Биология и магнетизм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биология и магнетизм

Тема этой статьи представляет интерес для всех людей вообще, а для живущих на территории Курской магнитной аномалии - тем более.

Первое связано с тем, что всё живое на нашей планете возникло и развивалось в условиях постоянного воздействия магнитного поля Земли. Кстати, магнитное поле Венеры на один-два порядка слабее земного. Зато в окрестностях ядер атомов напряженность магнитных полей в миллионы раз больше.

Второе - район КМА отличается аномально высоким геомагнитным полем; и Белгородская область в Том числе (см. рис.1 из [1]).

Кроме того, 20-ый век ввел в обиход множество искусственных электромагнитных излучений и полей. Это электрогенераторы и работающие электродвигатели, обычные и особенно высоковольтные ЛЭП, радио- и телепередатчики и приёмники, ретрансляторы, компьютеры, мобильные телефоны, плейеры и т.п.

Их так много и они так разнообразны, что в настоящее время практически каждый житель Земли находится в зоне их действия. В связи с нарастанием фоновой электромагнитной экспозиции населения, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает электромагнитное загрязнение нашей среды обитания одной из глобальных техногенных проблем современности.

Магнитобиология - относительно молодое научное направление, задача которого - установить закономерности ответных реакций биологических систем на воздействие магнитных полей и их роль в процессах жизнедеятельности. Однако, первые опыты по использованию магнита в медицине были предприняты ещё в древние времена.

Например, о лечебных свойствах магнитных минералов упоминают в своих трудах Аристотель и Плиний. Римский врач Гален (III-ий век) рекомендовал магнит как отличное... слабительное средство; Авиценна утверждал, что магнит способствует излечению селезенки; по мнению Альберта Великого (ХШ-ый век), магнитный браслет на левой руке делает сны человека спокойными и даже исцеляет безумных... В современных исследованиях изучают в основном влияние на биообъекты напряженности (Н) и энергии магнитных полей (W).

В частности, для слабых магнитных полей, создаваемых соленоидами, Н = 4р X п X I/10, где п = N/1 - п число витков проволоки на единицу длины соленоида, I - сила тока в амперах. Для однородности магнитного поля внутри соленоида его длина должна превышать диаметр не менее чем в 100 раз.

Для катушек в кольцах Гельмгольца Я = 0,899Nxl/R (эрстед). В устройствах такого типа Я составляет 30-50 Э.

Специальные катушки, а также электромагниты с железным сердечником и водяным охлаждением создают сильные магнитные поля с величиной Я до 3-10³Э.

Высоковольтные (в несколько тысяч вольт) генераторы позволяют получать импульсные магнитные поля с напряженностью 10⁵-10⁶ Э.

Энергию однородного и постоянного магнитного поля можно оценить по уравнению W = ц X Н² X Е/8л, где // - магнитная проницаемость среды, Н и V- напряженность и объем магнитного поля. Для электромагнитных (переменных) полей W = cxExHxSx т/4л, где с - скорость света в вакууме, S и т - площадь и время, Е и Н - мгновенные значения напряженности электрического и магнитного полей.

1. Магнитное поле Земли

Геомагнетизм нашей планеты обусловлен наличием в её ядре и твердых породах парамагнитных, в основном железосодержащих минералов (типа БегОз, РезС>4 и др.). Магнитное поле, создаваемое однородной, общей намагниченностью, называют дипольным. Величина его напряженности составляет на полюсах Земли 0,65 Э, у экватора -0,3 Э, то есть примерно в два раза меньше.

Следует отметить, что магнитные полюса Земли не совпадают с географическими, так как ось геомагнитного диполя не совпадает с условной осью вращения планеты. В частности, северный магнитный полюс находится в Гренландии с координатами 78° северной широты и 69° западной долготы, а южный - в Антарктиде (78° ю. ш. и 249° з. д.). Следовательно, склонение магнитной оси относительно оси вращения Земли составляет 12°, а стрелки компаса указывают географическое направление север-юг неточно.

