5G: sieci telekomunikacyjne nowej generacji

---

prof. dr hab. Eugeniusz Rokita

Zakład Biofizyki, Katedra Fizjologii, Wydział lekarski, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego

---

 

W obecnie występujących warunkach środowiskowych, homeostaza układów biologicznych jest otrzymywana pomimo działania na układ, w szczególności na organizm człowieka wielu czynników zewnętrznych. Jednym z występujących w środowisku fizycznych czynników jest promieniowanie elektromagnetyczne (PEM) w mikrofalowym zakresie częstotliwości 1 ÷ 30 GHz, co odpowiada energii fotonów 4 ¸ 120×10^–6 eV. Należy podkreślić, że w tym zakresie częstotliwości gęstość mocy PEM w środowisku jest głównie związana z lawinowym rozwojem komunikacji bezprzewodowej w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat. Bez składowej związanej z rozwojem cywilizacji, naturalnie występująca gęstość mocy PEM jest rzędu 10^–19 W/m² [1].

Biofizyczny opis oddziaływania PEM z układem biologicznym można przeprowadzić w skali makroskopowej (narządowej/tkankowej dla organizmu człowieka) lub molekularnej. Dla organizmów żywych istnieje także możliwość przeprowadzenia badań populacyjnych, które dostarczają tylko statystycznych wniosków o działaniu PEM na układ biologiczny. Podstawowym problemem w badaniach populacyjnych pozostaje zagadnienie standaryzacji parametrów eksperymentu, zarówno wykorzystywanego PEM (częstotliwość, modulacja, gęstość mocy, czas ekspozycji), jak i charakterystyki badanych grup (masa ciała, wzrost, wiek, płeć, dieta, występowanie stanów patologicznych). Osobnym problemem jest charakterystyka innych czynników środowiskowych, których kontrola, a w wielu przypadkach nawet identyfikacja jest niemożliwa (zanieczyszczenia środowiska, hałas, wibracje). W związku z tym porównywanie wyników, czy też nawet możliwość powtórzenia eksperymentu są bardzo ograniczone. Dodatkowo, badania epidemiologiczne posiadają ograniczoną wartość poznawczą, ponieważ nie dostarczają żadnej informacji o mechanizmie oddziaływania PEM. Mimo tych ograniczeń badania populacyjne są prowadzone w wielu ośrodkach, a wyniki niektórych eksperymentów są interpretowane jako potwierdzenie korelacji między różnymi stanami patologicznymi i ekspozycją na PEM [2]–[6].

 

Dla opisu działania PEM na obiekt biologiczny w skali makroskopowej konieczne jest opracowanie modelu, który aproksymuje budowę naświetlanego obiektu. Zarówno geometria, jak i parametry elektryczne obiektu (przewodność, stała dielektryczna) muszą być znane [7], [8]. Należy także podkreślić, że układ biologiczny jest układem dynamicznym charakteryzującym się zmianami wartości parametrów w czasie. Przy obecnym poziomie wiedzy pełny opis dynamiki układu biologicznego nie jest możliwy. Aby dokonać opisu oddziaływania PEM najczęściej wykorzystujemy wartości średnie w określonym przedziale czasowym. Dla przeprowadzenia obliczeń zakładamy, że układ biologiczny zachowuje się jak szerokopasmowy odbiornik. Pochłaniana energia jest całkowicie przekształcana na energię chaotycznych ruchów termicznych i w rezultacie wywołuje wzrost temperatury. Stosując w/w założenia oraz korzystając z metod numerycznych [9]–[11], można obliczyć rozkład pola elektrycznego wewnątrz układu biologicznego. Znając rozkład pola elektrycznego wewnątrz układu, w kolejnym kroku procedury określamy energię przekazywaną do układu w jednostce czasu. Dla ilościowego opisu przekazywanej energii, obliczamy parametr dozymetryczny, tzw. szybkość absorbcji właściwej SAR (ang. Specific Absorption Rate) wyrażany w układzie SI w W/kg [12]. Końcowym krokiem opisu oddziaływania w skali makroskopowej jest obliczenie rozkładu temperatury w oparciu o równanie Pennesa [13], które pozwala dodatkowo uwzględnić problem transportu ciepła.

Należy wyraźnie podkreślić, że efekt hipertermii wywołany ekspozycją układu biologicznego na PEM jest jedynym efektem, który możemy ilościowo opisać na gruncie rozważań biofizycznych i dodatkowo wyniki obliczeń zostały wielokrotnie zweryfikowane eksperymentalnie. Porównując wyznaczone wartości z obserwowanymi fizjologiczne zmianami możemy jednoznacznie określić wywołane wzrostem temperatury skutki biologiczne zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie (wiele parametrów odpowiedzialnych za homeostazę jest funkcją temperatury) [14], [15]. Efektami termicznymi nie można jednak wyjaśnić wyników badań populacyjnych [2]–[6]. Oczywiście, nie możemy zakładać a priori, że efekty termiczne to jedyne efekty biologiczne wywołane przez PEM w układach biologicznych. Hipotetycznie, PEM może wywoływać cały szereg efektów nawet przy niewielkich wzrostach temperatury (< 1K), które określane są mianem efektów nietermicznych.

Możliwość występowania efektów nietermicznych przy działaniu PEM na układy biologiczne badana jest od wielu lat na bazie rozważań teoretycznych, jak i eksperymentów przeprowadzanych na różnych układach modelowych [16]–[26]. Generalnie postulowane efekty są efektami w skali molekularnej, co stwarza problem przeniesienia wyników na skalę ogólnoustrojową. Warto także zwrócić uwagę na generalną biofizyczną zasadę. W opisie efektów działania bodźców na układy biologiczne, należy uwzględnić fakt, że wszystkie zachodzące w układzie biologicznym procesy charakteryzują się określoną skalą energetyczną. Jest oczywiste, że nie można traktować jako racjonalne mechanizmów działania bodźców, które nie spełniają zasady zachowania energii lub innych podstawowych zasad zachowania. Porównanie energii kwantów PEM, w rozpatrywanym zakresie częstotliwości, z energiami niezbędnymi do zmiany struktury czy też wzbudzenia biomolekuł jednoznacznie dowodzi, że możliwe efekty muszą być efektami złożonymi, czasami określanymi jako efekty wyższego rzędu. Jest to podstawowa różnica między efektami wywoływanymi przez PEM i promieniowanie jonizujące.

Warto także zwrócić uwagę, że obserwacja efektów złożonych w eksperymentach fizycznych wymaga z reguły zastosowania bardzo dużych gęstości mocy promieniowania pierwotnego. Na przykład, obserwacja efektów nieliniowych w optyce wymaga zastosowania promieniowania lasera charakteryzującego się dużą gęstością mocy. W przypadku PEM zastosowanie dużych gęstości mocy wywoła w układzie efekty termiczne (kuchenka mikrofalowa), co uniemożliwi rejestrację efektów wyższych rzędów. Możliwość wpływu efektów termicznych na uzyskane wyniki jest niestety pomijana w bardzo wielu eksperymentach.

