《生物電磁學(xué)》部分內(nèi)容摘錄

1、生物電磁學(xué)部分內(nèi)容摘錄一、基本信息：生物電磁學(xué)北京：國防工業(yè)出版社龐小峰編著2008年7月第1版第1次印刷普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材二、內(nèi)容摘錄（按章節(jié)順序）前言生物電磁學(xué)是研究包括電離輻射、靜電場和磁場在內(nèi)的電磁波與具有電磁結(jié)構(gòu)的生物體相互作用的機(jī)理、特性、規(guī)律以及應(yīng)用的一門新興學(xué)科。第一章 生物組織的電磁結(jié)構(gòu)和特性由于外加電磁場僅能與生物體中具有電磁特性的組織和分子等進(jìn)行相互作用，于是在研究電磁場與生物體的相互作用時，必須首先了解生物組織本身所具有的電磁特性。（P1）所謂生物組織的電磁特性，具體講，就是它帶有的電荷，具有電和磁偶極矩大小和分布及所形成的電流特征等。研究生物的電磁特

2、性就是找出具有上述這些電磁特性的生物組織或組織中的成分，如蛋白質(zhì)、DNA和細(xì)胞等具有什么性質(zhì)的電磁特性。用現(xiàn)代的電生理和生物技術(shù)，如微電極（尺寸為10-4cm10-5cm）和膜片鉗等技術(shù)檢測出它們所具有的帶點(diǎn)特性，用超導(dǎo)量子相干儀檢測出組織的磁性等。研究表明，由各種生物組織構(gòu)成的生物體的內(nèi)部都存在復(fù)雜多樣的電磁特性，于是生物體（包括人體）是能與外加電磁場發(fā)生相互作用。（P1）1.1在生命系統(tǒng)中的電磁相互作用一切生命體，不論人還是動、植物，都是由原子與分子組成的。在生命中起重要作用的是由氨基酸和核苷酸組成的蛋白質(zhì)和DNA，以及糖類和脂類分子。它們都是獨(dú)立存在于生命體中。那么，它們又是如何由小分子

3、的氨基酸和核苷酸等組成的呢？按現(xiàn)代物理學(xué)的知識，自然界中存在強(qiáng)、弱、電磁和引力等四種相互作用力。對于生命體來講，沒有必要去考慮它們之間的強(qiáng)、弱和引力等相互作用，由于這些力不是太大就是太小，生命運(yùn)動一般不涉及它們。剩下的就只有電磁相互作用了。這就是說，生命系統(tǒng)中的各個成分，包括小分子、大分子、各種離子等都是靠電磁相互作用將它們組成一個活的生命體的。由此，電磁相互作用是生命體中主導(dǎo)性的相互作用力。這種相互作用在生命體中主要以下面幾種形式體現(xiàn)出來。（1）由原子構(gòu)成的小分子、以及小分子構(gòu)成生物大分子都是靠它們周圍的電子云間的重疊所產(chǎn)生的局部化學(xué)鍵即共價鍵或原子鍵，使它們結(jié)合起來的。其中的電子在這些系統(tǒng)

4、中的運(yùn)動便是化學(xué)鍵能發(fā)生改變的主要原因。（2）在分子和分子之間，由于它們的結(jié)構(gòu)畸變可以產(chǎn)生范德瓦耳斯力。范德瓦耳斯力雖然很弱，但在生命系統(tǒng)中起著重大作用，它決定了生物組織的分子結(jié)構(gòu)。（3）共振相互作用力。這種共振相互作用力在生命系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)移和信息傳遞上起著重要作用。（4）分子間的氫鍵相互作用力。氫鍵就是在以化學(xué)鍵結(jié)合的一個分子中的氫原子又能與另一個分子中的負(fù)電性極強(qiáng)的原子，如、Cl、等結(jié)合而成的相互作用類型。（5）離子離子之間的庫侖相互作用。（6）極化水和離子之間的電磁相互作用。（7）極化水和極化大分子間的親水和疏水相互作用。（8）分子鏈與分子鏈間的相互作用二硫鍵?？偨Y(jié)起來，如果計(jì)及被水化

5、層包圍著的兩個具有相反電荷的側(cè)基，在水化層被破壞后產(chǎn)生的鹽鍵，則在生命體的成分之間是靠五種類型生物電磁相互作用結(jié)合在一起的，這些鍵包括共價鍵、氫鍵、范德瓦耳斯鍵、離子鍵、二硫鍵和鹽鍵。它們在不同情況、不同結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，所以生命體是由大量生物分子通過它們之間的電磁相互作用結(jié)合起來，形成具有生命活力的復(fù)雜系統(tǒng)。（p1-4）12生物分子的電磁特性眾所周知，蛋白質(zhì)分子是由20多種不同氨基酸組成的，這種合成是在細(xì)胞質(zhì)的核糖體中進(jìn)行。氨基酸又是由氨基（NH2 ）和羧基（COOH）及黏附于碳原子上的側(cè)基（R）組成的，不同的氨基酸的側(cè)基是不同的。兩個氨基酸分子結(jié)合在一起釋放出一個水分子，靠肽鍵連接成一個長鏈，組

