Биотропные параметры магнитных полей. Влияние естественных электромагнитных полей на живые организмы и механизмы воздействия

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

На тему:

ВлБиотропные параметры магнитных полей. Влияние естественных электромагнитных полей на живые организмы и механизмы воздействияВ»

МИНСК, 2008

Под термином Влбиотропные параметрыВ» понимаются физические характеристики МП, определяющие первичные, биологически значимые физико-химические и информационные механизмы действия поля, обуВнсловливающие формирование соответствующих реакций как отдельных органов, так и на уровне целостного организма (М. А. Шишло). К ним относятся: вид поля, индукция, энергия, градиент, вектор и частота поля, форма во времени и пространстве, экспозиция и локализация воздействия. От каждого из параметров, а также от их сочетания существенно зависит эффективность лечения того или иного заболевания.

Индукция (В) тАФ основной параметр магнитного поля, представляет собой плотность магнитного потока (магнитный поток, приходящийся на единицу площади сечения). Индукция тАФ величина векторная, опреВнделяется модулем и направлением. Единицей измерения индукции явВнляется тесла: 1 Тл = 1 В-с/м2.

Биологически активным является любое МП, величина которого отличается как в сторону увеличения, так и уменьшения от геомагнитВнного поля, составляющего десятки мкТл. Пороговые напряженности для различных видов МП колеблются от 3 мТл для ПМП до 0,01 мТл для ИБМП. Отмечена необходимость снижения интенсивности МП при возВндействии на уровне целостного организма. Предельно допустимый уровень величины индукции МП на производстве составляет 1..2 Тл. В серийно выпускаемой аппаратуре, предназначенной для магнитостиму-ляции, величина индукции МП находится в пределах от 1500 до 4000 мТл; для воздействия на биологические активные точки тАФ 100 мТл; для воздействия на локальные участки частей тела человека тАФ от 15 до 50 мТл; для воздействия на части тела и всего человека тАФ от 0 до 5 мТл. Налицо явная тенденция снижения интенсивности МП с увеличением площади воздействия.

В зависимости от значений индукции магнитные поля, применяемые в магнитотерапии, условно подразделяют на сверхслабые тАФ < 0,5 мТл, слабые тАФ 0,5..50 мТл, средние тАФ 50..500 мТл, сильные тАФ > 500 мТл.

Наибольшее распространение в лечебной практике получили слабые МП. Если магнитная индукция не изменяется в пространстве, поле является однородным. В однородном поле все векторы магнитной инВндукции имеют одно и то же значение и одно направление. При этом градиент магнитной индукции равен нулю. Достаточно однородными считаются поля в центральной части длинного соленоида и в центре системы катушек Гельмгольца. Такого рода поля широко используются при физиологических исследованиях, а в практике магнитотерапии их применение ограничено.

Градиент магнитной индукции есть вектор, имеющий значение 3B/3N и направленный по нормали N к поверхности равной индукции в стоВнрону наибольшего возрастания магнитной индукции:

(1)

Практически gradB определяется как изменение магнитной индукВнции, приходящееся на единицу длины по каждой из координат. Как физическая величина этот показатель характеризует динамику поля и свидетельствует о его неоднородности. Единица измерения градиента магнитной индукции тАФ тесла на метр (Тл/м).

Ряд авторов считают, что механизм дейВнствия слабых МП однозначно определяется пространственно-временныВнми градиентами поля [34], другие связывают усиление магнитобиологических эффектов с увеличением пространственно-временной неоднородности МП и при их интерпретации советуют учитывать перепад напряженности МП по площади заинтересованных структур.

