Комбинированный урок физика+биология «ЧЕЛОВЕК В МАГНИТНОЙ ПАУТИНЕ, ИЛИ ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЧЕЛОВЕКА, ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЯ»
11 класс Тема урока
«ЧЕЛОВЕК В МАГНИТНОЙ ПАУТИНЕ,
ИЛИ ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЧЕЛОВЕКА,
ЖИВОТНЫХ И РАСТЕНИЯ»
Цель урока: показать учащимся:
почему важно изучать влияние магнитных полей на биологические системы;
как изучается взаимодействие между магнитными полями и живым организмом;
что сделано магнитобиологами и каковы перспективы их деятель ности.
Форма проведения урока - обсуждение проблемы за круглым сто лом.
Задача участников «круглого стола» - прийти к общему выводу о наиболее перспективных магнитобиологических исследованиях; найти пути реализации общих задач, стоящих перед физиками и биологами, учи тывающие особенности каждой науки, возможности интеграции и человеческий фактор.
Примерное содержание выступлений участников круглого стола
Журналист (физик): В основу современной цивилизации важной составляющей вошли явления магнетизма. Магнитные свойства многих веществ широко и с успехом применя ются в электро- и радиотехнике, в автоматике и вычислительной технике, в морской и космической навигации, в геофизических методах разведки полезных ископаемых.
Во всех этих случаях приборы разрабатывают и конструируют фи зики и инженеры. Но есть другие области применения магнитов и магнитного поля - биология и медицина.
Журналист 1: Представители различных наук по-разному учитывают магнитные поля в своих исследованиях:
физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, стремится объяснить природу магнетизма;
астроном изучает роль космических магнитных полей в процессе формирования новых звезд;
геолог по аномалии магнитного поля Земли отыскивает залежи же лезных руд;
биологи изучают влияние магнитного поля на биологические систе мы, т. е. на растения, животных и человека.
Журналист 1 : В учебниках по физике и биологии о биологических эффектах маг нитных полей почти ничего не говорится, хотя еще с 60-х годов XX века магнитобиология заняла достойное место в биофизике.
Журналист (биолог): На сегодняшней встрече нам хотелось бы получить ответы на наши три основные вопроса:
почему важно изучать влияние магнитных полей на биологические системы;
как изучается взаимодействие между магнитными полями и живым организмом;
что сделано магнитобиологами в этой области и каковы перспективы их деятель ности.
Журналист 1 : Прежде, чем разбираться в сути проблемы, не заглянуть ли нам в историю этого вопроса?
Историки:
О существовании магнитного поля Земли люди узнали сравнительно недавно - лет триста назад, хотя использовали его за несколько тысяч лет до этого.
...Идут караваны по бескрайним гобийским пескам. Направо, налево, куда ни кинь взор - унылые желтые барханы. Солнце скрыто желтой пе леной пыли. Далек путь из императорских пагод на берегах Янцзы до минаретов кушанских царств. Трудно пришлось бы караванщикам, если бы не было в караване белого верблюда. Белого верблюда с его бесценным грузом. Бесценным, хотя это не золото, не жемчуг и не слоновая кость. Защищенный деревянной резной клеткой, меж горбами белого верблюда совершал свой путь через пустыню глиняный сосуд, в котором на пробке плавал в воде небольшой продолговатый кусок намагниченного железа. Края сосуда были выкрашены в четыре цвета. Красный обозначал юг, чер ный - север, зеленый - восток и белый - запад.
Для лечебных целей магнит стал употребляться, вероятно, раньше, чем для определения сторон света, но каждый известный врач прошлого предлагал собственный рецепт. Древние халдеи, евреи и египтяне смотрели на магнит как на средство для достижения бессмертия. Для некоторых магнит был ядом, в таком случае противоядием считался чесночный сок. Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит пользовался большим успехом у китайцев, индусов, египтян, арабов, греков, римлян и т. д. О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Ари стотель и историк Плиний.
Магнит играл видную роль в таинственной «науке» очарований, волшебства и колдовства. Ему приписывалась способность отыскивать клады, открывать замки, вызывать любовь, а иногда служить средством общения с отсутствующими. Это обстоятельство используют иногда в ка честве упрека критики сегодняшней магнитобиологии.