6、成了蛋白質(zhì)的一維結(jié)構(gòu)。常見的蛋白質(zhì)分子的氨基酸的氨基和羧基端都帶電，一般是氨基（NH3+）帶正電，羧基（COO-）帶負(fù)電，特別是酸性（天冬氨酸、谷氨酸）和堿性（精、賴和組氨酸）及極性（絲氨酸、蘇氨酸、色氨酸、酪氨酸、半胱氨酸與脯氨酸及谷氨酰胺）氨基酸都具有明顯的電性或電化極特性。這是由于由氨基、羧基和不同的側(cè)基組成的20種氨基酸分子的電荷和質(zhì)量都是非球形對稱分布的。其中的正、負(fù)電荷中心不是重合的，于是它們都具有一定的電偶極矩，這是它的永久偶極矩。當(dāng)眾多氨基酸分子通過肽鍵結(jié)合在一起構(gòu)成蛋白質(zhì)時，這些氨基酸殘基進(jìn)一步極化，從而使蛋白質(zhì)的偶極矩增加。（P4）一般的氨基酸都具有大約3.8D的平均的偶極

7、矩，它大于水分子的偶極矩（1.81D）（p5）每個蛋白質(zhì)都具有一定的電偶極矩，它們是電磁場作用的靶點(diǎn)。（p5）在蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵和酰胺鍵C=O是具有電特性的集團(tuán)，于是它們是電磁場作用的位點(diǎn)。（P7）包含有酸性和堿性氨基酸在內(nèi)的20種氨基酸組成的蛋白質(zhì)分子在生命體內(nèi)是真實(shí)存在于包括有水的體液中的。其中的極化水分子和氨基酸之間有靜電相互作用，形成水化絡(luò)合體，使蛋白質(zhì)分子具有親水特性。這不但改變了這些氨基酸分子本身固有的偶極矩，也改變了體液的介電常數(shù)，從而也改變了生物組織的電磁特性。（P7）蛋白質(zhì)和DNA都具有一定的電磁特性，同時，它們是存在于有體液的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，從而使整個細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核

8、都具有一定電磁特性，因此，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核也是電磁場作用的對象。（P11）1.3生物膜和生物中的微量離子的電磁特性在每個生物真核細(xì)胞的外層都存在一個細(xì)胞膜，其內(nèi)為細(xì)胞質(zhì)和核，故細(xì)胞膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分開，其厚度為7.5nm16.5nm。它使細(xì)胞維持一定的形狀，抵御外界有害物質(zhì)的侵入和防止細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)無選擇地逸出。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不但膜內(nèi)包含有帶電的脂類分子、水和蛋白質(zhì)，在膜的內(nèi)外表面堆集有大量的K、Na和Cl等正、負(fù)離子，而且在其上還存在不少K和Na與水的通道，從而也存在離子電流。因此，細(xì)胞膜具有復(fù)雜的電磁特性，可與各種類型的電磁場相互作用，值得認(rèn)真研究。（P11-12）1.3.2生物膜上的離

9、子及它的靜息電位及離子泵產(chǎn)生的電流在生物體內(nèi)的細(xì)胞膜的內(nèi)外液中都存在有K、Na、Ca2、Mg2、Cl等多種正、負(fù)離子。（P14）離子在膜內(nèi)外沿離子通道的被動和主動轉(zhuǎn)運(yùn)會產(chǎn)生不同類型的離子電流，從而產(chǎn)生一定的電磁場，這是生物體內(nèi)的電磁場的一種起源機(jī)制，對此，它也是電磁場作用的一位點(diǎn)。（P17）1.3.3神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元上的動作電位及其傳遞動作電位是在外界刺激下使細(xì)胞興奮時產(chǎn)生的跨膜電位的波動。其刺激因素（電、化、機(jī)械）使膜局部平衡暫時破壞而產(chǎn)生突然電壓瞬間變化，可形成神經(jīng)沖動和肌肉收縮。可興奮細(xì)胞的興奮伴隨有跨膜電位的改變，但因細(xì)胞和刺激的不同，膜電位改變的速率也不一樣。這種改變會導(dǎo)致離子在膜上

