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中科院高能所|稳态磁场对血流、骨骼和疼痛的影响( 三 )


02稳态磁场与骨骼近年来已有多种基于脉冲电磁场的医疗仪器用于骨质疏松和骨折等的辅助治疗 。 相比之下 ， 虽然目前还没有稳态磁场相关的医疗仪器 ， 但已有大量的相关研究显示 ， 稳态磁场在防治骨质疏松、促进骨折愈合和骨缺损修复、治疗骨关节炎等方面有着良好的效果和应用前景 。 西北工业大学的商澎课题组多年来对此有系统性研究 ， 其最近发表的一篇综述也进行了全面分析[21] 。 从机制上讲 ， 磁场作用于骨组织与其对骨组织细胞增殖及分化的调节相关 。 在体外 ， 静磁场可促进骨髓间充质干细胞及成骨细胞的分化和矿化 ， 而抑制骨髓单核细胞及破骨细胞的分化和骨吸收活力 。 静磁场对骨组织细胞调控的可能机制是静磁场影响了细胞生长因子、信号分子、细胞骨架、细胞膜、细胞内钙离子及铁代谢[21] 。 这些能够从很大程度上解释磁场对骨骼系统的多种作用 。 首先 ， 多项实验证据表明稳态磁场可以改善骨质疏松 ， 包括绝经和糖尿病引起的骨质疏松 ， 以及缺血性骨质疏松等 。 通过局部或者全身稳态磁场处理 ， 实验动物的骨质疏松有所改善 。 例如 ， 在去卵巢大鼠的腰椎右侧植入一个磁感应强度为180 mT的磁性材料 ， 6 周后发现在靠近磁性材料的大鼠腰椎骨的骨密度显著升高[22] 。 将去卵巢大鼠全身暴露于30—200 mT的静磁场中12 周 ， 发现其骨密度及骨面积均显著高于未曝磁组[23] 。 将药物诱导的I 型糖尿病大鼠暴露于4 mT静磁场中16 周 ， 发现静磁场可以抑制糖尿病大鼠的小梁骨和皮质骨的结构损伤及骨力学性能的降低[24]其次 ， 实验证据表明静磁场可以促进骨折愈合和骨缺损修复 。 例如 ， 对杂交犬进行桡骨中段截骨术 ， 两天后在手术部位包裹一圈0.1 T 磁片 ， 8 周后发现磁场显著促进了骨折愈合[25] 。 我国学者早期也有多例利用磁片研究静磁场对家兔骨折愈合的影响 ， 结果均表明一定强度的静磁场可促进骨折部位钙沉积、缩短骨折愈合时间 。 研究显示静磁场暴露能够有效提高骨缺损处的骨生成、增强植入物与周围骨质的结合来促进骨缺损的修复 。 此外 ， 也有证据表明稳态磁场可能会缓解骨关节炎 。 例如 ， 人们对狗进行右侧膝关节前交叉韧带闭合切除造成骨关节炎模型 ， 利用无磁性和有磁性的陶瓷片覆盖狗窝的地板 ， 在第68 周检查发现磁场组滑膜炎、滑膜积液、软骨表面的破坏和软骨溃疡的发生率比非磁场处理组要少 ， 表明暴露于磁场的犬骨关节炎的发展受到了抑制[26] 。 Taniguchi 等人为了研究稳态磁场对大鼠佐剂性关节炎的镇痛作用 ， 对60 只雌性SD 大鼠进行为期12 周的实验 ， 发现稳态磁场处理组的佐剂性关节炎的大鼠尾部表面温度、运动活性和股骨骨密度均显著高于非磁场处理组 ， 其血清炎症标志物也明显低于非磁场处理组[27] 。 Morris 等人在组胺引起大鼠后肢水肿后立即用稳态磁场持续刺激15 或30 分钟 ， 发现10 mT和70 mT静磁场可使水肿形成减少20％—50％[28] 。 但是由于目前关于稳态磁场与骨关节炎的文献还不够充足 ， 因此还需进行更多的研究 。 03稳态磁场与疼痛疼痛的原因和类型多种多样 ， 且影响的人群极为广泛 ， 因此不可能用单一的方法来治疗不同的个体 。 此外 ， 阿片类药物已被用于治疗包括晚期癌症患者在内的严重慢性疼痛 ， 但关于其副作用的报告日益增加 。 因此 ， 寻求更安全、更有效的减轻疼痛的方法是医生和科学家的共同目标 。
