Подписаться
Оглавление
Биомолекула

Новости с полей — разумеется, магнитных

Новости с полей — разумеется, магнитных

  • 10
  • 0,0
  • 0
  • 0
Добавить в избранное print
Обзор

Изображение магнитного поля Земли.

Рисунок в полном размере.

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Эволюция живых организмов на всех ее этапах происходила под неотъемлемый аккомпанемент такого физического фактора, как магнитное поле Земли, которое также называют геомагнитным полем. Оно, подобно дирижеру, своей невидимой глазу палочкой осуществляет контроль над симфоническим оркестром из всех процессов, происходящих в живых системах. В недрах биофизики существует специфическая область, еще только зарождающаяся и становящаяся на ноги — магнитобиология. Она смело ставит перед собой зубодробительные задачи, которые призваны пролить свет на то, как именно и по какому механизму осуществляется действие магнитного поля на живые системы и какими эффектами это действие обусловлено. Экспериментальные данные показывают, что ход многих физиологических и клеточных процессов меняется в ответ на изменение естественной интенсивности магнитного поля (она соответствует интенсивности магнитного поля Земли).

Вам интересно все запутанное непонятное, неоднозначное и неисследованное? Если ответ — «да» — мои поздравления! В этой статье вы не найдете прямых ответов, но сможете оценить масштаб и получить обзор — так сказать, с высоты птичьего полета — на столь скользкую область, как магнитобиология.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2025/2026

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2025/2026.

BIOCAD

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.


SkyGen

Партнер номинации — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.


«Альпина нон-фикшн»

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

По полям, по полям

Скрытое влияние: вы не чувствуете его, он оно на вас действует!

Магнитобиология как научная область исследует эффекты, вызванные действием магнитного поля (МП) на организмы и клетки, а также механизмы, которые их обуславливают. Кроме этого, изучается нерешенная фундаментальная проблема способности к магнитному чувству у человека и животных.

Воздействие МП может быть специфическим и неспецифическим [1]. В первом случае оно осуществляется при участии специальных рецепторных структур — магниторецепторов, которые развились в ходе эволюции. Это характерно для мигрирующих животных с магнитным чувством, насекомых и бактерий, обладающих магнитотаксисом, т.е. способностью ориентироваться по силовым линиям МП. В противопоставление специфическому, неспецифическое воздействие не связано с наличием рецепторных структур и осуществляется для всех живых организмов. Происходит так потому, что данный процесс осуществляется на уровне молекул, который у всех биологических систем очень сходен. То есть сами «рецепторы» (что-то действительно крупное и определенное) отсутствуют, но их роль, условно, выполняют чувствительные к МП молекулы, которые присутствуют в каждой клеточке.

До сих пор существование специфического действия МП хоть как-то доказано только для некоторых птиц и бактерий (рис. 1). А как же насчет нас? Однозначного ответа на вопрос о наличии у Homo sapiens магниторецепции нет. Скорее всего, ее как таковой и нет. Считается, что человек не способен ощущать действие МП (и замечательно, хотя некоторые и страдают от магнитных бурь) и, вследствие этого, не обладает магниторецепцией, поскольку не найдены рецепторные структуры, отвечающие именно за это [2]. Но в биологии всегда и везде есть оговорки. А именно: в организме человека существует несколько железосодержащих молекул, таких как гемоглобин, цитохром Р450, трансферрин, ферритин, лактоферрин и др. Как предполагают, МП может влиять на процессы, в которых эти молекулы задействованы [3].

Некоторые организмы, обладающие специфической магниторецепцией

Рисунок 1. Некоторые организмы, обладающие специфической магниторецепцией.