10、的通透性發(fā)生變化。一般來講，細(xì)胞在刺激強(qiáng)度小時，膜內(nèi)外的電位差會在短時間內(nèi)減小，產(chǎn)生去極化。但減小程度與刺激電極間的間距大小成反比，故此時細(xì)胞膜的電位極性仍是外正內(nèi)負(fù)。但當(dāng)刺激強(qiáng)度超過某一閾值時，興奮細(xì)胞的跨膜電位在短時間內(nèi)會由外正內(nèi)負(fù)變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正，其去極化狀態(tài)達(dá)到最大值后，在逐漸恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這種短暫的電位變化就稱為動作電位。細(xì)胞處于靜息電位時稱為極化，若極化量減小時則稱為去極化。（p17）生物電動勢是由“可興奮細(xì)胞”的電化學(xué)活動產(chǎn)生的，與機(jī)體組織結(jié)構(gòu)的不對稱性、通透性、離子濃度或功能的不同等因素相關(guān)。另外，細(xì)胞膜電位瞬間改變可導(dǎo)致組織興奮。近年的研究發(fā)現(xiàn)，腺體細(xì)胞的分泌活動、卵和精子的

11、受精過程、免疫細(xì)胞的可吞噬功能等都與細(xì)胞膜的電位變化有關(guān)。由刺激產(chǎn)生的興奮和動作電位可形成神經(jīng)沖動（信號）的傳遞或沿肌肉（心?。┑男盘杺鬟f，從而產(chǎn)生心、腦和肌電。同時，在感覺系統(tǒng)中，當(dāng)光照時可引起感受細(xì)胞中視色素的衰減和光循環(huán)，產(chǎn)生明視（鉀）電流，處于暗處時會產(chǎn)生暗（鈉）電流。這些在感覺細(xì)胞上產(chǎn)生的電流變化經(jīng)水平細(xì)胞傳遞到神經(jīng)元細(xì)胞，從而把視覺信息傳遞到大腦，引起感覺。因此，膜上電位及電流變化是很多生物現(xiàn)象的基礎(chǔ)，也是解釋各種生物電、生物磁現(xiàn)象和效益的基礎(chǔ)。（P20）1.4水的電磁特性和它的生物功能眾所周知，水是人們最熟悉的一種物質(zhì)，它與生命的誕生和生物的生長發(fā)育緊密相關(guān)，可以說沒有水就沒有生

12、命，也沒有生命的發(fā)育和演化。因此，很有必要深入認(rèn)識和解讀水在生命中的功能和它與電磁場作用的特性?，F(xiàn)已證實(shí)，水分子是極性分子，具有1.80D的偶極矩，因此，它是能與各種電磁場相互作用的。由于水在生命體中以游離水、結(jié)合水和對大分子的親水和疏水等形式存在，則當(dāng)它與電磁場作用時定會改變水分子的狀態(tài)，并以熱和非熱效應(yīng)影響自己的生物功能。這就是包括紅外光和可見光在內(nèi)的電磁波的熱生物效應(yīng)的一個基本根源。（P20）從細(xì)胞生物學(xué)的角度來看，隨著生命體等級的提高，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，其中動物與人的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是最復(fù)雜的。一般來講，生物真核細(xì)胞包含有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。在相連的細(xì)胞結(jié)構(gòu)間存在大量的水，水就是整個細(xì)

13、胞的環(huán)境。而存在于細(xì)胞內(nèi)的水，就是存在于細(xì)胞間的水透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的得來的。（P21）細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)胞核是由核質(zhì)、核仁和核質(zhì)膜組成的，其中包含有染色質(zhì)，染色質(zhì)周圍的顆粒和染色質(zhì)間顆粒物與基質(zhì)及核液。其核液就是由水和酶類與無機(jī)鹽等組成的。在細(xì)胞膜內(nèi)和細(xì)胞核的外部之間的細(xì)胞質(zhì)是由核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合器、溶酶體、線粒體等組成的。其化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì)、DNA以及RNA等，包括有各種酶類在內(nèi)的蛋白質(zhì)的質(zhì)量約占20%、脂類分子約占3%、碳水化合物約占1、無機(jī)鹽約占1及部分核酸，但75%的成分是水。（P21）水在細(xì)胞和有機(jī)物之中的含量是巨大的?；罴?xì)胞的主要成分是水。在一般生物中含水占80%95%的

14、質(zhì)量。人的胚胎在第一個月份內(nèi)所含將近93%的水。大多數(shù)水分子是以游離態(tài)形式存在的，但在原生質(zhì)中則是以游離水和結(jié)合水方式存在。游離水是溶液中能夠參與物質(zhì)代謝過程的水。而結(jié)合水是依靠氫鍵，能與蛋白質(zhì)、DNA和一些離子等結(jié)合的水，變成原生質(zhì)的一部分。原生質(zhì)中的結(jié)合水約占全部水的4.5%。絕大部分水處于游離狀態(tài)，可作細(xì)胞之中的代謝產(chǎn)物和相互反應(yīng)的溶劑。這兩類水與細(xì)胞內(nèi)其他成分組合在一起，構(gòu)成了原生質(zhì)的膠體物質(zhì)。（P23）每一個液態(tài)水分子實(shí)際上都是極化的，具有一個大電偶極矩。實(shí)測得知水分子的偶極矩為1.85D。因此它能與電磁場相互作用。（P23）按照龐小峰在鏈狀結(jié)構(gòu)中建立的質(zhì)子的傳導(dǎo)理論可知，在外加磁場

