BIOFISICA DELL'ACQUA

Anche l’acqua, la principale costituente dei liquidi biologici e delle cellule, ha una struttura e un "comportamento" dinamici. L’acqua, nonostante la semplicità della molecola, manifesta un comportamento complesso nelle transizioni di fase ed allo stato liquido. I suoi comportamenti e l’interazione tra essa e le sostanze sciolte sono oggetto di studi di chimica e fisica che occupano interi trattati. Qui ci limitiamo ad alcuni accenni, cercando di illustrare soprattutto quegli aspetti che possono avere una rilevanza nell’interpretazione dei fenomeni medici e terapeutici in cui questo straordinario liquido prende parte.

L'ACQUA ALLO STATO LIQUIDO
Le interpretazioni del comportamento dell’acqua allo stato liquido vengono generalmente formulate in termini di interazioni a corto raggio, come ad esempio i legami idrogeno e le forze di van der Waals, che in qualche modo connettono le molecole d’acqua in una specie di "network". La molecola d’acqua non è lineare, ma l’ossigeno forma con i due idrogeni un angolo di 104,5°.
Poiché i legami tra idrogeno e ossigeno sono covalenti polari, con l’idrogeno positivo rispetto all’ossigeno, la molecola ha un momento dipolare risultante. L’attrazione tra la regione negativa correlata all’atomo di ossigeno e la regione positiva correlata all’atomo di idrogeno di un’altra molecola porta all’associazione di varie molecole d’acqua, così che si forma un reticolo irregolare di forme tetraedriche interallacciate.
Ogni molecola d’acqua è capace di formare quattro legami idrogeno con le molecole vicine, in ciascuno dei quali un protone (H+) è diretto verso la zona elettronegativa dell’atomo di ossigeno. Una molecola si comporta come donatore di protoni verso altre due, mentre diventa accettore di protoni da altre due: i protoni sono quindi condivisi tra due atomi di ossigeno e di conseguenza sono in continuo "movimento", in continua oscillazione tra i due atomi. Questo tipo di interazioni sono descritte come degli "uncini" che uniscono le molecole d’acqua vicine e le vincolano, quando la temperatura è inferiore a cento gradi, in uno stato fisico più condensato (liquido) rispetto al vapore in cui non esistono legami ma solo scontri casuali tra molecole.
Il liquido deve essere definito come un insieme omogeneo ma irregolare di molecole. La struttura del liquido non è cristallina come avviene per un solido e si esclude anche la possibilità che nel liquido possano esistere regioni cristalline, tuttavia alcuni propongono una struttura "quasi-cristallina". Infatti affermare che la disposizione delle molecole sia irregolare non significa che le molecole d’acqua siano in un totale disordine; il disordine è ristretto dalla particolare geometria delle molecole, che tendono a formare legami in forma di tetraedri, o aggregati più grandi e, probabilmente, da altri fenomeni che qui saranno considerati (superradianza).
Nel modello sopra presentato (tetraedri interallacciati in moto caotico) si deve fare l’assunzione che l’energia totale di N molecole dipenda dalla somma delle energie di interazione tra ciascuna singola coppia di molecole. Si trascura, quindi, un eventuale influsso da parte di molecole vicine sull’energia di interazione, cioè di ciascun legame idrogeno. Date due molecole che interagiscono in un liquido, si deve assumere che l’energia di legame non sia alterata da altre molecole vicine. Tale assunzione non sembra che si possa applicare all’acqua, sulla base di considerazioni sia teoriche che sperimentali. L’esistenza di influenze di altre molecole vicine sul legame di due molecole non è certo priva di conseguenze: si vengono a realizzare interazioni multiple a cascata che possono cambiare notevolmente il comportamento casuale, introducendo fenomeni di cooperatività e di coerenza.

