Zastosowanie pola magnetycznego w medycynie

fizyka wczoraj, dziś i jutro
Zastosowanie pola
magnetycznego w medycynie
– diagnostyka i terapia
n AGATA NOWAK-STĘPNIOWSKA
Wprowadzenie
Pole magnetyczne wykorzystuje się zarówno do celów terapeutycznych jak i diagnostycznych. Diagnostyka polega na obrazowaniu metodą jądrowego rezonansu
magnetycznego. Z kolei w terapii wykorzystuje się zmienne pole magnetyczne jak
również aplikatory do magnetostymulacji.
W tym miejscu należy wyjaśnić podstawowe zagadnienia dotyczące magnetyzmu.
Zagadnienia wstępne
Prawo Biota-Savarta mówi, że ładunki
stacjonarne, które są stałe w czasie, powodują wytwarzanie pola elektrycznego (stąd
elektrostatyka). Z kolei prądy stałe, które
nie zmieniają się w czasie, generują pole
magnetyczne stąd magnetostatyka).
Pole elektrostatyczne opisuje rsię zazwyczaj przez wektor natężenia pola E (wzór 1).
r
r F
E= ,
Q
(1)
gdzie:
r
Er – wektor natężenia pola elektrycznego;
F – siła, która działa na ładunek próbny
w danym punkcie;
Q – wielkość ładunku próbnego.
Gdy ładunki punktowe q1, q2, ..., qn znajdują się w odległości R1, R2, ..., Rn od ładunku Q,
wówczas całkowitą siłę, która działa na ładunek Q można przedstawić następująco:
⎞
1 ⎛ q1Q ˆ q2Q ˆ
R1 + 2 R2 + ...⎟ =
F = F1 + F2 + ... =
R2
4 πε0 ⎜⎝ R12
⎠
=
⎞
Q ⎛ q1Rˆ1 q2 Rˆ 2 q3 Rˆ3
+ 2 + 2 + ...⎟
2
⎜
4 πε0 ⎝ R1
R2
R3
⎠
5/2010
(2)
Zatem natężenie pola elektrycznego jest
wielkością wektorową, która zależy od położenia i jest określana poprzez rozmieszczenie ładunków.
Ładunki, które się poruszają, tj. prądy,
generują pole magnetyczne. Opisuje się jer
przez wektor indukcji magnetycznej B
w odmiennych punktach
r przestrzeni. Przyjmuje się, że wartość B , który jest wytwarzany przez cienki oraz długi przewodnik,
w którym następuje przepływ prądu charakteryzujący się natężeniem I, jest uzależniony od odległości r od przewodnika. Można ją wyrazić następująco:
B=
µ0 I
,
2 πr
(3)
gdzie: µ0 – przenikalność magnetyczna próżni (4π·10–7NA–2).
Natomiast siła, która działa na ładunek
Q, który porusza się z prędkością V w polu
charakteryzującym się indukcją magnetyczną B można przedstawić w ten sposób:
Fmag = Q (V × B ),
(4)
Jest to siła Lorentza.
Natomiast natężenie pola magnetycznego wyraża wzór:
H=
I
,
2πr
(5)
gdzie:
I – natężenie prądu płynącego przez przewodnik,
r – odległość od przewodnika.
Oersted w roku 1820 zaobserwował, iż
prąd elektryczny jest w stanie odchylić igłę
19
fizyka wczoraj, dziś i jutro
kompasu. Niedługo potem usłyszano hipotezę Ampère’a, że ruch ładunku elektrycznego
jest przyczyną zjawiska magnetyzmu. Następnie Faraday w 1831 roku wykazał, że prąd
elektryczny może być generowany przez poruszający się magnes. Dopiero Maxwell i Lorentz pokazali, że elektryczność i magnetyzm
są ściśle ze sobą powiązane.
a)
b)
c)
Rys. 1. Najważniejsze źródła pola magnetycznego: a) magnes sztabkowy i pole magnetyczne wokół niego; b) magnes podkowiasty i linie pola wokół niego i w nim; c) wokół przewodnika, w którym płynie prąd o natężeniu I
powstaje pole magnetyczne o natężeniu H, którego kierunek i zwrot określa reguła prawej ręki
20
W polu ekektromagnetycznym każdy
punkt przestrze
r rni opisuje się dwoma wektorami, tj. E i B . Gdy mamy do czynienia
z polem elektrycznym i magnetycznym
wówczas siła, która działa na ładunek Q
wyraża się następująco:
r
r
r r
F = Q ⎡⎣ E + V × B ⎤⎦ .