Вектор магнитного поля указывает направление магнитных силовых линий. При изменении направления вектора меняется характер магнитобиологического эффекта, что, по-видимому, адекватно различному действию северного и южного полюсов постоянного магнита. Ряд исВнследователей отмечают большую активность поперечного магнитного поля, т.е. в тех случаях, когда вектор магнитного поля перпендикулярен поверхности тела человека, в отличие от продольного поля, при котором вектор магнитной индукции параллелен поверхности тела человека. СобВнственный опыт авторов показывает, что довольно часто большей активВнностью обладает продольное поле. И это не является противоречием, поскольку реальные искусственные МП, в особенности, создаваемые лоВнкально-сосредоточенными источниками небольших габаритов, имеют смешанный характер вектора магнитной индукции, обладающего как продольной, так и поперечной составляющими. Помимо этого ряд учеВнных в своих магнитобиологических исследованиях отмечают большую активность МП с вертикальным направлением вектора, объясняя его взаимодействием с геомагнитным полем.

Частота магнитного поля является весьма важным биотропным параметром. В ходе длительной лечебной практики найдены Влчастотные окнаВ», в которых магнитобиологический эффект выражен заметно более ярко. Например, в работе показано, что воздействия магнитных полей с частотой альфа-ритма электроэнцефалограммы человека (8..14 Гц) оказывают существенно более сильное влияние, чем другие частоты с той же интенсивностью. Поэтому в ряде выпускаемых магнитотерапевтических аппаратов предусмотрен режим питания с частотой 12,5 Гц. Наиболее часто в практике используются синусоидальное и пульсирующее магнитные поля с частотой промышленной сети 50 Гц. В настоящее время выпускаются приборы, имеющие набор фиксироВнванных частот или плавно перестраиваемые по частоте. Дальнейшим развитием техники магнйтотерапии в этом смысле является создание аппаратуры, которая могла бы вырабатывать магнитные поля, синхроВннизируемые основными биоритмами человека. Например, в магнитоте-рапевтическом комплексе ВлАврора МК-01В» (СССР), имеющем набор фиксированных частот 0,1;..100 Гц, предусмотрена возможность синВнхронизации с ритмом пульса.

Форма магнитного поля во времени и пространстве. При использоВнвании в качестве источника магнитного излучения одного элементарного индуктора форма поля в пространстве определяется конструкцией самоВнго индуктора, а во времени тАФ формой питающего тока. В этом смысле, как уже отмечалось, предпочтительнее, чтобы индуктор вырабатывал неоднородное поле, а ток питания был импульсным. При этом усиливается общая динамика изменения магнитного потока, что и несет в себе, по-видимому, основной терапевтический эффект. Этот вывод подВнтверждается также в работе. В случае использования систем общего воздействия на человека открывается возможность формирования магнитного поля требуемой конфигурации как в пространстве, так и во времени.

Экспозиция тАФ биотропный параметр, связанный с временем одного сеанса воздействия магнитным полем и с числом сеансов. Интегрально он несет информацию о времени взаимодействия (t3KC) живого организма с искусственным магнитным полем. В соответствии с традициями класВнсической физиотерапии время сеанса устанавливается в пределах 10..30 мин ежедневно в количестве от 10 до 25 процедур. По данным многих исследователей, в том числе и авторов, физиотерапевтический эффект при воздействии магнитным полем развивается после 5..7 проВнцедур, который закрепляется последующими процедурами. В целом эксВнпозиция устанавливается лечащим врачом соответственно индивидуальВнным особенностям пациента, тяжести заболевания и т.п.

Локализация воздействия магнитным полем определяется, чаще всего, непосредственной областью поражения тАФ местом расположения патоВнлогического очага, а также проекцией пораженного органа на поверхВнность кожи. В первую очередь это относится к устройствам локального (местного) воздействия, которое создается, как правило, одним индукВнтором. Наряду с этим, терапевтический эффект может быть получен при действии МП на рефлексогенные зоны или биологически активные точки, подчас отстоящие на значительном удалении от очага патологии. Вместе с тем, поскольку организм человека состоит из тесно взаВнимодействующих функциональных систем, деятельность которых регуВнлируется центральной нервной системой, то можно получить ответ цеВнлостного организма, например, формирование адаптационных реакций активации, не только воздействием на тело пациента, но даже быстрее и эффективнее действуя переменным МП на голову (Е. В. Квакина). При действии низкочастотного переменного МП количество поглощаеВнмой энергии мало, поэтому существенно возрастает роль объема, взаиВнмодействующего с физическим фактором. М. А. Шишло считает, что Вл..соленоиды и магнитные установки с большими полезными объемами являются более эффективными лечебными средствамиВ».

