Radiazione infrarossa lontana (FIR): i suoi effetti biologici e le applicazioni mediche
Cos'è la radiazione FIR?
Per quanto riguarda lo spettro completo della radiazione elettromagnetica, la banda della radiazione infrarossa (IR) copre l'intervallo di lunghezza d'onda di 750 nm-100 μm, l'intervallo di frequenza di 400 THz-3 THz e l'intervallo di energia del fotone di 12,4meV-1.7 eV. Si trova tra la lunga lunghezza d'onda del bordo rosso del visibile e il bordo corto delle bande spettrali terahertz (a partire da 3 THz) ( Figura 1 ).
Lo spettro della radiazione elettromagnetica e alcuni cambiamenti biologici che può indurre.
Effetti biologici di FIR
L'applicazione FIR in medicina richiede la comprensione e la conoscenza delle interazioni delle radiazioni elettromagnetiche a gamma FIR con strutture biologiche (comprese cellule, membrane cellulari, fluidi cellulari-in particolare acqua, DNA/proteine) e funzionamento dei sistemi viventi in generale. A livello cellulare, i meccanismi biofisici sottostanti dell'interazione della radiazione elettromagnetica con le cellule viventi possono essere inquadrati in termini di potenziali alterati della membrana cellulare e metabolismo mitocondriale alterato [ 2 ]. L'energia FIR (fotoni con livelli di energia quantistica di 12,4 meV-1,7 eV) viene assorbita dai livelli vibrazionali di legami nelle molecole. Esistono sei modalità vibrazionali che coprono stretching simmetrico e antisimmetrico, sforbiciata, oscillazione, scodinzolatura e torsione. Considerando l'alta concentrazione di acqua nei sistemi biologici, l'associazione delle molecole d'acqua con gli ioni (effetto di solvatazione), le proprietà dielettriche dell'acqua e il grande momento di dipolo che questo effetto genera, questo sarà un fattore dominante nelle soluzioni biologiche. È noto che a frequenze più basse le molecole d'acqua sono in grado di ruotare liberamente in un campo elettrico oscillante con poca o quasi nessuna perdita di energia. Tuttavia, se la frequenza del campo elettrico raggiunge 10 8 Livelli di Hz, la modalità di rotazione diventa ostacolata (a causa dell'effetto di "attrito dielettrico") e l'energia assorbita inizia a dissiparsi per collisione o interazioni del vicino più vicino nei media [ 2 ]. Il rilassamento dielettrico dell'acqua a 310 K è di circa 25 GHz in cui la risposta rotazionale dei dipoli al campo elettromagnetico si sviluppa su un'ampia gamma di frequenze.
Nei sistemi viventi, oltre all'associazione delle molecole d'acqua con il campo elettromagnetico e gli effetti di ciò, si deve considerare l'effetto "meso-struttura" in cui proteine e gruppi carichi (situati in siti specifici sulle proteine) sono cruciali per il attività biologica complessiva. Questi gruppi carichi situati in modo specifico si associano alle molecole d'acqua e in questo modo influenzano il comportamento dielettrico dell'intero assemblaggio molecolare, che a sua volta influisce sul suo funzionamento biologico. Pertanto, le proprietà dielettriche dei tessuti (anche a livello cellulare) dipendono e variano con il contenuto di acqua. Inoltre, il rilassamento di queste "meso-strutture" molecolari può mostrare variazioni con frequenza. Per questi motivi, il contenuto di acqua è un fattore critico nell'interazione tra FIR e organismi viventi.
A questo proposito, la dinamica dei cluster d'acqua ha suscitato un notevole interesse poiché vi è una notevole differenza rispetto alla dinamica di massa-liquido-acqua, e ciò può avere implicazioni significative in ambienti biologici. È stato dimostrato che i cambiamenti locali nell'ambiente molecolare (causati dalla solvatazione o dal confinamento) influenzano sostanzialmente le modalità traslazionale e vibrazionale nella gamma di frequenza FIR. Si è scoperto che la dimensione e la temperatura del cluster d'acqua influenzano significativamente lo spettro di assorbimento FIR [ 3 ].
Applicazioni mediche di FIR
Per FIR utilizzato come modalità terapeutica i termini alternativi "radiazione biogenetica" e "raggi biogenetici" sono stati coniati e ampiamente utilizzati nella letteratura popolare. La lunghezza d'onda di FIR è troppo lunga per essere percepita dagli occhi, tuttavia, il corpo sperimenta la sua energia come un calore radiante delicato che può penetrare fino a 1,5 pollici (quasi 4 cm) sotto la pelle. L'energia FIR è sufficiente per esercitare modalità di movimento rotazionali e vibrazionali nei legami che formano le molecole (comprese le molecole d'acqua) e per risuonare con le frequenze cellulari. La temperatura epidermica che ne risulta è più alta quando la pelle viene irradiata con FIR rispetto a se vengono utilizzati carichi termici simili da lunghezze d'onda più corte. La risposta eriterica prolungata dovuta all'esposizione al FIR è stata proposta per essere dovuta all'aumento delle temperature epidermiche ad essa associate, ma i livelli di FIR che non producono alcun riscaldamento cutaneo rilevabile possono anche avere effetti biologici.
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