مدلسازي پارامتريك سلول عصبي تحت تاثير ميدان مغناطيسي محيطي 50 هرتز سينوسي

Parametric Modeling of Nerve Cell under the Sinusoidal Environmental 50 Hz Extremely Low Frequency Magnetic Fields

زمينه و هدف: رشد تكنولوژي، افزايش ميدانهاي الكترومغناطيسي كم فركانس محيطي را به همراه داشته و به تبع، توجه مجامع علمي را به اثرات بيولوژيك اين ميدانها معطوف كرده است. بيشترين بحث روي خطوط انتقال و توزيع برق با فركانس 50 هرتز است. هدف اين تحقيق نشان دادن اثرات ميدانهاي مغناطيسي50 هرتز در محدوده شدت محيطي بر روي پارامترهاي بيوالكتريك سلول عصبي F1 حلزون باغي ((Helix aspersa مي‌باشد. روش كار: در اين مطالعه از سلول عصبي F1 حلزون باغي جهت شناسايي محل و ميزان تاثير ميدانهاي مغناطيسي محيطي بر سيستم عصبي مورد استفاده قرار گرفت. گروه كنترل به منظور بررسي تاثير گذشت زمان و ورود الكترود و پاره شدن غشا سلول، گروه شاهد به منظور بررسي تاثير احتمالي عوامل محيطي مداخله‌گر و گروه آزمايش براي شناسايي ميزان تاثير ميدان مغناطيسي در نظر گرفته شد. براي توليد ميدان مغناطيسي يكنواخت از كويل هلموهلتز استفاده شد. ثبت الكتروفيزيولوژيكي از سلول تحت شرايط كلمپ جريان انجام پذيرفته و جهت نشان دادن تاثيرات ناشي از ميدانهاي مغناطيسي بر روي كانالهاي يوني از مدل سلولي هاجكين-هاكسلي استفاده شد. تمامي داده‌ها با نرم‌افزار SPSS 16 و آزمون آماري ANOVA دوطرفه مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. 05/0p < به عنوان سطح معني‌دار در نظر گرفته شده و از محيط نرم‌افزار Matlab جهت اجراي الگوريتم PSO جهت تخمين پارامترها استفاده شد. يافته‌ها: در بررسي‌هاي پتانسيلهاي عمل ثبت شده درگروههاي كنترل و شاهد در بازه‌هاي زماني مختلف تغييرات معني‌داري از نظر آماري مشاهده نشد. با اعمال ميدان مغناطيسي 87/45 ميكروتسلا در پتانسيل استراحت غشا تغييرات معني‌داري 12 دقيقه بعد از اعمال ميدان مشاهده شد و بيشترين تغييرات 14 دقيقه بعد از اعمال ميدان مشاهده شد. دامنه پتانسيل عمل سديمي با اعمال ميدان، روند كاهشي نشان ‌داد و با افزايش زمان اعمال ميدان اين تغييرات افزايش نشان ‌داد. در بررسي طول مدت زمان پتانسيل عمل در بازه‌هاي زماني مختلف تغييرات معني‌دار مشاهده نشد، در صورتيكه فركانس شليك پتانسيل عمل در بازه‌هاي زماني مختلف تغييرات معني‌داري را نشان داد. بررسي دامنه هيپرپلاريزاسيون متعاقب پتانسيل عمل (AHP) با اعمال ميدان مغناطيسي تغييرات افزايشي در جهت منفي نشان داد ولي در بازه‌هاي زماني تغييرات معني‌دار آماري نشان نداد. نتيجه‌گيري: نتايج حاكي از آن است كه ميدانهاي مغناطيسي فركانس پايين 50 هرتز در محدوده شدتهاي محيطي بطور مستقيم با تغيير در ميزان و سرعت باز و بسته شدن كانالهاي يوني منجر به تغيير در فعاليتهاي بيوالكتريك سلول عصبي مي‌شود و ميزان رسانايي كانالهاي سديمي و پتاسيمي كاهش و كانالهاي پتاسيمي وابسته به كلسيمي افزايش مي‌يابد.

Background & Objectives: The development of technology has naturally given rise to an increase in environmental low-frequency electromagnetic fields and consequently has attracted scholarsʹ attention. Most of the studies have focused on transmission lines and power system distribution with 50 Hz. This research is an attempt to show the effect of 50 Hz magnetic fields on bioelectric parameters and indicates the possible influence of this change in F1 cells of Helix aspersa. Methods: The present research used Helix aspersa neuron F1 to identify the location of magnetic fields as well as the rate of effects of environmental magnetic fields on nervous system. Control group was used to study the effect of elapsed time, electrode entering and the cell membrane rupture. Intuition group and environmental group were considered in order to study the potential impact of interfering environmental factors and identify the effectiveness rate of magnetic fields, respectively. For the purpose of producing uniform magnetic field Helmholtz coil was used. Electrophysiological recording was realized under the requirements of current clamp. And, in order to show the impacts from magnetic fields on ion channels Hodgkin-Huxley cell model was applied. All data were analyzed taking the advantage of SPSS 16 software and two-way ANOVA statistical test. P < 0.05 was considered as significance level. And MATLAB software environment and PSO were used in order for applying the algorithm and estimating the parameters. Result: No statistically significant difference was found between control and sham groups in different time intervals. Once the 45.87 microtesla was applied significant differences were observed 12 minutes after the application. The highest amount of change happened 14 minutes after the application of more fields. With the application of the field, the amplitude of the sodium action potential shows decreasing trend. No significant changes were observed in different time intervals, whereas significant differences were seen in frequency of action potential during different time intervals. The amplitude of AHP shows no significant changes. Conclusion: The results indicated that low-frequency magnetic fields with 50 Hz frequency will directly lead to change in bioelectric activities of neurons through a change in amount and rate of opening and closing of ionic channels and the conductivity of sodium and potassium channels reduces together with increase in conductance of potassium dependent calcium channel (AHP).