1、生物電磁學(xué)北京理工大學(xué)生命學(xué)院唐曉英,1,第2講 生物電磁學(xué),3.1 生物電特性 3.2 電力電化作用 3.3 電刺激與組織興奮性 3.4 靜電生物效應(yīng) 3.5 生物磁現(xiàn)象 3.6 磁場(chǎng)對(duì)生物水和細(xì)胞的作用 3.7 磁場(chǎng)生物效應(yīng)概述,2,3.1 生物電特性,3.1.1 蛋白質(zhì)的偶極矩 3.1.2 生物水的電特性 3.1.3 細(xì)胞電活動(dòng)基礎(chǔ) 3.1.4 細(xì)胞的電參量 3.1.5 生物電阻抗 3.1.6 中心導(dǎo)體模型 3.1.7 生物組織的介電性質(zhì),3,生物體內(nèi)充滿(mǎn)了電荷，絕大部分電荷以離子、離子基團(tuán)和電偶極子的形式存在。 （1）組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸中有13種在水中能離解產(chǎn)生離子基團(tuán)或表現(xiàn)電偶

2、極子特性； （2）DNA大分子中的堿基和磷酸酯也存在離子基團(tuán)和偶極子； （3）生物水本身就有強(qiáng)烈的電偶極作用； （4）生物體本身還存在Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Cl-等無(wú)機(jī)離子；,4,5,3.1.1 蛋白質(zhì)的偶極矩,在組成蛋白質(zhì)的13種極性氨基酸中，根據(jù)其在水中的狀態(tài)，分為酸性、堿性、中性； （1）酸性或堿性氨基酸側(cè)鏈在不解離的狀態(tài)下也存在極性基團(tuán)而表現(xiàn)極性； （2）由氨基酸聚合成多肽鏈?zhǔn)强侩逆I聯(lián)結(jié)的，由于原子中心不重合而使肽鍵呈現(xiàn)極性，,在生物體中，水不僅提供細(xì)胞的生活環(huán)境，還在相當(dāng)程度上決定著生物大分子的構(gòu)象和功能，影響生命活動(dòng)中物質(zhì)輸運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞過(guò)程。 （1）

3、水分子具有很強(qiáng)的偶極性； （2）能與其它水分子，離子或生物大分子的極性基團(tuán)之間形成氫鍵；,6,3.1.2 生物水的電特性,7,3.1.3 細(xì)胞電活動(dòng)基礎(chǔ),生物電現(xiàn)象是生物界一種極普通的生理現(xiàn)象。細(xì)胞膜電位瞬時(shí)改變可導(dǎo)致組織興奮。細(xì)胞電位是解釋各種生物電、生物磁現(xiàn)象和效應(yīng)的基礎(chǔ)。,1、細(xì)胞靜息電位,靜息電位：指細(xì)胞未受刺激時(shí)，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。 靜息電位表現(xiàn)為膜內(nèi)帶負(fù)電而膜外帶正電的狀態(tài)，稱(chēng)為極化狀態(tài)。 各種細(xì)胞的靜息電位數(shù)值不同； 如：哺乳動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞的靜息電位為-70mV； 骨骼肌細(xì)胞為-90mV； 人的紅細(xì)胞為-10mV；,8,在細(xì)胞內(nèi)液和外液中，有Na+、K+、Cl-、Ca

4、+等各種離子和一些帶電荷的蛋白質(zhì)分子，一般細(xì)胞內(nèi)液和外液中各自正負(fù)電荷是相等的，但同一離子在細(xì)胞內(nèi)外液中濃度卻相差很大。,9,可興奮細(xì)胞靜息電位V的 Goldman-Hodgkin-Kalz方程：,生物組織可以對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)刺激達(dá)到一定閾值時(shí)，生物組織發(fā)生反應(yīng)，稱(chēng)為興奮。 在神經(jīng)和肌肉中，這種能力高度發(fā)展，主要表現(xiàn)是細(xì)胞膜的電位發(fā)生快速的改變。,10,2、細(xì)胞的動(dòng)作電位,動(dòng)作電位：當(dāng)刺激強(qiáng)度較小時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差會(huì)在短時(shí)間內(nèi)減小，減小程度與刺激電極間距的大小成反比，細(xì)胞膜電位仍是外正內(nèi)負(fù)。當(dāng)刺激強(qiáng)度超過(guò)某一閾值時(shí)，可興奮細(xì)胞的跨膜電位，在短時(shí)間內(nèi)由外正內(nèi)負(fù)變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正，達(dá)到最大值后

5、，再逐漸恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。這種短暫的電位變化，成為動(dòng)作電位。 細(xì)胞處于靜止電位時(shí)稱(chēng)為極化，極化量減小時(shí)成為去極化；,（1）去極化（2）反極化（3）復(fù)極化（4）超極化,11,動(dòng)作電位一般分為四個(gè)時(shí)相：,細(xì)胞動(dòng)作電位的產(chǎn)生，取決細(xì)胞膜兩側(cè)的電壓和膜對(duì)于特定離子，尤其是鈉、鉀離子隨時(shí)間變化的通透性。當(dāng)動(dòng)作電位發(fā)生時(shí)，細(xì)胞對(duì)于鈉、 鉀離子通透性顯著增加。,膜是由脂類(lèi)物質(zhì)構(gòu)成的，脂類(lèi)物質(zhì)在電學(xué)上近乎絕緣，但蛋白質(zhì)組分特性、構(gòu)象及膜上位置變化，造成膜兩側(cè)某種特定導(dǎo)電狀態(tài)。,12,3.1.4 細(xì)胞的電參量,膜兩側(cè)的糖和蛋白質(zhì)也往往有許多帶電的離子基團(tuán)，并且與細(xì)部?jī)?nèi)液和外液中的各種離子相互作用，形成一定厚度的

6、電荷層，相當(dāng)于一個(gè)電容器。,13,膜同時(shí)兼有電阻和電容的復(fù)合特性，在直流或極低頻率下，細(xì)胞膜阻抗較內(nèi)外液電阻高得多，電流幾乎不能進(jìn)入胞內(nèi)空間；而高頻電流時(shí)，膜阻抗相對(duì)很低，細(xì)胞內(nèi)外空間電流的分布簡(jiǎn)單地取決于內(nèi)外液電阻間的相對(duì)大小。,14,3.1.5 生物電阻抗,在低頻電流下，生物結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的電阻性質(zhì)。有的是普通的歐姆電阻，在一定范圍內(nèi)，其電壓、電流呈線(xiàn)性關(guān)系；有的呈非線(xiàn)性，其中還有對(duì)稱(chēng)性和非對(duì)稱(chēng)性。 生物阻抗和生物機(jī)體或組織體積的變化有關(guān)。,長(zhǎng)柱形細(xì)胞，如神經(jīng)軸突和肌纖維細(xì)胞，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于細(xì)胞直徑，可用電纜模型描述，用電纜方程表示。,15,3.1.6 中心導(dǎo)體模型,16,3.1.7 生物組織

7、的介電性質(zhì),電介質(zhì)在電場(chǎng)中的一個(gè)重要特征是介質(zhì)的極化現(xiàn)象。 生物組織中含有大量帶電荷的離子及各種極性分子，外電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致這些荷電離子和極性分子的某種運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出生物組織的極化現(xiàn)象。 介電常數(shù) ：表征介質(zhì)的極化程度； 生物組織的介電常數(shù)和外場(chǎng)頻率相關(guān)；,3.2 電力電化作用,3.2.1 細(xì)胞電泳 3.2.2 電熱作用 3.2.3 電化作用,17,18,3.2.1 細(xì)胞電泳,細(xì)胞電泳：當(dāng)細(xì)胞膜外表面呈現(xiàn)負(fù)電荷特性時(shí)，在外直流電場(chǎng)的作用下，細(xì)胞連同其界面吸附層一起向電場(chǎng)正極方向運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為細(xì)胞電泳。 電滲：細(xì)胞懸液中帶有正電荷的分散介質(zhì)則向電場(chǎng)負(fù)極方向移動(dòng)，稱(chēng)為電滲。 細(xì)胞電泳率：細(xì)胞在單位電場(chǎng)強(qiáng)度、單