15、的洛侖茲力的作用下，質(zhì)子的運(yùn)動可形成環(huán)形電流元，而具有一定磁性。眾多環(huán)形分子電流之間便存在磁相互作用，并向外加電磁場的方向偏轉(zhuǎn)“排齊”，從而使水分子的分布改變。這些改變使水的介電常數(shù)、磁化率、電阻率和折射率及表面張力等不同物理特性改變。這就是水的磁化效應(yīng)。因此，在生命體中存在的環(huán)形和長鏈水分子結(jié)構(gòu)是電磁場作用的一個靶點(diǎn)。水的磁化也被許多實(shí)驗(yàn)證明，它是客觀存在的。（P25）在生物和人體組織的體液中主要有Na和Cl，它們的濃度為150mmolL，這相當(dāng)于體液的wt%（質(zhì)量百分率）為0.9的生理鹽水。通過計(jì)算可得，在這種體液中的電導(dǎo)率為0.39×103S/m。肝、肌肉、皮膚等中都處在包含有

16、Na和Cl在內(nèi)的生理鹽水中，因此，當(dāng)這些組織在外電磁場中就會出現(xiàn)這種類型的電流和電導(dǎo)率，于是這些生物組織不但能與電場，而且能與磁場相互作用。（p27）這種理論也適合于血液，如前所述，血液中存在大量水，同時還存在Fe2+、O2-、Mg2+和Na+、Cl-等，它在電場作用下可產(chǎn)生離子導(dǎo)電，也存在相應(yīng)的電導(dǎo)率。它是一個容積導(dǎo)電，這在以后會詳細(xì)介紹。因此，血液也是電場和磁場與生物體作用的對象。（p27）1.4.4 水的生物功能總結(jié)起來，水除了上述的可影響細(xì)胞膜的形狀、影響細(xì)胞的識別和信號傳導(dǎo)外，還具有下面幾大生物功能。（1）在生物體中的水出現(xiàn)的游離形式和它在極化狀態(tài)所形成的離子的水合效應(yīng)、生物分子的疏

17、水和親水性效應(yīng)則是生物水存在的主要形式。（2）水是細(xì)胞分裂、繁殖的基礎(chǔ)。（3）水為各種生物化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行提供了保障條件。（4）水為生物和大分子的構(gòu)象變化提供適當(dāng)?shù)纳锃h(huán)境。（5）水的循環(huán)保證了生命體發(fā)育所需要的生理溫度。（6）血液循環(huán)和微循環(huán)的順利進(jìn)行要靠一定的條件。（7）水是生物大分子的DNA和蛋白質(zhì)及細(xì)胞形成和生長的條件，即水的鏈狀分子結(jié)構(gòu)與DNA和蛋白質(zhì)等的一維長鏈生物分子結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。由以上的研究可得出，水是生命的主要成分，具有重要生物功能，沒有水就沒有生物大分子，也就沒有生命。（p29）1.5生物組織中的質(zhì)子傳導(dǎo)特性生物大分子的蛋白質(zhì)和DNA與脂類分子以及小分子的水都是極化的，存

18、在的局域電荷或偶極矩，但未提到它們的傳導(dǎo)特性。從這個意義上講，這些組織可近似認(rèn)為是一種電介質(zhì)。但它們能否導(dǎo)電呢？如果它們能導(dǎo)電，則傳導(dǎo)的機(jī)理和載流子是什么？這是十分有趣的問題。顯然，生物組織的導(dǎo)電性仍與蛋白質(zhì)、DNA和生物膜相關(guān)。前面已講到，在生物膜中存在離子通道，從而有Na+和K+等在膜電位和外界電磁場作用下在這些離子通道中進(jìn)行傳導(dǎo)，從而產(chǎn)生了離子電流。這表明，生物膜具有傳導(dǎo)特性。除此之外，蛋白質(zhì)和水中存在著質(zhì)子的傳導(dǎo)性。（p29）1.5.1 水的導(dǎo)電和磁化機(jī)理及特性這就是氫鍵系統(tǒng)反常質(zhì)子導(dǎo)電的物理形式及機(jī)制。（p31）當(dāng)水被磁場作用時，磁場產(chǎn)生的洛倫茲力可使鏈中質(zhì)子沿這種環(huán)狀的水分子鏈進(jìn)行