L'ACQUA "VICINA"
Quando una molecola viene sciolta o immersa nell’acqua, la struttura chimico-fisica di quest’ultima si modifica, a seconda delle proprietà della nuova molecola. All’interfaccia tra macromolecole e solvente si verificano enormi riorganizzazioni della struttura dell’acqua, che assume configurazioni del tutto nuove, anche a distanze considerevoli dalla molecola del soluto. In questo caso sicuramente gli effetti cooperativi sono molto importanti. A questo proposito, vari autori parlano di "acqua vicina" per intendere l’acqua che si trova vicino a superfici solide o a macromolecole e da queste viene influenzata. Ad esempio, una catena proteica con gruppi chimici positivi (NH) e negativi (CO) alternanti dovrebbe polarizzare l’acqua circostante, ridurne i movimenti di rotazione e traslazione e dar luogo alla formazione di molti strati ordinati di molecole d’acqua. Tali modificazioni peculiari della struttura dell’acqua si estendono, a seconda degli autori, da 5 a 200 diametri molecolari di distanza dalla superficie considerata [Drost-Hansen, 1982].
Questo fenomeno non coincide con le ben riconosciute interazioni molecolari tra l’acqua e la superficie (ad esempio interazioni ione-dipolo o dipolo-dipolo), che sono ad alta energia ed a breve raggio. L’acqua vicina, invece, si estende molto più lontano delle interazioni specifiche di superficie. Ciò potrebbe avere grosse implicazioni nel funzionamento delle cellule che, come è noto, sono ricchissime di macromolecole, di fibre e di membrane.
Le proprietà dell’acqua vicina sono peculiari: essa è più densa dell’acqua normale e congela solo a molti gradi sotto lo zero ed anche le sue proprietà di solvente sono alterate. È stato suggerito che molti enzimi, ritenuti sciolti nel citoplasma, in realtà siano debolmente associati alle superfici di fibre o membrane per l’interazione con l’acqua vicina, così che molti processi metabolici si svolgerebbero in condizioni di organizzazione su piani bidimensionali piuttosto che nel moto caotico dell’acqua libera [Clegg, 1982].
Le possibili implicazioni dell’acqua vicina sulla fisiologia della cellula sono state discusse e documentate da Bistolfi nell’ambito di una teoria biofisica sui sistemi di comunicazione biologici [Bistolfi, 1989]. Ricollegandosi ai lavori di Hameroff [Hameroff, 1988], l’autore ipotizza che l’acqua adiacente al citoscheletro sia altamente ordinata, vale a dire allineata con legami polari sulla superficie delle proteine filamentose. Tale acqua ordinata potrebbe accoppiarsi alle dinamiche coerenti delle proteine (che, come è noto, sono fatte dall’assemblaggio di tante subunità identiche), opponendosi alla dissipazione termica dell’energia di oscillazione delle proteine. In altre parole, le proteine filamentose potrebbero essere dei conduttori di segnali vibrazionali e l’acqua vicina potrebbe essere una specie di isolante che favorisce la conduzione.
Recentemente stanno accumulandosi evidenze a favore della partecipazione di molecole d’acqua nel trasferimento di protoni in varie reazioni biochimiche, fra cui, tra l’altro, i fotorecettori e vari enzimi [Khorana, 1993; Tuckerman, 1997]. Una serie di molecole d’acqua collegate in catene riunite da legami idrogeno formerebbe un sistema attraverso il quale i protoni (H+) "saltano" da un atomo di ossigeno all’altro ("jumping protonico"), percorrendo distanze significative all’interno o attorno alle macromolecole. In altre parole, le molecole d’acqua disposte in ordine sarebbero assimilabili ad un "filo" che conduce una corrente di cariche positive.

ELETTRODINAMICA QUANTISTICA
È stato mostrato che l’irradiazione di una soluzione fisiologica con onde elettromagnetiche nel range delle microonde (non-termiche) modifica la capacità della soluzione di influenzare l’apertura e chiusura dei canali ionici di membrana. Anche dopo la fine del periodo di irradiazione, l’acqua mantiene le proprietà acquisite [Fesenko and Gluvstein, 1995; Fesenko et al., 1995]. Ciò suggerisce che gli effetti dei campi elettromagnetici sulle strutture biologiche potrebbero essere mediati da modificazioni nella strutturazione del solvente (in questo caso, acqua). Gli autori citati parlano esplicitamente di un fenomeno di "memoria" elettromagnetica dell’acqua.
