Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Магнитные поля в экспериментальной и клинической онкологии

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 236 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

силовым линиям. Единицей магнитной индукции в системе СГС является гаусс (Гс), а в системе СИ – тесла (Тл). При этом 1 Гс = 10–4 Тл = 10–1 мТл, а 1 Тл = 1000 мТл = 104 Гс и, следовательно, 1 мТл = 10 Гс.

В случае однородной среды величины Н и В связаны следую-

щим соотношением:

В = μ × μ0 × Н,

где μ0 – магнитная проницаемость вакуума; μ – относительная магнитная проницаемость среды (как правило, для большинства биологических тканей она принимается равной 1).

Важно помнить, что если проводник окружен воздухом, как это имеет место при магнитотерапии, то соотношение между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля выглядит следующим образом: В = μН. Поскольку в системе СГС величина магнитной проницаемости (μ) равна 1, то между единицами индукции и напряженности, т. е. между эрстедом и гауссом, существует количественное равенство (напряженность магнитного поля в 1 Э соответствует индукции в 1 Гс, или 0,1 мТл.

Магнитные поля индукцией в 1 мТл вызывают пороговые изменения в тканях, обуславливающие начальное терапевтическое действие. Поэтому то расстояние от источника, на котором индукция падает до 1 мТл, принято обозначать как «глубину проникающего действия» магнитного поля данного источника [127].

Магнитный поток (Ф) – величина, характеризующая сум- марный вектор магнитной индукции, проходящей через некоторую поверхность. Он численно равен произведению магнитной индукции на площадь S и на косинус угла между направлением поля и нормалью к поверхности контура:

Ф = В × S × cosφ = μ × H × S × cosφ.

Единицей магнитного потока в физической системе единиц является максвелл (Мкс), а в международной системе – вебер (Вб). Соотношение между ними выглядит таким образом:

1 Мкс = 10–8 Вб, а 1 Вб = 108 Мкс.

Обобщенным показателем, характеризующим действие маг-

Hr∆

∆

Br∆

∆

нитного поля на живой организм, может служить энергия магнитного поля (W), которая рассчитывается следующим образом

[204]:

W =

1 2

∫

µµ

где В – индукция магнитного поля; V – объем, занимаемый биообъектом; μ – относительная магнитная проницаемость; μ

– маг-

нитная постоянная.

Кроме упомянутых, к числу важных физических характеристик, считающихся также биотропными, т. е. определяющими первичные механизмы действия магнитного поля, относятся также градиент, частота и форма поля [167, 252].

Градиент напряженности и магнитной индукции характеризует топографию магнитного поля, отражает его однородность (неоднородность) в пространстве:

grad H =

∆H

или grad B =

∆B

∆r ∆r

где r – расстояние от источника магнитного поля до интересующей точки поля.

На практике эта величина часто выражается в % от среднего значения напряженности (магнитной индукции) магнитного поля. При этом считается, что если в рабочем объеме (т. е. там, где находится изучаемый объект) неравномерность поля не превышает 30%, то поле является однородным, а если выше 30% – поле неоднородное. В биологических экспериментах показано, что неоднородное магнитное поле действует сильнее, чем однородное [245].

Важной характеристикой магнитного поля является его фор- ма. В зависимости от формы поля (синусоидальная, прямоугольная, треугольная, нейроподобная и др.) можно получать различный биологический ответ. Однозначное мнение по этому вопросу пока отсутствует, а поэтому он нуждается в дальнейшем исследовании. Практически форма импульса магнитного поля зависит

прежде всего от конструкции индуктора и характеристик питающего его тока.

Частота магнитного поля, выражаемая в герцах (Гц) или крат-

ных величинах, также зависит от параметров питающего электрического тока, в частности от кратности смены направления или импульсов тока. В магнитотерапии применяют чаще всего магнитные поля частотой до 100–200 Гц. Наиболее эффективным и жестким является диапазон инфразвуковой частоты (0–20 Гц), который соответствует собственной резонансной частоте большинства тканей человека [127].

Для магнитотерапии важное значение имеет и время (про-

должительность) воздействия магнитным полем. В большинстве работ по магнитотерапии длительность воздействия указывается в пределах 10–30 минут. Она зависит от многих факторов (локализация и частота проведения магнитотерапевтических процедур, параметры магнитного поля, возраст пациента, характер патологии и др.) и должна выбираться с учетом их у конкретного пациента.

