Взаимодействие слабых электромагнитных полей с клетками: Загадка биофизики
Биоэлектричество, биомагнетизм и биоэлектромагнетизм с момента их открытия были окутаны тайной и шарлатанством.
Эта статья, основанная на работе Роланда Глейзера "Современные представления о взаимодействии слабых электромагнитных полей с клетками", проливает свет на научные выводы, стоящие за взаимодействием слабых электромагнитных полей с клетками, и развеивает некоторые мифы.
Исторический обзор:
Влияние магнетизма и электричества на человеческий организм было предметом научных исследований с самого раннего периода. В то время как "магнетическое лечение" Франца Антона Месмера в XVIII веке еще носило ярко выраженный мистический характер, исследования Луиджи Гальвани в области "животного электричества" заложили основы современной электрофизиологии. Несмотря на огромный прогресс в физике, электрохимии и электрофизиологии, область биоэлектромагнетизма долгое время оставалась восприимчивой к шарлатанству.
Научно обоснованные феномены:
Сегодня некоторые явления в области биоэлектромагнетизма являются научно признанными:
- Электровозбудимость клеток (электрофизиология)
- Электрорецепция у рыб и других животных
- Магниторецепция у бактерий и птиц
- Пассивное движение клеток в искусственных полях (электрофорез, диэлектрофорез, электродвижение)
- Электрический прорыв мембран с помощью коротких электрических импульсов (перфорация клеток, слияние клеток).
Сосредоточься на слабых электромагнитных полях:
Сегодня основное внимание уделяется воздействию слабых электромагнитных полей - полей с энергией, близкой к тепловому шуму (кТ). Такие поля часто используются в терапии, и в то же время ведутся противоречивые дебаты об электросмоге.
Как электромагнитные поля влияют на клетки?
Центральный вопрос: как электромагнитные поля могут влиять на клеточные процессы? Многочисленные эксперименты доказывают, что такие эффекты существуют, часто возникают при определенных частотах и интенсивностях и часто связаны с транспортом Ca²⁺. Импульсные или модулированные электромагнитные поля (PEMF) оказываются особенно эффективными при модуляции на низких частотах (16-60 Гц).
Роль клеточной мембраны:
Клеточная мембрана играет важнейшую роль во взаимодействии с электромагнитными полями. Она действует как диффузионный барьер для ионов и как матрица для функциональных белков. С электрической точки зрения она ведет себя как конденсатор. Внешние поля накладываются на сильное мембранное поле, которое существует in vivo. Важно отметить, что электрические поля могут существовать в электрохимических системах без протекания ионного тока.
Возможные биофизические механизмы:
существуют различные гипотезы о первичных механизмах действия электромагнитных полей на клеточные структуры:
- Влияние на фазовые переходы мембранных липидных доменов
- Прямое влияние на функции мембранных белков (транспортные процессы, ферментативная деятельность).
- Влияние на латеральную организацию мембраны и индукцию латеральных ионных токов.
- Влияние на поверхностные заряды и электрические двойные слои
эти гипотезы основаны на таких явлениях, как кооперативность, резонансные эффекты и инициирование переходов между мультистационарными состояниями.
Оптимизация частотных диапазонов:
частоты, используемые для медицинских процедур, часто являются техническими и не всегда оптимальны для биофизического взаимодействия. Модели предсказывают резонансные частоты для транспортных белков в диапазоне от 10³ до 10⁶ Гц. Поэтому для терапевтического применения рекомендуется сдвиг в сторону частотных диапазонов ULF, VLF, LF и MF.
Вторичные биологические эффекты:
биологические эффекты электромагнитных полей обусловлены процессами усиления. Например, поле может воздействовать на транспортный белок, что приводит к изменению потока ионов и, как следствие, к изменению концентрации ионов в клетке. Затем кальций как вторичный мессенджер может запустить биохимические каскады.
Выводы:
Существуют убедительные доказательства влияния электромагнитных полей на биологические системы, даже при энергиях в диапазоне теплового шума. Однако точные биофизические механизмы еще не до конца понятны. Необходимы дальнейшие исследования для определения оптимальных частот и методов применения в терапевтических целях.