8、位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離。,當(dāng)電流通過(guò)人體時(shí)，電流經(jīng)過(guò)的路徑如圖：,19,3.2.2 電熱作用,將不易起化學(xué)反應(yīng)的直流電極直接作用于機(jī)體時(shí)，電極附近將發(fā)生電化反應(yīng)。 在陰極： 在陽(yáng)極：,20,3.2.3 電化作用,3.3 電刺激與組織興奮性,3.3.1 興奮性 3.3.2 脈沖刺激與生物效應(yīng) 3.3.3 SMC刺激與生物效應(yīng) 3.3.4 電致生長(zhǎng)與修復(fù),21,按生理學(xué)定義： 組織興奮性 陰極興奮性1，興奮性升高； 陽(yáng)極興奮性1,興奮性下降；,22,3.3.1 興奮性,細(xì)胞或機(jī)體內(nèi)外環(huán)境的任何變化，可能引起它們的反應(yīng)，從而構(gòu)成刺激。 刺激因素有： 物理的（力、熱、聲、光、電、輻射）， 化學(xué)的（酸、堿、

9、鹽、離子）； 生物的（色素分布、血流量、含水量、激素）；,23,3.3.2 脈沖刺激與生物效應(yīng),24,用尖脈沖刺激肌肉，刺激響應(yīng)與脈沖頻率有關(guān)：,肌肉（M）對(duì)刺激頻率（S）的響應(yīng),用正弦低頻電流（1000Hz），得到正弦調(diào)制交流電流（SMC），即是脈沖電流，其具有低頻和中頻的優(yōu)點(diǎn)，是經(jīng)常采用的一種刺激源。 SMC的作用，可加強(qiáng)細(xì)胞信使RNA的合成，提高有關(guān)肌肉細(xì)胞的機(jī)能，防止肌萎縮； SMC具有明顯鎮(zhèn)痛作用，能有效治療肋間神經(jīng)痛等； SMC能改善血循環(huán)和營(yíng)養(yǎng)吸收能力，治療血循環(huán)紊亂和營(yíng)養(yǎng)失衡。,25,3.3.3 SMC刺激與生物效應(yīng),用小的直流電治療創(chuàng)傷和潰瘍，能加速傷口的愈合和修復(fù)； 直流電

10、還可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)；,26,3.3.4 電致生長(zhǎng)與修復(fù),3.4 靜電生物效應(yīng),靜電生物效應(yīng)是靜電場(chǎng)與生物相互作用，引起刺激或抑制生物生長(zhǎng)發(fā)育或致死效應(yīng)。 如 (1) 高壓靜電場(chǎng)對(duì)離體培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞及小鼠S-180細(xì)胞生長(zhǎng)有 抑制作用 (2) 靜電場(chǎng)能促進(jìn)蘿卜對(duì)礦質(zhì)元素的吸收 （3）電暈電場(chǎng)對(duì)大田作物和蔬菜生長(zhǎng)有較大影響。 （4）靜電場(chǎng)對(duì)人體生理有明顯影響。,27,3.5 生物磁現(xiàn)象,3.5.1 生物材料的磁性 3.5.2 人體磁場(chǎng),28,29,狹義生物磁學(xué):指研究不同層次生物材料所產(chǎn)生的磁場(chǎng)； 廣義生物磁學(xué)：除狹義生物磁學(xué)內(nèi)容外，還包括磁生物學(xué)，即研究外界磁場(chǎng)對(duì)生物機(jī)體在不同層次的作用所產(chǎn)生的生物

11、效應(yīng)及其相應(yīng)的作用機(jī)理； 物質(zhì)的磁性可以通過(guò)在外加磁場(chǎng)作用下的磁化過(guò)程來(lái)認(rèn)識(shí)，也可以通過(guò)測(cè)量磁性的儀器來(lái)探測(cè)。 對(duì)生物大分子的廣泛研究得知，大多數(shù)生物大分子是各相異性反磁性，少數(shù)為順磁性，極少數(shù)呈鐵磁性；,3.5.1 生物材料的磁性,30,3.5.2 人體磁場(chǎng),正常人體組織是非磁性的，磁化率小，沒(méi)有剩余的磁矩。 人體磁性的來(lái)源: （1）生物電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)； （2）由生物磁性材料產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)； （3）侵入人體內(nèi)的強(qiáng)磁性物質(zhì)產(chǎn)生的剩余磁場(chǎng),3.6 磁場(chǎng)對(duì)生物水和細(xì)胞的作用,3.6.1 磁場(chǎng)與生物體相互作用因子 3.6.2 磁場(chǎng)對(duì)生物體內(nèi)水的作用 3.6.3 磁場(chǎng)對(duì)組織細(xì)胞的作用,31,32,3.

12、6.1 磁場(chǎng)與生物體相互作用因子,磁場(chǎng)作用于生物體產(chǎn)生的效應(yīng)取決于磁場(chǎng)和生物體的某些相互作用因子。 對(duì)生物效應(yīng)有影響的磁場(chǎng)因子有:磁場(chǎng)類(lèi)型、磁場(chǎng)梯度、磁場(chǎng)的方向、作用的部位與范圍、作用時(shí)間等； 影響磁場(chǎng)作用的生物因素有：生物材料、生物體的磁性、組成、部位、種屬、機(jī)能狀態(tài)及敏感性等。 根據(jù)磁場(chǎng)的強(qiáng)度，將磁場(chǎng)的生物效應(yīng)分為：強(qiáng)磁場(chǎng)效應(yīng)，地磁場(chǎng)效應(yīng)和極弱磁場(chǎng)效應(yīng)； 10-2T的屬于強(qiáng)磁場(chǎng)； 10-7T的屬于極弱磁場(chǎng)或近零磁場(chǎng)；,33,3.6.2 磁場(chǎng)對(duì)生物體內(nèi)水的作用,經(jīng)磁場(chǎng)處理的水稱(chēng)為磁水。 外加磁場(chǎng)對(duì)水作用，可使水的比重、沸點(diǎn)、表面張力等特性發(fā)生變化。 磁場(chǎng)能使水聚體的偶極矩取向發(fā)生變化，改變?cè)?/p>

13、子核外電子的激發(fā)程度，實(shí)現(xiàn)共振。,34,3.6.3 磁場(chǎng)對(duì)組織細(xì)胞的作用,磁場(chǎng)對(duì)生物組織細(xì)胞的影響是多種多樣的。 在較高感生電勢(shì)作用下，細(xì)胞可能被擊穿，或被感生電流燒壞，或被磁矩扭曲，甚至引起細(xì)胞死亡； 另一方面，磁場(chǎng)作用亦可促進(jìn)組織細(xì)胞帶電微粒的運(yùn)動(dòng)，調(diào)整生物分子的液晶結(jié)構(gòu)，改變胞膜的通透性，促進(jìn)代謝過(guò)程，加強(qiáng)組織細(xì)胞的生長(zhǎng)；,3.7 磁場(chǎng)的生物效應(yīng),3.7.1 磁致遺傳效應(yīng) 3.7.2 磁致生長(zhǎng)（死亡）效應(yīng) 3.7.3 磁致生理生化效應(yīng) 3.7.4 磁致放大效應(yīng) 3.7.5 產(chǎn)生磁致生物效應(yīng)的條件,35,磁場(chǎng)處理導(dǎo)致生物后代發(fā)生遺傳改變的現(xiàn)象稱(chēng)為磁生物遺傳效應(yīng)，或稱(chēng)磁致遺傳效應(yīng)。,36,3