На протяжении нашей эры в разные века выступали на первый план различные стороны лечебных свойств магнита. Диоскорид (I в.) рекомен довал его для избавления от дурного расположения духа. Гален (III в.) в своей медицинской книге хвалил магнит как слабительное средство и про писывал его от водянки. Марцелл из Бордо (IV в.) считал, что при ношении на шее магнит успокаивает головную боль. Аэций д'Амида (V в.) ис пользовал магнит при конвульсиях и при болях в суставах. Авиценна (XI в.) отмечал его благотворное действие при страданиях селезенки. Альберт Великий (XIII в.) утверждал, что при ношении на левой руке магнит разгоняет сновидения, удаляет яд из организма и излечивает безумие. Не потому ли, много лет спустя, уже в просвещенных XVII и XVIII столетиях достопочтенный сэр Исаак Ньютон, весьма неравнодушный к тайнам ал-
химических превращений, носил перстень с сильнейшим магнитом. Его магнитный камень притягивал к себе груз, превышающий его вес в 50 раз. Много писал о целебных свойствах магнита и другой арабский врач -знаменитый Аверроэс, настоящее имя которого звучало слишком сложно для европейского уха - Абу-л-Валид Мухаммед ибн Ахмед. Он жил в XII в. в Кордове и, как все средневековые врачи, утверждал, что толченый магнит с водой - прекрасное слабительное.
После работ Агриппы Неттесгеймского, Парацельса, других врачей и специалистов по различным вопросам магии магнит стали широко ис пользовать в качестве лечебного средства против нервных болезней.
В 1600 г. в Лондоне вышла книга королевского врача В.Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле», где одна глава посвящена терапевтическому действию магнита. Эта книга положила на чало научному подходу к различным магнитным явлениям, включая и маг нетизм Земли. Она была переиздана у нас в 1956 г., так как Гильберта считают отцом современного учения о магнетизме. Американский магнитобиолог Д. Бейшер предлагает год выхода обсуждаемой книги считать заодно годом рождения и научной магнитобиологии. Однако это мнение не нашло сторонников, хотя специальность Гильберта обязывала его прославиться на медицинском поприще.
Алхимики XVI и XVII вв. приготовляли из магнита различные составы, мази, порошки и микстуры. Но примерно в середине XVII столетия возникло движение против алхимического магнетизма, и врачи вернулись к прежнему наружному употреблению магнита.
Можно считать, что к XVII в. европейская медицинская наука, которая только что начала развиваться, считала бесспорным наличие лечебных свойств магнита. Восемнадцатый век укрепил это мнение. До сих пор речь шла о применении в терапии естественных магнитов; они были редки и дороги. Но с 1754 г. французский аббат Ленобль стал приготовлять искус ственные магниты и с успехом применять их в лечении нервных болезней. Уже с 1763 г. чрезвычайно ценятся его магниты от зубной боли.
Глиняный сосуд с кусочком железа в нем был примитивным древним компасом, указывавшим караванщикам путь в бескрайних песках.
В китайских летописях встречаются, кроме того, описания магнитных ворот, через которые не мог пройти недоброжелатель с оружием, а также магнитных мостовых и прочих применений волшебного камня «чу-ши», попросту магнитного железняка.
В одной китайской легенде рассказывается о военной
победе императора Хуанг-Ти, одержанной более четырех тысяч лет назад.
Этой победе он был обязан своим мастерам, изготовившим повозки,
на которых были установлены фигурки человека с рукой,
вытянутой веред. Фигурки могли вращаться таким образом, что
вытянутая рука всегда была обращена к югу.
С помощью таких повозок Хуанг-Ти смог в густом тумане напасть на врага с тыла и разгромить его.
В древнейших китайских энциклопедиях имеются сведения и о том, что между 300 и 400 гг. до нашей эры магнитная стрелка использовалась на кораблях. В музее хранится и китайский компас тысячелетнего возраста, напоминающий по форме нашу хохломскую ложку.
В Европе также, по-видимому, давно использовали магнетизм Земли, применяя для ориентирования магнитный камень, подвешенный на нити или установленный на дощечке, плавающей на спокойной поверхности воды. В одном старом французском романе «О розе» магнит описывался под названием «маринетты», из чего можно сделать вывод об использовании магнитов на морских судах.
С начала второго тысячелетия нашей эры все более или менее ценные открытия, касающиеся магнита и компаса, были сделаны в Европе. Так, итальянец Флавио Джойя придал компасу современный вид, снабдив его поворотным диском с делениями. С помощью этого компаса были сделаны все большие географические открытия.
