مفهوم بیوالکترومغناطیس
بیوالکترومغناطیس رشتهای است که به بررسی پدیدههای الکتریکی، الکترومغناطیسی و مغناطیسی که در بافتهای بیولوژیکی ایجاد میشوند، میپردازد. این پدیده ها عبارتند از: رفتار بافت تحریک پذیر، جریان های الکتریکی و پتانسیلهای ایجاد شده، میدان مغناطیسی در داخل و خارج از بدن، پاسخ سلول های تحریک پذیر به تحریک میدان الکتریکی و مغناطیسی و خصوصیات الکتریکی و مغناطیسی ذاتی بافت.
نکته مهم این است که مفهوم بیوالکترومغناطیس را از مفهوم پزشکی الکترونیکی جدا کنیم. بیوالکترومغناطیس شامل پدیده های بیوالکتریک، بیوالکترومغناطیسی و بیومغناطیس و روشهای اندازه گیری و تحریک این پدیده ها است. طبق تعریف، بیوالکترومغناطیس علم میان رشته ای است بین رشته ای است که بین علوم زیستی، فیزیکی و مهندسی ارتباط برقرار می کند.
مادهای که بدن فیزیکی را تشکیل میدهد، پایه ایترین شکل انرژی است. بر اساس دیدگاه جدید انیشتین و فیزیک کوانتومی، مولکولهای بیوشیمیایی که بدن فیزیکی را تشکیل میدهند، در واقع نوعی انرژی ارتعاشی هستند.
در اوایل قرن بیستم، آلبرت انیشتین به این نتیجه شگفتانگیز رسید که ماده و انرژی قابل تبدیل و تعویض با یکدیگر هستند و از طریق معادله معروف E = mc2 او به طور ریاضی چگونگی ارتباط ماده و انرژی را توضیح داد. انیشتین گفت ماده و انرژی در واقع دو شکل متفاوت از یک چیز هستند.
زمانی که انیشتین به این نتیجه رسید، تعداد کمی از دانشمندان میتوانستند به طور کامل عظمت آن را درک کنند. همین تبدیل متقابل ماده به انرژی منجر به ساخت اولین بمب اتمی شد. در بمب اتمی چند گرم اورانیوم مستقیماً به انرژی تبدیل شد و نظریه انیشتین را در نمایشی فراموش نشدنی به اثبات رساند. با مثال بمب اتمی، دانشمندان بیشتری به ادعای انیشتین اعتقاد پیدا کردند و باور کردند که ماده و انرژی دو بیان متفاوت از یک چیز هستند.
آزمایشهای مختلف دیگری در حوزه فیزیک ذرات، شواهد بیشتری را به وجود میآورد که همگی تأیید میکند همه مواد واقعاً نوعی انرژی منجمد هستند. در این آزمایشات دانشمندان ذرات زیراتمی سریع را به سمت اهدافی در دستگاههای اتمشکن پرتاب میکنند تا قطعات ریز تشکیلدهنده ساختار ماده را مطالعه کنند.
بدن انسان به عنوان میدان انرژی
اگر اینطور باشد، پس تمام اتم ها و ذرات زیراتمی که بدن انسان را تشکیل می دهند نیز نوعی انرژی منجمد هستند. این بدان معنی است که افراد را میتوان بستههای پیچیدهای از انرژی منجمد در نظر گرفت! از آنجایی که تمام بیوفتون ها با سرعتهای متفاوتی ارتعاش و نوسان دارند، بنابراین، حداقل در سطح اتمی، بدن انسان از انواع مختلفی از انرژیهای ارتعاشی تشکیل شده است. اصطلاح “پزشکی ارتعاشی” از این واقعیت ناشی میشود. به طور خاصتر، پزشکی ارتعاشی نوعی رویکرد برای تشخیص و درمان بیماریها است که بر اساس این ایده شکل گرفته که همه ما سیستمهای انرژی منحصر به فرد هستیم. با استفاده از رویکرد پزشکی رزونانسی، بر اساس آگاهی از فرکانسهای مختلف انرژی قابل اندازه گیری از بدن انسان تشخیص انواع بیماریها امکان پذیر است. این ایده مطمئناً جدید نیست.