14、.7.1 磁致遺傳效應(yīng),曲線(xiàn)表明：果蠅最初幾代的發(fā)育期比未處理的對(duì)照組的平均發(fā)育期有成倍的增長(zhǎng)，而在以后的各代中，處理組的發(fā)育期逐漸縮短。,a 實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果；b 對(duì)照組平均發(fā)育期,37,3.7.2 磁致生長(zhǎng)（死亡）效應(yīng),磁場(chǎng)對(duì)生物生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老和死亡等生命過(guò)程均能產(chǎn)生影響； 例如 ： 1）海膽卵置于10-14T的超導(dǎo)體強(qiáng)磁場(chǎng)中處理2小時(shí)，其早期分裂顯著延遲； 2）強(qiáng)度高于1.4T的恒定均勻磁場(chǎng)能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)； 3）小白鼠在約10-7T的磁場(chǎng)中養(yǎng)一年后，壽命縮短6個(gè)月，并喪失生育力；,38,3.7.3 磁致生理生化效應(yīng),磁場(chǎng)作用于生物機(jī)體，可使機(jī)體的某些功能發(fā)生變化。 例如：磁場(chǎng)可以改變果蠅

15、的趨光性和活動(dòng)性；可以提高或抑制一些生物大分子的活性； 磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)物和人體作用的影響因素很復(fù)雜，具有明顯的時(shí)間積累性和滯后性。,39,3.7.4 磁致放大效應(yīng),在許多觀測(cè)到的磁場(chǎng)生物效應(yīng)中，外加磁場(chǎng)的能量常常是很小的，但產(chǎn)生的生物效應(yīng)卻往往較大，從能量的觀點(diǎn)考慮，較弱的磁場(chǎng)只是起激發(fā)作用，生物體起到能量放大作用，相當(dāng)于一個(gè)線(xiàn)性放大器，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁致生物放大效應(yīng)。,40,3.7.5 產(chǎn)生磁致生物效應(yīng)的條件,生物的磁場(chǎng)閾值 作用時(shí)間 場(chǎng)型和頻率,生物磁學(xué)（biomagnetism）是研究生物磁性和生物磁場(chǎng)的生物物理學(xué)分支。通過(guò)生物磁學(xué)研究，可以獲得有關(guān)生物大分子、細(xì)胞、組織和器官結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的信

16、息，了解生命活動(dòng)中物質(zhì)輸運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞過(guò)程中生物磁性的表現(xiàn)和作用。生物磁學(xué)研究與物理學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)和生理學(xué)、醫(yī)學(xué)等有密切關(guān)系，并在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷和治療、環(huán)境保護(hù)、生物工程等方面有廣闊應(yīng)用前景。,41,研究?jī)?nèi)容：生物物質(zhì)的磁性和生物及人體的磁場(chǎng)； 外磁場(chǎng)作為一種物理因素，與生物及人體相互作用 產(chǎn)生的生物效應(yīng)。,生物磁學(xué)發(fā)展史：史記 “齊王侍醫(yī)遂病，自煉五石服之”； 李時(shí)珍在本草綱目中記述：“慈石取鐵，如慈母之招子”，故名磁石，詳細(xì)記載了磁石形狀，制備方法和藥物作用； 公元1世紀(jì)，希臘醫(yī)生曾經(jīng)將磁石作為瀉藥，公元18世紀(jì)在巴黎建立了磁學(xué)會(huì)，19世紀(jì)，Bertrand法國(guó)動(dòng)物磁學(xué)。

17、,42,近代磁學(xué)發(fā)展史：60年代，歷史背景：工農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥業(yè)，新興科學(xué)技術(shù)， 磁場(chǎng)對(duì)生物體和人體的作用。 （1）防護(hù)有害作用，利用有益作用， （2）物理學(xué)，磁學(xué)及技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量微弱生物磁信號(hào)；超導(dǎo)量子干涉儀，磁探測(cè)儀器，核磁共振，順磁共振，穆斯堡爾效應(yīng)等； （3）生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，分子生物學(xué)，生物物理學(xué)，生物化學(xué)，分子藥理學(xué)和分子免疫學(xué)，生物人體結(jié)構(gòu)和功能，分子水平。生物磁學(xué)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由宏觀到微觀逐步發(fā)展。,43,生物磁學(xué)學(xué)會(huì)的建立：為了推廣磁療的工作，1979年在徐州召開(kāi)了全國(guó)磁療會(huì)議，1980年在長(zhǎng)沙召開(kāi)了全國(guó)磁療專(zhuān)題會(huì)議，1985年在鄭州召開(kāi)了第一屆全國(guó)生物磁學(xué)會(huì)議，

18、1987年在吉林召開(kāi)了第二屆全國(guó)生物磁學(xué)會(huì)議，1989年在北京召開(kāi)了第三屆全國(guó)生物磁學(xué)會(huì)議，1991年在上海召開(kāi)了第四屆全國(guó)生物磁學(xué)會(huì)議，等。歷屆全國(guó)性磁學(xué)會(huì)議的召開(kāi)，通過(guò)學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)了磁療和生物磁學(xué)的發(fā)展。,44,當(dāng)前生物磁學(xué)的研究和應(yīng)用主要有以下主要方面： 1.生物材料的磁性(分子，細(xì)胞，組織），微觀結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系； 2.生物和人體磁場(chǎng)的探測(cè)，心磁，腦磁和肺磁等，是醫(yī)學(xué)診斷的依據(jù)。 3.各種磁場(chǎng)的生物效應(yīng)； 4.生物磁學(xué)應(yīng)用研究，基礎(chǔ)應(yīng)用和臨床應(yīng)用（磁療）。,45,生物磁來(lái)源：,生物體在其生命活動(dòng)中能對(duì)外顯示微弱的生物磁場(chǎng)主要是因?yàn)橐韵氯齻€(gè)原因： （1）生物電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。人體神經(jīng)器

19、官和組織的活動(dòng)往往伴隨著微弱的生物電流。 （2）生物磁性材料產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)。組成活體的物質(zhì)具有微弱的磁性，它們?cè)谑艿降卮艌?chǎng)或外界磁場(chǎng)的作用下就會(huì)產(chǎn)生出微弱的磁矩，因而形成了感應(yīng)場(chǎng)。 （3）生物體內(nèi)強(qiáng)磁場(chǎng)物質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在少數(shù)生物體內(nèi)，含有微量的強(qiáng)磁性物質(zhì)（主要是Fe3O4），這種物質(zhì)能使生物體對(duì)磁場(chǎng)有敏銳的反應(yīng)。,46,47,趨磁細(xì)菌及磁小體,1975年，美國(guó)生物學(xué)家Blakemore發(fā)現(xiàn)并命名了自然界存在存在的一類(lèi)奇特的微生物趨磁細(xì)菌。,人體磁場(chǎng),人體的生物磁場(chǎng)究竟由哪些因素產(chǎn)生的，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面： （1）生物電流：由于人體在生理活動(dòng)中，體內(nèi)帶電離子發(fā)生流動(dòng)，因而形成了生物電流，