иллюстрация автора, созданная при помощи BioRender

Поле бывает разным

На нашей планете, живые организмы, которые находятся в природных условиях, живут при естественном, фоновом уровне интенсивности геомагнитного поля. По своей природе оно непостоянно (квазистатично), то есть его интенсивность варьирует в пределах 25-65 микроТл [2] в зависимости от локации. Существуют условия, в которых происходит отклонение от этого уровня интенсивности. При изменении в сторону увеличения создается высокое (до 20 Тл), слабое (до 1 мТл), умеренное (до 1 Тл), сверхвысокое (выше 20 Тл) МП [2–4]. МП интенсивностью выше геомагнитного фона могут создавать электроприборы, бытовая техника, линии электропередач, установки для проведения магниторезонансной томографии и ядерно-магнитного резонанса. При проведении экспериментов для создания условий повышенного уровня МП и увеличения интенсивности чаще всего используют постоянные магниты. В случае отклонения интенсивности в сторону уменьшения создаются условия, при которых интенсивность МП ниже уровня геомагнитного фона [5]. Такие условия, при которых интенсивность МП составляет менее 1 мкТл, называют гипомагнитными [6]. Снижение интенсивности МП достигается компенсацией геомагнитного поля с помощью колец Гельмгольца (рис. 2А) или же экранированием при помощи гипомагнитных камер (рис. 2Б) [7]. Для придирчивых читателей сразу скажу, что в ученом мире нет точного консенсуса касательно интенсивностей.

Система 3-осевых колец Гельмгольца, помещенная в СО2-инкубатор

Рисунок 2А. Система 3-осевых колец Гельмгольца, помещенная в СО2-инкубатор.

фото автора

Система 3-осевых колец Гельмгольца, помещенная в СО2-инкубатор

Рисунок 2Б. Гипомагнитная камера, выполненная из пермаллоя: (а) — камера во время работы; (б) — схематическое изображение камеры; (в) — вид камеры внутри.

[7]

В измененной человеком среде происходит значительное искажение естественной интенсивности МП как в сторону снижения, так и в сторону увеличения. Бытовая электроника, линии электропередач, исследовательские установки (например, магнитно-резонансный томограф или установка для ядерно-магнитного резонанса) генерируют МП, по интенсивности превышающее геомагнитное поле. Напротив, строительные материалы и металлоконструкции жилых домов обладают экранирующими свойствами, что снижает уровень МП внутри помещений в 1,2–2 раза по сравнению с естественным фоном [8].

Примеры того, где человек может столкнуться с МП различной интенсивности

Рисунок 3. Примеры того, где человек может столкнуться с МП различной интенсивности: (1) — гипомагнитные условия в космосе; (2) — слабые МП создает бытовая электротехника и линии электропередач; (3) — постоянный магнит создает умеренные МП; (4) — установка МРТ создает высокие МП; (5) — установка ЯМР создает сверхвысокие МП.

коллаж автора

Значение интенсивности МП в разных частях Солнечной системы

Рисунок 4. Значение интенсивности МП в разных частях Солнечной системы.

Не менее интересен тот факт, что в различных частях Солнечной системы интенсивность МП широко варьирует (рис. 4). Так, в межпланетном пространстве МП практически отсутствует. Его интенсивность изменяется в пределах от 2 до 8 нТл, а среднее значение составляет ~6,6 нТл. МП околоземной орбиты составляет ~15-50 мкТл. Условиям Марса соответствует МП интенсивностью от 300 нТл до 5 мкТл. На Луне МП еще слабее, и его интенсивность не превышает 300 нТл [9].

Как в подробностях будет описано далее, МП c интенсивностью как выше, так и ниже геомагнитного фона обладает биологическим действием. Но перед этим хотелось бы сделать важную оговорку о том, что эффекты влияния других физических факторов и низкой воспроизводимости экспериментов изучены недостаточно, ввиду трудностей генерации МП определенной интенсивности [10].

Хаос... хаос... хаос

Эффекты на физиологические процессы

Экспериментальные данные свидетельствуют, что МП влияет на многие физиологические процессы у человека и животных. Одним из факторов, который определяет тот или иной биологический эффект, является интенсивность МП. Помимо этого, выявлена зависимость наблюдаемых эффектов от условий проведения эксперимента [2]. Наибольшую чувствительность к действию МП проявляют костная, нервная и мышечная ткани, а также отдельные органы. По этой причине особенно показательными являются эффекты на сердечно-сосудистую (ССС), нервную (НС) системы, опорно-двигательный аппарат, эмбриональное развитие, циркадные ритмы, а также процессы регенерации (рис. 5) [3].

Дабы не перегружать свой текст и не быть причиной головной боли неподготовленного читателя, при дальнейшем описании эффектов я ограничусь лишь формулировками «увеличение» и «снижение» интенсивности МП по сравнению с геомагнитным фоном. Суть дела это должно исказить непринципиально. По причине такого упрощения особо въедливому читателю (каких, я подозреваю, большинство) чтобы разобраться, о какой конкретно интенсивности идет речь, предлагаю ознакомиться со списком литературы. Так приступим же к делу...