Un gruppo di fisici dell’Istituto di Fisica Nucleare di Milano (E. Del Giudice, G. Preparata e collaboratori) sta portando avanti da diversi anni la formulazione di un modello descrittivo della fisica dell’acqua allo stato liquido [Del Giudice et al., 1988b; Del Giudice, 1990; Del Giudice et al., 1995; Arani et al., 1995; Del Giudice and Preparata, 1995; Del Giudice, 1997]. I loro studi entrano in quella che è l’organizzazione della materia condensata e toccano il problema della cosiddetta "memoria dell’acqua".
Tutta la fisica dell’Ottocento e del Novecento si è strutturata attorno al problema dei componenti elementari della materia (atomi, molecole, elettroni, protoni, quark, ecc.). La definizione delle parti dell’atomo ha posto subito in rilievo il problema della loro interazione, che è di sempre maggiore rilevanza quanto più si scende nella scala delle grandezze. In altre parole, mentre un atomo o una molecola possono essere certamente descritti come entità isolate, i quark non hanno vita individuale ma sono in continuo scambio e rapidissima riorganizzazione. L’organizzazione "sociale" delle componenti della materia assume però una sua importanza a tutte le scale dimensionali, perché processi di interazione avvengono continuamente e generano di conseguenza delle "strutture" spazio-temporali.
Si è visto che le molecole d’acqua sono dei dipoli elettrici. Il contributo del piccolo campo elettromagnetico di ciascuna molecola alle dinamiche dell’acqua è trascurabile in termini quantitativi se l’interazione tra molecole è vista come una somma di interazioni binarie molecola-molecola. Tuttavia, quando un gran numero di elementi (molecole) interagisce attraverso il campo elettromagnetico, oltre una certa densità il cui valore dipende dalla lunghezza d’onda del campo elettromagnetico, il sistema si situa in una configurazione in cui la maggior parte delle molecole oscillano coerentemente, tenute in fase dal campo stesso.
Secondo la teoria esposta da Del Giudice e Preparata, atomi e campo elettromagnetico oscillano in fase e tale accoppiamento è tanto maggiore quanto maggiore è la densità della materia. Il motivo di tale comportamento sta essenzialmente nel fatto che, mentre per fare oscillare un atomo o un campo elettromagnetico serve dell’energia, quando i due elementi entrano in relazione di sincronia, si genera un’energia attrattiva, che costituisce un guadagno di energia per il sistema intero. Il fenomeno dipende molto dalla temperatura. Così avviene nell’acqua quando da vapore diventa liquida, sotto i 100 °C. Nonostante la fortissima agitazione termica, si ha un brusco e massiccio fenomeno attrattivo tra le molecole, che non si spiega solo con l’esistenza del legame idrogeno che unisce due molecole vicine. La condensazione necessita dell’interazione mediata dal campo elettromagnetico radiante, visto come un "messaggero a lungo raggio" che porta ordine nel moto vibratorio delle molecole. Questo fenomeno è detto "superradianza" e consiste praticamente in una oscillazione all’unisono nel tempo in un certo spazio (corrispondente a metà della lunghezza d’onda) di un gran numero (si calcola 1015) di molecole di acqua.


In questo modo la materia si organizza in domini di coerenza al cui interno c’è un campo elettromagnetico che non viene irradiato, perché, se lo fosse, perderebbe energia, mentre questo stato è quello di minore energia possibile. La teoria di Del Giudice e Preparata prevede che i gruppi di molecole che si muovono coerentemente siano mantenuti in regime di superradianza per effetto del campo elettromagnetico (che, come si è visto, controlla significative distanze). Nell’acqua liquida, perciò, si creerebbe un equilibrio dinamico per cui, ad una data temperatura, alcune molecole dell’acqua restano organizzate, mentre altre si disorganizzano e rimangono come molecole singole nella "intercapedine" tra i gruppi di molecole (domini) che sono in fase di superradianza. Lo spessore dell’intercapedine è tanto più ampio quanto maggiore è la temperatura.
