磁場在癲癇診斷和治療中的應用研究


癲癇(Epilepsy)是一組由大腦神經元異常放電引起的短暫中樞神經係統功能失常為特征的慢性腦部疾病。全球總共大約有3000萬癲癇患者,中國則有大約650萬癲癇患者,癲癇的突然發生和反複發作給患者、患者家屬和社會帶來了巨大的負擔。

20世紀對神經電生理方麵取得了巨大的進步,使人們對癲癇的診斷和預後持越來越樂觀的態度。探索除藥物治療以外的抗癇方法也是研究的重點之一。

“電”與“磁”是自然界兩種密不可分的能量存在形式,也是人體生命現象的一個主要的基本表現。早在19世紀初期丹麥物理學家Hans Christian Oersted就發現了電流和磁場的關係。大腦皮質神經元的過度放電和異常擴布是癲癇的病理基礎。腦部的生物磁場的變化也反映了神經元的電生理過程。本文就磁場在癲癇診斷和治療研究中的一些進展進行綜述。

一、磁場在癲癇與診斷中的應用——腦磁圖

大腦生物電活動總伴隨著生物磁場的變化,磁信號穿越顱骨等介質時幾乎沒有畸變和衰減,通過對大腦磁信號的記錄可以準確地反映神經元電活動的情況。自1968年Cohen首次測得腦磁場到1992年第一台完整的腦磁圖(Magnetoencephalography,MEG)檢測係統建立以後,作為無創地探測大腦生物磁場的腦磁圖得到了不斷的發展和完善,可以精確反映5 mm範圍內腦功能的活動,其時間分辨率可以達1.0 ms,其探測深度可達頭皮下5 cm。

MEG對發作性異常波的陽性率要比腦電圖(EEG)高的多,並可對異常波的發生源進行精確的定位,對癲癇的準確診斷有著重要的意義。

Lin等對46例顳葉癲癇患者進行MEG和腦電圖(EEG)檢測,在30~40 min的檢測中MEG發現在36例患者中發現了棘波,在這些棘波中有68.3%同時在EEG上發現,22.1%僅在MEG上顯示,另有9.7%僅表現在EEG上。研究顯示MEG能較準確地發現出顳葉局灶的異常電活動。Park等研究也顯示與EEG相比(42.3%±34.2%),MEG能發現86.1%±16.5%的棘波。

Morioka等使用MEG對5例EEG正常的具有癲癇表現的腦血管畸形的患者進行檢測,均發現了局灶的高頻磁活動(HFMA),提示MEG對評估顱內的陣發異常電磁活動有重要意義。

對癲癇灶進行精確的定位、明確其與相鄰的重要功能區的位置關係,對癲癇的手術極其重要。Leahy等在MEG對偶極子的定位研究中發現,與EEG(7~8 mm)的準確度相比MEG能準確定位到3 mm。同時MEG測得的EP樣放電發生源的位置與我們以往使用的硬膜下電極記錄的位置具有很好的相關性。Kirchberger等用MEG、EEG、MRI、SPECT和神經生理測試對EP手術後仍有發作的患者重新定位發現,隻有MEG定位較為確切。在發達國家,有用MEG代替硬膜下電極記錄的傾向。Stefan等運用MEG與MRI結合的MSI(magnetic source imaging)對455例癲癇患者進行了測評,MEG的敏感性是70%,而MSI有89%的敏感性,對一些EEG很難發現的局部病灶也有很高的發現率。

雖然MEG與EEG相比有分辨率高、受介質影響小,不需直接接觸頭皮等優點,但是其昂貴的價格、對檢查環境的苛刻要求影響了它的推廣應用。

二、磁場對癲癇治療的研究

人類腦組織生物磁活動與生物電活動密切相關,當腦電圖出現最高振幅的電活動時,腦磁圖也有最高振幅的相應變化。有人測出了人腦在突然放電時的神經磁場分布。癲癇發作時,病灶區腦細胞過度放電產生迅速變化的電場。由楞次定律可知,如果在此部位加一適當的磁場,必然對此電場產生明顯的抑製作用。人們開始著手研究磁場對癲癇的治療作用。

Ossenkopp等研究顯示,60 Hz低強度磁場對電刺激點燃癲癇大鼠模型有抑製作用。大鼠在電刺激前1 h暴露1高斯、60 Hz磁場,能減輕EEG改變與發作的嚴重情況。

