Ионный циклотронный резонанс

В переменном магнитном поле движение ионов происходит по циклоидальной траектории в перпендикулярной к нему плоскости и с определенной круговой (циклотронной) частотой, значение которой зависит от заряда, массы иона и напряженности магнитного поля. Это явление достаточно хорошо известно в физике, как ионный циклотронный резонанс.

Впервые на роль ионного циклотронного резонанса для находящихся в магнитном поле Земли биологических объектов, как один из механизмов действия переменных магнитных полей, обратил внимание А. Либофф А. Либофф предложил теорию ионного циклотронного резонанса, в соответствии с которой резонансная частота f иона зависит от его массы m, заряда q и напряженности магнитного поля В в соответствии с выражением: т · 2 П

С помощью этой формулы можно рассчитать для любого из содержащихся в биологических объектах ионов его циклотронную частоту применительно к реальной напряженности геомагнитного поля в данной местности (табл. 2). В соответствии с теорией А. Либоффа, внешнее низкоинтенсивное переменное магнитное поле в присутствии геомагнитного (47-50 мкТл) может изменять скорость транспорта ионов через ионные каналы в мембране, причем эти эффекты наблюдаются только на циклотронных частотах (рис. 10).

Таблица 2

Расчетные значения циклотронной резонансной частоты V для негидратированных ионов в геомагнитном поле при В ~ 50 мкТл.

В серии исследований А. Либоф-фа с соавт. было впервые экспериментально показано, что эффекты биологического действия переменных низкочастотных магнитных полей в присутствии постоянного геомагнитного поля наблюдаются при определенных, теоретически предсказуемых частотах, соответствующих циклотронным частотам ионов К⁺, Са₂⁺ и Мg₂⁺. Обнаруженные биологические эффекты заключались в изменении транспорта через клеточную мембрану этих ионов, что проявлялось как изменение вне- и внутриклеточной концентрации, причем резонансная частота переменного магнитного поля для соблюдения эффекта должна быть очень точной - до ±0,1 Гц. Вполне естественно, что к ионному циклотронному резонансу был проявлен большой интерес, поскольку открывалась возможность с помощью переменного магнитного поля низкой интенсивности оказывать влияние на процессы возникновения и проведения возбуждения. Появились десятки журнальных публикаций, в которых были обнаружены эффекты при воздействии магнитных полей циклотронных частот К⁺ и Са2⁺ на различные биологические системы.

Однако публиковались результаты исследований, в которых, хотя эти эффекты и подтверждались, но предложенный А. Либоффым механизм ставился под сомнение. Высказывались предположения, что эффекты, полученные в экспериментах А. Либоффа и других его последователей, могут быть объяснены, исходя из представлений о действии переменных магнитных полей на связанные ионы (прежде всего, Са2⁺). Такая модель была предложена В.В. Ледневым и получила известность как гипотеза магнитного параметрического резонанса, в которой напряженность переменного магнитного поля не является ключевым фактором. Ответная реакция биологического объекта на воздействие зависит от соотношения между величинами напряженностей постоянной (геомагнитного поля) и переменной компонент а также и их частот, что позволяет объяснить более высокую чувствительность к переменным магнитным полям с определенными характеристиками.

В рамках этой концепции метод экзогенной БРТ можно рассматривать как действие переменного магнитного поля определенной частоты или набора частот на фоне постоянной компоненты - геомагнитного поля. В предложенных для экзогенной БРТ резонансных механизмах эмпирически найденное значение частоты может быть обосновано с привлечением концепций ионного циклотронного или магнитного параметрического резонансов.