19、傳導(dǎo)，則這種水分子鏈中的環(huán)形電流就像一個小的分子電流或一個小磁針，它能與磁場作用。這一作用可使具有磁性的水分子環(huán)形鏈沿著外加磁場方向逐漸有序排列起來，從而液態(tài)水就被磁化了。（p34）這一研究表明，占整個生命體70%80%的水不但能與電場作用，也能同磁場或電磁場作用，磁場可改變水分子的分布，從而影響水的功能，于是會出現(xiàn)明顯的生物效應(yīng)，這是磁場的生物效應(yīng)的另一種機(jī)制。（p35）1.5.2 螺旋蛋白質(zhì)分子中的質(zhì)子傳導(dǎo)質(zhì)子能在蛋白質(zhì)分子中進(jìn)行傳導(dǎo)，形成電流，則蛋白質(zhì)分子也能與電磁場相互作用。這是電磁場作用于蛋白質(zhì)分子的另一類動力學(xué)機(jī)制。（p35）1.6 生物組織中的電子傳導(dǎo)生物體并不是電子傳導(dǎo)的良導(dǎo)體

20、，但電子的傳導(dǎo)確在生命系統(tǒng)中存在。細(xì)胞中的線粒體、葉綠體和載色體就是電子的傳導(dǎo)系統(tǒng)。（p35）1.7 生物體和人體的電學(xué)特性1.7.1 生物體和人體的電磁特性生物體或人體是具有不良導(dǎo)電性的活體電介質(zhì)。（p43）1.7.2 生物組織的電學(xué)特性人體組織的阻抗值表征著人體各組織和器官的功能狀態(tài)。例如，人體乳房在正常情況下的電阻率與癌變情況下的電阻率相差很大，疼痛的皮膚電阻比正常時的皮膚電阻低。（p44）1.8 生物組織的磁性特征1.8.1 生物磁性產(chǎn)生原因生物組織中是否存在磁性物質(zhì)也是一個值得關(guān)注的問題。從以上的研究可以肯定生物體或人體都具有一定的磁性，其產(chǎn)生的原因可歸結(jié)如下。（1）傳導(dǎo)載流子的定向

21、遷移或運(yùn)動產(chǎn)生的順磁性。在前面看到各種不同類型的離子，如K+、Na+、Ca+和Cl-等，在細(xì)胞膜上的通道中作定向遷移，從而可產(chǎn)生離子電流。在蛋白質(zhì)分子和水中質(zhì)子沿氫鍵鏈或環(huán)的定向運(yùn)動產(chǎn)生質(zhì)子電流，電子在線粒體、葉綠素、載色體及DNA鏈上的遷移都會產(chǎn)生一定的磁性。（2）生物組織中的磁性元素和化合物。生物體和人體中有13種金屬元素，其中有8種為3d或4d族過渡金屬離子，具有順磁性。生物體和人體存在大量進(jìn)行氧輸送的血紅蛋白，進(jìn)行電子傳遞的細(xì)胞色素、進(jìn)行光合作用的含鐵氧化還原素等均含有Fe原子，DNA生物合成需要的核糖核苷酸還原酶，氨基酸代謝需要的谷氨酸變位酶都含有Co原子；完成磷酸轉(zhuǎn)移的已糖激酶含有

22、Mn原子；利用Fe需要的血藍(lán)蛋白，光合作用需要的質(zhì)體菁，無脊椎動物輸氧需要的血青蛋白等含有Cu原子；進(jìn)行嘌呤代謝的黃嘌呤氧化酶和利用硝酸的硝酸還原酶也含有Mo原子等。這些過渡金屬元素都存在不成對的d電子，它們的軌道運(yùn)動會產(chǎn)生一定的磁場，則這些材料在一定條件下在外加磁場中會呈現(xiàn)各向異性的順磁性。如未同氧結(jié)合的血紅蛋白為順磁性，但同氧結(jié)合后則變?yōu)榭勾判?。含有自由基或在生化反?yīng)中，如果生物大分子中的共價鍵在外場下分裂形成的自由基及受輻射損傷的材料都含有電子，它們的自旋和磁矩未抵消而具有一凈自旋和凈磁矩，從而呈現(xiàn)出一定的順磁性。含有未抵消凈磁矩的物質(zhì)在不均勻磁場中會受到沿磁場增加方向的力的作用。所以它

23、是順磁性物質(zhì)。同時，許多生物組織，如肝臟、脾臟等，在外磁場作用下可產(chǎn)生感應(yīng)磁場，從而出現(xiàn)磁性。如前所述，占體重70%80%的水，也是磁場作用的對象，在外磁場作用下可產(chǎn)生順磁性，并且大多數(shù)生物組織也具有抗磁性。它們也能與外磁場相互作用。（p46）生物組織存在不同的磁性，其大小已經(jīng)測出。（p46）生物組織中的磁性成分也可以是自由的，也可是束縛的，還可形成磁偶極子，因此生物組織也是一種磁介質(zhì)。它的磁性可以通過在外加磁場作用下的磁化過程來認(rèn)識，也可以通過測量磁性的儀器來探測。生物磁介質(zhì)中的分子或原子都有多個軌道電子。這些電子，特別是外層價電子既可以繞核做軌道運(yùn)動，也可以作自旋運(yùn)動。這兩種運(yùn)動同時產(chǎn)生動