Довольно давно также известны и измерения магнитного склонения, под которым понимают угол между географическим и магнитным мери дианами. Так, 13 сентября 1492 г. в корабельной книге Христофора Ко лумба записано: «Перед наступлением ночи компас показывал отклонение к северо-западу; утром это отклонение было менее значительным». Это явление вызвало сильную панику среди суеверных матросов Колумба, кото рым было хорошо известно, что стрелка должна была смещаться немного к востоку. Назревал бунт. Колумбу пришлось незаметно для матросов передвинуть катушку компаса таким образом, чтобы отклонение стало «нор мальным». После этого, чтобы свести концы с концами и не противоречить данным астрономических наблюдений, Колумбу пришлось объявить о том, что «не стрелка компаса изменила свое направление, а Полярная звезда сме стилась со своего места». Сейчас изменение величины и знака склонения магнитной стрелки на одной параллели является хорошо известным явлени ем, широко используемым для определения местонахождения судна.
Журналист 1 : вы интересно рассказали об истории изучения магнитного поля. Скажите, пожалуйста, какие годы можно считать временем рождения самой науки магнитобиологии?
Историк: в 1777 г. в Париже Ленобль читает отчет о своих работах в Королевском медицинском обществе, и это общество для проверки опытов аббата назначает комиссию из врачей Андри и Модюйэ, замененного потом Туре. Доклады Андри и Туре были зачитаны на заседаниях общества 29 августа 1780 г. и 1 апреля 1784 г. В этих докладах впервые магнитотерапия была представлена без того мистицизма древних, которым она до сих пор окружалась. 1780 г. можно по праву считать годом рождения научного подхода к магнитобиологии в современном его смысле.
Рис.25. Один из первых компасов, построенный тысячелетия назад. Рука фигурки, ус тановленной на повозке, всегда указывала на юг.
Журналист 1: А как удалось разгадать природу магнетизма?
Физик-теоретик:
Трудно найти человека, которого бы с детства не поражали удиви тельные свойства магнита. Однако разгадать природу магнетизма физикам удалось только после того, как они научились получать электрический ток.
Самое же важное открытие было сделано датским физиком X. Эр стедом в 1820 г.
(В это же время физик-экспериментатор демонстрирует опыт Эрстеда, излагая при этом суть опыта.)
Открытие Эрстеда очень быстро позволило решить загадку магне тизма и одновременно найти еще один (наряду с кулоновским) фундамен тальный тип взаимодействия электрических зарядов. Все это сделал один человек - А. М. Ампер. Ампер выдвинул гипотезу, что магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.
Согласно гипотезе Ампера внутри молекул, слагающих вещество, циркулируют элементарные электрические токи. Если эти токи располо жены хаотически по отношению друг к другу, то их действие взаимно компенсируется, и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы стро го определенным образом, так что их действия складываются.
Таким образом, магнитные взаимодействия обусловлены не особы ми магнитными зарядами, а движением электрических зарядов - током.
Движущиеся заряды образуют электрический ток. Следовательно, магнитное поле - это поле, создаваемое электрическим током. Оно осуще ствляет взаимодействие электрических токов.
(Далее экспериментатор показывает на опыте магнитное взаимодействие параллельных проводников с током.)
Согласно теории близкодействия токи не могут непосредственно действовать друг на друга. Подобно тому, как в пространстве, окружаю щем электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущими ся заряженными частицами.
Основные свойства магнитного поля: магнитное поле порождается током (движущимися зарядами) и обнаруживается по действию на ток
Физическая величина, характеризующая магнитное поле, называет ся вектором магнитной индукции (В).
Наглядно распределение магнитного поля в пространстве можно изобразить линиями магнитной индукции (ЛМИ).
ЛМИ называются линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор В в данной точке пространства.
(Здесь физик-экспериментатор с помощью железных опилок показывает «картины» магнитного поля прямого тока, соленоида и др.)
Внимательные исследователи магнитного поля установили, что ЛМИ замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называются вих ревыми. Магнитное поле - вихревое поле.
Замкнутость ЛМИ представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет ис точников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. Журналист 1 : А что по этому поводу могут сказать биологи? Есть ли магнитные поля у живых существ?
Биолог 1.
Наблюдения биологов показывают, что магнитное поле есть у каж дого человека. Правда, оно очень слабое. Так, сгибая и разгибая руку, че ловек создает на ее поверхности магнитное поле с индукцией в одну сто тысячную долю тесла. Сердце человека - тоже магнит. Напряженность магнитного поля сердца очень мала. Ее максимальное значение составляет 10 - 6 напряженности магнитного поля Земли. Магнитное поле сердца явля ется переменной величиной, возникающей одновременно с его электриче ской активностью.
