Связано ли ослабление магнитного поля в космосе с риском ошибок в деятельности космонавтов?

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Число биомедицинских исследований, в которых наблюдаемые эффекты определяются законами квантовой физики, постоянно растет. К ним относятся дыхание, зрение, обоняние, фотосинтез, мутации и др., объединенные единым названием «квантовая биология». Действие на организмы магнитных полей, – в т.ч. ослабленных по сравнению с геомагнитным полем, – одно из таких направлений. Магнитное поле может действовать только на магнитные моменты, важнейшим представителем которых является электрон. Магнитное поле меняет квантовую динамику электронов в организме, что, в конечном счете, приводит к наблюдаемым реакциям на биохимическом и поведенческом уровнях. Организмы на Земле эволюционировали в геомагнитном поле, – значит, его отсутствие может вызвать нарушения в нормальном функционировании организмов. Действительно, на эту тему имеется более двухсот научных публикаций. На сегодня надежно установлено, что гипомагнитное поле может изменять функционирование организмов от бактерий и грибов до млекопитающих и человека. В дальнем космическом полете и в будущих миссиях на Луну и Марс космонавты будут находиться в условиях гипомагнитного поля, – это меньше естественного геомагнитного поля более чем в сто раз. Такое ослабление магнитного поля сопряжено с дополнительным риском. В настоящем миниобзоре дана начальная информация об уровнях магнитного поля на Земле, в ближнем и дальнем космическом пространстве, а также на поверхности Луны и Марса. Приведены сведения о влиянии гипомагнитного поля на характеристики организма человека и о механизмах такого влияния. Сообщается об особенностях исследований в области магнитобиологии, требующих специальных статистических методов обработки результатов. Обсуждается сложность создания гипомагнитного поля в объемах, достаточных для размещения организма человека. Сформулированы первоочередные задачи в этом сравнительно новом направлении магнитобиологии.

Об авторах

Рустем Рамилевич Каспранский

ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр космической медицины» ФМБА России

Email: kaspranski@mail.ru
Заместитель директора по научной работе;

Владимир Николаевич Бинги

ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр космической медицины» ФМБА России

Email: vnbin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1341-9591
Главный научный сотрудник;

Иван Владимирович Кошель

ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр космической медицины» ФМБА России

Email: koshel1979@mail.ru
Исполняющий обязанности директора;

