بیوالکترومغناطیس

[Mehdi.Aref 26780]

قسمت اول

بيو الكترومغناطیس رشته ي علمي است كه پديد هاي الكتريكي ، مغناطيسي و الكترومغناطيسي كه از بافت هاي بيولو‍ژيكي ناشي مي شود را بررسي مي كند . اين پديد ها عبارتند از : رفتار بافت هاي تحريك پذير –پتانسيل ها و جريا هاي الكتريكي هادي هاي حجمي – ميدان هاي مغناطيسي خارج و داخل سلول هاي تحريك پذير به تحريك ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي – خواص ذاتي الككتريكي و مغناطيسي بافت ها

خيلي مهم است كه مفهوم بيوالكترومغناطيس را از مفهوم الكترونيك پزشكي جدا كنيم ؛ اولي شامل پديد هاي بيوالكتريك ، بيومغناطيس و بيو الكترومغناطيس و روش هاي اندازه گيري و تحريك مي شود در حالي كه دومي وسايلي را بيان مي كتد كه براي اين منظور به كار مي روند . بر اساس اين تعريف ، بيوالكترومغناطيس بين رشته اي است (‌از آنجايي كه شامل تعامل علوم زيستي و علوم مهندسي و فيزيك مي شود )‌.

( مسئله ای نیز قبل از این باید ذکر شود : بعضی از جا ها داخل متن ، واژه ی بیومغناطیس به جای واژهی بیوالکترومغناطیس به کار رفته است . می توان با توجه به قرائن ، این دو را از هم تشخیص داد .)

حال كه اين رشته ي علمي مطرح شده است ،‌بهتر است نگاهي به ديگر رشته هاي علمي ديگر كه خاصيت بين رشته اي را دارا هستند ، بيندازيم و تعريفي كوتاه از آنها داشته باشيم :

بيوفيزيك : علمي كه درگيز بدست آوردن پاسخ مسائل بيولوژزيكي با استفاده از مفاهيم فيزيكي است .

مهندسي زيستی bioengineering ‌: استفاده از مهندسي براي توسعه وسايل حفظ سلامت ، تحليل سيسيتم هاي بيولو‍ژيكي و توليد و ساخت محصولات بر اساس پيشرفت هاي تكنولوژي. اين عبارت به طور معمول براي در بر گرفتن مهندسي پزشكي و مهندسي بيوشيمي (‌بيوتكنولوژي )‌به كار مي رود .

بيوتكنولوژي : مطالعه ي تكنولوژي فرآيند ميكروبيولوژي . استفاده ي اصلي اين رشته در مشكلات كشاورزي ، غذل و دارويي است .

الكترونيك پزشكي : قسمتي از از مهندسي پزشكي كه درگير وسايل و روش هاي الكترونيكي در پزشكي است .

فيزيك پزشكي : علمي كه بر اساس مشكلات فيزيكي در پزشكي باليني است .

مهندسي پزشكي : رشته اي از مهندسي كه در گير كاربرد هاي علم و تكنولوژي در پزشكي و بيولوژي است .

 

تقسيم بندي بر اساس نظريه ها :

رشته ي بيوالكترومغناطيس را ميتوان از ديدگاه هاي مختلف تقسيم بندي كرد . يكي از اين تقسيم بندي ها، اين زيمنه ي علمي را بر اساس 2 نظريه جهاني تقسيم بندي مي كند : 1- معادلات ماكسول ( ارتباط الكترومغناطيسي )‌2- اصل تقابل (‌reciprocity )‌

معادلات ماكسول ، يا همان ارتباط ، ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي متغير با زمان را به هم پيوند مي دهد . در نتيجه ي آن هر جا ميدان هاي بيوالكتريك داريم ، ميدان هاي بيومغناطيس داريم و بر عكس . بر اساس اينكه ما پديده هاي الكتريكي ، مغناطيسي ياا لكترومغناطيسي را بيان مي كنيم ، بيوالكترومغناطيس نيز به 3 قسمت تقسيم مي شود : 1- بيوالكتريسيته 2- بيومغناطيس 3- بيوالكترومغناطيس

اصل تقابل : اين اصل ، به طور ساده ، بيان مي كند كه ارتباط بين منبع و ميدان توليد شده توسط آن هيچ تغييري نمي كند اگر نقطه اي كه منبع وجود دارد

و ميدان تغيير مي كند را با هم تعويض كنيم .

