Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для научного журнала см. Биоэлектромагнетизм (журнал) .
См. Также: Биоэлектроника и биоэлектромагнитная медицина.

Биоэлектромагнетизм , также известный как биоэлектромагнетизм , - это изучение 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 , и применение электромагнитного излучения для лечения различных состояний.

Биологические явления [ править ]

Взаимодействие организмов с электромагнитными полями всего электромагнитного спектра является частью биоэлектромагнитных исследований.

Биоэлектромагнетизм изучается в первую очередь с помощью методов электрофизиологии . В конце восемнадцатого века итальянский врач и физик Луиджи Гальвани впервые зарегистрировал это явление, рассекая лягушку за столом, где он проводил эксперименты со статическим электричеством . Гальвани придумал термин « животное электричество» для описания этого явления, а современники назвали его гальванизмом . Гальвани и его современники считали активацию мышц результатом воздействия электрического флюида или вещества в нервах . [1] Кратковременные электрические события, называемыепотенциалы действия возникают в нескольких типах клеток животных, которые называются возбудимыми клетками, категория клеток включает нейроны, мышечные клетки и эндокринные клетки, а также в некоторых клетках растений. Эти потенциалы действия используются для облегчения межклеточной коммуникации и активации внутриклеточных процессов. Физиологические явления потенциалов действия возможны, поскольку управляемые по напряжению ионные каналы позволяют разрешить потенциал покоя, вызванный электрохимическим градиентом по обе стороны от клеточной мембраны. [ необходима цитата ] .

Предполагается, что некоторые животные обладают способностью чувствовать электромагнитные поля; например, у некоторых водных животных есть структуры, потенциально способные воспринимать изменения напряжения, вызванные изменяющимся магнитным полем [2], в то время как перелетные птицы, как полагают, используют магниторецепцию в навигации. [3] [4] [5]

Считается, что голуби и другие перелетные птицы используют в навигации чувство магнитного поля Земли . [6] [7] [8] [9]

Биоэффекты электромагнитного излучения [ править ]

Большинство молекул в организме человека слабо взаимодействуют с электромагнитными полями в радиочастотном или чрезвычайно низкочастотном диапазонах. [ необходима цитата ] Одним из таких взаимодействий является поглощение энергии полей, которое может вызвать нагревание тканей; более интенсивные поля производят больший нагрев. Это может привести к биологическим эффектам, начиная от расслабления мышц ( вызываемого устройством для диатермии ) и заканчивая ожогами. [10]Многие страны и регулирующие органы, такие как Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения, установили правила безопасности, чтобы ограничить воздействие ЭМП до нетеплового уровня. Это можно определить как нагрев только до точки, где может рассеиваться избыточное тепло, или как фиксированное повышение температуры, не обнаруживаемое современными приборами, такими как 0,1 ° C. [ необходима цитата ] Однако было показано, что для этих нетепловых воздействий присутствуют биологические эффекты; [ необходима цитата ] Для объяснения этого были предложены различные механизмы [11], и может быть 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 слабопольной магнитной стимуляцией , временно улучшает настроение пациентов с биполярным расстройством [12], в то время как другой импульс МРТ не оказывает никакого эффекта. В других исследованиях было обнаружено, что воздействие импульсного магнитного поля на все тело изменяет баланс стоя и восприятие боли. [13] [14]

Сильное изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрические токи в проводящей ткани, такой как мозг. Поскольку магнитное поле проникает в ткань, оно может генерироваться за пределами головы, чтобы индуцировать токи внутри, вызывая транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС). Эти токи деполяризуют нейроны в выбранной части мозга, что приводит к изменению паттернов нейронной активности. [15] При повторной импульсной ТМС-терапии или рТМС наличие несовместимых электродов ЭЭГ может привести к нагреву электродов и, в тяжелых случаях, к ожогам кожи. [16] Ряд ученых и клиницистов пытаются использовать ТМС вместо электросудорожной терапии.(ЭСТ) для лечения таких расстройств, как тяжелая депрессия и галлюцинации. Вместо одного сильного удара электрическим током через голову, как при ЭСТ, при ТМС-терапии доставляется большое количество относительно слабых импульсов, обычно со скоростью около 10 импульсов в секунду. Если в мозг доставляются очень сильные импульсы с высокой скоростью, индуцированные токи могут вызвать судороги, как и в оригинальной электросудорожной терапии . [17] [18] Иногда это делается специально для лечения депрессии, например, при ЭСТ.

