stringtranslate.com

Bioelectrodinámica

La bioelectrodinámica es una rama de la física médica y del bioelectromagnetismo que estudia los campos eléctricos y magnéticos que cambian rápidamente en los sistemas biológicos, es decir, los fenómenos electromagnéticos endógenos de alta frecuencia en las células vivas. A diferencia de los fenómenos estudiados por la electrofisiología , el mecanismo generador del fenómeno bioelectrodinámico no está relacionado con corrientes de iones y su frecuencia suele ser mucho mayor. Algunos ejemplos son las vibraciones de estructuras intracelulares eléctricamente polares y la emisión no térmica de fotones como resultado de la actividad metabólica .

Teorías e hipótesis

Se han publicado numerosos trabajos teóricos sobre teorías e hipótesis que describen la generación de campos electromagnéticos por células vivas en un rango de frecuencias muy amplio. [1] [2] [3] La más influyente fue probablemente la hipótesis de coherencia de Fröhlich en sistemas biológicos introducida por Herbert Fröhlich a finales de los años 1960. [4] A pesar de que todavía no existen pruebas experimentales de la hipótesis de Fröhlich, las estimaciones numéricas indican la viabilidad biológica de al menos la condensación débil de Fröhlich. [5]

Consideraciones teóricas recientes predicen la generación de un campo electromagnético de radiofrecuencia en las células como resultado de las vibraciones de las estructuras intracelulares eléctricamente polares, por ejemplo, los microtúbulos . [6] La emisión en la parte óptica del espectro electromagnético generalmente se atribuye a las especies reactivas de oxígeno (ROS).

Evidencia experimental

Los efectos bioelectrodinámicos se han demostrado experimentalmente en el rango óptico del espectro electromagnético. [7] La ​​emisión espontánea de fotones por parte de células vivas, con una intensidad significativamente mayor que la correspondiente a la emisión por radiación térmica, ha sido reportada repetidamente por varios autores durante décadas. [8] Estas observaciones muestran simplicidad experimental y buena reproducibilidad. Aunque la emisión no térmica de fotones por parte de células vivas es un fenómeno generalmente aceptado, se sabe mucho menos sobre su origen y propiedades. Por un lado, a veces se atribuye a reacciones metabólicas quimioluminiscentes (incluidas, por ejemplo, las especies reactivas de oxígeno (ROS) [9] ), por otro lado, algunos autores relacionan este fenómeno con la termodinámica alejada del equilibrio. [ cita requerida ]

Existen evidencias indirectas sobre las frecuencias acústicas y de radio; sin embargo, no se cuenta con mediciones directas de las magnitudes de campo. Pohl y otros observaron el efecto de la fuerza sobre las partículas dieléctricas que eran atraídas por las células y repelidas por ellas, respectivamente, dependiendo de la constante dieléctrica de las partículas. [10] Pohl atribuyó este comportamiento a la dielectroforesis causada por el campo electromagnético de las células. Estimó la frecuencia de este campo en unos cientos de MHz. Otra evidencia indirecta proviene del hecho de que las vibraciones mecánicas se probaron experimentalmente en un rango de frecuencia muy amplio en las células. [11] Dado que muchas estructuras en las células son eléctricamente polares, generarán un campo electromagnético si vibran. [12]

Controversia

La bioelectrodinámica, una cuestión que estuvo abierta durante décadas, no siempre formó parte de la corriente científica dominante y, por lo tanto, a veces se la trató con estándares científicos deficientes. Esto es particularmente cierto en los siguientes casos:

  1. - sobreestimación de la importancia de los datos experimentales obtenidos (Kucera [13] sostiene que las afirmaciones de varios autores sobre la medición directa de la actividad electromagnética celular en la banda de radiofrecuencia deben aceptarse con escepticismo ya que las propiedades técnicas de las configuraciones experimentales ni siquiera han cumplido los criterios que surgen de las predicciones biofísicas teóricas optimistas. En primer lugar, la resolución espacial de los sensores utilizados era demasiado baja con respecto a la complejidad espacial esperada del campo electromagnético en las células. En segundo lugar, la sensibilidad de las configuraciones experimentales no era lo suficientemente alta en comparación con la potencia disponible en la célula viva),
  2. - mala interpretación de los datos experimentales ( la afirmación de Fritz-Albert Popp sobre la coherencia de la fotoemisión de las células [14] se basa en la distribución estadística de los recuentos de fotones; sin embargo, esto no es una prueba de coherencia. La emisión coherente (ver estados coherentes ) tiene una distribución de Poisson , pero la distribución de Poisson no está relacionada exclusivamente solo con los procesos coherentes).
  3. - desarrollo de hipótesis no corroboradas. [ cita requerida ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Priel, Avner; Tuszynski, Jack A.; Cantiello, Horacio F. (2005). "Señalización electrodinámica por el citoesqueleto dendrítico: hacia un modelo de procesamiento de información intracelular". Biología electromagnética y medicina . 24 (3). Informa UK Limited: 221–231. doi :10.1080/15368370500379590. ISSN  1536-8378. S2CID  83894290.
  2. ^ Cifra, M. (2012). "Modos propios electrodinámicos en la morfología celular". Biosystems . 109 (3). Elsevier BV: 356–366. doi :10.1016/j.biosystems.2012.06.003. ISSN  0303-2647. PMID  22750075.
  3. ^ Zhou, Shu-Ang; Uesaka, Mitsuru (2006). "Bioelectrodinámica en organismos vivos". Revista internacional de ciencias de la ingeniería . 44 (1–2). Elsevier BV: 67–92. doi :10.1016/j.ijengsci.2005.11.001. ISSN  0020-7225.
  4. ^ GJ Hyland y Peter Rowlands (editores) Herbert Frohlich FRS: Un físico adelantado a su tiempo. (Universidad de Liverpool, 2006, 2.ª edición, 2008.) ISBN 978-0-906370-57-5 
  5. ^ Reimers, JR; McKemmish, LK; McKenzie, RH; Mark, AE; Hush, NS (26 de febrero de 2009). "Regímenes débiles, fuertes y coherentes de condensación de Frohlich y sus aplicaciones a la medicina de terahercios y la conciencia cuántica". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 106 (11): 4219–4224. Bibcode :2009PNAS..106.4219R. doi : 10.1073/pnas.0806273106 . ISSN  0027-8424. PMC 2657444 . PMID  19251667. 
  6. ^ Pokorný, Jiří; Hašek, Jiří; Jelínek, František (2005). "Campo electromagnético de microtúbulos: efectos sobre la transferencia de electrones y partículas de masa". Revista de Física Biológica . 31 (3–4). Springer Science y Business Media LLC: 501–514. doi :10.1007/s10867-005-1286-1. ISSN  0092-0606. PMC 3456341 . PMID  23345914. 
  7. ^ Kučera O, Červinková K, Nerudová M, Cifra M (2015). "Perspectiva espectral de la actividad electromagnética de las células". Temas actuales en química medicinal . 15 (6): 513–522. doi :10.2174/1568026615666150225103105. PMID  25714382.
  8. ^ Cifra, Michal; Campos, Jeremy Z.; Farhadi, Ashkan (2011). "Interacciones celulares electromagnéticas". Progreso en biofísica y biología molecular . 105 (3). Elsevier BV: 223–246. doi :10.1016/j.pbiomolbio.2010.07.003. ISSN  0079-6107. PMID  20674588.
  9. ^ Prasad, Ankush; Pospišil, Pavel (20 de octubre de 2011). "Imágenes bidimensionales de la emisión espontánea de fotones ultradébiles de la piel humana: papel de las especies reactivas de oxígeno". Journal of Biophotonics . 4 (11–12). Wiley: 840–849. doi :10.1002/jbio.201100073. ISSN  1864-063X. PMID  22012922.
  10. ^ Pohl, Herbert A.; Crane, Joe S. (1971). "Dielectroforesis de células". Revista biofísica . 11 (9). Elsevier BV: 711–727. Código Bibliográfico :1971BpJ....11..711P. doi : 10.1016/s0006-3495(71)86249-5 . ISSN  0006-3495. PMC 1484049 . PMID  5132497. 
  11. ^ Kruse, Karsten; Jülicher, Frank (2005). "Oscilaciones en biología celular". Current Opinion in Cell Biology . 17 (1). Elsevier BV: 20–26. doi :10.1016/j.ceb.2004.12.007. ISSN  0955-0674.
  12. ^ Kučera, Ondřej; Havelka, Daniel (2012). "Vibraciones mecanoeléctricas de los microtúbulos: vínculo con la morfología subcelular". Biosystems . 109 (3). Elsevier BV: 346–355. doi :10.1016/j.biosystems.2012.04.009. ISSN  0303-2647. PMID  22575306.
  13. ^ Kučera, Ondřej; Cifra, Michal; Pokorný, Jiří (20 de marzo de 2010). "Aspectos técnicos de la medición de la actividad electromagnética celular". Revista Europea de Biofísica . 39 (10). Springer Science and Business Media LLC: 1465–1470. doi :10.1007/s00249-010-0597-8. ISSN  0175-7571. PMID  20306029. S2CID  36245681.
  14. ^ Popp FA (1999) Acerca de la coherencia de los biofotones 1999 Actas de una conferencia internacional sobre coherencia cuántica macroscópica , Universidad de Boston.

Enlaces externos

Grupos