Биологические объекты в магнитостатическом поле

Биологические объекты в электростатическом поле.

В тканях живых организмов, находящихся в электростатическом поле, индуцируются электрические заряды на поверхностях раздела сред с различными электрическими параметрами, а также происходит поляризация связанных зарядов. При этом допущении можно оценить распределение заряда. Индуцированного на поверхности тела, исходя из формул, выведенных для проводящих тел простых геометрических форм, находящихся в электрическом поле. Например, тело человека можно рассматривать как гомогенный проводящий эллипсоид.

Хилл теоретически рассмотрел возможный механизм взаимодействия электростатического поля с макромолекулами тканей. Электрическое поле вызывает поляризацию макромолекул в растворе, обусловленную как наличием постоянного дипольного момента у молекул, так и изменением расположения протонов в молекуле. Такое действие может влиять на относительную стабильность двух возможных конфигураций макромолекул. На основе этих соображений автор делает вывод, что под действием полей напряжённостью порядка 10000 в\см может произойти разделение цепей ДНК (переход от спаренного состояния к неспаренному), а это может послужить пусковым механизмом для разделения хромосом в клеточном ядре, предшествующего делению клетки. Другая возможность – влияние поля на состояние белковых цепей в мышечных волокнах (переход от длинной цепи к короткой), что может служить пусковым механизмом для мышечного сокращения.

Биологические объекты в магнитостатическом поле.

Постоянное магнитное поле в принципе может оказывать влияние на различные процессы в биологических объектах: на­считывают до 20 возможных видов такого рода взаимодействий. Сделано немало попыток теоретического рассмотрения основных физических механизмов биологических эффектов магнитного поля и оценки величин на­пряженности поля, при которых возможны такие эффекты. Эти теоретические исследования можно разделить на две основные группы в зависимости от того, какие эффекты магнитного поля (микроскопические или макроскопические) в них рассматрива­ются.

В первой группе исследований исходное предположение со­стоит в том, что механизмы биомагнитных эффектов обусловлены физическими явлениями, возникающими на молекулярном и даже на атомном уровне. Так, одни авторы видят основную причину биомагнитных эффектов в ориентации диамагнитных или пара­магнитных молекул под действием магнитного поля, другие пред­полагают, что это поле может вызывать искажения валентных углов в молекулах, третьи обращают внимание на ориентацию спинов молекул в магнитном поле и т. п.

Недавно было высказано предположение, что в молекулах воды, помещенной в магнитное поле, мо­гут происходить орто - пара-переходы. Необходимая для этого магнитная энергия (в расчете на молекулу) весьма невелика - например, в сотни раз меньше, чем для разрывов слабых водо­родных связей в молекуле. В результате орто - пара-переходов в водных растворах могут возникать области с параллельной ориентацией спинов, что приведет к выталкиванию из таких об­ластей растворенных веществ.

Макроскопические механизмы биомагнитных эффектов рас­сматривались на различных моделях. Рассчитано, что в магнитном поле с напряженностью 3*10⁵ э эритроциты должны вращаться со скоростью 68 град\мин, т. е. вдвое быстрее, чем за счет теплового движения, однако установ­ление равновесного состояния в таком эффекте будет весьма медленным. Более вероятен эффект возникнове­ния градиента электрического потенциала в кровеносных сосу­дах под действием магнитного поля (магнитоэлектрический эф­фект). Например, в аорте при скорости кровотока 100 см/сек под действием магнитного поля напряженностью 500 э будет индуцироваться электрическое поле с градиентом 0,14 мв\см, а при напряженности 5*Ю⁵ э - поле с градиентом 5 мв\см, что сравни­мо уже с чувствительностью нервных клеток, составляющей 10 мв\см.

С позиций магнитомеханических явлений рассматривались также пульсирующие давления, которые могут возникать в тканях ор­ганизмов при взаимодействии магнитного поля с биотоками, ча­стоты которых варьируют от 10 до 2*10³ имп/сек. По расчетам, при напряженности поля 10²-10³ э на участках, где про­текают биотоки, могут возникать пульсирующие пондеромоторные силы, оказывающие давления порядка 10^-6-10^-1 дин/см². Чувствительность человеческого уха (10^-4 дин/см² } находится как раз в этих пределах. Предполагается возможность резонансных эффектов такого рода, когда частота вынужденных механических колебаний в данном участке орга­низма (или органа) совпадает с собственной частотой его свобод­ных колебаний. В этом случае магнитомеханический эффект мо­жет быть существенным и при весьма малых напряженностях поля, например в геомагнитном поле.

Большинство авторов, исходя из теоретических сообра­жений и расчетов, основанных на микроскопических и макроско­пических концепциях, приходит к заключению, что биомагнит­ные эффекты возможны только при достаточно высоких напря­женностях поля - по крайней мере, в тясячи эрстед.