Влияние электромагнитного излучения на здоровье человека [ править ]

В то время как воздействие на здоровье от чрезвычайно низкочастотных (СНЧ) электрических и магнитных полей (от 0 до 300 Гц), генерируемых линиями электропередачи, и радио- / микроволновых частот (РЧ) (10 МГц - 300 ГГц) [19] [20], излучаемых радиоантеннами и беспроводные сети хорошо изучены, промежуточный диапазон (ИК) (от 300 Гц до 10 МГц) изучен гораздо меньше. [ необходима цитата ] Прямое воздействие радиочастотного электромагнетизма малой мощности на здоровье человека было трудно доказать, а задокументированные опасные для жизни эффекты радиочастотных электромагнитных полей ограничиваются источниками высокой мощности, способными вызывать значительные тепловые эффекты [21], и медицинскими устройствами, такими как кардиостимуляторы и другие электронные имплантаты. [22]Однако было проведено множество исследований с использованием электромагнитных полей, чтобы изучить их влияние на клеточный метаболизм, апоптоз и рост опухолей. [23]

Электромагнитное излучение в диапазоне промежуточных частот нашло место в современной медицинской практике для лечения костного заживления, а также для стимуляции и регенерации нервов. Он также одобрен в качестве лечения рака в форме полей для лечения опухолей , использующих переменные электрические поля в диапазоне частот 100–300 кГц. [ необходима цитата ] Поскольку некоторые из этих методов включают магнитные поля, которые вызывают электрические токи в биологических тканях, а другие - только электрические поля, они, строго говоря, являются электротерапией, хотя их применение в сочетании с современным электронным оборудованием поместило их в категорию биоэлектромагнитных взаимодействий. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Биоэлектрогенез
  • Биомагнетизм
  • Биоэлектрохимия
  • Биоэлектродинамика
  • Биофизика
  • Электрическая рыба
  • Электрическая стимуляция мозга
  • Электроэнцефалография
  • Электромагнитное излучение и здоровье
  • Электромиография
  • Электротаксис
  • Кирлиан фотография
  • Магнитобиология
  • Магнитоцепция
  • Магнитоэлектрохимия
  • Излучение мобильных телефонов и здоровье
  • Радиобиология
  • Удельная скорость абсорбции
  • Чрескожная электрическая стимуляция нервов

Заметки [ править ]