24、量矩和相應(yīng)的磁矩。它們的矢量和就是分子磁矩或原子磁矩，以m表示。生物磁介質(zhì)放入恒定的外磁場H中，這些磁矩受到磁場H的作用而發(fā)生取向變化，產(chǎn)生一個宏觀的磁化強(qiáng)度M。單位體積的生物磁介質(zhì)磁矩之和即是它的磁化強(qiáng)度：M=m=xH,式中x是磁介質(zhì)的磁化率。當(dāng)x>0時，M的方向與H的方向一致，成為順磁介質(zhì)；當(dāng)x<0時，M的方向與H的方向相反，稱為反磁介質(zhì)。生物體在磁場中被磁化時，磁介質(zhì)內(nèi)部磁場即為外加磁場與由外磁場在磁介質(zhì)因磁化而引起的附加磁化強(qiáng)度M之和，稱為磁感強(qiáng)度B，可表示成B=H+4M=（1+4x）H=H，=1+4x式中：稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率。由磁導(dǎo)率和磁化率x的關(guān)系知，當(dāng)x>0時，

25、1；x<0時，<1；x=0時，=1。對于大多數(shù)生物大分子是各向異性反磁性，少數(shù)及微量過渡族元素為順磁性，極少數(shù)呈鐵磁性。（p47）絕大多數(shù)生物組織只具有微弱的抗磁性，其磁化率為10-710-5。因?yàn)檫@些材料的分子或原子中的電子已填滿各電子殼層，電子自旋運(yùn)動和軌道運(yùn)動產(chǎn)生的磁矩互相抵消，使分子或原子的凈磁矩近于零。當(dāng)它們受到外磁場作用時，電子運(yùn)動受到影響而感生出弱磁矩，在不均勻磁場中這些物質(zhì)在磁場減小方向受力，稱為抗磁性。如人喉正常組織的抗磁化率x為7.16×10-6，腫瘤組織的x為7.67×10-6；兔肝正常組織為8.01×10-6，腫瘤組織為8.42

26、×10-6。生物分子的這種抗磁性在它受磁場作用時會產(chǎn)生與磁場反向的運(yùn)動。一些綠色植物單細(xì)胞或其葉綠體放置于IT磁場中，當(dāng)葉綠體的平面結(jié)構(gòu)與磁場垂直取向時，分子的取向反應(yīng)最大，與磁場平行，取向反應(yīng)最小。這種取向反應(yīng)與葉綠體片層結(jié)構(gòu)所含的各向異性反磁性組分相關(guān)。固相溶菌酶在0.6T0.8T的磁場中也表現(xiàn)出強(qiáng)反磁性。DNA在10T的磁場中表現(xiàn)出取向反應(yīng)，因?yàn)镈NA分子是雜環(huán)多聚核苷酸鏈組成的大分子，是各向異性的反磁性物質(zhì)，當(dāng)其分子雜環(huán)平面與外磁場平行時，DNA分子的絲軸就對磁場做垂直取向。（p47）正常人體組織的磁化率很小。部分原因是生物體中的游離水在外場影響時表現(xiàn)出弱的反磁性，x9

27、15;10-6。生物體中的順磁性離子雖有永久的偶極矩，可以抵消一部分反磁性，但這些帶順磁性離子在體內(nèi)濃度非常低，作用很弱。如施加1mT磁場于體表時，皮膚上的反磁性磁場不過100pT場強(qiáng)，相差10-7數(shù)量級。（p47）1.11血液的電磁特性從電磁輻射的觀點(diǎn)看問題，血液（包括淋巴液及細(xì)胞間液）是容積導(dǎo)體中的介質(zhì)，其理化性質(zhì)直接影響著它的電磁生物效應(yīng)。血漿加細(xì)胞組成血液，它的直觀特點(diǎn)是黏、咸、腥、紅。血液中的蛋白質(zhì)造成了血液的黏性。血液黏度過高是血栓形成的條件，血漿黏度一般為1.62.4（以水的黏度為1）。血液中鹽濃度為0.9%，相當(dāng)于海水的鹽濃度，故含有0.9% NaCl的溶液又稱生理鹽水，它常被

28、用于靜脈輸運(yùn)液。蛋白有氣味，其中的紅色是血紅蛋白中血紅素（鐵卟啉）的顏色。血液的構(gòu)成成分有水、電解質(zhì)、蛋白、脂肪、糖、細(xì)胞等，其中電解質(zhì)和血液中的蛋白質(zhì)維持了血液的正常滲透壓。在正常狀態(tài)時，人體血液中的水和電解質(zhì)處于平衡。若這種平衡被破壞，則需靜脈輸液來糾正。電解質(zhì)還組成了以NaHCO3H2CO3和Na2HPO4NaH2PO4為主的緩沖質(zhì)，使一般酸堿物質(zhì)對血漿pH值的影響大大降低，從而使血漿的pH值始終保持在pH值為7.357.45。（p61）當(dāng)細(xì)胞癌變時，表面電荷密度升高，其電泳率亦升高。這表明，此時高密度的表面電荷對癌細(xì)胞的表面抗原起到了遮蔽作用，使癌細(xì)胞不易被機(jī)體的自身免疫系統(tǒng)識別而殺除