Secondo gli autori citati, all’interno della fase coerente l’entropia sarebbe pressoché zero, e le proprietà termiche e di solvatazione dell’acqua sarebbero dipendenti solo dalla fase fluida (simil gassosa). Inoltre, i domini di superradianza, che a loro volta possono ruotare ad una certa frequenza, possono interagire tra loro, in un gioco di coerenza superiore, una coerenza tra domini di coerenza.
Ora ci si deve chiedere come un simile modello possa essere la base per un trasferimento di qualche tipo di informazione: ciò sarebbe possibile se la vibrazione elettromagnetica coerente potesse essere influenzata, modulata, da forze chimiche o fisiche esterne, in modo da assumere una certa frequenza e poter entrare in qualche modo in comunicazione con altri sistemi chimici, fisici o biologici. Questa ipotetica proprietà dell’acqua è sostenuta dal modello secondo cui essa è assimilabile ad un laser a dipoli elettrici liberi. In tale tipo di laser, un campo ondulatorio induce in un fascio di elettroni liberi un dipolo elettrico oscillante, trasversale al loro movimento, che si accoppia alla radiazione elettromagnetica vibrando coerentemente ad essa [Del Giudice et al., 1988b].
Dato il fenomeno della interazione collettiva, non è necessario postulare un campo elettrico molto forte, in quanto sarebbe sufficiente la piccola perturbazione elettrica attorno ad una macromolecola con momento dipolare, o il campo presente sulla superficie di un aggregato colloidale. Attorno a tali macromolecole presenti nell’acqua, si potrebbe quindi generare un dominio macroscopico formato dalla superradianza dell’acqua. Il numero di frequenze che possono eccitare le vibrazioni delle molecole d’acqua e dei domini di superradianza è enormemente alto: "un dominio di coerenza dell’acqua rotante può assumere pressoché tutte le frequenze e quindi può simulare tutte le voci" [Del Giudice, 1997].
Si potrebbe allora sostenere che una certa macromolecola, sciolta nell’acqua, svolga la funzione di catalizzatore (in senso lato) dell’eccitazione del campo di vibrazione del dominio di superradianza. Essa sarebbe da vedere come un’antenna, che lancia un messaggio, una certa frequenza, che fa ruotare i domini di superradianza alla propria frequenza. Il moto coerente dei domini di superradianza non è perturbato dalla temperatura (diversamente da ciò che avviene nelle molecole libere dell’intercapedine), grazie alle loro dimensioni. Perciò, esiste una stabilità degli stati eccitati di questi domini, che coincide col concetto di "memoria". La memoria non è quindi una caratteristica delle singole molecole, ma di enormi blocchi di molecole che nel loro moto coerente simulano la frequenza vibratoria di altre molecole o di campi elettromagnetici.

A questo punto, è intuitiva quella che potrebbe essere l’importanza di simili fenomeni nell’organizzazione biologica. La figura 25 cerca di rappresentare in modo didattico tale problematica in riferimento alle possibili vie con cui l’informazione biologica influisce sui recettori cellulari nella trasmissione del segnale.
Mentre la visione classica della biologia molecolare (a sinistra nella figura) implica l’ingresso di una molecola-segnale in un’apposita tasca del recettore e mentre la biofisica classica (a destra nella figura) dimostra che i recettori sono sensibili anche ai campi elettromagnetici, la superradianza si potrebbe collocare in una situazione "intermedia": la molecola segnale "informa" il dominio di coerenza dell’acqua trasmettendogli una certa frequenza oscillatoria; a sua volta il dominio di coerenza modulerebbe i recettori e quindi avrebbe influsso sui successivi eventi della trasduzione del segnale.
Per quanto a questo punto sia opportuno ricordare che allo stato attuale delle conoscenze le teorie su esposte sono ancora in attesa di una convincente conferma sperimentale (ad esempio che dimostri con mezzi chimici o fisici l’esistenza dei postulati domini di superradianza), si può sottolineare come la moderna fisica quantistica non esclude che l’acqua abbia proprietà finora sconosciute e che sono in qualche modo compatibili con le osservazioni empiriche sopra citate [Fesenko et al. 1995] e con le teorie proposte tradizionalmente dall’omeopatia [Del Giudice, 1990; Schulte, 1994], su cui si ritornerà nell’ultima parte di questo testo.