磁铁可以很容易地应用和移除 ， 将疼痛部位局部暴露于磁场而不影响其他部位 ， 因此被许多人用来减轻疼痛 。 然而 ， 它们是否有效一直都有争议 。 为了进一步明确稳态磁场对疼痛的影响 ， 我们进行了系统文献调研 ， 对截止到目前为止的设有适当的假曝磁对照组的相关文献报道进行了综合分析 。 我们共收集到29 篇文献 ， 发现65%的人体研究(23 篇)和100%的小鼠研究(6 篇)都显示了稳态磁场的缓解疼痛作用 。 首先 ， 在收集到的23 篇稳态磁场对疼痛影响的人体研究中 ， 有15 项显示了稳态磁场确实对人体有明显的镇痛作用 。 例如 ， 1997 年 ， Vallbona 等人进行了一项双盲试点研究 ， 以测量脊髓灰质炎综合症患者的肌肉和关节炎疼痛患者对稳态磁场的疼痛反应 。 他们发现 ， 76%的患者在用0.03—0.05 T的稳态磁场治疗45分钟后疼痛得到改善[29] 。 2011 年 ， Kovacs-Balint 等人发现 ， 最大为330 mT的非均匀稳态磁场可显著提高热痛阈值[30] 。 2012 年 ， Laszlo 等人发现0—192 mT磁性设备5分钟就可以有效地将颞下颌关节紊乱病组患者的口腔疼痛评分从2.0 降低到0.5 ， 但肺泡炎或口疮组未见明显效果[31] 。 这些都显示了稳态磁场对疼痛有缓解作用 。 然而 ， 我们发现也有一些报道没有观察到这种作用 。 例如 ， 1997 年 ， Caselli 等人为足跟疼痛患者提供了10 高斯磁鞋垫 ， 治疗4 周后 ， 他们发现治疗组和对照组的疼痛都有所改善( 分别为58% 和60%) ，但两者之间没有显著差异[32] 。 2000 年 ， Collacott 等人使用300 高斯设备治疗慢性腰痛患者一周 ， 治疗组和对照组的疼痛评分均下降(0.49 vs. 0.44) ， 两组之间无显著性差异[33] 。 2002 年 ， 30名患者接受了治疗 ， 使用0.1 T设备治疗腕关节疼痛患者约45 分钟时 ， 治疗组与对照组之间没有显著差异[34] 。 2007年 ， Kuipers等人发现 ， 暴露0.06 T磁垫1小时不会改变生理应激引起的疼痛感觉[35]但是很有意思的是 ， 虽然在文献中只有少数关于稳态磁场对疼痛影响的动物研究 ， 但所有的报道都显示了正面作用 。 例如 ， 2007年 ， Laszlo等人表明 ， 稳态磁场能够有效地缓解0.6%醋酸注射引起的小鼠内脏疼痛 ， 且具有治疗时间和磁场强度依赖性[36] 。 2008 年 ， Gyires 等人发现 ， 1.6 mT、0.16 T/m 的非均匀稳态磁场暴露30 分钟可显著降低小鼠内脏疼痛水平[37] 。 Kiss 等人还发现 ， 30 分钟的非均匀稳态磁场治疗可产生比均匀稳态磁场更强的镇痛效果 。 这些研究都表明治疗时间和磁场强度以及稳态磁场均匀性都是影响稳态磁场镇痛效果的关键因素[38] 。 此外 ， 也有其他小鼠的疼痛模型显示了积极的镇痛效果 。 例如2009 年 ， Antal等人发现 ， 最大强度为476 mT的梯度稳态磁场可以抑制机械刺激引起的小鼠神经痛敏感性增加[39] 。 2017年 ， Zhu等人发现 ， 在小鼠牙齿移动模型中 ， 20—204 mT稳态磁场治疗14 天可以显著降低疼痛程度[40] 。 稳态磁场对疼痛缓解的影响与稳态磁场强度、治疗时间和疼痛类型都有关 。 有一些研究比较了不同的稳态磁场强度 ， 表明高强度的稳态磁场有更好的止痛效果(表1) 。 因此 ， 我国学者开发了1.5 T 和2.9 T 的超导稳态强磁场设备 ， 目前正在对此进行研究(图2) 。 此外 ， 疼痛类型是决定稳态磁场是否具有镇痛作用的一个关键因素 。 例如 ， 前面提到了稳态磁场能显著降低颞下颌关节紊乱病患者的痛觉 ， 但对肺泡炎和口疮没有显著影响 。


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