生物电磁学【行业知识】

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1、生物生物电电磁学磁学北京理工大学生命学院北京理工大学生命学院北京理工大学生命学院北京理工大学生命学院唐唐唐唐晓晓晓晓英英英英1行业材料第第2 2讲讲 生物电磁学生物电磁学+3.1 生物电特性生物电特性+3.2 电力电化作用电力电化作用+3.3 电刺激与组织兴奋性电刺激与组织兴奋性+3.4 静电生物效应静电生物效应+3.5 生物磁现象生物磁现象+3.6 磁场对生物水和细胞的作用磁场对生物水和细胞的作用+3.7 磁场生物效应概述磁场生物效应概述2行业材料3.1 3.1 生物电特性生物电特性+3.1.1 蛋白质的偶极矩蛋白质的偶极矩+3.1.2 生物水的电特性生物水的电特性+3.1.3 细胞电活动基

2、础细胞电活动基础+3.1.4 细胞的电参量细胞的电参量+3.1.5 生物电阻抗生物电阻抗+3.1.6 中心导体模型中心导体模型+3.1.7 生物组织的介电性质生物组织的介电性质3行业材料 生物体内充生物体内充满了了电荷，荷，绝大部分大部分电荷以离子、离子基荷以离子、离子基团和和电偶极子的形式存在。偶极子的形式存在。（1）组成蛋白成蛋白质的的20种氨基酸中有种氨基酸中有13种在水中能离解种在水中能离解产生离生离子基子基团或表或表现电偶极子特性；偶极子特性；（2）DNA大分子中的碱基和磷酸大分子中的碱基和磷酸酯也存在离子基也存在离子基团和偶极子；和偶极子；（3）生物水本身就有）生物水本身就有强烈的

3、烈的电偶极作用；偶极作用；（4）生物体本身）生物体本身还存在存在Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Cl-等无等无机离子；机离子；4行业材料3.1.1 蛋白质的偶极矩蛋白质的偶极矩 在组成蛋白质的在组成蛋白质的1313种极性氨基酸中，根据其在水中的状态，分为酸性、种极性氨基酸中，根据其在水中的状态，分为酸性、碱性、中性；碱性、中性；（1 1）酸性或碱性氨基酸侧链在不解离的状态下也存在极性基团而表现极性；）酸性或碱性氨基酸侧链在不解离的状态下也存在极性基团而表现极性；（2 2）由氨基酸聚合成多肽链是靠肽键联结的，由于原子中心不重合而使肽键）由氨基酸聚合成多肽链是靠肽键联结的，由于原子中心

4、不重合而使肽键呈现极性，呈现极性，5行业材料 在生物体中，水不在生物体中，水不仅提供提供细胞的生活胞的生活环境，境，还在相当程度上决在相当程度上决定着生物大分子的构象和功能，影响生命活定着生物大分子的构象和功能，影响生命活动中物中物质输运、能量运、能量转换和信息和信息传递过程。程。（1 1）水分子具有很）水分子具有很强的偶极性；的偶极性；（2 2）能与其它水分子，离子或生物大分子的极性基）能与其它水分子，离子或生物大分子的极性基团之之间形成形成氢键；3.1.2 生物水的电特性生物水的电特性6行业材料3.1.3 细胞电活动基础 生物电现象是生物界一种极普通的生理现象。细胞膜电位瞬时改变可导致组织

5、兴奋。细胞电位是解释各种生物电、生物磁现象和效应的基础。1、细胞静息电位静息电位：指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。静息电位：指细胞未受刺激时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。静息电位表现为膜内带负电而膜外带正电的状态，称为极化状态。静息电位表现为膜内带负电而膜外带正电的状态，称为极化状态。各种细胞的静息电位数值不同；各种细胞的静息电位数值不同；如：哺乳动物的神经细胞的静息电位为如：哺乳动物的神经细胞的静息电位为-70mV-70mV； 骨骼肌细胞为骨骼肌细胞为-90mV-90mV； 人的红细胞为人的红细胞为-10mV-10mV；7行业材料 在细胞内液和外液中，有在细胞内液和外液中，

6、有NaNa+ +、K K+ +、ClCl- -、CaCa+ +等各种离子和等各种离子和一些带电荷的蛋白质分子，一般细胞内液和外液中各自正负一些带电荷的蛋白质分子，一般细胞内液和外液中各自正负电荷是相等的，但同一离子在细胞内外液中浓度却相差很大电荷是相等的，但同一离子在细胞内外液中浓度却相差很大。细胞内细胞外K+Na+Cl-K+Na+Cl-人红细胞13613835164154胃肠平滑肌细胞16222405.9137134蛙骨骼及细胞1551244145120枪乌贼轴突3694439134985208行业材料可兴奋细胞静息电位V的Goldman-Hodgkin-Kalz方程：9行业材料 生物生物组