"CLUSTERS" DI ACQUA
Secondo altri autori [Smith, 1989; Smith, 1994a; Smith, 1994b; Anagnostatos, 1994] le peculiari proprietà dell’acqua quale mezzo di trasferimento di informazione biologicamente significativa sarebbero basate sulla formazione di aggregati di molecole d’acqua in forma di "clusters" o "clatrati". Si intende per clatrati, dal latino "clathrus" (= inferriata), delle formazioni cave che verrebbero ad assumere le molecole d’acqua con una disposizione a rete, ripiegata attorno ad una nicchia interna. La possibilità di formazione di cavità in liquidi è universalmente accettata [Wei et al., 1991]. Nell’acqua, le molecole possono allinearsi in forme pentagonali o esagonali grazie a legami idrogeno; a loro volta, varie conformazioni poligonali possono costruire, in certe condizioni (agitazione o sonicazione del liquido), figure geometriche complesse, cave al loro interno. Formandosi delle cavità, la tensione superficiale produce una pressione negativa all’interno, che, nella sua forma più piccola, assume la forma di un dodecaedro (12 pentagoni legati tra loro in forma geometricamente ordinata), ma che può comprendere anche esagoni non planari. Inoltre, possono essere interessate varietà di legami chimici diversi da quello idrogeno, come dipoli tra ioni idrogeno ed ioni idrossile.
Con una visione fisico-chimica di questo tipo si può arrivare a comprendere la possibilità teorica che l’acqua, dopo essere stata a contatto con un’informazione molecolare, la possa mantenere anche a diluizioni elevate delle molecole sciolte in partenza. Secondo l’ipotesi dei clatrati, un certo numero di molecole del composto originale, una volta sciolte in acqua o in mezzo idroalcoolico verrebbero circondate da un maggior numero di molecole d’acqua che formano come un piccolo guscio, una nicchia. Una simile nicchia potrebbe avere stabilità anche se il composto originale viene espulso dalla nicchia stessa. Di conseguenza, con continue diluizioni e succussioni (tipiche delle metodologie di preparazione dei rimedi omeopatici), comincerebbero a formarsi clatrati vuoti all’interno, i quali a loro volta potrebbero divenire il nucleo per la formazione di altri clatrati, sempre con lo stesso schema originale.


Quindi una notevole variabilità di forme e combinazioni sarebbe possibile nella formazione di simili micro-cavità. Le forme dodecaedriche dovrebbero essere capaci di legarsi assieme in forme simili a collane elicoidali, unite dalle facce pentagonali. Tali catene potrebbero rappresentare il luogo dell’interazione coerente tra l’acqua ed il campo magnetico di una corrente che potrebbe provocare salti sincronizzati tra protoni (atomi di idrogeno) che connettono atomi di ossigeno adiacenti.
Grazie alla disposizione ordinata e sequenziale di legami idrogeno, simili cavità sarebbero in grado di vibrare coerentemente, in risonanza con un campo magnetico. Le frequenze di vibrazione dipenderebbero dalla forma e dalla lunghezza di tali strutture (a loro volta dipendenti dal soluto originale), nonché dal grado di strutturazione progressiva dell’acqua, al procedere delle diluizioni e "dinamizzazioni".
Il modello dei clatrati è interessante in quanto consentirebbe di spiegare come "aggregati" di molecole d’acqua possano divenire il mezzo di trasmissione dell’informazione. Tuttavia ancora non esiste una base fisica per spiegare la permanenza di tali aggregati, in forme definite, per un tempo sufficientemente lungo da poter rappresentare una "memoria" a lungo termine.