Wywoływanie efektów nietermicznych oparte jest na obserwacji, że układy biologiczne wytworzyły na drodze ewolucji mechanizmy rejestracji bardzo słabych sygnałów PEM w różnych zakresach częstotliwości. Jako przykłady można podać zmysł wzroku człowieka rejestrujący PEM (światło widzialne) o długości fali w zakresie 400 ¸ 800 nm, czy uczestniczącą w fotosyntezie cząsteczkę chlorofilu, selektywnie pochłaniającą niebieskie i czerwone światło. Organizm człowieka, poza narządem wzroku reagującym na światło widzialne, posiada także zlokalizowane na skórze termoreceptory (zimna i ciepła) reagujące na promieniowanie podczerwone [27]. W/w przykłady nie wyczerpują oczywiście występujących w przyrodzie przypadków detekcji PEM przez różne układy biologiczne. Rekiny wykorzystują do elektrolokacji ofiary wyspecjalizowane komórki (bańka Lorenziniego) [28], które rejestrują zmiany pola elektrycznego na poziomie 0,5 μV/m. Ptaki nawigują, zgodnie z jednym z wielu modeli, w oparciu o oddziaływanie magnetosomów (łańcuchy magnetytu – Fe₃O₄) z polem magnetycznym ziemi [29]. Należy jednak wyraźnie podkreślić, że wszystkie w/w mechanizmy detekcji powstały w układach biologicznych na drodze trwającej miliony lat ewolucji.

Bardzo niska gęstość mocy PEM w środowisku naturalnym wyklucza konieczność wytworzenia detektorów tego zakresu promieniowania na drodze ewolucji, podobnie jak w przypadku promieniowania jonizującego. Aktualnie występujące gęstości mocy PEM przekraczają jednak wielokrotnie wartości naturalne. W związku z tym, problem poszukiwania nietermicznych efektów oddziaływania PEM w zakresie mikrofalowym z układami biologicznymi jest interesującą tematyką badawczą. W niniejszym opracowaniu ograniczono rozważania do jednego nietermicznego efektu, który może wywołać w układzie biologicznym PEM w zakresie częstotliwości 1 ÷ 30 GHz. Rozważanym efektem będzie wpływ PEM na wolne rodniki w organizmie człowieka.

Termin wolny rodnik jest stosowany w chemii do określenia atomów lub cząsteczek, które zawierają na zewnętrznych (walencyjnych) orbitach niesparowany elektron(y) [30], [31]. Wolne rodniki zostały odkryte ponad sto lat temu. Do chwili obecnej zidentyfikowano olbrzymią liczbę wolnych rodników występujących w przyrodzie, zarówno w układach biologicznych, jak i w materii nieożywionej. Poniżej omówione zostaną wybrane własności, które są istotne z punktu oddziaływania PEM na układy biologiczne.

Wolne rodniki powstają w układach biologicznych w wielu reakcjach fizjologicznych. Jako przykład dla organizmu człowieka można podać wytwarzanie reaktywnych form tlenu ROS (ang. Reactive Oxygen Species) w mitochondriach jako produkt uboczny w szlaku fosforylacji oksydacyjnej, czy też wytwarzanie rodników przez leukocyty w ogniskach zapalnych w celu niszczenia patogenów. Można także wytworzyć w układzie biologicznym wolne rodniki działając na układ czynnikami zewnętrznymi. Generalnie rodniki łatwo powstają ze związków chemicznych zawierających nietrwałe wiązania kowalencyjne. Zastosowanie metod termicznych, fotochemicznych, elektrochemicznych, wywołanie niefizjologicznych reakcji chemicznych, jak i naświetlanie promieniowaniem jonizującym (radioliza wody) będzie skutkowało produkcją wolnych rodników. Należy zwrócić uwagę, że energia kwantów PEM w rozważanym zakresie częstotliwości (~10^–6 eV) jest zbyt niska, aby wywołać rozerwanie, nawet bardzo słabych wiązań chemicznych.

Do opisu fizycznego wolnych rodników, podobnie jak wszystkich układów w skali molekularnej, należy zastosować formalizm mechaniki kwantowej. Zgodnie z wyżej podaną definicją wolnego rodnika, istotny jest opis stanu kwantowego elektronu na zewnętrznych powłokach atomu/cząsteczki, a dokładniej wartości spinowej magnetycznej liczby kwantowej (m_S). Ponieważ wartość spinowej liczby kwantowej (spin) elektronu S = 1/2, możliwe są wartości m_S = ±1/2. Jeśli na zewnętrznym orbitalu atomu/cząsteczki znajduje się 1 elektron (niesparowany) to S = 1/2 i m_S = +1/2 lub m_S = -1/2, co jest charakterystyczne dla wolnego rodnika. Najprostszym wolnym rodnikiem jest atom H, oznaczany jako ^·H (górny indeks  ^"·" jest oznaczeniem wolnego rodnika). Gdy dwa elektrony znajdują się na zewnętrznym orbitalu, zgodnie z kwantowym zakazem Pauliego, muszą one posiadać różne wartości m_S (m_S = +1/2 (­) i m_S = -1/2 (¯)), a sumaryczna wartość S i m_S obu elektronów wynosi 0 (elektrony sparowane – ­¯). Symbole (­) i (¯) oznaczają niesparowany elektron, podczas gdy symbol (­¯) oznacza parę elektronów ze spinem do góry i spinem w dół. Taką sytuację spotykamy dla atomów, które nie są wolnymi rodnikami. W cząsteczkach możliwa jest sytuacja, gdy zewnętrzy orbital zawiera dwa różne stany kwantowe, co skutkuje dwoma możliwymi kombinacjami S (­¯) i (­­). W pierwszym przypadku mówimy o stanie singletowym, który charakteryzuje się S = 0 i m_S = 0. W drugim przypadku to stan trypletowy, dla którego całkowity S = 1, a m_S może być równe -1, 0 lub +1.

Jako przykład wolnego rodnika w stanie trypletowym można podać cząsteczkę tlenu (O₂^·), która zgodnie z nomenklaturą chemiczną jest birodnikiem (dwurodnikiem) w stanie podstawowym, ponieważ zawiera dwa niesparowane elektrony na walencyjnym orbitalu. Można zmienić konfigurację elektronów i wytworzyć cząsteczkę O₂ w wzbudzonym stanie sigletowym (możliwe są dwa różne stany). Wywołanie przejścia tryplet ® singlet wymaga dostarczenia do cząsteczki O₂ energii rzędu 1 eV, czyli wywołanie przejścia tryplet ® singlet nie jest możliwe stosując PEM w rozważanym zakresie częstotliwości (energia kwantów
 ~10^–6 eV). Tlen singletowy nie jest wolnym rodnikiem. Cząsteczka tlenu jest, w skali biocząsteczek, bardzo małą cząsteczką. W przypadku biomolekuł rozważania prowadzimy dla wyróżnionego atomu(ów) zawierającego niesparowany elektron, który określany mianem centrum rodnikowego.

