Дослідження зміни провідності іонних каналів клітини під дією електромагнітного поля на основі моделей та експериментальних вимірювань

Abstract

У роботі розглянуто механізми впливу електромагнітного поля на електрофізіологічні властивості клітинної мембрани та функціонування іонних каналів, зокрема натрієвих. На основі математичного моделювання, електрофізичних підходів та систем чисельного аналізу проведено дослідження динаміки мембранного потенціалу, пульсацій клітини та особливостей іонного транспорту. Використання моделей Нав’є–Стокса, параметричних моделей клітинної пульсації та модифікованої моделі Курамото дозволило оцінити характер синхронізації клітин та вплив зовнішнього електромагнітного поля на їхню активність. У MATLAB/Simulink реалізовано чисельне моделювання, що демонструє ефекти деполяризації та гіперполяризації клітини під дією електромагнітних коливань. Результати підтверджують можливість регулювання іонної провідності та збудливості клітини за допомогою слабких електромагнітних полів, що має значний потенціал для біомедичних технологій.

-

The paper considers the mechanisms of the influence of the electromagnetic field on the electrophysiological properties of the cell membrane and the functioning of ion channels, in particular sodium channels. Based on mathematical modeling, electrophysical approaches and numerical analysis systems, a study of the dynamics of the membrane potential, cell pulsations and features of ion transport was conducted. The use of Navier–Stokes models, parametric models of cell pulsations and the modified Kuramoto model made it possible to assess the nature of cell synchronization and the influence of an external electromagnetic field on their activity. Numerical modeling was implemented in MATLAB/Simulink, demonstrating the effects of cell depolarization and hyperpolarization under the influence of electromagnetic oscillations. The results confirm the possibility of regulating ionic conductivity and cell excitability using weak electromagnetic fields, which has significant potential for biomedical technologies.