STUDI SPETTROSCOPICI
Sul piano della fisica sperimentale, un tentativo di approccio al problema della natura fisica delle soluzioni acquose altamente diluite è stato fatto da vari autori mediante l’analisi degli spettri (bande di assorbimento, di emissione o di risonanza di onde elettromagnetiche a diverse frequenze o intensità) ottenuti con le tecniche del Raman-laser, dell’assorbanza nell’infrarosso (I.R.) e soprattutto di risonanza magnetica nucleare (NMR). La NMR è oggi nota soprattutto per le sue applicazioni nella diagnostica per immagini, ma è stata ed è usata soprattutto per studiare atomi e molecole, in quanto permette di indagare il comportamento del nucleo atomico quando sottoposto ad un campo magnetico. Poiché il nucleo ha un momento dipolare, il dipolo può entrare in risonanza con onde elettromagnetiche sufficientemente forti ed ogni tipo di atomo ha una sua particolare frequenza di risonanza. Quindi lo spettro NMR (vale a dire il grafico che riporta i picchi di risonanza) è direttamente correlato alle componenti del campione misurato ed alla "geometria" delle molecole.
Oltre allo spettro, altri parametri che vengono considerati sono i tempi di rilassamento della risonanza (T1, tempo di rilassamento longitudinale; T2, tempo di rilassamento trasversale). Il rilassamento è un parametro complesso risultante dall’interazione magnetica dipolare tra protoni vicini intra- ed intermolecolari, dal movimento molecolare di rotazione e traslazione, dallo scambio di protoni e dalla presenza eventuale di sostanze paramagnetiche (alcuni metalli, ossigeno molecolare, radicali liberi).
O. Weingartner [Weingartner, 1990; Weingartner, 1992] ha mostrato chiaramente che la differenza tra uno spettro NMR del solvente (acqua + etanolo) rispetto ad uno spettro NMR di una soluzione altamente diluita di zolfo (circa 1023 M, quindi vicino al numero di Avogadro) riguarda la intensità dei segnali H2O e OH. L’autore suggerisce che l’abbassamento dei picchi osservato con NMR è indice di un accelerato scambio di protoni. Questo dato può avere molte interpretazioni, ma sembrerebbe essere in accordo con chi attribuisce un importante ruolo al legame idrogeno nell’associazione di molecole d’acqua in modo non casuale.

Variazioni delle caratteristiche di risonanza NMR, ed in particolare dei tempi di rilassamento T1 e T2, in soluzioni altamente diluite di silicio, sono state rilevate anche da un altro gruppo in Francia e pubblicate su una rivista ufficiale di fisica [Demangeat et al., 1992]. In sintesi, è stato osservato che soluzioni di silicio/lattosio, preparate in diluizioni centesimali, presentavano aumento di T1 ed aumento del rapporto T1/T2 se comparate ad acqua distillata o a soluzioni diluite di NaCl. Questo esperimento è importante anche perché in precedenza era stato dimostrato un effetto stimolatorio di alte diluizioni di silicio sui macrofagi peritoneali di topo [Davenas et al., 1987]. Si tratta quindi del primo caso in cui sia stata dimostrata rigorosamente una differenza di natura fisica tra il solvente e l’alta diluizione di un medicamento la cui attività biologica sia stata evidenziata sperimentalmente.
Pare che anche l’analisi spettrofotometrica I.R. consenta di evidenziare cambiamenti fisico-chimici nelle alte diluizioni. Il gruppo di Heinz [citato da Barros and Pasteur, 1977] con tale metodica avrebbe dimostrato che sostanze altamente diluite (oltre il numero di Avogadro) e "dinamizzate" presentano bande di assorbimento allo spettro I.R.; esse non si presentano in soluzioni diluite ma non dinamizzate. Inoltre, secondo tali autori, l’assorbanza I.R. viene eliminata dall’ebollizione, fatto che deporrebbe per una modificazione della struttura fisica del solvente.
Un altro metodo che è stato utilizzato per lo studio delle modificazioni fisiche delle alte diluizioni è l’analisi dello spettro Raman-laser. Quando un raggio laser illumina una sostanza, una piccola parte dei raggi luminosi viene diffusa con lunghezza d'onda diversa rispetto a quella della luce originaria. Esaminando i picchi di emissione di tali raggi di diffusione (effetto Raman) si ottengono informazioni sullo stato fisico (viscosità, distorsioni molecolari, costante dielettrica) del liquido analizzato. È stato riportato [Luu, 1976] che diluizioni di varie piante (ad esempio Aesculus, Bryonia, Rosmarinus) fatte in etanolo al 70 %, modificano lo spettro Raman-laser dell’etanolo, nel senso che provocano un significativo abbassamento dei picchi dello spettro a varie frequenze. Nel caso delle soluzioni più diluite (anche in questo caso, gli autori si sono spinti oltre il numero di Avogadro), l’abbassamento dell’intensità dell’effetto Raman-laser è stato attribuito a un riarrangiamento elettrostatico dell’ambiente molecolare.