Физиологические эффекты СМП интенсивностью выше уровня геомагнитного фона: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение

Рисунок 5А. Физиологические эффекты СМП интенсивностью выше уровня геомагнитного фона: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение.

иллюстрация автора

Физиологические эффекты СМП интенсивностью ниже уровня геомагнитного фона: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение

Рисунок 5Б. Физиологические эффекты СМП интенсивностью ниже уровня геомагнитного фона: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение.

иллюстрация автора

При изучении эффектов на ССС было показано, что у человека при увеличении интенсивности МП происходит повышение скорости кровотока и частоты сердечных сокращений. Напротив, при снижении уровня геомагнитного фона зарегистрировано снижение ЧСС и диастолического давления [11]. Исследования на крысах выявили, что воздействие МП интенсивностью выше геомагнитного фона ускоряет регенерацию эндотелия сосудов и уменьшает диаметр артерий. Кроме того, снижение интенсивности МП привело к снижению активности CuZn-супероксиддисмутазы (СОД) в кардиомиоцитах крыс. Поскольку основной функцией данного фермента является защита клеток организма от окислительного стресса посредством катализа превращения токсичного супероксидного радикала (O2) в молекулярный кислород (O2) и перекись водорода (H2O2), то сбои в его работе приводят к усилению продукции активных форм кислорода (АФК), в частности, в кардиомиоцитах [12].

Исследования влияния МП на опорно-двигательный аппарат, а именно на процессы перестройки и заживления костной ткани выявили, что при повышении интенсивности МП происходит усиление формирования бедренной кости у крыс. Как предполагают, этот эффект связан с увеличением минерализации и активности остеобластов (клетки-строители костей) [3].

Проведены эксперименты, свидетельствующие о влиянии МП на работу НС. Они выявили, что действие МП интенсивностью как выше, так и ниже геомагнитного фона сказалось негативно на функционировании НС человека по причине изменения секреции (процесса выделения) гормона, отвечающего за цикл сон—бодрствование — мелатонинамелатонина [12]. Принимая во внимание электрическую природу активности нервных клеток, МП может влиять отрицательно на когнитивные функции, включая память [13]. Существуют исследования, показывающие временное ухудшение внимания, концентрации и скорости реакции у людей при нахождении в условиях повышенного уровня магнитного фона [14]. У цыплят, помещенных в условия сниженного МП, происходило нарушение долговременной памяти [15]. На модели нервного волокна лягушки установлено, что в условиях повышения уровня магнитного фона происходит снижение его проводимости [12]. Действие сниженного магнитного фона на работу центральной нервной системы человека проявляется в виде ухудшения когнитивных функций. А именно — снижалась способность решать задачи по распознаванию букв (тест Шепарда), определять связи между «цветом и его названием» (тест Струпа) и выполнять другие когнитивные тесты [9].

В ряде исследований показано влияние МП на болевую чувствительность. Условия сниженного уровня магнитного фона оказывали обезболивающий эффект в исследованиях на людях и экспериментах на мышах. Исходя из этого, МП можно рассматривать в качестве потенциального средства снижения боли [9].

Влияние МП на раннее эмбриональное развитие исследовано на примере эмбрионов рыб и икринок шпорцевой лягушки. Нахождение эмбрионов рыбки Danio rerio в условиях повышенной интенсивности МП сопровождалось увеличением смертности и появлением аномальных фенотипов. Предполагается, что причиной нарушений может быть эпигенетическая модификация, в частности, метилирование ДНК. Также показано, что при повышении интенсивности МП происходило изменение плоскости деления икринок шпорцевой лягушки Xenopus laevis [2].

Циркадные ритмы — это внутренние биологические циклы организма человека, которые повторяются примерно каждые 24 часа и регулируют множество жизненно важных процессов, включая сон и бодрствование, температуру тела, артериальное давление, секрецию гормонов и обмен веществ. Такие биологические часы помогают живым организмам адаптироваться к 24-часовому циклу Земли. Проведены исследования, показывающие, что пребывание человека в условиях сниженного уровня магнитного фона изменяет циркадные ритмы, что приводит к нарушению сна. Это происходило из-за снижения выработки мелатонина — гормона гипофиза, который является основным синхронизатором физиологических процессов. Выявлено, что изменение интенсивности МП способно нарушать суточный ритм секреции мелатонина [16]. Помимо этого, исследования на дрозофилах (плодовые мушки рода Drosophila) показали, что в условиях сниженного уровня магнитного фона происходит увеличение продолжительности суточной активности [14].