  1. ^ Майерс, Ричард (2003). Основы химии . Вестпорт, штат Коннектикут: Greenwood Press. С.  172–4 . ISBN 978-0-313-31664-7.
  2. ^ Mouritsen, Хенрик (июнь 2018). «Дальняя навигация и магниторецепция у мигрирующих животных». Природа . 558 (7708): 50–59. Bibcode : 2018Natur.558 ... 50M . DOI : 10.1038 / s41586-018-0176-1 . PMID 29875486 . S2CID 46953903 .  
  3. ^ Вильчко, Росвита; Вильчко, Вольфганг (4 сентября 2019 г.). «Магниторецепция у птиц» . Журнал Интерфейса Королевского общества . 16 (158): 20190295. DOI : 10.1098 / rsif.2019.0295 . PMC 6769297 . PMID 31480921 .  
  4. ^ Ву, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (25 мая 2012 г.). «Нейронные корреляты магнитного чувства». Наука . 336 (6084): 1054–1057. Bibcode : 2012Sci ... 336.1054W . DOI : 10.1126 / science.1216567 . PMID 22539554 . S2CID 206538783 .  
  5. ^ Ву, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (8 марта 2011 г.). «Магниторецепция в мозгу птиц, частично опосредованная внутренним ухом Lagena» . Текущая биология . 21 (5): 418–423. DOI : 10.1016 / j.cub.2011.01.058 . PMC 3062271 . PMID 21353559 .  
  6. ^ Nimpf, Саймон; Нордманн, Грегори Чарльз; Кагербауэр, Даниэль; Малкемпер, Эрих Паскаль; Ландлер, Лукас; Пападаки-Анастасопулу, Артемида; Ушакова Любовь; Веннингер-Вайнциерль, Андреа; Новачкова Мария; Винсент, Питер; Лендл, Томас; Коломбини, Мартин; Мейсон, Мэтью Дж .; Кейс, Дэвид Энтони (2 декабря 2019 г.). «Предполагаемый механизм магниторецепции с помощью электромагнитной индукции во внутреннем ухе голубя» . Текущая биология . 29 (23): 4052–4059.e4. DOI : 10.1016 / j.cub.2019.09.048 . PMID 31735675 . 
  7. ^ Вильчко, Росвита; Вильчко, Вольфганг (4 сентября 2019 г.). «Магниторецепция у птиц» . Журнал Интерфейса Королевского общества . 16 (158): 20190295. DOI : 10.1098 / rsif.2019.0295 . PMC 6769297 . PMID 31480921 .  
  8. ^ Ву, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (25 мая 2012 г.). «Нейронные корреляты магнитного чувства». Наука . 336 (6084): 1054–1057. Bibcode : 2012Sci ... 336.1054W . DOI : 10.1126 / science.1216567 . PMID 22539554 . S2CID 206538783 .  
  9. ^ Ву, Ле-Цин; Дикман, Дж. Дэвид (8 марта 2011 г.). «Магниторецепция в мозгу птиц, частично опосредованная внутренним ухом Lagena» . Текущая биология . 21 (5): 418–423. DOI : 10.1016 / j.cub.2011.01.058 . PMC 3062271 . PMID 21353559 .  
  10. ^ «Опасности окружающей среды MR» . Центр биомедицинской визуализации Мартинос . Проверено 19 марта 2013 года .
  11. ^ Бинги, 2002
  12. ^ 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. DOI : 10,1176 / appi.ajp.161.1.93 . PMID 14702256 . S2CID 14432285 .   
  13. ^ Томас, AW; Белый, КП; Дрост, диджей; Повар, 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 стоячий баланс». Письма неврологии . 309 (1): 17–20. DOI : 10.1016 / S0304-3940 (01) 02009-2 . PMID 11489536 . S2CID 6634766 .  
  14. ^ Шупак, Наоми М; Прато, Франк С; Томас, Алекс В (2004). «Воздействие на человека определенного импульсного магнитного поля: влияние на тепловые сенсорные и болевые пороги». Письма неврологии . 363 (2): 157–162. DOI : 10.1016 / j.neulet.2004.03.069 . PMID 15172106 . S2CID 41394936 .  
  15. ^ Тодд Хаттон, Карл Ланоча, доктор медицины Ричард Бермудес, Кимберли Кресс. Транскраниальная магнитная стимуляция: что нужно знать .
  16. ^ Рот, Брэдли Дж; Паскуаль-Леоне, Альваро; Коэн, Леонардо Дж. Халлетт, Марк (1992). «Нагрев металлических электродов при быстрой магнитной стимуляции: возможная угроза безопасности». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология / Секция вызванных потенциалов . 85 (2): 116–23. DOI : 10.1016 / 0168-5597 (92) 90077-O . PMID 1373364 . 
  17. ^ 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. DOI : 10.1016 / S0168-5597 (97) 00096-8 . PMID 9474057 . 
  18. ^ Росси, Симона; Халлетт, Марк; Россини, Паоло М; Паскуаль-Леоне, Альваро (2009). «Безопасность, этические аспекты и руководство по применению транскраниальной магнитной стимуляции в клинической практике и исследованиях» . Клиническая нейрофизиология . 120 (12): 2008–39. DOI : 10.1016 / j.clinph.2009.08.016 . ЛВП : 11572/145680 . PMC 3260536 . PMID 19833552 .  
  19. ^ Функ, Ричард HW; Monsees, Томас К. (2006). «Действие электромагнитных полей на клетки: физиологические и терапевтические подходы и молекулярные механизмы взаимодействия» . Клетки Тканевые Органы . 182 (2): 59–78. DOI : 10.1159 / 000093061 . PMID 16804297 . S2CID 10705650 .  
  20. ^ Шахин, Саба; Банерджи, Соманшу; Сингх, Сурья Пал; Чатурведи, Чандра Мохини (2015). «Микроволновое излучение 2,45 ГГц ухудшает обучение и пространственную память через вызванный окислительным / нитрозативным стрессом p53-зависимый / независимый апоптоз гиппокампа: молекулярная основа и лежащий в основе механизм» . Токсикологические науки . 148 (2): 380–99. DOI : 10.1093 / toxsci / kfv205 . PMID 26396154 . 
  21. ^ ИГАРАСИ, ЮТАКА; МАЦУДА, ЙОКО; ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, АКИРА; ИШИВАТА, ТОСИЮКИ; НАИТО, ЗЕНЯ; ЙОКОТА, ХИРОЮКИ (2015). «Патофизиология черепно-мозговой травмы, вызванной микроволновым излучением» . Биомедицинские отчеты . 3 (4): 468–472. DOI : 10,3892 / br.2015.454 . PMC 4487000 . PMID 26171150 .  
  22. ^ Электромагнитные поля и общественное здравоохранение: промежуточные частоты (IF). Информационный бюллетень Февраль 2005 г. Всемирная организация здравоохранения. Проверено авг.2013.
  23. ^ Вартенберг, Мария; Вирц, Нина; Гроб, Александр; Нидермайер, Вильгельм; Хешелер, Юрген; Питерс, Саския К; Зауэр, Генрих (2008). «Электрические поля постоянного тока вызывают апоптоз в раковых клетках слизистой оболочки полости рта под действием активных форм кислорода, производных НАДФН-оксидазы». Биоэлектромагнетизм . 29 (1): 47–54. DOI : 10.1002 / bem.20361 . PMID 17786977 . 