Запись изменяющегося магнитного поля сердца - магнитокардиограмма - может быть произведена при помощи специальных прибо ров - магнитокардиографов. Обследуемого человека и датчик помещают в магнитоэкранируемую камеру (стальной экран). Меняя позицию датчика, можно регистрировать магнитные поля отдельных участков сердца. Преимуществом этого метода перед электрокардиографическим является то, что при его помощи можно получить сведения об электриче ски «немых» областях сердца. Магнитокардиограммы позволили получить принципиально новые сведения о работе сердца, открыв путь ранней диагностики целого ряда заболеваний: дистрофии миокарда, ги пертрофии сердечной мышцы и т. п. Развивая идею биоэлектрического управления, ученые построили систему, в которой биотоки сердечной мышцы использованы для управления рентгеновскими аппаратами. Сис тема позволяет сделать рентгеновский снимок сердца в любой момент его сокращения.
Врач-гигиенист. Несмотря на то, что магнитное поле пришло на службу человека, оно не так безвредно, как кажется на первый взгляд. В чем конкретно это заключается?
Биолог 2. Биологические исследования показывают, что у людей, подвергшихся длительному воздействию магнитных полей (руки находи лись в поле напряженностью 350-3500 Э, а голова - не выше 150-250 Э) на протяжении 20-60% рабочего времени, чаще всего отмечались откло нения со стороны нервной и сердечно-сосудистой системы. Неврологиче ские отклонения характеризовались возникновением головных болей (во второй половине дня и после работы), болей в области сердца, утомляемо сти, головокружения, снижением и неустойчивостью аппетита, бессонни цей, повышенным потоотделением, появлением ощущения зуда и жжения на кистях. При исследовании электроэнцефалограмм (ЭЭГ) у этих людей преобладал процесс торможения в головном мозгу. На неприятные ощущения в области сердца жаловались 19 из 32 обследованных. В 11 из 43 случаев обнаруживали изменения звучности сердечных тонов. Замед ление частоты сердцебиения (брадикардия) отмечалось у 5 из 43 обследованных. Причем брадикардия встречалась тем чаще, чем интенсив нее магнитное поле было на производстве. У 34 из 43 лиц обнаружено снижение максимального артериального давления на 10-18 мм рт. ст. Ин тересно, что уровень заболеваемости гипертонической болезнью у рабо тающих в магнитном поле ниже, чем по России. Как тут не вспомнить магнитные браслеты! Тем более, что частота гипертонической болезни у обследованных была обратно пропорциональна напряженности магнитно го поля. У людей, работающих в магнитных полях, наблюдали повышен ное содержание в крови гамма-глобулина и понижение содержания нук леиновых кислот и некоторых ферментов. Кровь характеризовалась сни жением числа лейкоцитов и снижением скорости оседания эритроцитов. Большинство изменений, возникающих в организме человека под влияни ем магнитных полей, носит функциональный, т. е. обратимый, характер, если не считать стойких патологических поражений кистей рук. На кистях рук у 36 из 41 рабочих были обнаружены своеобразные сосудисто-вегетативные нарушения. Кисти на ощупь были теплые, будто только что вынуты из горячей воды, иногда наблюдалось истончение кожи на ладо нях, почти полное отсутствие ее рисунка. Замечено некоторое уменьшение подвижности в межфаланговых суставах. Болевая чувствительность часто была пониженной.
Следовательно, нельзя не учитывать вредное действие магнитного поля на организм. В производственных условиях напряженность магнитного поля не должна превышать 300 Э.
Журналист1 : Свое влияние на человека оказывает и магнитное поле Земли (геомагнитное поле). В чем заключается это влияние?
Геофизик. Магнитное поле Земли служит барьером, защищающим жизнь на планете от потока космических частиц. Однако это только одна из сторон связи человек - магнитное поле. За долгие века эволюции все живое на Земле привыкло к постоянно действующему фактору магнитному полю. Но его резкие изменения не проходят для человека бесследно.
Организм человека «прозрачен» для магнитного поля, оно действует на весь организм в целом.
Журналист (физик): Сейчас учеными активно обсуждаются две гипотезы, объ ясняющие механизм воздействия магнитного поля Земли на организм че ловека. Одна из них связывает возмущение геомагнитного поля, обуслов ленного солнечными вспышками, с изменением проницаемости биологи ческих мембран. Согласно другой гипотезе среда взаимодействует с элек тромагнитными полями самих биологических систем и при этом возможен резонанс, резкое усиление эффекта. Уважаемые физики, объясните механизмы этих процессов.