بر اساس اين اصل آشكار سازي توزيع حساسيت سيگنال هاي الكتريكي ،‌توزيع انرژي در تحريك الكتريکي و توزيع حساسيت اندازه گيري امپدانس الكتريكي همه با هم یکسان هستند . اين اصل براي روش هاي بيومغناطيس و بيوالكترومغناطيس نيز صادق است . بر اساس اينكه ما اندازه گيري ميدان ، تحريك يا خواص ذاتي بافت ها را در نظر داريم ، بيوالكترومغناطيس داخل اين چهار چوب به صورت زير تقسيم مي شود . :

I) اندازه گيري ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي از يك منبع بيوالكتريك يا ميدان مغناطيسي از يك ماده ي مغناطيسي

II) تحريك الكتريكي ميدان هاي الكترومغناطيسي يا مغناطيسي كردن مواد با استفاده از ميدان هاي مغناطيسي

III) اندازه گيري خواص ذاتي الكتريكي با مغناطيسي بافت ها .  

[Mehdi.Aref 26780]

قسمت دوم

 

توضيحالتي در مورد اين تقسيم بندي ها :

1) اندازه گيري ميدان هاي مغناطيسي و الكتريكي به سيگنال هاي مغناطيسي يا الكتريكي توليد شده توسط فعاليت بافت هاي زنده اشاره مي كند . بر اساس اين تقسيم بندي ،‌يك بافت فعال ، انرژي الكترومغناطيسي توليد ميكند كه مي تواند به صورت الكتريكي با مغناطيسي از بيرون يا خارج عضوي كه اين منبع وجود دارد اندازه گيري شود . اين قسمت نيز شامل ميدان هاي مغناطيسي توليد شده توسط مواد مغناطيسي داخل بافت مي شود .

 

2) تحريك الكتريكي با ميدان هاي الكترومغناطيسي با مغناطيسي كردن مواد : اين شامل تاثيرات ميدان الكتريكي و مغناطسي روي بافت مي شود . در تقسيم بندي بيوالكترومغناطيس، انرژي مغناطيسي توسط ميدان الكترونيكي خارج بافت بيولوژيكي توليد مي شود . وقتي اين انرژي مغناطيسي و الكتركي به يك بفت تحريك پذير براي فعال كردن آن اعمال ميشود ، تحريك الكتريكي يا مغناطيسي ناميده مي شود . ووقتي انرژي مغناطيسي به يك بافت كه شامل ماده مغناطيسي است اعمال مي شود ،‌ماده مغناطسي مي شود . ( به غير از اين صورت مي توان يك فرد را با پتانسيل بالا شارژ كرد كه اين كار برق دادن ناميده مي شود و فقط براي كار هاي تماشايي و سرگرمي انجام مي شود )‌. با توجه به خصوصيات غيرخطي غشا ها ، تحريك ها مي توانند به صورت زير آستانه يا فرا آستانه باشند . انرژي الکتريكي با مغناطيسي زير آستانه مي تواند براي كار هاي درماني ، با نام الكتروتراپي و مغناطوتراپي، استفاده شود . و فرا تر از آستانه براي تحريك .

نمونه هاي اين قسمت بيوالكترومغناطيسي ، الكتروبيولوژي و مغنطوبيولوژي ناميده مي شود .

 

3) تقسيم بندي سوم اندازه گيري خصوصيات الكتريكي و مغناطيسي بافت است . مانند قسمت دوم ،‌انرژي الكريكي و مغناطيسي به بافت داده مي شود .زماني كه اين انرژي زير آستانه باشد ،‌خصوصيات ذاتي پسيو الكترومغماطيسي بافت مي تواند با اندازه گيري هاي مناسب بدست بيايد .

 

تقسيم بندي آناتوميكي : مي توان بيوالكترومغناطيس را بر اساس آناتومي نيز دسته بندي كرد . اين دسته بندي براي كار برد ها ي كلينيكي مفيد است. در اين حالت بيوالكترومغناطيس بر اساس بافت هاي اعمالي تقسيم بندي مي شود .:

A) نروفيزيولوژي

B) كارديوفيزيولوژي

C) بيوالكترومغناطيس ساير عضو ها و بافت ها  

اهميت بيوالكترومغناطيس :

چرا بايد بايد مطالعه ي پديده هاي الكتريكي و مغناطيسي با فت های زنده را به عنوان موضوعی جداگانه قرار دهیم ؟ دلیل اصلی این است که پدیده های بیوالکتریکی غشا سلول برای بافت زنده حیاتی هستند . سلول ها به روش های مختلفی از پتانسیل غشا استفاده می کنند . با باز شدن ناگهانی کانال های سدیمی ، پتانسیل غشا به صورت ناگهان ، در زمان یک هزارم ثانیه تغییر می کند . در اصل زندگی باتغییر پتانسیل غشا آغاز می شود . وقتی اسپرم با تخمک در لحظه ی لقاح پیوند بر قرار می کند ، کانال های یونی در داخل تخمک فعال شده و در اثر تغییر پتانسیل ، سلول های اسپرم دیگر قادر به دسترسی به این تخمک را نخواهند داشت .

