Magnetobiologie - Magnetobiology

Magnetobiologie ist die Untersuchung der biologischen Wirkungen von hauptsächlich schwachen statischen und niederfrequenten Magnetfeldern, die keine Erwärmung des Gewebes verursachen. Magnetobiologische Effekte haben einzigartige Merkmale, die sie offensichtlich von thermischen Effekten unterscheiden; oft werden sie für magnetische Wechselfelder nur in getrennten Frequenz- und Amplitudenintervallen beobachtet. Außerdem sind sie von gleichzeitig vorhandenen statischen magnetischen oder elektrischen Feldern und deren Polarisation abhängig.

Die Magnetobiologie ist eine Teilmenge der Bioelektromagnetik . Bioelektromagnetismus und Biomagnetismus sind die Lehre von der Erzeugung elektromagnetischer und magnetischer Felder durch biologische Organismen. Die Wahrnehmung magnetischer Felder durch Organismen wird als Magnetorezeption bezeichnet .

Biologische Auswirkungen schwacher niederfrequenter Magnetfelder von weniger als etwa 0,1 Millitesla (oder 1 Gauss ) und entsprechend 100 Hz stellen ein physikalisches Problem dar. Die Effekte sehen paradox aus, denn das Energiequantum dieser elektromagnetischen Felder liegt um viele Größenordnungen unter der Energieskala eines elementaren chemischen Vorgangs. Andererseits reicht die Feldstärke nicht aus, um durch die induzierten elektrischen Ströme eine nennenswerte Erwärmung des biologischen Gewebes zu bewirken oder Nerven zu reizen.

Auswirkungen

Ein Beispiel für einen magnetobiologischen Effekt ist die magnetische Navigation von Wandertieren mittels Magnetorezeption . Viele Tierordnungen wie bestimmte Vögel, Meeresschildkröten, Reptilien, Amphibien und Salmonoide sind in der Lage, kleine Variationen des Erdmagnetfeldes und seine magnetische Neigung zu erkennen, um ihre saisonalen Lebensräume zu finden. Sie sollen einen "Neigungskompass" verwenden. Bestimmte Krebstiere, Langusten, Knochenfische, Insekten und Säugetiere verwenden einen "Polaritätskompass", während bei Schnecken und Knorpelfischen der Kompasstyp noch unbekannt ist. Über andere Wirbeltiere und Arthropoden ist wenig bekannt. Ihre Wahrnehmung kann in der Größenordnung von mehreren zehn Nanotesla liegen.

Magnetische Intensität als Bestandteil der Navigationskarte von Tauben wurde seit dem späten 19. Jahrhundert diskutiert. Eine der frühesten Veröffentlichungen, die belegen, dass Vögel magnetische Informationen nutzen, war eine Studie von Wolfgang Wiltschko aus dem Jahr 1972 über den Kompass des Rotkehlchens . Eine Doppelblindstudie aus dem Jahr 2014 zeigte, dass Rotkehlchen, die einem schwachen elektromagnetischen Rauschen zwischen etwa 20 kHz und 20 MHz ausgesetzt waren, sich mit ihrem Magnetkompass nicht orientieren konnten. Beim Betreten von mit Aluminium abgeschirmten Hütten, die elektromagnetisches Rauschen im Frequenzbereich von 50 kHz bis 5 MHz um etwa zwei Größenordnungen dämpften, tauchte ihre Orientierung wieder auf.

Zu den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit siehe elektromagnetische Strahlung und Gesundheit .

Magnetrezeption

Hauptartikel: Magnetorezeption

Es wurden mehrere neurobiologische Modelle des Primärprozesses vorgeschlagen, der den magnetischen Input vermittelt:

  1. Radikalpaarmechanismus : Richtungsspezifische Wechselwirkungen von Radikalpaaren mit dem umgebenden Magnetfeld.
  2. Prozesse mit permanentmagnetischen (eisenhaltigen) Materialien wie Magnetit in Geweben
  3. Magnetisch induzierte Änderungen der physikalischen/chemischen Eigenschaften von flüssigem Wasser .
  4. Existenz langlebiger Rotationszustände einiger Moleküle innerhalb von Proteinstrukturen .

Durch den Radikalpaarmechanismus absorbieren Photopigmente ein Photon, das es in den Singulett-Zustand hebt . Sie bilden Singulett-Radikalpaare mit antiparallelem Spin , die durch Singulett-Triplett-Umwandlung in Triplett-Paare mit Parallelspin übergehen können . Da das Magnetfeld den Übergang zwischen den Spinzuständen verändert, hängt die Anzahl der Tripletts davon ab, wie das Photopigment im Magnetfeld ausgerichtet ist. Als Rezeptormoleküle wurden Cryptochrome vorgeschlagen , eine Klasse von Photopigmenten, die aus Pflanzen bekannt sind und mit Photolyasen verwandt sind.

Das Induktionsmodell würde nur für Meerestiere gelten, da als umgebendes Medium mit hoher Leitfähigkeit nur Salzwasser in Frage kommt. Beweise für dieses Modell fehlten.

Das Magnetit-Modell entstand mit der Entdeckung von Ketten von Single-Domain-Magnetit in bestimmten Bakterien in den 1970er Jahren. Histologischer Nachweis bei einer großen Anzahl von Arten, die zu allen großen Stämmen gehören. Honigbienen haben magnetisches Material im vorderen Teil des Abdomens, während bei Wirbeltieren hauptsächlich in der Siebbeinregion des Kopfes. Experimente belegen, dass der Input von Magnetit-basierten Rezeptoren bei Vögeln und Fischen über den Augennervenast des Trigeminusnervs zum Zentralnervensystem geleitet wird .

Sichere Niveaus der EM-Exposition, die von verschiedenen nationalen und internationalen Institutionen entwickelt wurden.

Sicherheitsstandards

Die praktische Bedeutung der Magnetobiologie wird durch die zunehmende elektromagnetische Hintergrundbelastung des Menschen bedingt. Einige elektromagnetische Felder können bei chronischer Exposition eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen. Die Weltgesundheitsorganisation betrachtet eine erhöhte elektromagnetische Belastung am Arbeitsplatz als Stressfaktor. Gegenwärtige elektromagnetische Sicherheitsstandards, die von vielen nationalen und internationalen Institutionen ausgearbeitet wurden, unterscheiden sich für bestimmte EMF-Bereiche um das Zehn- und Hundertfache; diese Situation spiegelt den Mangel an Forschung auf dem Gebiet der Magnetobiologie und Elektromagnetobiologie wider. Heutzutage berücksichtigen die meisten Normen biologische Wirkungen allein durch Erwärmung durch elektromagnetische Felder und periphere Nervenstimulation durch induzierte Ströme.

Medizinischer Ansatz

Praktizierende der Magnetfeldtherapie versuchen, Schmerzen oder andere medizinische Zustände durch relativ schwache elektromagnetische Felder zu behandeln. Diese Methoden haben noch keine klinische Evidenz in Übereinstimmung mit den anerkannten Standards der evidenzbasierten Medizin erhalten. Die meisten Institutionen erkennen die Praxis als pseudowissenschaftlich an .

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Wissenschaftliche Zeitschriften