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基本概念—生物电磁学和电磁生物学

生物电磁学和/电磁生物学
生物电磁学是研究生物各层次的物质的电磁特性、生物电磁特性的测量和生物电磁特性的应用等。从物理学角度分析,生物体内存在着不同层次的电磁特性,这是生物体内电磁场的来源,也是和外界电磁场相互作用的位点。电磁生物学主要是研究电磁波(场)的生物学效应,也就是说生物体在外界电磁波(场)中,对不同频率和不同强度的电磁波(场),生物体会产生什么样的效应。通常,可将其划分为热效应、非热效应和累积效应。电磁辐射已经成为一种环境污染,联合国人类环境会议已经将电磁辐射列为必须控制的社会公害之一。电磁辐射的频谱很宽(0~ HZ),不同频率电磁辐射的生物学效应也是不同的,通常所说的电磁辐射是频率在300GHZ一下,其中和人类健康密切相关的是工频辐射和射频辐射,目前人们最关注的是高压线和变电站周围的电磁场对人体健康影响、手机和基站的电磁辐射对健康的影响、各种电磁治疗疾病的方法是否有效等。
总的来说,生物电磁以及电磁生物主要是研究生命活动本身所产生的电磁场以及外加电磁场对生物体的作用,是研究非电离辐射电磁波(场)与生物系统各不同层次相互作用规律和应用的交叉学科。对生物自身电磁信息的研究,其主要是通过体表电磁信息的检测来反推生物体内的神经活动。比如说可以依靠头皮电信号和头外磁场分布,可以反推脑内相应的活动神经元的位置及活动强度等。对于外加电磁场对生物体的作用,一个根本问题是生物体的吸收的电磁剂量问题。而从电学角度看,生命体是由无数细胞构成的一个复杂容积导体,对外界高频电磁场有一定的屏蔽作用。因此外加电磁场对生物体内的组织和器官的影过计算外加电磁场在生物体内的分布来推测体内电磁信息。而不管从宏观还是微观上分析,这些都是以研究生物各层次物质的电磁特性为基础的。
概述
电磁场和生物的关系
电磁场是相互依存的电场和磁场的总称,电场随时间变化产生磁场,磁场随时间变化产生电场,形成电磁场。电磁场与生物组织和生命过程存在着紧密的关系。在1953年,美国芝加哥大学ler等在实验室模拟原始大气在雷电作用下可能发生的现象,结果由无机物产生了氨基酸,这些氨基酸是构成生命的基本单位,是生命的起源。此外,所有地球上的生物都生活在地球磁场环境和电磁辐射(雷电、宇宙射线)中,地磁环境存在于生命之前,地球生物在地磁环境中萌生、演化和存在。因此生命和电磁场有着千丝万缕的关系。目前已经证实一些鸟类和鱼类是靠电磁场来辨别方向的,更特别的是存在一种趋磁细菌,其体内含有排列整齐的磁小体,这些磁小体能够使其沿地磁场方向泳动。
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