1、医生在线国外医学生物医学工程分册 2001 年第 24 卷第 1 期医生在线磁刺激应用及机理研究进展郭明霞，王学民 2，王明时夕(1，天津医科大学，天津 300203; 2.天津大学精仪学院，天津 300072)摘要：由干进刺激技术的有效性和无创性，近年来该技术已被应用干临床治疗及 脑科学的研究中。本文 综述了磁刺激对各种神经性疾病的治疗作用，并 阐述其主要的作用机理。关键词:磁刺激;治疗;机理中圈分类号:Q64;R454 文献标识码;A 文童编号:1001-1110(2001)01-0023-04Advance in the applications and mechanism studie
2、s of ma g ne tic s ti mu la ti on GU O M in g- xia ;W A N G Xu e- m in, W AN G M in g- sh I (1 .T ian jin M e di cal U niversity,T ianjin 300203.China; 2.T ianjinU niversity,T ianjin3 00072.Chim) Abstract.Magnetics timulationi sa ne fficienta ndn oninvasivet echnique.re centlyit h asb eenr eporteds
3、omea chievements ofc linicala pplicationa ndh asa lsob eenu sedi nt heb rainr esearches.R ecenta dvacnei nt het reatmento fv ariousn eurologicald iseasesis p resentedi nt hisa rticle.A ndt hep ossiblea ctionm echanismso fm agnetics timulationa reg iven.Key words,magnetic stimulation;therapy;mechanis
4、m1引言自从 198 5年Baker等人利用磁 场对大脑 皮层进行了有效的磁刺激以来，国外学者就磁刺激对神经系统和脑电活动的影响进行了大量的研究工作，初步形成了一项新的经 皮磁刺激技术1，一 3。磁刺激即利用一定强度的时变磁场刺激可兴奋组织，从而在组织内产生感应电场的过程。由于磁刺激的安全、无创、无副作用等优点，因而越来越受人们的重视，目前已逐步用于中枢神经传导、疲劳恢复、骨愈合神经疾病治疗及 脑功能研究等各个方面，并取得了较好的效果。研究证明，小 场强经颅磁刺激(TMS)可通过对神经系统Ca“活动、神经元兴奋性、神经递质和肚类物质的代谢以及免疫功能等广泛的调节作用治疗抑郁症、老年痴呆、帕金森
5、氏病、偏头痛、多发性硬化症、扁痛等疑难病症.避免了药物或手术治疗的副作用。2 磁刺激的治疗作用2.1 磁刺滋对失眠的治疗作用随着 社 会 的发展、生活 节奏的加快，社会压力日益增加，失眠症越来越普遍， 严重地影响着人们的生活质量。失眠及由此引起的神经衰弱、焦虑、紧张等导致的药物滥 用已成为一个广泛的公共卫生问题，并得到了各国研究者的普遍重视。王明时等141研制了用于治疗失眠、提高睡眠 质量的磁疗睡眠 仪，将模 拟正常人人睡过程脑电活动 的交变磁场藕合入大脑，使其在脑内形成涡流场作用于睡眠中枢，逐渐使患者脑电与之同步。而且，磁 场作用还通过影响睡眠中枢的神 经元细胞的放电及神经递质的释放活动来调
6、节神经系统的兴奋及抑制水平。以达到治 疗失眠的目的。2.2 破刺傲对抑郁症的治疗作用研究 表 明，重复经颅 磁刺激(rTMS) 能改善人的情绪、治疗抑郁症， 该研究引起了神经精神科学工作者的极大兴趣。Kolbinger 等对15例抗药性、经DSM- I -R诊断标准确诊的重度抑郁症患者进行重复经颅磁刺激，结果发现使用低强度、短程刺激有抗郁作用，且安全无惊厥等副作用。研究还表明，左前额叶为重复经颅磁刺激治疗抑郁症的最佳部位。Cohrs等报道重复经颅磁刺激能明显延长抑郁症患者快速眼动睡眠和非REM至REM周期，提示重复经颅磁刺激可能通过影响抑郁症患者睡眠节律及生物周期而有助于抗抑郁;还有人报告经颅