20、如腦電流、心電流、肌電流等。 （2）體內(nèi)強(qiáng)磁物質(zhì)的剩余磁場(chǎng)：當(dāng)某些強(qiáng)磁性物質(zhì)進(jìn)入人體組織器官以后，在外加磁場(chǎng)作用下被磁化，外加磁場(chǎng)去掉后而產(chǎn)生剩余磁場(chǎng)。 （3）由生物磁性材料產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)：組成人活體的物質(zhì)具有一定的磁性，稱(chēng)為“生物磁性材料”。這種材料在地磁場(chǎng)及其他外界磁場(chǎng)的作用下便產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng) （4）人體本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，普通人的經(jīng)絡(luò)及穴位點(diǎn)也可測(cè)出磁性。一般人體的磁性活動(dòng)所表現(xiàn)出來(lái)的磁場(chǎng)強(qiáng)度都很微弱。,48,外磁場(chǎng)引起的生物效應(yīng)生物磁效應(yīng),這些磁場(chǎng)生物效應(yīng)在微觀上主要有以下表現(xiàn)： 1磁場(chǎng)影響電子和離子的運(yùn)動(dòng)。生物體中的氧化和還原反應(yīng)、神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞和生物電流的主要載體都與電

21、子或離子的運(yùn)動(dòng)和傳遞有關(guān)，而磁場(chǎng)會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生洛倫茲力，影響電荷運(yùn)動(dòng)，由此影響與電荷運(yùn)動(dòng)相關(guān)的生命現(xiàn)象。 2磁場(chǎng)影響自由基和含磁性原子的蛋白質(zhì)和酶的活動(dòng)。一方面這些物質(zhì)在磁場(chǎng)中受到磁力或磁力矩作用；另一方面，當(dāng)恒定磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)同時(shí)作用時(shí)，一定條件下會(huì)產(chǎn)生磁共振。 3磁場(chǎng)影響生物膜滲透和生物代謝。如Na+、K、Cl等的受力作用，從而影響生物膜的滲透能力，對(duì)生物體內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)速度和新陳代謝均產(chǎn)生了影響。 4磁場(chǎng)影響生物發(fā)育和遺傳。例如， 含有生物遺傳密碼信息的DNA便含有高鍵能 的共價(jià)鍵和較低能的氫鍵。,49,磁與生活和健康,1、電磁強(qiáng)度與生活環(huán)境 2、磁場(chǎng)對(duì)生物的影響 3、磁療的作用 磁療

22、就是用來(lái)改善不良的人體電流分布和磁分布,50,一、物質(zhì)的磁性,二、生物物質(zhì)的磁性和生物磁場(chǎng),三、磁場(chǎng)的生物效應(yīng),四、磁場(chǎng)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（磁療）,51,一、 磁介質(zhì)的分類(lèi),物質(zhì)的磁性,磁介質(zhì)能與磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用的物質(zhì),磁化磁介質(zhì)在磁場(chǎng)作用下所發(fā)生的變化,（1）順磁質(zhì),（3）鐵磁質(zhì),（2）抗磁質(zhì),（4）超導(dǎo)體,根據(jù) 的大小和方向可將磁介質(zhì)分為四大類(lèi),附加磁場(chǎng),52,二.順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化,分子磁矩,電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng),電子本身自旋,順磁質(zhì)及其磁化,分子的固有磁矩不為零,無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各不相同,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。,53,有外磁場(chǎng)時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩的作用，使分

23、子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)的方向。,分子磁矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和外磁場(chǎng)方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)增強(qiáng)。,54,抗磁質(zhì)及其磁化,分子的固有磁矩為零,在外磁場(chǎng)中，抗磁質(zhì)分子會(huì)產(chǎn)生附加磁矩,電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)電子本身自旋,外磁場(chǎng)場(chǎng)作用下產(chǎn)生附加磁矩,電子的附加磁矩總是削弱外磁場(chǎng)的作用。,抗磁性是一切磁介質(zhì)共同具有的特性。,55,1、相對(duì)磁導(dǎo)率 r,三、相對(duì)磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率,2、磁導(dǎo)率,真空中 r=1,順磁質(zhì) r 1 抗磁質(zhì) r1,56,一些物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率r,物質(zhì), r,順磁質(zhì),鋁,氧（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）,空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）,鉑,抗磁質(zhì),銻,銅,水,氫,鐵磁質(zhì),鑄鋼,硅鋼,純鐵,坡莫合金,1+0.2110-4,

24、1+17.9 10-7,1+3.6 10-7,1+2.9 10-4,1-7.0 10-5,1-0.94 10-5,1-0.88 10-5,1-0.21 10-6,5002200,7000（最大值）,1800（最大值）,100000（最大值）,57,1、鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律,裝置：環(huán)形螺繞環(huán); 鐵磁質(zhì)Fe,Co,Ni及 稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化,實(shí)驗(yàn)測(cè)量B,如用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量 或用小線(xiàn)圈在縫口處測(cè)量；,由 得出 曲線(xiàn),鐵磁質(zhì)的 不一定是個(gè)常數(shù)， 它是 的函數(shù),四、 鐵磁質(zhì),原理:勵(lì)磁電流 I; 用安培定理得H,58,59,B的變化落后于H，從而具有剩磁，即磁滯效應(yīng)。每個(gè)H對(duì)應(yīng)不同的B與磁化

25、的歷史有關(guān)。,磁滯回線(xiàn)-不可逆過(guò)程,在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的 磁滯損耗與磁滯回線(xiàn)所包圍的面積成正比。,鐵磁體于鐵電體類(lèi)似；在交變場(chǎng)的作用下，它的形狀 會(huì)隨之變化，稱(chēng)為磁致伸縮（10-5數(shù)量級(jí)）它可用做 換能器，在超聲及檢測(cè)技術(shù)中大有作為。,60,二、磁 疇,根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存在很強(qiáng)的“交換耦合作用”，使得在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。 這些區(qū)域稱(chēng)為“磁疇”,多晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖,61,顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形,62,純鐵,硅鐵,鈷,三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇,63,Si-Fe單晶 (001)面的 磁疇

26、結(jié)構(gòu),箭頭表示 磁化方向,64,臨界溫度(鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)) 每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾判浴?不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度 如：鐵為 1040K，鈷為 1390K， 鎳為 630K,用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。,65,3. 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。,鐵磁質(zhì)的特性,2. 有很大的磁導(dǎo)率。 放入線(xiàn)圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)102 104倍。,4.溫度超過(guò)居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。,1. 磁導(dǎo)率不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線(xiàn) 圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 B 和H 不是線(xiàn)性關(guān)系

27、。,66,鐵磁質(zhì)的應(yīng)用,(1)作變壓器的軟磁材料。 純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。,r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力(Hc)小，磁滯回線(xiàn)的面積窄而長(zhǎng)，損耗小（HdB面積?。?還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。,67,(2)作永久磁鐵的硬磁材料,鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金,(3)作存儲(chǔ)元件的矩磁材料,Br=BS ，Hc不大，磁滯回線(xiàn)是矩形。 用于記憶元件，當(dāng)+脈沖產(chǎn)生HHC使磁芯呈+B態(tài)，則脈沖產(chǎn)生H HC使磁芯呈 B態(tài)，可做為二進(jìn)制的兩個(gè)態(tài)。,矯頑力(Hc)大（102A/m)，剩磁Br大 磁滯回線(xiàn)的面積大，損耗大。,還用于磁電式電表

28、中的永磁鐵。 耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。,錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體,68,生物物質(zhì)的磁性和生物磁場(chǎng),從生物大分子、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)以及整體，每一層次都表現(xiàn)出不同的磁性，有些生物材料本身所特有，有些是生命活動(dòng)中產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，有些是由外源性的磁性物質(zhì)所引起的。,一、生物磁性的來(lái)源,1、生命材料中含有順磁性物質(zhì),過(guò)渡元素（Fe、V、Mn、Co、Mo）的生物材料,（1）Fe、血紅蛋白、肌蛋白和鐵蛋白；（2）含Co的維生素B12；（3）含Cu血藍(lán)蛋白和肝紅蛋白。,69,2、生命活動(dòng)產(chǎn)生的生物電,電活動(dòng)，新陳代謝，能量與物質(zhì)交換，信息傳遞，電子離子轉(zhuǎn)運(yùn)，大腦調(diào)控，肌肉運(yùn)動(dòng)，心臟運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作電位，生