(
)
(6)
Pole magnetyczne jest jednorodne (podobnie jak poler elektryczne) w określonym
obszarze, gdy B jest w tym obszarze jednakowe oraz nie zależy od punktu.
Pole elektromagnetyczne opisuje się następującymi wielkościami fizycznymi:
l wielkością natężenia pola elektrycznego
(E),
l wielkością natężenia pola magnetycznego (H),
l prędkością rozchodzenia się zmian pola
(V),
l częstotliwością zmian parametru pola
(f).
Ogólnie rzecz biorąc, w magnetoterapii
zazwyczaj używa się zmiennego pola magnetycznego. Zmienne pole magnetyczne
stanowi źródło elektromagnetyzmu. Zmienne pole magnetyczne jest porównywalne co
do wartości natężenia do pola ziemskiego,
natomiast zmienne pole elektryczne jest
większe od ziemskiego.
Substancje o właściwościach
magnetycznych w organizmie
Wśród pierwiastków będących składnikami żywych organizmów wyróżnia się:
l magnetyki, tj. para- i ferromagnetyki,
l diamagnetyki.
W tym miejscu należy wyjaśnić czym jest
magnetyzacja. Zjawiska magnetyczne są
wynikiem ruchów ładunków elektrycznych,
dlatego też w skali atomowej w przypadku
każdej substancji występują mikroskopowe
prądy, tzn. elektrony krążą wokół jąder
oraz wokół własnej osi. W skali makroskopowej prądy te są tak nieznaczne, że uważane są jako dipole magnetyczne. Zazwyczaj dipole takie znoszą się na skutek
przypadkowego ułożenia atomów. Zew-
fizyka w szkole
fizyka wczoraj, dziś i jutro
nętrzne pole magnetyczne powoduje, że dipole układają się wzdłuż linii pola. Dzięki
temu substancja staje się namagnesowana
czyli spolaryzowana magnetycznie.
Kiedy materiał ulega namagnesowaniu,
w tym samym kierunku oraz o tym samym
zwrocie co wektor indukcji magnetycznej, to
mówimy o paramagnetyku (są one wciągane
w pole magnetyczne). Gdy materiały, które
zostają namagnesowane w tym samym kierunku ale o przeciwnym zwrocie, to znak, że
mamy do czynienia z diamagnetykami (są
one wypychane zewnętrznego pola magnetycznego). Substancje, które zachowują namagnesowanie przy braku zewnętrznego pola magnetycznego nazywamy ferromagnetykami. Namagnesowanie tych substancji wynika z ich całej magnetycznej historii.
Jony o właściwościach magnetycznych
(mając na myśli para- i ferromagnetyki),
które są składnikami ludzkiego organizmu
to: jony żelaza, tytanu, wanadu, kobaltu,
chromu, niklu, miedzi i molibdenu. Oczywiście należy sobie zdawać sprawę z faktu,
że pierwiastki te nie występują w stanie namagnesowania cały czas. Jest to uzależnione, między innymi, od tego jakiego związku
są składnikiem. Tylko niewielkie ilości namagnesowanych jonów obserwuje się w organizmie w stanie wolnym.
Inne jony pełnią funkcje jonów centralnych w cząsteczce, są składnikami koenzymów czy grup prostetycznych, gdzie występują w sąsiedztwie diamagnetyków. Jony
diamagnetyczne stanowią źródło pola elektrycznego, które wpływa z kolei na jony
centralne powodując częściowe rozwarstwienie ich poziomów energetycznych.