Физик-теоретик
Один из возможных механизмов взаимодействия магнитного поля с клетками живых существ заключается в следующем. Во всяком живом ор ганизме имеются атомы с некомпенсированными магнитными момента ми. Так, в организме человека и животных находится большое количество железа (до 4-5 г). Оказалось, что способность таких атомов ориентиро ваться под действием внешнего магнитного поля связана с тепловым хао тическим движением этих же частиц.
По подсчетам ученых действие геомагнитного поля на частицы, составляющие живой организм, ничтожно.
Теперь рассмотрим механизм взаимодействия биотоков живых ор ганизмов с сильным магнитным полем. Из физики известно, что на про водник с током в магнитном поле действует сила Ампера, способная вы зывать механическое перемещение проводника. На токонесущие участки живых систем тоже действует сила Ампера, в результате чего возникает пульсирующее давление.
Если учесть, что пороговым давлением, еще вызывающим звуковые ощущения в ухе человека, является р = 10~5 Па, то давление, обусловлен ное действием магнитного поля, организм не должен чувствовать.
Все перечисленные механизмы взаимодействия магнитного поля Земли с живыми организмами крайне слабы. По-видимому, не лишены смысла догадки исследователей о резонансе биотоков механической сис темы. Только таким образом можно объяснить экспериментально установ ленные факты влияния поля на живое вещество.
Журналист (биолог): Не только люди, но и животный мир и растения, небезразличны к магнитным аномалиям. Что скажете вы, биологи, по этому вопросу?
Биолог 3. Об этом красноречиво говорят результаты опытов, проводимых на животных и растениях. Орнитолог М. Е. Шумаков, изучая возможность влияния геомагнит ного поля на поведение птиц, перевозил их с места вылова (побережье Балтийского моря) в район Курской магнитной аномалии. Оказалось, что зяблики, чечевицы, садовые овсянки, славки-черноголовки и зарянки уве личивали свою двигательную активность под влиянием магнитной анома лии примерно в 2-3 раза.
Энтомолог В. Б. Чернышев, регистрируя двигательную активность насекомых в шести различных районах бывшего Советского Союза, отме чал, что только в районе Курской магнитной аномалии не удалось отме тить увеличение двигательной активности бабочек во время магнитной бури. Можно думать, что повышенная фоновая напряженность геомагнит ного поля может влиять на поведение насекомых.
Значительное искусственное увеличение интенсивности магнитного поля вызывало даже смертельный исход, что было обнаружено в опытах на мышах и насекомых, когда напряженность увеличивали в десятки ты сяч раз в сравнении с земным магнитным полем. Получается, что увеличе ние напряженности магнитного поля является экстремальным повреж дающим фактором.
Биолог 1. Известный физиолог растений А.В.Крылов провел серию очень ин тересных опытов. Он изучал влияние магнитного поля Земли на прораста ние семян. Результаты эксперимента показали, что скорость прорастания семян кукурузы меняется с изменением ориентации их в магнитном поле Земли, Суть явления заключалась в том, что семена кукурузы или пшени цы, ориентированные корешком зародыша к южному магнитному полюсу Земли (ориентироваться должны сухие семена, а не влажные!), в темноте при температуре 18-25°С прорастают на сутки раньше; рост корневой сис темы и стеблей более интенсивный, чем у семян, ориентированных проти воположным образом. Корешки семян, ориентированных к северному магнитному полюсу Земли, изгибались на 180° и росли в сторону южного магнитного полюса. Это явление, наблюдавшееся и в искусственных маг нитных полях, было названо магнитотропизмом.
М. П. Травкин проследил влияние магнитной аномалии на урожай ность некоторых культурных растений. Полученные данные свидетельст вуют о том, что урожай озимой пшеницы, ржи, кукурузы, подсолнечника и однолетних трав был ниже в районах с магнитной аномалией. Урожай картофеля, наоборот, в тех же районах имел более высокий показатель.
Немногочисленные пока результаты позволяют предполагать, что естественные аномалии геомагнитного поля могут как-то влиять на тот участок биосферы, который приходится на эти аномалии.
Врач-гигиенист. Из выступления биолога следует, что увеличе ние напряженности магнитного поля оказывает действие на живые орга низмы. А что известно о реакции живых систем на ослабление магнитного поля?
