Магниты и современная медицина

Магнитная терапия

В настоящее время трудно сказать, кто был тем человеком, кто первый начал использовать магниты в лечебных целях, и когда это было. История магнитной терапии – лечения человека и животных с помощью магнитного поля – насчитывает столетия.

Этот способ лечения давно сосуществует с традиционной медициной, хотя до сих пор среди ученых и практикующих врачей нет однозначного мнения о его действенности или бесполезности. Исследования продолжаются как в научных, так и в лечебных учреждениях, а применение продуктов магнитной терапии в мире продолжает возрастать. Все более развивающаяся индустрия производства магнитных браслетов, поясов, стелек, подтяжек, матрасов, и т. д. Косвенно свидетельствует о чудотворной силе всех этих продуктов. Мировой объем рынка продуктов магнитной терапии в настоящее время может быть оценен в сотни миллионов долларов ежегодно.

Множество научных и лечебных лабораторий и институтов США, Японии, Германии, Швеции занимаются проблемами магнитной терапии, но тема далека от закрытия.

Магнитные поля и тело человека

Влиянию электромагнитных полей на тело человека и животных посвящено великое множество статей, однако, в большинстве из них описаны эффекты, оказываемые полями радио- и микроволновой частоты или, в последние годы, промышленной частоты (50-60 Гц). Исследования биологических эффектов постоянных магнитных полей сконцентрированы на больших полях уровня полей в приборах MRI (магнитно-резонансные томографы), обычно составляющих несколько Тесла (несколько десятков тысяч Гаусс). К сожалению, исследования воздействия полей, типичных для продуктов магнитной терапии, большинство из которых ограничено несколькими сотнями Гаусс даже на поверхности магнита, весьма малочисленны. Тем не менее, основные механизмы воздействия магнитных полей на биологические организмы, позволяющие развивать магнитную терапию, известны. Эти механизмы включают в себя: 1) увеличение кровотока в результате возросшего содержания кислорода (оба эти явления лежат в основе способности организма к самовосстановлению); 2) изменение скорости миграции ионов кальция, в результате чего, с одной стороны, кальций быстрее поступает в сломанную кость, и она быстрее срастается, а с другой стороны, кальций быстрее вымывается из больного пораженного артритом сустава; 3) изменение кислотно-щелочного баланса (pH) различных жидкостей в теле человека и животных (дисбаланс часто является следствием болезни); 4) изменение выработки гормонов эндокринными железами; 5) изменение ферментной активности и скоростей различных биохимических процессов, 6) изменение вязкости крови.

Человеческое тело с магнитной точки зрения представляет собой инертный материал, каковым является его основное содержание – вода.

Под воздействием магнитного поля химическая структура воды не меняется, но изменяется морфология и сила сцепления ряда примесей. Как известно, при магнитной обработке воды кальциевые примеси (CaCO3) теряют способность выпадать в осадок в виде плотного камня и кристаллизуются в виде мелкодисперсной взвеси. При контакте воды, подвергшейся магнитной обработке, с уже выделившимися солями происходит их частичное растворение, а также разрушение до состояния мелкого легкоудаляемого шлама, который улавливается стандартными фильтрами очистки от механических примесей.

Магнитная обработка воды, таким образом, имеет безусловно техническое (защита котлов, трубопроводов, бойлеров и т.п.) значение, а не лечебное.

Это лишь подтверждает, что магнитное поле может влиять на процессы нуклиации в организме человека. В целом вода диамагнитна, т.е. слабо отталкивается магнитными полями. Под действием магнитного поля электроны молекул воды могут слегка корректировать свое движение, создавая при этом магнитное поле противоположного направления, примерно в 100,000 раз меньше приложенного. При удалении магнитного поля электроны возвращаются на свои первоначальные орбиты, и молекулы воды снова становятся немагнитными.