Oznacza to, że wzajemne oddziaływanie
pola elektrycznego oraz magnetycznego
obserwuje się na każdym poziomie strukturalnym. W związku z tym pole magnetyczne modyfikuje funkcje jonów centralnych.
Wykorzystanie stałego pola magnetycznego
– obrazowanie rezonansem magnetycznym
(MRI)
Podstawowe koncepcje dotyczące obrazowania rezonansem magnetycznym przedsta-
5/2010
Rys. 2. Pole magnetyczne Ziemi
wiono we wczesnych latach 70. XX wieku
(Lauterbur – 1973, Mansfield i Grannel
– 1973). Obrazowania ludzi przy użyciu nowoczesnej techniki dokonano w późnych latach 70. XX wieku, stosując pole magnetyczne o natężeniu 0,04 T (Edelstein – 1980).
Na początku lat 80. XX wieku przedstawiono nową generację wysoko wydajnych
nadprzewodzących magnesów wytwarzających pole magnetyczne o natężeniu dochodzącym do 1,5 T.
Wydarzenia te zapoczątkowały erę kliniczną MRI, która rozwinęła się na dobre.
Wtedy to interniści wybrali MRI jako najważniejszą medyczną innowację w dziedzinie zaawansowanej opieki nad pacjentem na przestrzeni ostatnich lat. Ponad 200 mln skanów
rezonansem magnetycznym wykonano od
wczesnych lat 80. XX wieku. Technika ta wykorzystuje siłę stałego pola magnetycznego
do równoległego ułożenia spinów protonów
w cząsteczkach wody co prowadzi do precesji
Larmora, zapewnia to odpowiedni (intensywny) sygnał do konstrukcji obrazu.
Doświadczenia jak i teoria potwierdzają,
że ta metoda obrazowania jest wysoce bezpieczna i posiada wiele zalet, jak brak szkodliwego naświetlania czy wprowadzania radioaktywnych pierwiastków, które są niezbędne w innych technikach obrazowania.
21
fizyka wczoraj, dziś i jutro
Rys. 3. Zorza polarna – wynik oddziaływania pola magnetycznego Ziemi z cząstkami jonosfery
Wraz z wprowadzaniem urządzeń o coraz to mocniejszej sile pola pojawia się konieczność utrzymania bezpieczeństwa zapisu oraz podjęcia wysiłków zrozumienia
interakcji pomiędzy stałym polem magnetycznym a pacjentem, jak również opisania
ograniczeń tej metody. Należy zdawać sobie sprawę, że wzrost siły pola magnetycznego prowadzi do większej rozdzielczości
obrazu, a przez to, do uzyskania lepszych
zdolności diagnostycznych. Dążąc do uzyskania jak najlepszej metody obrazowania
należy przede wszystkim pamiętać o bezpieczeństwie metody wobec pacjentów.
Istnieją wyznaczone górne granice bezpieczeństwa odnośnie stosowania zmiennego pola magnetycznego (o czym będzie mowa później), natomiast nie są znane czynniki,
które determinują granice maksymalnej dozwolonej siły stałego pola magnetycznego.
Wpływ pola magnetycznego na ludzkie
tkanki oraz ludzkie zdrowie jest tematem
22
znanym w starożytności i ma swoją kontynuację do dziś. A teraz parę faktów historycznych. Kontrowersje dotyczące możliwości wykorzystania magnesów (dziś
wiadomo, iż było to pole magnetyczne)
do terapii pojawiały się już przed Rewolucją Francuską w Paryżu. Dobrze znanym
naukowcem tamtych czasów (rok 1778) był
fizyk Anton Mesmer, który zasłynął z osiągnięcia klinicznego efektu terapeutycznego
z wykorzystaniem zjawiska magnetyzmu.