Показано влияние МП на процесс регенерации. Данный эффект исследован на плоских червях — планариях Girardia sinensis и Schmidtea mediterranea. Нахождение в условиях повышенного уровня магнитного фона приводило к ускоренному восстановлению нервных клеток, что связывают со снижением уровня активных форм кислорода (то есть всех его модификаций помимо O2). Также МП интенсивностью выше геомагнитного фона способствовало увеличению скорости пролиферации [2].

Существуют исследования, посвященные изучению влияния интенсивности МП на процесс заживления кожных ран. В исследовании на крысах создавали МП интенсивностью ниже геомагнитного фона, что привело к снижению времени заживления [12].

Эффекты на клетки

Как известно, за любыми физиологическими эффектами стоят изменения в жизнедеятельности клеток. Они, в сравнении с физиологическими, еще более разнообразны и еще менее изучены (есть-таки над чем поработать!). Показано, что МП различной интенсивности оказывает влияние на морфологию (внешний вид) клеток, клеточное деление (пролиферация), белки цитоскелета, цитоплазматическую мембрану и транспорт через нее, функционирование митохондрий, а также процессы реализации генетической информации.

Имеются данные, показывающие, что в условиях повышения интенсивности магнитного фона происходит изменение морфологии мышечных клеток. Кроме того, в этих же условиях красные кровяные тельца (эритроциты) ориентируются вдоль, а клетки глиобластомы человека — перпендикулярно направлению силовых линий МП [3].

Зарегистрировано, что у клеток нейробластомы в условиях сниженного магнитного фона снижается адгезиия (по-простому — прилипание к поверхности) и, как следствие этого, подвижность [17].

Под влиянием МП клетки костной ткани, остеобласты и остеокласты, изменяют свою активность. Снижение интенсивности МП способствовало дифференцировке остеокластов [3]. В то же время, повышение интенсивности оказало ингибирующее действие на остеокласты. Таким образом, остеобласты (строители костной ткани) и остеокласты (разрушители костной ткани) реагируют на изменение интенсивности МП противоположным образом: условия сниженного магнитного фона угнетают дифференцировку остеобластов, но вызывают дифференцировку остеокластов. Напротив, МП интенсивностью выше геомагнитного способствовало дифференцировке остеобластов и ингибировало дифференцировку остеокластов [2].

МП способно оказывать влияние на цитоскелет (каркас, поддерживающий форму клеток). А именно — условия повышенной интенсивности магнитного фона способствовали выравниванию микротрубочек [18]. При нахождении в условиях повышенной интенсивности МП изменялось распределение белков цитоскелета, что приводило к нарушению сборки молекул тубулина и F‐актина [18]. На примере клеточной линии нейробластомы человека показано, что в условиях сниженной интенсивности МП происходило нарушение самосборки G-актина и, таким образом, снижение содержание F‐актина [10].

Показано, что МП способно изменять клеточную пролиферацию. Так, в условиях повышения интенсивности МП пролиферация клеток мезенхимы пульпы крысы интенсифицировалась. Следует отдельно отметить негативное влияние МП на пролиферацию раковых клеток. Замедление деления зарегистрировано у клеточных линий фиброкарциномы и нейробластомы человека в условиях сниженного магнитного фона. В другой работе показано снижение пролиферации клеточной линии карциномы носоглотки в условиях повышения интенсивности МП [3].

Литературные данные показывают, что МП влияет на структуру мембран, мембранный потенциал (разность зарядов по обе стороны мембраны), проницаемость, и транспорт через ионные каналы. Есть данные о том, что при повышении интенсивности МП происходит переориентировка фосфолипидов цитоплазматической мембраны, деформация бислоя и мембранных белков. Мембранный потенциал клетки создается и поддерживается за счет ионов Na+, K+, Cl и Ca2+. Условия сниженной интенсивности МП вызывали повышение внеклеточной концентрации Na+ и K+ в среде мезенхимальных стволовых клеток человека, что могло быть вызвано открытием ионных каналов. На примере этих же клеток показано, что условиях сниженной интенсивности магнитного фона способствовали повышению внутриклеточной концентрации Ca2+ [18].

