Возникновение пространственных структур в системе типа "брюсселятор" с диффузией под воздействием внешнего электрического поля

Проблема взаимодействия электромагнитных полей низких интенсивностей с биологическими системами существует уже несколько десятков лет, однако механизм такого взаимодействия не известен. Ранее нами был предложен подход, основанный на рассмотрении нелинейного взаимодействия ионов в химических реакциях вблизи клеточной мембраны. Для точечной системы было показано, что незначительное изменение параметров, зависящих от внешнего электрического поля, может приводить к физиологически значимому сдвигу рН в примембранной области. Для более корректной постановки задачи необходимо учитывать электродиффузию ионов в примембранной области.

В качестве базовой была исследована система с химической реакцией по типу “брюсселятор” и электродиффузией, в которой компонентами являются противоположно заряженные ионы. В систему, совместно с уравнениями, описывающими взаимодействие ионов и их диффузию, входит уравнение Пуассона, описывающее распределение потенциала. Рассмотрен одномерный случай с нулевыми потоками концентраций ионов и потенциала на границах. Известно, что в такой системе без учета электрических взаимодействий может возникнуть неоднородное по пространству распределение концентраций веществ. Показано что, за счет этого в исследуемой системе возникает самосогласованное неоднородное электрическое поле, изменяющее кинетические характеристики ионных потоков. Так, если в системе без электродиффузии возникают волны, то учет самосогласованного поля, изменяет амплитуду и пространственный период волны, кроме того, увеличивается время установления стабильной структуры. Воздействие внешнего электромагнитного излучения на систему приводит к изменению типа волны (смена стоячей волны на бегущую). Было также показано, что исследуемая система обладает резонансными свойствами. Переход от одних типов структур к другим зависит от частоты и амплитуды внешнего электромагнитного воздействия.