برای مثال، بسیاری از پزشکان به طور معمول بهعنوان بخشی از معاینات سالانه بیماران، نوار قلب (EKG)را تجویز میکنند. انرژی الکتریکی که از قلب ناشی میشود میتواند به پزشکان اطلاعاتی درباره عملکرد صحیح قلب بدهد. “الگوهای انرژی” موجود نوار قلب به پزشکان نشان میدهد که ضربان قلب منظم است یا نامنظم، همچنین میتواند نشان دهد که آیا قلب بیمار جریان خون کافی را از طریق عروق کرونر حامل مواد مغذی دریافت میکند یا خیر. تمام این اطلاعات از تفسیر الگوهای انرژی الکتریکی ارتعاشی که قلب در حال تپش انسان ساطع میشود، به دست میآید (انرژی الکتریکی ارتعاشی توسط الکترودهای EKG که به پوست بیمار متصل است، دریافت میشود).
خطوط خمیده الکتروکاردیوگرام یک ابزار تشخیصی برای متخصصی است که به دنبال تشخیص زودهنگام بیماری قلبی است (حتی در افرادی که علائم قابل توجهی از درد قفسه سینه یا تپش قلب ندارند). بنابراین، اندازهگیری انرژی الکتریکی قلب، حتی به شکل یک نوار قلب ساده، در واقع نوعی تشخیص پزشکی ارتعاشی است.
اما حتی اگر ابزارهای پزشکی سادهای مانند دستگاههای EKG که شکل بسیار ابتدایی تشخیص ارتعاشی را ارائه دهند، الگوی درمانی که اکثر پزشکان را در تفسیر این اطلاعات انرژی راهنمایی میکند، مبتنی بر این دیدگاه است که بدن را به عنوان یک بیومکانیسم میبیند، نه یک سیستم انرژی ارتعاشی.
مفهوم بدن به عنوان یک سیستم پیچیده انرژی بخشی از جهان بینی علمی جدید است که به تدریج در درحال پذیرفته شدن توسط پزشکی مدرن است. دیدگاه قدیمیتر و در عین حال رایجتر از بدن انسان، هنوز بر اساس یک مدل قدیمی از عملکرد انسان است که بدن را ماشینی پیچیده میبیند. در این جهان بینی قدیمی، قلب صرفا یک پمپ مکانیکی، کلیه یک فیلتر کننده خون، و ماهیچهها و اسکلت یک چارچوبی مکانیکی از قرقرهها و اهرمها هستند.
اکنون میدانیم که سلولهای بدن پالسهای ضعیفی از نور را ساطع میکنند. به نظر میرسد که این پالسهای نور سلولی ضعیف، بخشی از یک سیستم ارتباطی مبتنی بر نور باشد که به هماهنگ کردن اعمال سلولهای درون اندام کمک میکند. پالسهای نوری ساطع شده از سلولها تنها یکی از کدهای اطلاعاتی مختلفی است که بدن انسان و سلولهای آن برای تنظیم عملکرد اندامها به صورت روزانه و لحظه به لحظه از آن استفاده میکنند.
سلولهای ما از طریق پیامهای رمزگذاریشده توسط هورمونها و مواد بیوشیمیایی، سیگنالهای الکتریکی (مانند سیگنالهایی که توسط اعصاب بدن حمل میشوند) و همچنین از طریق سیگنالهای نور ضعیف با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. به نظر می رسد سلولهای بدن دارای هوش ذاتی هستند که به آنها اجازه میدهد تا این اطلاعات رمزگذاری شده را در اشکال مختلف درک کرده و از آنها استفاده کنند تا بدن را در وضعیت سالم نگه دارند.
نمونه دیگری از شکل غیر شیمیایی انتقال اطلاعات در طول پدیده هضم اتفاق میافتد. سلولهای دستگاه گوارش به واسطه سیگنالهای الکتریکی که از سلولهای ضربانساز واقعی ناشی میشوند، هماهنگ میشوند. این سلولهای ضربانساز احشایی سیگنالهای الکتریکی را به ماهیچههای روده ارسال میکنند تا انقباضات هماهنگی را ایجاد کنند که غذا را از طریق سیستم گوارشی به حرکت در میآورد. بدون تأثیر هماهنگ کننده این سیگنالهای الکتریکی رمزگذاری شده، غذایی که میخوریم در معده ما باقی میماند و تخمیر میشود. مغز همچنین سیگنالهای عصبی الکتریکی رمزگذاری شده را از طریق یک عصب بلند به نام عصب واگ به دستگاه گوارش ارسال میکند.