Известно, что многие покровители магнитной терапии предлагают к использованию в лечебных целях "намагниченную воду”, - вряд ли это возможно. Хотя вода и реагирует на приложенное поле, но эта реакция весьма слаба, к тому же она тут же практически пропадает, как только поле удаляется. Однако полностью отрицать возможность воздействия сильного магнитного поля на структуру молекул было бы также неправильным.

Диамагнетизм воды и большинства физиологических жидкостей очень слаб. Тем не менее, недавно была продемонстрирована магнитная левитация (парение) не только капель воды, но также цветков, кузнечиков и маленьких лягушек (Berry и Geim 1997) в очень сильном поле, производимом электромагнитом в 160,000 Гаусс (16 Тесла). Эти "летающие лягушки" были показаны в средствах массовой информации по всему миру, но они лишь подтверждают правило: большинство слабых магнитных полей, которые используются в устройствах магнитной терапии, могут вызывать лишь диамагнитные силы в тысячи раз слабее гравитационных.

Некоторые авторы утверждают также, что магнитные поля притягивают кровь, ссылаясь на железо, которое она содержит. Однако, железо крови очень сильно отличается от металлического железа, которое является сильным магнетиком благодаря кооперативным эффектам, объединяющим индивидуальные атомные магнитные моменты – явлению ферромагнетизма. Свойства ферромагнитного материала являются результатом совместного поведения многих магнитных атомов, действующих в унисон. Атомы железа в крови содержатся не изолированно, а входят в состав больших молекул гемоглобина, расположенных внутри красных кровяных телец. Хотя каждый из атомов железа магнитный, он находится на значительном удалении от остальных атомов, остается слабообменно связанным с другими атомами Fe, и, следовательно, в значительной мере магнитно-независимым.

Исследования влияния сильного статического магнитного поля на кровь человека проводились многократно с помощью таких методов, как ядерный магнитный резонанс (NMR), магнитная томография (MRI). Еще в 1936 году ученые Поулинг и Кориел сообщили о диамагнитной восприимчивости оксигемоглобина (т.е. обогащенной кислородом крови) и парамагнитной восприимчивости деоксигемоглобина (т.е. крови бедной кислородом). В ходе этих исследований удалось оценить, в частности, величину эффективных магнитных моментов комплекса Fe+2, который входит в состав гемоглобина крови человека. 10 лет назад (1993) Хигаши и соавторами исследовали ориентацию нормальных эритроцитов крови в сильном постоянном магнитном поле с максимальной величиной до 8 Тесла. Было обнаружено, что эритроциты ориентируются таким образом, чтобы плоскость их диска была параллельна направлению приложенного поля. Наконец, в 1997 году американские исследователи Хайк и Чен из Университета Флориды изучили различные аспекты воздействия сильных постоянных магнитных полей на кровь человека, а именно: на магнитную восприимчивость, магнитодвижущую силу и вязкость.

Магнитная восприимчивость крови измерялась с использованием СКВИД-магнетометра. Было обнаружено, что кровь ведет себя как диамагнитная жидкость, когда она обогащена кислородом (в артериях) и как парамагнитный материал, когда она обескислорожена (в венах). На рис. 1 и 2 представлены результаты измерения магнитной восприимчивости крови в артериях (1) и венах.

В ходе экспериментов величина прилагаемого магнитного поля варьировалась от +5 Тесла до -5 Тесла, с шагом 0.5 Тесла. Исследуемые зависимости, как следует из рисунков, имеют линейный характер. Для крови бедной кислородом (венозной) восприимчивость представляет собой прямую с положительным наклоном (3.5)*10-6 , для крови, богатой кислородом (артериальной) – восприимчивость имеет отрицательный наклон, равный (-6.6)*10-7. Следует отметить, что при слабых магнитных полях, обычно применяемых в целях магнитной терапии, намагниченность крови ничтожно мала. Кровь, как и вода, слабо отталкивается магнитными полями, а не притягивается.