7、织可以可以对外界刺激外界刺激发生反生反应，当刺激达到一定，当刺激达到一定阈值时，生物生物组织发生反生反应，称，称为兴奋。 在神在神经和肌肉中，和肌肉中，这种能力高度种能力高度发展，主要表展，主要表现是是细胞膜的胞膜的电位位发生快速的改生快速的改变。2、细胞的动作电位l动作电位：当刺激强度较小时，细胞膜内外的电位差会在短时间内减小，减小程度与刺激电极间距的大小成反比，细胞膜电位仍是外正内负。当刺激强度超过某一阈值时，可兴奋细胞的跨膜电位，在短时间内由外正内负变为外负内正，达到最大值后，再逐渐恢复到原来的状态。这种短暂的电位变化，成为动作电位。l细胞处于静止电位时称为极化，极化量减小时成为去极化；

8、10行业材料+（1 1）去极化（）去极化（2 2）反极化（）反极化（3 3）复极化（）复极化（4 4）超极化）超极化动作电位一般分为四个时相： 细胞动作电位的产生，取决细胞膜两侧的电压和膜对于特定离子，尤其是钠、钾离子随时间变化的通透性。当动作电位发生时，细胞对于钠、 钾离子通透性显著增加。11行业材料 膜是由脂膜是由脂类物物质构成的，脂构成的，脂类物物质在在电学上近乎学上近乎绝缘，但蛋白，但蛋白质组分特性、构象及膜上位置分特性、构象及膜上位置变化，造成膜两化，造成膜两侧某种特定某种特定导电状状态。 3.1.4 细胞的电参量膜两侧的糖和蛋白质也往往有许多带电的离子基团，并且与细部内液和外液中的

9、各种离子相互作用，形成一定厚度的电荷层，相当于一个电容器。12行业材料l膜同时兼有电阻和电容的复合特性，在直流或极低频率下，细胞膜阻抗较内外液电阻高得多，电流几乎不能进入胞内空间；而高频电流时，膜阻抗相对很低，细胞内外空间电流的分布简单地取决于内外液电阻间的相对大小。13行业材料3.1.5 生物电阻抗l在低频电流下，生物结构具有复杂的电阻性质。有的是普通的欧姆电阻，在一定范围内，其电压、电流呈线性关系；有的呈非线性，其中还有对称性和非对称性。l生物阻抗和生物机体或组织体积的变化有关。14行业材料 长柱形柱形细胞，如神胞，如神经轴突和肌突和肌纤维细胞，其胞，其长度度远大于大于细胞胞直径，可用直径

10、，可用电缆模型描述，用模型描述，用电缆方程表示。方程表示。3.1.6 中心导体模型rorororiririrmrmrmrmCmCmCmCm15行业材料3.1.7 生物组织的介电性质l电介质在电场中的一个重要特征是介质的极化现象。l生物组织中含有大量带电荷的离子及各种极性分子，外电场会导致这些荷电离子和极性分子的某种运动，表现出生物组织的极化现象。l介电常数 ：表征介质的极化程度；l生物组织的介电常数和外场频率相关；16行业材料3.2 3.2 电力电化作用电力电化作用+3.2.1 细胞电泳细胞电泳+3.2.2 电热作用电热作用+3.2.3 电化作用电化作用17行业材料3.2.1 细胞电泳l细胞电

11、泳：当细胞膜外表面呈现负电荷特性时，在外直流电场的作用下，细胞连同其界面吸附层一起向电场正极方向运动，称为细胞电泳。l电渗：细胞悬液中带有正电荷的分散介质则向电场负极方向移动，称为电渗。l细胞电泳率：细胞在单位电场强度、单位时间内移动的距离。18行业材料+当当电流通流通过人体人体时，电流流经过的路径如的路径如图：3.2.2 电热作用19行业材料+将不易起化学反将不易起化学反应的直流的直流电极直接作用于机体极直接作用于机体时，电极附近将极附近将发生生电化反化反应。+在阴极：在阴极：+在阳极：在阳极：3.2.3 电化作用20行业材料3.3 3.3 电刺激与组织兴奋性电刺激与组织兴奋性+3.3.1

12、兴奋性兴奋性+3.3.2 脉冲刺激与生物效应脉冲刺激与生物效应+3.3.3 SMC刺激与生物效应刺激与生物效应+3.3.4 电致生长与修复电致生长与修复21行业材料+按生理学定按生理学定义：+组织兴奋性性+阴极阴极兴奋性性11，兴奋性升高；性升高；+阳极阳极兴奋性性1,1,兴奋性下降；性下降；3.3.1 兴奋性22行业材料 细胞或机体内外胞或机体内外环境的任何境的任何变化，可能引起它化，可能引起它们的反的反应，从而构，从而构成刺激。成刺激。 刺激因素有：刺激因素有：物理的（力、物理的（力、热、声、光、声、光、电、辐射），射），化学的（酸、碱、化学的（酸、碱、盐、离子）；、离子）；生物的（色素分

