Radiación infrarroja lejana (FIR): sus efectos biológicos y aplicaciones médicas

2021-09-16

  ¿Qué es la radiación FIR?

Con respecto al espectro de radiación electromagnética completo, la banda de radiación infrarroja (IR) cubre el rango de longitud de onda de 750 nm-100 μm, el rango de frecuencia de 400 THz-3 de THz y el rango de energía de fotones de 12,4 meV-1,7 eV. Se encuentra entre el borde rojo de longitud de onda larga de las bandas espectrales visibles y el borde corto de los terahercios (comenzando en 3 THz) ( Figura 1 ).

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El espectro de radiación electromagnética y algunos cambios biológicos que puede inducir.

Efectos biológicos de FIR

La aplicación de FIR en medicina requiere la comprensión y el conocimiento de las interacciones de la radiación electromagnética en el rango de FIR con estructuras biológicas (incluidas células, membranas celulares, fluidos celulares, especialmente agua, ADN/proteínas) y el funcionamiento de los sistemas vivos en general. A nivel celular, los mecanismos biofísicos subyacentes de la interacción de la radiación electromagnética con las células vivas pueden enmarcarse en términos de potenciales de membrana celular alterados y metabolismo mitocondrial alterado [ ]. La energía FIR (fotones con niveles de energía cuántica de 12,4 meV-1,7 eV) es absorbida por niveles vibracionales de enlaces en moléculas. Hay seis modos vibracionales que cubren estiramiento simétrico y antisimétrico, tijera, balanceo, meneo y torsión. Teniendo en cuenta la alta concentración de agua en los sistemas biológicos, la asociación de moléculas de agua con iones (efecto de solvatación), las propiedades dieléctricas del agua y el gran momento dipolar que genera este efecto, este será un factor dominante en las soluciones biológicas. Se sabe que a frecuencias más bajas, las moléculas de agua pueden rotar libremente en un campo eléctrico oscilante con poca o casi ninguna pérdida de energía. Sin embargo, si la frecuencia del campo eléctrico llega a 10 8   Niveles de Hz, el modo de rotación se dificulta (debido al efecto de "fricción dieléctrica") y la energía absorbida comienza a disiparse por colisión o interacciones vecinas más cercanas en los medios [ ]. La relajación dieléctrica del agua a 310 K es de alrededor de 25 GHz donde la respuesta rotacional de los dipolos al campo electromagnético se extiende en un amplio rango de frecuencia.

En los sistemas vivos, además de la asociación de moléculas de agua con el campo electromagnético y los efectos de eso, hay que considerar el efecto de "mesoestructura" donde las proteínas y los grupos cargados (ubicados en sitios específicos de las proteínas) son cruciales para el conjunto. actividad biológica. Estos grupos cargados ubicados específicamente se asocian con las moléculas de agua y, al hacerlo, influyen en el comportamiento dieléctrico de todo el ensamblaje molecular, que a su vez afecta su funcionamiento biológico. Por lo tanto, las propiedades dieléctricas de los tejidos (incluso a nivel celular) dependen y varían con el contenido de agua. Además, la relajación de estas "mesoestructuras" moleculares puede mostrar variaciones con la frecuencia. Por estas razones, el contenido de agua es un factor crítico en la interacción entre la FIR y los organismos vivos.

En este sentido, la dinámica de los grupos de agua ha atraído un interés considerable, ya que existe una diferencia notable con respecto a la dinámica del agua líquida a granel, y esto puede tener implicaciones significativas en los entornos biológicos. Se muestra que los cambios locales en el entorno molecular (causados por la solvatación o el confinamiento) afectan sustancialmente los modos de traslación y vibración en el rango de frecuencia FIR. Se encuentra que el tamaño y la temperatura del grupo de agua afectan significativamente el espectro de absorción de FIR [ ].

Aplicaciones médicas de FIR

Para la FIR utilizada como modalidad terapéutica, los términos alternativos "radiación biogenética" y "rayos biogenéticos" se han acuñado y utilizado ampliamente en la literatura popular. La longitud de onda FIR es demasiado larga para ser percibida por los ojos, sin embargo, el cuerpo experimenta su energía como un calor radiante suave que puede penetrar hasta 1,5 pulgadas (casi 4 cm) debajo de la piel. La energía FIR es suficiente para ejercer modos de movimiento rotacional y vibracional en enlaces que forman las moléculas (incluidas las moléculas de agua), así como resonar con las frecuencias celulares. La temperatura epidérmica resultante es más alta cuando la piel se irradia con FIR que si se utilizan cargas térmicas similares de longitudes de onda más cortas. Se ha propuesto que la respuesta eritérmica prolongada debido a la exposición a FIR se debe al aumento de las temperaturas epidérmicas asociadas a ella, pero los niveles de FIR que no producen ningún calentamiento cutáneo detectable también pueden tener efectos biológicos.

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