اگر سیگنالهای الکتریکی به روده بیش از حد زیاد شود، اسپاسم، درد شکم و اسهال ایجاد خواهد شد. اگر سیگنالهای الکتریکی به روده کافی نباشد، ممکن است یبوست رخ دهد. بنابراین، تحریک صحیح سیستم گوارش از طریق سیگنالهای الکتریکی رمزگذاری شده برای سلامت بدن ما مهم است. انواع مشابهی از سلولهای ضربان ساز الکتریکی در دستگاه ادراری نیز وجود دارد. پیامهای الکتریکی این سلولها، حرکت ادرار از کلیهها به مثانه را تحریک میکند. همچنین برای تنظیم شدن ضربان قلب به سلولهای ضربان ساز قلب وابسته هستیم. هنگامی که تحریک الکتریکی سلولهای ضربانساز در قلب اشتباه میشود، ریتمهای نامنظم قلب رخ میدهد که میتواند منجر به تپش قلب، تنگی نفس و حتی غش یا مرگ شود.
در مواردی که ریتم نامنظم قلب بسیار شدید است، دستگاههای ضربان ساز مخصوصی که توسط انسان ساخته شدهاند، با جراحی کاشته میشوند تا سیگنال الکتریکی مناسب را ایجاد کرده و ضربان قلب را به درستی تنظیم کند. موارد ذکر شده نمونههایی از انواع پیامهای انرژی غیرشیمیایی میباشند که نشان میدهند چگونه بدن به سیگنالهای رمزگذاریشده برای حفظ عملکرد طبیعی و سلامت مطلوب نیاز دارد.
بیوالکترومغناطیس در سطح سلولی
توصیف کلاسیک نحوه تولید و رفتار میدان های الکترومغناطیس توسط معادلات ماکسول ارائه شده است. یک ذره باردار ساکن، میدان الکتریکی ساکنی ایجاد می شود. اگر ذره باردار با سرعت ثابت حرکت کند، هم میدان الکتریکی و هم میدان مغناطیسی ایجاد خواهد شد. اصطلاح میدان الکترومغناطیسی به شرایطی اختصاص دارد که در آن یک ذره باردار شتاب می گیرد. در بیشتر موارد شتاب یک ذره باردار به شکل نوسان صورت می گیرد.
بنابراین میدان های الکتریکی و مغناطیسی نیز در نوسان هستند. هر تغییر گذرا در میدان الکتریکی باعث ایجاد میدان مغناطیسی شده و بالعکس. در واقع یک ارتباط متقابل بین میدان های مغناطیسی و الکتریکی نوسانی وجود دارد. هر چه فرکانس نوسان بیشتر باشد، میدان های الکتریکی و مغناطیسی بیشتری به صورت دوتایی جفت می شوند. یک بار نوسانی یک میدان الکترومغناطیسی ساطع میکند.
یک میدان الکترومغناطیسی تابش شده حامل انرژی است. اگر فرکانس بار نوسانی زیاد باشد و به بخش نوری طیف الکترومغناطیسی نزدیک شود، امواج الکترومغناطیسی در برهمکنش با ماده ویژگیهای ذرهمانند از خود بروز می دهند. در این شرایط این امواج الکترومغناطیسی را ذرات نور یا فوتون ها می نامیم. تولید فوتون به عنوان فرآیندی تفسیر می شود که در آن یک ذره باردار از حالت انرژی بالاتر (تحریک شده) به حالت انرژی پایین تر سقوط می کند (hf = E2- E1)، h ثابت پلانک و f است فرکانس فوتون، E2 انرژی حالت برانگیخته و E 1 انرژی حالت پایه است. اگرچه این دو فرایند ممکن است متفاوت به نظر برسند، اما هر دو فرآیند، نوسان بار و تغییر حالت انرژی بار، ذاتاً یکسان هستند.
همه اجسام، چه زنده و چه غیرزنده، به دلیل آشفتگی حرارتی که ذرات بار دارند، پیوسته در حال تولید میدان های الکترومغناطیسی هستند.