Istotną własnością układów kwantowych mających niezerowy spin jest posiadanie momentu magnetycznego. Jest to efekt obserwowany zarówno dla jąder atomowych, jak i elektronów. Ponieważ elektron (wolny rodnik) ma własności dipola magnetycznego, więc oczekujemy, że będzie on oddziaływał z innymi polami magnetycznymi występującymi w układzie. Niekiedy określamy wolny rodnik jako cząsteczkę paramagnetyczną. Należy podkreślić, że teoretycznie można wyróżnić całą gammę oddziaływań magnetycznych. Elektron może oddziaływać magnetycznie z innymi jądrami (niezerowy moment magnetyczny jądra) jak i z innymi elektronami występującymi w układzie. Możemy także obserwować oddziaływania z zewnętrznymi polami magnetycznymi, zarówno stałymi jak i zmiennymi w czasie. Powszechnie znanym przykładem działania zewnętrznego pola magnetycznego jest efekt elektronowego rezonansu paramagnetycznego, który wymaga jednoczesnego zastosowania stałego i zmiennego w czasie pola magnetycznego.

Dla dużej biocząsteczki przeprowadzenie kwantowo-mechanicznego opisu oddziaływań magnetycznych jest możliwe jedynie po zastosowaniu uproszczonego modelu oddziaływania. W powszechnie stosowanym podejściu podstawowym efektem jest efekt Zeemana [32]. Efekt ten polega na rozszczepieniu poziomów energetycznych elektronu, gdy układ zostaje umieszczony w stałym, zewnętrznym polu magnetycznym. Opisując, dla uproszczenia, efekt Zeemana dla swobodnego elektronu (S = 1/2), można pokazać, że wskutek oddziaływań magnetycznych momentu magnetycznego elektronu z zewnętrznym polem magnetycznym, poziom energetyczny elektronu rozszczepia się na dwa poziomy różniące się wartościami m_S (+1/2 i –1/2), a różnica energii poziomów jest liniową funkcją natężenia zewnętrznego pola magnetycznego (B). Dla B = 0,0357 T, przeniesienie elektronu z dolnego na górny poziom energetyczny (efekt rezonansowy) wymaga absorbcji kwantu PEM o częstotliwości 1 GHz. Odpowiednio dla pola 1,071 T częstotliwość rezonansowa wynosi 30 GHz. W przypadku ziemskiego pola magnetycznego (B = ~50 µT) otrzymujemy częstotliwość rezonansową równą ~1,4 MHz.

Drugim uwzględnianym oddziaływaniem są oddziaływania nadsubtelne [33]. Jest to oddziaływanie momentu magnetycznego elektronu z momentem magnetycznym jądra centrum rodnikowego oraz innych jąder w sąsiedztwie elektronu. W rezultacie otrzymuje się dalsze rozszczepienie poziomów energetycznych. Niekiedy uwzględniane są także inne oddziaływania jak kwantowe oddziaływanie wymienne [34] czy oddziaływania dipolowe [35]. Uwzględnienie w/w oddziaływań powoduje, że diagram stanów energetycznych elektronu walencyjnego, nawet dla prostych cząsteczek zawiera znacznie więcej poziomów niż wynika z przybliżenia elektronu swobodnego, natomiast energie poziomów podlegają jedynie niewielkiej modyfikacji.

Teoretycznie, możliwe jest wywołanie przejść między poziomami energetycznymi wolnego rodnika w organizmie człowieka jako wynik ekspozycji na PEM w rozważanym zakresie częstotliwości. W praktyce należy jednak uwzględnić dwa dodatkowe czynniki. Po pierwsze, układ musi znajdować się w zewnętrznym polu magnetycznym o wyżej podanych wartościach, z czym nie spotykamy się w praktycznych sytuacjach. Dodatkowo, dla zapewnienia odpowiedniego stosunku sygnału do szumu, musimy wystawić układ biologiczny na ekspozycję PEM w mikrofalowym zakresie częstotliwości o dużej gęstości mocy, co wywoła w układzie efekty termiczne. Występowanie efektów termicznych będzie zamazywać efekt wzbudzenia elektronu. Należy podkreślić, że elektronowy rezonans paramagnetyczny nie jest wykorzystywany do obrazowania w medycynie ze względu na generowanie efektów termicznych przez promieniowanie mikrofalowe.

Obecność niesparowanego elektronu na orbicie walencyjnej powoduje, że wolne rodniki są wysoce reaktywne chemicznie. Pojedynczy elektron dąży do oddziaływania z innymi elektronami tak, aby wytworzyć wiązanie chemiczne. Wolny rodnik z łatwością utlenia białka, kwasy nukleinowe i lipidy błon komórkowych. Szczegółowy opis wielu reakcji rodnikowych w układach biologicznych zawarto w bardzo bogatej literaturze tematu [36], [37]. W większości przypadków, reakcje rodnikowe są szkodliwe dla układu biologicznego [38]. Dla zachowania homeostazy układy biologiczne produkują związki chemiczne neutralizujące (dezaktywujące) wolne rodniki. Przykładem w organizmie człowieka są antyoksydanty [36], których zadaniem jest chronić organizm przed stresem oksydacyjnym. Przyczyną stresu oksydacyjnego jest nadmierna produkcja wolnych rodników tlenowych (ROS) i zaburzenia równowagi pomiędzy ich wytwarzaniem a dezaktywacją. W niniejszym opracowaniu ograniczono rozważania do możliwej modulacji przebiegu reakcji z udziałem wolnych rodników przez PEM w zakresie mikrofalowym.

Porównanie energii kwantów PEM (~10^–6 eV) z średnią energią ruchów termicznych (~0,04 eV) dla temperatury ciała człowieka (310K), pozwala uznać prawdopodobieństwo bezpośredniej modyfikacji przebiegu reakcji rodnikowej przez PEM za praktycznie równe zeru. Wszystkie modele reakcji chemicznych [39] zakładają pokonanie przez substrat(y) bariery energetycznej, która jest znacząco większa od energii ruchów termicznych. Od kilkudziesięciu lat [40]–[42] znane są reakcje chemiczne, których przebieg można modyfikować przez zastosowanie słabych pól magnetycznych. Ponieważ oddziaływania magnetyczne nie spełniają ograniczenia, które wprowadza energia ruchów termicznych, reakcje te muszą przebiegać zgodnie z niestandardowym schematem. W literaturze schemat ten określany jest skrótem RPM (ang. Radical Pair Mechanism) [43]–[46]. RPM można porównać z układem w stanie równowagi trwałej (sześcian leżący na jednej ze ścian) i chwiejnej (sześcian leżący na jednej z krawędzi). Przeprowadzenie układu ze stanu równowagi trwałej do chwiejnej wymaga wykonania dużej pracy, z kolei do wyprowadzenie układu ze stanu równowagi chwiejnej nakład pracy jest minimalny.

