Bioelektromagnetyka - Bioelectromagnetics

Bioelektromagnetyka , znana również jako bioelektromagnetyzm , zajmuje się badaniem interakcji między polami elektromagnetycznymi a jednostkami biologicznymi. Obszary badań obejmują pola elektromagnetyczne wytwarzane przez żywe komórki , tkanki lub organizmy , skutki sztucznych źródeł pól elektromagnetycznych, takich jak telefony komórkowe , oraz zastosowanie promieniowania elektromagnetycznego w terapii różnych schorzeń.

Zjawiska biologiczne

Interakcje organizmów z polami elektromagnetycznymi z całego spektrum elektromagnetycznego są częścią badań bioelektromagnetycznych.

Bioelektromagnetyzm jest badany przede wszystkim za pomocą technik elektrofizjologii . Pod koniec XVIII wieku włoski lekarz i fizyk Luigi Galvani po raz pierwszy zarejestrował to zjawisko podczas sekcji żaby przy stole, na którym prowadził eksperymenty z elektrycznością statyczną . Galvani ukuł termin zwierzęca elektryczność, aby opisać to zjawisko, podczas gdy współcześni nazwali go galwanizmem . Galvani i współcześni uważali, że aktywacja mięśni jest wynikiem działania płynu elektrycznego lub substancji w nerwach . Krótkotrwałe zdarzenia elektryczne zwane potencjałami czynnościowymi występują w kilku typach komórek zwierzęcych, które nazywane są komórkami pobudliwymi, kategoria komórek obejmuje neurony, komórki mięśniowe i komórki endokrynologiczne, a także w niektórych komórkach roślinnych. Te potencjały czynnościowe są wykorzystywane do ułatwienia komunikacji międzykomórkowej i aktywacji procesów wewnątrzkomórkowych. Zjawiska fizjologiczne potencjałów czynnościowych są możliwe, ponieważ kanały jonowe bramkowane napięciem umożliwiają rozwiązanie potencjału spoczynkowego spowodowanego gradientem elektrochemicznym po obu stronach błony komórkowej.

Podejrzewa się, że kilka zwierząt ma zdolność wyczuwania pól elektromagnetycznych; na przykład kilka zwierząt wodnych ma struktury potencjalnie zdolne do wyczuwania zmian napięcia spowodowanych zmieniającym się polem magnetycznym, podczas gdy uważa się, że ptaki wędrowne wykorzystują magnetorecepcję w nawigacji.

Uważa się, że gołębie i inne ptaki wędrowne wykorzystują w nawigacji wyczucie pola magnetycznego Ziemi .

Bioefekty promieniowania elektromagnetycznego

Większość cząsteczek w ludzkim ciele słabo oddziałuje z polami elektromagnetycznymi o częstotliwości radiowej lub pasmach bardzo niskich częstotliwości . Jedną z takich interakcji jest pochłanianie energii z pól, które mogą powodować podgrzanie tkanki; bardziej intensywne pola spowodują większe ogrzewanie. Może to prowadzić do efektów biologicznych, od rozluźnienia mięśni (wytwarzanego przez urządzenie do diatermii ) po oparzenia. Wiele krajów i organów regulacyjnych, takich jak Międzynarodowa Komisja Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym, ustanowiło wytyczne dotyczące bezpieczeństwa w celu ograniczenia ekspozycji na pola elektromagnetyczne do poziomu nietermicznego. Można to zdefiniować jako ogrzewanie tylko do punktu, w którym nadmiar ciepła może zostać rozproszony, lub jako stały wzrost temperatury niewykrywalny za pomocą obecnych przyrządów, takich jak 0,1°C. Wykazano jednak, że skutki biologiczne są obecne w przypadku tych nietermicznych narażeń; Zaproponowano różne mechanizmy wyjaśniające te zjawiska i może istnieć kilka mechanizmów leżących u podstaw obserwowanych różnych zjawisk.

Odnotowano wiele efektów behawioralnych o różnym natężeniu w wyniku ekspozycji na pola magnetyczne, zwłaszcza pulsujące pola magnetyczne. Konkretny zastosowany impuls wydaje się być ważnym czynnikiem dla zaobserwowanego efektu behawioralnego; na przykład, impulsowe pole magnetyczne pierwotnie zaprojektowane do spektroskopowego rezonansu magnetycznego , określane jako stymulacja magnetyczna niskiego pola , tymczasowo poprawia nastrój zgłaszany przez pacjentów u pacjentów z chorobą afektywną dwubiegunową, podczas gdy inny impuls rezonansu magnetycznego nie przyniósł żadnego efektu. W innych badaniach stwierdzono, że ekspozycja całego ciała na pulsujące pole magnetyczne zmienia równowagę w pozycji stojącej i odczuwanie bólu.