29、。這便可能使它的分裂增殖，浸潤性生長。（p63）第2章 生物生存的電磁環(huán)境和電磁生物效應(yīng)的研究2.4 電磁生物效應(yīng)的研究方法及理論計(jì)算與分析法2.4.1電磁輻射與生物或人體的作用的特點(diǎn)（p77-78）（1）由于生命體是本質(zhì)不同于有機(jī)與無機(jī)物的，它是非均勻的系統(tǒng)，具有自我更新、自我復(fù)制、自我調(diào)節(jié)和自我裝配（或組織）的功能，其中的每個細(xì)胞乃至整個生物體都處在隨時間不斷變化的非平衡態(tài)之中。生物系統(tǒng)是以環(huán)境為生，即它是要不斷的與環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息的一個開放的耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。電磁場既是一種物質(zhì)，又具有一定能量，并是一個信息的載體。在與一個活著的生命體或人體作用時一定是動態(tài)的、隨時間變化的、非平衡狀態(tài)

30、的和非線性的。這便決定了作用結(jié)果的重復(fù)性差。在實(shí)驗(yàn)研究中常采用設(shè)對照組方法，通過生物比較法，獲得電磁場有關(guān)的生物效應(yīng)，因此選擇好參照物來研究它的生物效應(yīng)，是有效的和常見的研究方法。（2）實(shí)驗(yàn)表明電磁場對生物體各個部分和整個系統(tǒng)的作用效應(yīng)是不同的，其中對生物活性強(qiáng)、代謝過程十分頻繁和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的生物組織，如中樞神經(jīng)系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)即心血管和造血系統(tǒng)等的作用效果大，其生物效應(yīng)很明顯，這是它的一個特點(diǎn)。（3）由于生命體是活體，其中所包含的每一個成分或分子都是處在相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互協(xié)調(diào)的活動中。在做實(shí)驗(yàn)時，最可靠的方法是活體的動物實(shí)驗(yàn)。在照射后，從活體中取出其相應(yīng)成分來進(jìn)行測試較適合。

31、在具體測試時，首先用物理和電磁學(xué)方法測試生物組織或細(xì)胞與生物大分子的電磁特性及其改變特點(diǎn)，再用分子與細(xì)胞生物學(xué)及基因技術(shù)測定產(chǎn)生的生物效應(yīng)。再測定和找出電磁特性改變與生物效應(yīng)的量效變化關(guān)系，最終找出外加磁場與生物效應(yīng)的量效關(guān)系。目前，大都進(jìn)行了前兩次的研究，最后一項(xiàng)幾乎未研究，因此至今未能確定這種量效關(guān)系。它是研究生物磁學(xué)的真正難點(diǎn)。（4）由于生命體中各個成分和部位都是有機(jī)相關(guān)的，由它們組成了一個有機(jī)整體，因此在研究電磁場與生命體相互作用時，應(yīng)當(dāng)采用高通量篩選方法，即應(yīng)全面考察和檢測所照射的部位的所有細(xì)胞，生物分子乃至基因的改變特性，而不能僅局限在個別的細(xì)胞或分子上。因此，要同時在原子分子層次

32、、生物大分子層次、細(xì)胞和整體層次進(jìn)行全面研究。這種四個層次同時研究電磁生物效應(yīng)的方法是研究的新思想和新方法。（P77-78）2.6 與生物作用的電磁場的分類電磁場或電磁波作為一種物質(zhì)形態(tài)主要用場強(qiáng)、頻率、波長、功率密度和作用時間等參數(shù)描述它們的不同。這些不同的電磁場與生物的作用機(jī)理和產(chǎn)生的生物效應(yīng)也不一樣，即不同場強(qiáng)、頻率、振幅的電磁場，由于自身的特點(diǎn)不同，它所作用的生物對象、作用范疇、作用的時間、能量和信息交換的方式及交換的值等都是不相同的。（p87-88）第3章 低頻電磁場與生物的相互作用3.4磁場對生物組織的影響從體質(zhì)來講，磁場作用可促進(jìn)組織細(xì)胞帶電粒子的運(yùn)動，調(diào)整生物膜的液晶結(jié)構(gòu)，改變