29、物電導(dǎo)致了磁場(chǎng)。,3、侵入人體的外源性鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生剩磁場(chǎng),四氧化三鐵 肺部吸入粉塵 胃腸 磁化,4、其他,生化反應(yīng)過(guò)程形成的自由基，產(chǎn)生了順磁性物質(zhì)，電子自旋,生物磁場(chǎng)都很弱,70,71,二、微弱磁場(chǎng)檢測(cè)方法技術(shù),地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度約為0.5G，城市中的各種磁噪聲也十分嚴(yán)重，可達(dá)0.005G，在這樣強(qiáng)的磁噪聲中要測(cè)量十分微弱的生物磁信號(hào)，必須有高度靈敏的磁強(qiáng)計(jì)和良好的磁屏蔽室，以防止周?chē)h(huán)境的噪聲干擾。由于這些條件的限制。使得對(duì)生物磁信號(hào)的研究進(jìn)展行很緩慢。直到60年代后期，隨著測(cè)量技術(shù)的不斷的發(fā)展，陸續(xù)研制出了一系列的測(cè)量手段，如感應(yīng)線(xiàn)圈式磁強(qiáng)計(jì)，磁通門(mén)式磁強(qiáng)計(jì)，超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）磁強(qiáng)

30、計(jì)，空間鑒別技術(shù)，交流屏蔽和空間鑒別技術(shù)發(fā)展。,72,1、鐵磁屏蔽,對(duì)直流磁場(chǎng)的屏蔽相當(dāng)困難，采用高磁導(dǎo)率的磁性材料制成屏蔽體,影響屏蔽效率因素： （1）鐵磁材料的磁導(dǎo)率，越高越好； （2）屏蔽體厚度，越厚越好； （3）容積，越小越好； （4）層數(shù)，越多越好。 麻省理工學(xué)院，26層磁屏蔽室，成本相當(dāng)昂貴,2、空間鑒別技術(shù),即一次微商梯度儀或二次，相互抵銷(xiāo)（磁源，地磁，干擾磁）,73,梯度儀是由兩個(gè)相隔很近、同樣的線(xiàn)圈反向串接而成，當(dāng)兩線(xiàn)圈所處磁場(chǎng)不均勻時(shí)，才有磁通通過(guò)，從而引起超導(dǎo)環(huán)內(nèi)的磁通發(fā)生相應(yīng)的變化；而在均勻磁場(chǎng)時(shí)是不靈敏的，從而可以抵銷(xiāo)干擾磁場(chǎng)，測(cè)量人體磁場(chǎng)。,3、“渦旋電流”式磁屏蔽

31、與空間鑒別技術(shù),用高磁導(dǎo)率金屬材料制成屏蔽體，可使外界交流磁場(chǎng)在該屏蔽體內(nèi)產(chǎn)生渦旋電流，設(shè)法使該渦旋電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外界交流磁干擾相互抵銷(xiāo)，一般用鋁制成。,4、磁通門(mén)式磁強(qiáng)計(jì)和超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）,超導(dǎo)量子干涉儀是一個(gè)磁電變換器，由磁通量變化轉(zhuǎn)變成電量的變化，由于靈敏度極高，故可以記錄人體磁場(chǎng)。,74,75,SQUID磁強(qiáng)計(jì)組成： 1、SQUID本身，被密封在一個(gè)超導(dǎo)屏蔽的小盒內(nèi)，可對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行部分屏蔽； 2、檢測(cè)線(xiàn)匝，用來(lái)探測(cè)磁場(chǎng)； 3、杜瓦瓶，內(nèi)盛液氮。,測(cè)量微弱的幾種技術(shù)(Gs),76,三、生物物質(zhì)磁性與其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系,大多數(shù)生物大分子具有各向異性的抗磁性 少數(shù)表現(xiàn)為順磁性（

32、過(guò)渡金屬離子），自由基 極少數(shù)生物大分子（含有鐵的氧化物）表現(xiàn)為鐵磁性,1、生物分子的抗磁性,生物分子在磁場(chǎng)中發(fā)生與磁場(chǎng)反向的運(yùn)動(dòng)（取向）,（1）葉綠素 1T 垂直時(shí)，效應(yīng)最大，平行時(shí)，效應(yīng)最小 （2）雜環(huán)聚核苷酸鏈組成的堿基對(duì)（DNA）在10T DNA分子的縱軸向磁場(chǎng)的垂直方向取向。,2、生物材料順磁性,（1）磁化率與其結(jié)構(gòu)和功能間有許多信息，如蛋白質(zhì)、酶功能活動(dòng) （2）肝 鐵 血色病 重型地中海貧血等,77,3、順磁共振、核磁共振、穆斯堡爾譜儀應(yīng)用于生物材料研究,探測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),靈敏度高、選擇性好、可研究動(dòng)態(tài)和瞬變過(guò)程,78,79,四、生物和人體磁場(chǎng),1、心磁場(chǎng)和心磁圖MCG,1963

33、年，鮑萊（Baule）等人第一次探測(cè)到心磁場(chǎng) 1970年，科恩（Cohen）用SQUID記錄到心磁圖,（1）心磁圖與心電圖相比，對(duì)某些疾病的診斷，有更大的優(yōu)越性，靈敏度和準(zhǔn)確度都高，可得到更多關(guān)于心臟活動(dòng)異常和病變的信息；,（2）如對(duì)左心室肥厚和高血壓病的正確診斷率可達(dá)40%55%，而心電圖只有14%20%； （3）能測(cè)出肌肉、神經(jīng)等組織損傷所產(chǎn)生的直流電磁場(chǎng)，故對(duì)早期心肌梗死可及早作出診斷； （4）可檢測(cè)到胎兒的心臟功能（3035周）；,80,2、神經(jīng)磁場(chǎng)和腦磁圖MEG,1968年科恩（Cohen）首次在頭顱的枕部測(cè)到與腦電圖相對(duì)應(yīng)的自發(fā)腦磁圖（MEG）,磁探測(cè)器直徑較小，可在頭部任意移動(dòng)，

34、以及有磁場(chǎng)和電流源的明確對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以較準(zhǔn)確地探測(cè)到腦的某一局部區(qū)域的磁場(chǎng)變化，空間分辨率達(dá)到23mm，深度5cm，對(duì)中樞神經(jīng)生理學(xué)和醫(yī)學(xué)診斷有重要意義。 目前用腦磁圖來(lái)確定癲癇病人的病灶明顯優(yōu)于腦電圖,3、肌磁場(chǎng)和肌磁圖MMG,可以在不同部位和不同距離測(cè)量肌磁場(chǎng)，由此可更準(zhǔn)確地得到相關(guān)的體電流分布，可以測(cè)到由于肌肉損傷產(chǎn)生的恒磁場(chǎng)或慢變化磁場(chǎng)，這些都是肌電圖所做不到的。,81,4、肺磁場(chǎng)和肺磁圖,原因是外源性，剩余磁 肺磁場(chǎng)的強(qiáng)度與分布與肺不同部位沉積的鐵磁性微粒的濃度有某種相關(guān)性,5、生物和人體磁場(chǎng)的特點(diǎn),（1）生物磁場(chǎng)的探測(cè)可以不與生物體直接接觸，避免了與被測(cè)對(duì)象接觸而引起的電磁 干擾；