13、布、血流量、含水量、激素）；生物的（色素分布、血流量、含水量、激素）； 3.3.2 脉冲刺激与生物效应23行业材料用尖脉冲刺激肌肉，刺激响应与脉冲频率有关：肌肉（M）对刺激频率（S）的响应24行业材料+用正弦低用正弦低频电流（流（150Hz1000Hz1000Hz），得到），得到正弦正弦调制交流制交流电流（流（SMCSMC），即是），即是脉冲脉冲电流流，其具有低，其具有低频和中和中频的的优点，是点，是经常采用的一种刺激源。常采用的一种刺激源。+SMCSMC的作用，可加的作用，可加强细胞信使胞信使RNARNA的合成，提高有关肌肉的合成，提高有关肌肉细胞的机能，胞的机能，防止肌萎防止肌萎缩；+SM

14、CSMC具有明具有明显镇痛作用，能有效治痛作用，能有效治疗肋肋间神神经痛等；痛等；+SMCSMC能改善血循能改善血循环和和营养吸收能力，治养吸收能力，治疗血循血循环紊乱和紊乱和营养失衡。养失衡。3.3.3 SMC刺激与生物效应25行业材料+用小的直流用小的直流电治治疗创伤和和溃疡，能加速，能加速伤口的愈合和修复；口的愈合和修复；+直流直流电还可抑制可抑制细菌生菌生长；3.3.4 电致生长与修复电致生长与修复26行业材料3.4 3.4 静电生物效应静电生物效应+静静电生物效生物效应是静是静电场与生物相互作用，引起刺激或抑制生物生与生物相互作用，引起刺激或抑制生物生长发育或致死效育或致死效应。 如

15、如 (1) (1) 高高压静静电场对离体培养离体培养肿瘤瘤细胞及小鼠胞及小鼠S-180S-180细胞生胞生长有有 抑制抑制作用作用+ (2) (2) 静静电场能促能促进萝卜卜对矿质元素的吸收元素的吸收+ （3 3）电晕电场对大田作物和蔬菜生大田作物和蔬菜生长有有较大影响。大影响。+ （4 4）静）静电场对人体生理有明人体生理有明显影响。影响。27行业材料3.5 3.5 生物磁现象生物磁现象+3.5.1 生物材料的磁性生物材料的磁性+3.5.2 人体磁场人体磁场28行业材料l狭义生物磁学:指研究不同层次生物材料所产生的磁场；l广义生物磁学：除狭义生物磁学内容外，还包括磁生物学，即研究外界磁场对生

16、物机体在不同层次的作用所产生的生物效应及其相应的作用机理；l物质的磁性可以通过在外加磁场作用下的磁化过程来认识，也可以通过测量磁性的仪器来探测。l对生物大分子的广泛研究得知，大多数生物大分子是各相异性反磁性，少数为顺磁性，极少数呈铁磁性；3.5.1 生物材料的磁性29行业材料3.5.2 人体磁场l正常人体组织是非磁性的，磁化率小，没有剩余的磁矩。正常人体组织是非磁性的，磁化率小，没有剩余的磁矩。l人体磁性的来源人体磁性的来源: :（1 1）生物电流产生的磁场；）生物电流产生的磁场；（2 2）由生物磁性材料产生的感应磁场；）由生物磁性材料产生的感应磁场；（3 3）侵入人体内的强磁性物质产生的剩余

17、磁场）侵入人体内的强磁性物质产生的剩余磁场30行业材料3.6 3.6 磁场对生物水和细胞的作用磁场对生物水和细胞的作用+3.6.1 磁场与生物体相互作用因子磁场与生物体相互作用因子+3.6.2 磁场对生物体内水的作用磁场对生物体内水的作用+3.6.3 磁场对组织细胞的作用磁场对组织细胞的作用31行业材料3.6.1 磁场与生物体相互作用因子l磁场作用于生物体产生的效应取决于磁场和生物体的某些相互作用因磁场作用于生物体产生的效应取决于磁场和生物体的某些相互作用因子。子。l对生物效应有影响的磁场因子有对生物效应有影响的磁场因子有: :磁场类型、磁场梯度、磁场的方向、磁场类型、磁场梯度、磁场的方向、作

18、用的部位与范围、作用时间等；作用的部位与范围、作用时间等；l影响磁场作用的生物因素有：生物材料、生物体的磁性、组成、部位、影响磁场作用的生物因素有：生物材料、生物体的磁性、组成、部位、种属、机能状态及敏感性等。种属、机能状态及敏感性等。l根据磁场的强度，将磁场的生物效应分为：强磁场效应，地磁场效应根据磁场的强度，将磁场的生物效应分为：强磁场效应，地磁场效应和极弱磁场效应；和极弱磁场效应；l10-2T10-2T的属于强磁场；的属于强磁场；l10-7T1 抗磁质抗磁质 r156行业材料一些物质的相对磁导率r物质 r顺磁质铝氧（标准状态）空气（标准状态）铂抗磁质锑铜水氢铁磁质铸钢硅钢纯铁坡莫合金 1