Список литературы

  1. Barnothy M.F. Biological Effects of Magnetic Fields. New York: Plenum, 1964.
  2. Grissom C.B. Magnetic field effects in biology: A survey of possible mechanisms with emphasis on radical-pair recombination // Chemical Reviews. 1995. Vol. 95, № 1. P. 3–24.
  3. Бинги В.Н. Принципы электромагнитной биофизики. М.: Физматлит, 2011.
  4. Бучаченко А.Л. Магнито-зависимые молекулярные и химические процессы в биохимии, генетике и медицине // Успехи химии. 2014. № 1. С. 1–12.
  5. Biological and Medical Aspects of Electromagnetic Fields. 4th ed. / ed. Greenebaum B., Barnes F. Boca Raton: CRC Press, 2019. Vol. 1, 2.
  6. Ghodbane S. et al. Bioeffects of static magnetic fields: Oxidative stress, genotoxic effects, and cancer studies // BioMed Research International. 2013. Vol. 2013. P. 602987.
  7. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Ленинград: Изд. ЛГУ, 1978.
  8. Sarimov R.M., Binhi V.N. Low-frequency magnetic fields in cars and office premises and the geomagnetic field variations // Bioelectromagnetics. 2020. Vol. 41, № 5. P. 360–368.
  9. Павлович С.А. Магнитная восприимчивость организмов. Минск: Hаука и техника, 1985.
  10. Холодов Ю.А. Магнетизм в биологии. М.: Наука, 1970.
  11. Бинги В.Н., Рубин А.Б. О квантовой природе магнитных явлений в биологии // Физика биологии и медицины. 2023. № 1. С. 44–73.
  12. Wiltschko R., Wiltschko W. Magnetic Orientation in Animals. Berlin: Springer, 1995.
  13. Бреус Т.К., Бинги В.Н., Петрукович А.А. Магнитный фактор солнечно-земных связей и его влияние на человека: Физические проблемы и перспективы // Успехи физических наук. 2016. № 5. С. 568–576.
  14. Binhi V.N. Random effects in magnetobiology and a way to summarize them // Bioelectromagnetics. 2021. Vol. 42, № 6. P. 501–515.
  15. Huss A., Peters S., Vermeulen R. Occupational exposure to extremely low-frequency magnetic fields and the risk of ALS: A systematic review and meta-analysis // Bioelectromagnetics. 2018. Vol. 39, № 2. P. 156–163.
  16. IARC. IARC Monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, Vol. 80. Non-Ionizing Radiation, Part 1: Static and Extremely Low-Frequency (ELF) Electric and Magnetic Fields. Lyon: IARC Press, 2002.
  17. Binhi V.N., Prato F.S. Biological effects of the hypomagnetic field: An analytical review of experiments and theories // PLoS ONE. 2017. Vol. 12, № 6. P. e0179340.
  18. Sarimov R.M., Serov D.A., Gudkov S.V. Hypomagnetic conditions and their biological action (review) // Biology. 2023. Vol. 12, № 1513.
  19. Никитина Е.А. et al. Слабое статическое магнитное поле: Воздействие на нервную систему // Журнал высшей нервной деятельности. 2022. № 6. P. 783–799.
  20. Sinčák M., Sedlakova-Kadukova J. Hypomagnetic fields and their multilevel effects on living organisms // Processes. 2023. Vol. 11, № 282.
  21. Тарасов Л.В. Земной магнетизм. Долгопрудный: Издательский Дом Интеллект, 2012.
  22. Физика космоса – Маленькая энциклопедия. 2-е изд. / ред. Сюняев Р.А. М.: Советская энциклопедия, 1986.
  23. Kokhan V.S. et al. Risk of defeats in the central nervous system during deep space missions // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. Elsevier Science, 2016. P. S0149763416302974.
  24. Oliveira J.S., Wieczorek M.A. Testing the axial dipole hypothesis for the moon by modeling the direction of crustal magnetization // Journal of Geophysical Research: Planets. 2017. Vol. 122, № 2. P. 383–399.
  25. Klokočník J. et al. Atlas of the Gravity and Magnetic Fields of the Moon. Switzerland AG: Springer Geophysics, 2022.
  26. Бреус Т.К. et al. Особенности магнитосферы Марса по данным спутников Марс-3 и Фобос-2: сопоставление с результатами MGS и MAVEN // Космические исследования. 2021. № 6. С. 504–518.
  27. Binhi V.N., Rubin A.B. Theoretical concepts in magnetobiology after 40 years of research // Cells. 2022. Vol. 11, № 2. P. 274.