В связи с биотропностью многих физических параметров их необходимо указывать в каждой работе, а тем более в каждой рекомендуемой лечебной методике. К сожалению, во многих работах физические параметры магнитного поля и даже используемый магнитотерапевтический аппарат не указываются, что затрудняет как воспроизведение той или иной методики, так и оценку описываемых результатов.

2.2. Особенности и механизмы биологического действия

магнитных полей

Биологическое действие магнитных полей, как и любого другого физиотерапевтического фактора, определяется их взаимодействием со структурами живой системы. Эффективное взаимодействие магнитного поля с тканями организма может, очевидно, происходить только через структуры, обладающие собственными магнитными полями или анизотропией магнитных свойств [73, 228]. С этих позиций можно назвать ряд биофизических и физи-

ко-химических механизмов, благодаря которым магнитные поля способны оказывать биологическое действие на различных уровнях организации организма.

1. Магнитные поля могут влиять на химические реакции, протекающие по свободнорадикальному типу. Последствием взаимодействия магнитного поля со свободными радикалами, обладающими неспаренными электронами, будет изменение скорости свободнорадикальных реакций, к числу которых относятся многие ферментативные реакции, а также реакции, протекающие с участием кислорода и др.

2. Действие магнитных полей вполне может реализоваться через их влияние на жидкие кристаллы, характерным для которых является их способность к фазовым переходам. Жидкокристаллическое состояние присуще митохондриям, фосфолипидам мембран, холестерину, мембранным белкам и др.

Жидкокристаллические структуры характеризуются анизотропией механических, электрических, оптических и магнитных свойств, что определяет их высокую чувствительность к различным внешним воздействиям. Происходящие при магнитотерапии деформации жидкокристаллических структур, прежде всего мембран и митохондрий, будут сказываться на выполнении ими их биологических функций, имеющих большое значение для жизнедеятельности всего организма и патогенеза многих заболеваний, в том числе и для опухолевого роста.

3. Магнитное поле – один из тех физических факторов, в биологическом действии которого существенное значение придается воде. Как свидетельствуют многочисленные данные, магнитные поля различных параметров изменяют поверхностное натяжение, вязкость, электропроводность, преломление и теплопроводность воды [82, 179].

Многие авторы указывают на изменение под влиянием магнитных полей структуры воды, возникающее вследствие определенной пространственной ориентации элементарных токов в ее атомах и молекулах. Особенно это касается внутриклеточной воды, которая обладает особыми электрическими свойствами, представляя собой своеобразный динамический сегне-

тоэлектрик, и непрерывно совершает микрофазовые переходы: кристалл→жидкость→кристалл [40, 219]. В зависимости от параметров магнитного поля устойчивость квазикристаллической структуры воды клетки и фазовые переходы в ней могут как увеличиваться, так и уменьшаться, что будет существенно сказываться на клеточном метаболизме. Изменение физикохимических свойств и структуры воды может сказываться на выполнении своих специфических функций молекулами белков, нуклеиновых кислот и других макромолекул, образующих с водой единую систему.

Наряду с фазовыми переходами вода совершает активационные формы движения с различной частотой. Совпадение частоты переменного или импульсного магнитного поля с частотой либрационного, трансляционного или вращательного движения воды определяет резонансное поглощение и ведет к изменению микроструктуры водных систем и их функциональной активности [40].

Рядом авторов утверждается, что воздействие магнитных полей ведет к изменению гидратации ионов, что облегчает их проникновение через мембраны и участие в обменных процессах [52, 174]. Согласно представлениям Г. Е. Григоряна, омагничивание может приводить к образованию аквакомплексов кальция, при котором мгновенно снижается концентрация активных ионов кальция во внеклеточной жидкости, уменьшается величина потенциала клетки, повышается проницаемость мембран, происходит изменение активности других важных для организма кальцийзависимых процессов [47].

Из даже бегло представленных данных следует, что биологические эффекты магнитных полей, действительно, могут быть реа лизованы через водную среду организма. Положительный опыт использования омагниченной воды и омагниченных растворов лекарственных веществ в какой-то мере подтверждает эту точку зрения.