35、 （2）生物電測(cè)量的電位變化，多為大范圍電活動(dòng)的綜合表現(xiàn)，而生物磁場(chǎng)的測(cè)量在探頭尺寸允許的精度內(nèi)，可以分辨到mm尺度的電磁變化； （3）生物電測(cè)量只能得到相對(duì)的電位變化信號(hào)，而生物磁場(chǎng)測(cè)量能得到交變和恒定的磁場(chǎng)數(shù)值；,82,（4）由于磁探頭可在空間任意移動(dòng)，改變位置和方向，因而能得到三維的磁場(chǎng)分布圖，所以能較準(zhǔn)確地了解機(jī)體內(nèi)部的磁場(chǎng)源和活動(dòng)細(xì)節(jié)； （5）磁場(chǎng)探測(cè)是非損傷性技術(shù)，更宜于臨床使用； 當(dāng)然與細(xì)胞水平的生物電測(cè)量，也有其局限性,83,第三節(jié) 磁場(chǎng)的生物效應(yīng),產(chǎn)生生物效應(yīng)的兩個(gè)因子：磁場(chǎng)因子和機(jī)體因子,磁場(chǎng)因子有磁場(chǎng)類(lèi)型，強(qiáng)度，均勻性，方向，作用時(shí)間 機(jī)體因子有機(jī)體的磁性，機(jī)體的組成，機(jī)

36、體部位和敏感性,各種類(lèi)型磁場(chǎng)的生物效應(yīng) 不同生物層次的生物效應(yīng),（一）磁場(chǎng)因子,1、磁場(chǎng)類(lèi)型,可分為恒磁碭 和變磁場(chǎng)，變磁又分為高頻、低頻、連續(xù)變化和脈沖變化，各種不同磁場(chǎng)產(chǎn)生生物效應(yīng)不同，原因不同,如低頻有刺激作用，高頻沒(méi)有,84,2、磁感應(yīng)強(qiáng)度,引起生物效應(yīng)有磁閾值，與磁強(qiáng)不是線(xiàn)性關(guān)系，磁強(qiáng)小是刺激作用，大到一定程度是抑制作用，與磁強(qiáng)梯度有關(guān)，生物效應(yīng)是由磁場(chǎng)變化引起的。,3、磁強(qiáng)的均勻性,電子順磁共振和核磁共振要求均勻度達(dá)到百萬(wàn)分之一，穩(wěn)定度達(dá)億分之一，均勻與否產(chǎn)生的生物效應(yīng)也不同。,4、磁場(chǎng)的方向,磁場(chǎng)是有方向的矢量，當(dāng)其方向和機(jī)體某一結(jié)構(gòu)或過(guò)程的方向的夾角變動(dòng)時(shí)，生物效應(yīng)將隨之而變，

37、有時(shí)最大，有時(shí)沒(méi)有。,85,5、磁場(chǎng)的作用時(shí)間,累積效應(yīng)，短時(shí)間刺激作用，長(zhǎng)時(shí)間累積作用,（二）機(jī)體因子,（1）機(jī)體的磁性,（2）機(jī)體的組成,含有下列成分（鐵磁微粒、正負(fù)離子、永磁偶極子、非球形抗磁或順磁微粒、自由基）之一的機(jī)體，才可能說(shuō)明它和磁場(chǎng)相互作用機(jī)制，也有較明顯的生物效應(yīng)，其他雖可發(fā)生生物效應(yīng)，但機(jī)制多半不明。,（3）機(jī)體部位和敏感度,小動(dòng)物整體處于磁場(chǎng)中，按神經(jīng)、內(nèi)分泌、感覺(jué)器官、心血管，血液、消化、肌肉、排泄、呼吸、皮膚和骨,86,局部作用于機(jī)體時(shí)，通過(guò)血液循環(huán)，其下是消化、神經(jīng)、呼吸、泌尿系統(tǒng)。此外，局部作用時(shí)，既引起局部變化，沒(méi)受到作用的系統(tǒng)也有應(yīng)答，這說(shuō)明機(jī)體的調(diào)節(jié)（神經(jīng)、

38、內(nèi)分泌）至少參與了生物效應(yīng)的產(chǎn)生。,（三）生物效應(yīng),磁場(chǎng) 從開(kāi)始作用到看到機(jī)體的生物效應(yīng)，一般有一段時(shí)間，其主要原因是產(chǎn)生生物效應(yīng)的磁場(chǎng)必須同時(shí)同方向地作用一段時(shí)間，機(jī)體才發(fā)生明顯的生物效應(yīng)。,87,一、各種類(lèi)型磁場(chǎng)的生物效應(yīng),1、地磁場(chǎng)的生物效應(yīng),地磁是生物和人的環(huán)境物理因素，有些生物利用地磁發(fā)揮一定的生理功能，且當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)發(fā)生劇烈變化時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)生理狀態(tài)的改變。,（1）生物的向磁性和導(dǎo)航作用,A）感知地磁的物質(zhì)或器官，鴿子，猴鳥(niǎo)，鰻魚(yú)和蝸牛 海豚等都含有四氧化三鐵，鐵顆粒，鐵蛋白，有天然剩磁,B）細(xì)菌沿地磁方向游動(dòng)的本領(lǐng),C）人鼻竇壁（5微米處）有一層鐵質(zhì)層，它具有三種功能：是存儲(chǔ)鐵組織的場(chǎng)

39、所，與磁感覺(jué)有關(guān)，有助于骨的生長(zhǎng)和復(fù)原,88,人體本身是個(gè)磁 體，因些也有兩極，人站立時(shí)，頭和上身是N極，下身和腳是S極；人平臥時(shí)，右側(cè)是N極，左側(cè)是S極；人正面是N極，背面是S極。 在自然定律有所謂穩(wěn)態(tài)平衡，即此時(shí)物體最穩(wěn)定，人睡覺(jué)時(shí)，頭朝北腳朝南，人體處于平衡，輕微的擾動(dòng)不會(huì)影響睡眠深度，反之，人體處于不穩(wěn)定平衡，稍一攪動(dòng)，就會(huì)失去平衡，睡得不安穩(wěn)，甚至煩躁；產(chǎn)婦臨盆時(shí)，若頭朝北，則分娩會(huì)順利些，老人臨終時(shí)，若頭朝北，會(huì)安然離去。,D）植物的生長(zhǎng)與地磁有關(guān)，在S極下，青土豆比附近的成熟快些,2、地磁場(chǎng)變化引起的生物效應(yīng),月球也是磁體，海水受吸而生潮，人體70%是水，而水又是抗磁體，當(dāng)然會(huì)受

40、到月球磁場(chǎng)的影響，滿(mǎn)月時(shí)因地磁起伏而流得快些，瘋子在滿(mǎn)月時(shí)，病情會(huì)加重，原發(fā)性高血壓與地磁變化有關(guān)。,89,在新月滿(mǎn)月禁食是合乎科學(xué)的，因有助于減少體液和維持平衡。,地磁起伏主要來(lái)源于太陽(yáng)的耀斑和黑子的活動(dòng)，它們?cè)诘厍蛏弦鸫疟S耀斑和黑子的大小，磁暴可維持幾小時(shí)到幾天，起伏達(dá)0.005G，當(dāng)?shù)卮叛杆倨鸹蛎}動(dòng)時(shí)，常見(jiàn)心臟病發(fā)作，脈動(dòng)磁場(chǎng)還對(duì)腦電波起作用，攪亂其心理因素，體內(nèi)生物電勢(shì)也被攪動(dòng)，此外暴風(fēng)雨也使地磁起伏。,2、恒定磁場(chǎng)的生物效應(yīng),強(qiáng)磁場(chǎng) B0.01T 均勻強(qiáng)磁強(qiáng) 梯度場(chǎng),（1）恒定均勻強(qiáng)磁場(chǎng)的生物效應(yīng),A）細(xì)菌 B1.4T 能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)； B）海膽卵 1014T 2小時(shí) 早期分

