Магнітні властивості тканин організму, фізичні основи магнітобіології

Розділ біофізики, який вивчає вплив магнітного поля на живі організми, називається магнітобіологією.

На сьогодні є чимало екпериментальних фактів, які свідчать про вплив магнітних полів (сильних чи слабких) на біологічні об’єкти. Це стосується, наприклад, здатності багатьох тварин і рослин орієнтуватись у магнітних полях, впливу магнітних полів на властивості крові, інтенсивності водного обміну, активності багатьох ферментів, швидкості проростання і схожості насіння, впливу різких змін напруженості магнітного поля Землі (магнітні бурі) на самопочуття людей і поведінку тварин тощо. За допомогою магніт­них полів вдається впливати на хід деяких біологічних процесів і хімічних реакцій.

У природних умовах всі процеси протікають в магніт­ному полі Землі, яке поблизу поверхні має на широті Києва горизонтальну В_гор » 2×10^–5 Тл і вертикальну В_верт » 5×10^–5 Тл складові. Тому в біологічних системах відбуваються зміни не лише за наявності додаткових магнітних полів, а і при зміні магнітного поля Землі. Вважають, що універсальність дії магнітного поля на все живе обумовлена його впливом на властивості води.

Магнітні властивості біологічних тканин характе­ри­зують­ся досить низькою величиною магнітної проникності (m » 1), оскільки основні хімічні компоненти біосередовищ (білки, вуглеводи, ліпіди, вода) належать до діамагне­тиків. В невеликій кількості в живих організмах містяться парамагнітні частинки (вільні радикали, ферменти, іони). У надниркових залозах людини виявлені ферити – складні окис­ли, що містять залізо і яким притаманні феромагнітні та напів­провідникові або діелектричні властивості; їх функції поки що повністю не встановлені. Подібні феромагнітні включення є у бджіл, метеликів, дельфінів. Вони забезпечують просторову орієнтацію цих тварин.

Магнітні властивості речовини характеризуються не лише магнітною проникністю m, а й індуктивністю L, величина якої залежить від геометричної форми і розмірів тіла. Навіть діамагнетики можуть мати значну індуктивність, якщо вони мають форму котушки і по них тече електричний струм. Тоді

L = mm₀n²V, (4.65)

де n – кількість витків, що припадають на одиницю довжини (n = N/l), V – об’єм котушки.

Коулом і Бейкером (1941 р.) була визначена індуктив­ність плаз­ма­тичної мембрани гігантського аксона кальмара. Виявилось, що 1 см² такої мембрани завтовшки l ~ 10 нм має досить високу ін­дук­тив­ність L » 0.1 Гн.

Біоструми, що виникають в організмі, є джерелом слабких магнітних полів, які інколи можна зареєструвати. Так, наприклад, існує діагностичний метод магнітокардіографія – реєстрація зміни магнітного поля серця протягом кардіо­циклу. Перевагою при застосуванні такої методики є відсут­ність електричних контактів, що створює предумови для дистанційного діагностування.

В основі дії магнітного поля на біологічні об’єкти лежать первинні фізичні процеси, до яких, насамперед, слід віднести: а) зміну концентрації молекул в неоднорідному полі; б) дію сили Лоренца на іони, які рухаються разом з біологічною рідиною; в) ефект Холла, який виникає в маг­ніт­ному полі під час поширення електричного імпульсу; г) різні кінетичні процеси (наприклад, поперечний та поздовжній ефекти Еттінсгаузена, пов’язані з виникненням градієнта температури при наявності електричного струму та магнітного поля).

Важливо зауважити, що магнітобіологія перебуває в стані свого становлення і фізична природа дії магнітного поля на біологічні об’єкти не є ще до кінця вивченою.