Dla wyjaśnienia mechanizmu RPM rozważmy roztwór biomolekuł (AD). AD są w stanie sigletowym i załóżmy, że są naświetlane promieniowaniem UV, co prowadzi do fragmentacji cząsteczek (A i D) i transferu elektronu z D do A. Automatycznie następuje utworzenie pary rodników A^·– i D^·+. Wytworzona para rodników jest w stanie singletowym ¹[A^·–×D^·+], czyli spiny elektronów są antyrównoległe (­¯). Zachowanie spinu z reguły zachodzi w reakcjach cząstek organicznych [47]. Pierwotnie wytworzony stan spinowy pary ¹[A^·–×D^·+] nie jest stanem stacjonarnym. Poruszająca się chaotycznie w roztworze para rodników [A^·–×D^·+] będzie oddziaływać magnetycznie z polem magnetycznym wytworzonym przez jądro(a) atomowe znajdujące się w centrum rodnikowym. W wielu przypadkach jądro atomu charakteryzuje niezerowy spin i tym samym jądro posiada niezerowy moment magnetyczny. Dla cząstek organicznych są to, na przykład, jądra ¹H, ¹⁴N i ³¹P. W odległości 0,1 nm od jądra pole magnetyczne wynosi odpowiednio 2,44 mT, 0,29 mT i 0,99 mT. Występowania, jądrowych pól magnetycznych w miejscu lokalizacji elektronu generuje tzw. oddziaływania nadsubtelne (zasięg ~0,5 nm). Zwykle elektron rodnikowy oddziałuje z kilkoma jądrami jednocześnie.

W rezultacie oddziaływania nadsubtelnego, w rozważanym układzie wytworzymy okresowe zmiany względnej orientacji spinów elektronów w [A^·–×D^·+], czyli ewolucja czasowa będzie polegać na oscylacji między stanami singletowym (­¯) i trypletowym (­­). Należy podkreślić, że zgodnie z mechaniką kwantową, stany (­¯) i (­­) to jedyne możliwe stany dla rozważanego układu. Oscylacje ¹[A^·–×D^·+] « ³[A^·–×D^·+] mają wpływ na przebieg reakcji chemicznych. Na przykład, możliwa jest reakcja odwrotna ¹[A^·–×D^·+] ® [AD], ale reakcja ze stanu trypletowego ³[A^·–×D^·+] ® [AD] nie jest możliwa. Dodatkowo, rodniki A^·– i D^·+ mogą stanowić substraty dla różnych reakcji chemicznych. Modyfikacja jednego substratu może zmieniać drastycznie przebieg całego procesu, gdy szybkość zachodzących reakcji będzie zależeć od stanu spinowego rodnika. Podstawowym problemem w działaniu zewnętrznych pól magnetycznych dla mechanizmu RPM jest fakt, że oddziaływania nadsubtelne są wywoływane polami magnetycznymi rzędu 1 mT. Należy zauważyć, że zewnętrzne pole magnetyczne nie musi być większe lub nawet porównywalne z wewnętrznymi polami wywołującymi oddziaływania nadsubtelne, aby mieć znaczący wpływ na oscylacje singlet-triplet. Eksperymentalnie potwierdzono [48] znaczące zaburzenie oscylacji singlet-tryplet przez ziemskie pole magnetyczne (~50 µT).

Podstawowy problem przy rozważaniu wpływu PEM na przebieg reakcji rodnikowych w organizmie człowieka związany jest z przenoszeniem wyników za skali molekularnej na skalę ogólnoustrojową. Postęp technologiczny umożliwia obecnie badanie przebiegu reakcji chemicznych w skali nanosekund w pojedynczych komórkach [49]–[51]. Stosując dostępne obecnie komputery można przeprowadzać symulacje przebiegu reakcji chemicznych i badać wpływ na przebieg reakcji różnych czynników zewnętrznych [45], [46]. Otwartym pozostaje natomiast pytanie o negatywny wpływ lokalnego zaburzenia reakcji rodnikowej na homeostazę całego organizmu i wywołanie ogólnoustrojowych patologii. Teoretycznie, wywołanie efektów ogólnoustrojowych jest możliwe, ponieważ w organizmie funkcjonują różne mechanizmy transportu. Problem ten nie jest szczegółowo rozważany w literaturze tematu. Wnioskowanie ogranicza się do stwierdzenia, że wybrany efekt w skali molekularnej może wywołać efekty ogólnoustrojowe.

Rodnikami występującymi w organizmie człowieka w największej ilości są ROS, które odpowiadają za wywoływanie stresu oksydacyjnego. Stres oksydacyjny jest wynikiem braku równowagi pomiędzy procesami powstawania rodnikowych form tlenu i mechanizmami obrony antyoksydacyjnej (produkcja antyoksydantów). Powszechnie akceptowana jest opinia [36], że wzrost poziomu wolnych rodników w organizmie człowieka prowadzi do powstawania wielu patologii takich jak nowotwory, przyspieszone starzenie, choroba Alzheimera i zmiany genetyczne. Wolne rodniki mogą modyfikować DNA na różne sposoby, poprzez bezpośrednie reakcje chemiczne ze związkami wchodzącymi w skład cząsteczek DNA, poprzez zrywanie wiązań pomiędzy komplementarnymi parami zasad lub poprzez tworzenie dodatkowych wiązań. W warunkach homeostazy ustroju, tego typu uszkodzenia są kompensowane poprzez odpowiednie mechanizmy komórkowe, o ile nie jest ich zbyt wiele. Należy nadmienić, że stosowane jest także dostarczanie do organizmu antyoksydantów przez odpowiedni dobór diety lub terapie farmakologiczną.

Nie wszystkie wolne rodniki wpływają negatywnie na układ biologiczny, ponieważ są one również wykorzystywane w trakcie procesów fizjologicznych. Nadmiar wolnych rodników zawsze jednak prowadzi do zmian patologicznych, a niekiedy do nekrozy układu biologicznego. Stres oksydacyjny może także powodować szereg efektów pośrednich, których skutki powodują zmiany patologiczne. Jako przykład można podać zaburzenie równowagi wapnia w komórce [52]. W normalnych warunkach stężenie jonów wapnia jest dużo mniejsze wewnątrz komórki (~10^–8 M) niż w przestrzeni pozakomórkowej (~10^–3 M). Jeśli rośnie poziom wolnych rodników, to może dojść do uszkodzenia mitochondriów i w efekcie nastąpi wzrost poziomu jonów wapnia w komórce, który wywołuje szereg negatywnych efektów mogących prowadzić do uszkodzenia lub nawet śmierci komórki.

Podstawowym i do tej pory nierozwiązanym problemem jest problem mechanizmu zaburzenia równowagi rodnik/antyoksydant w wyniku ekspozycji na PEM w rozpatrywanym zakresie częstotliwości. Tematyka ta jest badana zarówno w eksperymentach z wykorzystaniem techniki hodowli komórkowych, eksperymentach zwierzęcych jak i badaniach klinicznych [53]–[59]. Z reguły, bazując na wynikach eksperymentów przyjmuje się, że PEM powoduje wzrost stężenia ROS w skali molekularnej. Na przykład zaobserwowano [60], że w hodowli komórek włókniakomięsaka HT-1080, stałe pole magnetyczne (10 ÷ 300 µT) oraz zmienne pole magnetyczne (1 nT ÷ 1,5 µT / 1,8 ÷ 7,2 MHz) wpływa na szybkość wzrostu komórek, wewnątrzkomórkowe pH, potencjał błonowy i mitochondrialny. Obserwowane zmiany są interpretowane jako wynik nadprodukcji ROS, która zachodzi wskutek reakcji typu RPM dla metaloproteiny zawierającej klaster Fe-S. W innej pracy [58] badano efekty naświetlania hodowli ludzkich komórek HEK293 PEM o częstotliwości 1,8 GHz. Stężenia ROS, oznaczane za pomocą obrazowania fluorescencyjnego, znacznie wzrosła po 15 minutach ekspozycji zarówno w obszarze jadra jak i cytozolu. Analiza qPCR (ang. real-time Polymerase Chain Reaction) wykazała zmienioną ekspresję wybranych genów zarówno enzymów antyoksydacyjnych jak i oksydacyjnych. Uzyskane wyniki nie pozwalają na jednoznaczny opis mechanizmu działania PEM na komórkę. Stwierdzono, że wiele efektów nie jest liniową funkcją amplitudy PEM, a dodatkowo w otrzymanych zależnościach występują „martwe punkty”, dla których nie występuje żadna mierzalna zmiana w wartościach oznaczanych wielkości.