19、+0.2110-41+17.9 10-7 1+3.6 10-7 1+2.9 10-4 1-7.0 10-5 1-0.94 10-5 1-0.88 10-5 1-0.21 10-6 50022007000（最大值）1800（最大值）100000（最大值）57行业材料1、铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律装置装置：环形螺绕环：环形螺绕环; 铁磁质铁磁质Fe,Co,Ni及及稀钍族元素的化合物，能被强烈地磁化稀钍族元素的化合物，能被强烈地磁化实验测量实验测量B,如用感应电动势如用感应电动势测量测量或用小线圈在缝口处测量；或用小线圈在缝口处测量；由由 得出得出 曲线曲线铁磁质的铁磁质的 不一定是个常数，不

20、一定是个常数，它是它是 的函数的函数四、四、四、四、 铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质原理原理:励磁电流励磁电流 I; 用安培定理得用安培定理得H58行业材料初始磁初始磁化曲线化曲线.矫顽力矫顽力饱和磁感应强度饱和磁感应强度磁滞回线磁滞回线剩剩 磁磁59行业材料B的变化落后于的变化落后于H，从而具有剩磁，从而具有剩磁，即即磁滞效应磁滞效应。每个。每个H对应不同的对应不同的B与磁化的历史有关。与磁化的历史有关。磁滞回线磁滞回线-不可逆过程不可逆过程在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。与磁滞回线所包围的面积成正比。铁

21、磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状会随之变化，称为会随之变化，称为磁致伸缩磁致伸缩（10-5数量级）它可用做数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。换能器，在超声及检测技术中大有作为。60行业材料二、磁二、磁 畴畴 根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的很强的“交换耦合作用交换耦合作用”，使得在无外磁场作用时，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成自发磁化达到饱和状态的微小区域。自发磁化达到饱和状态的微小

22、区域。 这些区域称为这些区域称为“磁畴磁畴”多晶磁畴结构多晶磁畴结构 示意图示意图61行业材料显示磁畴结构的铁粉图形显示磁畴结构的铁粉图形62行业材料纯铁纯铁硅铁硅铁钴钴三种铁磁性物质的磁畴三种铁磁性物质的磁畴63行业材料Si-Fe单晶单晶( (001) )面的面的磁畴结构磁畴结构箭头表示箭头表示磁化方向磁化方向64行业材料临界温度临界温度(铁磁质的铁磁质的居里点居里点) 每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。而变为顺磁性。不同铁磁质具有不同的转变

23、温度不同铁磁质具有不同的转变温度如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K， 镍为镍为 630K 用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点。现象、磁滞损耗以及居里点。65行业材料3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。有剩磁、磁饱和及磁滞现象。铁磁质的特性铁磁质的特性铁磁质的特性铁磁质的特性2. 有很大的磁导率。有很大的磁导率。 放入线圈中时可以使磁场增强放入线圈中时可以使磁场增强102 104倍。倍。4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。1. 磁导率磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于

24、原线不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。 B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。66行业材料铁磁质的应用铁磁质的应用(1)作变压器的作变压器的软磁材料软磁材料。纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。，铁氧体等。 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（长，损耗小（HdB面积小）。面积小）。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的还用于继电器

25、、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。磁芯、磁棒。67行业材料(2)作永久磁铁的作永久磁铁的硬磁材料硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)作存储元件的作存储元件的矩磁材料矩磁材料Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。不大，磁滞回线是矩形。用于用于记忆元件记忆元件，当，当+脉冲产生脉冲产生HHC使使磁芯呈磁芯呈+B态，态，则则脉冲产生脉冲产生H102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滞回线的面积大，损耗大。磁滞回线的面积大，损耗大。还用于磁电式电表中的永磁铁。还用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧

26、体，锂锰铁氧体68行业材料生物物质的磁性和生物磁场 从生物大分子、细胞、组织、器官、系统以及整体，每一层次都表现出不同的磁性，有些生物材料本身所特有，有些是生命活动中产生的电磁感应，有些是由外源性的磁性物质所引起的。一、生物磁性的来源1、生命材料中含有顺磁性物质过渡元素（Fe、V、Mn、Co、Mo）的生物材料（1）Fe、血红蛋白、肌蛋白和铁蛋白；（2）含Co的维生素B12；（3）含Cu血蓝蛋白和肝红蛋白。69行业材料2、生命活动产生的生物电 电活动，新陈代谢，能量与物质交换，信息传递，电子离子转运，大脑调控，肌肉运动，心脏运动，动作电位，生物电导致了磁场。3、侵入人体的外源性铁磁物质产生剩磁场