Bisogna comunque precisare che gli ultimi due lavori spettroscopici citati non sono comparsi su riviste internazionali di primo piano. In ogni caso, è interessante il fatto che molto recentemente sono comparsi lavori sulla rivista Science [Liu et al., 1996; Gregory et al., 1997] che dimostrano sia teoricamente che sperimentalmente con tecniche spettroscopiche (vibration-rotation-tunneling) l’esistenza dei clusters di molecole d’acqua in forme di trimeri, tetrameri, pentameri e esameri. Tali aggregati molecolari possono avere diversi dipoli elettrici e minimi di energia, quindi diverse configurazioni spaziali.

MECCANISMI MOLECOLARI
Molti enzimi e molti recettori paiono sensibili a stimolazioni di tipo fisico, oltre che chimico [Adey, 1988; Popp et al., 1989; Tsong and Gross, 1994]. La membrana cellulare, grazie alle sue proprietà bioelettriche, è il sito dove più probabilmente si possono esercitare influenze di tale tipo [Kell, 1988; Smith, 1994a], anche se possibili candidati sono anche le grandi macromolecole organizzate in unità ripetitive, come gli acidi nucleici [Popp, 1985], o le proteine del citoscheletro, in particolare i microtubuli [Hameroff, 1988].
Sul piano molecolare, si sa che molti elementi con funzioni recettoriali, strutturali ed enzimatiche sono sensibili alle variazioni di campi elettromagnetici deboli: fotorecettori [Alberts et al., 1989], clorofilla [Alberts et al., 1989], recettori a 7 domini trans-membrana [Bistolfi, 1989], G-proteine [Adey, 1988], protein chinasi cAMP-dipendente [Byus et al., 1984], proteina chinasi C [Adey, 1988], acetilcolinesterasi [Dutta et al., 1992], recettori (aggregazione) [Chiabrera, 1984], cromosomi [Kremer et al., 1988], biopolimeri proteici e lipidici [Hasted, 1988], Na+/K+ ATPasi [Liu et al., 1990], lisozima [Shaya and Smith, 1977].
Il trasferimento di segnali sia chimici che elettromagnetici dalla superficie esterna della cellula attraverso la membrana consiste nella trasmissione di variazioni conformazionali e moti oscillatori delle proteine che hanno dei "domini" (segmenti della molecola) trans-membranari. È stato sostenuto che in questo processo di trasmissione giocano un ruolo chiave le porzioni di proteine che hanno strutture fibrose ad elica o a foglietto pieghettato [Bistolfi, 1989]. Tali strutture sono caratterizzate da notevole ordine e disposizione in sequenze ripetitive, nonché dall’esistenza di legami idrogeno tra i residui amminici di aminoacidi adiacenti e disposti longitudinalmente lungo la fibra. Queste strutture proteiche sono caratteristiche in quanto possono risuonare secondo modi di vibrazione non lineari, per l’interazione con campi elettromagnetici.
Il prototipo di questo tipo di recettori è la batteriorodopsina, il recettore della luce nella retina, che consiste di ben 7 a-eliche ordinatamente disposte in senso trasversale al piano della membrana su cui è disposta. In questo tipo di recettore-trasduttore, l’eccitazione derivante dall’assorbimento del fotone è accoppiata al pompaggio di un protone ed allo stabilirsi di un potenziale trans-membrana.
Bisogna però notare che questa struttura a 7 a-eliche che attraversano la membrana la si trova anche in un’ampia famiglia di glicoproteine che sono coinvolte nei sistemi di trasmissione cellulari accoppiati alle G-proteine: i recettori b-adrenergici, i recettori muscarinici per l’acetilcolina, vari recettori per neuropeptidi, i recettori per peptidi chemiotattici nei globuli bianchi e persino dei sistemi di mutuo riconoscimento delle cellule di lievito coinvolti nella fusione replicativa [Alberts et al., 1989]. È quindi probabile che questi caratteristici motivi strutturali rendano suscettibili di modulazione elettromagnetica i sistemi di trasmissione in cui sono presenti.
