Interaktionen mellan svaga elektromagnetiska fält och celler: Ett biofysikaliskt mysterium
Bioelektricitet, biomagnetism och bioelektromagnetism har varit omgärdade av mystik och charlatanism sedan de upptäcktes.
Den här artikeln, som bygger på Roland Glasers artikel "Current concepts of the interaction of weak electromagnetic fields with cells", belyser de vetenskapliga rönen bakom interaktionen mellan svaga elektromagnetiska fält och celler och avlivar några myter.
En historisk överblick:
Magnetismens och elektricitetens inverkan på människokroppen har redan tidigt varit föremål för vetenskapliga undersökningar. Medan Franz Anton Mesmers "magnetiska kur" på 1700-talet fortfarande var starkt präglad av mysticism, lade Luigi Galvanis forskning om "djurelektricitet" grunden till den moderna elektrofysiologin. Trots enorma framsteg inom fysik, elektrokemi och elektrofysiologi förblev området bioelektromagnetism under lång tid utsatt för charlataneri.
Vetenskapligt grundade fenomen:
Idag är vissa fenomen inom bioelektromagnetism vetenskapligt erkända:
- Elektrisk retbarhet hos celler (elektrofysiologi)
- Elektroreception hos fiskar och andra djur
- Magnetoreception hos bakterier och fåglar
- Passiv förflyttning av celler i artificiella fält (elektrofores, dielektrofores, elektrorotation)
- Elektriskt genombrott av membran genom korta elektriska impulser (cellperforering, cellfusion)
Fokus på svaga elektromagnetiska fält:
Idag ligger fokus på effekterna av svaga elektromagnetiska fält - fält med energier nära termiskt brus (kT). Dessa fält används ofta i terapi, samtidigt som det finns en kontroversiell debatt om elektrosmog.
Hur påverkar elektromagnetiska fält celler?
Den centrala frågan är: Hur kan elektromagnetiska fält påverka cellulära processer? Många experiment visar att sådana effekter existerar, att de ofta uppstår vid specifika frekvenser och intensiteter och att de ofta är förknippade med Ca²⁺-transport. Pulsade eller modulerade elektromagnetiska fält (PEMF) verkar vara särskilt effektiva när de moduleras vid låga frekvenser (16-60 Hz).
Cellmembranets roll:
Cellmembranet spelar en avgörande roll i interaktionen med elektromagnetiska fält. Det fungerar som en diffusionsbarriär för joner och som en matris för funktionella proteiner. Ur elektrisk synvinkel beter det sig som en kondensator. Externa fält överlagras på det starka membranfält som finns in vivo. Det är viktigt att notera att elektriska fält kan existera i elektrokemiska system utan att en jonström flyter.
Möjliga biofysikaliska mekanismer:
det finns olika hypoteser om de primära verkningsmekanismerna för elektromagnetiska fält på cellstrukturer:
- Inverkan på fasövergångar i membranets lipiddomäner
- Direkt påverkan på membranproteinernas funktion (transportprocesser, enzymatiska aktiviteter)
- Påverkan på den laterala organisationen av membranet och induktion av laterala jonströmmar
- Påverkan på ytladdningar och elektriska dubbelskikt
dessa hypoteser baseras på fenomen som kooperativitet, resonanseffekter och utlösande av övergångar mellan multi-stationära tillstånd.
Optimering av frekvensbanden:
de frekvenser som används för medicinska behandlingar är ofta tekniska och inte nödvändigtvis optimala för biofysikalisk interaktion. Modeller förutspår resonansfrekvenser för transportproteiner på mellan 10³ och 10⁶ Hz. För terapeutiska tillämpningar rekommenderas därför en förskjutning till frekvensbanden ULF, VLF, LF och MF.
Sekundära biologiska effekter:
biologiska effekter av elektromagnetiska fält orsakas av förstärkningsprocesser. Fältet kan t.ex. påverka ett transportprotein, vilket leder till en förändring av jonflödet och därmed till förändringar av jonkoncentrationerna i cellerna. Kalcium som en sekundär budbärare kan sedan utlösa biokemiska kaskader.
Slutsats:
Det finns övertygande bevis för att elektromagnetiska fält påverkar biologiska system, även vid energier som ligger i närheten av termiskt brus. De exakta biofysikaliska mekanismerna är dock ännu inte helt klarlagda. Ytterligare forskning krävs för att fastställa optimala frekvenser och tillämpningsmetoder för terapeutiska ändamål.