4. В состав биологических тканей входят макромолекулы, являющиеся крупными анизотропными диамагнитными соединениями. Их магнитная энергия, рассчитанная на молекулу, может превышать энергию теплового движения, а поэтому магнитные

поля терапевтических дозировок, по-видимому, способны вызывать ориентацию и концентрационные изменения биологически активных молекул (ферменты, нуклеиновые кислоты, сложные протеиды и др.). Это должно отразиться на кинетике биохимических реакций и скорости биофизических процессов, в которых названные соединения принимают участие. Кроме того, многие молекулы обладают анизотропией магнитной восприимчивости. Под влиянием магнитных полей у них происходит возникновение зарядов и изменение их магнитной восприимчивости, сказывающиеся на их физиологической активности. Поэтому сегодня в первичных эффектах различных магнитных полей большое значение придается их действию на белки и ферменты [61, 147, 179, 247].

5. Одним из важных регуляторных механизмов в живых системах являются активность и транспорт ионов. Большинство ионов в организме находится как в свободном, так и в связанном состоянии, переход между которым является одним из механизмов регуляции их физиологической активности.

Системы «ион–вода», «ион–белок» и «ион–белок–вода», способные реализовать множество колебательных состояний, обладают магнитной анизотропией, а следовательно, чувствительны к действию магнитных полей. Под их влиянием происходит освобождение части ионов из связи с белком или водой, повышение их активности, что ведет не только к стимуляции клеточного метаболизма, но и к модуляции биоэлектрогенеза. И действительно, после магнитотерапии во многих тканях не только повышалась активность ионов натрия, калия, кальция и хлора, но и увеличивалась концентрация несвязанных (свободных) серотонина, инсулина, глюкогена, кортизола и трийодтиронина [235].

6. В последние годы для объяснения биологических эффектов магнитных полей используют теории ионного циклотронного и параметрического резонансов, суть которых заключается в изменении подвижности ионов. Наибольшее внимание привлекают ионы кальция, поскольку являются важными внутриклеточными регуляторами. Однако в поисках резонансных эффектов магнитных полей пока удалось выявить влияние полей с параметрами, соответствующими резонансу ионов калия, магния и др. [220].

А. Б. Узденским высказывается мнение, что причиной изменений в организме при магнитотерапии является резонансное действие его на подвижность не только неорганических катионов, но и других заряженных частиц в клетках, резонансные частоты которых находятся в сравнительно узком частотном диапазоне [220]. Критический анализ идеи параметрического резонанса в механизме действия магнитных полей сделан В. Н. Бинги [21]. Одновременно им рассматривается ряд заслуживающих внимания теоретических моделей магнитобиологических эффектов.

7. При действии магнитных полей могут возникать различные микроскопические эффекты, прежде всего магнитогидродинамические и электрогидродинамические [228]. Полагают, что генерация магнито- и электрогидродинамических сил способна изменить микрореологию, транспорт метаболитов и проницаемость клеточных мембран, что сказывается на функционировании ядра и клеточных органелл.

8. При использовании переменного магнитного поля (кроме диамагнитного и парамагнитного взаимодействия его с биологическими структурами) происходит его взаимодействие и с электрическим полем, возникающем в проводящей среде при изменении магнитного поля. Напряженность индуцируемого электрического поля (и тока) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля. Согласно имеющимся расчетам, при помещении человека в переменное магнитное поле напряженностью 100 Э (10 мТл) плотность наведенного тока будет составлять 0,15 А/м2, который может оказывать разностороннее влияние на организм.

9. При взаимодействии магнитных полей с биологическими системами возможно возникновение таких физических явлений, как эффекты Фарадея, Холла и Зеемана [73, 165]. Эффект Фа- радея – приобретение оптически неактивным веществом под действием магнитного поля способности вращать плоскость поляризации электромагнитной волны, распространяющейся вдоль направления поля. Эффект Холла – возникновение поперечного электрического поля и разности потенциалов в образцах (полупроводники, электролиты, биополимеры), по которым проходит электрический ток, при помещении их в магнитное поле, перпен-

дикулярное направлению тока. Эффект Зеемана – расщепление энергетических уровней атомов веществ, помещенных в магнитное поле, что приводит к расщеплению спектральных линий в спектре испускания или поглощения электромагнитного излучения этими веществами. Эти эффекты изменяют электрический статус клеток и электромагнитное взаимодействие их в области применения магнитного поля, сказывающееся на их функциональной активности [73, 74].