میدانهای الکترومغناطیسی که به صورت حرارتی تولید می شوند تصادفی و غیر منسجم هستند. با این حال، این سوال ایجاد می شود که آیا میدانهای الکترومغناطیسی که توسط یک موجود زنده تولید می شود، یک میدان الکترومغناطیسی ساده است که توسط یک جسم ایجاد می شود یا بخشی از ویژگی زیستی یک سیستم زنده است. به نظر میرسد که چنین میدانهای الکترومغناطیسی بخشی جدایی ناپذیر از سیستمهای بیولوژیکی بوده و بخشی از فرآیندهای هدفمند زیستی هستند.
از نظر فیزیکی، سیستمهای بیولوژیکی زنده از لحاظ ترمودینامیکی نوعی سیستم غیرتعادلی و باز هستند و با محیط اطراف تبادل انرژی و ماده دارند. چنین سیستم هایی به صورت محلی آنتروپی (بی نظمی) را کاهش میدهند. از آنجایی که سیستم های زنده در تعادل حرارتی نیستند، طیف الکترومغناطیسی (یا به طور کلی، ارتعاشی) آنها نیز ممکن است از طیف حرارتی ارائه شده توسط قانون پلانک منحرف شود.
نقش بارهای الکتریکی در بیوالکترومغناطیس سلولی
عملکردهای مختلف سلولی به تحرک بارهای الکتریکی مرتبط هستند و میدانهای الکترومغناطیسی ایجاد می کنند. به عنوان مثال، دپلاریزاسیون غشایی یک نورون، نوسانات بارهای الکتریکی با هارمونیک های بالایی را ایجاد می کند و در نهایت منجر به تولید میدانهای الکترومغناطیسی با فرکانس تا 10 کیلوهرتز خواهند شد. با این حال، این پدیده به گروهی از سلولهای تخصصی موجود در موجودات پیچیده محدود میشود و در همه سلولهای بدن موجود زنده فرآیند دپلاریزاسیون غشا صورت نمی گیرد.
این سوال مطرح می شود که آیا سلول های غیر تخصصی که در دپلاریزاسیون غشای سلولی دخیل نیستند نیز قادر به تولید میدانهای الکترومغناطیسی منسجم هستند یا خیر و اگر چنین است چگونه؟ در سال 1968، هربرت فرولیش فرض کرد که سیستم های بیولوژیکی ارتعاشات طولی منسجمی در ساختارهایی که از لحاظ الکتریکی قطبی هستند، نشان می دهند. ساختارهای قطبی حاوی بارهای الکتریکی بوده و می توانند هنگام ارتعاش تحت شرایط خاص، میدانهای الکترومغناطیسی تولید کنند. اکثر مولکول های پروتئینی ساختارهای قطبی دارند. مدل اولیه فرولیش کلی بود و این فرآیند را به هیچ ساختار سلولی خاصی محدود نمی کرد.
وجود میدان های الکتریکی ساکن بسیار قوی در غشای سلولی باعث شد که فرولیش غشاهای سلولی را منبع ارتعاشات فرض شده بداند. او همچنین وجود برهمکنش رزونانسی انتخابی بین میدانهای الکترومغناطیسی بیو مولکولی با فرکانسهای مشابه بین دو سیستم را پیشنهاد کرد. در نهایت او بیان کرد که میدان های الکترومغناطیسی نقش مهمی در تنظیم رشد سلولی دارند. به ویژه، او معتقد بود که این فرآیندها می تواند در ایجاد نئوپلازی ها دخیل باشند.
نقش میکروتوبولها در بیوالکترومغناطیس
پس از کشف اسکلت سلولی، میکروتوبول ها به عنوان منبع امواج الکترومغناطیسی سلولی به طور جدی مطرح شدند. چرا که این ترکیبات تمام الزامات سیستم فرولیچ برای تولید میدان های الکترومغناطیسی را برآورده می کردند. میکروتوبول ها از زیر واحدهای هترودایمر توبولین تشکیل شده اند و از نظر الکتریکی بسیار قطبی هستند. آن ها شبیه لوله های توخالی هستند که رشد آنها توسط سانتروزوم های نزدیک سلول هسته صورت می گیرد.
