Rayonnement infrarouge lointain (FIR): ses effets biologiques et ses applications médicales

2021-09-16

  Qu'est-ce que le rayonnement FIR?

En ce qui concerne le spectre complet du rayonnement électromagnétique, la bande du rayonnement infrarouge (IR) couvre la gamme de longueurs d'onde de 750 nm-100 μm, la plage de fréquences de 400 THz-3 THz et la gamme d'énergie des photons de 12,4 meV à 1,7 eV. Il se situe entre le bord rouge de longue longueur d'onde du visible et le bord court des bandes spectrales térahertz (à partir de 3 THz) ( Figure 1 ).

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Le spectre du rayonnement électromagnétique et certains changements biologiques qu'il peut induire.

Effets biologiques de la FIR

L'application FIR en médecine nécessite la compréhension et la connaissance des interactions du rayonnement électromagnétique dans la gamme FIR avec les structures biologiques (y compris les cellules, les membranes cellulaires, les fluides cellulaires-en particulier l'eau, l'ADN/protéines) et le fonctionnement des systèmes vivants en général. Au niveau cellulaire, les mécanismes biophysiques sous-jacents de l'interaction du rayonnement électromagnétique avec les cellules vivantes peuvent être encadrés en termes de potentiels de membrane cellulaire altérés et de métabolisme mitochondrial altéré [ ]. L'énergie FIR (photons avec des niveaux d'énergie quantique de 12,4 meV-1,7 eV) est absorbée par les niveaux vibrationnels de liaisons dans les molécules. Il existe six modes vibrationnels couvrant l'étirement symétrique et antisymétrique, le ciseau, le balancement, le remuement et la torsion. Compte tenu de la forte concentration d'eau dans les systèmes biologiques, de l'association des molécules d'eau avec les ions (effet de solvatation), des propriétés diélectriques de l'eau et du grand moment dipolaire que cet effet génère, ce sera un facteur dominant dans les solutions biologiques. On sait qu'à des fréquences plus basses, les molécules d'eau sont capables de tourner librement dans un champ électrique oscillant avec peu ou presque pas de perte d'énergie. Cependant, si la fréquence du champ électrique atteint 10 8   Les niveaux de Hz, le mode de rotation devient gêné (en raison de l'effet de «frottement diélectrique») et l'énergie absorbée commence à se dissiper par collision ou par interactions du voisin le plus proche dans le milieu [ ]. La relaxation diélectrique de l'eau à 310 K est d'environ 25 GHz où la réponse rotationnelle des dipôles au champ électromagnétique est répartie sur une large gamme de fréquences.

Dans les systèmes vivants, en plus de l'association des molécules d'eau avec le champ électromagnétique et ses effets, il faut considérer l'effet de «méso-structure» où les protéines et les groupes chargés (situés sur des sites spécifiques des protéines) sont cruciaux pour l'ensemble activité biologique. Ces groupes chargés spécifiquement localisés s'associent aux molécules d'eau et, ce faisant, influencent le comportement diélectrique de l'ensemble de l'assemblage moléculaire, ce qui à son tour affecte son fonctionnement biologique. Ainsi, les propriétés diélectriques des tissus (même au niveau cellulaire) dépendent et varient avec la teneur en eau. De plus, la relaxation de ces «méso-structures» moléculaires peut montrer des variations avec la fréquence. Pour ces raisons, la teneur en eau est un facteur critique dans l'interaction entre la FIR et les organismes vivants.

À cet égard, la dynamique des grappes d'eau a suscité un intérêt considérable car il existe une différence notable par rapport à la dynamique de l'eau liquide en vrac, ce qui peut avoir des implications importantes dans les environnements biologiques. Il est démontré que les changements locaux dans l'environnement moléculaire (causés par la solvatation ou le confinement) affectent sensiblement les modes de translation et de vibration dans la gamme de fréquences FIR. On constate que la taille et la température du cluster d'eau affectent considérablement le spectre d'absorption des FIR [ ].

Applications médicales de la FIR

Pour la FIR utilisée comme modalité thérapeutique, les termes alternatifs «rayonnement biogénétique» et «rayons biogénétiques» ont été inventés et largement utilisés dans la littérature populaire. La longueur d'onde de la FIR est trop longue pour être perçue par les yeux, cependant, le corps subit son énergie comme une chaleur rayonnante douce qui peut pénétrer jusqu'à 1,5 pouces (près de 4 cm) sous la peau. L'énergie FIR est suffisante pour exercer des modes de mouvement rotationnels et vibrationnels dans les liaisons formant les molécules (y compris les molécules d'eau) ainsi que pour résonner avec les fréquences cellulaires. La température épidermique qui en découle est plus élevée lorsque la peau est irradiée avec la FIR que si des charges thermiques similaires provenant de longueurs d'onde plus courtes sont utilisées. Il a été proposé que la réponse érythmique prolongée due à l'exposition aux FIR soit due à l'augmentation des températures épidermiques qui lui sont associées, mais les niveaux de FIR qui ne produisent aucun chauffage cutané détectable peuvent également avoir des effets biologiques.

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