В магнитотерапевтических аппаратах, имеющих наборы индукторов, предусмотрены режимы, при которых осуществляется воздействие, распределенное в заданной области пространства. В некоторых системах, позволяющих осуществлять общее воздействие на весь организм челоВнвека, представляется возможным на фоне пространственно равномерной структуры поля формировать локально усиленные (ослабВнленные) поля, а также неоднородности заданной формы. ЗаВнметим, что поля, характеристики которых не изменяются в пространстве, называют статическими, а поля, изменяющиеся и перемещающиеся в пространстве, называют динамическими. Большинство выпускаемых магнитотерапевтических аппаратов формируют, как правило, статичесВнкие поля. Комплекс ВлАврора МК-01В» имеет программно-аппаратные средства для создания как статических, так и динамических полей. ВозВнможное множество разновидностей пространственно-организованных искусственных МП представлено на рис. 1.

Рисунок 1 тАУ Разновидности искусственных магнитных полей (в пространственной области)

Энергия магнитного поля (W) может служить обобщенным показаВнтелем, характеризующим воздействие МП на живой организм. Энергия магнитного поля вычисляется через его параметры:

(2)

где В тАФ индукция магнитного поля, V тАФ объем, занимаемый биообъВнектом; тАФ относительная магнитная проницаемость; ₀тАФ магнитная постоянная.

Учитывая общее время экспозиции можно определить работу А магнитного поля:

(3)

Последнее соотношение связывает основные характеристики поля (индукция, частота) и время его взаимодействия с живым организВнмом.

Затрачивается работа магнитного поля, в основном, на перемещение заряженных частиц биообъекта.

Влияние естественных электромагнитных полей на живые организмы

Систематическое воздействие различных факторов внешней среды на живые организмы способствовало созданию у них тонких механизмов адаптации, позволяющих приспосабливаться к изменяющимся условиям. Наиболее эффективно процесс формироваВнния этих механизмов запускается возмущающими влияниями, в том числе и имеющими электромагнитную природу, например, распределенВнными по всему электромагнитному спектру, включая инфранизкие часВнтоты, геомагнитные и геоэлектрические поля. Поскольку независимо от природы фактора, способствовавшего их возникновению, адаптационные механизмы играют важную роль в жизнедеятельности и неспецифической резистентноетДв организма, то возможность осознанВнного управления процессами их формирования постоянно привлекает внимание исследователей. Именно с этих позиций естественные и исВнкусственные магнитные и электромагнитные поля представляют собой область повышенного интереса.

Формирование вышеперечисленных эффектов, вероятно, объясняВнется тем, что ЭМП, обладая высокой избирательной проникающей споВнсобностью, вызывают изменения не только в нейроглиальных клетках мозга, но при более длительных или интенсивных воздействиях способВнны повлиять на структуру нейронов и кровеносных сосудов.

В заключение этого раздела, посвященного анализу эффектов дейВнствия ЭМП на живые организмы на различных уровнях организации: клеточном, органном, системном и в целом на функциональное состоВняние организма, можно отметить, что геомагнитные и электромагнитные поля способны оказывать влияние на жизнедеятельность организма. При этом установлено, что действие МП неоднозначно, и могут иметь место как отрицательные последствия, так и положительные результаты. Вышесказанное предопределяет два основных направления дальнейших исследований:

тАФ необходимость тщательной проработки проблемы с позиций экоВнлогии;

тАФ дальнейшее изучение возможностей использования ЭМП в пракВнтической медицине.

Прогрессивное развитие этих направлений невозможно без дальнейВншего продолжения фундаментальных исследований, направленных на изучение механизмов влияния ЭМП на живые системы.