41、裂受到顯著的延遲； C）果蠅 0.010.15T 畸變不明顯， 0.30.4T畸變迅速增加；,90,D）小鼠 0.4T 肝臟氧化酶活性變化，尿中鉀、鈉離子增加，腎上腺病理變化，1014T，1小時(shí)，無(wú)變化，與作用時(shí)間有關(guān)；,E）血凝速率：紅細(xì)胞在0.005、0.004、0.5分別增加21%、25%、30%,（2）恒定梯度磁場(chǎng)的生物效應(yīng),與均勻磁場(chǎng)比，影響更顯著,A）果蠅 1014T 12小時(shí) 未見(jiàn)蛹蟲(chóng)顯著變化；0.4T/mm 2.2T，1小時(shí) 果蠅蛹幾分鐘后就死亡，5%10%成蟲(chóng)畸變； B）腫瘤小白鼠 0.1T/mm 0.240.48T 增長(zhǎng)緩慢，15天停止，22天開(kāi) 始縮小，27天消失，磁療醫(yī)

42、治腫瘤成為可能。,91,3、極弱磁場(chǎng)的生物效應(yīng),A）雞胚胎組織 5*10-9 T 4天 未見(jiàn)影響； B）小白鼠 1*10-7 T 一年，壽命縮短6個(gè)月，而且不可能再生育； C）酶的活性有降低趨勢(shì)； D）海軍5*10-8 T 14天，生理心理無(wú)變化， 磁致壓眼閃光,4、交變磁場(chǎng)的生物效應(yīng),生物電流效應(yīng),1）磁致壓眼閃光， 0.01T 與頻率有關(guān)，2030Hz最顯著； 2）青蛙視網(wǎng)膜： 0.02T 20Hz視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)的電活動(dòng)，延遲5ms; 3）抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)，60Hz、600Hz 0.002T與頻率有關(guān)，越大越顯著； 4）Yc-8淋巴瘤細(xì)胞 2000Hz時(shí)生長(zhǎng)快，60Hz旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)生長(zhǎng)變慢；,

43、92,5）50Hz、0.02T大、小白鼠，增強(qiáng)對(duì)感染的抵抗能力，血中類(lèi)固醇、白細(xì)胞數(shù)目提高； 6）豚鼠50Hz 0.02T 生理功能改變 一個(gè)月后復(fù)原,二、磁場(chǎng)對(duì)不同生物層次的效應(yīng),1、磁場(chǎng)對(duì)生物大分子和細(xì)胞的效應(yīng),1）磁場(chǎng)能影響生物大分子的空間構(gòu)象、活性和功能 0.30.4T 0.02T/mm創(chuàng)傷愈合實(shí)驗(yàn) 成纖維細(xì)胞的增殖和纖維化兩種作用下降， DNA合成下降，s-37腫瘤細(xì)胞 0.37T 13小時(shí) 磁場(chǎng)能影響一些蛋白質(zhì)和酶的活性、生化、生理功能 如胰蛋白酶 1.5T 活性增強(qiáng),2）磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的生物效應(yīng),93,影響細(xì)胞的形態(tài)和機(jī)能，DNA合成下降，正常和腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)受到抑制,2、磁場(chǎng)對(duì)生物

44、組織和器官的生物效應(yīng),（1）磁場(chǎng)對(duì)心血管系統(tǒng)的作用,A）磁場(chǎng)對(duì)治療血小板減少性紫斑，再生障礙性貧血有一定療效,例：正常人 全血 B=0.05T 30min，白細(xì)胞部分凝血活酶時(shí)間（KPTT），凝血酶原時(shí)間（PT），凝血酶時(shí)間（TT）和紅細(xì)胞壓積，全血粘度。 結(jié)論：KPTT縮短，全血粘度降低，比一些常用活血瘀藥更顯著。,B）磁場(chǎng)對(duì)心臟功能影響的實(shí)驗(yàn),94,T波隨B的增大而顯著增大，原因可能是主動(dòng)脈血流產(chǎn)生磁致附加電勢(shì)，心率無(wú)變化，血壓無(wú)變化，核磁共振對(duì)心臟無(wú)直接損害。,（2）磁場(chǎng)對(duì)消化器官的作用,A）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 0.080.1T 作用于動(dòng)物腹部，家兔小腸運(yùn)動(dòng)振幅明顯受抑制； B）小鼠腸蠕動(dòng)和吸收功

45、能實(shí)驗(yàn) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（0.15T) 20分鐘， 結(jié)論是加快蠕動(dòng)，加快吸收； C）磁化的口服補(bǔ)液鹽（MORS）抑制腸胃推進(jìn)運(yùn)動(dòng)，鈣離子濃度下降。,（3）磁場(chǎng)對(duì)其他器官和系統(tǒng)的作用,A）鎮(zhèn)痛作用,95,永磁片（0.150.25T)貼在大腿外側(cè)，效果好于醋酸和電刺激，對(duì)疼痛反映時(shí)間作為指標(biāo)，結(jié)論是：有鎮(zhèn)痛作用，隨B的增加效果增強(qiáng)；原因可能是對(duì)神經(jīng)末梢對(duì)外界刺激的感應(yīng)性減弱，減少了感覺(jué)神經(jīng)活動(dòng)的傳導(dǎo)。,B）對(duì)腦電波的影響,N衰弱， 0.18T 腦部， 波、節(jié)律消失。,C）消炎作用,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有明顯的降低炎癥，減少介質(zhì)的致炎作用； 磁場(chǎng)能阻御急性滲出過(guò)程和促進(jìn)腫脹吸收過(guò)程。,96,3、關(guān)于人體接觸磁場(chǎng)的安全問(wèn)

46、題,副作用：植物神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)，頭暈，記憶力下降，失眠，情緒欠佳，易疲勞。特點(diǎn)：時(shí)間累積性，滯后性。,短時(shí)間，小于2T不會(huì)危害,防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：最大暴露小于2T； 恒磁小于500mT; 時(shí)變 7.5mT 50Hz 1h 18mT 8h 2T 45T 只能幾分鐘 核磁共振儀 B2T 3T/s,措施：距離和時(shí)間 磁屏,97,三、磁場(chǎng)生物效應(yīng)微觀機(jī)理探討,1、對(duì)電子傳遞的影響,原因：（1）氧化還原反映，血紅素受到磁場(chǎng)的影響； （2）生物半導(dǎo)體效應(yīng)，葉綠素進(jìn)行光合作用，光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,2、對(duì)自由基活動(dòng)的影響,在下列過(guò)程中（植物的光合作用，種子的發(fā)芽，動(dòng)物和人的致癌，輻射損傷，衰老的過(guò)程等）都伴隨著自由基的產(chǎn)

47、生，轉(zhuǎn)移和消失。自由基具有較大的化學(xué)活性，它所帶未抵銷(xiāo)的電荷和自旋磁矩受到洛侖茲力、力矩的作用。,3、對(duì)生物膜通透性的影響,98,磁場(chǎng)影響鈉、鉀、鈣等離子，在生物膜中的運(yùn)輸（主動(dòng)、被動(dòng)），新陳代謝，能量傳輸，與生化、生理、生物電相關(guān)過(guò)程。,（）對(duì)蛋白質(zhì)和酶活性的影響,順磁質(zhì)，影響酶的活性參與的新陳代謝,（）對(duì)遺傳基因的影響,磁場(chǎng)對(duì)人體作用機(jī)制的幾種理論,（一）電動(dòng)力學(xué)理論,一切磁現(xiàn)象都是由于運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的，磁現(xiàn)象的本質(zhì)就是電荷的運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)對(duì)電荷，一磁場(chǎng)對(duì)另一磁場(chǎng)，都會(huì)產(chǎn)生作用力。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生勞倫茲力，對(duì)載流導(dǎo)體產(chǎn)生安培力；磁場(chǎng)能改變?cè)雍头肿拥能壍来啪睾妥孕啪氐姆较?；通過(guò)電磁感應(yīng)作用

