电磁场的生物效应

电磁场的生物效应

对于磁场，物理学用磁场强度H和磁感应强度B来描述，物理学一开始用磁场强度H 来描述磁场，后来才发现了和电场强度相对应的磁感应强度B。严格地说，H和B不是同一术语，H是磁场，B是磁通密度（详细的分析可以参见《电动力学》），B是H所感应的磁场，所以B又叫磁感应强度。二者的关系为：

B= u H

其中u是导磁率。

磁场可以产生于变化的电场（如电流就是变化的电场），也可以产生于永磁铁，地球就是一个巨大的磁铁，所以在地球表面的生物都会受到地磁场的作用，另外，人们还利用电、磁相互作用的原理制作了一些用来研究生物在各种不同强度下各种反映的仪器。

对作用和效应有影响的磁场参数有类型、磁强、均匀性、方向、作用时间等几个方面；就机体方面，对作用和效应有影响的机体因子有磁性、组成、种类、敏感性、部位和血流速度等几个方面。

生物效应：磁场从开始作用到看见机体的生物效应，一般有一段延迟时间。其主要原因可能是产生效应的磁场必须同时同方向地作用一段时间（叫物理作用时间），机体才发生明显的生物效应，累积的物理量中的大多数，可看作是产生生物效应的阈前量，并且是可逆的。所谓可逆是指磁场方向和坐标（器官、细胞、分子）方向发生变化时，其发生生物效应的可能性也变，甚至变得反相，因此应设法使磁场方向和机体方向的夹角不变，这样累积的物理量就可能达到阈值，产生可见的生物效应。

下面分别讨论地磁的生物效应以及磁效应在生物学中的一些具体的应用：

（一）、地磁的生物效应

很多的星体周围都具有磁场，地球也有，我们称之为地磁场。地球近似一均匀磁化球，但有区变和日变，区变指因为区域的不同而不同，有的磁强差别很大。每天变化约0.0001——0.0004G/day。磁南（S）极在地球北极附近，磁北极在地球南极附近，平均的磁强为0.5G。

法国细菌学家巴斯德（Pasteur）1862年发现，地磁场能促进所有植物的生长，在S极下，青土豆比附近的成熟快些。

人体也同样是个磁体，也有两极。人站立时，上N极，下S极。平卧时则右侧是N极，左侧是S极，人正面是N极，背面是S极。在自然定律有所谓的稳态平衡，即此种状态下时物体最稳定，地球北极有磁S极，人睡觉时，头朝北，脚朝南，则人体处于稳态平衡，轻微的扰动不会影响睡眠深度，从而能改善健康。反之，则稍一扰动，就会失去平衡，睡得不安稳，甚至烦躁，失眠。

（二）、DNA新陈代谢与生物磁效应

脱氧核糖酸(DNA)是所有生物(一部分病毒除外)的遗传物质，也就是遗传基因的组合。DNA存在于细胞核的染色体中。DNA和核糖枝酸(RNA)统称为核酸。核酸具有复杂的结构：由嘌呤碱基或嘧啶碱基与戊糖形成核苷，一个核苷的糖上一个OH基被磷酸化时，变为核苷酸，面核苷酸借助于磷酸二酯键连接成一种特定次序(一级结构)，便形成核酸。戊糖中一个OH 基说O变为H时称为脱氧核糖核酸，DNA便是含脱氧核糖的核酸。DNA这种生物大分子具有复杂的双螺旋结构，螺旋的空间缠绕、曲折等还构成二级、三级等高级结构。核酸中诸原子主要是以共价键相结合，使整体结构稳定，保持遗传特性，两条螺旋中的碱基又以氢键相结合，使局部结构可能受到外界因素作用而发生畸变，由此可能产生变异。一些物理因素(如

r射线、X射线、激光、磁场和超声等)能诱发生物突变便是基于低键能氢键的畸变。从生物磁学观点看，磁场可能引起DNA中氢键的畸变，影响H+离子的隧道效应，从而可导致部分遗物质结构(遗传消息)的变化，产生磁致遗传变异也可以利用磁共振等磁学方法来研究DNA 的结构及在各种因素作用下，引起的构型等微观结构的变化。

新陈代谢是生命现象的不可缺少的重要特征，它包括生物体内物质的代谢和能量的代谢(转换)。从生物磁学观点看，自由基和载流子都会产生磁现象和磁效应，都可以采用磁技术进行其微观过程和机制的研究或应用。

从以上的讨论可以看出，生物磁现象、磁效应、生物磁技术以及它们的应用领域都是非常广阔的，综合它们所具有的宏观特点，分析它们可能涉及的生物微观察过程和机制，又都显示出与磁学理论有极为密切的联系，但却不能简单地归结为纯物理现象和磁效应，而必须考虑生命现象和生物科学的复杂性和特殊性，正确处理物理运动形态和生物运动形态的既有联系又有区别的辩证关系。在医学领域的应用不仅要有流行病学的调查，还要有动物实验与临床观察的依据，才能真正地发挥现代医用生物磁学的威力，为人类服务，为人类造福。

生物受到磁场和磁场梯度的作用时，它们的强度必须超过一定数值，才会引起磁场的生物效应，称为磁场阈效应。这一定的磁场或磁场梯度或磁场与其梯度和乘积分别称为阈磁场(BC)或阈磁场梯度(dB／dX)或阈磁场梯度积(B．dB／dX)。大量实验表明，不同生物或生命现象具有不同的阈磁场或阈磁场梯度或阈磁场·梯度积。

另一此生物则对磁场梯度或磁场·梯度积敏感。因此，研究磁场的生物效应时，必须仔细控制磁场和磁场梯度，在决定这些磁场参量的情况下进行实验观测。有些磁场生物效应难于重复甚至得到矛盾的结果。一种可能就是不同实验室或不同作者所用的磁场参量(包括强度和梯度)不相同引起的。

（三）、磁共振成像系统的生物效应

对于CT技术，很多人并不陌生，很多医院都有CT机。但是对于MRI（磁共振成像）很多人并不了解。CT是应用X射线对人体某一层面扫描后，检测其透过层面的X线强度的衰减成像。MRI与CT同属于计算机成像（具体见计算机成像的知识内容），图象都是体层图象，有共同病理生理与病理解剖基础，两者有很多相同点，但也有不同点：比如，MRI没有电离辐射，对机体无甚不良影响；可以直接作出横断面矢状面和各种斜面图象等，但同时MRI要昂贵得多。

（磁共振成像MRI图）

1980年以来MRI技术获得了突飞猛进的发展但是进行MRI检查时受检者暴露于静磁场梯度磁场和射频磁场的辐射之中从理论上讲上述各种场都将产生相关的生物学效应几年来其生物效应有无临床意义即MRI是否安全的问题一直受到人们关注因此关于MRI生物效应的研究从来就没有停止过其报告无计其数然而目前还不能得出MRI对机体存在潜在危害的结论或者说还没有理由认为它是有损的显然这方面的课题有待于更深入地研究本文综述MRI对人体可能造成的种种影响即多年来人们在MRI生物学效应研究方面所取得的成果。