磁场的生物效应

磁场的生物效应 外加磁场对于生物的影响称为磁场生物效应这是生物磁学中的重要研究内容之一由于外加磁场的类型和生物层次的不同，磁场生物效应也有不同的表现根据磁场的类型和强度，磁场生物效应可以分为强磁场效应、地磁场效应、微弱磁场效应相交变磁场效应又根据磁场所作用的生物层次,磁场生物效应可以分为生物分子效应、细胞效应、组织器官效应和整体效应这些效应对于不同生物又是多种多样的下面介绍关于不同磁场的生物效应： 1.1.1. 强磁场生物效应 在磁场生物效应一般指强度高于100奥的磁场为强磁场实验发现，强度高于14000奥的均匀恒定磁场，会抑制某些细菌的生长把果蝇词养在均匀巨定磁场中，观察果蝇形态上的变化，发现磁场强度为100I 500奥时，形态并无显著的畸变，而当磁场强度增加到30004000奥时，畸变就迅速显著地增大若把不同蛹龄或虫龄的果蝇放在强度约22000奥、梯度约9000奥毫米的不均匀恒定磁场中，1小时龄的果蝇蛹经过几分钟便死亡，蛹龄较长的果蝇蛹经过10分钟后约有50不能变为成虫，变为成虫后也不能活到1小时以上把移植有肿瘤的小白鼠饲养在强度约2400一4500奥、梯度约1000奥厘米的不均匀恒定磁场中，经过27天后，肿瘤完全消失，但不加磁场的对照搬到22天后便因肿瘤长大而死亡磁场可以影响入红血球的凝结速率，实验表明强度为50、400和5000奥的均匀恒定磁场分别使红血球凝结速率增加21、25和30 1.1.2. 地磁场生物效应 地球表面的地磁场强度为0.30.5奥，它是地球上生物和人类生活环境的一种始终起作用的物理因素.生物和人类在长期的演化过程中，已经适应了这一物理环境如果环境磁场剧烈变化，如地球上发生磁暴、地质时代的地磁场反向或进入宇宙空间的磁场，都可能影响生物和人的活动还有一些生物利用了地磁场这一环境因素作为生物导航和定向的依据已经发现一些水生细菌有沿着地磁场方向朝北游动的习性，称为向磁性冬小麦在场(等效地磁场)中生长时，其根总是平行于地磁场或等效地磁场，也表现向磁性还发现果蝇的ST基因有序程度的变化与地磁倾角的变化随季节呈现明显的相关性经过长期试验表明；鸽子的导航与地磁场有密切的联系最近已经在向磁性细菌(图1)和鸽子头部发现强磁性的Fe2O4微粒可能与它们的向磁性或导航有关 1.1.3. 微弱磁场的生物效应 在生物磁学中，一般将一般将远低于地磁场强度的磁场(如10-3奥)称为微弱磁场例如行星际空间磁场约510-5奥，月球表面磁场小于10-5奥，地磁场在反向的过渡时期中估计可能降低到远低于正常值进行微弱磁场的生物效应实验需要高灵敏度的磁强计和抵消地磁场的装置(图2)将眼虫藻、绿藻和纤毛虫在低于10-3奥的恒定微弱磁场中培养3个星期，发现其生长繁殖加快，但在102奥的强磁场中培养，生长繁殖却受到抑制把小白鼠饲养在10-3的微弱磁场中，一年以后，其寿命比对照组缩短6个月，并且不能再生育. 1.1.4. 交变感场的生物效应 强度随时间变化的交变磁场与强度不随时间改变的恒定磁场对生物的效应是不完全相同的后者(恒定磁场)为狭义的生物效应，前者(交变磁场)还具有电磁感应作用人眼部受到变化的磁场作用时，在无光的情况下也会产生光的感觉，称为磁闪光现象实验研究表明，磁闪光的强度和特性与交变磁场的频率有关当频率为20至30赫兹时，磁闪光效应最为显著实验还发现，强度为15001700奥、频率为12赫兹的交变磁场，可以抑制刚移植到小鼠身上的肿溜的长大 1.1.2. 关于磁场对不同生物层次的效应: 生物磁场一般有两个来源：一种是由于生物体中的电子传递和离子转移等过程的生物电流产生的；另一种是由于生物体内的强磁性物质(如Fe3Q4)磁化后产生的生物磁场的强度是很微弱的，例如人的心脏活动产生的心磁场约10-7一10-8奥. 1.1.1. 磁场对生物分子的效应 实验观测到，生物胰蛋白酶在1500奥均匀恒定磁场中活性增大，因而在受紫外光辐射时，其光密度成小在创伤愈合实验中，施加强度30004000奥、梯度200奥厘米的不均匀恒定磁场，使成纤维细胞增殖和纤维化都减小，因而推断是不均匀磁场干扰了生物大分子的产生把S37肿瘤细跑放在3700奥均匀磁场中处理13小时，会使这肿瘤细胞中的脱氧核糖核酸(DNA)合成减少，表明磁场对这种合成有抑制的作用 1.1.2. 磁场对细胞的效应 在对兔和小鼠的无血浆细胞作体外培养时，若施加强度14600奥，梯度5000奥厘米的不均匀恒定磁，会显著增加这些细胞的生长速度但把细胞放在组织培养液中培养时，若施加4000奥的均匀恒定磁场，则会抑制它的生长，把体外培养的S-37肿瘤细胞放在44008000奥的均匀恒定磁场中在37摄氏度处理18小时，观察到这些细胞发生退化变性现象，但如果放在1000一2000奥的均匀恒定磁场中作同样的处理，则未观察到任何可察觉的变化这一实验表明这种退化交性现象需要磁场强度超过一定闻值时才会产生还发现磁场强度对于s-37肿瘤细胞的呼吸有较大的影响，当磁场从80奥增加到7300奥时，细胞的呼吸由显著的兴奋状态转变到显著的抑制状态 1.1.3. 