3. Действие магнитных полей на живые организмы.

Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нём находятся. Это воздействие изучает раздел биофизики, называемый магнитобиологией.

Человек, животные, растения постоянно находятся в магнитном поле Земли. Накоплено достаточно фактов, говорящих о том, что постоянное геомагнитное поле оказывает самое разнообразное влияние на развитие животного и растительного мира. Давно обнаружено, что животные при свободном перемещении ориентируются по силовым линиям магнитного поля Земли. Было установлено, что от того, как располагаются в почве семена растений относительно линий магнитной индукции, изменяется процесс их прорастания.

Опыты показали, что многие организмы способны различать интенсивность магнитного поля и ощущать направление, по которому магнитные силовые линии проходят через их тело. У растений и животных, помещённых в среду, экранированную от геомагнитного поля, наблюдались признаки ненормального развития, а у человека, помещённого кратковременно в немагнитную среду, изменяется реакция центральной нервной системы.

Индукция магнитного поля Земли в целом невелика. На поверхности Земли вертикальная составляющая МП достигает максимального значения на магнитных полюсах (67 мкТл) и равна нулю на магнитном экваторе. Горизонтальная компонента максимальна на магнитном экваторе (33 мкТл) и равна нулю на магнитных полюсах.

Геомагнитное поле непостоянно и колеблется по суткам, месяцам и годам. Причиной этому являются процессы, возникающие на Солнце, которые приводят к резкому возрастанию магнитного поля в верхних слоях атмосферы, что вызывает изменение суммарного единого поля Земли. Это явление называется магнитной бурей. Такие бури чаще всего бывают в те годы, которые соответствуют 11-летним циклам активности Солнца.

А.П. Чижевский и другие исследователи на основе статистических данных, полученных за много лет, обратили внимание на связь магнитных бурь и вспышек эпидемий чумы, холеры, дифтерии, гриппа, менингита.

В период солнечной активности возрастает размножение и токсичность ряда болезнетворных бактерий, повышается скорость свёртывания крови и число лимфоцитов.

Кроме естественных магнитных полей человек подвергается воздействию магнитных полей от технических установок и приборов в быту, на производстве, транспорте. Современная техника насыщает окружающую нас среду мощными магнитными полями, интенсивность которых в тысячи и миллионы раз превосходят интенсивность геомагнитного поля.

Каково действие этих полей на живые существа? Этими вопросами занимаются сегодня и физики и медики. Учёными установлен предел воздействия допустимых магнитных полей. Исследования позволили сделать вывод, указывающий на отсутствие каких-либо отрицательных последствий для здоровья человека от воздействия постоянного магнитного поля до 2 Тл. Экспериментальные данные предполагают, что кратковременное воздействие постоянного МП более 5 Тл может оказать существенное отрицательное влияние на здоровье человека.

Кроме воздействия постоянного магнитного поля человек подвергается действию переменных магнитных полей низкой частоты. Считается, что могут представлять опасность для здоровья такие поля с индукцией поля 50 мТл при частоте 50-60 Гц.

В настоящее время установлено несколько физических механизмов, путём которых постоянные магнитные поля (ПМП), переменные магнитные поля низкой частоты (ПеМП) и пульсирующие магнитные поля (ПуМП) взаимодействуют с живым веществом.

Одним из механизмов является изменение ориентации макромолекул под действием МП. Известно, что во всяком живом организме имеются атомы с нескомпенсированными магнитными моментами. Они могут быть в организме и в виде радикалов, и в виде железосодержащих соединений. Железо содержится в гемоглобине, в дыхательных ферментах, в составе мышечного белка. Эти магнитные атомы будут в магнитном поле ориентироваться в определённом направлении. Следует однако заметить, что эта ориентация может быть разрушена тепловым движением и магнитный эффект окажется незначительным. Ориентируются магнитным полем и большинство органических молекул, которые являются диамагнитными. В больших молекулах индуцированный магнитный момент может быть значительным. Однако, в вязкой среде, которой является биологическая жидкость, ориентация происходит очень медленно и магнитобиологический эффект окажется ничтожным. Изменение ориентации биологически активных молекул в растворах может отражаться на кинетике биохимических реакций и на проницаемости биомембран.

Следующим механизмом, который может дать ощутимый эффект, является взаимодействие биотоков живых организмов с сильным МП. Во всех живых системах, тканях и органах циркулируют биотоки. Например, при прохождении электрических импульсов по нервным волокнам на них в МП действует сила Ампера, под влиянием которой волокно смещается и изгибается. При смещении в нём появляется ток самоиндукции, тормозящий по закону Ленца распространение импульса по волокну и тем самым искажающий форму импульса. Кроме того, следует учитывать возможность резонанса между частотой биотоков и частотой возбуждённых полем механических колебаний. При таком резонансе заметные биологические эффекты могут возникнуть уже в слабых полях.

Ещё одним важным механизмом является магнитогидродинамическое торможение циркуляции проводящих жидкостей в организме, в том числе крови. Сущность явления состоит в том, что в биологических жидкостях, представляющих собой растворы электролитов, при движении в ПМП возникают индукционные токи, которые по закону Ленца тормозят движение проводника. Для торможения кровотока у человека на 0,1% нужно поле не мене 200 мТл.

Существуют попытки объяснить биологическое действие МП его влиянием на воду, входящую в состав живых организмов. Некоторые физико-химические свойства воды в МП изменяются. При индукции в 100 мТл несколько меняется поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость, кислотность. Однако, под “водой” в этих случаях понимают жидкость, в которой кроме молекул H₂O присутствуют растворённые в ней вещества и именно на эти вещества (на их растворимость, гидратацию и прочее) может оказать влияние МП.

Следует остановиться на механизмах действия ПеМП. При их использовании, кроме диамагнитного и парамагнитного взаимодействия, происходит взаимодействие биосистем с переменным электрическим полем, которое возникает при любом изменении магнитного поля. Поскольку в тканях имеются свободные заряды, ионы или электроны, то индуцированное электрическое поле вызовет их движение. Этот ток и будет оказывать многообразные биологические действия.

Существуют и другие гипотезы о механизмах действия МП, однако чисто физически объяснить действие МП на живой организм очень трудно, и хотя магнитные поля и применяют в медицине, механизм их действия ещё во многом не ясен.