Биолог 2. Такие исследования проводились. Изучая биологическое влияние ионизирующего излучения, генерируемого бетатроном, медики решили проверить, обладает ли сопровождающее магнитное поле биоло гическим действием. Эксперименты дали положительный результат. Вот тогда и возникла задачу охарактеризовать особенности влияния магнитно го поля на организм млекопитающих. Объектом исследования послужили морские свинки. После пребывания в магнитном поле животных забивали. Срезы различных органов прокрашивали и просматривали в микроскоп. Полученную картину сравнивали с результатами контрольных исследова ний.
Оказалось, что у морских свинок, находившихся в магнитном поле возникают расстройства гемо- и лимфодинамики, появляются нарушения структуры лег ких, увеличение лимфоидной ткани и поражения прежде всего специали зированных клеток (сперматозоиды и нейроны).
Наибольшая степень нарушения возникала в половых железах сам цов, в яичках. Чаще всего наблюдали их отек. Под микроскопом было видно, что в первую очередь погибали зрелые сперматозоиды. В просветах канальцев появлялась гигантские клетки, содержащие до 10 и более ядер. Такие изменения наблюдались уже в первые часы воздействия магнитного поля и носили очаговый характер. У молодых самцов эти нарушения были более выражены, чем у взрослых. В яичниках самок тоже отмечали незна чительные нарушения.
В центральной нервной системе также наблюдали поражения неко торых клеток. Эти поражения характеризовались прежде всего набухани ем клеточных элементов. В легких наиболее отчетливо по сравнению с другими органами наблюдались расстройства крово- и лимфообращения, сопровождавшиеся значительным отеком. В почках возникала картина острого полнокровия. В лимфатических узлах и в селезенке ярко прояви лось расстройство водного обмена в виде набухания. Появлялись много ядерные клетки. В костном мозге отмечали увеличение числа кроветвор ных клеток - эозинофилов.
В этих же опытах обнаружили, что в печени встречались небольшие группы безъядерных клеток и кое-где наблюдалось некоторое просветле ние протоплазмы. Из органов желудочно-кишечного тракта только в тон ком кишечнике обнаруживался умеренный отек. В железах внутренней секреции и в сердечной мышце, кроме признаков расстройства кровооб ращения, существенных изменений не обнаружили.
Таким образом, «шоковыми» органами к воздействию магнитным полем можно считать половые железы, центральную нервную систему, легкие и почки. Интересно, что переменное магнитное поле промышлен ной частоты вызывало больший эффект, чем постоянное поле той же на пряженности.
Наблюдавшиеся нарушения в некоторых органах и системах орга низма не носят катастрофического характера. Хотя отдельные нарушения были длительными (до 30 дней после прекращения воздействия), боль шинство нарушенных структур восстанавливалось.
Журналист (физик): Можно ли считать доказанным, что организмы способны реагировать даже на изменения интенсивности геомагнитного поля, т. е. на доли эрстеда?
Биолог 3. Да. Как и другие физические факторы, магнитное поле обладает последействием. Кроме того, следует отметить наличие своеоб разной реакции на выключение электромагнита, которая характерна обыч но для реакций нервной системы на адекватные раздражители (к примеру, на свет). Возможно, наличие такой реакции может объяснить более выра женное биологическое действие переменных полей в сравнении с посто янными магнитными полями.
Было установлено, что при кратковременных воздействиях магнит ными полями не слишком большой интенсивности реакции носят непо стоянный характер, т. е. не каждое воздействие вызывает реакцию. Это свидетельствует и об относительной слабости воздействия, и о зависимо сти реакции от колебаний чувствительности отдельного организма. Суще ствует значительное количество данных, говорящих об индивидуальных различиях в реакциях на магнитные поля.
Журналист: Зависит ли реакция организма от возраста че ловека?
Биолог 1. Установлена зависимость реакции на маг нитное поле от возраста организма. На эмбрионы и развивающиеся орга низмы оно действует сильнее, чем на взрослые особи. Можно предполо жить, что животные разных видов по-разному реагируют на магнитные поля и что, вероятно, это различие зависит от уровня эволюционного раз вития организма. Однако гигиенистов в первую очередь интересует воз можность переноса магнитобиологических данных, полученных на экспе риментальных животных, при оценке влияния магнитных полей на человека. Стихийно складывается такое положение, что мышь становится главным магнитобиологическим объектом. Поскольку мышь является дос таточно изученной экспериментальной моделью, степень соотношения полученных на ней фактов с физиологией человека уже имеет традицион ное решение. Конечно, необходимо накапливать магнитобиологические данные и на других объектах, включая сюда и обезьян, и самого человека.
Врач-гигиенист. Подводя итоги гигиенического подхода к маг нитным полям, следует учесть, что знание механизмов биологического действия магнитного поля необходимо и тогда, когда оно является «дру гом», и в случае, если оно предстает в виде «врага». Как используют эти знания медики?