Akamatsu等研究發現0.5 Hz頻率經顱重複磁刺激(rTMS)下可以有效地延長戊四氮唑致癇大鼠發作的潛伏期,並減少持續發作的次數和時間。

張穎等在顱內注射硫酸亞鐵致癇的家兔頭皮下埋一直徑10 mm,厚2 mm的稀土永磁片(表麵磁場強度60 mT),觀察一周發現加磁治療組與對照組相比24h後發作頻率減少,間歇期延長,此時腦電圖也較穩定。80%的動物2~3 d後發作次數明顯減少,症狀明顯減輕,一般在5~7 d內停止發作;與對照組相比(83%)治療組死亡率(20.8%)明顯下降。說明適當強度的恒磁場對癲癇有治療作用。

殷克敬等用磁極針治療馬桑內酯肌注大鼠癲癇模型的研究中發現,磁極針與普通針相比療效顯著,能有效降低發作次數和嚴重程度。

董獻珍等對22例癲癇患者采用磁發帶或磁帽(0.15 T),lO例患者皮下埋直徑8 mm,厚1 mm的磁片(0.1 T),觀察3~12個月發現EEG慢波指數下降。波幅減小,棘波或棘慢波消失。近期磁療有效率65.6%,遠期為66.7%。說明頭部給予0.1~0.15 T的恒磁場對癲癇有一定的治療作用。

孫國安應用頭皮下植入磁體加電脈衝方法治療380例強直陣攣性癲癇患者,其中68.4%完全停止發作,18.9%顯效,9.8%有效,經過12~26個月的隨訪觀察,療效持久,複發率低,無明顯副作用。

上述研究發現,磁場無論是對癲癇的實驗動物模型,還是運用在臨床實踐中,均有一定的療效。根據電磁學理論,在頭顱這個容積導體上施加一個磁場,當電壓較高的異常電流出現時,必然通過這個磁場,受到洛侖茲力的作用,運行方向發生改變,傳導阻力增加,傳導減弱,電壓減低,達不到原先癲癇發作的電閾值,所以癲癇就不能發作。此外如果外加一頻率於神經細胞固有頻率相同的電磁場,而且波幅較強進行刺激誘導,可使神經細胞電活動隨著外加電磁場的變化而變化,出現節律同步化,從而消除異常電活動。

三、磁場對腦電活動的影響研究

磁場對癲癇的治療作用的發現使人們開始研究在磁場環境中,生物腦電的變化,試圖揭開磁場治療癲癇的奧秘。

李振傑等將兔暴露於10 mT、0.1 Hz的磁場環境中,每天12 h,每周5 d,連續4周。觀察腦電活動的變化,發現兩周時磁場組腦電脈衝響應函數(IRF)明顯延長,其他時間有延長的趨勢。說明極低頻磁場對腦電有一定的抑製作用。

Rosen等在用10~12 mT恒磁場對貓視覺皮質興奮性影響的研究中發現,磁場作用使皮質興奮性延長30~40 S。

潘鬆青等研究了工頻磁場對家兔腦電活動的影響,發現17~45 mT的工頻磁場使家兔θ波和δ波增多以及波幅增加,但仍以β波為主要節律。說明工頻強磁場長期(1000~2000 h)連續暴露可導致家兔EEG慢波增多。

郭青等研究低頻脈衝磁場(50 Gs、4 Hz/8 Hz)對人的睡眠節律電活動影響中發現,當外加磁場耦合如腦,其在腦內形成的感生電流作用於腦內廣泛部位,從而觸發了主動睡眠中樞,使其於外界磁場同步諧振,此諧振的能量使神經元興奮性降低,加速了入睡的進程。

胡祁生等采用脈衝經顱磁刺激(1 T、10 Hz,TIMS)作用於青黴素致癇大鼠大腦皮質和小腦蚓部30 min,發現TIMS作用5 min後大腦皮質癇樣放電(CED)頻率降低了36.24%±7.87%,15 min後CED仍降低12.54%±5.23%,說明TIMS對大腦皮質的癇樣放電有抑製作用。Macdonell RA等也發現經顱磁刺激產生皮質靜息期(cortical silem period,CSP),從而對癲癇發作有治療作用。

