生物磁学

生物物理学分支

生物磁学（biomagnetism）是研究生命物质的磁性、生物磁现象和生命活动过程中结构功能的关系以及外磁场对生物体磁影响的生物学和磁学相互渗透的边缘学科，生物物理学的分支。通过生物磁学研究，可以获得有关生物大分子、细胞、组织和器官结构与功能关系的信息，了解生命活动中物质输运、能量转换和信息传递过程中生物磁性的表现和作用。生物磁学研究与物理学、生物学、心理学和生理学、医学等有密切关系，并在工农业生产、医学诊断和治疗、环境保护、生物工程等方面有广阔应用前景。

发展简史

生物磁学现象和效应的观察及应用开始很早。中国西汉的《史记》（前90年）便有利用磁石治病的记载，其后历代的许多医药学著作中都有磁石治疗多种疾病的描述，明代著名药物学家李时珍在《本草纲目》（1578）中列举了磁石在医药上的十余种应用，如治肾虚耳聋、眼花内障、小儿惊痫、大肠脱肛、金创血出等。在西方，古希腊医生加伦曾利用磁石治疗腹泻，11世纪阿拉伯名医阿维森纳曾利用磁石治疗脾脏病、肝病、水肿和秃头等。I.艾丹在所著《电和磁现象的相互联系》（1843）一书中，综述了磁场对动植物和人体的影响以及在临床上的应用。19世纪末，M.达松伐耳发现了人眼磁闪光效应。由于现代物理学、化学、电子学等方法在生物磁学中的应用，测量了人体和生物体的极微弱磁场，发展了人体和生物体的核磁共振成像技术，发现了一些生物体内的微量强磁物质，研究了生物磁性与生物结构和功能的关系，极大地丰富了现代生物磁学的内容和应用。

生物磁现象

生物磁场可能有两种来源：一种是由生物体中的电子传递和离子转移等过程引起的生物电流产生的电致内源生物磁场；另一种是由于生物体内的强磁性物质（如Fe3O4微粒）磁化后产生的磁致内源（生物体内原有的）或外源（从生物体外进入的）生物磁场。生物磁场的强度很微弱，如人体心脏活动产生的心磁场约10－11—10－10特，人体脑神经活动产生的脑（神经）磁场约10－13—10－12特，人体肺部吸入强磁性物质磁化后可产生约10－9—10－8特的肺磁场。测量这些微弱的生物磁场需要采用高灵敏度的磁强计（如超导量子干涉式磁强计）和高性能的磁屏蔽室。生物磁场随时间的变化称为生物磁图，它能提供关于生物体的生理和病理状态的重要信息。其特点是：磁探头不与生物体接触，可避免接触（如电极）干扰；可测量恒定的和交变的生物磁场以及不同方向的生物磁场分量；可测量生物磁场的三维空间分布；某些情况下生物磁图具有较高的分辨率。因此，生物磁图可在基础研究和临床诊断上得到应用。

生物磁场研究中，检测生物活体内主要由生物大分子活动期间生物电的流动所造成的磁场，受到生物学家的重视，因为这些磁场正是大分子结构和功能变化的真实反映，因此它提供了有关的重要信息。如利用电子自旋共振可研究光合作用中产生的自由基数量与光照强度和频率的关系，探讨光合作用的机制，研究含顺磁离子（如含Fe离子的血红蛋白）或加入自旋标记（含自由基的分子）的生物分子的某些微观结构，证认生物大分子中的各种基团；利用核磁共振方法可研究含核磁矩同位素（如1H，13C，14N，15N，17O，31P和33S）的生物分子的微观结构和动态过程，证认生物大分子中的各种基团，利用核磁共振成像技术还可显示生物组织甚至生物活体的某一截面的元素或状态分布，现已能显示1H的元素分布和状态变化；利用穆斯堡尔效应（见穆斯堡尔谱学）方法，可研究含有穆斯堡尔同位素（如57Fe）的生物组织的某些微观结构和电子状态；研究某些含Fe蛋白在氧化和还原状态的电子价态变化，可诊断一些与含Fe有关的疾病（如含铁血黄素沉着病，地中海型贫血病）；利用磁化率的测量可研究生物组织中顺磁离子（如Fe离子）的能级参数，研究正常组织与病变组织的差异等。