Врач-терапевт: Благодаря своим свойствам магнитное поле с каждым годом все ши ре используется в медицине, становясь «другом» врачей.
Медицинская специальность электромагнита - удаление ферромаг нитных осколков из ран или глаза. Дня этого один из полюсов электромаг нита изготовляется в форме спицы. Используют электромагниты и для магнитного массажа желудка. Больной принимает какой-нибудь магнит ный порошок, например F2Оз, после чего к области желудка подносят электромагнит. При замыкании тока порошок притягивается к магниту и фиксируется слизистой оболочкой желудка. Меняя ток, можно произво дить массаж с внутренней стороны желудка.
Сейчас очень широко исследуют магнитное влияние на течение раз личных заболеваний до и после оперативного вмешательства. В частности, накоплен интересный опыт наблюдений рассасывания рубцов, образовав шихся после операций, под действием магнитного поля.
Исследования дают возможность надеяться, что недалек тот день, когда можно будет уверенно прогнозировать степень замедления оседания эритроцитов (оседание эритроцитов - важная диагностическая проба).
Ю. А. Холодов впервые доказал, что постоянное магнитное поле, влияя на мозг, вызывает торможение коры. Это приводит к понижению порога болевой чувствительности. Концентрируя в небольшом объеме достаточно большие поля, можно применять электронаркоз при меньших дозах наркотических веществ и даже надеяться на успешное применение магнитных полей для местного обезболивания. Не исключено, что пациент стоматологического кабинета завтрашнего дня будет спокой ным, так как чувствительность его зубного нерва под действием магнит ного поля уменьшится в 2-3 раза.
В настоящее время магнитное поле широко используется в диагно стических целях.
Журналист 1: Что бы вы сказали, если бы голова профессора Доуэля (из одноименной повести А. Беляева) после отделения от туловища стала мыслить лучше, чем та же голова, крепко сидящая на плечах?
Нейрохирург. Мозг, лишенный связей с органами чувств, реаги ровал на магнитное поле чаще, быстрее и интенсивнее, чем мозг нормаль ный. Следовательно, магнитное поле может действовать непосредственно на мозг.
Теперь становятся понятными все сомнения, связанные с выяснени ем биологического действия магнитного поля. Экспериментаторы подхо дили к нему как к обычному раздражителю: «Не ощущаем - значит не действует!», а поле требует тонких методов исследования, которые появи лись в биологии только в последнее время. Магнитное поле, влияя на са мый индивидуальный орган головной мозг, может действовать на одних людей и щадить других.
Биолог 2. Важность непосредственного действия раздражителя на центральную нервную систему неоспорима; речь может идти о распро страненности этого явления, о его нормальном или патологическом харак тере. Говоря о распространенности, нужно иметь в виду как организмы с различным уровнем биологической организации, так и факторы различной физической природы. Известно, что одноклеточные воспринимают любой раздражитель непосредственно своей одной клеткой. Только после значи тельного периода развития многоклеточные организмы приобретают ор ганы чувств. В ряду позвоночных, например, самый примитивный орга низм - ланцетник еще воспринимает свет самим мозгом.
Журналист 1: Я слышала, что существует проблема памяти и магнитного поля. Это правда?
Нейрохирург. Давно поговаривали, что магнитное поле снижает память у человека. При опросе знакомых магнитобиологов выяснилось, что чья-то жена, побывав в поле, забыла надеть обручальное кольцо. Из вестно, что некоторые мужчины с женой связывают самые убедительные аргументы, но их сила, к сожалению, с расстоянием резко уменьшается.
Гигиенист А. М. Вялов в одной из статей писал буквально следую щее: «Так, обследуемая Ег-ва, 27 лет, предъявила жалобы на повышенную утомляемость, вялость, сонливость в конце рабочего дня и после работы, ослабление памяти, вследствие чего вынуждена была бросить учебу в ве чернем институте». Речь шла о работающих в магнитных полях.
Возможно, в обоих указанных случаях действительно магнитное по ле ослабляло память, но доказать это трудно, ибо случаев только два, и никакого контроля к ним не придумаешь.
Проблема памяти сейчас становится «модной». Хотя еще древние греки величали богиню памяти Мнемозину матерью всех муз, ученая бра тия последующих столетий недалеко ушла от греков, громогласно или молчаливо полагая, что память является тем божьим даром, который дается только с горы (возможно, с Олимпа) и которого в аптеке не купишь. Последние 10-20 лет, можно сказать, перевернули эту поговорку. Уже го товят вывески для тех аптек, где будут продаваться «таблетки памяти».