Исследовалось также влияние магнитного поля на вязкость крови. Было обнаружено, что течение крови замедляется в присутствии поля. Результаты эксперимента представлены на Рис. 3.

В серии экспериментов обнаружено, что замедление движения крови достигает 25%, если величина приложенного поля составляет 10 тесла. При значении поля в 1 Тесла (характерная величина для MRI – устройств), вязкость меняется менее чем на 0.3 %, что не позволяет рассчитывать на сколько-нибудь значительный эффект.

Хотя большинство компонент человеческого тела и других живых организмов являются слабо диамагнитными, обнаружено, что многие организмы содержат в небольших количествах сильно магнитные материалы, обычно магнетиты (Fe3O4). Наиболее интересный случай – это магнитотактическая бактерия, содержащая такое количество магнитных частиц, что они вызывают ориентацию бактерии по линиям магнитного поля Земли. Кристаллы магнетитов присутствуют также в теле голубя, пчел, многих млекопитающих, и даже в мозгу человека. Тем не менее кажется совершенно невероятным, чтобы присутствием столь малых количеств магнетитов в теле человека можно было объяснить эффект магнитной терапии. Однако, если частицы магнетита расположены в определенном месте, они могут локально усиливать эффекты слабых магнитных полей, например, изменять поток ионов через мембраны клеток, или тип электрического пропускания нервных клеток.

Доказательства и сомнения, адвокаты и скептики

"Я не знаю ни одного ученого, кто относился бы к этим заявлениям серьезно... Это прихоть, навязчивая идея. Но все эти магнитные вещи получили такое же хождение, как медные браслеты и кристаллы, и они могут стать еще популярнее" – Роберт Парк, член Американского Физического Общества.

"Атомы железа в магните плотно прижаты друг к другу. В вашей крови в каждой молекуле гемоглобина содержится четыре атома железа, и они разделены между собой расстоянием слишком большим для образования магнита. Это легко проверить – уколите свой палец и поместите каплю крови рядом с магнитом" – Михаил Шермерс, физик

Долгое время считающаяся шарлатанским направлением медицины, в наше время магнитная терапия получила научную поддержку в результате исследований в Медицинском колледже Бейлора (США, 1997). Внушают ли доверие эти исследования? Результаты исследований, о которых идет речь, были опубликованных в 1997 году в Архивах Физической и Реабилитационной Медицины.

Исследования проводились доктором Карлосом Валбона на 50-ти постполиомиелитных больных в Реабилитационном Центре Бейлоровского Института Хьюстона. Магниты для исследований (многополярные, циркулярные) предоставила компания Bioflex, Inc., она же произвела набор визуально идентичных поддельных магнитов для контроля. Для того чтобы результаты исследования были достоверными, никто из пациентов не знал, какие из магнитов были настоящими, а какие поддельными. До и после 45-минутного периода магнитной терапии пациентам предлагалось оценить свою боль по 10-балльной шкале. 29 пациентов, которые пользовались настоящими магнитами, сообщили, в среднем, о значительном уменьшении боли (от 9.6 до 4.4), в то время как пациенты, пользующиеся подделками (21 человек), сообщили о значительно меньшем уменьшении боли (от 9.5 до 8.4). Это различие является существенным, и не может объясняться эффектом плацебо.

Однако для твердых скептиков некоторые сомнения все же остаются и после этих исследований. И доктор Валбона, и его коллега доктор Карлтон Хазлвуд сообщили об их личном удачном опыте использования магнитов для снятия боли в колене, повышая тем самым сомнение в их объективности. Сознательные или несознательные систематические ошибки исследователей могут быть очень незначительными и не оказывать влияния на результаты исследований. Серьезная трудность – возможность отличить настоящий магнит от подделки, другая трудность любых подобных исследований - субъективность полученных данных.