میکروتوبولها دائما در حال رشد کردن و تخریب شدن هستند. این ناپایداری دینامیکی که به دلیل اضافه شدن دائمی زیرواحد ها و سپس جدا شدن زیرواحدهای توبولین غنی از GTP که هترودایمر هستند صورت می گیرد. این نقل و انتقالات باعث ایجاد جریان ثابتی از انرژی می شود.
نقش میتوکندری ها در بیو الکترومغناطیس
منبع دیگر انرژی برای ارتعاشات میتوکندری ها هستند. این انرژی از حرکت همسوی میکروتوبولها با موتور پروتئینها و یا انرژی تلف شده در میتوکندری به دست آید. تولید ATP توسط چرخه اسید سیتریک در میتوکندری دارای راندمان حدود 40 درصدی است. باقیمانده انرژی معمولاً به صورت ارتعاشات مادون قرمز یا تابش های نوری از بین می رود. جریان انرژی از میتوکندری مهمترین منبع انرژی برای تحریک این ارتعاشات است.
میتوکندری ها نیز به دلیل ایجاد گرادیان یون هیدروژن منبع میدان های الکتریکی ساکن قوی ایجادمی کنند. این میدان الکتریکی ساکن میتوکندری تا چند میکرومتر به داخل سیتوزول نفوذ می کند. وجود میتوکندری در طول میکروتوبولها منجر به غیر خطی بودن می شود که ناشی از میدان های الکتریکی ساکن قوی میتوکندریها می باشد. همچنین انرژی مورد نیاز برای تولید میدان الکترومغناطیسی را از طریق همان انرژی تلف شده فراهم می کند.
علاوه بر این، میکروتوبول ها قادر به ارتعاش در محدوده کیلوهرتز تا گیگاهرتز هستند. برانگیختگی و ارتعاشات میکروتوبولها پایه اصلی مدلی بود که توسط پوکورنی پیشنهاد شد. برخی از افراد با فرضیه او مخالفت کردند چرا که طبق نظر آنها وجود یک سیتوزول چسبناک قاعدتا باید ارتعاش هر اندامک سیتوزولی را تضعیف کند. اگر یک شرایط مرزی “بدون لغزش” بین ساختار سلولی و سیتوزول اطراف وجود داشته باشد، سیتوزول میتواند اثر میرایی بر ارتعاشات اندامک داشته باشد. اما طبق نظر پوکورنی از آنجایی که تحرک کمتر یون ها در سیتوزول باعث ایجاد “لغزش” بین میکروتوبول، لایه های یونی مجاور و سیتوزول می شود، باعث می شود ارتعاشات میکروتوبول ها در سیتوزول از نظر فیزیکی قابل قبول باشد.
سایر ساختارهای سلولی نیز به طور بالقوه به عنوان منابع تولید کننده میدانهای الکترومغناطیسی در نظر گرفته می شوند. از نظر فنی، هر ساختار یا زیرساخت سلولی زمانی که توسط انرژی برانگیخته می شود، میتواند در فرکانس تشدید خود نوسان کند. یکی دیگر از نظریه های مربوط به غشای سلولی در مورد تولید میدانهای الکترومغناطیسی از دانشمندان روسی، به ویژه از Devyatkov و همکارانش سرچشمه می گیرد. آنها تغییر شکل ها و عدم تقارن های غشای سلولی قطبی را به عنوان مکانیزمی برای تولید امواج صوتی-الکتریکی در نظر گرفتند که جزء الکترومغناطیسی این امواج به انحراف از شرایط سالم سلول بستگی دارد. در سلول های سالم که در آنها تقسیم صورت نمی گیرد، تابش و حساسیت به امواج الکترومغناطیسی سلول ها کمترین میزان است.
بیوالکترومغناطیس و الکتروسولیتون
نظریه دیگر تولید میدان های الکترومغناطیسی را به الکتروسولیتون مربوط می داند. الکتروسولیتون همتای الکتریکی سالیتون است. سالیتون یک موج انفرادی خود تقویت کننده (یک بسته موج یا پالس) است که شکل خود را در حین انتشار حفظ می کند. الکتروسولیت ها را می توان به عنوان بارهای متحرکی در نظر گرفت که انتقال بار را در سیستم های بیولوژیکی فراهم می کند و می تواند به عنوان یکی از رقبای مهم تولید میدان های الکترومغناطیسی در ناحیه فرکانس مایکروویو در نظر گرفته شود.