27、四氧化三铁 肺部吸入粉尘 胃肠 磁化4、其他 生化反应过程形成的自由基，产生了顺磁性物质，电子自旋生物磁场都很弱70行业材料71行业材料二、微弱磁场检测方法技术 地球磁场的强度约为0.5G，城市中的各种磁噪声也十分严重，可达0.005G，在这样强的磁噪声中要测量十分微弱的生物磁信号，必须有高度灵敏的磁强计和良好的磁屏蔽室，以防止周围环境的噪声干扰。由于这些条件的限制。使得对生物磁信号的研究进展行很缓慢。直到60年代后期，随着测量技术的不断的发展，陆续研制出了一系列的测量手段，如感应线圈式磁强计，磁通门式磁强计，超导量子干涉仪（SQUID）磁强计，空间鉴别技术，交流屏蔽和空间鉴别技术发展。72行

28、业材料1、铁磁屏蔽 对直流磁场的屏蔽相当困难，采用高磁导率的磁性材料制成屏蔽体影响屏蔽效率因素：（1）铁磁材料的磁导率，越高越好；（2）屏蔽体厚度，越厚越好；（3）容积，越小越好；（4）层数，越多越好。麻省理工学院，26层磁屏蔽室，成本相当昂贵2、空间鉴别技术即一次微商梯度仪或二次，相互抵销（磁源，地磁，干扰磁）73行业材料 梯度仪是由两个相隔很近、同样的线圈反向串接而成，当两线圈所处磁场不均匀时，才有磁通通过，从而引起超导环内的磁通发生相应的变化；而在均匀磁场时是不灵敏的，从而可以抵销干扰磁场，测量人体磁场。3、“涡旋电流”式磁屏蔽与空间鉴别技术 用高磁导率金属材料制成屏蔽体，可使外界交流磁

29、场在该屏蔽体内产生涡旋电流，设法使该涡旋电流产生的磁场与外界交流磁干扰相互抵销，一般用铝制成。4、磁通门式磁强计和超导量子干涉仪（SQUID） 超导量子干涉仪是一个磁电变换器，由磁通量变化转变成电量的变化，由于灵敏度极高，故可以记录人体磁场。74行业材料75行业材料SQUID磁强计组成：1、SQUID本身，被密封在一个超导屏蔽的小盒内，可对干扰磁场进行部分屏蔽；2、检测线匝，用来探测磁场；3、杜瓦瓶，内盛液氮。测量微弱的几种技术(Gs)型式范围分辨率感应线圈磁通门SQUID10-41000.01T 均匀强磁强 梯度场（1）恒定均匀强磁场的生物效应A）细菌 B1.4T 能抑制细菌的生长；B）海胆

30、卵 1014T 2小时 早期分裂受到显著的延迟；C）果蝇 0.010.15T 畸变不明显， 0.30.4T畸变迅速增加；90行业材料D）小鼠 0.4T 肝脏氧化酶活性变化，尿中钾、钠离子增加，肾上腺病理变化，1014T，1小时，无变化，与作用时间有关；E）血凝速率：红细胞在0.005、0.004、0.5分别增加21%、25%、30%（2）恒定梯度磁场的生物效应与均匀磁场比，影响更显著A）果蝇 1014T 12小时 未见蛹虫显著变化；0.4T/mm 2.2T，1小时 果蝇蛹几分钟后就死亡，5%10%成虫畸变；B）肿瘤小白鼠 0.1T/mm 0.240.48T 增长缓慢，15天停止，22天开 始缩

31、小，27天消失，磁疗医治肿瘤成为可能。91行业材料3、极弱磁场的生物效应A）鸡胚胎组织 5*10-9 T 4天 未见影响；B）小白鼠 1*10-7 T 一年，寿命缩短6个月，而且不可能再生育；C）酶的活性有降低趋势；D）海军5*10-8 T 14天，生理心理无变化， 磁致压眼闪光4、交变磁场的生物效应生物电流效应1）磁致压眼闪光， 0.01T 与频率有关，2030Hz最显著；2）青蛙视网膜： 0.02T 20Hz视网膜神经节的电活动，延迟5ms;3）抑制大肠杆菌的生长，60Hz、600Hz 0.002T与频率有关，越大越显著；4）Yc-8淋巴瘤细胞 2000Hz时生长快，60Hz旋转磁场生长变

32、慢；92行业材料5）50Hz、0.02T大、小白鼠，增强对感染的抵抗能力，血中类固醇、白细胞数目提高；6）豚鼠50Hz 0.02T 生理功能改变 一个月后复原二、磁场对不同生物层次的效应1、磁场对生物大分子和细胞的效应1）磁场能影响生物大分子的空间构象、活性和功能0.30.4T 0.02T/mm创伤愈合实验成纤维细胞的增殖和纤维化两种作用下降，DNA合成下降，s-37肿瘤细胞 0.37T 13小时磁场能影响一些蛋白质和酶的活性、生化、生理功能如胰蛋白酶 1.5T 活性增强2）磁场对细胞的生物效应93行业材料影响细胞的形态和机能，DNA合成下降，正常和肿瘤细胞的生长受到抑制2、磁场对生物组织和器