  28. Dhiman S.K., Galland P. Effects of weak static magnetic fields on the gene expression of seedlings of Arabidopsis thaliana // Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 231. P. 9–18.
  29. Volpe P., Eremenko T. Gene expression in a space-simulating magnetically shielded environment // The Environmentalist. 2005. Vol. 25, № 2. P. 83–92.
  30. Wang X.K. et al. Effects of hypomagnetic field on magnetosome formation of Magnetospirillum magneticum AMB-1 // Geomicrobiology Journal. 2008. Vol. 25, № 6. P. 296–303.
  31. Martino C.F. et al. Effects of weak static magnetic fields on endothelial cells // Bioelectromagnetics. 2010. Vol. 31, № 4. P. 296–301.
  32. Xu C. et al. A near-null magnetic field affects cryptochrome-related hypocotyl growth and flowering in Arabidopsis // Advances in Space Research. 2012. Vol. 49, № 5. P. 834–840.
  33. Khodanovich M.Yu. et al. Effect of long-term geomagnetic field weakening on aggressiveness of rats and opioidergic neurons activation // Tomsk State University Journal of Biology. 2013. № 1(21). P. 146–160.
  34. Mo W.-C. et al. Transcriptome profile of human neuroblastoma cells in the hypomagnetic field // Science China – Life Sciences. 2014. Vol. 57, № 4. P. 448–461.
  35. Wan G.-J. et al. Cryptochromes and hormone signal transduction under near-zero magnetic fields: New clues to magnetic field effects in a rice planthopper // PLoS One. 2015. Vol. 10, № 7. P. e0132966.
  36. Xu C. et al. Gibberellins are involved in effect of near-null magnetic field on arabidopsis flowering // Bioelectromagnetics. 2017. Vol. 38, № 1. P. 1–10.
  37. Thun-Battersby S., Mevissen M., Loscher W. Exposure of Sprague-Dawley rats to a 50-Hertz, 100-Tesla magnetic field for 27 weeks facilitates mammary tumorigenesis in the 7,12-dimethylbenz[a]-anthracene model of breast cancer // Cancer Research. 1999. Vol. 59, № 15. P. 3627–3633.
  38. Politanski P. et al. Combined effect of X-ray radiation and static magnetic fields on reactive oxygen species in rat lymphocytes in vitro // Bioelectromagnetics. John Wiley; Sons, 2013. Vol. 34, № 4. P. 333–336.
  39. Buchachenko A.L., Kuznetsov D.A. Genes and cancer under magnetic control // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2021. Vol. 15, № 1. P. 1–11.
  40. Binhi V.N. Statistical amplification of the effects of weak magnetic fields in cellular translation // Cells. 2023. Vol. 12. P. 724.
  41. Зельдович Я.Б., Бучаченко А.Л., Франкевич Е.Л. Магнитно-спиновые эффекты в химии и молекулярной физике // УФН. 1988. № 1. С. 3–45.
  42. Miller A.B. et al. Cancer epidemiology update, following the 2011 IARC evaluation of radiofrequency electromagnetic fields (Monograph 102) // Environmental Research. 2018. Vol. 167. P. 673–683.
  43. Makinistian L., Vives L. Devices, facilities, and shielding for biological experiments with static and extremely low frequency magnetic fields // IEEE Journal of Electromagnetics, RF, and Microwaves in Medicine and Biology. 2024. Vol. 8. P. 1–16.
  44. Di Lazzaro V. et al. A consensus panel review of central nervous system effects of the exposure to low-intensity extremely low-frequency magnetic fields // Brain Stimulation. 2013. Vol. 6, № 4. P. 469–476.
  45. Cremer-Bartels G., Krause K., Küchle H.J. Influence of low magnetic-field-strength variations on the retina and pineal gland of quail and humans // Albrecht von Graefe’s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 1983. Vol. 220, № 5. P. 248–252.
  46. Legros F., Beuter A. Individual subject sensitivity to extremely low frequency magnetic field // NeuroToxicology. 2006. Vol. 27, № 4. P. 534–546.
  47. Carrubba S. et al. Evidence of a nonlinear human magnetic sense // Neuroscience. 2007. Vol. 144, № 1. P. 356–367.
  48. Beischer D.E., Miller E.F. II, Knepton J.C. Jr. Exposure of man to low intensity magnetic fields in a coil system. Pensacola, Florida: Naval Aerospace Medical Institute, NAMI-1018, 1967.