Jeśli centrum rodnikowe stanowi tlen, RPM nie jest możliwy, ponieważ jądro izotopu ¹⁶O (naturalna abundancja 99,8%) nie posiada momentu magnetycznego, co eliminuje oddziaływania nadsubtelne. Wpływ pola magnetycznego na produkcję ROS może nastąpić w sposób pośredni. W trakcie dużej liczby procesów fizjologicznych i patologicznych następuje utlenianie białek [61], w tym aminokwasów, takich jak tryptofan, histydyna, prolina czy tyrozyna (Tyr). W procesie utleniania aminokwasów następuje przeniesienie elektronu, czyli wytworzenie pary rodników [62], na przykład możemy wytworzyć parę rodników [TyrO^· O₂^·–]. Podobną rolę w organizmie człowieka może odgrywać wiele innych biomolekuł (ryboflawina, nukleotydy flawinowe – FAD (dwunukleotyd flawinoadeninowy), glukoza, katecholaminy). Dla pary rodników [FAD^· O₂^·–] efekt RPM został potwierdzony eksperymentalnie [63].

Wpływ PEM w rozpatrywanym zakresie częstotliwości na zwiększoną produkcję ROS w skali molekularnej został potwierdzony w wielu eksperymentach in vitro [64]–[66]. Wydaje się, że RPM jest jednym z możliwych mechanizmów, chociaż inne proponowane mechanizmy oparte o oddziaływania magnetyczne nie zostały jednoznacznie wykluczone [46], [53], [67]. Istnieją także mechanizmy wytwarzania ROS, które nie są związane z oddziaływaniami magnetycznymi. Na przykład, w układach biologicznych występują reakcje fotosensybilizowane [68], które polegają na absorpcji przez cząsteczkę barwnika (fotosensybilizator) promieniowania widzialnego, ultrafioletowego lub z zakresu bliskiej podczerwieni. Bezpośrednio po absorpcji fotonu fotosensybilizator przechodzi do wzbudzonego stanu singletowego. Jeśli nie powróci do stanu podstawowego może samorzutnie przejść do bardziej trwałego stanu trypletowego (czas życia nawet rzędu sekund), który charakteryzuje się niższą energią. Długi czas życia wiąże się z dużym prawdopodobieństwem udziału w reakcji utleniania fotosensybilizowanego, co jest przyczyną powstawania w organizmach żywych reaktywnych form tlenu.

PEM może także wpływać na zawartość ROS w sposób pośredni. Enzym dysmutaza ponadtlenkowa SOD (ang. SuperOxide Dismutase) katalizuje dysmutację O₂^·–, jest więc przykładem enzymu antyoksydacyjnego. SOD zawiera jony metali (Mn, Fe, Cu, Zn) w centrum aktywnym. W organizmie człowieka występuje między innymi Cu/ZnSOD. Obecność Cu jest niezbędna dla aktywności enzymu, Zn zapewnia stabilność struktury. Najczęściej występującym izotopem Cu jest ⁶³Cu (naturalna abundancja 69%) o spinie 3/2 i tym samym niezerowym momencie magnetycznym. W trakcie reakcji Cu/ZnSOD z O₂^·– stopień utlenienia Cu zmienia się z pierwszego na drugi (wolny rodnik) i z powrotem na pierwszy. Nawet słabe oddziaływanie magnetyczne z Cu na drugim stopniu utlenienia może wywołać spadek aktywności Cu/ZnSOD i doprowadzić do wzrostu stężenia O₂^·–. Podany schemat wynika z rozważań teoretycznych i nie został potwierdzony eksperymentalnie.

W organizmie człowieka funkcjonuje bardzo wiele mechanizmów wytwarzania ROS. Badania dotyczące udziału poszczególnych kanałów produkcji ROS w całkowitej puli reaktywnych form tlenu dla organizmu człowieka nie zostały do chwili obecnej przeprowadzone. Na obecnym stanie wiedzy nie potrafimy określić, czy skala wywołanej przez PEM modyfikacji reakcji z udziałem ROS, może negatywnie wpływać na organizm człowieka. Należy także pamiętać o problemach związanych z przeniesieniem wyników badań in vitro w skali molekularnej na efekty ogólnoustrojowe.

Kolejnym wolnym rodnikiem powszechnie obecnym w organizmie człowieka jest tlenek azotu [69]. Tlenek azotu (NO) jest gazem wytwarzanym w organizmie człowieka z L-argininy w reakcji katalizowanej przez enzym NOS (ang. Nitric Oxide Synthase). NO jest cząsteczka lipofilną. Łatwo dyfunduje przez błony biologiczne i wnika do wnętrza komórek. NO jest aktywnym biologicznie związkiem zaangażowanym w wiele procesów fizjologicznych (regulacja ciśnienia krwi czy agregacji trombocytów). Czas życia NO waha się w zakresie 1 ¸ 5 s, a głównym czynnikiem ograniczającym czas życia jest reakcja z rodnikiem O₂^·–, której wynikiem jest nadtlenoazotyn (ONOO^-). Nadtlenoazotyn może reagować z innymi związkami tworząc kolejne reaktywne formy azotu RNS (ang. Reactive Nitrogen Species).

W cząsteczce NO rolę centrum rodnikowego odgrywa atom N, czyli niesparowany elektron znajduje się w pobliżu atomu azotu (^·NO). Jadro atomu azotu posiada niezerowy spin równy 1 i tym samym niezerowy moment magnetyczny. Oddziaływanie momentu magnetycznego jądra z momentem magnetycznym elektronu wywoła nadsubtelne rozszczepienie poziomów energetycznych elektronu. Odległości między poziomami energetycznymi struktury nadsubletnej określamy jako stałą sprzężenia nadsubtelego. Wartość stałej możemy wyrazić w jednostkach energii bądź równoważnie, podając częstotliwość kwantów promieniowania o danej energii. W przypadku ^·NO, wartości stałej sprzężenia nadsubtelnego zależą od obecności w otoczeniu innych jąder magnetycznych [71], ale nigdy nie przekraczają 100 MHz (0,4×10^–7 eV). Jest to częstotliwość/energia co najmniej rząd wielkości mniejsza niż rozpatrywany zakres PEM, a modyfikacja obsadzenia stanów nadsubtelnych i tym samym czasów życia ^·NO (czas życia zależy od stanu spinowego elektronu) wydają się mało prawdopodobne.