W tym czasie Mesmer twierdził, że zdolność leczenia chorób nie pochodzi od magnesów ale od uniwersalnych sił, które nazwał magnetyzmem zwierzęcym, i który był
zdolny przekazywać tę energię na pacjentów. Kontrowersje dotyczące Mesmera doprowadziły do powołania komitetu składającego się z samych sław, tj. Benjamina
Franklina czy Antoin’a Lavoisera, aby zweryfikować osiągnięcia Mesmera. W wyniku
przeprowadzonych badań komitet obalił
wyniki Mesmera twierdząc, że pozytywne
rezultaty badań na pacjentach są wynikiem
manipulacji ich wyobraźni. Do dziś temat
ten wzbudza kontrowersje pomiędzy entuzjastami magnetoterapii, a racjonalnymi
sceptykami. Zwierzęcy magnetyzm wywarł
ważną historyczną rolę na rozwój nowoczesnej psychoterapii.
Dzięki MRI zdano sobie sprawę z bezpieczeństwa stosowania silnego stałego pola
magnetycznego. Dzięki pozytywnym badaniom klinicznym FDA czyli Federalnego
Urzędu Żywności i Leków w roku 1987 zaklasyfikowano stosowanie pola magnetycznego o sile mniejszej niż 2 T jako nieszkodliwe. Dalsze pozytywne badania doprowadziły
FDA do podwyższenia progu do 4 T w 1996,
a następnie do 8 T w roku 2003.
Oddziaływanie stałego pola
magnetycznego z tkankami
Porównanie wpływu pola
magnetycznego i elektrycznego
Ludzkie tkanki w bardzo różny sposób
odpowiadają na pole magnetyczne i elektryczne. Pole elektryczne bardzo łatwo może
doprowadzić do uszkodzenia tkanek, a na-
fizyka w szkole
fizyka wczoraj, dziś i jutro
wet śmierci. Natomiast nawet silne pole magnetyczne wywiera subtelny, trudny do obserwacji efekt w stosunku do tkanek.
Wyjaśnieniem słabego efektu w stosunku
do tkanek jest postrzeganie pola magnetycznego jako poprawki relatywistycznej w stosunku do pola elektrycznego. Ideę można
przedstawić rozważając siły między dwoma
ładunkami w spoczynku i wzajemnym oddziaływaniu tych ładunków na siebie.
Jeśli ładunki mają ten sam znak, będą się
odpychać wzajemnie z powodu sił elektrycznych pomiędzy nimi danymi prawem Coulomba. Jeśli rozważymy ładunki poruszające się z prędkością v w stosunku do układu
początkowego, to zdamy sobie sprawę z istnienia dodatkowej siły. Siła ta jest konsekwencją transformacji Lorentza i dowodem
obecności pola magnetycznego w poruszającym się układzie. Siła magnetyczna jest proporcjonalna do stosunku v/c gdzie c jest szybkością światła. Względny, słaby efekt pola
magnetycznego na tkanki może wynikać
z faktu, że prędkości spotykane w biologii są
znacznie mniejsze od prędkości światła.
Zdolność pola elektrycznego do wywołania polaryzacji elektrycznej w materiale
można zmierzyć przez podatność elektryczną, która jest wielkością bezwymiarową zależną od stałej dielektrycznej. Natomiast zdolność pola magnetycznego do
wywołania polaryzacji magnetycznej można zmierzyć przez podatność magnetyczną,
która również jest wielkością bezwymiarową w układzie jednostek SI. Przykładowo
materiały nie-ferromagnetyczne charakteryzują się przenikalnością elektryczną rzędu 105–106 razy większą niż przenikalnością magnetyczną.
Mechanizmy oddziaływań
Obecność statycznego pola magnetycznego może wywoływać wiele procesów fizycznych i chemicznych w tkankach.
Do procesów tych należą:
l różnice w przenikalności tkanek pod
wpływem siły pola magnetycznego;
l anizotropia przenikalności spowodowana momentem magnetycznym;
5/2010
Rys. 4. Pole magnetyczne powstające w cewkach silnika
elektrycznego jest przyczyną jego ruchu
Rys. 5. Jeden z najsłynniejszych elektromagnesów – stanowiący zasadniczą część Wielkiego Zderzacza Hadronów
LHC
l stymulacja nerwów i mięśni na skutek
przepływu lub indukcji ruchem przepływu prądu;
l zmiany w szybkościach reakcji chemicznych;
23
fizyka wczoraj, dziś i jutro
l siły i ciśnienia magnetohydrodynamiczne;
l wzbudzenie magnetyczne receptorów
sensorów.