Несмотря на все эти причины для осторожности результаты исследований в Бейлоре внесли изменения в точку зрения многих физиков. Так, доктор Вильям Джарвис, президент Национальной комиссии по мошенничеству в медицине, ранее считал магнитную терапию существенно шарлатанским методом. Сейчас он в порядке эксперимента допускает, что она может быть полезна при лечении постполиомиелитных больных.

Многие средства массовой информации, пишущие на эту тему, не делают должного различия между формой магнитной терапии, изучаемой в колледже Бейлора, основанной на действии умеренных статических полей от постоянных магнитов, и более распространенной формой магнитной терапии, основанной на сильных импульсных полях электромагнитов. Импульсные магнитные поля существенно отличаются от постоянных, поскольку, в соответствии с уравнениями Максвелла, изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует электрическое поле. Электрические поля оказывают выраженное воздействие на биологические процессы, в частности, на нервные и мускульные клетки, о чем мы знаем еще со времен Гальвани и его опытов с ножками лягушек. Много лет назад FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США) одобрило использование импульсных магнитных полей в "стимуляторах роста костей" для лечения плохо срастающихся переломов и "магнитной стимуляции" – воздействия импульсных полей на мозг и другие компоненты нервной системы. В настоящее время подобные работы ведутся весьма интенсивно. В частности, показано, что при лечении депрессии многообещающим средством является транскраниальная (внутричерепная) магнитная стимуляция, при которой пациент получает сотни импульсов магнитного поля величиной до 1 Тесла и более длительностью в миллисекунду каждый. Однако, подобные формы магнитно-импульсной терапии основаны на биологических эффектах от индуцируемых электрических полей, и в корне отличаются от терапии с применением статических полей постоянных магнитов.

Магнитная терапия сегодня

Журнал Time недавно сообщил о возросшем использовании магнитов знаменитыми гольфистами, футболистами и другими профессиональными спортсменами для снятия боли. Магнитные продукты для снятия боли в настоящее время продаются во многих магазинах для спорта, их реклама появляется в спортивных журналах. Наибольшее применение магнитная терапия имеет в Японии и Китае, однако, и в США и Европе она занимает все более значимое место как часть нетрадиционной медицины. Многие производители рекомендуют применение магнитных заплаток непосредственно в местах локализации болей, другие предлагают прикладывать маленькие магниты к акупунктурным точкам. Магнитные ремни, содержащие 16 или более магнитов, претендуют на облегчение болей в спине, подобные магнитные “обертки” предлагается прикладывать почти ко всем частям тела, включая кисти, запястье, локти, колени, лодыжки, и ступни (магнитные стельки особенно популярны). При головной боли Вы можете надеть на голову магнитные ленты, магнитные кольца в уши, или магнитые ожерелья на шею.

Многие магнитные ожерелья, браслеты, и серьги выполнены из богатых серебром и золотом магнитных сплавов, при этом покупателям обещается и эстетический, и терапевтический эффект. В одном каталоге утверждается, что магнитные клипсы "стимулируют нервные окончания, которые могут регулировать головную боль и боль в шейном отделе позвоночника", а магнитные браслеты "действуют на биополе человека" и "корректируют энергетический дисбаланс, создаваемый действием электромагнитных полей и атмосферных явлений". Другие магнитные идеи - амортизационные прокладки для сидений автомобиля, магнитные подушки и матрасы, обеспечивающие "специальное поле для сна", и даже специальное комфортное магнитное устройство для борьбы с простатитом у пожилых мужчин!

Магнитная терапия также широко применяется в лечении породистых гоночных лошадей. Магнитные накладки при самых различных проблемах с ногами, магнитные попоны, магнитные подушки в подковы, и т.д., все это получило поддержку многих тренеров и даже ветеринаров. Поклонники магнитной терапии справедливо утверждают, что эффект плацебо не может проявляться у лошадей и других животных, но они забывают о том, что интерпретируют результаты лечения люди. Последний факт оставляет место для сомнений.

