生物电学和生物磁学.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2010/5/26,#,第六章 生物电学和生物磁学,生物电特性,电力电化作用,电刺激与组织兴奋性,静电生物效应,生物磁现象,磁场对生物水和细胞的作用,磁场的生物效应,磁场对癌组织和癌细胞的抑制效应,一、生物电特性,经过多年研究分析发现，经络与生物电都有,整体性,、,生物性,、,传导性,、,非结构性,和,物质性,。这一惊人的一致性启发我们提出了经络生物电理论，即经络是生物电在人体内产生和流动的轨迹。如果生物电的产生、流动出现故障，生物电的流动无法正常运行，人体就会出现异常病症。并建立了经络生物电流动学说。,1.,生物电的整体性,人体生物电产生于人体分子、细胞和器官的兴奋，同时，体内的每个分子细胞和器官都直接或间接参与了生物电的传导，这样就形成了人体生物电系统的整体性。,2.,生物电的传导性,生物电是电，具有电的性质，电是可以传导的。电的流动是从高电位流向低电位。人体是一个闭合的系统，所以人体生物电在体内具有闭合传导性。由于闭合性，生物电可以长期储存于体内。,心电、脑电就是检测人体生物电闭合电路中某一段生物电的可输出电流。经络的生命性表现在经络只存在于活的生物体。当人体死亡时，经络就会随之消失。因此，科学家们对尸体进行千百万次的研究也不能发现经络现象的结构。,3.,生物电的非结构性,非结构性表现在生物电的变化性。在人体任何两点间检测到的生物电电流是变化的。生物电的大小受人体分子水平、细胞水平、器官水平、生物电强弱的影响。方向受环境电磁场和体位的影响。,4.,生物电的物质性,电是物质的，生物电也是电，具有电的特性，所以生物电也是物质的。,5.,生物电的生物性,生物电存在于生物体内。心电图是人体生物电的一个常用指标。当人体死亡时，心电图就会消失。说明生物电在活的生物体内存在。如果生命终止，生物电也随之消失。,6.,细胞电泳,在外直流电场的作用下，细胞连同其界面吸附层一起向电场正极方向运动，称为,细胞电泳。,细胞膜的表面外侧蛋白质、脂类、多糖及糖蛋白等组分带有负电荷基团，使得细胞膜外表面呈现负电荷特性。细胞悬液中带有正电荷的分散介质则向电场负极方向移动，称为,电渗,。,强度为强度基的,2,倍时所要求的脉宽叫,时值,。,脉宽有一最小值，小于此值，不管强度多大都不能使神经兴奋或肌肉收缩。如失去神经支配的肌肉收缩的最窄脉宽为,1mS,。,哺乳动物的神经每次兴奋后有一个绝对乏兴奋期，在这段时间内无论电流强度多大都不能引起第二次兴奋。这段时间约为,1mS,。为使每个刺激都能引起一次兴奋，两相邻刺激的时间间隔不能小于,1mS,。即每,秒刺激次数应小于,1000,次。对于交流电，若正负两半周各形成一次脉冲，交流电的频率应小于,500Hz,。,2.SMC,刺激与生物效应,用正弦低频电流（,1000Hz,），得到正弦调制交流电流（,SMC,），即是脉冲交流，其具有低频和中频的优点，是经常采用的一种刺激源。,SMC,使大脑皮层神经元的核倍体增多，从而使神经细胞组织整体机,能提高。,SMC,具有明显的镇痛作用，能有效治疗肋间神经痛、膀胱痛和三叉神经痛。,SCM,能改善组织血循环和营养吸收能力,治疗血循环紊乱和营养失调。用,100Hz,矩形脉冲调制电流，治高血压病，可使平均动脉压下降。,3.,电致生长与修复,用小的恒定直流电治疗创伤和溃疡，能加速伤口的愈合和修复。