7、磁刺激治疗抑郁症孕妇获得成功。近年研究结果喜人，为经颅磁刺激治疗抑郁症开辟了广阔的前景。2.3 磁刺激对外周神经的作用由 于磁 刺激技术是无创的，它在神 经肌肉恢复的 临床作用已越来越受到人们的关注。Lin“ 等用功能磁刺激帮助脊柱损伤者的训练以及四肢麻木者的咳嗽恢复;Craggsr讨论了隔神经的功能磁刺激对呼吸肌功能的作用;有人已成功地利用外周磁刺激来消除骨骼肌疼痛。Krylov 等以1 200mT的脉冲磁场持续作用切断的兔坐骨神经两周，发现磁刺激组兔脚肌肌动图活动强度为空白组两倍，后肢运动功能也 较空白组有意义地改善。Rusovan等用不同颇率的交变磁场作用于鼠坐骨神 经，均具有显著的神经
8、再生作用。刘鸿宇等181报告，将造模 脑损伤的小鼠里于交 变磁场中，磁感 应强度为9.5 X 1 0-T，每日接受磁场作用24h,研究表明，交 变磁场能促进DNA的合成，有利于受 伤脑组织的修复。2.4 徽刹滋对帕金森氏病和翻呆症的治疗作用Ma lly J 等，对10位帕金森氏病(PD)患者进行经颅磁刺激治疗.结果表明.经颅磁刺激技术是治疗帕金森氏病的有效方法，其治疗机理可能是改变7脑内单胺递质水平。 Shimamoto H等对8位PD 患者进行重复经颅磁刺激，采用圆形线圈，脉冲强度700V, 颇率 医生在线国外医学生物医学工程分册 2001 年第 24 卷第 1 期医生在线0.5H z，左右
9、前倾叶各 30次，治疗 3个月，结果同样显示重复经颅磁刺激治疗PD的有效性。还有临床研究证明重复经颅磁刺激能够改善PD 病人身心反 应迟钝等症状。经 颅磁 刺 激对早老性痴呆性(AD)和脑血管性痴呆症的 诊断及治疗作用研究也已取得了一定的进展。Pepin JL 等7u 用磁场刺激17位AD病人的运动皮质，与正常人相比，AD病人在经颅磁刺激后，动作阔值显著减小，且刺激激发的最大响应动作幅度显著增大。磁刺激对AD 患者脑运动皮质作用的研究也有助于解释这种病人急性发作和肌阵挛及对该病作出早期诊断。 脑血管性痴呆症是由反复 发生的多灶性的脑梗塞所致，伴有局限性神经缺失现象和明显记忆障碍。穴位磁刺激疗法
10、能通过降低血脂、减低血液粘度、增辐脑血流量、增加脑内胆碱脂酶活力、促进脑电活动来改善患者的精神状态，缓解病情。2.5 斑倒滋对.痛的治疗作用众 所 周 知，旅痛病是 脑神经生物电活 动异常引起的。人 类脑组织生物磁活动与生物 电活动密切相关，当脑电图出现最高振幅的电活动时，脑磁图 也有最高振幅的相应变 化。有人 测出了人脑在突发放电时神 经磁场的空间分布。癫痛发作时，脑细胞过度放电，病灶区必然产生一个迅速 变化的电场 ，由楞次定律可知，如果在此部位加一适当的磁 场，它必然 对旅痛发作时的放电电场产生抑制作用。此外，一定强度的磁场对中枢神经有调节作用。张颖等人5;给家兔颅内注射硫酸亚铁溶液，造成
11、 稳定的癫痛反复发作模型，头部放置适当 强度的磁场，可明显抑制癫痛发作。2.6 磁刺激对脑功能研究的作用目前 ，脑 科学研究已 经成为欧洲、美国和日本等发达国家科学家们研究的热点，脑的认知功能是研究任务之一。经颅磁刺激技术已成为脑记忆与学习功能研究的非常有效的工具，使 该研究取得了可喜的成绩 .Kling JW等P7人发现小鼠脑磁刺激能阻断鼠短时记忆。Ferbert Ar“通过对人脑运动皮质的磁刺激研究，也得到经颅刺激削弱短时记忆的结论。日本有人rn用经颅磁刺激技术刺激人脑后顶皮质(PPC)，观察记忆诱导眼扫视运动，研究结果表明:在记忆诱导眼扫视运动中，后顶皮质控制了记忆目标精确位置的判定。S
