Биоэлектродинамика - Bioelectrodynamics

Биоэлектродинамика это филиал медицинская физика и биоэлектромагнетизм который имеет дело с быстро меняющимися электрический и магнитный поля в биологических системах, т.е.высокочастотные эндогенный электромагнитные явления в живых клетках. В отличие от событий, изученных электрофизиология, генерирующий механизм биоэлектродинамического явления не связан с токами ионов и его частота обычно намного выше. Примеры включают колебания электрически полярных внутриклеточных структур и нетепловую эмиссию фотоны в результате метаболический Мероприятия.

Теории и гипотезы

Было опубликовано множество теоретических работ по теориям и гипотезам, описывающим генерацию электромагнитное поле живыми клетками в очень широком диапазоне частот.[1][2][3] Самой влиятельной когда-то, вероятно, была гипотеза Фрёлиха о согласованность в биологических системах, введенных Герберт Фрёлих в конце 1960-х гг.[4] Несмотря на то, что экспериментальных доказательств гипотезы Фрёлиха еще не существует, численные оценки указывают на биологическую осуществимость, по крайней мере, слабой конденсации Фрёлиха.[5]

Недавние теоретические рассуждения предсказывают генерацию радиочастота электромагнитное поле в клетках в результате колебаний электрически полярных внутриклеточных структур, e. грамм., микротрубочки.[6] Излучение в оптической части электромагнитный спектр обычно приписывается активные формы кислорода (ROS).

Экспериментальные доказательства

Биоэлектродинамические эффекты были экспериментально подтверждены в оптическом диапазоне электромагнитного спектра. Спонтанное излучение фотонов живыми клетками с интенсивностью, значительно превышающей интенсивность излучения теплового излучения, неоднократно сообщалось несколькими авторами на протяжении десятилетий.[7] Эти наблюдения демонстрируют экспериментальную простоту и хорошую воспроизводимость. Хотя нетепловое излучение фотонов из живых клеток является общепринятым явлением, о его происхождении и свойствах известно гораздо меньше. С одной стороны, это иногда приписывают хемилюминесцентный метаболические реакции (в том числе, например, активные формы кислорода (ROS) [8] ), с другой стороны, некоторые авторы относят это явление к далекой от равновесия термодинамике.[нужна цитата ]

Косвенные доказательства существуют на акустических и радиочастотах; однако прямое измерение величин поля отсутствует. Поль и другие наблюдали силовое воздействие на диэлектрические частицы, которые притягивались к ячейкам и отталкивались от ячеек, соответственно, в зависимости от диэлектрической проницаемости частиц.[9] Поль приписал такое поведение диэлектрофорез вызвано электромагнитным полем клеток. Он оценил частоту этого поля примерно в сотни МГц. Другим косвенным свидетельством является тот факт, что механические колебания в клетках были экспериментально подтверждены в очень широком диапазоне частот.[10] Поскольку многие структуры в клетках электрически полярны, они будут генерировать электромагнитное поле, если будут вибрировать.[11]

Полемика

Как вопрос, открытый на протяжении десятилетий, биоэлектродинамика не всегда была частью научного мейнстрима, и поэтому иногда к ней относились с низкими научными стандартами. Это особенно верно для:

  1. - переоценка значимости полученных экспериментальных данных (Кучера[12] утверждает, что утверждения нескольких авторов о прямом измерении сотовой электромагнитной активности в радиочастотном диапазоне следует принимать со скептицизмом, поскольку технические характеристики экспериментальных установок даже не соответствуют критериям, вытекающим из оптимистичных теоретических биофизических предсказаний. Во-первых, пространственное разрешение используемых датчиков было слишком низким по сравнению с ожидаемой пространственной сложностью электромагнитного поля в ячейках. Во-вторых, чувствительность экспериментальных установок была недостаточно высока по сравнению с мощностью, доступной в живой клетке.),
  2. - неверное толкование экспериментальных данных (Фриц-Альберт Попп утверждение о согласованность фотоэмиссии из ячеек[13] основан на статистическом распределении количества фотонов; однако это не доказательство согласованности. Когерентное излучение (см. когерентные состояния ) имеет распределение Пуассона, но распределение Пуассона связано не только с когерентными процессами.) и
  3. - разработка неподтвержденных гипотез.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Приэль, Авнер; Тушинский, Джек А .; Кантиелло, Орасио Ф. (2005). «Электродинамическая передача сигналов дендритным цитоскелетом: на пути к модели обработки внутриклеточной информации». Электромагнитная биология и медицина. Informa UK Limited. 24 (3): 221–231. Дои:10.1080/15368370500379590. ISSN  1536-8378.
  2. ^ Цифра, М. (2012). «Электродинамические собственные моды в морфологии клетки». Биосистемы. Elsevier BV. 109 (3): 356–366. Дои:10.1016 / j.biosystems.2012.06.003. ISSN  0303-2647.
  3. ^ Чжоу, Шу-Анг; Уэсака, Мицуру (2006). «Биоэлектродинамика в живых организмах». Международный журнал инженерных наук. Elsevier BV. 44 (1–2): 67–92. Дои:10.1016 / j.ijengsci.2005.11.001. ISSN  0020-7225.
  4. ^ Дж. Дж. Хайленд и Питер Роулендс (редакторы) Герберт Фрелих FRS: физик, опережающий свое время. (Ливерпульский университет, 2006 г., 2-е издание, 2008 г.) ISBN  978-0-906370-57-5
  5. ^ Reimers, J. R .; McKemmish, L.K .; McKenzie, R.H .; Mark, A.E .; Хаш, Н. С. (26 февраля 2009 г.). «Слабые, сильные и когерентные режимы конденсации Фрелиха и их приложения в терагерцовой медицине и квантовом сознании». Труды Национальной академии наук. Труды Национальной академии наук. 106 (11): 4219–4224. Дои:10.1073 / pnas.0806273106. ISSN  0027-8424. ЧВК  2657444. PMID  19251667.
  6. ^ Покорный, Иржи; Гашек, Иржи; Елинек, Франтишек (2005). «Электромагнитное поле микротрубочек: влияние на перенос массовых частиц и электронов». Журнал биологической физики. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 31 (3–4): 501–514. Дои:10.1007 / s10867-005-1286-1. ISSN  0092-0606. ЧВК  3456341. PMID  23345914.
  7. ^ Сифра, Михал; Поля, Джереми З .; Фархади, Ашкан (2011). «Электромагнитные клеточные взаимодействия». Прогресс в биофизике и молекулярной биологии. Elsevier BV. 105 (3): 223–246. Дои:10.1016 / j.pbiomolbio.2010.07.003. ISSN  0079-6107. PMID  20674588.
  8. ^ Прасад, Анкуш; Поспишил, Павел (20 октября 2011 г.). «Двумерное изображение спонтанного излучения сверхслабых фотонов из кожи человека: роль активных форм кислорода». Журнал биофотоники. Вайли. 4 (11–12): 840–849. Дои:10.1002 / jbio.201100073. ISSN  1864-063X.
  9. ^ Pohl, Herbert A .; Крейн, Джо С. (1971). «Диэлектрофорез клеток». Биофизический журнал. Elsevier BV. 11 (9): 711–727. Дои:10.1016 / с0006-3495 (71) 86249-5. ISSN  0006-3495.
  10. ^ Крузе, Карстен; Юлихер, Франк (2005). «Колебания в клеточной биологии». Текущее мнение в области клеточной биологии. Elsevier BV. 17 (1): 20–26. Дои:10.1016 / j.ceb.2004.12.007. ISSN  0955-0674.
  11. ^ Кучера, Ондржей; Гавелка, Даниэль (2012). «Механо-электрические колебания микротрубочек - связь с субклеточной морфологией». Биосистемы. Elsevier BV. 109 (3): 346–355. Дои:10.1016 / j.biosystems.2012.04.009. ISSN  0303-2647.
  12. ^ Кучера, Ондржей; Сифра, Михал; Покорный, Иржи (20 марта 2010 г.). «Технические аспекты измерения электромагнитной активности сотовой связи». Европейский биофизический журнал. ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 39 (10): 1465–1470. Дои:10.1007 / s00249-010-0597-8. ISSN  0175-7571.
  13. ^ Попп FA (1999) О когерентности биофотонов 1999 Труды международной конференции по макроскопической квантовой когерентности., Бостонский университет.

внешняя ссылка

Группы