Показано, что МП влияет на митохондрии — органеллы, в которых в процессе окислительного метаболизма глюкозы, жирных кислот и аминокислот синтезируется АТФ. Воздействие МП интенсивностью ниже геомагнитного фона вызвало нарушение морфологии митохондрий (а именно, уменьшенные кристы неправильной формы) и снижение мембранного потенциала. Влияние МП сниженной интенсивности вызвало повышение проницаемости митохондриальной мембраны. Возможной причиной такого эффекта стало высвобождение АФК, что привело к открытию транспортных пор [9]. Инкубация гибридных клеток человека и хомяка в условиях повышенной интенсивности МП сопровождалась снижением уровня АТФ и повышением продукции активных форм кислорода. В условиях сниженного уровня магнитного фона в клетках нейробластомы человека наблюдалось повышение продукции пероксида водорода и снижение активности СОД, что указывает на нарушение антиоксидантной защиты [3].

Одним из значимых эффектов действия МП на клетки является изменение экпрессии генов (интенсивность процесса перевода того или иного участка молекулы ДНК, несущего информацию о белок-кодирующем гене, с языка нуклеотидов на язык аминокислотной последовательности). Проведено исследование транскриптома клеток опухоли (нейробластомы) мозга человека после пребывания в условиях сниженного магнитного фона. Помимо этого, показано изменение экспрессии генов, ассоциированных с нервной системой, и изменение синтеза белков, которые отвечают за ответ клетки на стресс [17]. Отмечается, что при повышении интенсивности МП происходило нарушение целостности ДНК в клеточных линиях рака шейки матки (HeLa) и фибробластов легких человека. В условиях МП интенсивностью выше геомагнитного фона индуцировались двунитевые разрывы ДНК, тогда как при снижении интенсивности, напротив, наблюдалось увеличение количества очагов репарации [11]. Обнаружено, что действие МП выше уровня геомагнитного фона снижает частоту реорганизации ДНК в соматических клетках (клетках тела) мутантов Drosophila, которые не умеют репарировать (чинить) повреждения ДНКДНК-репарационных. На примере клеток нейробластомы человека (линия SH-SY5Y) продемонстрировано, что при повышении интенсивности МП происходит гиперметилирование CpG-островков, которые представляют собой участки ДНК с высоким содержанием цитозина и гуанина. В таких регионах ДНК происходит добавление ферментами «лишних» метильных групп (-CH3) к цитозиновым основаниям, которые находятся в контексте динуклеотидов CpG (цитозин-фосфат-гуанин). Этот процесс является главным эпигенетическим способом регуляции активности генов по причине изменения структуры хроматина (комплекс ДНК и белков) и доступности ДНК для транскрипции (переписывания).

На примере клеточной культуры фибробластов человека зарегистрирована экспрессия циркадных генов в условиях сниженного уровня магнитного фона [17]. У мигрирующих белоспинных кузнечиков Sogatella furcifera, выявлено изменение экспрессии генов криптохромов (cry1, cry2) в условиях сниженного магнитного фона [18].

Что же из этого следует? Основываясь на этих результатах, МП может рассматриваться как потенциальный инструмент для управления такими клеточным процессами, как транскрипция и синтез белка.

Физиологические эффекты СМП интенсивностью выше уровня геомагнитного фона: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение

Рисунок 6А. Эффекты СМП интенсивностью сверх уровня геомагнитного фона на клеточном уровне: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение.

иллюстрация автора

Физиологические эффекты СМП интенсивностью ниже уровня геомагнитного фона: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение

Рисунок 6Б. Эффекты СМП интенсивностью ниже уровня геомагнитного фона на клеточном уровне: стрелка вниз — снижение, стрелка вверх — повышение.

иллюстрация автора

Прошу обратить ваше внимание на то, что все вышеописанные эффекты на физиологические и клеточные процессы не являются строго однозначными. Возможные причины этого — сниженная воспроизводимость результатов экспериментов, нелинейность эффектов (то есть нет прямой зависимости между увеличением/снижением интенсивности и увеличением/уменьшением величины эффекта), а также сильная чувствительность регистрируемых эффектов к вариациям внешних факторов среды (коих легион). Поэтому не нужно принимать вышеописанные эффекты за чистую монету, а следует относиться к ним только как к гипотетически возможным и требующим дальнейшей экспериментальной проверки на состоятельность.

