Svage elektromagnetiske felters interaktion med celler: Et biofysisk mysterium
Bioelektricitet, biomagnetisme og bioelektromagnetisme har været omgærdet af mystik og charlatanisme siden deres opdagelse.
Denne artikel, der er baseret på Roland Glasers artikel "Current concepts of the interaction of weak electromagnetic fields with cells", kaster lys over de videnskabelige resultater bag svage elektromagnetiske felters interaktion med celler og afliver nogle myter.
Et historisk overblik:
Virkningerne af magnetisme og elektricitet på menneskekroppen har tidligt været genstand for videnskabelige undersøgelser. Mens Franz Anton Mesmers "magnetiske kur" i det 18. århundrede stadig var stærkt præget af mystik, lagde Luigi Galvanis forskning i "dyreelektricitet" grundlaget for den moderne elektrofysiologi. På trods af enorme fremskridt inden for fysik, elektrokemi og elektrofysiologi forblev bioelektromagnetismen i lang tid udsat for charlatanisme.
Videnskabeligt funderede fænomener:
I dag er nogle fænomener inden for bioelektromagnetisme videnskabeligt anerkendt:
- Cellers elektriske excitabilitet (elektrofysiologi)
- Elektroreception hos fisk og andre dyr
- Magnetoreception hos bakterier og fugle
- Passiv bevægelse af celler i kunstige felter (elektroforese, dielektroforese, elektrorotation)
- Elektrisk gennembrud af membraner gennem korte elektriske impulser (celleperforering, cellefusion)
Fokus på svage elektromagnetiske felter:
I dag er der fokus på virkningerne af svage elektromagnetiske felter - felter med energier tæt på termisk støj (kT). Disse felter bruges ofte i terapi, samtidig med at der er en kontroversiel debat om elektrosmog.
Hvordan påvirker elektromagnetiske felter cellerne?
Det centrale spørgsmål er: Hvordan kan elektromagnetiske felter påvirke cellulære processer? Talrige eksperimenter viser, at sådanne effekter eksisterer, ofte forekommer ved specifikke frekvenser og intensiteter og ofte er forbundet med Ca²⁺-transport. Pulserende eller modulerede elektromagnetiske felter (PEMF) ser ud til at være særligt effektive, når de moduleres ved lave frekvenser (16-60 Hz).
Cellemembranens rolle:
Cellemembranen spiller en afgørende rolle i samspillet med elektromagnetiske felter. Den fungerer som en diffusionsbarriere for ioner og som en matrix for funktionelle proteiner. Fra et elektrisk synspunkt opfører den sig som en kondensator. Eksterne felter overlejres af det stærke membranfelt, der findes in vivo. Det er vigtigt at bemærke, at der kan eksistere elektriske felter i elektrokemiske systemer, uden at der flyder en ionstrøm.
Mulige biofysiske mekanismer:
der er forskellige hypoteser om de primære virkningsmekanismer for elektromagnetiske felter på cellulære strukturer:
- Indflydelse på faseovergange i membranens lipiddomæner
- Direkte indflydelse på funktionen af membranproteiner (transportprocesser, enzymatiske aktiviteter)
- Indflydelse på den laterale organisering af membranen og induktion af laterale ionstrømme
- Indflydelse på overfladeladninger og elektriske dobbeltlag
disse hypoteser er baseret på fænomener som kooperativitet, resonanseffekter og udløsning af overgange mellem multi-stationære tilstande.
Optimering af frekvensbånd:
de frekvenser, der bruges til medicinsk behandling, er ofte tekniske og ikke nødvendigvis optimale for biofysisk interaktion. Modeller forudsiger resonansfrekvenser for transportproteiner mellem 10³ og 10⁶ Hz. Til terapeutiske anvendelser anbefales derfor et skift til ULF-, VLF-, LF- og MF-frekvensbåndene.
Sekundære biologiske effekter:
biologiske effekter af elektromagnetiske felter er forårsaget af forstærkningsprocesser. F.eks. kan feltet påvirke et transportprotein, hvilket fører til en ændring i strømmen af ioner og dermed til ændringer i de cellulære ionkoncentrationer. Calcium som en sekundær budbringer kan derefter udløse biokemiske kaskader.
Konklusion:
Der er overbevisende dokumentation for, at elektromagnetiske felter påvirker biologiske systemer, selv ved energier i størrelsesordenen termisk støj. Men de nøjagtige biofysiske mekanismer er endnu ikke fuldt ud forstået. Der er brug for yderligere forskning for at bestemme de optimale frekvenser og anvendelsesmetoder til terapeutiske formål.