33、官的生物效应（1）磁场对心血管系统的作用A）磁场对治疗血小板减少性紫斑，再生障碍性贫血有一定疗效 例：正常人 全血 B=0.05T 30min，白细胞部分凝血活酶时间（KPTT），凝血酶原时间（PT），凝血酶时间（TT）和红细胞压积，全血粘度。 结论：KPTT缩短，全血粘度降低，比一些常用活血瘀药更显著。 B）磁场对心脏功能影响的实验94行业材料 T波随B的增大而显著增大，原因可能是主动脉血流产生磁致附加电势，心率无变化，血压无变化，核磁共振对心脏无直接损害。（2）磁场对消化器官的作用A）旋转磁场 0.080.1T 作用于动物腹部，家兔小肠运动振幅明显受抑制；B）小鼠肠蠕动和吸收功能实验旋转磁

34、场（0.15T) 20分钟， 结论是加快蠕动，加快吸收；C）磁化的口服补液盐（MORS）抑制肠胃推进运动，钙离子浓度下降。（3）磁场对其他器官和系统的作用A）镇痛作用95行业材料 永磁片（0.150.25T)贴在大腿外侧，效果好于醋酸和电刺激，对疼痛反映时间作为指标，结论是：有镇痛作用，随B的增加效果增强；原因可能是对神经末梢对外界刺激的感应性减弱，减少了感觉神经活动的传导。B）对脑电波的影响N衰弱， 0.18T 脑部， 波、节律消失。C）消炎作用旋转磁场有明显的降低炎症，减少介质的致炎作用；磁场能阻御急性渗出过程和促进肿胀吸收过程。96行业材料3、关于人体接触磁场的安全问题副作用：植物神经系

35、统失调，头晕，记忆力下降，失眠，情绪欠佳，易疲劳。特点：时间累积性，滞后性。短时间，小于2T不会危害防护标准：最大暴露小于2T；恒磁小于500mT;时变 7.5mT 50Hz 1h 18mT 8h2T 45T 只能几分钟核磁共振仪 B2T 3T/s措施：距离和时间 磁屏97行业材料三、磁场生物效应微观机理探讨1、对电子传递的影响原因：（1）氧化还原反映，血红素受到磁场的影响；（2）生物半导体效应，叶绿素进行光合作用，光能转化为化学能2、对自由基活动的影响 在下列过程中（植物的光合作用，种子的发芽，动物和人的致癌，辐射损伤，衰老的过程等）都伴随着自由基的产生，转移和消失。自由基具有较大的化学活性

36、，它所带未抵销的电荷和自旋磁矩受到洛仑兹力、力矩的作用。3、对生物膜通透性的影响98行业材料 磁场影响钠、钾、钙等离子，在生物膜中的运输（主动、被动），新陈代谢，能量传输，与生化、生理、生物电相关过程。（）对蛋白质和酶活性的影响顺磁质，影响酶的活性参与的新陈代谢（）对遗传基因的影响磁场对人体作用机制的几种理论（一）电动力学理论一切磁现象都是由于运动电荷所产生的，磁现象的本质就是电荷的运动。磁场对电荷，一磁场对另一磁场，都会产生作用力。磁场对运动电荷产生劳伦兹力，对载流导体产生安培力；磁场能改变原子和分子的轨道磁矩和自旋磁矩的方向；通过电磁感应作用，磁场还能使导体产生感应电动势和感应电流99行业

37、材料1.产生微电流人体各种体液都是电解质溶液，属于导体，在交变磁场中，磁力线做切割导体的运动，将产生感生电流；随着心脏的收缩与舒张，血管也不停地进行运动，而且血液也是不断地在流动，所以虽是恒定磁场，由于血管和血流的运动，对磁力线进行切割，也将在体内产生电流。进行磁疗所产生的感生电流是很弱小的，即微电流。微电流的产生可对体内生物电活动发生影响，从而影响各器官各组织的代谢和功能。例如，在交变磁场作用下，Na+、K+、C1等离子的活动能力加强，改变了膜电位，增强细胞膜的通透性，促进细胞膜内外物质的交换等。100行业材料2.磁场对生物电的作用人体内有各种生物电流，如心电、脑电、肌电和神经动作电位等。生