12、andyk W“1 研究了弱磁刺激(pT 级)对多发性硬化症患者感知运动功能的影响，结论是长期弱磁刺激治疗能够改善患者的行走、平衡、感觉和膀胧功能， 证明pT数量级的磁刺激对多发性硬化症患者的认知缺陷很有疗效。此外，人们年研究了经颅磁刺激对语言等功能的影响。但 目前 所 用的神经磁刺激设备的康复性能与可控制程度尚不理想。当今的磁刺激设备一般用通电的回形或8字形刺激线圈组织r18，操作 时人工移动线圈，停留在要刺激的目标组织上方，直到诱发所期待的反应。 这种线圈易于制造，方便身体多部位使用，但是这种线圈刺激范围大，会造成大面积非靶组织 受刺激，减小 线圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的线圈作用深度线
13、，使用中 发热问题严重，要解决这一问题在制作工艺上还存在困 难，因此在某些方面阻碍了磁刺激应用的进一步增长。有人 r 17设 想用多信道磁刺激仪，能精确调节磁场焦点轨迹、刺激 强度、作用磁 场面积等参数，使刺激磁场灵活多样，如果这种磁刺激仪研制并能投人使用，可以 满足更多的临床及研究需要，大大提高磁刺激设备的可控制程度和康复性能，使磁刺激技术得到更加有效和广泛的应用。医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期.253 磁刺激的作用机理3.1 陇场对松果体的影响褪 黑 激 素(MT) 是松果体 (PG)合成的主要激素，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节
14、作用。实验证明，磁场暴露能影响 MT的合成和分泌，并且这一作用是磁场对人和许多动 物所产生的各种生物效应的基础Reiterl1e发现，在磁感应强度0.02 一 0.07 mT均匀磁场 或频率为50H:的交变磁场中暴露的大鼠，其血浆MT较空白对照组降低有意义，同时检侧了这两组大鼠PG 内的 MT，发现磁场作用也能明显降低PG内的MT含蛋。目前，一些学者们认为作用机制是磁场在组织所产生的感应电流，直接或间 接作用于PG交感神经。研究证明，MT对神经系统Ca ，十活动、活 动元兴奋性、神经递质和肤类物质的代谢以及免疫功能均有广泛的调节作用。已 证明，PG 在帕金森氏病、偏头痛、多 发性硬化症的 发病
15、机制中具有中枢性作用。磁场能作用PG，抑制MT的合成和分泌。因此，1991年美国神经病学家Sandyk等创新地相继探索出以小场强磁场经颅短时刺激治疗上述疑难病症的有效方法。正常 PG 在交感神经调节下，黑暗期合成分泌MT，光亮期则停止活 动.具有明显的节律性，而且 M丁随年龄增长而发生相应的变化。随着衰老，褪黑激素分泌的幅度逐渐降低。病理生理学证明，MT水平光亮一黑暗周期节律性波动，对维持机体神经、内分泌和免疫系 统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。大量证据表明松果体及其褪黑激素在衰老中的作用。 许多研究表明褪黑激素可以有效地改善睡眠，并具有起效快、毒性小等优点.现已被应用于临床。磁刺激睡
16、眠仪作用机理之一就是通过磁刺激调节褪黑激素的合成与分泌来改善睡眠质量。还有 一 些 研究表明， 调节 MT的合成是通过视网膜一上视交叉核(SCN)一下丘脑前部一神经传递一松果体这一途径，推论磁场对MT的影响可能是一种 类似于可见光的刺激因子的作用。医生在线国外医学生物医学工程分册 2001 年第 24 卷第 1 期医生在线3.2 神经递质及神经肚的调节作用神经 递 质 为神经元间的传递物质。人和动物大脑处于不同睡眠的状态时， 脑中神 经元的放电方式是不同的.细胞的这两种放电方式之间的转换可能是由来自脑干的上行五翔色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NA)、乙酞胆碱(ACh) 能系统和来自基底前脑的
17、下行ACh能神 经纤维、来自下丘脑的组胺(HA)能系统的活动状态决定的。研究结果显示，通过磁刺激调节这些神经递质水平，可以达到睡眠的目的。神经 递 质 的作用常与中枢神 经系统中某些部位在记忆中的作用相 联系。研究 发现，五经色胺(5-HT)是感觉神经元和运动神经元间的传递物质。吴彦卓等探讨了电磁脉冲对大鼠学习和脑内神经递质 的影响，磁 场作用三天后发现大鼠学习能力降低。利用高效液相色谱法检测脑不同部位的神 经递质含量， 结果是5-HT、多巴酸(DOPAC)、下丘脑多巴胺(Dopamine),肾上腺素(Adr)含量均有不同程度变化。作者 认为脉冲磁场通过改变大鼠不同脑区神经递质的含量来影响其学