بیوالکترومغناطیس و میتوز
در تلاش برای کشف منشا میدان های الکترومغناطیسی سلولی در محدوده فرکانس زیر محدوده THz، محققان دیگری بر روی ناحیه بصری میدان های الکترومغناطیسی و خواص نوری سلولی تمرکز کردند. این مطالعات با کار گورویچ در دهه 1920 بر روی تشعشعات میتوژنتیک آغاز شد، اعتقاد بر این بود که این تشعشعات در ناحیه UV طیف الکترومغناطیس قرار دارد.
پس از بررسی گسترده در این زمینه، اکنون می دانیم که سیستم های بیولوژیکی برانگیخته الکترونیکی می توانند را در هر دو ناحیه UV و مرئی فوتون فوق ضعیف (UPE)منتشر کنند، که اساس بسیاری از سنجش های نورتابی شیمیایی است. این سنجشها معمولاً برای شناسایی گونههای فعال اکسیژن (ROS)طراحی میشوند. بنابراین، جای تعجب نیست که میتوکندری ها، که منبع سلولی مهمی برای تولید ROS هستند، اندامک های سلولی اصلی باشند که UPE ساطع می کنند.
آب و تاثیر آن بر بیوالکترومغناطیس
Voeikov دانشمند دیگری است که معتقد است آب سلولی نقش فوق العاده مهمی در تولید میدانهای الکترومغناطیسی دارد. به طور تجربی نشان داده شد که فرآیندهای فیزیکی کم انرژی مختلف مانند تحریک اولتراسوند عبور آب از لوله های مویرگی و میدانهای الکترومغناطیس در محدوده مایکروویو خارجی می توانند بر تولید UPE در آب تأثیر بگذارند. از نظر تئوری اثبات که آب مایع از دو فاز تشکیل شده است: یک فاز گاز و یک فاز منسجم.
فاز منسجم بهعنوان مخزنهایی از الکترونهای شبه آزاد رفتار میکنند که فقط با تحریک متوسط آزاد می شوند. جداسازی این دو فاز آب در نزدیکی سطوح مشترک مانند غشاها، سطوح آبدوست، رشتههای مولکولی قطبی و غیره رخ میدهد. این واقعیت به طور تجربی توسط بسیاری از دانشمندان نشان داده شده است که آب در نزدیکی سطوح حد فاصل دو فضا خواص کاملاً متفاوتی نسبت به آب حجیم از خود نشان می دهد. این خواص عبارتند از حذف حلال، ویسکوزیته بالاتر، کاهش حرکت حرارتی مولکول ها، جداسازی بار، خواص طیف سنجی مختلف و غیره است.
نوکلئوتیدها و خواص بیوالکترومغناطیس آنها
پاپ پیشنهاد کرد که DNA در هسته منبع اصلی تشعشعات منسجم تحریک شده یا خود به خودی است که عمدتاً به دلیل خواص لومینسنس نوکلئوتیدهاست که این ویژگی به دلیل رفتار مشارکتی آنها در DNA و تأمین مداوم انرژی از طریق فرآیندهای متابولیکی است. پاپ و همکارانش بر اساس داده های تجربی پیشنهاد کردند که استکینگ بازها در DNA شرایط مناسبی را برای تشعشعات تحریک شده فراهم می کند. او همچنین پیشنهاد کرد که DNA به دلیل ساختار فضایی که دارد به عنوان یک سیستم ذخیره کننده فوتون مناسب است. طبق این نظریه باز شدن DNA در حین همانندسازی باعث ایجاد UPE می شود. نشان داده شده است که باز کردن DNA القا شده توسط اتیدیوم بروماید منجر به افزایش UPE می شود.
انتروپی و بیوالکترومغناطیس
دانشمندان دریافتند که محلولهای همگن شده سیتوپلاسم دارای توزیع شمارش نوری متفاوتی نسبت به ساختارهای سلولی دست نخورده هستند، علیرغم این واقعیت که ترکیب شیمیایی هر دو یکسان است. در این مطالعه، آنها مشاهده کردند که یک برگ پس از دریافت نور، نوساناتی را به شکل لومینسانس تأخیری ساطع می کند، در حالی که برگ های همگن شده یا کلروپلاست های جدا شده در محلول های بافری، چنین نوساناتی را نشان نمی دهند.
