Биоэлектромагнетизм
Биоэлектромагнетизм , также известный как биоэлектромагнетизм , представляет собой исследование взаимодействия между электромагнитными полями и биологическими объектами. Области исследования включают электромагнитные поля , создаваемые живыми клетками , тканями или организмами , воздействие искусственных источников электромагнитных полей, таких как мобильные телефоны , а также применение электромагнитного излучения для лечения различных состояний.
Биологические явления [ править ]
Биоэлектромагнетизм изучается преимущественно методами электрофизиологии . В конце восемнадцатого века итальянский врач и физик Луиджи Гальвани впервые зарегистрировал это явление, препарируя лягушку за столом, где он проводил эксперименты со статическим электричеством . ввёл термин « животное электричество» Гальвани для описания этого явления , а современники называли его гальванизмом . Гальвани и его современники считали, что активация мышц происходит в результате воздействия электрической жидкости или вещества в нервах . [1] Короткоживущие электрические события, называемые потенциалами действия , происходят в нескольких типах клеток животных, которые называются возбудимыми клетками. К этой категории клеток относятся нейроны, мышечные клетки и эндокринные клетки, а также в некоторых растительных клетках. Эти потенциалы действия используются для облегчения межклеточной коммуникации и активации внутриклеточных процессов. Физиологические явления потенциалов действия возможны, поскольку потенциалзависимые ионные каналы позволяют разрешаться потенциалу покоя, вызванному электрохимическим градиентом по обе стороны клеточной мембраны. [ нужна цитата ] .
Предполагается, что некоторые животные обладают способностью чувствовать электромагнитные поля; например, у некоторых водных животных есть структуры, потенциально способные воспринимать изменения напряжения , вызванные изменением магнитного поля. [2] в то время как считается, что перелетные птицы используют магниторецепцию для навигации. [3] [4] [5]
Биоэффекты электромагнитного излучения [ править ]
Большинство молекул в организме человека слабо взаимодействуют с полями радиочастотного электромагнитными или крайне низкочастотного диапазонов. [ нужна цитата ] Одним из таких взаимодействий является поглощение энергии полей, что может вызвать нагрев тканей; более интенсивные поля будут вызывать больший нагрев. Это может привести к биологическим эффектам, начиная от расслабления мышц (вызванного устройством диатермии ) и заканчивая ожогами. [10] Многие страны и регулирующие органы, такие как Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения, установили правила безопасности, позволяющие ограничить воздействие ЭМП нетепловым уровнем. Это можно определить либо как нагрев только до такой степени, когда избыточное тепло может быть рассеяно, либо как фиксированное повышение температуры, не обнаруживаемое современными приборами, например, на 0,1 °C. [ нужна цитата ] Однако было показано, что эти нетепловые воздействия имеют биологические эффекты; [ нужна цитата ] Для объяснения этого были предложены различные механизмы. [11] и может существовать несколько механизмов, лежащих в основе различных наблюдаемых явлений.
Сообщалось о многих поведенческих эффектах различной интенсивности от воздействия магнитных полей, особенно импульсных магнитных полей. Конкретная используемая форма импульса, по-видимому, является важным фактором наблюдаемого поведенческого эффекта; например, было обнаружено, что импульсное магнитное поле, первоначально разработанное для спектроскопической МРТ , называемое магнитной стимуляцией низкого поля , временно улучшает настроение у пациентов с биполярным расстройством, о котором сообщают пациенты. [12] в то время как еще один импульс МРТ не дал никакого эффекта. В других исследованиях было обнаружено, что воздействие импульсного магнитного поля на все тело изменяет равновесие в положении стоя и восприятие боли. [13] [14]
Сильное изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрические токи в проводящих тканях, таких как мозг. Поскольку магнитное поле проникает в ткани, его можно генерировать за пределами головы, индуцируя токи внутри, вызывая транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС). Эти токи деполяризуют нейроны в выбранной части мозга, что приводит к изменениям в моделях нейронной активности. [15] При повторной импульсной ТМС-терапии или рТМС наличие несовместимых электродов ЭЭГ может привести к их нагреву и, в тяжелых случаях, к ожогам кожи. [16] Ряд ученых и врачей пытаются использовать ТМС для замены электросудорожной терапии (ЭСТ) для лечения таких расстройств, как тяжелая депрессия и галлюцинации. Вместо одного сильного электрического удара по голове, как при ЭСТ, при ТМС-терапии подается большое количество относительно слабых импульсов, обычно со скоростью около 10 импульсов в секунду. Если в мозг подаются очень сильные импульсы с высокой скоростью, индуцированные токи могут вызвать судороги, очень похожие на оригинальную электросудорожную терапию . [17] [18] Иногда это делается намеренно для лечения депрессии, например, при ЭСТ.