磁场对组织和器官的效应 把水芹放在强度约：4000奥、梯度约5000奥匣米的不均匀恒定磁场中，并消除重力的影响，可观察到水芹根经过几十分钟便向着磁场强度减弱的方向生，表现出“背磁性”(图3)把小鼠饲养在4200奥的均匀恒定磁场中，4天以后发现小鼠的肾上腺皮层的网状带组织受到破坏和变窄，骨髓中的巨核细胞因数减少，脾脏中的巨核细胞数却增加比较磁场、光和声音对哺乳动物脑器官的影响，实验表明，磁场的影响虽较弱，但却表现出潜伏期长的抑制效应和滞后效应 1.1.4. 磁场对生物整体的效应 许多实验结果表明，不论在均匀的还是不均匀的强磁场中，若干细菌的生长都会受到抑制大麦的根和苗在1200奥的恒定磁场中其生长速度都比不加磁场的对照组高为了观察磁场对生物遗传的影响，把果蛹蛹放在强度约22000奥、梯度约9000奥厘米的不均匀巨定磁场中处理30分钟，观测到后代的发育时间有显著增加(图4)，直到第30代(图中只画出第12代)也末恢复正常 关于磁场生物效率的机理，目前尚不十分清楚，仍在继续研究中一般说来，磁场会使生物材料受到磁力(在不均匀磁场中)或磁转矩(在均匀磁场中)的作用，会使带电较子受到洛沦兹力的作用，而这些力和力短又会影响到生物体中电子(离子)的传递、自由基的运动、合顺磁离子的蛋白质和菌的活性、生物膜的渗透以及生物半导体(如叶绿裁口一些激素)和生物中水的性质但其具体的过程和机制，既包括物理的作用，又涉及生物的结构和功能，是一个十分复杂而没有完全解决的问题 构成生物体的生物材料都具有一定的磁性例如，大多数生物材料具有抗磁性，少数含过渡族金属离子(如此，Fe,Co,Ni,Mn离子)的生物材料在一定条件下只有顺磁性，最近在一些生物(如某些细菌、蜜蜂和鸽子)体中还发现了微量的亚铁磁性的Fe3O4颗粒抗磁性和顺磁性属于强磁性亚铁磁性属于强磁性两者强弱相差可达几百万倍以上 1.1.3. 在环境保护中的应用 利用高梯度磁分离法，可以大量除去煤中污染性强的硫化物。在水中施加强磁性细粉（如Fe3O4粉,称为磁性种子），再通过磁分离器或高梯度磁分离器，可以高效率的消除水中的细菌、病毒，有害残留物（如Hg等）和洗涤剂等，防止环境的污染。 1.1.4. 在生物工程中的应用 长期的观测和试验表明，鸽子的认家（导航）与地磁场有关，一些细菌在水中沿地磁场方向游动，表现出“向磁性”，这些现象为磁导航的仿生学研究提供了有意义的线索。对果蝇的试验表明，磁场能引起果蝇遗传上的变异，这有可能在遗传工程上获得应用。在生物工程上，可以利用磁作用和电磁作用原理，制成人工心碗输血的电磁泵，分离细胞、细笛、病毒和叶绿素中生物颗粒的磁电泳仪，无转动部件的电磁离心机等主人类的宇航活动和空间生物学研究中，还可能利用别一些磁技术和磁效应例如，可以利用强磁场防御高能宇宙线的照射，可以利用磁场产生的磁力造成失逼状态下的人工重力研究入和生物在强磁场(如电磁推进装置防高能宇宙线设备)或极弱磁场(如星际它间、月球和某些行星磁场)中生活的影响也是需要和有意义的 1.1.5. 在医药上的应用 在病人的患处或其他部位(如经穴)施加适当强度的恒定磁场或交变磁场，可以治疗一些疾病，称为磁场疗法或简称磁疗临床实践表明，对于治疗急性挫扭伤、腰肌劳损、风湿性关节炎、高血压、神经性头痛等常见病和多发病都有较好的或一定的疗效。还可以利用磁场(或加脉冲电场配合作外科手术时的麻醉，称为磁场(或磁电)麻醉，简称磁麻已经把磁麻应用到拔牙、切除扁桃体和粉瘤等手术，收到较好的效果还有用强磁材料作成磁手镯、磁项链，磁椅和磁床等，以治疗高血压和消除疲劳这些磁疗方法只有适应症较广，治疗安全，无创伤和痛苦，副作用极少，操作简单等优点以磁石(Fe3O4)为重要成分的成药如磁石、耳聋左慈九、紫雪(散)、磁珠九已写入中华人民共和国药典(1963年)利用磁场作用的原理，已经制成血流计，无触点心肌和神经刺激器，磁控导管，磁药针，（红，白）血球分禽器，还可以用核磁共振技术和核磁振技术作癌的早期检查和诊断。 1.1.6. 生物磁学在农业上的应用 随着生物磁现象和磁场生物效应的观测和研究的发展，生物磁学已在农业、医氏环境保护和生物工程等方面得到广泛的应用 1.1.1. 磁化水 流水经过与水流方向垂直的一定强度的磁场处理后称为磁场处理水。简称磁水，习惯上也称磁化水经过长期和大量的试验和应用表明。磁水不但能显著降低水垢，而且具有多方面的生物效应因而在农业、医药