磁场对心脑血管系统的影响及其临床应用

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1、文献综述磁场对心脑血管系统的影响及其临床应用罗二平1 张 峰1 张志远1 徐巧玲2 邹慧玲1( 第四军医大学 1生物医学工程系研究室, 2护理系 西安 710033)关键词 磁场 心脑血管 影响中图号 R683摘 要 磁场疗法是一种重要的临床治疗手段. 随着心脑血管疾病在人类疾病谱中的地位越来越显著, 研究人员和临床医务人员试图阐明磁场对心脑血管疾病的治疗作用并应用于实际. 本文综述了近期的进展, 并对今后的发展方向进行了展望.The effect of magnetic fields on cardiovascular and encephalovascularsystemanditscli

2、nicalapplicationsLUO Er-Ping1,ZHA NGFen1,ZH ANGZhi-Yuan1, XU Qiao-Ling2, ZOU H ui-Ling11Faculty of Biomedical Engineering, 2Faculty ofNursing,FourthMilitary MedicalUniversity,Xian 710033Keywords magneticfields cardiovascularandencephalovascular effetsAbstract Theory of magnetic fields is an importan

3、t meansinclinic.Researchersandphysicianstrytoexplainmechanismandactionforcardiovascularandencephalovascular.In this parper,authorsreviewtherecentadvances and discusstheprospectsforfurtherresearches.0 引言 目前, 高血压、 脑卒中、 冠心病等的发病率和死亡率均较 30 年前有明显升高; 心脑血管疾病已成为人类首要病死原因. 医学界对心血管病的治疗是针对病因、 病理解剖和病理生理等几方面进行的. 采

4、 用的方法有化学药物疗法、 外科手术疗法等传统方法, 新的治疗方法如溶血栓疗法、 介入性疗法及基因疗法等也不断涌现. 但这些方法无一例外地均会给 人体带来一定程度的损伤, 并且药物毒副作用也是罗二平, 男, 1959-12-09 生, 四川省成都市人, 汉族. 1982 年空军工程学院毕业, 副教授, 发表论文 20 余篇. 电话( 029) 3374849(O)一个需引起注意的问题; 而且介入疗法等新疗法危险程度高, 费用昂贵, 不易为一般群众接受. 生物医 学工程的发展提供了改善这种状况的一种途径. 电磁场的生物效应是生物医学工程的重要内容之一,其研究成果可为临床医学提供新颖的治疗技术.

5、人 工磁作为一种可施加于人体的物理因素, 其对心脑血管系统的影响及对心脑血管疾病的治疗作用日益受到重视, 这促使研究人员进一步从理论和实验角 度对其生物效应进行探讨, 并在临床应用方面进行尝试.1 磁场对心脑血管系统生物效应研究进展 血液是由荷电的红细胞、 白细胞等有形成分分散于血浆中的悬浮体, 其对外加磁场的反应敏感而又复杂. 微循环作为心脑血管系统的基本功能单 位, 完成组织细胞与血液间的物质交换. 血液成分发生病理改变或微循环功能减弱, 都会使心脑血管 系统病变, 导致功能失调. 从磁场对心脑血管系统生物效应的研究现状来看, 大多仍处于观察和记录现象的实验研究阶段, 理论研究较少; 生物

6、医学角度 的研究较多, 基于工程观点的分析较少.1. 1 磁场对心脑血管系统生物效应的理论研究 1. 1. 1 神经作用 人体各部位均有神经分布, 尤其在穴位处的神经分布更较明显, 全身穴位中, 至少一半的穴位下面有神经直接通过, 其余穴位在其周围 0. 5 cm 以内的组织中有神经通过. 磁场对心脑血管系统的影响多数通过作用于穴位而产生. 磁场刺 激穴位或患病部位时, 引起各种感受器的兴奋, 这些兴奋立即传入到神经系统. 首先是沿着传入神经纤维传到相应的脊髓节段, 再由脊髓后索和侧索向上 传入脑干或皮质下中枢, 在此进行分析综合, 再发出离心冲动, 沿传出神经传到血管、 心脏等的机械、 化