Действенность магнитной терапии (как и другого медицинского лечения, традиционного или альтернативного) не зависит от нашего понимания биологических механизмов. Тем не менее, большинство производителей предметов магнитной терапии понимают необходимость получения привлекательного объяснения причин их действенности.

Уже предложено значительное количество механизмов действия, которые призваны объяснить терапевтические эффекты от действия магнитов. Это улучшение циркуляции крови, изменение прохождения нервных импульсов, увеличение содержания кислорода в крови и увеличение щелочного состава физиологических жидкостей, магнитное влияние на движущиеся ионы, уменьшение отложений на стенках кровеносных сосудов и др.

Однако, научных доказательств справедливости всех этих предположений не существует.

Наиболее нетрадиционное объяснение представлено доктором Киочи Нмакагава из Японии, который утверждает, что многие из современных болезней являются результатом "синдрома дефицита магнитного поля". Известно, что магнитное поле Земли уменьшилось на 6 процентов с 1830 года, и косвенные свидетельства утверждают, что оно уменьшилось более чем на 30 процентов за последнюю тысячу лет. Нмакагава аргументирует эффективность магнитной терапии простым восполнением нехватки земного магнитного поля.

Окончательные выводы преждевременны

Терапевтический эффект, оказываемый постоянными магнитами, в настоящее время все еще рассматривается со значительной долей скептицизма. Большинство результатов многочисленных исследований эффективности магнитной терапии может быть списано на эффект плацебо. Например, магнитные накладки для спины, используемые многими профессиональными гольфистами, по всей вероятности, помогают снимать боль в спине благодаря осуществляемой ими чисто механической поддержке, локальному нагреванию спины, а также благодаря тому, что их присутствие напоминает немолодым спортсменам, что им не следует слишком перенапрягать свои мышцы. Все эти устройства работают как с магнитами, так и без них. Исследования английских ученых по поводу эффективности действия магнитных стимуляторов для роста костей, показали, что стимуляция в равной степени успешна и в том случае, когда магнитное поле отключено, и связано это с навязанной пациенту при использовании стимулятора неподвижностью, а не с действием магнитных полей.

Наиболее “сильные” утверждения магнитной терапии, такие как возможность исцеления от рака путем навешивания на шею супермагнитов, не только бесполезны, но могут быть и опасны, поскольку они отвлекают пациентов от поисков правильного и адекватного медицинского лечения. Хотя до конца характер воздействия магнитного поля на раковые клетки нельзя считать изученным, некоторые утверждают, что магнитные драгоценности и большинство других продуктов для магнитной терапии вероятно безвредны, за исключением денежных потерь при покупке.

Результаты исследований в Бейлоре, однако, увеличили вероятность того, что, по крайней мере в некоторых случаях, местное применение постоянных магнитов действительно может снимать боль. Однако, эти выводы не могут считаться окончательными до тех пор, пока они не будут подтверждены дальнейшими испытаниями. Механизмы подобного воздействия остаются таинственным, но влияние статических магнитных полей на сложные электрохимические процессы в организме человека не является невозможным.

Магнетизм и медицина: достижения и перспективы

Если обоснованность применения магнитной терапии до сих пор остается под вопросом, то существует очень широкий круг медицинских приборов и устройств, методов диагностики и лечения, способов борьбы с различными медицинскими проблемами, в которых магнитные явления и свойства магнитных материалов не только с успехом используются, но это использования является научно оправданным. Другие идеи по использованию магнитов в медицине только начинают воплощаться в жизнь, но их перспективность уже очевидна.

Остановимся на наиболее существенных направлениях применения в медицинских целях магнитов и магнитных явлений.