Można także rozważać wpływ PEM na RNS w cząsteczkach zawierających azot w centrum rodnikowym oraz w reakcjach złożonych. Białka zawierają 12% ÷ 19% azotu, co automatycznie skutkuje możliwością wytworzenia azotowego centrum rodnikowego. Utlenianie białek jest powszechnie znane i może nastąpić na wiele sposobów. Ze względu na różne otoczenie centrum rodnikowego, będą obserwowane niewielkie zmiany stałej sprzężenia nadsubtelnego w stosunku do ^·NO. Znaczące może być natomiast skrócenie czasu życia centrum rodnikowego w porównaniu do ^·NO. Skrócenie czasu życia jest związane z strukturą centrum rodnikowego a nie działaniem PEM. W rezultacie, nie należy oczekiwać modyfikacji azotowych centrów rodnikowych wskutek ekspozycji na PEM.

Bardzo interesującym procesem jest efekt, w którym ^·NO może zmienić funkcję z prooksydantu (indukuje stres oksydacyjny) na antyoksydant w zależności od poziomu O₂^·– [72]. Jak wyżej opisano, ^·NO reaguje z O₂^·– wytwarzając nadtlenoazotyn. Niski poziom ^·NO jest odpowiedzialny za wysoki poziom O₂^·– czyli wywołuje działanie prooksydacyjne, natomiast wysoki poziom indukuje działanie antyoksydacyjne (niski poziom O₂^·–). Poziomem ^·NO w układzie można sterować zmieniając jego czas życia. Wzrost czasu życia odpowiada wzrostowi koncentracji, spadek wywołuje efekt odwrotny. Ekspozycja na PEM o częstotliwości poniżej 100 MHz powoduje wzrost czasu życia (koncentracji) ^·NO, ponieważ istnieje duże prawdopodobieństwo wzbudzenia nadsubtelnych stanów trypletowych (stała sprzężenia nadsubtelego dla NO < 100 MHz). Jednocześnie możliwość modyfikacji stanu utlenienia Cu w Cu/ZnSOD jest niska, ponieważ stała sprzężenia nadsubtelego dla Cu jest większa niż 500 MHz, czyli aktywność Cu/ZnSOD nie ulega zmianie. W rezultacie występuje spadek zawartości O₂^·–, czyli mamy działanie antyoksydacyjne PEM. Jeśli zastosowana częstotliwość PEM będzie ~1 GHz powstaje sytuacja odwrotna. Zawartość (czas życia) ^·NO nie ulega zmianie, natomiast blokada dezaktywacji O₂^·– przez Cu/ZnSOD maleje, ponieważ ograniczamy aktywność enzymu. Wzrost zawartości O₂^·– jest działaniem prooksydacyjnym.

Bazując na rozważaniach jakościowych można zaproponować bardzo dużo hipotetycznych mechanizmów działania PEM na wolne rodniki. W wielu przypadkach trudno jest jednoznacznie określić, czy wywołany efekt będzie powodował pozytywne czy też negatywne skutki w organizmie człowieka. Postuluje się, na przykład, że PEM w rozważanym zakresie częstotliwości działa na kanały wapniowe w błonie komórkowej [73]. Zwiększenie stężenia wewnątrzkomórkowego Ca²⁺ będące efektem aktywacji kanałów wapniowych, może spowodować zwiększenie stężenia ^·NO wskutek wzrostu aktywności NOS. W warunkach fizjologicznych wyższy poziom tlenku azotu prowadzi do zwiększonej syntezy cyklicznego monofosforanu guanozyny i dalszej aktywacji kinazy białkowej G. W rezultacie można wywołać pobudzenie osteoblastów i stymulacje wzrostu kości. Opisany efekt jest przykładem pozytywnego działania PEM. Zwiększenie zawartości ^·NO w komórce może także prowadzić do stanu patologicznego. ^·NO reagując z O₂^·– tworzy ONOO^-. Nadtlenoazotyn jako silny utleniacz może wywołać cały szereg niefizjologicznych reakcji i wygenerować całą gammę wolnych rodników. Bazując na czysto jakościowych rozważaniach nie możemy wyeliminować żadnego z dwóch hipotetycznych kanałów efektu.

Rozwój technologii w ostatnich kilkudziesięciu latach doprowadził do sytuacji, w której PEM w mikrofalowym zakresie częstotliwości stało się nieodzowną częścią współczesnego życia, a uniknięcie ekspozycji organizmu człowieka na PEM jest praktycznie niemożliwe. Brak naturalnych źródeł PEM powoduje, że występujące aktualnie w środowisku gęstości mocy PEM są wielokrotnie większe niż wartości w środowisku pierwotnym. Permanentna ekspozycja budzi obawy dotyczące skutków biologicznych działania PEM na organizm człowieka. Dodatkowa przyczyna zaniepokojenia wynika z analizy wyników eksperymentów laboratoryjnych (hodowle komórkowe, eksperymenty zwierzęce), których wyniki sugerują możliwość powiązania różnych stanów patologicznych z ekspozycją na PEM.

W naukach medycznych podejmowane są także próby korelowania różnych schorzeń o nieznanej etiologii (fibromialgia, zespół przewlekłego zmęczenia) z działaniem PEM na organizm człowieka. Sugerowane są nawet nowe stany chorobowe jak, na przykład, nadwrażliwość elektromagnetyczna, które z definicji miałyby być wynikiem działania PEM. W rezultacie, opis mechanizmu(ów) oddziaływania PEM z układami biologicznymi, szczególnie w aspekcie efektów nietermicznych, jest bardzo aktualnym problemem badawczym.

W niniejszym opracowaniu przeanalizowano możliwe nietermiczne mechanizmy oddziaływania PEM w zakresie częstotliwości 1 ÷ 30 GHz z wolnymi rodnikami. W organizmie człowieka zidentyfikowano olbrzymią liczbę wolnych rodników zarówno w formie małych cząsteczek (ROS, RNS), jak i centrów rodnikowych. Należy podkreślić, że opis działania wolnych rodników w organizmie, nawet bez uwzględnienia PEM, nie stwarza możliwości uzyskania syntetycznych wniosków mimo olbrzymiego postępu zarówno metod eksperymentalnych jak i symulacji komputerowych.

Porównanie energii kwantów PEM w zakresie mikrofalowym z średnią energią ruchów termicznych, pozwala uznać prawdopodobieństwo bezpośredniej modyfikacji przebiegu reakcji rodnikowej przez PEM, podobnie jak każdej reakcji chemicznej w układzie biologicznym, za praktycznie równe zeru. Wszystkie modele reakcji chemicznych zakładają pokonanie przez substraty bariery energetycznej, która musi być znacząco większa od energii ruchów termicznych. Oddziaływanie PEM na procesy rodnikowe może odbywać się jedynie przez wieloetapowe mechanizmy.

Ponieważ wolny rodnik charakteryzuje się niezerowym momentem magnetycznym, będzie on oddziaływał z wewnętrznymi (momenty magnetyczne jąder atomowych i elektronów w otoczeniu elektronu rodnikowego) i zewnętrznymi (stałe i zmienne w czasie) polami magnetycznymi. Jest to podstawowa różnica między wolnymi rodnikami a większością molekuł w układzie biologicznym, których moment magnetyczny wynosi zero. Odziaływania magnetyczne wolnych rodników powoduje, na przykład powstanie struktury nadsubtelnej poziomów energetycznych elektronu rodnikowego, co stwarza możliwość modyfikacji obsadzeń poziomów przez PEM (stała sprzężenia nadsubtelnego ³¹P jest rzędu GHz).