7、学和温度等感受器, 影响人体心脑血管系统的机能.1. 1. 2 体液作用 血液是由荷电的红细胞、 白细胞、 血小板等有形成分分散于血浆中的悬浮液. 在 磁场作用下, 红细胞的表面电荷受到洛仑兹力作用,其受力方向与磁场方向和血液流动的方向垂直. 在 合力的作用下, 使红细胞的聚集性降低. 因此, 磁场对血液的影响, 取决于磁场对红细胞等有形成分表面电荷的作用. 磁场对平滑肌有抑制作用, 具有活血化瘀和改善微循环的作用. 在磁场作用下, 各类微血管管径 均有不同程度的扩张. 同时, 各类微血管血流速度89第四军医大学学报(J Fourth Milit M ed Univ) 1998; 19(Sup

8、pl)均加快, 加速物质交换, 使微循环阻力降低, 从而进 一步降低血压.人体心脑血管系统含有丰富的血管, 血液中除含有多量的水分外, 还含有 K+、 Na+、 Fe2+等多种无 机盐类. 因此血管内血液是一个导电体, 其电阻率只有150 8m 左右. 当血液在血管中流动时, 受到磁场作用, 发生电磁流体力学现象, 产生微电流. 心脏始终在进行收缩舒张活动, 人体各处的血管也之 不停息地进行收缩和扩张活动; 血液流动呈现出连续脉动流的形式. 若磁场磁力线作用于血管, 就会在体内形成强度很低的微电流. 在这种微电流的作 用下, 引起血管壁周围液体内带电粒子浓度和运动速度的变化. 微电流可能是通过

9、刺激神经末梢影响神经机能, 也可能有调整体内生物电流的作用. 1. 2 磁场对心脑血管系统生物效应的实验研究 本世纪 50 年代以来, 由于防治心脑血管疾病的需要, 血液流变学和血液动力学的研究进展很快. 磁场作为一种可施加于人体的外来物理因子, 其对心 脑血管系统, 尤其是对血液流变学和血液动力学指标的影响也日益受到重视, 许多实验室都在进行磁场对心脑血管系统生物效应的生理实验或动物实 验, 并取得一些成果.1. 2. 1 恒定磁场 对于恒定磁场对心脑血管系统的生物效应, 必须考虑生物体的磁特性. 首先应当注意 O2在血液中的输运问题. O2是顺磁性物质.通过肺通气 O2进入肺泡, 进行肺换

10、气以后, 绝大部分 O2与血 红蛋白 ( Hb) 结合 成氧合 血红 蛋白( HbO2) , 运送到体内各组织, 满足机体进行生命活 动的需要. HbO2活性中心的血铁有 Fe2+和 Fe3+两种形式, 但在 O2的输运过程中, 通常取 Fe2+的形式. 血铁由 d 电子的排布方式决定其磁性质. 虽然O2是顺磁性的, Hb 也是顺磁性的, 但两者的结合产物 HbO2却是抗磁性的. 研究表明, 1 T 、 10 T 的恒定磁场不能直接影响血液中溶解的顺磁性 O2的分 布.周崇文等 1研究了恒定磁场对正常豚鼠体外血栓, 全血粘度, 红细胞压积、 血沉和血栓弹力图的影 响. 作者选用两种不同强度(

11、0. 1 T , 0. 06 T) 的恒定磁场及 5种不同的持续作用时间( 6, 12, 24, 48 h)进行加磁处理, 实验结果表明恒定磁场在一定条件 下具有显著的缓解体外血栓形成, 降低血液高凝状态, 降低低切变率下全血粘度的作用; 而对 HCT 的影响则无统计意义, 对血沉也没有发生规律性影响.这一结果为恒定磁场防治血栓症、 糖尿病、 冠心病、 高粘滞综合征、 血液高凝, 提供了一定的动物实验依据.Gmitrova 等 2研究了恒定磁场通过颈动脉窦 压力感受器对动脉血压调节的影响. 实验中先以戊巴比妥钠麻醉家兔, 30 min 后注入去甲肾上腺素诱 发高血压, 5 min 后将强度为