38、物电是生理活动的重要组成部分。在磁场作用下，生物电流将受到磁场力的作用，即磁场将对生物电流的分布、电荷运动形式及其能量状态发生作用，因而引起有关组织器官的功能发生相应的变化。此外，生物体的氧化还原反应过程中，发生电子的传递；磁场可能对电子传递过程产生作用而影响生化反应过程。101行业材料（二）酶学说 酶是在细胞内生成的，其化学本质属于蛋白质的生物催化剂。有些酶类的催化活性，除了蛋白质部分外，还需要金属离子，即金属离子是酶活性中心的组成部分。有些酶的分子中虽不含有金属，但需要金属离子激活。例如，许多磷酸移换酶需要Mg+，许多水解肽键的酶需要Co+、Mn+、Mg+或Zn+的激活，才转变成具有活性的

39、酶。此外，Na+K+、Ca+、Cu+等十余种阳离子及一些阴离子（C1）等均对某些酶具有激活作用。磁场可能通过对上述金属离子和非金属离子的作用影响酶的催化活性，而对人体产生作用。有人认为磁场有镇静止痛、降低血压和减轻炎症反应等作用，同磁场提高胆硷酯酶、单胺氧化酶、组胺酶和激肽酶的活性有关102行业材料（三）经穴作用许多疾病的磁疗是用于穴位而产生疗效。例如磁片贴敷大椎、肺俞、膻中治疗喘息性支气管炎，旋磁作用神阈，有显著止泻疗效等。现代仪器检查证实，穴位经络存在电活动现象。例如，穴位比周围皮肤有较高的电位。当某脏器功能亢进时，相应经络穴位的皮肤电位增高或电阻值下降；当某器官活动功能减弱时，相应经络穴

40、位的皮肤电位也随之降低，而电阻值则升高。因此推测阻值则升高。因此推测，磁场可能影响经络的是电磁活动过程而起机能调节作用。103行业材料（四）神经内分泌作用 磁场作用于全身时，各系统参与反应的程度可按下列顺序排列：神经，内分泌、感觉器官、心血管、血液、消化、肌肉、排泄、呼吸、皮肤、骨。神经和体液系统对磁场的作用最为敏感，即机体对磁场作用的反应中，神经和内分泌系统起重要作用。在磁场作用时，神经既能参与原始反应的快速感受系统，也参与其缓慢感受系统。当弱磁场作用较长时间时，也能引起缓慢系统的反应。内分泌系统也明显参与机体对磁场作用的反应。在磁场作用下，观察到动物某些激素分泌增加。104行业材料 磁场在

41、医学中的应用一、磁疗患处 穴位 永磁片贴敷 旋转磁场 电磁场综合作用1、治疗各种炎症和外科损伤 急性扭损伤，腰肌劳损，风湿性关节炎，类风湿关节炎，关节炎，皮肤各种炎症2、磁场麻醉 磁疗可改善睡眠状态，缓解肌肉痉挛，减轻面肌抽搐，减轻喘息性支气管炎和搔痒症等。这可能与磁场对神经系统的作用有关。中药磁石有镇心安神、平肝潜阳作用。105行业材料3、疼痛性疾病和神经衰弱症状 磁场有明显止痛作用。动磁场止痛较快，但不巩固；恒磁场止痛较慢，但止痛时间较长。磁疗常用于治疗各种疼痛，如软组织损伤痛，神经痛，炎症性疼痛，内脏器官疼痛和癌性疼痛等。磁疗止痛效果快慢不一，多数病人在磁疗后数分钟至10分钟即可出现止痛

42、效果。4、呼吸系统疾病支气管哮喘，肺水肿，磁场抗肺渗出效应5、肠胃疾病腹泻及小儿功能性腹泻106行业材料6、治疗肿瘤 磁疗对良性和恶性肿瘤有一定影响，可使良性肿瘤，如纤维瘤、脂肪瘤、毛细血管瘤、腱鞘囊肿等缩小或消失。对恶性肿瘤也有缩小肿块及改善症状的作用。大剂量非均匀磁场效果显著，一般均匀磁场对恶性肿瘤无效。7、骨折磁场有促进骨折愈合的作用，加速骨痂的生长。8、治疗结石症，冠心病和高血压 低强度恒磁场（1550mT）治疗冠心病或早期高血压患者，多数病人在治疗后一般状况改善，头痛，心区痛减轻或消失，血压下降，脉率减慢。107行业材料二、磁疗器械1、磁片磁片的材料有铁氧体、金属磁和稀土钴三类。磁片

43、的形状常用的有圆形、方形、柱形和圆珠108行业材料2、磁针3、磁疗表109行业材料4、磁按摩器和磁电按摩器5、永磁吸取器6、磁疗梳7、磁疗罐8、旋磁机9、电磁治疗机110行业材料111行业材料112行业材料113行业材料114行业材料三、磁疗的特点1、应用范围广 治疗的疾病种类多，除了内科疾病、外科疾病外，眼科、耳鼻喉科、妇产科、儿科、口腔科及皮肤科等科中不少疾病，也是磁疗法的适应证。2、疗效明显 磁疗法对多种疾病的疗效明显或有一定的治疗效果。有些疾病通过远期疗效的追踪观察，其疗效也较巩固。3、治疗作用较多 磁疗法的治疗作用广，实践证明，磁疗法具有镇静、止痛、消炎、消肿、止泻、降压等作用外，还

