Bioelektrodynamika - Bioelectrodynamics

Bioelektrodynamika je pobočkou lékařská fyzika a bioelektromagnetismus který se zabývá rychle se měnícími elektrický a magnetický pole v biologických systémech, tj. vysoká frekvence endogenní elektromagnetické jevy v živých buňkách. Na rozdíl od událostí, které studoval elektrofyziologie, generující mechanismus bioelektrodynamického jevu není spojen s proudy iontů a jeho frekvence je obvykle mnohem vyšší. Mezi příklady patří vibrace elektricky polárních intracelulárních struktur a netepelná emise fotony jako výsledek metabolické aktivita.

Teorie a hypotézy

Bylo publikováno mnoho teoretických prací o teoriích a hypotézách popisujících generování elektromagnetické pole živými buňkami ve velmi širokém frekvenčním rozsahu.[1][2][3] Nejvlivnější byla kdysi pravděpodobně Fröhlichova hypotéza o soudržnost v biologických systémech zavedených Herbert Fröhlich koncem šedesátých let.[4] Navzdory skutečnosti, že dosud neexistují experimentální důkazy o Fröhlichově hypotéze, numerické odhady naznačují biologickou proveditelnost alespoň Fröhlichovy slabé kondenzace.[5]

Nedávné teoretické úvahy předpovídají generování rádiová frekvence elektromagnetické pole v buňkách v důsledku vibrací elektricky polárních intracelulárních struktur, např. G., mikrotubuly.[6] Emise v optické části elektromagnetické spektrum se obvykle připisuje reaktivní formy kyslíku (ROS).

Experimentální důkazy

V optické oblasti elektromagnetického spektra byly experimentálně prokázány bioelektrodynamické účinky. Spontánní emise fotonů živými buňkami, s intenzitou významně vyšší, než odpovídá emisi tepelným zářením, bylo několik desítek let opakovaně hlášeno několika autory.[7] Tato pozorování vykazují experimentální jednoduchost a dobrou reprodukovatelnost. Ačkoli je netepelná emise fotonů ze živých buněk obecně přijímaným jevem, o jejím původu a vlastnostech se ví mnohem méně. Na jedné straně se to někdy připisuje chemiluminiscenční metabolické reakce (včetně např reaktivní formy kyslíku (ROS) [8] ), na druhou stranu, někteří autoři vztahují tento jev k termodynamice daleko od rovnováhy.[Citace je zapotřebí ]

Na akustických a rádiových frekvencích existují nepřímé důkazy; chybí však přímé měření polních veličin. Pohl a další pozorovali silový účinek na dielektrické částice, které byly přitahovány k buňkám a odpuzovány od buněk, v závislosti na dielektrické konstantě částic.[9] Pohl toto chování připisoval dielektroforéza způsobené elektromagnetickým polem buněk. Odhadl frekvenci tohoto pole asi na stovky MHz. Další nepřímý důkaz pochází ze skutečnosti, že mechanické vibrace byly experimentálně prokázány ve velmi širokém frekvenčním rozsahu v buňkách.[10] Protože mnoho struktur v buňkách je elektricky polárních, budou generovat elektromagnetické pole, pokud budou vibrovat.[11]

Kontroverze

Jak se otázka otevírala po celá desetiletí, bioelektrodynamika nebyla vždy součástí hlavního vědeckého proudu, a proto byla někdy ošetřena špatnými vědeckými standardy. To platí zejména pro:

  1. - nadhodnocení významu získaných experimentálních údajů (Kučera[12] tvrdí, že tvrzení několika autorů o přímém měření buněčné elektromagnetické aktivity v vysokofrekvenčním pásmu by měla být přijímána se skepticismem, protože technické vlastnosti experimentálních uspořádání nesplňují ani kritéria vyplývající z optimistických teoretických biofyzikálních předpovědí. Za prvé, prostorové rozlišení použitých senzorů bylo příliš nízké vzhledem k očekávané prostorové složitosti elektromagnetického pole v buňkách. Zadruhé, citlivost experimentálních nastavení nebyla dostatečně vysoká ve srovnání s energií dostupnou v živé buňce.),
  2. - nesprávná interpretace experimentálních údajů (Fritz-Albert Popp tvrzení o soudržnost fotoemise z buněk[13] je založeno na statistickém rozložení počtu fotonů; to však není důkaz soudržnosti. Koherentní emise (viz koherentní stavy ) má Poissonovo rozdělení, ale Poissonovo rozdělení se netýká výlučně pouze koherentních procesů.) a
  3. - vývoj nepotvrzených hypotéz.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ Priel, Avner; Tuszynski, Jack A .; Cantiello, Horacio F. (2005). „Elektrodynamická signalizace dendritickým cytoskeletem: Směrem k modelu zpracování intracelulárních informací“. Elektromagnetická biologie a medicína. Informa UK Limited. 24 (3): 221–231. doi:10.1080/15368370500379590. ISSN  1536-8378.
  2. ^ Cifra, M. (2012). "Elektrodynamické vlastní režimy v buněčné morfologii". Biosystémy. Elsevier BV. 109 (3): 356–366. doi:10.1016 / j.biosystems.2012.06.003. ISSN  0303-2647.
  3. ^ Zhou, Shu-Ang; Uesaka, Mitsuru (2006). "Bioelektrodynamika v živých organismech". International Journal of Engineering Science. Elsevier BV. 44 (1–2): 67–92. doi:10.1016 / j.ijengsci.2005.11.001. ISSN  0020-7225.
  4. ^ GJ Hyland a Peter Rowlands (redaktoři) Herbert Frohlich FRS: Fyzik před časem. (University of Liverpool, 2006, 2. vydání 2008.) ISBN  978-0-906370-57-5
  5. ^ Reimers, J. R .; McKemmish, L. K .; McKenzie, R. H .; Mark, A.E .; Hush, N. S. (26. února 2009). „Slabé, silné a koherentní režimy Frohlichovy kondenzace a jejich aplikace na terahertzovou medicínu a kvantové vědomí“. Sborník Národní akademie věd. Sborník Národní akademie věd. 106 (11): 4219–4224. doi:10.1073 / pnas.0806273106. ISSN  0027-8424. PMC  2657444. PMID  19251667.
  6. ^ Pokorný, Jiří; Hašek, Jiří; Jelínek, František (2005). „Elektromagnetické pole mikrotubulů: Účinky na přenos hromadných částic a elektronů“. Journal of Biological Physics. Springer Science and Business Media LLC. 31 (3–4): 501–514. doi:10.1007 / s10867-005-1286-1. ISSN  0092-0606. PMC  3456341. PMID  23345914.
  7. ^ Cifra, Michal; Fields, Jeremy Z .; Farhadi, Ashkan (2011). "Elektromagnetické buněčné interakce". Pokrok v biofyzice a molekulární biologii. Elsevier BV. 105 (3): 223–246. doi:10.1016 / j.pbiomolbio.2010.07.003. ISSN  0079-6107. PMID  20674588.
  8. ^ Prasad, Ankush; Pospišil, Pavel (20. října 2011). „Dvourozměrné zobrazování spontánní ultra-slabé emise fotonů z lidské kůže: role reaktivních forem kyslíku“. Journal of Biophotonics. Wiley. 4 (11–12): 840–849. doi:10.1002 / jbio.201100073. ISSN  1864-063X.
  9. ^ Pohl, Herbert A .; Crane, Joe S. (1971). "Dielektroforéza buněk". Biofyzikální deník. Elsevier BV. 11 (9): 711–727. doi:10.1016 / s0006-3495 (71) 86249-5. ISSN  0006-3495.
  10. ^ Kruse, Karsten; Jülicher, Frank (2005). "Oscilace v buněčné biologii". Aktuální názor na buněčnou biologii. Elsevier BV. 17 (1): 20–26. doi:10.1016 / j.ceb.2004.12.007. ISSN  0955-0674.
  11. ^ Kučera, Ondřej; Havelka, Daniel (2012). „Mechanicko-elektrické vibrace mikrotubulů - vazba na subcelulární morfologii“. Biosystémy. Elsevier BV. 109 (3): 346–355. doi:10.1016 / j.biosystems.2012.04.009. ISSN  0303-2647.
  12. ^ Kučera, Ondřej; Cifra, Michal; Pokorný, Jiří (20. března 2010). "Technické aspekty měření buněčné elektromagnetické aktivity". Evropský biofyzikální časopis. Springer Science and Business Media LLC. 39 (10): 1465–1470. doi:10.1007 / s00249-010-0597-8. ISSN  0175-7571.
  13. ^ Popp FA (1999) O koherenci biofotonů 1999 Sborník mezinárodní konference o makroskopické kvantové koherenci, Bostonská univerzita.

externí odkazy

Skupiny