48、，磁場(chǎng)還能使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,99,1.產(chǎn)生微電流人體各種體液都是電解質(zhì)溶液，屬于導(dǎo)體，在交變磁場(chǎng)中，磁力線(xiàn)做切割導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)，將產(chǎn)生感生電流；隨著心臟的收縮與舒張，血管也不停地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而且血液也是不斷地在流動(dòng)，所以雖是恒定磁場(chǎng)，由于血管和血流的運(yùn)動(dòng)，對(duì)磁力線(xiàn)進(jìn)行切割，也將在體內(nèi)產(chǎn)生電流。進(jìn)行磁療所產(chǎn)生的感生電流是很弱小的，即微電流。微電流的產(chǎn)生可對(duì)體內(nèi)生物電活動(dòng)發(fā)生影響，從而影響各器官各組織的代謝和功能。例如，在交變磁場(chǎng)作用下，Na+、K+、C1等離子的活動(dòng)能力加強(qiáng)，改變了膜電位，增強(qiáng)細(xì)胞膜的通透性，促進(jìn)細(xì)胞膜內(nèi)外物質(zhì)的交換等。,100,2.磁場(chǎng)對(duì)生物電的作用人體內(nèi)有各種生物電流

49、，如心電、腦電、肌電和神經(jīng)動(dòng)作電位等。生物電是生理活動(dòng)的重要組成部分。在磁場(chǎng)作用下，生物電流將受到磁場(chǎng)力的作用，即磁場(chǎng)將對(duì)生物電流的分布、電荷運(yùn)動(dòng)形式及其能量狀態(tài)發(fā)生作用，因而引起有關(guān)組織器官的功能發(fā)生相應(yīng)的變化。此外，生物體的氧化還原反應(yīng)過(guò)程中，發(fā)生電子的傳遞；磁場(chǎng)可能對(duì)電子傳遞過(guò)程產(chǎn)生作用而影響生化反應(yīng)過(guò)程。,101,（二）酶學(xué)說(shuō),酶是在細(xì)胞內(nèi)生成的，其化學(xué)本質(zhì)屬于蛋白質(zhì)的生物催化劑。有些酶類(lèi)的催化活性，除了蛋白質(zhì)部分外，還需要金屬離子，即金屬離子是酶活性中心的組成部分。有些酶的分子中雖不含有金屬，但需要金屬離子激活。例如，許多磷酸移換酶需要Mg+，許多水解肽鍵的酶需要Co+、Mn+、Mg

50、+或Zn+的激活，才轉(zhuǎn)變成具有活性的酶。此外，Na+K+、Ca+、Cu+等十余種陽(yáng)離子及一些陰離子（C1）等均對(duì)某些酶具有激活作用。磁場(chǎng)可能通過(guò)對(duì)上述金屬離子和非金屬離子的作用影響酶的催化活性，而對(duì)人體產(chǎn)生作用。有人認(rèn)為磁場(chǎng)有鎮(zhèn)靜止痛、降低血壓和減輕炎癥反應(yīng)等作用，同磁場(chǎng)提高膽鹼酯酶、單胺氧化酶、組胺酶和激肽酶的活性有關(guān),102,（三）經(jīng)穴作用,許多疾病的磁療是用于穴位而產(chǎn)生療效。例如磁片貼敷大椎、肺俞、膻中治療喘息性支氣管炎，旋磁作用神閾，有顯著止瀉療效等。現(xiàn)代儀器檢查證實(shí)，穴位經(jīng)絡(luò)存在電活動(dòng)現(xiàn)象。例如，穴位比周?chē)つw有較高的電位。當(dāng)某臟器功能亢進(jìn)時(shí)，相應(yīng)經(jīng)絡(luò)穴位的皮膚電位增高或電阻值下降；

51、當(dāng)某器官活動(dòng)功能減弱時(shí)，相應(yīng)經(jīng)絡(luò)穴位的皮膚電位也隨之降低，而電阻值則升高。因此推測(cè)阻值則升高。因此推測(cè)，磁場(chǎng)可能影響經(jīng)絡(luò)的是電磁活動(dòng)過(guò)程而起機(jī)能調(diào)節(jié)作用。,103,（四）神經(jīng)內(nèi)分泌作用,磁場(chǎng)作用于全身時(shí)，各系統(tǒng)參與反應(yīng)的程度可按下列順序排列：神經(jīng)，內(nèi)分泌、感覺(jué)器官、心血管、血液、消化、肌肉、排泄、呼吸、皮膚、骨。神經(jīng)和體液系統(tǒng)對(duì)磁場(chǎng)的作用最為敏感，即機(jī)體對(duì)磁場(chǎng)作用的反應(yīng)中，神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)起重要作用。在磁場(chǎng)作用時(shí)，神經(jīng)既能參與原始反應(yīng)的快速感受系統(tǒng)，也參與其緩慢感受系統(tǒng)。當(dāng)弱磁場(chǎng)作用較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，也能引起緩慢系統(tǒng)的反應(yīng)。內(nèi)分泌系統(tǒng)也明顯參與機(jī)體對(duì)磁場(chǎng)作用的反應(yīng)。在磁場(chǎng)作用下，觀察到動(dòng)物某些激素分

52、泌增加。,104,磁場(chǎng)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,一、磁療,患處 穴位 永磁片貼敷 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 電磁場(chǎng)綜合作用,1、治療各種炎癥和外科損傷,急性扭損傷，腰肌勞損，風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，關(guān)節(jié)炎，皮膚各種炎癥,2、磁場(chǎng)麻醉,磁療可改善睡眠狀態(tài)，緩解肌肉痙攣，減輕面肌抽搐，減輕喘息性支氣管炎和搔癢癥等。這可能與磁場(chǎng)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用有關(guān)。中藥磁石有鎮(zhèn)心安神、平肝潛陽(yáng)作用。,105,3、疼痛性疾病和神經(jīng)衰弱癥狀,磁場(chǎng)有明顯止痛作用。動(dòng)磁場(chǎng)止痛較快，但不鞏固；恒磁場(chǎng)止痛較慢，但止痛時(shí)間較長(zhǎng)。磁療常用于治療各種疼痛，如軟組織損傷痛，神經(jīng)痛，炎癥性疼痛，內(nèi)臟器官疼痛和癌性疼痛等。磁療止痛效果快慢不一，多數(shù)病人在磁療后

53、數(shù)分鐘至10分鐘即可出現(xiàn)止痛效果。,4、呼吸系統(tǒng)疾病,支氣管哮喘，肺水腫，磁場(chǎng)抗肺滲出效應(yīng),5、腸胃疾病,腹瀉及小兒功能性腹瀉,106,6、治療腫瘤,磁療對(duì)良性和惡性腫瘤有一定影響，可使良性腫瘤，如纖維瘤、脂肪瘤、毛細(xì)血管瘤、腱鞘囊腫等縮小或消失。對(duì)惡性腫瘤也有縮小腫塊及改善癥狀的作用。大劑量非均勻磁場(chǎng)效果顯著，一般均勻磁場(chǎng)對(duì)惡性腫瘤無(wú)效。,7、骨折,磁場(chǎng)有促進(jìn)骨折愈合的作用，加速骨痂的生長(zhǎng)。,8、治療結(jié)石癥，冠心病和高血壓,低強(qiáng)度恒磁場(chǎng)（1550mT）治療冠心病或早期高血壓患者，多數(shù)病人在治療后一般狀況改善，頭痛，心區(qū)痛減輕或消失，血壓下降，脈率減慢。,107,二、磁療器械,1、磁片,磁片的材料有鐵氧體、金屬磁和稀土鈷三類(lèi)。,磁片的形狀常用的有圓形、方形、柱形和圓珠,108,2、磁針,3、磁療表,109,4、磁按摩器和磁電按摩器,5、永磁吸取器,6、磁療梳,7