دانشمندان زیادی از درجه انسجام نور لیزری که از سطح برگ ساطع می شود برای تعیین وضعیت سلامت گیاه استفاده کردند. آثار یان و بوداگوفسکی نشان داد که نظم در بیوسیستمها بر ویژگیهای آماری و انسجام نور منتشر شده پس از تحریک تأثیر میگذارد. بنابراین، می توان فرض کرد که انسجام ( یا به طور کلی ویژگی های آماری بیان شده) نور بیولوژیکی درون زا تحت تأثیر نظم سیستم های زیستی است. نظم موجود در بیوسیستمها که بر ویژگیهای انسجام UPE تأثیر میگذارد، میتواند با نظم مورفولوژی فضایی و نظم موقتی (پویایی) مرتبط باشد.
نحوه واکنش سلول ها به میدان های الکترومغناطیسی های غیرقابل مشاهده
مدل های متعددی برای توضیح چگونگی تعامل میدان های الکترومغناطیسی ضعیف با سیستم های بیولوژیکی ارائه شده است. در اکثر این مدلها، یک اندامک درون سلولی یا حتی یک مولکول زیستی تنها هدف میدان الکترومغناطیسی بود. صرف نظر از این، یکی از مشکلات عمده در توضیح چگونگی تأثیر یک میدان الکترومغناطیسی بر بیوسیستم در این واقعیت نهفته است که کوانتومهای انرژی میدان الکترومغناطیسی با فرکانس کمتر از چند THz در بیشتر موارد کمتر از میانگین انرژی نویز حرارتی است و اگر میدان الکترومغناطیسی دارای کوانتوم انرژی کمتر از انرژی متوسط نویز حرارتی باشد، جذب میدان الکترومغناطیسی توسط بیوسیستم ها به طور قابل توجهی با مکانیسم هایی غیر از اثرات حرارتی نخواهد بود.
نویز حرارتی دارای متوسط انرژی kT است (در دمای 20 درجه سانتیگراد اتاق ، kT برابر با 26 مگا الکترون ولت است که معادل با انرژی یک کوانتوم میدان الکترومغناطیسی منفرد با فرکانس THz 6.2 و طول موج 48 میلی متر در خلاء است). با این حال، بینهی و روبین در سال 2007 توضیح دادند که مفهوم “محدودیت kT ” از یک مدل فیزیک آماری سرچشمه می گیرد و فقط برای سیستم های نزدیک به تعادل حرارتی قابل استفاده است. در چنین سیستم هایی، میدانهای الکترومغناطیسی با شدت کم و فرکانس پایین نمی توانند انرژی متوسط ساختارهای سلولی یا به طور دقیق تر، انرژی ارتعاشی مولکول های آنها که در درجات آزادی شان ذخیره شده را تغییر دهند.
درجات آزادی تعداد راههایی است که یک مولکول یا یک ساختار میتواند حرکت کند (ارتعاش، چرخش و غیره). انرژی جذب شده توسط میدان الکترومغناطیسی با فرکانس مشخص، توسط درجه آزادی یک مولکولی مشخص در آن فرکانس معین نمیتواند «ذخیره» یا انباشته شود، اگر آن درجه آزادی با درجات دیگر به شدت جفت شده باشد. در آن صورت، در آن فرکانس معین انرژی بین درجات آزادی دیگر (فرکانسها) دوباره توزیع شده و به سرعت تلف میشود. با این حال، سیستم های بیولوژیکی، به طور کلی، در تعادل حرارتی نیستند و درجات آزادی آنها به طور ندرت با درجات آزادی دیگر و یا حمام گرمایی اطراف پیوند خورده است. بنابراین زمان گرمایی (زمان مورد نیاز برای توزیع مجدد انرژی به درجات آزادی دیگر) ممکن است به طور قابل توجهی در سیستم هایی که در تعادل حرارتی (سیستم های ساده بی جان یا مرده) هستند بیشتر باشد.