Влияние электромагнитного излучения на здоровье человека [ править ]
В то время как воздействие на здоровье электрических и магнитных полей крайне низкой частоты (ELF) (от 0 до 300 Гц), генерируемых линиями электропередач, а также радио/микроволновых частот (RF) (10 МГц – 300 ГГц) [19] [20] излучаемые радиоантеннами и беспроводными сетями, хорошо изучены, промежуточный диапазон (ИК) (от 300 Гц до 10 МГц) изучен гораздо меньше. [ нужна цитата ] Прямое воздействие радиочастотного электромагнетизма малой мощности на здоровье человека трудно доказать, а документально подтвержденные опасные для жизни эффекты радиочастотных электромагнитных полей ограничиваются источниками высокой мощности, способными вызывать значительные тепловые эффекты. [21] и медицинские устройства, такие как кардиостимуляторы и другие электронные имплантаты. [22] Однако было проведено множество исследований с электромагнитными полями для изучения их влияния на клеточный метаболизм, апоптоз и рост опухоли. [23]
Электромагнитное излучение в диапазоне промежуточных частот нашло место в современной медицинской практике для лечения заживления костей, а также для стимуляции и регенерации нервов. Он также одобрен для лечения рака в виде полей для лечения опухолей с использованием переменных электрических полей в диапазоне частот 100–300 кГц. [ нужна цитата ] Поскольку некоторые из этих методов используют магнитные поля, которые вызывают электрические токи в биологических тканях, а другие используют только электрические поля, они, строго говоря, являются электротерапией, хотя способы их применения с современным электронным оборудованием поместили их в категорию биоэлектромагнитных взаимодействий. [ нужна цитата ]
См. также [ править ]
- Биоэлектрогенез
- Биомагнетизм
- Биоэлектричество
- Биоэлектрохимия
- Биоэлектродинамика
- Биофотоника
- Биофизика
- Электрическая рыба
- Электрическая стимуляция мозга
- Электроэнцефалография
- Электромагнитное излучение и здоровье
- Электромиография
- Электротакси
- Кирлиан фотография
- Магнитобиология
- Магнитоцепция
- Магнитоэлектрохимия
- Излучение мобильного телефона и здоровье
- Радиобиология
- Удельная скорость поглощения
- Чрескожная электрическая стимуляция нервов
Примечания [ править ]
- ^ Майерс, Ричард (2003). Основы химии . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Press. стр. 172–4 . ISBN 978-0-313-31664-7 .
- ^ Муритсен, Хенрик (июнь 2018 г.). «Дальняя навигация и магниторецепция у мигрирующих животных». Природа . 558 (7708): 50–59. Бибкод : 2018Natur.558...50M . дои : 10.1038/s41586-018-0176-1 . ПМИД 29875486 . S2CID 46953903 .
- ^ Вильчко, Росвита; Вильчко, Вольфганг (4 сентября 2019 г.). «Магниторецепция у птиц» . Журнал интерфейса Королевского общества . 16 (158): 20190295. doi : 10.1098/rsif.2019.0295 . ПМК 6769297 . ПМИД 31480921 .
- ^ У, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (25 мая 2012 г.). «Нейронные корреляты магнитного чувства» . Наука . 336 (6084): 1054–1057. Бибкод : 2012Sci...336.1054W . дои : 10.1126/science.1216567 . ПМИД 22539554 . S2CID 206538783 .
- ^ У, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (8 марта 2011 г.). «Магнеторецепция в мозгу птиц частично опосредована лагеной внутреннего уха» . Современная биология . 21 (5): 418–423. Бибкод : 2011CBio...21..418W . дои : 10.1016/j.cub.2011.01.058 . ПМК 3062271 . ПМИД 21353559 .
- ^ Нимпф, Саймон; Нордманн, Грегори Чарльз; Кагербауэр, Дэниел; Малькемпер, Эрих Паскаль; Ландлер, Лукас; Пападаки-Анастасопулу, Артемида; Ушакова, Любовь; Веннингер-Вайнцирль, Андреа; Новачкова Мария; Винсент, Питер; Лендл, Томас; Коломбини, Мартин; Мейсон, Мэтью Дж.; Киз, Дэвид Энтони (2 декабря 2019 г.). «Предполагаемый механизм магниторецепции посредством электромагнитной индукции во внутреннем ухе голубя» . Современная биология . 29 (23): 4052–4059.e4. Бибкод : 2019CBio...29E4052N . дои : 10.1016/j.cub.2019.09.048 . ПМИД 31735675 .
- ^ Вильчко, Росвита; Вильчко, Вольфганг (4 сентября 2019 г.). «Магниторецепция у птиц» . Журнал интерфейса Королевского общества . 16 (158): 20190295. doi : 10.1098/rsif.2019.0295 . ПМК 6769297 . ПМИД 31480921 .