Siły działające w obrębie tkanek
Ostatnio podejmowane są próby ilościowego określenia sił działających na poziomie cząsteczkowym aby opisać matematycznie skurcz
mięśni, mechanikę cytoszkieletu i innych procesów biologicznych (Howard – 2001).
Na poziomie komórkowym i subkomórkowym procesy biologiczne są spowodowane
przez kilka typów lokalnych sił – włączając
elastyczność tkanek, lepkość, przypadkowe
siły termiczne, składniki grawitacyjne i elektrostatyczne. Morfologia i ruch tkanek są
określane sumą działających indywidualnie
sił. Jeśli tkanka znajdzie się w polu magnetycznym, pole magnetyczne jest nakładane
na występujące uprzednio siły. Całkowity
wpływ pola magnetycznego na ruch i morfologię tkanek określa się przez jego wielkość
w porównaniu do innego typu obecnych sił.
Dla dużych białek w tkankach siły sprężystości są rzędu 1 pN (pikonewton), a lepkość i siły termiczne rzędu 500 pN, podczas
gdy pole magnetyczne, nawet w obrębie silnego pola NMR jest mniejsze niż 10–6 pN
(Howard – 2001). Prowadzi to do wniosku,
że pole magnetyczne nie wytwarza efektów
pierwszego rodzaju na tkanki. Nie oznacza
to, że pole magnetyczne nigdy nie może
wytwarzać mierzalnych efektów. Mogłoby
dojść do takiej sytuacji jeśli duża liczba cząsteczek (każda poddana kiedyś działaniu
małej siły magnetycznej) uległaby agregacji, a indywidualne siły magnetyczne dodałyby się, wytwarzając mierzalny efekt.
Przenikalność magnetyczna
hemoglobiny i czerwonych krwinek
Wysoka zawartość żelaza (cztery atomy
żelaza) w każdej cząsteczce hemoglobiny
w ludzkiej krwi powodują, że te cząsteczki
są użytecznym testem na wpływ pola magnetycznego na tkanki.
Przenikalność cząsteczki zawiera dwie
składowe, tj. składową paramagnetyczną
i składową diamagnetyczną.
24
Na podstawie ciężaru cząsteczkowego
(M = 64,650 g/mol) oraz gęstości ρ = 1,335
g/cc, jest możliwe policzenie gęstości objętościowej paramagnetycznych atomów żelaza
w hemoglobinie (Np = 4,97·1025 atomów
żelaza na m3). Przenikalność paramagnetyczna (c) jest dana prawem Curie (Van
Vleck – 1965):
χ=
(
2
µ0 N p µeff
µ2B
3kT
),
gdzie:
T –
k –
µB –
µeff –
temperatura absolutna (K),
stała Boltzmana (1,38·10–23 J/K),
magneton Borha (9,274·10–24 J/T),
efektywna liczba magnetonu Borha
przypadająca na atom.
Na podstawie wartości µeff, zmierzonej dla
ludzkiej hemoglobiny, obliczono przenikalność w temperaturze ciała 37°C, która wyniosła χp = 12,5·10–6 (Taylor i Coryell – 1938).
Aby obliczyć całkowitą przenikalność niezbędne jest dodanie wkładu innych atomów
w cząsteczce hemoglobiny. Całkowity wkład
diamagnetyczny wyniósł χp = –9,91·10–6. Wobec tego całkowita przenikalność pozbawionej tlenu hemoglobiny w temperaturze pokojowej wyniosła χcalk. = χp + χ = 2,08·10–6.
d
Na podstawie obliczeń naukowcy stwierdzili, ze spiny paramagnetyczne czterech
atomów żelaza są zdolne pokonać wkład
diamagnetyczny i prowadzą do dodatniej,
choć małej przenikalności.