18、习能力。近 年来 研 究证明，在磁场作用后神经系统可释放出具有镇痛效果的一些物质，从而起镇痛作用。如实验结果显示，无论交变磁场或恒定磁场都显著地使大鼠体内P-内啡肤样免疫活性物质(ir-f3-Ep )和精氨酸加压素样免疫活性物质(ir-AVP)含量升高。卜 Ep和AVP是体内作用广泛的两种神经肤。目前 认为两者都参与了体内的 镇痛过程。无 论是外周，还是中枢给予这两种神经肚都能使基础痛闷升高.出现镇痛效应。两者也都参与心血管功能的调节 。3.3 磁侧滋的免盛学效应实验 证 明 ，磁场具有激活免疫机制、抗炎和抑制肿瘤生长的作用。细胞因子是由淋巴细胞、单核细胞及其它细胞产生的包括白细胞介素、干扰素
19、、肿瘤坏死因子、集落刺激因子及多种细胞生长因子在内的近百种免疫功能调节物质。目前，越来越多的研究表明，各种细胞因子在抗炎症、抗病毒及抗肿瘤反应中起着重要作用。磁场促进或抑制体内细胞因子的产生，调节免疫细胞活性，从而发挥作用。高美华 等通过磁场对荷瘤小鼠 IL_IL6,IL。作用的研究 发现，旋转磁场促进IL_IL。产生，抑制IL 。及瘤细胞增殖的作用非常显著。提示IL_IL。具有增强T,B,K,NK,LAK细胞活性的作用，由此使抗肿瘤免疫细胞活化，杀伤肿瘤细胞，从而起到抗 肿瘤作用。3.4 磁场的细胞生物学效应大 量 的 研究表明， 电磁场可使细胞形 态、 DNA,RNA、蛋白质合成，跨膜转运
20、、酶活性以及生物遗传等产生显著变化。一些 蛋 白和酶含有过渡族的金属离子， 这些离子所在部位又常常是 酶的活动中心。 电磁 场通过对这些离子的作用影响酶活性，进而影响这些酶参与的新陈代谢反应。生物膜 对Na+,K十、Caz+离子的主动和被动输运不仅是细胞兴奋的基础，也是进行一些重要新陈代谢和能量转换过程的条件。 电磁场对生物膜的离子 转运能力的影响会导致一些生化和生理 过程的变化，从而影响与生物 电活动相关的各种过程。电磁 场促进组织修复的病理学基 础是刺激细胞增殖。目前，细胞膜是低 频电磁场作用的靶体已被越来越多的实验研究所证实。多数实验 表明，低 频电磁场 会促进细胞增殖。其机制可能是，电
21、磁场 作用于胞膜受体，引起胞内CAMP水平改变，继而触发一系列磷酸化生物信号放大反应，而调控细胞增殖。另 外 ，经 络是运行气血、联络脏腑肢节、沟通上下内外通路。经络又是电磁传导的通道，利用 电磁刺激人体 电磁场的敏感点 穴位，可以引起穴位局部的能量变化和电子活动，疏通经络、调整机能。如电磁穴位疗法可通 过经络穴位调整神 经机能，使神 经感觉冲动传感抑制，痛阔升高，交感神经兴奋性降低.从而达到良好的解疼和镇痛作用。以上 滋 场 效应在各种疾病治 疗中起到直接或间接治疗作用。磁刺激疗法取得一定的效果可能是这些效果或更多效应的综合作用结果， 这些不同层次的 诸多效应是相互联系、相 辅相成的，很少是
22、其中一种效应单独作用的结果。因此，在采用磁刺激疗法时，要考 虑到多种因家影响，选择合适的物理参数，取得最好的疗效。医生在线.26. 国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期参考文献:1 Baker AT. Magnetic stimulation of the human brainand p er ipheraln ervouss ystem J.N eurosurgery,19 87 ,2 0 :1 00.2 Similowski T. Cervical magnetic stimulation: a newpai nl ess m ethod forp ilateralp hre
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