- ^ У, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (25 мая 2012 г.). «Нейронные корреляты магнитного чувства» . Наука . 336 (6084): 1054–1057. Бибкод : 2012Sci...336.1054W . дои : 10.1126/science.1216567 . ПМИД 22539554 . S2CID 206538783 .
- ^ У, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (8 марта 2011 г.). «Магнеторецепция в мозгу птиц частично опосредована лагеной внутреннего уха» . Современная биология . 21 (5): 418–423. Бибкод : 2011CBio...21..418W . дои : 10.1016/j.cub.2011.01.058 . ПМК 3062271 . ПМИД 21353559 .
- ^ «Опасности среды МР» . Центр биомедицинской визуализации Мартиноса . Проверено 19 марта 2013 г.
- ^ Семена, 2002 г.
- ^ Рохан, Майкл; Пароу, Эйми; Столл, Эндрю Л; Демопулос, Кристина; Фридман, Сет; Дагер, Стивен; Хеннен, Джон; Коэн, Брюс М; Реншоу, Перри Ф (2004). «Низкопольная магнитная стимуляция при биполярной депрессии с использованием стимулятора на основе МРТ» (PDF) . Американский журнал психиатрии . 161 (1): 93–8. дои : 10.1176/appi.ajp.161.1.93 . ПМИД 14702256 . S2CID 14432285 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2019 г.
- ^ Томас, AW; Уайт, КП; Дрост, диджей; Кук, СМ; Прато, ФС (2001). «Сравнение пациентов с ревматоидным артритом и фибромиалгией и здоровых людей из контрольной группы, подвергшихся воздействию импульсного (200 мкТл) магнитного поля: влияние на нормальный баланс стоя». Письма по неврологии . 309 (1): 17–20. дои : 10.1016/S0304-3940(01)02009-2 . ПМИД 11489536 . S2CID 6634766 .
- ^ Шупак, Наоми М; Прато, Фрэнк С; Томас, Алекс В. (2004). «Воздействие на человека определенного импульсного магнитного поля: влияние на термосенсорный и болевой пороги». Письма по неврологии . 363 (2): 157–162. дои : 10.1016/j.neulet.2004.03.069 . ПМИД 15172106 . S2CID 41394936 .
- ^ Тодд Хаттон, Карл Ланоча, доктор медицины Ричард Бермудес, Кимберли Кресс. Транскраниальная магнитная стимуляция: что нужно знать .
- ^ Рот, Брэдли Дж; Паскуаль-Леоне, Альваро; Коэн, Леонардо Дж; Халлетт, Марк (1992). «Нагрев металлических электродов во время высокоскоростной магнитной стимуляции: возможная угроза безопасности». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология/Секция вызванных потенциалов . 85 (2): 116–23. дои : 10.1016/0168-5597(92)90077-О . ПМИД 1373364 .
- ^ Вассерманн, Эрик М. (1998). «Риск и безопасность повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции: отчет и предлагаемые рекомендации Международного семинара по безопасности повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции, 5–7 июня 1996 г.» . Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология/Секция вызванных потенциалов . 108 (1): 1–16. дои : 10.1016/S0168-5597(97)00096-8 . ПМИД 9474057 .
- ^ Росси, Симона; Халлетт, Марк; Россини, Паоло М; Паскуаль-Леоне, Альваро (2009). «Безопасность, этические соображения и рекомендации по применению транскраниальной магнитной стимуляции в клинической практике и исследованиях» . Клиническая нейрофизиология . 120 (12): 2008–39. дои : 10.1016/j.clinph.2009.08.016 . hdl : 11572/145680 . ПМК 3260536 . ПМИД 19833552 .
- ^ Фанк, Ричард Х.В.; Монси, Томас К. (2006). «Воздействие электромагнитных полей на клетки: физиологические и терапевтические подходы и молекулярные механизмы взаимодействия» . Клетки Ткани Органы . 182 (2): 59–78. дои : 10.1159/000093061 . ПМИД 16804297 . S2CID 10705650 .
- ^ Шахин, Саба; Банерджи, Соманшу; Сингх, Сурья Пал; Чатурведи, Чандра Мохини (2015). «Микроволновое излучение 2,45 ГГц ухудшает обучение и пространственную память из-за окислительного / нитрозативного стресса, индуцированного p53-зависимым / независимым апоптозом гиппокампа: молекулярная основа и основной механизм» . Токсикологические науки . 148 (2): 380–99. дои : 10.1093/toxsci/kfv205 . ПМИД 26396154 .