Wartym rozważenia jest także temat
przenikalności magnetycznej krwinek czerwonych poruszanych w pracy Schenck
(2005). W krwinkach czerwonych hemoglobina jest rozpuszczona w cytoplazmie komórek, która ma tą samą wartość przenikalności co czysta woda i wynosi χ = –9,05·10–6.
Biorąc pod uwagę objętość krwinek czerwonych (85·10–6 m3) i 280 000 000 jako liczbę
cząsteczek hemoglobiny na krwinkę czerwoną, daje to całkowitą przenikalność pozbawionej tlenu krwinki czerwonej wynosi
χ = –6,10·10–6.
Zakładając hematokryt równy 0,45 oraz,
że plazma ma przenikalność równą przenikalności czystej wody to wówczas całkowita
fizyka w szkole
fizyka wczoraj, dziś i jutro
przenikalność pozbawionej tlenu krwi wynosi χ = –7,72·10–6. Opierając się na powyższych założeniach przenikalność całkowita
natlenionej krwi wynosi χ = –9,15·10–6.
Wobec tego zmiana całkowitej przenikalności krwi wyniesie ∆χ = 1,43·10–6. Obliczenia te pokazują, że nawet w przypadku
bogatej w żelazo krwi, całkowite stężenie
składników paramagnetycznych jest zbyt
niskie aby znacząco zmodyfikować przenikalność tkanek poza tymi w wodzie. Ważne
jest wobec tego, aby nie rozważać samych
sił magnetycznych w obrębie ciała, ale też
pole samego MRI.
Wpływ biologiczny magnetoterapii
zmiennoprądowej na organizm
Pole magnetyczne nie jest obojętne dla
naszego organizmu dlatego stosowanie
magnetoterapii wymaga poznania wpływu
zmiennego pola magnetycznego na organizm. Biologiczne znaczenie pola:
1. Pole magnetyczne pobudza oddychanie
komórkowe, jak również pozytywnie
wpływa na proces regeneracji tkanek.
Badania pokazują, że zmienne pole magnetyczne powoduje przyspieszenie syntezy DNA.
2. Oddziaływanie pola magnetycznego pobudza dyfuzję, co więcej, tlen jest szybciej wychwytywany przez hemoglobinę
oraz cytochromy (składniki łańcucha
oddechowego), co skutkuje wzrostem
utylizacji tlenu oraz oddychania tlenowego w narządach, które zostały poddane działaniu zmiennego pola magnetycznego.
3. Pole powoduje także zwiększenie oddychania beztlenowego w płatach skórnych
jak również hamuje utlenianie lipidów,
które są składnikami błon komórkowych.
Skutkuje to uniknięciem destabilizacji
błon komórkowych oraz zahamowaniem
enzymów oddechowych, co powoduje
polepszenie (zwiększenie) procesu regeneracji tkanek. Badacze udowodnili także wpływ bezpośredni pola magnetycznego na intensyfikację procesu regeneracji tkanek w organizmie.
5/2010
4. Zmienne pole magnetyczne oddziałuje
także na kości. Zaobserwowano przyspieszenie powstawania zgrubienia kości, jak
również zrostu kostnego po złamaniu.
Pomaga w tworzeniu prawidłowych zrostów kostnych (przy stawach rzekomych).
5. Obserwuje się wpływ pola magnetycznego na układ nerwowy. Jest on związany
ze zwiększaniem oporności wejściowej
jak i obniżeniu częstotliwości aktywacji
spontanicznej w przypadku neuronów
charakteryzujących się wysoką tzw. aktywnością spontaniczną. Pole magnetyczne wzmaga regeneracje w obrębie
tkanki nerwowej.
6. Pole korzystnie wpływa na poziom cholesterolu czy lipidów całkowitych obecnych w surowicy (obniżenie ich poziomu) co odgrywa ważną rolę u osób
chorych na nadciśnienie tętnicze.
