De interactie van zwakke elektromagnetische velden met cellen: Een mysterie van de biofysica
Bio-elektriciteit, biomagnetisme en bio-elektromagnetisme zijn sinds hun ontdekking gehuld in mysterie en charlatanisme.
Dit artikel, gebaseerd op het artikel "Current concepts of the interaction of weak electromagnetic fields with cells" van Roland Glaser, werpt licht op de wetenschappelijke bevindingen achter de interactie van zwakke elektromagnetische velden met cellen en ontkracht enkele mythes.
Een historisch overzicht:
De effecten van magnetisme en elektriciteit op het menselijk lichaam zijn al vroeg onderwerp van wetenschappelijk onderzoek geweest. Terwijl de "magnetische genezing" van Franz Anton Mesmer in de 18e eeuw nog sterk werd gekenmerkt door mystiek, legde Luigi Galvani's onderzoek naar "dierlijke elektriciteit" de basis voor de moderne elektrofysiologie. Ondanks de enorme vooruitgang in de fysica, elektrochemie en elektrofysiologie bleef het gebied van bio-elektromagnetisme lange tijd vatbaar voor charlatanisme.
Wetenschappelijk onderbouwde verschijnselen:
Tegenwoordig zijn enkele verschijnselen op het gebied van bio-elektromagnetisme wetenschappelijk erkend:
- Elektrische prikkelbaarheid van cellen (elektrofysiologie)
- Elektronenwaarneming bij vissen en andere dieren
- Magnetoreceptie bij bacteriën en vogels
- Passieve beweging van cellen in kunstmatige velden (elektroforese, diëlektroforese, elektrorotatie)
- Elektrische doorbraak van membranen door korte elektrische impulsen (celperforatie, celfusie)
Focus op zwakke elektromagnetische velden:
Vandaag ligt de nadruk op de effecten van zwakke elektromagnetische velden - velden met energieën die dicht bij thermische ruis (kT) liggen. Deze velden worden vaak gebruikt in therapie, terwijl er tegelijkertijd een controversieel debat is over elektrosmog.
Hoe beïnvloeden elektromagnetische velden cellen?
De centrale vraag is: Hoe kunnen elektromagnetische velden cellulaire processen beïnvloeden? Talloze experimenten bewijzen dat zulke effecten bestaan, vaak optreden bij specifieke frequenties en intensiteiten en vaak geassocieerd zijn met Ca²⁺ transport. Gepulste of gemoduleerde elektromagnetische velden (PEMF) lijken vooral effectief te zijn als ze gemoduleerd worden bij lage frequenties (16-60 Hz).
De rol van het celmembraan:
Het celmembraan speelt een cruciale rol in de interactie met elektromagnetische velden. Het fungeert als diffusiebarrière voor ionen en als matrix voor functionele eiwitten. Vanuit elektrisch oogpunt gedraagt het zich als een condensator. Externe velden worden gesuperponeerd op het sterke membraanveld dat in vivo bestaat. Het is belangrijk op te merken dat elektrische velden kunnen bestaan in elektrochemische systemen zonder dat er een ionenstroom loopt.
Mogelijke biofysische mechanismen:
er zijn verschillende hypothesen over de primaire werkingsmechanismen van elektromagnetische velden op cellulaire structuren:
- Invloed op faseovergangen van membraanlipidedomeinen
- Directe invloed op de functie van membraaneiwitten (transportprocessen, enzymatische activiteiten)
- Invloed op de laterale organisatie van het membraan en inductie van laterale ionenstromen
- Invloed op oppervlakteladingen en elektrische dubbele lagen
deze hypotheses zijn gebaseerd op verschijnselen als coöperativiteit, resonantie-effecten en het op gang brengen van overgangen tussen multi-stationaire toestanden.
Optimalisatie van de frequentiebanden:
de frequenties die gebruikt worden voor medische behandelingen zijn vaak technisch en niet noodzakelijk optimaal voor biofysische interactie. Modellen voorspellen resonantiefrequenties voor transporteiwitten tussen 10³ en 10⁶ Hz. Voor therapeutische toepassingen wordt daarom een verschuiving naar de ULF, VLF, LF en MF frequentiebanden aanbevolen.
Secundaire biologische effecten:
biologische effecten van elektromagnetische velden worden veroorzaakt door versterkingsprocessen. Het veld kan bijvoorbeeld een transporteiwit beïnvloeden, wat leidt tot een verandering in de stroom van ionen en bijgevolg tot veranderingen in de ionenconcentraties in de cel. Calcium als secundaire boodschapper kan dan biochemische cascades in gang zetten.
Conclusie:
Er is overtuigend bewijs voor het effect van elektromagnetische velden op biologische systemen, zelfs bij energieën in het bereik van thermische ruis. De exacte biofysische mechanismen worden echter nog niet volledig begrepen. Verder onderzoek is nodig om de optimale frequenties en toepassingsmethoden voor therapeutische doeleinden te bepalen.