Ссылки [ править ]

Организации [ править ]

  • Общество биоэлектромагнетиков (BEMS)
  • Европейская ассоциация биоэлектромагнетиков (EBEA)
  • Общество физического регулирования в биологии и медицине (SPRBM) (бывшее Общество биоэлектрического ремонта и роста, BRAGS)
  • Международное общество биоэлектромагнетизма (ISBEM)
  • Лаборатория биоэлектромагнетизма в Университетском колледже Корка, Ирландия
  • Институт биоэлектромагнетизма
  • Университет Вандербильта, Группа Физики Живого Государства, заархивированная 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 , William Morrow & Co, 1985. ISBN 0-688-00123-8 . 
  • Беккер, Роберт О .; Cross Currents: The Promise of Electromedicine, the Perils of Electrollution , Tarcher, 1989. ISBN 0-87477-536-1 . 
  • Бинхи, В.Н., Магнитобиология: основные физические проблемы . Сан-Диего: Academic Press, 2002. ISBN 0-12-100071-0 . 
  • Brodeur Paul; Токи 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, Academic Press, 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 . 
  • Кьябрера А. (редактор), « Взаимодействие между электромагнитными полями и клетками» , Springer, 1985. ISBN 0-306-42083-X . 
  • Хабаш, Риад, Вайоминг; Электромагнитные поля и радиация: биоэффекты человека и безопасность , 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 . 
  • Мае-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., Emerging Electromagnetic Medicine , Springer, 1990. ISBN 0-387-97224-2 . 

Журналы [ править ]

  • Биоэлектромагнетизм
  • Биоэлектрохимия
  • Европейский биофизический журнал
  • Международный журнал биоэлектромагнетизма , ISBEM, 1999 – настоящее время ( ISSN 1456-7865 ) 
  • Биомагнитные Научно-технический архив (больше не издательство)
  • Биофизика , англоязычная версия русскоязычной "Биофизики" ( ISSN 0006-3509 ) 
  • Радиационная биология и радиоэкология ("Радиационная биология и радиоэкология") ( ISSN 0869-8031 ) 

Внешние ссылки [ править ]

  • Краткая история биоэлектромагнетизма Яакко и Плонси.
  • Прямые и обратные задачи биоэлектрического поля
  • Сетки человеческого тела для MATLAB, Ansoft / ANSYS HFSS, Octave (поверхностные сетки от реальных объектов, сетки для Visible Human Project)