Silnie zmieniające się pole magnetyczne może indukować prądy elektryczne w tkance przewodzącej, takiej jak mózg. Ponieważ pole magnetyczne penetruje tkankę, może być generowane na zewnątrz głowy, aby indukować prądy wewnątrz, powodując przezczaszkową stymulację magnetyczną (TMS). Prądy te depolaryzują neurony w wybranej części mózgu, prowadząc do zmian we wzorcach aktywności neuronalnej. W przypadku powtarzanej pulsacyjnej terapii TMS lub rTMS obecność niekompatybilnych elektrod EEG może spowodować ich nagrzewanie, a w ciężkich przypadkach oparzenia skóry. Wielu naukowców i klinicystów próbuje wykorzystać TMS do zastąpienia terapii elektrowstrząsowej (ECT) w leczeniu zaburzeń, takich jak ciężka depresja i halucynacje. Zamiast jednego silnego wstrząsu elektrycznego przez głowę, jak w EW, w terapii TMS dostarczana jest duża liczba stosunkowo słabych impulsów, zwykle z szybkością około 10 impulsów na sekundę. Jeśli do mózgu dostarczane są bardzo silne impulsy w szybkim tempie, indukowane prądy mogą powodować drgawki, podobnie jak w oryginalnej terapii elektrowstrząsowej . Czasami robi się to celowo w celu leczenia depresji, na przykład w EW.

Wpływ promieniowania elektromagnetycznego na zdrowie człowieka

Podczas gdy skutki zdrowotne pól elektrycznych i magnetycznych o bardzo niskiej częstotliwości (ELF) (0 do 300 Hz) generowanych przez linie energetyczne oraz częstotliwości radiowych/mikrofalowych (RF) (10 MHz - 300 GHz) emitowanych przez anteny radiowe i sieci bezprzewodowe były dobrze badany zakres pośredni (IR) (od 300 Hz do 10 MHz) był badany znacznie mniej. Bezpośredni wpływ elektromagnetyzmu o częstotliwości radiowej małej mocy na zdrowie człowieka jest trudny do udowodnienia, a udokumentowane, zagrażające życiu skutki pól elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej ograniczają się do źródeł dużej mocy mogących powodować znaczące efekty termiczne oraz urządzeń medycznych, takich jak rozruszniki serca i inne implanty elektroniczne. Jednak przeprowadzono wiele badań z polami elektromagnetycznymi w celu zbadania ich wpływu na metabolizm komórek, apoptozę i wzrost guza.

Promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie częstotliwości pośrednich znalazło miejsce we współczesnej praktyce medycznej w leczeniu gojenia kości oraz stymulacji i regeneracji nerwów. Jest również dopuszczony jako terapia przeciwnowotworowa w formie Tumor Treating Fields , wykorzystująca zmienne pola elektryczne w zakresie częstotliwości 100-300 kHz. Ponieważ niektóre z tych metod wykorzystują pola magnetyczne, które wywołują prądy elektryczne w tkankach biologicznych, a inne tylko pola elektryczne, są to ściśle rzecz biorąc elektroterapie, chociaż ich modyfikacje w zastosowaniu z nowoczesnym sprzętem elektronicznym umieściły je w kategorii oddziaływań bioelektromagnetycznych.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Organizacje

Książki

  • Beckera, Roberta O.; Andrew A. Marino, Elektromagnetyzm i życie , State University of New York Press, Albany, 1982. ISBN  0-87395-561-7 .
  • Beckera, Roberta O.; The Body Electric: Elektromagnetyzm i podstawa życia , William Morrow & Co, 1985. ISBN  0-688-00123-8 .
  • Beckera, Roberta O.; Prądy krzyżowe: obietnica elektromedycyny, niebezpieczeństwa związane z elektropollution , Tarcher, 1989. ISBN  0-87477-536-1 .
  • Binhi, VN, Magnetobiologia: U podstaw problemów fizycznych . San Diego: Academic Press, 2002. ISBN  0-12-100071-0 .
  • Brodeur Paul; Prądy śmierci , Simon & Schuster, 2000. ISBN  0-7432-1308-4 .
  • Stolarz, David O.; Sinerik Ayrapetyan, Biologiczne skutki pól elektrycznych i magnetycznych , tom 1: Źródła i mechanizmy, Academic Press, 1994. ISBN  0-12-160261-3 .
  • Stolarz, David O.; Sinerik Ayrapetyan, Biologiczne skutki pól elektrycznych i magnetycznych: korzystne i szkodliwe skutki (tom 2), Academic Press, 1994. ISBN  0-12-160261-3 .
  • Chiabrera A. (redaktor), Interactions Between Electromagnetic Fields and Cells , Springer, 1985. ISBN  0-306-42083-X .
  • Habash, Riadh WY; Pola elektromagnetyczne i promieniowanie: ludzkie efekty biologiczne i bezpieczeństwo , Marcel Dekker, 2001. ISBN  0-8247-0677-3 .
  • Horton William F.; Saul Goldberg, Pola magnetyczne o częstotliwości mocy i zdrowie publiczne , CRC Press, 1995. ISBN  0-8493-9420-1 .
  • Mae-Wan, Ho; i in., Bioelectrodynamics and Biocommunication , World Scientific, 1994. ISBN  981-02-1665-3 .
  • Malmivuo, Jaakko; Robert Plonsey, Bioelectromagnetism : Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields , Oxford University Press, 1995. ISBN  0-19-505823-2 .
  • O'Connor, Mary E. (redaktor) i in., Emerging Electromagnetic Medicine , Springer, 1990. ISBN  0-387-97224-2 .

Czasopisma

Linki zewnętrzne