7. Wykazano, na zwierzętach, iż pole magnetyczne powoduje zmiany w gospodarce lipidowej, białkowej oraz cukrowej, w zakresie morfologii krwi,
powodując obniżenie parametrów morfologicznych krwi, obniżając poziom
glukozy, cholesterolu i białka.
8. Problem wpływu pola magnetycznego
na układ hormonalny, krwiotwórczy czy
metabolizm do tej pory nie został dostatecznie zgłębiony. Układy te decydują
o prawidłowej homeostazie, dlatego też
zaburzenia w ich obrębie mogą stanowić
o ograniczonym polu działania magnetoterapii.
Biofizyczne skutki oddziaływania
zmiennego pola magnetycznego
na organizm ludzki
Obserwuje się znaczący wpływ zmiennego pola magnetycznego na ciekłokrystaliczne elementy budowy organizmu, między innymi:
l błony biologiczne,
l kora nadnerczy,
l rdzeń kręgowy,
l jajniki,
l struktura mózgu,
l hormony płciowe.
25
fizyka wczoraj, dziś i jutro
tego rytmu pod wpływem zewnętrznego
zmiennego pola magnetycznego.
Należy jednak brać pod uwagę fakt, iż
wpływ różnych bodźców na organizm jest
cechą osobniczą i każdy organizm może reagować odmiennie.
Rys. 6. Urządzenie do przeprowadzania MRI
Zewnętrzne pole magnetyczne przyczynia się do zmiany właściwości ciekłych
kryształów, dlatego stanowi to niewątpliwie ważne zagadnienie w kontekście terapii polem magnetycznym.
Zmienne pole magnetyczne powoduje
także zmianę właściwości fizycznych wody,
która stanowi główny składnik organizmu.
Zmiany te są zależne od natężenia jak i innych parametrów pola.
Należy zdawać sobie sprawę z tego, że
w ludzkim organizmie istnieje skomplikowany układ elektryczny. Zewnętrzne pole
magnetyczne może więc spowodować odchylenie toru poruszających się ładunków,
co z kolei może skutkować zakłóceniem
przepływu informacji.
Ponadto zmienne pole magnetyczne indukuje zmienne napięcie w elektrolitycznych strukturach organizmu i komórkach.
Najintensywniej proces ten zachodzi
w układzie limfatycznym, krążenia, nerwowym oraz wydzielania wewnętrznego.
Rozrusznik, czyli narząd o najszybszym
rytmie narzuca częstotliwość przebiegów
elektrycznych w mózgu, sercu oraz układzie nerwowym. Istnieje możliwość zmiany
26
Zastosowanie magnetoterapii
zmiennoprądowej w medycynie klinicznej
Jednym z obszarów medycyny gdzie magnetoterapia odniosła sukces są choroby
związane z narządami ruchu.
W dzisiejszych czasach widzimy duży odsetek osób chorych na osteoporozę. Naukowcy wykazali korzystne działanie zmiennego pola magnetycznego w przypadku
osób z osteoporozą. Działanie to polega na
hamowaniu demineralizacji kości, co obserwuje się w tej grupie chorych. Zabiegi magnetoterapii mogą spowodować nawet
zwiększenie mineralizacji kości. Badania
densytometryczne niejednokrotnie potwierdzają to działanie i stanowią obiektywną
ocenę terapii. U osób z opóźnionym zrostem kostnym magnetoterapia również znalazła zastosowanie. Zabiegi te przyspieszają
zrost kostny.
Kolejne pozytywne efekty magnetoterapii dotyczą chorób zwyrodnieniowych, jak
również leczenia stanów zapalnych stawów.
Terapia ta ma charakter przeciwzapalny
a także przeciwbólowy. Powoduje ponadto
polepszenie stanu ogólnego u chorych.
Magnetoterapia znalazła zastosowanie
także w leczeniu chorób związanych z układem nerwowym.