Напряженность магнитного поля Земли уменьшается пропорционально третьей степени расстояния от её поверхности и простирается на несколько земных радиусов. Околоземное космическое пространство, находящееся в зоне действия магнитного поля (МП) Земли, названо магнитосферой.

На расстоянии примерно 10-ти земных радиусов в сторону Солнца, магнитное поле Земли становится хаотичным, а далее 14R простирается космическое поле, напряженность которого составляет примерно 10'⁶ Э.

Постоянное излучение Солнца приводит к устойчивой деформации (сжатию) геомагнитного поля Земли (рис.2), но не способно его разрушить. Так называемые солнечные «магнитные бури» вызывают фиксируемые возмущения магнитосферы, но не более того. Именно в этом заключается первостепенное для человечества значение МП нашей планеты: как заботливая и мудрая мать, Земля защитила магнитной броней свою флору и фауну от смертельной космической радиации ещё до их появления.

2. Магнитные аномалии

Различная намагниченность отдельных участков верхних слоёв земной коры создаёт поля, получившие названия аномальных. Они имеют как локальный, так и региональный характер; например, некоторые территории Урала, район КМА, Кривой Рог и другие, богатые месторождениями железных руд.

Если материковое магнитное поле Земли имеет среднюю напряженность порядка 0,45 Э, то в области магнитных аномалий значение Н превышает среднее в 2-3 раза. В частности, наиболее сильной аномалией на земном шаре считается КМА, где вертикальная составляющая напряженности магнитного поля достигает 1,5-1,91 эрстед...

Автор [1] приводит результаты сравнительного статистического анализа заболеваемости населения в Гостищево (в центре аномального Белгородского железорудного района) и «нормальной» Томаровке.

Полученные данные показали, что в период 1965-1969 г.г. по таким заболеваниям, как психозы и неврозы, язвенные болезни и гастриты, диабет, хронические заболевания сердца достоверных различий не наблюдается. По гипертоническим болезням, экземе, активным ревматизмам сердца и климактерическим расстройствам достоверная связь существует, но отрицательная. И только для сосудистых нарушений ЦНС корреляция положительна (в Гостищево болеют чаще).

Установлено, что в период 1966-1970 г.г. в «нормальных» районах Белгородской области больных подростков 15-17 лет было достоверно больше, чем в аномальных. По ряду заболеваний различия недостоверны.

Была изучена также урожайность различных сельскохозяйственных культур. В частности, установлено, что урожай озимой пшеницы, ржи, кукурузы, подсолнечника и однолетних трав в аномальных районах области ниже. А вот урожай картофеля - выше, чем в «нормальных».

По данным Белгородского «Сахаротреста» за 1965-1969 г.г., рост корней и ботвы сахарной свёклы, а также их масса в аномальных районах области достоверно ниже. По сахаристости корнеплодов существенных различий не было.

Однако, в областях с нормальным магнитным полем (Воронежской, Липецкой и Тамбовской) содержание сахара в корнях достоверно выше, чем в аномальных (Белгородской, Курской и Орловской).

3. Влияние магнитного поля на биологические объекты

Массовое увлечение магнитотерапией наступило после создания искусственных магнитов (Ленобль, 18-ый век). Появились и первые теории о природе магнетизма и механизме его воздействия на организм человека. Например, австрийский врач Ф. Месмер ввёл понятие «животный магнетизм», которое было подвергнуто остракизму Французской академией наук (1784 г.). Любопытно, что тогда же этот высший Европейский авторитет науки вынес категоричный вердикт по другому поводу: «Камни с неба падать не могут!» (это о метеоритах).

С конца 19-ого века опыты по исследованию влияния магнитного поля Земли и электромагнитов на биообъекты возобновились и расширились. Чего только не использовали в качестве объектов исследований: цитоплазму, эритроциты и гемоглобин; планарии, водоросли и различных моллюсков; насекомых (мух, жуков и др.); семена растений, птиц, мышей, кроликов, людей и т.д., и т.п. Особо следует отметить электрографические исследования Ю.А. Холодова по влиянию магнитных полей на центральную нервную систему человека (ЦНС), а также комплекс специальных работ в связи с освоением космоса.