- ^ ИГАРАСИ, ЮТАКА; МАЦУДА, ЙОКО; ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, АКИРА; ИШИВАТА, ТОШИЮКИ; НАИТО, ЗЕНЯ; ЁКОТА, ХИРОЮКИ (2015). «Патофизиология черепно-мозговой травмы, вызванной микроволновым излучением» . Биомедицинские отчеты . 3 (4): 468–472. дои : 10.3892/br.2015.454 . ПМК 4487000 . ПМИД 26171150 .
- ^ Электромагнитные поля и общественное здравоохранение: промежуточные частоты (IF). Информационный бюллетень, февраль 2005 г. Всемирная организация здравоохранения. Проверено в августе 2013 г.
- ^ Вартенберг, Мария; Вирц, Нина; Гроб, Александр; Нидермайер, Вильгельм; Хешелер, Юрген; Питерс, Саския С; Зауэр, Генрих (2008). «Электрические поля постоянного тока индуцируют апоптоз в раковых клетках слизистой оболочки полости рта с помощью активных форм кислорода, полученных из НАДФН-оксидазы». Биоэлектромагнетизм . 29 (1): 47–54. дои : 10.1002/bem.20361 . ПМИД 17786977 . S2CID 21881355 .
Ссылки [ править ]
Организации [ править ]
- Общество биоэлектромагнетиков (BEMS)
- Европейская ассоциация биоэлектромагнетиков (EBEA)
- Общество физического регулирования в биологии и медицине (SPRBM) (ранее Общество биоэлектрического ремонта и роста, BRAGS)
- Международное общество биоэлектромагнетизма (ISBEM)
- Лаборатория биоэлектромагнетизма Университетского колледжа Корка, Ирландия.
- Институт биоэлектромагнетизма
- Университет Вандербильта, Группа физики живого состояния, архивная страница
- Институт Рагнара Гранита .
- Институт фотоники и электроники АН ЧР, кафедра биоэлектродинамики .
Книги [ править ]
- Беккер, Роберт О.; Эндрю А. Марино, Электромагнетизм и жизнь , Государственный университет Нью-Йорка, Олбани, 1982. ISBN 0-87395-561-7 .
- Беккер, Роберт О.; Электрическое тело: электромагнетизм и основа жизни , Уильям Морроу и компания, 1985. ISBN 0-688-00123-8 .
- Беккер, Роберт О.; Перекрестные токи: перспективы электромедицины, опасности электрозагрязнения , Тарчер, 1989. ISBN 0-87477-536-1 .
- Бинхи В.Н. Магнитобиология: основные физические проблемы . Сан-Диего: Академик Пресс, 2002. ISBN 0-12-100071-0 .
- Бродер Поль; Потоки смерти , Саймон и Шустер, 2000. ISBN 0-7432-1308-4 .
- Карпентер, Дэвид О.; Синерик Айрапетян, Биологические эффекты электрических и магнитных полей , Том 1: Источники и механизмы, Академическое издательство, 1994. ISBN 0-12-160261-3 .
- Карпентер, Дэвид О.; Синерик Айрапетян, Биологические эффекты электрических и магнитных полей: полезные и вредные эффекты (Том 2), Academic Press, 1994. ISBN 0-12-160261-3 .
- Чиабрера А. (редактор), Взаимодействие между электромагнитными полями и клетками , Springer, 1985. ISBN 0-306-42083-X .
- Хабаш, Риад, Вайоминг; Электромагнитные поля и радиация: биоэффекты и безопасность человека , Марсель Деккер, 2001. ISBN 0-8247-0677-3 .
- Хортон Уильям Ф.; Сол Голдберг, Магнитные поля промышленной частоты и общественное здравоохранение , CRC Press, 1995. ISBN 0-8493-9420-1 .
- Мэй-Ван, Хо; и др., Биоэлектродинамика и биокоммуникация , World Scientific, 1994. ISBN 981-02-1665-3 .
- Мальмивуо, Яакко; Роберт Плонси, Биоэлектромагнетизм: принципы и применение биоэлектрических и биомагнитных полей , Oxford University Press, 1995. ISBN 0-19-505823-2 .
- О'Коннор, Мэри Э. (редактор) и др., «Новая электромагнитная медицина» , Springer, 1990. ISBN 0-387-97224-2 .
Журналы [ править ]
- Биоэлектромагнетизм
- Биоэлектрохимия
- Европейский биофизический журнал
- Международный журнал биоэлектромагнетизма , ISBEM, 1999 – настоящее время ( ISSN 1456-7865 )
- биомагнитных исследований и технологий Архив (больше не публикуется)
- Биофизика , английская версия русской «Биофизики» ( ISSN 0006-3509 )
- Радиационная Биология Радиоэкология («Радиационная биология и радиоэкология» на русском языке) ( ISSN 0869-8031 )