Механизмы действия магнитных полей на живой организм

В экспериментальной биологии и медицинской практике накоплен громадный эмпирический опыт об эффектах ЭМП, требующий систеВнматизации и теоретического осмысления для расшифровки механизмов их действия на живые объекты. Обилие гипотез по этой проблеме свиВндетельствует скорее о ее нерешенности, чем о достаточном уровне поВннимания механизмов взаимодействия живого с естественными и искусВнственными магнитными полями.

В попытках добиться решения этой проблемы следует исходить из того, что организм представляет собой многоуровневую иерархическую организацию. Особенности структуры каждого из этих уровней предопВнределяют характерную избирательность взаимодействия по различным параметрам МП. В связи с этим для осмысления механизмов действия МП на живые системы предлагается выделить следующие уровни, на которых это взаимодействие прослеживается достаточно явно.

1. Ядерно-молекулярный уровень, включающий подуровни:

тАФ электронно-ядерный;

тАФ ионно-молекулярный.

2. Цитохимический уровень, в котором следует выделить:

тАФ субклеточные структуры;

тАФ структурные образования, обеспечивающие ионное равновесие в клетках и тканевой жидкости;

тАФ клеточные мембраны;

тАФ биополимеры, определяющие вязкость и способность изменять агВнрегатное состояние жидких сред организма.

3. Тканевый уровень, на котором воздействие МП будет предопредеВнляться:

тАФ особенностями морфологии данной ткани;

тАФ функциональной предназначенностью тканей;

тАФ преобладающим характером метаболизма.

4. Органный уровень (воздействие на отдельные органы).

5. Системный уровень, включающий:

тАФ центральную, периферическую и вегетативную нервные системы;

тАФ сенсорные системы;

тАФ сердечно-сосудистую систему;

тАФ эндокринную систему;

тАФ дыхательную, пищеварительную и выделительную системы;

тАФ систему крови;

тАФ опорно-двигательный аппарат и др.

6. Межсистемный уровень, описывающий взаимодействие между отВндельными системами организма.

7. Общесистемный уровень, формирующийся при интегрировании взаВнимодействий между всеми системами.

8. Межличностный уровень, включающий:

тАФ воздействие одного организма на другой через собственное излучеВнние ЭМП;

тАФ взаимодействие живых организмов во внешнем ЭМП.

Электронно-ядерный уровень. Изучение организма на квантовомуровне показывает, что химические реакции, протекающие в условиях in vivo, имеют много общего с ВлпробирочнымиВ» реакциями, а механизмы действия МП на живой организм основаны на адекватном изменении энергии химических связей в биологических процессах. Результатом хиВнмических реакций, как правило, является превращение молекул одних веществ в другие за счет перестройки электронных оболочек ядер. Физические влияния МП связаны с вероятностью протекания элементарных химических актов, когда в результате химических превращений вследствие распаривания электронов, появляются свободные радикалы. Радикальные пары могут существовать в состоянии с общим спином 8=0 (синглетное состояние) и в состоянии с общим спином 5=1 (три-плетное состояние). Переход между различными спиновыми состоянияВнми пары возможен в случае воздействия внешним магнитным полем, тем самым изменяется вероятность течения химических реакций и, как следствие, имеет место проявление тех или иных магнитобиологических эффектов. Так, в работе рассматривается влияние постоянного МП на перенос нервного импульса по седалищному нерву человека с точки зрения гипотезы, в основе которой лежит влияние постоянного МП на спиновые эффекты кинетики ионных каналов.

И, тем не менее, несмотря на обилие литературы, описывающей влияние МП на биохимические процессы, в частности, на активность ферментов, концентрацию продуктов химических реакций, данные изВнменения могут оказаться следствием совершенно иного, неизвестного механизма воздействия МП.

ЛИТЕРАТУРА

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А.М. Беркутова, В.И.Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. тАУ М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000г. тАУ 376с.

2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с.

3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.

Вместе с этим смотрят:

GPS-навигация

GPS-прийомник авиационный

IP-телефония и видеосвязь

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

Unix-подобные системы