В 1970 г. был издан библиографический указатель отечественных и иностранных публикаций «Влияние магнитных полей на биологические объекты» (составители Ю.А. Холодов, Ю.И. Новицкий и Т.Н. Анисимова). В сборник вошло не более 2/3 работ по этой теме; тем не менее, их было представлено около 1000. Сейчас их неизмеримо больше.

Анализ объектов, методик и результатов известных на сегодня магнитобиологических исследований несовместим с параметрами и задачами статьи для

настоящего сборника. Тем более, что достоверность и воспроизводимость их результатов весьма специфична.

Прежде всего потому, что «живые» объекты далеко не однозначно реагируют на поля различной напряженности, а также однородности и векторной направленности магнитного поля. Более того, один и тот же объект исследования даже на одинаковые факторы эксперимента может реагировать по разному в зависимости от его физиологического состояния, возраста, времени суток и др.

Поэтому примерно 20% авторов выполненных работ сообщают о невозможности воспроизведения наблюдаемых эффектов. В большинстве случаев экспериментаторы используют относительно редкие сочетания электромагнитных и физиологических условий опытов. В связи с этим, значительное количество результатов и «достижений» магнитобиологии не подтверждаются исследованиями в независимых лабораториях.

Тем не менее, обширный и пестрый калейдоскоп накопленных эмпирических сведений приводит к некоторым, вполне определенным выводам.

3.1. Магнитные поля действительно влияют на биоорганизмы - это несомненно. В качестве прямых доказательств такого влияния магнитобиологи приводят, например, явление магнитотропизма растений.

Суть его в следующем: корешки прорастающих семян, различно ориентированных в горизонтальной плоскости, всегда вытягиваются в сторону южного геомагнитного полюса Земли. В искусственных неоднородных магнитных полях со значительным градиентом напряженности, растущие корни ряда растений изгибаются в сторону менее сильных полей. Механизм этих явлений пока неясен.

Вряд ли эти явления можно считать фундаментальным достижением магнитобиологии, так как «доказано» было очевидное. Жизнь на нашей планете зарождалась и эволюционировала в присутствии уже существовавшего ГМПЗ. Вполне естественно, что магнитное поле относится к числу основных параметров существования биологических систем (как сила земного тяготения, узкий температурный режим и др.), «открывать» которые можно до бесконечности.

3.2. Биосистемы реагируют как на слабые магнитные поля (с напряженностью ниже, чем у ГМПЗ), так и на более сильные.

Чаще всего действие слабых полей на живые организмы благоприятно. Возможно это указывает на постепенное повышение напряженности магнитного поля Земли в процессе эволюции её биосферы; а биосистемы «запомнили» магнитные условия своего рождения.

Стремление к сверхнизким значениям Я порядка 10'⁴ Э или вообще безмаг- нитности приводит к нарушениям обменных процессов, а также цитоморфологи- ческим изменениям тканей и органов биоорганизмов. Значит, во время появления биосферы МПЗ уже существовало.

В связи с этим необходимо упомянуть также слишком категоричные, по нашему мнению, утверждения типа: «напряженность магнитного поля сердца человека в миллион раз меньше напряженности МПЗ, а значение Я магнитного поля человеческого мозга составляет миллиардные доли эрстеда».

Подобные заявления основаны на убеждении в том, что электронографические измерения (кардиограммы и энцефаллограммы) фиксируют не что иное, как

магнитные поля таких сложнейших систем, как сердце и мозг человека. Если бы это соответствовало действительности, то колебания в сотые доли эрстед (например, при магнитных бурях) приводило бы к катастрофическим для нервной и сердечно-сосудистой систем человека последствиям.

Сильные, а тем более очень сильные магнитные поля также биологически активны: как правило, они воздействуют на биосистемы отрицательно.