Магнитно-резонансная томография

Магнитно-резонансная томография (ядерно-магнитная резонансная томография, МРТ, ЯМРТ, NMR, MRI) – нерентгенологический метод исследования внутренних органов и тканей человека. Здесь не используются рентгеновские лучи, что делает данный метод безопасным для большинства людей. Обследуемая часть тела пациента помещается в однородное импульсное магнитное поле большой интенсивности. Различные ткани тела человека поглощают поле в различной степени, что позволяет при помощи компьютерной обработки создавать визуальную картину тела пациента. Технология МРТ достаточно сложна: используется эффект резонансного поглощения атомами электромагнитных волн. Человека помещают в магнитное поле, которое создает аппарат. Молекулы в организме при этом разворачиваются согласно направлению магнитного поля. После этого радиоволной проводят сканирование. Изменение состояния молекул фиксируется на специальной матрице и передается в компьютер, где проводится обработка полученных данных. В отличие от компьютерной томографии МРТ позволяет получить изображение патологического процесса в разных плоскостях. Магнитно-резонансный томограф по своему внешнему виду похож на компьютерный. Исследование проходит так же, как и компьютерная томография. Стол постепенно продвигается вдоль сканера. МРТ требует больше времени, чем КТ, и обычно занимает не менее 1 часа (диагностика одного раздела позвоночника занимает 20-30 минут).

Недавние успехи в конструкции МР - томографов позволили разработать малые по размерам, портативные устройства, с помощью которых можно обследовать такие небольшие части тела, как руки и ноги. Большие закрытые устройства для обследования всего тела, вызывающие у многих пациентов клаустрофобию, заменены в настоящее время на новые, имеющие открытую конструкцию, что оставляет пациентам свободу в ходе обследования и избавляет их от ненужных страхов.

МРТ лучше других диагностических методов визуализирует некоторые структуры головного и спинного мозга, а также нервные структуры. В связи с этим она чаще используется для диагностики повреждений, опухолевых образований нервной системы, а также в онкологии, когда необходимо определить наличие и распространенность опухолевого процесса. Список заболеваний, которые можно обнаружить с помощью МРТ, внушителен: воспалительные, дистрофические и опухолевые поражения сосудов и сердца, органов грудной и брюшной полости, поражение лимфатических узлов, паразитарные процессы и другие патологии. Метод особенно эффективен для изучения динамических процессов (например, состояния кровотока и результатов его нарушения) в органах и тканях.

Магнитная стимуляция - помощь при лечении психических расстройств

Современные ученые-медики на практике возвращаются к использованию магнитов для лечения психических заболеваний - от депрессии до шизофрении.

Начиная с 1995 года транскраниальная (внутричерепная) магнитная стимуляция (TMS) используется в больницах Соединенных Штатов, Европы и Австралии вначале как экспериментальный метод, а затем в качестве обычной лечебной процедуры.

В ходе этой продедуры для изменения работы больного мозга используются мощные переменные магнитные поля. При проведении процедуры магнитной стимуляции используется специальный прибор – металлическая коробка размером с настольный компьютер. К прибору с помощью кабеля присоединен тяжелый металлический предмет, похожий на ракетку для пинг-понга.

От этой ракетки исходит плотно сфокусированное магнитное поле, достаточно мощное для того, чтобы чувствоваться на расстоянии руки. Если ракетка расположена напротив черепа пациента, при включении-выключении магнитного поля в мозгу пациента создается электрический ток, таким же образом, как движущийся магнит создает ток в катушке.

Ученым-медикам удалось правильно подобрать место расположения магнита, при котором создаваемый им ток очень эффективен при лечении депрессии. Улучшение при этом виде заболевания составляет по наблюдениям не менее 50 %.

Магнитная стимуляция также с успехом используется при навязчиво-компульсивном расстройстве, биполярном расстройстве и эпилепсии, в последнее время TMS - терапию стали успешно применять и при лечении шизофрении.

Ученые не пришли к единому мнению о механизме действия прибора для TMS. Вероятнее всего, что электрический ток, создаваемый магнитами, заставляет нейроны в облучаемой части мозга становиться более возбудимыми.

Трудновозбудимые нейроны требуют относительно большого количества электричества, чтобы стать активными. Если удастся повысить возбудимость нейронов до нормального уровня, это позволит избавиться от депрессивных симптомов.