  49. Thoss F., Bartsch B. The geomagnetic field influences the sensitivity of our eyes // Vision Research. 2007. Vol. 47, № 8. P. 1036–1041.
  50. Саримов Р.М., Бинги В.Н., Миляев В.А. Влияние компенсации геомагнитного поля на когнитивные процессы человека // Биофизика. 2008. № 5. С. 856–866.
  51. Саримов Р.М. Влияние гипомагнитных условий на размер зрачка человека // Физика биологии и медицины. 2024. (В этом выпуске)
  52. Wang C.X. et al. Transduction of the geomagnetic field as evidenced from alpha-band activity in the human brain // eNeuro. 2019. Vol. 6, № 2. P. e0483.
  53. Chae K.-S. et al. Human magnetic sense is mediated by a light and magnetic field resonance-dependent mechanism // Scientific Reports. 2022. Vol. 12, № 1. P. 8997.
  54. Pishchalnikov R.Y. et al. Cardiovascular response as a marker of environmental stress caused by variations in geomagnetic field and local weather // Biomedical Signal Processing and Control. 2019. Vol. 51. P. 401–410.
  55. Gurfinkel Yu.I. et al. Geomagnetic storm under laboratory conditions: Randomized experiment // International Journal of Biometeorology. 2017. Vol. 62, № 4. P. 501–512.
  56. Gurfinkel Yu.I. et al. Effect of zero magnetic field on cardiovascular system and microcirculation // Life Sciences in Space Research. 2016. Vol. 8. P. 1–7.
  57. Демин А.В., Суворов А.В., Орлов О.И. Особенности гемодинамики у здоровых мужчин в гипомагнитных условиях // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2021. № 2. С. 63–68.
  58. Kukanov V.Y. et al. Effect of simulated hypomagnetic conditions on some physiological paremeters under 8-hour exposure. Experiment Arfa-19. // Human Physiology. 2023. Vol. 49, № 2. P. 138–146.
  59. Маркин А.А. et al. Влияние гипомагнитной среды на метаболизм и психофизиологические реакции здорового человека // Физиология человека. 2023. № 6. С. 84–91.
  60. Каширина Д.Н. et al. Исследование белкового состава сухих пятен крови здоровых добровольцев в эксперименте с гипомагнитными условиями // Физиология человека. 2023. № 1. С. 104–115.
  61. Попова О.В., Русанов В.Б., Орлов О.И. Вегетативная регуляция кровообращения и биоэлектрические процессы вмиокарде человека в моделируемых гипомагнитных условиях // Медицина экстремальных ситуаций. 2024. № 2. С. 1–9.
  62. Бинги В.Н. Два типа магнитных биологических эффектов: Индивидуальный и групповой // Биофизика. 2012. № 2. С. 338–345.
  63. Buchachenko A. Magneto-Biology and Medicine. New York: Nova Science, 2014.
  64. Hore P.J., Mouritsen H. The radical-pair mechanism of magnetoreception // Annual Review of Biophysics. 2016. Vol. 45, № 1. P. 299–344.
  65. Binhi V.N. Nonspecific magnetic biological effects: A model assuming the spin-orbit coupling // The Journal of Chemical Physics. 2019. Vol. 151, № 20. P. 204101.
  66. Binhi V.N., Prato F.S. A physical mechanism of magnetoreception: Extension and analysis // Bioelectromagnetics. 2017. Vol. 38, № 1. P. 41–52.
  67. Бинги В.H. Ядерные спины в первичных механизмах биологического действия магнитных полей // Биофизика. 1995. № 3. С. 677–691.
  68. Бинги В.Н. Дефекты структуры жидкой воды в магнитном и электрическом полях // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998. № 2. С. 7–16.
  69. Binhi V.N., Savin A.V. Molecular gyroscopes and biological effects of weak extremely low-frequency magnetic fields // Physical Review E. 2002. Vol. 65, № 5. P. 051912.
  70. Binhi V.N., Chernavsky D.S. Stochastic resonance of magnetosomes fixed in the cytoskeleton // Biophysics. 2005. Vol. 50, № 4. P. 599–603.
  71. Winklhofer M., Kirschvink J.L. A quantitative assessment of torque-transducer models for magnetoreception // J. R. Soc. Interface. 2010. Vol. 7, № Suppl. 2. P. S273–S289.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».