Негативная статистика по району КМА, где напряженность магнитного поля превышает среднюю фоновую всего в несколько раз, приведена в разделе 2. Заверения экспертов об абсолютной безопасности магнитных полей бытовых электроприборов оплачены производителями этой техники и менеджерами. А вот опытный пчеловод на пасеке мобильник не включает: в зоне его действия пчелы теряют ориентацию и в свой улей не возвращаются. Экипажи минных тральщиков, в корпусе которых магнитное поле повышенное, испытывают головные боли и бессонницу. Люди, находившиеся хотя бы половину рабочего дня в магнитном поле с Н - 100-1000 эрстед, быстро утомляются и жалуются на боли в сердце. Наконец, при Н = 10000 Э молодые мыши вообще погибают.

Замечено, что сильные магнитные поля воздействуют на генетический аппарат растений и животных: изменяется численность потомства, которое приобретает новые качества, отсутствовавшие у их родителей (явление мутагенеза).

Сообщения о том, что магнитное поле в несколько тысяч эрстед тормозит развитие злокачественных опухолей у мышей, особого оптимизма не вызывают, так как функции здоровых клеток при этом также подавляются. Возможно, что люди, работающие в повышенном магнитном поле, действительно реже болеют раком. А сколько у них развивается других болезней? От которых они умирают значительно раньше, но с «радостью»: слава богу, это не рак...

4. В литературе бытует мнение, что максимальной чувствительностью к магнитным полям обладает весь живой организм; меньшей - его органы и ещё гораздо меньшей - его молекулы и атомы. Поэтому исследователям не стоит «опускаться» на уровень клетки или даже на молекулярный и атомный уровни.

А может, всё дело в методиках исследований биологических макро-, микро- и наносистем? Сейчас не очень сложно вживить платиновый электрод в мышцу или определенный участок коры головного мозга и зафиксировать какой-то усреднённый электромагнитный сигнал. Но как такой же электрод вмонтировать в единичную живую клетку, а тем более в молекулу?

В связи с отсутствием методов прямого изучения молекулярных механизмов воздействия магнитных полей на живые организмы, представления о физикохимической природе магнитобиологических явлений формируются на основе косвенных экспериментальных результатов.

Время методик и исследований такого уровня ещё не пришло. А в этой области можно ожидать много интересного для магнитомикро- и нанобиологов.

Многое новое - это хорошо забытое старое. В данном случае полезно вспомнить давно известную классификацию веществ по их отношению к внешнему магнитному полю: диа- и парамагнетизм (ферромагнитны при комнатной температуре только твердые железо, кобальт и никель).

Вещества, в которых магнитные поля электронов взаимно компенсированы и суммарный спиновый магнитный момент равен нулю - диамагнитны. Внешнее магнитное поле их выталкивает, а их магнитная восприимчивость отрицательна. К ним, кстати, относятся ионы Na⁺, К⁺ и СГ, вода, белки, жиры, углеводы, аминокислоты и другие вещества, формирующие химический состав клеток.

Если же в веществе есть хотя бы один неспаренный электрон - это парамагнетик. Он втягивается внешним магнитным полем, ориентируясь вдоль его силовых линий (N, N0 и N0₂, 0₂, А1, К, Sn, Pt, соли d- и f-элементов и др.).

Может с этим связана зависимость магнитной восприимчивости и поведения биосистем от их ориентации в МПЗ или в поле искусственных магнитов? И совсем не случайно ряд ученых считают одной из причин возникновения магнитобиологических эффектов зависимость биохимических реакций с участием свободных радикалов-парамагнетиков от напряженности магнитного поля?

5. К механизму магнитобиологических эффектов (МБЭ)

Значительное отставание теории от эксперимента в магнитобиологии очевидно. Но определенные трактовки физической природы наблюдаемых явлений имеются; одна из них упомянута в конце предыдущего раздела 4. Есть и другие.

5.1. Кристаллизация в тканях организма железосодержащих магнитных наночастиц (не заслуживает даже комментария).

5.2. Изменение свойств воды в магнитном поле.

В пользу гидратной теории свидетельствует тот факт, что все изучаемые магнитобиологами объекты исследований содержали жидкую воду (или находились во влажной среде, как прорастающие семена растений).