Studi eseguiti sulla modulazione elettromagnetica della produzione di collagene da parte di osteoblasti sono in accordo con questa veduta, che implica l’accoppiamento tra recettori a 7 a-eliche e G-proteine. Infatti è stato dimostrato che negli osteoblasti l’ormone paratiroideo si lega a recettori esterni ed attiva l’enzima adenilato ciclasi tramite l’intermediazione di una G-proteina. Un campo elettromagnetico di frequenza 72 Hz e gradiente elettrico di 1-3 mV/cm inibiva per il 90% l’attivazione dell’adenilato ciclasi, senza interferire né col legame del recettore, né con l’enzima stesso. Di conseguenza, l’effetto inibitorio è stato attribuito al blocco della G-proteina [Adey, 1988].

L’AMP ciclico (cAMP) è un importante elemento del controllo della funzione di molti enzimi, soprattutto in quanto un suo aumento intracellulare costituisce un messaggio attivante per le protein-chinasi (enzimi che fosforilano le proteine). In precise condizioni sperimentali di frequenza e durata di esposizione, la protein chinasi cAMP dipendente di linfociti umani è stata inibita da onde elettromagnetiche (campo di 450 MHz modulato in ampiezza a 16 Hz). Anche la protein chinasi di tipo C, il cui coinvolgimento in importanti processi cellulari ed anche nella cancerogenesi è fuori discussione, è modulabile da onde elettromagnetiche [dati di Byus, cit. in Adey, 1988].
L’organizzazione del DNA nei cromosomi risente di influenze di natura elettromagnetica, come dimostrato in un’ampia serie di lavori dal gruppo di Kremer [Kremer et al., 1988]. Gli autori hanno usato il modello fornito dai cromosomi giganti degli insetti (per la precisione, larve di Acricotopus lucidus), che sono facilmente visibili e studiabili al microscopio. È noto che quando l’informazione deve essere trascritta dal DNA al RNA, i cromosomi (bastoncini compatti contenenti migliaia di geni impacchettati e stabilizzati da proteine istoniche) devono parzialmente de-condensarsi, mostrando, nel segmento interessato, degli zaffi ("puffs", nella terminologia inglese) di materiale genetico che fuoriesce dal bastoncello. Questo fenomeno è fortemente e significativamente inibito, nel senso che gli zaffi sono molto più piccoli, dall’irradiazione del cromosoma con frequenze attorno a 40 GHz e 80 GHz e di potenza di appena 6 mW/cm2 La natura non-termica del fenomeno fu dimostrata da molti esperimenti di controllo [Kremer et al., 1988].

OMEOSTASI ELETTROMAGNETICA
Tutti gli organismi viventi irradiano un campo elettromagnetico di intensità molto bassa (EEMF), nel range di frequenze tra 1Hz a circa 1015 Hz. Come si è sopra illustrato, tale campo elettromagnetico è il prodotto di processi biologici di:

• attività metaboliche (ad esempio gli spostamenti di elettroni in reazioni di ossidoriduzione ed in catene di trasporto come nei mitocondri);
• attività elettriche di centri nervosi e cardiaci;
• potenziali di membrana e loro modificazioni dovute all’attivazione  cellulare;
• produzione di onde elettromagnetiche di varia lunghezza d’onda da parte di specifiche reazioni chimiche (chemiluminescenza);
• contrazione muscolare;
• attività piezoelettrica di particolari strutture tessutali (osso, connettivo) e  cellulari (microtubuli, microfilamenti, alfa-eliche, DNA);
• movimento di cariche (elettroliti ioni) in vasi sanguigni e linfatici;
• movimento di cariche (elettroliti ed ioni) all’interno delle cellule;
• movimenti di protoni (jumping protonico) lungo catene di molecole d’acqua;
• processi di fosforilazione/defosforilazione;
• attività enzimatica perossidativa.