目前大多數研究均提示恒磁場、脈衝磁場對腦電活動存在著一定的抑製作用,這與其對癲癇的治療作用的研究結果是一致的。

1989年開始對經顱重複磁刺激(rTMS)的研究不斷深入,發現其對皮質的興奮性也有一定的影響,其作用結果取決於刺激的強度和頻率。Akamatsu等研究發現0.5 Hz頻率對大鼠皮質的興奮性有抑製作用,Chen R等也發現0.9Hz刺激能降低運動皮質的興奮性。也有研究顯示高頻刺激能提高皮質的興奮性。

四、磁場治療癲癇的作用機製探討

癲癇的發病機製牽涉到神經係統的內在性質、興奮與抑製的平衡失調,發作的起點、神經衝動的同步化、發作的傳播與終止等諸多方麵。

通過對磁場生物效應的研究,提示磁場可能從以下幾個方麵來發揮抑製過度興奮的腦電活動、治療癲癇的作用。

1.對離子和生物膜的影響:生物離子及其跨膜轉運是生物電流的基礎,在癲癇發作時,細胞膜的功能常常發生異常,異常的離子流的出現導致了神經元的過度興奮與擴步。

江長雲等研究了穩態磁場對小鼠腦突觸小體膜的影響。發現1.4T以下的穩態磁場可以改變小鼠腦突觸小體膜膜脂熱致相變行為,相變溫度升高,膜脂流動性降低,分子排列產生改變。嚴國龍等研究發現磁場作用下離子與周圍分子粒子之間建立新的共振關係和熱力平衡,這種變化足以發生量子態甚至結構態的變化。

癲癇發作前或發作時,細胞外離子濃度變化最明顯的是Ca2+。Sandyk研究推測EMF(electromagnetic field)通過影響Ca2+的流出,繼而改變細胞膜的靜息電位和神經遞質的釋放。Ca2+的釋放受低頻磁場調控。Blackman等報道,16 Hz的正弦電磁場作用於鳥的腦組織20 min能增加Ca2+的流出量,而作用後的溫度至關重要,不同的溫度下會出現不同的結果。1975年Bawin等曾用不同頻率的調製射頻電磁波(0.5~35.0 Hz)作用於新生雛雞的離體腦組織,同時用同位素45Ca2+示蹤Ca2+流出量的變化,結果也提示:0.5~3.0 Hz的調製波不引起Ca2+流出量的顯著變化;當由6 Hz增加到16 Hz時,逐漸引起有統計學意義的增加,再由16 Hz增加到35 Hz時,Ca2+流出量又逐漸減少。磁場可能通過對異常離子流的抑製及生物膜穩態的作用發揮抗癲癇作用。

2.對神經遞質的影響:神經遞質是腦內重要的化學信使物,對癲癇有著重要的意義,一般認為抑製癲癇發作的神經遞質有多巴胺、去甲腎上腺素、5-羥色胺、γ-氨基丁酸、甘氨酸等;促進發作的有乙酰膽、穀氨酸、天門冬氨酸、牛磺酸等。

郭明霞等研究發現脈衝磁場能增加大鼠海馬5-羥色胺的含量,減少乙酰膽堿的含量。殷克敬等用磁極針治療馬桑內酯肌注大鼠癲癇模型的研究中發現,磁極針增加了腦內5-羥色胺和γ-氨基丁酸的含量,降低穀氨酸、增強膽堿酯酶的活性來增加乙酰膽堿的水解。磁場可能是通過影響神經遞質的釋放或降解發揮治療癲癇的作用

3.對微量元素的影響:目前認為體內鋅的缺乏也是癲癇難以控製的原因之一。董獻珍等將80~100mT的釹鐵硼恒磁片(直徑8 mm,厚1 mm)埋入34例癲癇患者左側風池穴,6、12、36個月分別測定患者頭發中的鋅、銅、鐵等微量元素的變化,發現埋磁後鋅含量明顯高於埋磁前。說明磁場能提高癲癇患者體內鋅的含量,有助於控製癲癇的發作。

五、結語

健康的生命體內存在著一種正常的電子流動狀態和分布形式,處與平衡的狀態。如果受到某種內在的或外界的影響,打破了這種平衡就會影響正常的生理功能,乃至疾病的發生。所以對這一體內異常生物電活動的檢測或幹預有助於發現病理狀態並使之恢複平衡,這些生物電所產生的磁場就給我們帶了這一機會,特別是對以異常電活動為主要變化的癲癇患者。

磁場無論是從診斷還是治療等方麵都給癲癇患者帶來了福音,相信隨著研究的不斷深入與細化,磁場將越來越為我們帶來無窮的收益。

(本文來自轉載,謝謝)

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