33、細(xì)胞膜的通透性，促進(jìn)代謝過程，加強(qiáng)組織細(xì)胞的生長。（p101）酶的活性中心含有微量金屬磁性離子，如Fe、Co、Mn、Cr等，磁場通過對這些離子的影響來提高膽堿酯酶的活性。在急性鈍挫傷時，由于大量鉀離子從損傷的細(xì)胞中逸出，局部鉀離子濃度提高，使膽堿酯酶、單胺氧化酶、組胺酶、激態(tài)酶等被抑制，活性降低；同時，也使乙酰膽堿、5-羥色胺、組胺、激肽、緩激肽等介質(zhì)大量聚集，它們刺激血管，使其通透性增加，從而使大量液體滲出。這將壓迫和刺激神經(jīng)末梢及感受器，從而引起水腫和疼痛。按照上述基理，將磁場作用于它們時可使上述酶的活性提高，致痛物質(zhì)迅速水解，以促進(jìn)病理狀態(tài)的好轉(zhuǎn)，達(dá)到癥狀減退甚至消失的目的。又如，在高血

34、壓的早期，由于高級神經(jīng)活動障礙，交感神經(jīng)節(jié)節(jié)前纖維處于緊張狀態(tài)，大量分泌乙酰膽堿，神經(jīng)節(jié)內(nèi)的乙酰膽堿酯酶受到抑制，從而使神經(jīng)節(jié)節(jié)后纖維也處于高度興奮狀態(tài)，分泌大量的兒茶酚胺類介質(zhì)。這類介質(zhì)若作用于受體，引起大部分小動脈痙攣，以致血壓升高。若用磁場照射，可使交感神經(jīng)節(jié)內(nèi)的乙酰膽堿酯酶的活性提高，從而使原來聚集新分泌的乙酰膽堿迅速水解，節(jié)后纖維興奮性隨之降低，血壓亦即下降。因此，這些生物成分也是磁場作用的靶點(diǎn)。占生物體70%80%的水廣泛分布在生物組織、血液、淋巴和體液中，許多人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：不論靜磁場還是交變磁場都能使水磁化，其磁化了水的許多特性，如介電常數(shù)、折射率、電導(dǎo)率、表面張力、黏滯性、

35、紅外紫外和可見光吸收譜、X射線衍射譜以及流變特性等都會發(fā)生不同程度的變化，同時具有一個飽和與記憶效應(yīng)，既可在一定時間內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)，又可在移走磁場后的一段時間內(nèi)才能消失。龐小峰等用具有磁性的納米Fe3O4分別加到磁化了的水和純凈水中發(fā)現(xiàn)，它們的X射線衍射譜是顯著不同的，磁化水與Fe3O4譜線相對于純凈水Fe3O4的系統(tǒng)發(fā)生了移動。顯然，這是磁化水中的分子集團(tuán)與納米Fe3O4之間的特異性磁性相互作用才造成它的X射線衍射譜不同于純凈水與納米Fe3O4的體系的值。這充分表明，磁化了的水具有磁性，并顯示了在磁化水中存在許多“分子電流”。（p103-104）實(shí)驗(yàn)表明，飲用磁處理水30天后，小鼠脾臟指數(shù)明

36、顯高于對照組，表明磁處理水可能增強(qiáng)小鼠脾臟的生理功能；磁處理水組小鼠的吞噬指數(shù)明顯高于對照組，表明磁處理水可能明顯明促進(jìn)免疫低下小鼠的吞噬細(xì)胞的功能；免疫低下的對照組小鼠的白細(xì)胞數(shù)明顯低于磁處理水組小鼠的白細(xì)胞數(shù)目，表明了磁處理水能很好恢復(fù)免疫低下小鼠的免疫功能；同時，免疫低下的磁處理水組小鼠的炭沫推進(jìn)率明顯高于對照組，表明在免疫低下時磁處理水能促進(jìn)小鼠小腸對炭沫的推進(jìn)速度，即促進(jìn)了腸蠕動的作用；磁處理水組小鼠的肝組織SOD活力明顯高于對照組，這提示了磁處理水可能提高正常小鼠體內(nèi)的抗氧化酶的活性，增強(qiáng)了機(jī)體清除自由基的能力；磁處理水對正常和免疫低下小鼠肝組織中MDA含量都有影響，但不是很明顯。（p105）用0.15T的旋轉(zhuǎn)磁場作用動物腹部，小鼠小腸和豚結(jié)腸時，其蠕動明顯加快。用0.18T的永磁片置于神經(jīng)衰弱者腦部時，發(fā)現(xiàn)有典型的慢活動腦電波出現(xiàn)，而波和波節(jié)律消失。這表明磁場具有鎮(zhèn)靜和促進(jìn)睡眠作用。用具有強(qiáng)烈致痛作用的炎癥介質(zhì)注入大鼠足皮下，并用旋轉(zhuǎn)磁場（0.13T）照射大鼠足部，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場有明顯降低炎癥介質(zhì)的致炎作用，可緩解激肽、前列腺素E2、組胺和5-羥色胺介質(zhì)的致炎效果，其消腫效率分別可達(dá)62.5、54%、55%和54%。因