具有顺磁性的许多蛋白质和酶在生命活动中有重要功能，例如含铁的血红蛋白（参与氧输运）、氧化还原素（参与光合作用）、琥珀酸脱氢酶（参与碳水化合物氧化），含钴的核糖核苷酸氧化酶（参与DNA合成）、谷氨酸变位酶（参与氨基酸代谢），含铜的血清蛋白（负责铁的利用）等。测量生物物质的磁化率，可以了解其结构与功能关系的一些信息，如测量顺磁性的脱氧血红蛋白和脱氧肌红蛋白的磁化率与温度的关系，可确定其中Fe3+的能级分裂参数。

磁场生物效应

不同类型、强度和分布的外磁场对生物体的影响不同。迁徙鸟类和回归的鸽子能清楚地找出它们周围的路径，很多研究有力地证明了鸟类能够很好地利用地磁。如把果蝇饲养在均匀恒定磁场中，磁场为0.01—0.15特时，果蝇形态并无明显变化，但当把磁场增加到0.3—0.4特时，形态畸变就显著增大；黑暗或闭眼状态中，由磁场引起光感觉的磁闪光效应只发生在磁场变化或交变磁场情况下，并且在磁场变化频率为20—30赫时最为显著；把体外培养的S–37肿瘤细胞在不同强度的均匀恒定磁场中培养，磁场约0.1—0.2特时未观察到可察觉的变化，磁场增加到约0.37特时会使细胞中的脱氧核糖核酸（DNA）合成减少，磁场再增加到0.44—0.80特时会出现细胞退化变性现象。

应用

生物磁学在农业、医药、环境保护和生物工程等方面得到较广泛的应用。农业上利用磁场处理一些作物的种子和幼苗，施加少量的磁性肥料，或者利用经磁场处理的水（简称磁水或磁化水）浸种、育秧或灌溉，可提高种子发芽率，促进作物长势，收到增产效果；利用磁水养鱼，可使鱼病减少，促进鱼的发育生长。医药上磁石（Fe3O4）已是多种中药的重要组分；磁场治疗（磁疗）对于急性扭挫伤、腰肌劳损、神经性头痛等疾病都有较好的疗效；磁场镇痛（简称磁麻）方法已开始在拔牙、切除粉瘤和阑尾以及结扎输卵管等手术中试验或应用；利用磁场作用原理，已研制出血流计、磁药针、无触点心肌或神经刺激器、血球分离器和磁假肢等；磁水已在治疗结石病上得到较好疗效。环境保护中，利用高梯度磁分离和加磁性种子的磁分离方法，可除去煤中硫化物，清除污水中的细菌、病毒和有害残留物（如汞等）。生物工程中，长期的观测和试验表明鸽子认家（导航）与地磁场有关；一些细菌在水中沿地磁场游动表现出“向磁性”；磁场能引起果蝇遗传上的变异。这些为磁仿生工程或遗传工程提供了有意义的线索。可以利用电磁作用原理，制成人工输血的电磁泵等。在人类的宇航空间生物学研究中，还可以利用磁效应及其技术。例如利用强磁场防御高能宇宙线的照射，利用磁场效应造成失重状态的“人工重力”等。研究人和生物在强磁场（如电磁推进装置防高能宇宙线设备）或极弱磁场（如星际空间、月球和行星磁场）中的影响等，都有重大的实用价值。

关于生物磁现象和磁（场）生物效应的作用机理，是一个十分复杂而没有很好解决的问题。它既包括物理学范畴的内容，又涉及生命物质的结构和功能，尚有大量问题需要解决。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省