将不锈钢电极沿兔切口置于皮下，,通,0.2,0.3mA,的恒定直流，发现阴极能加速皮肤生长。用小的恒定直流作用局部缺血皮肤溃疡，并与无电流作用的同类病例对比。结果发现：受刺激的愈合率约,30%,，而对照组为,14.7%,。,直流电还可抑制细菌生长。用,0.2,140mA,的直流电处理大肠杆菌，能显著抑制其生长。,三、静电生物效应,静电生物效应,是静电场与生物相互作用、引起刺激或抑制生物生长发育或致死效应。,静电生物效应常以生物的宏观现象为观测指标，但其主要任务是揭示它的微观机制。如静电场与生物体内自由基活动、各种酶活性、膜渗透、代谢等的关系。,电晕电场对对大田作物和蔬菜生长有较大影响。在番茄、大豆、,玉米植株的上方施加一定正电压电晕场，离子浓度可达,时，可使植株增高，茎增粗，产量增加。但这种方法难以在大面积种植上推行。实验证明，直接用静电场处理种子，也可以促使作物提高产量和质量。用顺磁共振波谱仪测定甜菜、大麦种子的自由基表明，静电场处理使种子自由基增加，说明静电场使生物膜透性改变，新陈代谢加速。,四、生物磁现象,大至地球、月球、太阳及星际空间，小至组成物质的分子、原子、电子和质子、中子等，均具有磁性。地球上的一切生物都处于地磁场之中。,生物磁学,是正在兴起的生物物理学一个分支。,狭义生物磁学指研究不同层次生物材料所产生的磁场；广义生物磁学还包括磁生物学，即研究外界磁场对生物机体在不同层,次的作用所产生的生物效应即其相应的作用机理；生物磁工程技术，如核磁共振成像。,1.,生物材料的磁性,对生物大分子的广泛研究得知，大多数生物大分子是各向异性反磁性，少数为顺磁性，极少数呈铁磁性。,生物分子的抗磁性，表现在生物分子在磁场作用下产生与磁场反向的运动。一些绿色植物单细胞或,其叶绿体放置于,1T,磁场中当叶绿体的平面结构与磁场垂直取向时，分子的取向反应最大，与磁场平行时，取向反应最小。这种取向反应与叶绿体片层结构所含的各向异性反磁性组分相关。,生物材料的顺磁性，与其中有过渡金属离子的成分有关。人体中有,13,种金属元素，其中有,8,种为过渡金属离子，具有顺磁性。例如进行氧化输送的血红蛋白，进行电子传,递的细胞色素，,DNA,生物合成需要的核糖核苷酸还原酶等。,任何物质受磁场作用都有抗磁性，但在顺磁物质中，由于顺磁性超过抗磁性，故表现为顺磁性,。,在磁性细菌、鸽子和个别人等少数生物中发现有微量 和,Fe,等强磁性物质存在，它们在生物的定向导航中起着重要作用。在蜜蜂、蝴蝶、几种鱼类、家鸽、海豚，甚至人体中都发现了微量的强磁性物质。也曾发现在某些人的鼻窦骨的表层下约,5,处有一层铁质层，估计与人的第六感觉（礠感觉）有关。,2.,人体磁场,一般情况下，生物磁场远低于地磁场，难于进行观测和研究。在对微弱磁场的检测中，当前采用铁磁屏蔽技术和空间鉴别技术。,通常情况下，人体磁性的来源：,1,）生物电流产生；,2,）有生物磁性材料产生；,3,）侵入人体内的强磁性物质产生的剩余磁场。,五、磁场的生物效应,1.,磁致遗传效应,磁场处理导致生物后代发生遗传改变的现象称为,磁致遗传效应,。比如用不同磁场强度处理大麦种子后，发现,DNA,合成率下降了，同时在第二代的染色体中也观测到畸变。关于磁场如何影响,DNA,分子的结构并引起生物遗传变异的，目前仍了解甚少，一般认为，磁场可能引起,DNA,分子的氢键发生畸变，影响氢离子,的隧道效应，导致部分遗传物质结构的变化，进而引起生物遗传变异。,2.,磁致生长（死亡）效应,磁场对生物生长、发育、衰老和死亡等生命过程均能产生影响。