12、0. 2 T 的恒定磁场加于左、 右颈动脉窦区( 分别为 N 极和 S 极) , 监测股动脉血压、 心率及呼吸速度. 实验结果提示, 在去甲肾上腺素诱发的高血压情况下, 应用 0. 2 T 的恒定 磁场可显著降低该高血压效应, 但对心率及呼吸速度不产生显著影响.Iino 3观察了在强度为 6. 3 T 的恒定磁场的作用下, 健康成年人血红细胞沉降率( ESR) 的变化. 使用标准 Westergren 方法测定 ESR 值, 发现 ESR值显著增高. 同时经形态学检查, 表明红细胞聚集增强. 但 ESR 约需 20 min 才能发生变化.1. 2. 2 旋转磁场 肖忠文等 4采用表面静磁场为0

13、. 18 T , 旋转时平均磁场为 0. 10 T 的旋磁机作用于昆明种健康小鼠, 于每天上午 9: 00 和下午 3: 00 分别加磁 30 min, 连续 5 d, 第 6 日进行检测, 测定细小动静脉管径、 血流速度, 观察各类血管的血流状 态, 以测定血流速度, 并将小鼠尾尖剪断取血, 用高化法进行红细胞、 白细胞计数. 结果表明, 在磁场作用下小鼠各类微血管管径均有不同程度的扩张, 提 示磁场对平滑肌有抑制作用; 各类微血管血流速度均加快, 提示磁场具有活血化瘀和改善微循环的作用; 红细胞计数无显著变化, 而白细胞降低较为明显, 这可能是因为磁场具有缩短白细胞寿命, 加速白 细胞破坏

14、, 同时抑制造血器官功能, 使白细胞生成减少.梁路光等 5研究了平均磁感应强度为 0. 09 T, 磁头平均转速为 2000 r/ min 的旋转磁场作用于Wistar 雌性大鼠的效应. 每日定时曝磁 1 次, 每次 30 min, 共处理一周. 实验结果表明, 大鼠经旋转磁场作用后, 血液粘度、 血浆粘度明显降低, 与对照组 比较差异显著. 红细胞电泳实验表明, 红细胞的电泳速度加快, 红细胞表面电荷密度增大, 使红细胞间的相互排斥性增加. 这说明在磁场作用下, 红细胞 聚集体解聚, 变形能力得到增强, 从而降低血液粘度, 改善血液流变特性, 促进血液循环.蒙彩侠等使用强度为 0. 2 T

15、0. 3 T 的旋磁机,作用于 52 例健康男女青年内关穴 15 min 后, 观察 心脏机能变化. 发现磁场作用后使心输出量减少,血压下降, 而心率基本不变. 说明旋转磁场引起的降压作用的直接原因是心输出量的减少, 也和心肌收缩力量的减弱有关. 去磁后约 5 min, 心血管机能90第四军医大学学报(J Fourth Milit Med U niv) 1998; 19(Suppl)基本恢复正常. 1. 2. 3 交变磁场 当考虑交变磁场对生物体的作用时, 应注意机体的电气特性. 这是因为构成机体的组织和体液都成为通电导体, 电磁感应的存在将 在生物体内产生涡流. 而且, 根据细胞膜的电气特性

16、, 数 10 kHz 以下的低频磁场将使兴奋性膜兴奋,以刺激效应为主, 而数百 kHz 以上的高频磁场则以热效应为主. 人们发现, 当手掌暴露在 3. 8 kHz、 32 mT 的交流磁场中, 手掌末梢血管系统的血流速度会出现暂时性减小的现象. 这种现象并不是磁场直接影响血 流所致, 而是首先由涡流使皮肤感受器产生兴奋, 接着由血管运动中枢机构产生暂时性的血管收缩, 而引起血流变化, 强度为 0. 1 T , 脉宽为 0. 1 ms 的脉冲磁场作用于胸部, 可使心肌收缩, 心输出量减少, 血压降低.Whittington 等 6采用一对 Helmholtz 线圈在测试对象头部周围产生一个均匀的正弦交变磁场,磁场频率为 50 Hz, 强度为 1 Gs, 作用持续时间以后 50 ms 为对照, 并做 65, 100, 125 ms, 观察其对被测者血压和心率的影响. 从最终结果来看, 在实验条件下, 所加交变磁场对测试对象无显著影响.Fiorani 等 7设计了一个由 4 个单元组成的系 统, 每个单元用法拉第屏蔽装置屏蔽电磁噪声. 在单元 1,