по сравнению с температурой 0,20,5 мм ниже поверхности

43. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Автоволны – это класс
самоподдерживающихся
диссипативных структур,
выделенный в науке о волнах и
колебаниях

44. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Распределенные химические колебательные
системы типа реакции Белоусова – это
энергетически двухуровневые активные
среды с восстанавливаемым запасом
энергии. Процессы в них можно свести к
переходам между 3 состояниями:
возбуждение (расход энергии) –
рефрактерность (временной интервал
восстановления энергии) – готовность к
очередному возбуждению. Циклический
переход обусловлен связями между
элементами среды, порождающими
диссипативные структуры, автоволны

45. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Благодаря конвекции воды в
поверхностных слоях
иллюстрируется механизм
самоорганизации, который
ассоциируется с хаосом –
нарушением порядка в
присутствии температурных
градиентов

46. САМОСТРУКТУРИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯ ВОДЫ, изученных при тепловизионном исследовании

• Полученные результаты
демонстрируют, что поверхностные
слои воды можно рассматривать как
структуру, которая остается в
неравновесной стадии относительно
долгий период времени

47.

ИК-ТЕРМОГРАФИЯ И
ТЕЗИОГРАФИЯ
Из монографии (Кидалов В.Н.,
Хадарцев А.А.):
тезиограммы – ув. х360,
центральные зоны препарата
крови при высыхании
Из автореферата (Хижняк Е.П):
термограммы при остывании
воды (размер объекта 11 см)

48.

ИК-ТЕРМОГРАФИЯ И ТЕЗИОГРАФИЯ
• Из автореферата (Хижняк
Е.П): термограммы при
остывании воды
(диаметр образца 10-11
см)
• Из монографии (Кидалов
В.Н., Хадарцев А.А.):
тезиограммы – ув. х360,
центральные зоны
препарата крови при
высыхании

49. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГРАНИЦЫ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТНОЙ МЕМБРАНЫ.

• Липидные двухслойные мембраны
являются посредниками в
многочисленных биологических
процессах на молекулярном уровне,
в биохимических процессах в
качестве «мембран внедрения»
(реакции присоединения),
транспортировки и слияния,
происходящих на поверхности
жидкостной мембраны

50. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГРАНИЦЫ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТНОЙ МЕМБРАНЫ.

• Когда биологическая молекула
приближается к клеточной мембране,
то гидросреда может первой
перемещаться до того, как
биомолекулы смогут напрямую
взаимодействовать с мембраной.
Сила, способная сместить водные
границы, отталкивая две близкие
поверхности, является силой
гидратации. Природа и значение этой
силы в биологических системах еще
должна быть определена

51. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГРАНИЦЫ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТНОЙ МЕМБРАНЫ.

• При совмещении динамических и
количественных измерений - методами
частотного моделирования и с
помощью атомного силового
микроскопа (AFM) - определялся
шумовой предел для измерения
высокочувствительной силы в
жидкости

52. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГРАНИЦЫ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТНОЙ МЕМБРАНЫ.

• Исследовано влияние воды и ионов на
взаимодействие между AFM и поверхностью
DDPC (дипальмитил-фосфатидил-холина)
жидкостных двухслойных мембран в
физиологических условиях. Выявлено, что
стабильная внутренняя гидратация слоев
часто присутствует на поверхности.
Распространение и стабильность этих слоев
зависит от наличия ионов в растворе,
которые могут видоизменять механические
свойства самой мембраны

53. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГРАНИЦЫ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТНОЙ МЕМБРАНЫ.

• Фото на AFM (атомном силовом микроскопе):
показано общее распределение ионов на
поверхности жидкостной мембраны. Каждый
ион сам по себе невидим, т.к. они движутся
так быстро, что это невозможно «уловить»
даже AFM устройством

54. Тезиография крови и биологических жидкостей

• Тезиография является природно
обусловленной нанотехнологией,
НУЖДАЮЩЕЙСЯ в выявлении
четких, математически выверенных
критериев той или иной патологии,
влияния внешних экологических и
производственных факторов,
отражающихся на кристаллизации
биологических жидкостей при
высыхании, и технических устройств
для регистрации тезиограмм

55. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !