Magnetobiologia

Magnetobiologia to nauka o działaniu biologicznym głównie słabych pól statycznych i magnetycznych o niskiej częstotliwości, które nie powodują nagrzewania tkanek. Efekty magnetobiologiczne mają unikalne cechy, które w oczywisty sposób odróżniają je od efektów termicznych; często obserwuje się je dla zmiennych pól magnetycznych tylko w oddzielnych przedziałach częstotliwości i amplitudy. Zależne są też od jednocześnie występujących statycznych pól magnetycznych lub elektrycznych oraz ich polaryzacji.

Magnetobiologia jest podzbiorem bioelektromagnetyki . Bioelektromagnetyzm i biomagnetyzm to nauka o wytwarzaniu pól elektromagnetycznych i magnetycznych przez organizmy biologiczne. Wyczuwanie pól magnetycznych przez organizmy jest znane jako magnetorecepcja .

Biologiczne skutki słabych pól magnetycznych o niskiej częstotliwości, poniżej około 0,1 militesla (lub 1 Gaussa ) i odpowiednio 100 Hz, stanowią problem fizyczny. Efekty wyglądają paradoksalnie, gdyż kwant energii tych pól elektromagnetycznych jest o wiele rzędów wartości mniejszy niż skala energetyczna elementarnego aktu chemicznego. Z drugiej strony natężenie pola nie jest wystarczające, aby spowodować odczuwalne nagrzanie tkanek biologicznych lub podrażnienie nerwów przez indukowane prądy elektryczne.

Efekty

Przykładem efektu magnetobiologicznego jest nawigacja magnetyczna zwierząt wędrownych za pomocą magnetorecepcji . Wiele rzędów zwierząt, takich jak niektóre ptaki, żółwie morskie, gady, płazy i ryby łososiowate, jest w stanie wykryć niewielkie zmiany pola geomagnetycznego i jego nachylenia magnetycznego , aby znaleźć swoje sezonowe siedliska. Mówi się, że używają „kompasu nachylenia”. Stwierdzono, że niektóre skorupiaki, homary, ryby kostnoszkieletowe, owady i ssaki używają „kompasu polaryzacji”, podczas gdy u ślimaków i ryb chrzęstnych rodzaj kompasu jest jak dotąd nieznany. Niewiele wiadomo o innych kręgowcach i stawonogach. Ich percepcja może być rzędu dziesiątek nanotesli. [ potrzebne źródło ]

Intensywność magnetyczna jako składowa „mapy” nawigacyjnej gołębi była przedmiotem dyskusji od końca XIX wieku. Jedną z najwcześniejszych publikacji dowodzących, że ptaki wykorzystują informacje magnetyczne, była praca Wolfganga Wiltschko z 1972 r. dotycząca kompasu rudzików . Badanie z podwójnie ślepą próbą z 2014 r. wykazało, że europejskie rudziki narażone na szum elektromagnetyczny o niskim poziomie między około 20 kHz a 20 MHz nie były w stanie zorientować się za pomocą kompasu magnetycznego. Kiedy weszli do chat z aluminiowymi ekranami, które tłumiły zakłócenia elektromagnetyczne w zakresie częstotliwości od 50 kHz do 5 MHz o około dwa rzędy wielkości, ich orientacja powróciła.

Aby zapoznać się ze skutkami dla zdrowia ludzi, zobacz promieniowanie elektromagnetyczne i zdrowie .

Magnetorecepcja

Zaproponowano kilka modeli neurobiologicznych dotyczących pierwotnego procesu, w którym pośredniczy wejście magnetyczne:

  1. mechanizm par rodnikowych : kierunkowe oddziaływania par rodnikowych z otaczającym polem magnetycznym.
  2. procesy z udziałem materiału trwale magnetycznego (zawierającego żelazo), takiego jak magnetyt, w tkankach
  3. Magnetycznie indukowane zmiany właściwości fizycznych/chemicznych wody w stanie ciekłym .

W mechanizmie pary rodnikowej fotopigmenty absorbują foton, co powoduje jego przejście do stanu singletowego . Tworzą rodnikowe pary singletowe o spinie antyrównoległym , które w wyniku wzajemnej konwersji singlet-tryplet mogą przekształcić się w pary trypletowe o spinie równoległym . Ponieważ pole magnetyczne zmienia przejście między stanami spinowymi, ilość trojaczków zależy od tego, jak fotopigment jest wyrównany w polu magnetycznym. Kryptochromy , klasa fotopigmentów znanych z roślin i zwierząt, wydają się być cząsteczkami receptorowymi.

Model indukcyjny miałby zastosowanie tylko do zwierząt morskich, ponieważ jako otaczające medium o wysokiej przewodności możliwa jest tylko słona woda. Brakowało dowodów na istnienie tego modelu.

Model magnetytu powstał wraz z odkryciem łańcuchów magnetytu o pojedynczej domenie w niektórych bakteriach w latach siedemdziesiątych. Dowody histologiczne w dużej liczbie gatunków należących do wszystkich głównych typów. Pszczoły miodne mają materiał magnetyczny w przedniej części odwłoka, podczas gdy u kręgowców głównie w sitowej głowy. Eksperymenty dowodzą, że sygnał wejściowy z receptorów na bazie magnetytu u ptaków i ryb jest przesyłany przez gałąź oczną nerwu trójdzielnego do ośrodkowego układu nerwowego .

Bezpieczne poziomy ekspozycji na EM opracowane przez różne instytucje krajowe i międzynarodowe.

Standardy bezpieczeństwa

Praktyczne znaczenie magnetobiologii uwarunkowane jest rosnącym poziomem tła elektromagnetycznego ekspozycji ludzi. Niektóre pola elektromagnetyczne przy długotrwałym narażeniu mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia ludzi. Światowa Organizacja Zdrowia uważa zwiększony poziom narażenia elektromagnetycznego w miejscach pracy za czynnik stresogenny. Obecne normy bezpieczeństwa elektromagnetycznego, opracowane przez wiele instytucji krajowych i międzynarodowych, różnią się dziesiątki i setki razy dla niektórych zakresów PEM; sytuacja ta odzwierciedla brak badań z zakresu magnetobiologii i elektromagnetobiologii. Obecnie większość norm uwzględnia skutki biologiczne samego ogrzewania przez pola elektromagnetyczne i stymulację nerwów obwodowych prądami indukowanymi.

Podejście medyczne

Praktykujący magnetoterapię próbują leczyć ból lub inne schorzenia za pomocą stosunkowo słabych pól elektromagnetycznych. Metody te nie uzyskały jeszcze dowodów klinicznych zgodnie z przyjętymi standardami medycyny opartej na dowodach. Większość instytucji uznaje tę praktykę za pseudonaukową .

Zobacz też

Dalsza lektura

Czasopisma naukowe