Вода диамагнитна и выталкивается из внешнего магнитного поля.

При воздействии магнита на воду разрушаются кластеры состава (H₂0)^, увеличивается содержание мономолекул и изменяется скорость физиологических процессов. Подробнее об электромагнитных свойствах воды в [2].

5.3. Модель ионно-молекулярной интерференции.

В основу теории положены представления о вовлеченности (соучастии) в МБЭ квантовых состояний ионов. Такие состояния сопряжены с волнами де Бройля, которые способны интерферировать друг с другом и внешним магнитным полем, что приводит к вращательным движениям некоторых ионов или молекул внутри белковых структур.

Теорию резонансного биологического действия ЭМП можно рассматривать как современную интерпретацию более ранних представлений о наличии в органах и тканях биоорганизмов собственных электро- и магнитных полей [3,4]. По мнению [5,6], биоэлектрические поля, создаваемые клетками, служат «средством саморазвития биологических систем». В связи с этим совершим ещё один ретроэкскурс в область физической и биологической химии.

Давно известно, что стенки клеток представляют собой полупроницаемые мембраны, на которых возникает разность электрических зарядов (диффузионные потенциалы). Значения этих биоэлектрохимических параметров достаточны для того, чтобы в живом организме стабильно работали натриевый, калиевый, хлоридный и другие «насосы».

С другой стороны: движение заряженных частиц (в данном случае ионов) всегда сопровождается возникновением магнитного поля. А взаимодействие внешнего магнитного поля с микромагнитными полями клеток должно вызывать те или иные эффекты, именуемые магнитобиологическими.

Остаётся только добавить, что автор модели 5.3, просмотрев «несколько тысяч оригинальных работ по электромагнитобиологии», констатирует: в настоящее время практически нет предсказательных моделей МБЭ и вообще «от теоретических моделей не стоит ожидать многого» [7].

И последнее. Фундаментальные, в том числе магнитобиологические, исследования в современной России большая редкость. Образовавшийся научный вакуум заполонили «гении» и ниспровергатели. Один из них, скромно именующий себя инженером прикладной биотехнологии, во всём уже разобрался [8]:

«Отечественные и зарубежные магнитобиологи полвека идут по ложному пути»... Вот так вот! И это ещё не всё:

«Согласно нашей модели МБЭ (т.е. его собственной!) главной причиной возникновения любых изменений каких-либо свойств биологической системы, вызванных изменением магнитных условий в месте её пребывания, является глубокая модуляция амплитуды колебаний электромагнитных волн с периодами Рс 2-4. Модуляция обусловлена чередованием прямого и обратного переходов ионных кластеров воздуха от циклотронного вращения вокруг геомагнитных силовых линий к циклотронному вращению вокруг линий индукции коллинеарных техногенных магнитных полей».

Вы всё поняли? Постарайтесь, потому что:

«В случае подтверждения предложенной автором...гипотезы...станет неизбежным не только слом общепринятых представлений о природе волновых колебаний... Последствия могут... привести к разрушению фундаментальной «мифической» теории «пустого» пространства».

Использованные источники

магнитный биологический минерал

1. Травкин М.П. Жизнь и магнитное поле. Белгород, 1971 г.

2. Василенко И.И. Электромагнитные свойства воды. Бюллетень научных работ БелГСХА. Вып.ЗЗ, стр. 186. 2013 г.

3. Lund E.J. Biomagnetio fields and grouth. Univ. of Texas, Press Austrin, 1947.

4. Пресман A.C. Электромагнитные поля и живая природа. Изд. «Наука», М., 1968 г.

5. Равен X., Оогенез. Изд. «Мир», М., 1964 г.

6. Сетлоу Р., Поллар Э. Молекулярная биофизика. Изд. «Мир», М., 1964 г.

7. Бинги В.Н. Магнитобиология: эксперименты и модели. М., 2012 г.

8. Nikolay. Prikhodko 2012 @ yandex.ru.

Размещено на Allbest.ru