Журналист (биолог): Каждый человек знает, что солнце властно вмешивается в жизнь нашей планеты, изменяя интенсивность даваемого света и тепла. Но влия ние света на биологические системы изучает фотобиология, а влияние температуры термобиология. Ну, а что же тогда останется на долю ге лиобиологии?
Гелиобиолог:
Оказывается, кроме тепла и света, от Солнца идут к Земле электромагнитные колебания в диапазоне от радиоволн до рентгеновских лучей, а также потоки заряженных и нейтральных частиц, и все эти факто ры человеком непосредственно не ощущаются.
Известно, что активность Солнца время от времени меняется. Осо бенно характерны для нее циклы со средним периодом в 11 лет, которые согласуются с динамикой солнечных пятен. Биологи и медики давно заме тили подобную цикличность в биологических процессах. Историческое описание проблемы можно начать с цитаты: «Ламон из Мюнхена еще в 1860-х годах один из первых указал на возможную связь между эпиде миями и пертурбациями в электрическом и магнитном поле Земли, зави сящими, в свою очередь, от влияния космического фактора». Такое предположение в XIX в. было естественным, поскольку влияние магнитного поля на человека считалось бесспорным.
Экстремальным проявлением активности Солнца являются хромосферные вспышки, возникающие в результате быстрой перестройки маг нитных полей, связанной с их перезамыканием в верхней хромосфере или короне Солнца. При этом за короткое время (несколько минут) выделяется от 1021 до 1025 Дж энергии. Солнечная вспышка проявляется в увеличении свечения в видимом диапазоне. Иногда она сопровождается рентгенов ским, гамма- и радиоизлучениями. Многие вспышки порождают потоки быстрых заряженных частиц: электронов (с энергией 1-100 кзВ) и прото нов (с энергией в несколько сотен мегаэлектронвольт).
Вырвавшиеся за пределы солнечной короны быстрые заряженные частицы создают так называемые корпускулярные потоки. Они распро страняются вдоль линий индукции межпланетного магнитного поля и мо гут достигать магнитосферы Земли, вызывая многочисленные геомагнит ные эффекты.
Журналист 1: Как конкретно влияют процессы на Солнце на здоровье людей?
Гелиобиолог
Воздействие Солнца на магнитное поле Земли приводит к возникновению магнитных бурь. В настоящее время считается, что важная роль в гелиобиологических эффектах принадлежит, скорее всего, геомагнитному полю и его колебаниям. С этой точки зрения стано вится понятным и влияние погоды на человека, находящегося в гермети чески закрытом железобетонном здании, ибо магнитное поле Земли обла дает способностью проникать через стены такого здания.
На основании существующих гелиобиологических данных ясно, что необходима постоянная и всемирная астрономическая медицинская служ ба, чтобы ее прогнозы помогали врачам в лечении больных и профилакти ке различных осложнении. Строго говоря, данные такой службы должны учитываться в каждом медицинском и биологическом исследовании, как в настоящее время учитываются температура, давление, освещенность и другие очевидные факторы среды, которые могут повлиять на исход лю бого биологического события.
Уже в начале нашего века была установлена связь между магнитны ми бурями - отголосками солнечных бурь - и здоровьем человека. Пер вым, кто заметил связь событий, протекающих на Солнце, с тем, что про исходит на Земле, был русский ученый А. Л. Чижевский. Многочисленные исследования последних лет с определенностью установили наличие сре ди людей нескольких групп, по-разному реагирующих своими биопотен циалами на магнитные бури. К первой группе отнесли людей, которые из менением биопотенциала головного мозга реагируют на наступающую бурю за 3-4 дня; ко второй - реагирующих за сутки; к третьей - в момент самой бури; к четвертой - по прошествии 2-3 дней после бури; к пятой (10-15% наблюдаемых) - людей, на состояние биопотенциалов которых магнитная буря не влияет.
Известна статистика вызовов «скорой помощи». Она указывает на тонкую чувствительность сердечно-сосудистой системы человека к изменениям магнитного поля Земли и частотных составляющих перепада ат мосферного давления.
Некоторые ученые считают, что для человека важны любые изменения магнитного поля планеты. Так, существует гипотеза американского исследователя Мак Лина, согласно которой увеличение раковых заболева ний связано с ослаблением действия магнитного поля.
Общий итог урока проводят учителя биологии и физики.
15