Есть эффект. А как именно это работает?

Если коротко — неизвестно. Но на самом деле кое-что известно о механизмах действия МП, но они более-менее изучены лишь в контексте специфического действия МП у птиц и бактерий [2]. Перелетные виды птиц способны воспринимать изменения МП и использовать их для навигации и ориентации по магнитному рельефу Земли. У них рецепторы МП объединены со зрительной системой [19]. Роль МП в навигации, вероятно, объясняется присутствием магнеточувствительных флавин-триптофановых радикальных пар в криптохромах сетчатки глаз (рис. 7А). Они содержат несколько остатков аминокислоты триптофана, которые могут образовывать радикальные пары (далее поясню) с флавиновым кофактором (флавинадениндинуклеотид, ФАД) посредством последовательных электронных переходов [20]. Помимо птиц, специфической магниторецепцией обладают и некоторые другие животные, такие как пчелы и черепахи. Определение того, как поведение животных изменяется при изменении интенсивности МП, требует дальнейших исследований.

Некоторые виды микроорганизмов, например, бактерия Magnetospirillum magneticum, способны к магнитотаксису (направленное движение по силовым линиям МП). Для этого у бактерий существуют особые внутриклеточные мембранные образования, магнетосомы, которые образуются в периплазматическом пространстве, а затем переносятся в цитоплазму. В этих мембранных образованиях находятся кристаллы магнетита (Fe2O3) и грейгита (Fe3S4) (рис. 7Б). Они выстраиваются и образуют цепочку — и таким образом выполняют функцию «магнитной стрелки». Вероятнее всего, такое приобретение позволяет бактериям ориентироваться в вертикальном направлении и занимать оптимальное по отношению к кислороду положение. Это оправдано, поскольку все виды магнитотаксических бактерий по отношению к кислороду являются микроаэрофилами (то есть оптимальная концентрация кислорода для их существования составляет 2–10%).

Если рассматривать неспецифическое действие МП, то все существующие механизмы не доказаны и требуют доработки. Большинство авторов сходятся на том, что наиболее вероятным механизмом неспецифического действия МП является радикально-парный механизм. Он заключается в синглет-триплетной конверсии (изменение одной формы на другую) радикальных пар (рис. 7В). Радикалы — это молекулы, которые имеют неспаренный электрон. Пары радикалов состоят из двух радикалов, которые образовались одновременно в ходе химической реакции. Радикальные пары обладают магнитными свойствами, поскольку электрон имеет такое свойство, как спин (квантово-механическая характеристика). Электрон можно условно представить как «микроскопический магнит», который обладает магнитным моментом — это физическая величина, описывающая магнитные свойства объекта. МП взаимодействует именно с магнитными моментами. Поскольку электрон заряжен и движется, вокруг него создается МП. Величина и направление МП этого «микроскопического магнита» задаются вектором магнитного момента [1]. Существуют синглетная (S) (спины разнонаправлены) и триплетная (T) (спины имеют одинаковое направление) формы радикальных пар. Они образуются в ходе химической реакции, когда происходит разрыв связи таким образом, что два электрона оказываются в разных фрагментах молекулы. Естественное состояние радикальной пары представляет собой суперпозицию (одновременное существование) синглетного и триплетного состояний. Магнитные эффекты связаны с переходами между этими состояниями. А именно, МП вызывает триплет-синглетные переходы, что изменяет спин и способность радикальной пары вступать в химические реакции. Кроме того, известно, что скорость реакций с участием свободных радикалов зависит от величины МП. Так происходит из-за того, что вероятность образования продукта из пары радикалов зависит от взаимной ориентации спинов (спинового момента), а МП влияет на вероятность ориентации [21].

Механизм магниторецепции птиц

Рисунок 7А. Механизм магниторецепции птиц.

Магнитотактическая бактерия и магнитосомы

Рисунок 7Б. Магнитотактическая бактерия и магнитосомы.

[2]

Биофизический механизм неспецифических эффектов МП

Рисунок 7В. Биофизический механизм неспецифических эффектов МП.