44、有促进组织、骨折愈合及对良性肿物的治疗作用。其中有的治疗作用具有双向性，既可降低115行业材料胃肠平滑肌的运动，起到止泻作用;另一方面又可以促进胃肠平滑的运动，对便秘有一定的治疗作用。证明磁场是通过对机体的机能起到调节作用。磁场可以使高血压病人的血压降低，而起到治疗作用，但磁场对正常人的血压却无明显的影响。4、安全性好 由于磁场作用温和，易于耐受，一般没有副作用，即使个别人在磁疗过程中产生某些不适反应，但一般较轻，有些随着磁疗的进行，逐渐消失，极个别不适反应较明显时，停止磁疗后，不 适反应消失。5、经济节约 磁疗产品价格低廉，对使用者的负担轻，而且经久耐用，如使用与保管得当，可以使用多年，为推

45、广应用提供了条件。116行业材料6、使用方便 容易掌握，一般的磁疗方法比较简单，如用磁片贴敷。磁疗机，由于有些磁疗机的结构简单，也易于掌握，在医生指导下，也可以在家庭中使用，因而可以节省时间，有利于磁疗法的推广。7、提高机体免疫力 促进体内代谢产物的排除，增强机体的抵抗力，有利于机体的健康，因此，不仅可将磁用于治疗疾病，而且可用于保健，扩大了磁场在医疗上的应用范围。117行业材料四、磁疗的副作用 出现恶心、呕吐；有的出现头晕、嗜睡，也有个别出现失眠；还有的出现心慌、心悸；也有出现气促、发憋者，有的出现血压降低，但也有的血压升高。个别患者出现白细胞减少。五、磁疗的剂量 磁疗剂量包括治疗部位多少、

46、磁场强度、面积、场型、梯度、时间、间隔等，其中以磁场强度最为重要。场强一般分为小、中、大，小的场强在50mT以下，中场强在50150mT，高场强在150mT以上。118行业材料 六、适应症和禁忌症（一）适应症1.内科疾病：喘息性支气管炎，支气管哮喘，高血压，冠心病，急慢性胃炎，慢性结肠炎，胃十二指肠溃疡，类风湿性关节炎等。 磁疗时间一般每次2030分钟，每日或隔日一次。磁片贴敷可连续进行，根据病情定期复查，一般贴敷一周后休息12天再贴。某些慢性病，如高血压，慢性结肠炎等，须长期贴敷。119行业材料2.外科疾病：急慢性软组织损伤，血栓闭塞性脉管炎，变形性骨关节病、肋软骨炎，肩关节周围炎，网球肘，

47、腱鞘炎，纤维瘤，冻疮、前列腺炎，血肿，颈椎病，滑囊炎，残肢痛。3.神经科疾病：神经官能症，三叉神经痛，面肌抽搐，血管性头痛，神经炎等。4.小儿科疾病：单纯性婴幼儿腹泻，遗尿等。5.皮肤科疾病：硬结性红斑，毛细血管瘤，神经性皮炎等。6.五官科疾病：中心性视网膜脉络炎，单纯性青光眼，急慢性咽炎，眶上神经痛，下颌关节功能紊乱综合征，牙痛，慢性非化脓性腮腺肿大，冠周炎等。120行业材料（二）禁忌症磁疗法目前尚未发现有绝对禁忌证，但下列情况一般不用磁疗。1.白细胞总数在4.0109/L以下者；2.出血或有出血倾向者；3.体质衰弱或过敏体质者；4.孕妇。121行业材料 磁化水 用磁处理水十分之几秒，水的沸

48、点、密度、电导率、表面张力系数、粘滞系数都发生了变化，新特性将维持几天，新特性产生下列效应，效应的起因是由于磁化水能降低某些酶的活性，在体内改变生理、生化过程。1、改善消化增强食欲，减少多余的酸和胆汁，利大便，从体内排出不需要的盐类和废物；2、有助于缓解泌尿病，利小便，若尿停，将磁化水和普通水各50克快速饮下，5-8分钟后再饮，8-10次即可通小便；3、磁化水可洗掉管壁沉淀物，如膀胱结石、肾结石、胆道结石；4、消肿块；5、能使月经正常122行业材料6、能疏通有堵物的动脉，使血液循环正常化，调节心血管功能；7、磁化水能治炎症，喉痛、头痛、水肿、冷咳、支气管炎、扁桃腺炎，单纯腹泻和肠道寄生虫病；8、正常人喝磁化水能益寿延年；9、磁化牛奶更富营养；10、磁处理能使奶牛多产奶。123行业材料