Badano wpływ zmiennego pola magnetycznego u osób po udarze mózgu. U osób
z niedowładem występującym w wyniku
udaru mózgu udało się uzyskać znaczną poprawę ich stanu w 55% przypadków. Nastąpiło zwiększenie siły mięśniowej, a co za tym
idzie obecność ruchów czynnych w kończynach oraz pracy zwieraczy pęcherza moczowego. Pojawiło się polepszenie krążenia,
dzięki zwiększeniu przepływu krwi oraz poprawienie zdolności ruchowych.
Nieocenioną rolę pełni magnetoterapia
w przypadku stwardnienia rozsianego.
fizyka w szkole
fizyka wczoraj, dziś i jutro
l obniżenie ciśnienia skurczowego, roz-
kurczowego;
l likwidację bólu, zawrotów głowy, uczu-
cia rozdrażnienia,
l ustąpienie ciągłego stanu zmęczenia.
Rys. 7. Obraz mózgu uzyskany za pomocą metod magnetycznych
U 80% chorych, w różnym stopniu, wykazano polepszenie siły mięśniowej, redukcję
nie trzymania moczu oraz zmniejszenie dolegliwości bólowych.
Kolejny obszar działania magnetoterapii dotyczy chorób narządu wzroku. Terapia ta najlepiej sprawdziła się w następujących przypadkach:
l chorób siatkówki,
l zapalenia naczyniówek,
l zapalenia rogówki (magnetoterapia połączona z antybiotykoterapią znacząco
hamuje zwyrodnienie),
l częściowy zanik nerwu wzrokowego (poprawę obserwuje się u około 50% chorych),
l zaćmy.
Leczenie pulsującym polem magnetycznym wykazuje działanie przeciwzapalne
w przypadku zapalenia górnych dróg oddechowych.
Odnotowuje się także pozytywny wpływ
(między innymi normalizacja krążenia włośniczkowego płuc) magnetoterapii zmiennym polem magnetycznym w przypadku
zapalenia płuc.
Magnetoterapia wywiera także korzystny wpływ na choroby związane z układem
krążenia. W przypadku nadciśnienia terapia zmiennym polem magnetycznym powoduje:
5/2010
Kolejnym obszarem medycyny, w którym
magnetoterapia znalazła zastosowanie są
choroby dotyczące przewodu pokarmowego.
Jedną z nich jest choroba wrzodowa.
W przypadku wrzodów żołądka i dwunastnicy dobre efekty dało stosowanie zmiennego pola magnetycznego, charakteryzującego się niską częstotliwością. W rezultacie
leczeni chorzy doznali znacznej redukcji
zespołu bólowego, nastąpiła też normalizacja w zakresie motoryki żołądka i jego
czynności wydzielniczej.
Bardzo ważne zastosowanie magnetoterapii stanowi leczenie chorób skóry oraz
tkanek miękkich. Rezultaty pokazują procesy szybszego gojenia się ran. Magnetoterapia stanowi także nieocenioną pomoc
w zwalczaniu infekcji bakteryjnych zarówno skóry jak i tkanek miękkich, owrzodzeń,
w leczeniu bliznowców (dermatologia).
Podsumowując, stosowanie pola magnetycznego w diagnostyce i terapii różnych
chorób jest tolerowane przez miliony pacjentów, którzy byli badani bądź to leczeni
tą metodą od początku 1980 roku.
AGATA NOWAK-STĘPNIOWSKA
Absolwentka Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego
w Krakowie,
doktorantka na Wydziale Nowych Technologii i Chemii
Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie.
L
c
c
c
c
c
ITERATURA
[1] A. Sieroń, G. Cieślar, M. Adamek, Magnetoterapia i Laseroterapia Niskoenergetyczna, ŚAM,
Katowice, 1993.
[2] D. J. Griffiths, Podstawy Elektrodynamiki,
PWN, Warszawa, 2001.
[3] M. F. Barnothy, Biological Effects of Magnetic Fields, Plenum Press, New York, 1964.
[4] J. F. Schenck, Physical interactions of static magnetic fields with living tissues, Progress in Biophysics and Molecular Biology 87 (2005) 185–204.
[5] D. E. Beischer, Human tolerance to magnetic
fields, Astronautics 7 (1962).
27