پدیده های بیواالکتریکی به راحتی اندازه گیری می شوند ودر نتیجه این نحوه ی وارد شدن به مسئله مستقیم و قابل اجرا است . در بازرسی دیگر موضعات مانند اتفاقات بیوشیمی و بیوفیزیک ، مبدل های ویژه ای باید استفاده شوند تا پدیده های مورد نظر را به سیگنال های الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل کند . در مقابل این ، پدید های بیوالکتریکی باید فقط توسط الکترود های ساده اندازه گیری شوند . همچنین ، میدان مغناطیسی را می توان با مغناطومتر اندازه گیری کرد .

در مقایسه با متغیر های بیولوژیکی ، پدیده های بیوالکترومغناطیسی می توانند به صورت همزمان (realtime) به صورت غیر تهاجمی آشکار سازی شوند . چون اطلاعات به صورت فوری در داخل و خارج هادی حجمیِ تشکیل شده توسط بدن بدست می آید . منبع می تواند با استفاده از تئوری های ....منابع و هادی های حجمی به همراه قابلیت کامپیوتر های امروزی بررسی شود .

در مقابل ، می توان تحریک های الکترکی فضایی و محدود کنترل شده برای تحریک نواحی از کار افتاده در سیستم عصبی عضلاتی بدن استفاده نمود .

طبیعت الکتریکی بافت های بیولوژیکی به انتشار سیگنال های اطلاعات و کنترل کننده منجر می شود که برای حیات مهم است . اولین دسته شامل شنیدار ، دیدار و حس های پیکری است . که در این موارد ، مبدلی محیطی ( چشم ، گوش و ...) سیگنال هایی را به مغز می فرستند .

سیگنال های خروجی مغز به طور مثال می توانند باعث انقباض ارادی عضلات شوند . همئوستاز (حالت طبیعی بدن ) نیاز به تنظیم حلقه بسته دارد . در بعضی جا ها ، فیدبک ها از سیگنال های الکترکی که بر روی عملکرد فیزیولوژیکی تاثیر می گذارد مانند آهنگ ضربان قلب ، وضعیت انقباض قلب، ازاد شدن مخاط و ...گرفته می شود .

در نتیجه ی سرعت زیاد توسعه ابزار دقیق الکترونیکی و علوم کامپیوتر ، ابزار دقیق تشخیصی ، که بر اساس پدید های بیوالکتریکی هستند ، به سرعت در حال توسعه می باشند . امروزه نمی توان بیمارستان یا مطب دکتر را بدون ECG و EEG تصور کرد . توسعه میکرو الکترونیک ، باعث شده است که وسایل قابل حمل و دقت تشخیص بالاتر برود . ضربان ساز های قابل کشت باعث شده است افرادی بی شماری بتوانند زندگی عادی خود را داشته باشند . کار برد های بیومغناطیس همچنین در حال پیشرفت هستند و در آینده ، روش های بیوالکتریکی در درمان و تشخیص را تکمیل خواهند کرد . این مثال ها نشان می دهند که بیوالکترومغناطیس یک قسمت حیاتی از زندگی روزمره ی ما هستند .

بیوالکترومغناطیس این امکان را فراهم می کند که ما رفتار بافت های زنده را درسطوح سلولی و ارگانیک بررسی کنیم .همچنین ، دستاورد های جدید علمی برای دانشمندان این امکان داده اند که که سطوح زیر سلولی را با استفاده از جریان الکتریکی عبور ی از یک کانال یونی بوسیله ی روش Patch-clamp تحقیق کند . با استفاده از این روش ، بیوالکترومغناطیس می تواند در بیولوژی مولکولی استفاده شود و باعث بوجود آمدن دارو های جدید بشود . در نتیجه بیوالکترو مغناطیس فرصت های جدید و مهمی را برای توسعه روش های درمانی و تشخیص در اختایار علم می گذارد .

این متن یک ترجمه است .

هرگونه استفاده از آن با ذکر نام سایت BIoemm ومترجم بلامانع است .

ترجمه توسط آقای سیاوش سخاوی

منبع : کتاب بیوالکترومغناطیس اثر رابرت پلونزی و جاکو مالمیوئو، بخش مقدمه

“Bioelectromagnetism” Robert plonsey ,jaako malmivuo