Некоторые  результаты  магнитобиологических   исследований  в  ИОФ  РАН В.Н.  Бинги ИОФ  РАН

Некоторые результаты магнитобиологических исследований в ИОФ РАН
В.Н. Бинги
ИОФ РАН
Что такое магнитобиология?
1. Лаб. + Навигация; Био-ГМП; Эпидем.
2. ВОЗ: ЭМ 50 Гц > 300 нТл - возм канц. + др
3. Диапазон поля МБ в неск. раз больше
4. Механизмы не ясны (первичные)
Содержание
Проблемы магнитобиологии
Системы экспозиции организма человека в МП
Некоторые результаты исследований в ИОФ РАН
О механизмах магниторецепции
общее
Общие сведения
до 1960:
отдельные работы, в т.ч.
стандарты ЭМ безопасности
1960-1980:
микроволны, НЧ модуляция
проблема кТ
с 1980:
+ НЧ магнитные поля
cейчас:
гл. образом 50-60 Гц и частоты моб.связи
стандарты ЭМ безопасности
стандарты
Стандарты электромагнитной безопасности
Japan
Canada
Germany
CENELEC
ICNIRP
USA (IEEE)
Australia
Russia
4
Напряженность ЭП, В/м
10
3
10
2
10
1
10
0
10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10
10
10
12
10
Частота, Гц
механизмы
Движение заряда в магнитном поле
всего 5 классов:
классическая
квантовая
координата
Сила Лоренца
Интерференция состояний
импульс,
угловой момент,
энергия
Накачка энергии
Квантовые переходы
динамика
переменная
спин
Спиновая динамика
Лаборатория в ИОФ РАН
Система экспозиции, 1964
NASA, Naval Ordnance Laboratory, Maryland
8x8x8 м3
Бокс 2.4 м
50 нТл
Поле Луны
1969 г – Аполлон
Группа испытуемых в МП порядка 10-3 ГМП
Beischer DE. Ann. NY Acad. Sci., 1988, 188:324
4 чел. «опыт»
2 чел. «контроль»
50 нТл
20 дней
Нет магн. бурь
Другие сист
Nasa, Goddard Space Flight Center, Maryland
Spacecraft Magnetic Test Facility, 1967
D=13 m
Компенсация:
~0.5 нТл /
δ=1.8 м
Какие
результаты
Результат 10-дн пребывания в «нулевом» МП
Ст.откл. ~ 1
Реакция характеристики зрительного анализатора на нулевое магнитное поле для 4-х испытуемых.
Воспроизвести
Все механизмы включены
Активная компенсация
Схема активной компенсации МП
предусилитель
Датчик МП
АЦП-ЦАП
Усилитель мощности
Системы Э
«Арфа»
1.
2.
3.
4.
Одна ось Сеансы по 1-2 часа Объем бокса 2.6 м3
Ослабление: > 102 для f<5
Гц, >10 для f=50 Гц
5. Дополнительное МП: 35 мкТл на фоне ГМП
6. Неоднородность <1%
Бокс экспозиции системы «ФАРАДЕЙ»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Три оси Запись и воспроизведение МБ
Сеансы до 2-3 дней Объем бокса 14 м3
Ослабление: ~МП > 102 для f<5 Гц
Амплитуда МП: ~3 мкТл =МП 50 мкТл
Коэффициент неоднородности <1.8%
Управление системой «Фарадей»
Научный интерес
Осмотр системы «Арфа» руководителями ОАО РЖД
Измерение капиллярного кровотока в условиях магнитной экспозиции
Владимир Иванович Якунин, президент ОАО
Олег Юрьевич Атьков, вице-президент по здравоохр.
Ход изменений МП в лаборатории
30 мин
спектры
Спектры вариаций магнитного поля вне и внутри системы «Арфа»
Плотность мощности (нТл2/Гц)
обработка получасовых массивов 1-мс измерений
локальное МП
МП внутри системы
106
105
104
103
102
101
100
10-1
10-2
10-3
0.01
0.1
1
10
100
Частота (Hz)
Что можно делать?
Возможные измерения
Физиологические параметры ССС
Энцефалография
Физические условия:
Вектор напряженности МП
Температура, давление, влажность, освещенность, акустический шум
Инжекция магнитных наночастиц
Исскусственная магнитная буря
сеанс
Сеанс тестирования
40
Имитация
Реальная экспозиция
30
10
0
ац
и
я
20
Ад
ап
т
Магнитное поле (мкТл)
Схема эксперимента
0
Референсный
интервал
"КОНТРОЛЬ"
10
20
30
Интервал экспозиции
"ОПЫТ"
40
50
60
70
Время (мин)
Результаты
Эффект «нулевого» магнитного поля
по результатам двойного тестирования 40 испытуемых
Средние по испытуемым магнитные эффекты в разных тестах.
Для 5/8 тестов p<0.05.
Рост числа ошибок и времени ответа
Индив. средние
Магнитный эффект – это…
E = Опыт/Контроль
Eэкспозиция – Eимитация
M=
Eимитация
распределение
Распределение испытуемых по величине демонстрируемых ими магнитных эффектов
1.7%
40 испытуемых, 80 сеансов, ~120 тыс. испытаний
Аналог г-граммы
Распределение как целое
Симметр, крылья
Впервые
Видеозапись движений зрачка
Результаты
Влияние НМП на размер зрачка
Плотность (отн. ед.)
Распределение эффектов по величине
5
4
Гипо МП
Гео МП
3
2
1
1.5%
0
0.8
1.0
1.2
Экспозиция/Контроль (отн. ед.)
индивидуальные
Распределения индивидуальных средних магнитных эффектов
Cogn. tests
Плотность (отн. ед.)
Размер зрачка
Когнитивные тесты
0.10
10
0
-10
-10
0
10
Pup. size
0.05
0.00
-10
-5
0
5
10
15
Индивидуальный магнитный эффект (%)
Дакт
неспециф
Механизмы
1. Магнитные наночастицы в организме
2. Спин-коррелированные пары свободных радикалов
3. Изменение свойств жидкой воды в МП
4. Квантовые вращения мол. групп внутри белков
кТ
Проблема kT
µH << kBT
Примеры
Осциллятор
𝜺 ~ 𝒌𝑻
Пренебрегаем трением
(атомный размер осциллятора)
Вращение крупной молекулы
−
−
−
−
−
r
−
−
−
−
−
𝒓 𝝏𝑩
𝑬=−
𝟐𝒄 𝝏𝒕
𝒓 = 𝟏𝟎 − 𝟏𝟎𝟎 нм
Пренебрегаем инерцией
Атомарный ротатор
𝒓 𝝏𝑩
𝑬=−
𝟐𝒄 𝝏𝒕
−
𝒓 = 𝟏Å
Пренебрегаем трением
Что мешает
Механизмы
1. Магнитные наночастицы в организме
2. Спин-коррелированные пары свободных радикалов
3. Изменение свойств жидкой воды в МП
4. Квантовые вращения мол. групп внутри белков
Гипотезы