А почему? А потому, что… ужасно интересно все то, что неизвестно

Все возрастает число исследований такого неотъемлемого действующего на живые организмы физического фактора, как магнитное поле. Полученные экспериментальные данные [3], [12], [14], [19] показывают разнонаправленность, нелинейность, трудновоспроизводимость, а вместе с тем и значимость эффектов МП на физиологические и клеточные процессы. Для пытливого ума попытки отыскать закономерность в хаосе из этих эффектов сами по себе увлекательны. Но, кроме чистого интереса к знанию, многообещающей является возможность применения МП в клинической практике. Так, МП может стать революционным подходом в борьбе с онкологическими заболеваниями [22–24]. Это подтверждается тем, что при действии МП определенной интенсивности происходит снижение скорости деления раковых клеток и изменение многих важных процессов метаболизма клеток. Помимо этого, магнитные наночастицы потенциально могут стать высокоэффективным средством адресной доставки противоопухолевых препаратов, а также использоваться для визуализации опухолей с использованием магнитно-резонансного томографа [25], [26]. Камнем преткновения здесь является то, что эффективность применения МП для воздействия на клеточные процессы останется недостаточной, пока не будет установлен механизм его действия. Прежде всего, это касается первичного биофизического акта (это первое физико-химическое событие, которое происходит при взаимодействии МП с биологической системой и которое запускает цепь последующих биохимических и физиологических реакций; еще больше упрощая — это то, на какую именно первичную т.е. первую, молекулу действует МП и что с ней далее происходит). Поэтому для результативного развития данной области требуется разработка единой концепции воздействия МП различной интенсивности на физиологические и клеточные процессы животных и человека.

И да, если к концу прочтения данного обзора волосы на вашей голове намагнитились, а в голове произошла переполюсовка — не пугайтесь, это нормально. Магнитобиология — это непаханое поле, почва которого обещает быть плодородной. Поэтому улыбаемся и пашем...

Да будет это поле распахано!

Рисунок 8. Да будет это поле распахано!