بنابراین، جای تعجب نیست که میدان های الکترومغناطیسی قبل از اتلاف یا توزیع مجدد انرژی می توانند تغییر قابل توجهی در انرژی ایجاد کنند. به طور خاص، بینهی نشان داد که جزء مغناطیسی میدان الکترومغناطیسی می تواند با نانوذرات مغناطیسی سلولی تعامل داشته باشد. نانوذرات مغناطیسی طبیعی در بسیاری از ارگانیسمها از باکتری گرفته تا انسان یافت میشوند. حالتهای چرخشی طولانی مدت برخی مولکولها در ساختارهای پروتئینی، چرخش گشتاورهای مغناطیسی در جفت رادیکالها، و حتی گشتاورهای مغناطیسی پروتونها در آب مایع از دیگر اهداف احتمالی برهمکنشهای میدان مغناطیسی هستند.
پیلا و همکاران در سال 1992 محاسبه کردند که حد kT می تواند به طور قابل توجهی برای آرایه های سلولی در بافت هایی که سلول های آن به طور رسانا از طریق اتصالات گپ به هم متصل هستند کاهش یابد. این کاهش می تواند بین ده تا صد برابر باشد و به فرکانس میدان الکترومغناطیسی و همچنین ابعاد سلولی بستگی دارد. مشکل دیگر در رابطه با تأثیر میدان الکترومغناطیسی بر روی بیوسیستم ها مربوط به جفت شدن انرژی است. از نقطه نظر مهندسی، جذب انرژی میدان الکترومغناطیسی زمانی ناکارآمد است که آنتن گیرنده، که در این مورد گروهی از دوقطبی های مولکولی هستند، در مقایسه با طول موج میدان الکترومغناطیسی تابشی بسیار کوچک باشد.
با این حال، جفت شدن و انتقال انرژی یک میدان الکترومغناطیسی به ساختارهای سلولی در صورت وجود برهمکنش رزونانسی میدان الکترومغناطیسی با حالتهای ارتعاشی ساختارهای سلولی بیشتر می شود. اما آیا یک حرکت ارتعاشی طولانی مدت در ساختارهای سلولی ممکن در یک محیط چسبناک مانند سیتوزول وجود داشته باشد؟ پرپاراتا و همکارانش در کتاب خود در مورد الکترودینامیک کوانتومی در ماده بیان کردند که آب مایع از دو فاز تشکیل شده است، بخشهای منسجم متمایز از آب که دارای خواص فیزیکی متفاوتی مانند ویسکوزیته و چگالی در مقایسه با آب گاز مانند که حالت توده ای دارد.
این بخش تودهای بین بخشهای منسجم وجود دارند. بر اساس این نظریه، دانشمندان دیگر پیشنهاد کردند که حجمهای کمی از آب که مولکولهای زیستی را احاطه میکنند ممکن است اثرات مهاری بسیار کمتری از خود نشان دهند. این مطلب توسط چندین مطالعه پشتیبانی می شود که در آنها رزونانسهای بسیار شدید در میدان های مغناطیسی با فرکانس پایین مشاهده شده است.
در سال 2002، گودمن و بلانک وجود انتقال الکترون یا جریان بار را در DNA پیشنهاد کردند. آنها پیشنهاد کردند که EMF های فرکانس پایین می توانند مستقیماً با الکترون های موجود در مولکول های DNA تعامل داشته باشند که در نهایت به بیوسنتز پروتئین ها تبدیل می شود. ادواردز و همکارانش نیز شواهدی مبنی بر جذب رزونانس امواج مایکروویو مستقیما توسطDNA را ارائه کردند. جفت شدن میدان های الکترومغناطیسی با کلسیم های درون سلولی را به عنوان یک مکانیسم ممکن در نظر گرفتند.
آنها در مدل خود توضیح دادند که چگونه نوسانگرهای غیرخطی میتوانند پدیدههای خاصی از جمله همگامسازی، تشدیدهای زیرهارمونیک و فوق هارمونیک، حساسیت به فرکانس و شدت را نشان دهند. این نشان می دهد که بیوسیستم ها می توانند به تغییرات در پارامترهای EMF خارجی بسیار حساس باشند. چندین دانشمند دیگر مدلهای مشابهی را پیشنهاد کردند که روی کلسیم به عنوان کاندیدای احتمالی دریافت EMF در سیستمهای زیستی تمرکز دارند.