Следовательно, магнитные поля могут влиять на биологические системы как через диа- и парамагнитные эффекты, анизотропию их магнитных свойств, так и в связи с генерацией ими в тканях электрических полей и токов. Для их реализации в организме существует достаточное количество структур различной сложности, изменения в которых могут закономерно при участии нервной и эндокринной систем трансформироваться в реакции атомно-молекулярного, мембранно-клеточного и органно-тканевого уровней. В обобщенном виде возникающие на этих уровнях изменения представлены ниже [73, 227].

Атомно-молекулярный уровень. Изменения на этом уровне, как уже отмечалось, определяются перестройкой электронных оболочек ядер и движения электронов, различными электрическими взаимодействиями (ион–ион, ион – постоянный или индуцированный диполь, интерференция связанных ионов и квантовых состояний и др.).

К процессам, происходящим на атомно-молекулярном уровне организма при магнитотерапии, обычно относят:

– взаимодействие внешнего магнитного поля с атомными и молекулярными акцепторами (магниторецепция) организма;

– возникновение в биологических структурах электретного, диэлектрического эффектов и реструктуризация доменов поляризации;

– конформационные изменения макромолекул и макромолекулярных структур (комплексов);

– образование свободных форм физиологически активных веществ и ионов, прежде всего кальция;

– изменение физико-химических свойств и структуры воды, гидратация ионов и молекул;

– электролитическая диссоциация и направленный транспорт

ионов;

– возникновение электродвижущей силы, токов проводимо-

сти и смещения;

– изменение электрического статуса макромолекул и над-

молекулярных структур;

– модуляция взаимодействия белков как поливалентных ионов с углеводами, липидами, пептидами, нуклеиновыми кислотами, малыми молекулами;

– резонансные явления (циклотронный, стохастический, парамагнитный резонанс), сопровождающиеся изменением биологической активности ионов и молекул и др.

Следует подчеркнуть, что ни один из приведенных первичных механизмов не в состоянии объяснить все многообразие магнитобиологических и магнитотерапевтических эффектов. Вероятно, в различных диапазонах и технологиях применения магнитных полей действуют свои принципы магнитной рецепции биообъектами на атомно-молекулярном уровне.

Мембранно-клеточный уровень. Сдвиги, происходя- щие под действием магнитных полей на атомно-молекулярном и элект ронно-ядерном уровнях, инициируют мембранно-клеточные изменения. Кроме клеточных мембран на этом уровне в механизмах действия магнитных полей могут участвовать субклеточные структуры (митохондрии, рибосомы, лизосомы и др.), а также структурные образования, обеспечивающие ионное равновесие, вязкость и агрегатное состояние жидких сред организма [204].

Наибольшее значение на этом уровне действия магнитных полей, как полагают многие авторы, имеют следующие процессы и изменения:

– изменение конформации, периодических осцилляций и электрической активности мембран;

– повышение проницаемости клеточных мембран и модуляция активности ионных каналов;

– возрастание чувствительности мембранных рецепторов к лигандам (гормонам, медиаторам);

– активация окислительно-восстановительных процессов

в клетке;

– повышение реакционной способности клеточных фермен-

тативных систем;

– изменение соотношения свободного и фосфорилирующего окисления в дыхательной цепи митохондрий, зависящее от напряженности и вида действующего магнитного поля;

– модификация структуры липопротеидных комплексов мембран эритроцитов, тромбоцитов и других клеток, сказывающаяся прежде всего на реологических и транспортных свойствах и свертывающей активности крови.

Органно-тканевой уровень. Действие магнитных полей на данном уровне определяется особенностями морфологии органов и тканей, их функциональной специализацией, преобладающим типом метаболизма в них, исходным функционально-метаболическим состоянием организма и его систем, а также применяемой технологией магнитотерапии. Изменения на органно-тканевом уровне являются результатом как непосредственных сдвигов, происходящих на атомно-молекулярном и мембранно-клеточном уровнях, так и вторично развивающихся реакций организма вследствие вовлечения нервной, эндокринной, иммунной и других систем.

Из многочисленных изменений на тканевом и органном уровнях, определяющих биологическое действие магнитных полей, следует прежде всего назвать следующие:

– магнитогидродинамическое торможение циркуляции биологических жидкостей вследствие эффектов Фредерикса и Холла;

– ориентация и выстраивание цепочек в магнитном поле форменных элементов (в особенности эритроцитов) крови;

– модуляция состояния свертывающей и противосвертывающей систем крови;

– уменьшение внутрисосудистого пристеночного тромбо образования;

– изменение перекисного окисления липидов и активности антиоксидантной системы защиты;

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 236 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]