Литература

  1. P. J. Hore, Henrik Mouritsen. (2016). The Radical-Pair Mechanism of Magnetoreception. Annu. Rev. Biophys.. 45, 299-344;
  2. David Hart. (2024). The Influence of Magnetic Fields, Including the Planetary Magnetic Field, on Complex Life Forms: How Do Biological Systems Function in This Field and in Electromagnetic Fields?. Biophysica. 4, 1-21;
  3. Xin Zhang, Kevin Yarema, An Xu Biological Effects of Static Magnetic Fields — Springer Singapore, 2017;
  4. Miroslava Sinčák, Jana Sedlakova-Kadukova. (2023). Hypomagnetic Fields and Their Multilevel Effects on Living Organisms. Processes. 11, 282;
  5. Sarah Driessen, Lambert Bodewein, Dagmar Dechent, David Graefrath, Kristina Schmiedchen, et. al.. (2020). Biological and health-related effects of weak static magnetic fields (≤ 1 mT) in humans and vertebrates: A systematic review. PLoS ONE. 15, e0230038;
  6. Бобрович О. Г. Физика: тексты лекций по дисциплине «Физика» для студентов специальности 1-48 01 02 «Химическая технология органических веществ, материалов и изделий»: в 5 ч. Ч. 3 : Магнитное поле. Электромагнитные волны. Минск: БГТУ, 2013. — 84 с.;
  7. Weronika Erdmann, Bogdan Idzikowski, Wojciech Kowalski, Bogdan Szymański, Jakub Z. Kosicki, Łukasz Kaczmarek. (2017). Can the tardigrade Hypsibius dujardini survive in the absence of the geomagnetic field?. PLoS ONE. 12, e0183380;
  8. Chernykh A., Boriseĭko A., Koval'chuk M. (2009). Shielding of the geomagnetic field in apartment houses. Gig Sanit. 5, 69–71;
  9. Ruslan M. Sarimov, Dmitriy A. Serov, Sergey V. Gudkov. (2023). Hypomagnetic Conditions and Their Biological Action (Review). Biology. 12, 1513;
  10. Xuebin Wang, Muling Xu, Bing Li, Dongfeng Li, Jinchang Jiang. (2003). Long-term memory was impaired in one-trial passive avoidance task of day-old chicks hatching from hypomagnetic field space. Chin.Sci.Bull.. 48, 2454-2457;
  11. Yu.I. Gurfinkel, O.Yu. At'kov, A.L. Vasin, T.K. Breus, M.L. Sasonko, R.Yu. Pishchalnikov. (2016). Effect of zero magnetic field on cardiovascular system and microcirculation. Life Sciences in Space Research. 8, 1-7;
  12. Zheyuan Zhang, Yanru Xue, Jiancheng Yang, Peng Shang, Xichen Yuan. (2021). Biological Effects of Hypomagnetic Field: Ground‐Based Data for Space Exploration. Bioelectromagnetics. 42, 516-531;
  13. James B. Burch, John S. Reif, Michael G. Yost. (2008). Geomagnetic activity and human melatonin metabolite excretion. Neuroscience Letters. 438, 76-79;
  14. Bin Zhang, Huimin Lu, Wang Xi, Xianju Zhou, Shiyu Xu, et. al.. (2004). Exposure to hypomagnetic field space for multiple generations causes amnesia in Drosophila melanogaster. Neuroscience Letters. 371, 190-195;
  15. Lotte E van Nierop, Pauline Slottje, Martine J E van Zandvoort, Frank de Vocht, Hans Kromhout. (2012). Effects of magnetic stray fields from a 7 Tesla MRI scanner on neurocognition: a double-blind randomised crossover study. Occup Environ Med. 69, 759-766;
  16. Yixiang Fan, Xinmiao Ji, Lei Zhang, Xin Zhang. (2021). The Analgesic Effects of Static Magnetic Fields. Bioelectromagnetics. 42, 115-127;
  17. WeiChuan Mo, Ying Liu, Perry F Bartlett, RongQiao He. (2014). Transcriptome profile of human neuroblastoma cells in the hypomagnetic field. Sci. China Life Sci.. 57, 448-461;
  18. Xunwen Xue, Yasser F. Ali, Wanrong Luo, Caorui Liu, Guangming Zhou, Ning-Ang Liu. (2021). Biological Effects of Space Hypomagnetic Environment on Circadian Rhythm. Front. Physiol.. 12;
  19. Kiminori Maeda, Alexander J. Robinson, Kevin B. Henbest, Hannah J. Hogben, Till Biskup, et. al.. (2012). Magnetically sensitive light-induced reactions in cryptochrome are consistent with its proposed role as a magnetoreceptor. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. 109, 4774-4779;
  20. Thorsten Ritz, Peter Thalau, John B. Phillips, Roswitha Wiltschko, Wolfgang Wiltschko. (2004). Resonance effects indicate a radical-pair mechanism for avian magnetic compass. Nature. 429, 177-180;
  21. Vladimir N. Binhi, Andrei B. Rubin. (2022). Theoretical Concepts in Magnetobiology after 40 Years of Research. Cells. 11, 274;
  22. Inna S. Evstigneeva. (2024). Effects of general magnetic field therapy in comprehensive medical rehabilitation on the quality of life of patients with breast cancer. Russian Journal of Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation. 23, 101-110;
  23. Рыбаков Ю.Л., Гукасов В.М., Гудков А.Г., Агасиева С.В., Горлачева Е.Н., Шашурин В.Д. (2017). Низкоэнергетическая комплексная магнитотерапия в онкологии. Медицинская Техника. — 5, 52–55 с.;
  24. Ge Zhang, Xinli Liu, Yali Liu, Shilong Zhang, Tongyao Yu, et. al.. (2023). The effect of magnetic fields on tumor occurrence and progression: Recent advances. Progress in Biophysics and Molecular Biology. 179, 38-50;
  25. Ahmed Atef Ahmed Ali, Fei-Ting Hsu, Chia-Ling Hsieh, Chia-Yang Shiau, Chiao-Hsi Chiang, et. al.. (2016). Erlotinib-Conjugated Iron Oxide Nanoparticles as a Smart Cancer-Targeted Theranostic Probe for MRI. Sci Rep. 6;
  26. Yinping Huang, Kaili Mao, Baolin Zhang, Yingzheng Zhao. (2017). Superparamagnetic iron oxide nanoparticles conjugated with folic acid for dual target-specific drug delivery and MRI in cancer theranostics. Materials Science and Engineering: C. 70, 763-771.

Комментарии

Ссылка скопирована в буфер обмена