,例如强度高于,1.4T,的恒定均匀磁场能抑制细菌的生长；磁水饲养家禽，比普通水饲养增重可达,20%,30%,，用磁水浸种可使多种蔬菜和大豆、甜菜、向日葵等增产（主要作用是促进种子发芽，根系发达，增加吸,水、吸肥能力，发育期提前，穗粒数和千粒重增加，抗寒抗病能力提高）。此外，地磁场反向时，会导致生物灭绝。,3.,磁致放大效应,在许多观测到的磁场生物效应中，外加磁场的能量常常是很小的，但产生的生物效应反映出的能量却往往较大，从能量的观点考虑，较弱的磁场只是起激发作用，生物体起到能量放大作用，相当于一个线,性放大器。这种现象称为,磁致生物放大效应,。当外加磁场达到阈值时，生物效应开始产生，随着磁场作用的增大，生物效应相应增大，这是一种,累积效应,。还用一种情况是，生物效应随磁场的频率而变，在某一频率时，生物效应最大，称为,生物共振,。,4.,产生磁致生物效应的条件,1,）磁场阈值,生物受到磁场,B,和磁场梯度,dB/dx,作用时，它们的强度必须超过某一数值，才能引起生物效应。这一数值即为磁场阈值。,2,）作用时间,当作用磁场强度超过阈磁场时，作用时间越长，生物效应越显著，表现出累积效应。如用阈磁场和作用时间的乘积表示磁作用剂量，则,磁生物效应与磁作用剂量正相关。,3,）场型和频率,磁场大体上可分为恒定磁场和交变磁场。恒定场还要考虑磁场的均匀度,用梯度表示；交变场是场强和方向随时间变化的磁场，用频率表示。磁场强度和梯度都是矢量，它们在生物体内引起的物理作用（力、力矩、电动势等）都具有方向性。研究发现，脉冲磁场的损伤作用与细胞大小有关。,六、生物电磁学研究进展,1.,电磁场的生物效应,电磁场的生物效应可以分为热效应、非热效应和累积效应。,根据不同频率电磁场与生物组织相互作用机制的不同,通常将照射的电磁场分为,3,个频段,:,静电场,(0 Hz),和,极低频,(ELF,0,300Hz),、,中频,(300Hz,210MHz),和,无线电频率,(RF,10MHz,2300GHz),。,RF,辐射,特别是高强度的辐射,可使机体产热,即,热效应,所造成的危害是肯定的。机体在反复接触低强度,RF,辐射后,体温虽无上升,但会发生机体结构改变和功能紊乱等现象,即,非热效应,。低频电磁场的生物效应主要为非热效应,它会干扰人体固有的微弱电磁场,影响内部的机理功能。热效应和非热效应对人体造成伤害后,若在人,体尚未来得及自我修复之前,再次受到电磁辐射的话,其伤害程度就会发,生累积,久之会成为永久性病态，即,累积效应,。,2.,电磁场的综合利用,1,）医学检测技术,主要体现在：核磁共振成像技术和心磁图或脑磁图技术。,2,）磁治疗技术,目前应用最广泛并取得不错疗效的磁疗,就是脉冲电磁场对骨质疏松症的治疗、磁化水对人体的保健作用。,3,）食品加工,微波技术作为一种现代高新技术,已广泛应用于食品加热、杀菌、干燥、解冻、膨化、杀虫、灭酶等各种不同的加工过程中。,4,）农业领域,磁场对农作物发芽、生长和结果的作用,即在播种前利用磁场处理种子或在生长过程中施加一定的磁场可以影响农作物的产量。一些实验研究证明,对小麦种子、大麦麦苗,和烟草种子等农作物进行磁处理以后,产量都明显增加。,所以对于电磁场,我们必须采取一的措施来降低它对人体健康的影响。目前,对于电磁场的危害和应用国内外的研究都已经取得一定的成果,但随着经济越来越发达,人们生存环境受到的电磁辐射会越来越大,所以今后的研究应该在尽量减少电磁辐射的危害的前提下进行。,