Omówione wyżej przykłady dowodzą, że PEM może modyfikować procesy rodnikowe. Złożone mechanizmy działania PEM wynikają z oddziaływań magnetycznych wolnych rodników (chemia spinowa). Należy podkreślić, że uzyskane wyniki dotyczą skali molekularnej. Ocena skutków w skali ogólnoustrojowej wymaga dalszych badań.

[1]   Barnes FS. Radio-microwave interactions with biological materials. Health Phys. 1989, 56, 759-66.

[2]   Vanderstraeten J, Verschaeve L. Biological effects of radiofrequency fields: Testing a paradigm shift in dosimetry. 2020, 184, 109387, doi.org/10.1016/j.envres.2020.109387.

[3]   Schoeni A, Roser K, Rösli M. Symptoms and the use of wireless communication devices: A prospective cohort study in Swiss adolescents. Environ. Res. 2017, 154, 275–283.

[4]   Bodewein L, Dechent D, Graefrath D, et al. Systematic review of the physiological and health-related effects of radiofrequency electromagnetic field exposure from wireless communication devices on children and adolescents in experimental and epidemiological human studies. PLoS ONE, 2022, 17, e0268641, doi.org/10.1371/journal.pone.0268641.

[5]   Girela-Serrano BM, Spiers ADV, Ruotong Le at al. Impact of mobile phones and wireless devices use on children and adolescents’ mental health: a systematic review. Eur. Child Adolesc. Psychiatry. 2022, doi.org/10.1007/s00787-022-02012-8.

[6]   Iyare RN, Volskiy V, Vandenbosch GAE. Study of the correlation between outdoor and indoor electromagnetic exposure near cellular base stations in Leuven, Belgium. Environm. Res. 2019, 168, 428-438.

[7]   Li C, Chen Z, Yang L, Lv B, Liu J, Varsier N, et al. Generation of infant anatomical models for evaluating electromagnetic field exposures. Bioelectromag. 2015, 36, 10–26.

[8]   Peyman A, Holden S, Gabriel C. Dielectric Properties of Tissues at Microwave Frequencies. MTHR Final Tech. Rep. 2005.

[9]   Lin JC, Gandhi OP. Computational Methods for Predicting Field Intensity. In: Handbook of Biological Effects of Electromagnetic fields. CRC Press. Boca Raton; 1996. p. 337–402.

[10] Sullivan DM. A frequency dependent FDTD method for biological applications. IEEE Trans. Micro. Theory Tech. 1992, 40, 532–9.

[11] Harrington RF. Field Computation by Moment Methods. Wiley-IEEE Press, 1993.

[12] Paulsen KD, Jia X, Sullivan JM. Finite element computations of specific absorption rates in anatomically conforming full-body models for hyperthermia treatment analysis. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1993, 40, 933–45.

[13] Kuznetsov A V. Optimization problem for bioheat equation. Int. Commun. Heat Mass. Transf. 2006, 33, 537–43.

[14] Levine RD. Molecular Reaction Dynamics. Cambridge University Press, 2005.

[15] Bakthisaran R, Tangirala R, Rao CM. Small heat shock proteins: Role in cellular functions and pathology. Biochim. Biophys. Acta. 2015, 1854, 291–319.

[16] Rokita E. Efekty nieliniowe w oddziaływaniu pola elektromagnetycznego na organizm człowieka: fakty czy błędna interpretacja? 2020.

[17] Sheppard AR, Swicord ML, Balzano Q. Quantitative evaluations of mechanisms of radiofrequency interactions with biological molecules and processes. Health Phys. 2008, 95, 365–96.

[18] Challis LJ. Mechanisms for interaction between RF fields and biological tissue. Bioelectromag. 2005, 7, S98-S106.

[19] Zhu R, Wang H, Xu X, et al. Effects of 1.5 and 4.3 GHz microwave radiation on cognitive function and hippocampal tissue structure in Wistar rats. Sci. Rep. 2021, 11, 10061, doi.org/10.1038/s41598-021-8934.

[20] Hinrikus H, Karpowicz J, Naarala J. Special Issue: Electromagnetic fields in biology and medicine, Int. J. Rad. Biol. 2018, 94, 873-876.

[21] Wood A, Karipidis K. Radiofrequency fields and calcium movements into and out of cells. Rad. Res. 2021, 195, 101–113.

[22] Chen C, Ma Q, Deng P, Lin M, Gao P, et al. 1800 MHz radiofrequency electromagnetic field impairs neurite growth through inhibiting EPHA5 signaling. Front. Cell Dev. Biol. 2021, 9, 657623, doi: 10.3389/fcell.2021.657623.

[23] Jain SS. Biological Effects of Low Power Microwave Radiation on Proteins and Cells: Modelling and Experimental Evaluation. PhD Thesis, University of Delhi, India, 2018.

[24] Mumtaz S, Rana JN, Choi EH, Han I. Microwave radiation and the brain: mechanisms, current status, and future prospects. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 9288, doi: 10.3390/ijms23169288.

[25] Alsuhaim HS, Vojisavljevic V, Pirogova E. Effects of low power microwave radiation on biological activity of collagenase enzyme and growth rate of S. Cerevisiae yeast. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 8923, doi:10.1117/12.2033915.

[26] Yao C, Wang H, Sun L, Ren K, Dong J, et al. The biological effects of compound microwave exposure with 2.8 GHz and 9.3 GHz on immune system: transcriptomic and proteomic analysis. Cells 2022, 11, 3849, doi.org/10.3390/cells11233849.

[27] Zhang X. Molecular sensors and modulators of thermoreception. Channels. 2015, 92, 73-81.

[28] Fields RD. The shark’s electric sense. Sci. Am. 2007, doi:10.1038/scientificamerican0807-74.

[29] Clites BL, Pierce JT. Identifying cellular and molecular mechanisms for magnetosensation. Ann. Rev. Neurosci. 2017, 40, 231-50.

[30] Parsons AF, An Introduction to Free Radical Chemistry, Wiley-Backwell, 2000.

[31] Halliwell B, Gutteridge JMC, Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford University Press, 2015.

[32] Wertz J, Electron Spin Resonance: Elementary Theory and Appliocations. Springer, 2012.

[33] Atkins PW, Friedman RS, Molecular quantum mechanics. Oxford University Press, 2011.

[34] Illas F, Moreira IPR, de Graaf C, Barone V. Magnetic coupling in biradicals, binuclear complexes and wide-gap insulators: a survey of ab initio wave function and density functional theory approaches. Theoretica Chimica Acta 2000, 104, 265–272.

[35] Babcock NS, Kattnig DR. Radical scavenging could answer the challenge posed by electron– electron dipolar interactions in the cryptochrome compass model. JACS 2021, doi:10.1021/jacsau.1c00332.

