Магнитобиология - Magnetobiology

Магнитобиология - это изучение биологических эффектов в основном слабых статических и низкочастотных магнитных полей, не вызывающих нагрева тканей. Магнитобиологические эффекты обладают уникальными особенностями, которые явно отличают их от тепловых эффектов; часто они наблюдаются для переменных магнитных полей только в отдельных частотных и амплитудных интервалах. Кроме того, они зависят от одновременно присутствующих статических магнитных или электрических полей и их поляризации.

Магнитобиология - это разновидность биоэлектромагнетизма . Биоэлектромагнетизм и биомагнетизм - это изучение производства электромагнитных и магнитных полей биологическими организмами. Ощущение магнитных полей организмами известно как магниторецепция .

Биологические эффекты слабых низкочастотных магнитных полей, менее 0,1 миллитесла (или 1 Гаусс ) и 100 Гц соответственно, представляют собой физическую проблему. Эффекты выглядят парадоксально, поскольку квант энергии этих электромагнитных полей на много порядков меньше, чем масштаб энергии элементарного химического акта. С другой стороны, напряженности поля недостаточно, чтобы вызвать заметный нагрев биологических тканей или раздражение нервов индуцированными электрическими токами.

Эффекты

Примером магнитобиологического эффекта является магнитная навигация мигрирующих животных посредством магниторецепции . Многие отряды животных, такие как некоторые птицы, морские черепахи, рептилии, земноводные и лососевые рыбы, способны обнаруживать небольшие изменения геомагнитного поля и его магнитного наклона, чтобы найти свои сезонные среды обитания. Говорят, что они используют «компас наклона». Было обнаружено, что некоторые ракообразные, колючие омары, костистые рыбы, насекомые и млекопитающие используют «компас полярности», тогда как у улиток и хрящевых рыб этот тип компаса пока неизвестен. О других позвоночных и членистоногих известно немного. Их восприятие может быть порядка десятков нанотеслов.

Интенсивность магнитного поля как компонент навигационной «карты» голубей обсуждалась с конца девятнадцатого века. Одна из самых ранних публикаций , чтобы доказать , что птицы используют магнитную информация была 1972 исследования по компасу европейских малиновки по Вольфганг Wiltschko . Двойное слепое исследование 2014 года показало, что европейские малиновки, подвергавшиеся воздействию электромагнитного шума низкого уровня в диапазоне от 20 кГц до 20 МГц, не могли ориентироваться с помощью своего магнитного компаса. Когда они вошли в хижины с алюминиевым экраном, который ослаблял электромагнитный шум в диапазоне частот от 50 кГц до 5 МГц примерно на два порядка, их ориентация снова проявилась.

В отношении воздействия на здоровье человека см. Электромагнитное излучение и здоровье .

Магниторецепция

Было предложено несколько нейробиологических моделей первичного процесса, опосредующего магнитное воздействие:

  1. Механизм радикальной пары : специфические по направлению взаимодействия радикальных пар с окружающим магнитным полем.
  2. процессы с участием постоянно магнитных (железосодержащих) материалов, таких как магнетит, в тканях
  3. Магнитно-индуцированные изменения физических / химических свойств жидкой воды .
  4. Существование долгоживущих вращательных состояний некоторых молекул внутри белковых структур.

По механизму радикальной пары фотопигменты поглощают фотон, переводя его в синглетное состояние . Они образуют синглетные радикальные пары с антипараллельным спином , которые в результате синглет-триплетного взаимопревращения могут превращаться в триплетные пары с параллельным спином . Поскольку магнитное поле изменяет переход между состояниями спина, количество триплетов зависит от того, как фотопигмент выровнен в магнитном поле. Криптохромы , класс фотопигментов, известных из растений и связанных с фотолиазами , были предложены в качестве рецепторных молекул.

Модель индукции применима только к морским животным, потому что в качестве окружающей среды с высокой проводимостью возможна только соленая вода. доказательства этой модели отсутствуют.

Модель магнетита возникла с открытием цепочек однодоменного магнетита у некоторых бактерий в 1970-х годах. Гистологические данные о большом количестве видов, принадлежащих ко всем основным типам. У медоносных пчел магнитный материал находится в передней части брюшка, а у позвоночных - в основном в решетчатой области головы. Эксперименты доказывают, что входной сигнал от рецепторов на основе магнетита у птиц и рыб передается через глазничную нервную ветвь тройничного нерва в центральную нервную систему .

Безопасные уровни воздействия электромагнитного излучения разработаны различными национальными и международными организациями.

Стандарты безопасности

Практическое значение магнитобиологии обусловлено ростом уровня фонового электромагнитного воздействия на людей. Некоторые электромагнитные поля при хроническом воздействии могут представлять угрозу для здоровья человека. Всемирная организация здравоохранения считает повышенный уровень электромагнитного воздействия на рабочих местах стрессовым фактором. Существующие стандарты электромагнитной безопасности, разработанные многими национальными и международными организациями, различаются в десятки и сотни раз для определенных диапазонов ЭМП; эта ситуация отражает отсутствие исследований в области магнитобиологии и электромагнетобиологии. Сегодня большинство стандартов учитывают биологические эффекты только от нагрева электромагнитными полями и стимуляции периферических нервов индуцированными токами.

Медицинский подход

Практикующие магнитотерапию пытаются лечить боль или другие заболевания с помощью относительно слабых электромагнитных полей. Эти методы еще не получили клинических доказательств в соответствии с принятыми стандартами доказательной медицины. Большинство учреждений признают эту практику псевдонаучной .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

Научные журналы