[36] Bartosz G. Druga Twarz Tlenu, Wolne Rodniki w Przyrodzie. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013,

[37] Halliwell B. Free Radicals in Biology and Medicine, Oxford University Press, 2015.

[38] Liou GY, Storz P. Reactive oxygen species in cancer. Free Radic. Res. 2010, 44, 479-496.

[39] Espenso JH. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms. McGraw-Hill, 2002.

[40] Schulten K. Magnetic field effects in chemistry and biology. Advances in Solid State Physics, 22, pp. 61-89, Springer, 1982.

[41] Eichwald c, Walleczek J. Model for Magnetic Field Effects on Radical Pair Recombination in Enzyme Kinetics. Biophys. J. 1996, 71, 623-631.

[42] Weaver JC, Vaughan TE, Astumian RD. Biological sensing of small field differences by magnetically sensitive chemical reactions. Nature, 2000, 707-709.

[43] Rodgers CT. Magnetic field effects in chemical systems. Pure Appl. Chem. 2009, 81, 19-43.

[44] Barnes FS, Greenebaum B. The Effects of Weak Magnetic Fields on Radical Pairs. Bioelctromag. 2014, doi: 10.1002/bem.21883.

[45] Luo J. On the anisotropic weak magnetic field effect in radical-pair reactions J. Chem. Phys. 2023, 158, 234302, doi: 10.1063/5.0149644

[46] Zadeh-Haghighi, Simon C. Magnetic field effects in biology from the perspective of the radical pair mechanism. J. R. Soc. Interface 2022, 19, 0325, doi.org/10.1098/rsif.2022.0325.

[47] Ritz T, S. Adem S, Schulten K. A model for photoreceptor-based magnetoreception in birds. Biophys. J. 2000, 78, 707–718.

[48] Qin S, Yin H, Yang C, et al. A magnetic protein biocompass. Nat. Mater. 2016, 15, 217-226.

[49] Maeda K, Neil SRT, Henbest KB, Weber S, Schleicher et al. Following Radical Pair Reactions in Solution: A Step Change in Sensitivity Using Cavity Ring-Down Detection. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17807–17815.

[50] Lang B, Mosquera-Vázquez S, Lovy D, et al. Broadband ultraviolet-visible transient absorption spectroscopy in the nanosecond to microsecond time domain with sub-nanosecond time resolution. Rev. Sci. Instrum. 2013, 84, 73107.

[51] Dodson CA, Wedge CJ, Murakami M, et al. Fluorescence-detected magnetic field effects on radical pair reactions from femtolitre volumes. Chem. Commun. 2015, 51, 8023–8026.

[52] Bagur R, Hajnóczky G. Intracellular Ca2+ Sensing: Its Role in Calcium Homeostasis and Signaling. Mol. Cell. 2017, 66, 780-788.

[53] Kıvrak EG, Yurt KK, Kaplan AA, Alkan I, Altun G. Effects of electromagnetic fields exposure on the antioxidant defense system. J. Microsc. Ultrastruct. 2017, 5, 167–176.

[54] Kayhan H, Esmekaya MA, Sagdam AS, et al. Does MW radiation affect gene expression, apoptonic level and cell cycle progression of human SH-SY5Y neuroblastoma cells? Cell Biochem. Biophys. 2016, 74, 99-107.

[55] Dasdag S, Akdag MZ. The link between radiofrequencies emitted from wireless technologies and oxidative stress. J. Chem. Neuroanat. 2016, 75, 85–93.

[56] Altunkaynak BZ, Altun G, Yahyazadeh A, et al. Different methods for evaluating the effects of microwave radiation exposure on the nervous system. J. Chem. Neuroanat. 2015, 75, 62–69.

[57] Gherardini L, Ciuti G, Tognarelli S, Cinti C. Searching for the perfect wave: The effect of radiofrequency electromagnetic fields on cells. Int. J. Mol. Sci. 2014, 15, 5366–5387.

[58] Pooam M, Jourdan N, Aguida B, et al. Exposure to 1.8 GHz radiofrequency field modulates ROS in human HEK293 cells as a function of signal amplitude. Commun. Integrat. Biol. 2022, 15, 54-66.

[59] Morgan LL, Kesari S, Davis DL. Why children absorb more microwave radiation than adults: The consequences. J. Microsc. Ultrastruct. Saudi Soc. Micro. 2014, 2, 197–204.

[60] Gurhan H, Barnes F. Impact of weak radiofrequency and static magnetic fields on key signaling molecules, intracellular pH, membrane potential, and cell growth in HT‑1080 fibrosarcoma cells. Sci. Rep. 2023, 13, 14223, doi.org/10.1038/s41598-023-41167-5.

[61] Stadtman ER, Levine RL. Protein oxidation. Ann. NY Acad. Sci. 2006, 899, 191–208.

[62] Houée-Lévin C, Bobrowski K, Horakova L, et al. Exploring oxidative modifications of tyrosine: an update on mechanisms of formation, advances in analysis and biological consequences. Free Radic. Res. 2015, 49, 347–373.

[63] Rishabh R, Zadeh-Haghighi H, Salahub D, Simon C. Radical pairs may explain reactive oxygen species-mediated effects of hypomagnetic field on neurogenesis. PLoS Comput. Biol.  2022, 18, e1010198, doi.org/10.1371/journal. pcbi.1010198

[64] Durdik M, Kosik P, Markova E, et al. Microwaves from mobile phone induce reactive oxygen species but not DNA damage, preleukemic fusion genes and apoptosis in hematopoietic stem/progenitor cells. Sci. Rep. 2019, 9, 16182.

[65] Marjanovic AM, Pavicic I, Trosic I. Cell oxidation-reduction imbalance after modulated radio-frequency radiation. Electromag. Biol. Med. 2015, 34, 381–386.

[66] Burlaka A, Tsybulin O, Sidorik E, et al. Overproduction of free radical species in embryonal cells exposed to low intensity radiofrequency radiation. Exp. Oncol. 2013, 35, 219–225.

[67] Barnes FS, Greenebaum B. The Effects of weak magnetic fields on radical pairs. Bioelctromg. 2015, 36, 45-54.

[68] Bulina M, Chudakov D, Britanova O, et al. A genetically encoded photosensitizer. Nat. Biotechnol. 2006, 24, 95–99.

[69] Piacenza L, Zeida A, Trujillo M, Radi R. The superoxide radical switch in the biology of nitric oxide and peroxynitrite. Physiol. Rev. 2022, 102: 1881–1906.

[70] Orenba RP, Galembeck SF. Molecular orbitals of NO, NO+ and NO-: a computational quantum chemistry experiment. J. Chem. Educ. 2014, 91, 1064-1069.

[71] Brouard M, Chadwick H, Yuan-Pin Chang YP.  The hyperfine structure of NO. J. Mol. Spect.2012, 282, 42-49.

[72] O'Donnell VB, Chumley PH, Hogg N, et al. Nitric oxide inhibition of lipid peroxidation: kinetics of reaction with lipid peroxyl radicals and comparison with alpha-tocopherol. Biochem. 1997, 36, 15216-23.

[73] Pall ML. Electromagnetic fields act via activation of voltage-gated calcium channels to produce beneficial or adverse effects. J. Cell Mol. Med. 2013, 17, 958–65.