Этот принцип действия подобен электрошоковой терапии. Но при электрошоке для передачи электричества пациенту необходимо большое количество энергии. Электрошок требует общей анестезии и может вызвать конвульсии, беспокойство и временную потерю памяти.

Прибор TMS генерирует ток непосредственно в мозгу пациента, что позволяет врачам использовать значительно меньшие уровни энергии. Самый тяжелый побочный эффект от такой процедуры - умеренная головная боль.

Моторы на постоянных магнитах для сердечников

Остановка сердца является наиболее частой причиной смерти в современном мире. Единственное действенное лечение для больных с хронической сердечной недостаточностью – трансплантация сердца. Однако, число подходящих для пересадки донорских органов столь мало по сравнению с количеством нуждающихся в этой процедуре больных, что надеяться только на этот метод нельзя.

Однако, большинству пациентов с тяжелой формой сердечной недостаточности, у которых работает только левый желудочек сердца, можно помочь. Для этого достаточно восстановить кардиоваскулярные функции сердца до нормального уровня.

В настоящее время для этих целей рядом фирм выпускаются вращательные насосы для поддержания физиологической циркуляции крови на постоянных магнитах. Такие насосы могут быть устроены по принципу центрифуги, использовать аксиальный (осевой) ток крови или представлять собой гибрид этих двух конструкций.

При создании насосов для обеспечения циркуляции крови используются высокоскоростные моторы на редкоземельных магнитах (чаще всего неодим-железо-бор). Они являются достаточно эффективными для обеспечения нужной температуры (кровь должна иметь температуру около 37 градусов Цельсия) и максимального продления срока действия батареек. Мотор и сам насос изготавливаются максимально компактными для удобства их использования больными.

Магниты как проводники и манипуляторы для медицинских процедур

Магниты в последнее время все чаще используются для более точного и менее инвазивного введения в организм больного человека различных инструментов и лекарств в ходе лечебных и диагностических процедур. Управление движением в этом случае осуществляется с помощью магнитного поля.

Недавно в Вашингтоне была успешно выполнена следующая нетривиальная процедура - тонкий провод с крошечным магнитом на конце был введен в паховую артерию пациента, что проложило таким образом путь к его мозгу. С помощью шлемовидного магнита, окружающего голову больного, врач смог провести провод по кровеносным сосудам мозга через все их изгибы, и в конечном итоге достичь причины заболевания (ухудшения зрения): сильно увеличенных кровеносных сосудов. Несколько шприцев клея для блокировки излишнего кровотока, и провод извлечен – операция завершена, зрение восстановлено. В существующей практике лечение подобных заболеваний требует оперативного вмешательства - а именно, просверливания отверстия в черепе пациента. Однако недавно удалось разработать новый способ определения состояния мозга без непосредственного вмешательства. И использование магнитов в качестве проводников, которое пока еще является экспериментальным, может позволить достигать более глубоких, сложно расположенных областей мозга, чем можно себе сейчас представить. В случае успеха предложенной методики возможно будет лечить аневризму, различные параличи и другие серьезные заболевания мозга.

Эта операция относится к области эндоваскулярной хирургии, оперирующей с помощью проникновения в кровеносные сосуды. Эта процедура далеко не так проста для мозга, как для сердца. Кровеносные сосуды мозга значительно меньше и сильнее изогнуты. К тому же, они располагаются в мозговой жидкости, что делает проникновение в них эндоскопа похожим на движение внутри сосуда с желатином.

Если эндоскоп (провод) изгибается и не может достичь необходимого участка мозга, врач вынужден извлекать его – а длина провода может составлять более 6 футов – и начинать снова. Введение начинают с паховых артерий, расположенных далеко от сердца, поскольку они являются наиболее широкими и легко доступными.

"Причиной, по которой мы еще так малого добились, является трудность и опасность процедуры введения эндоскопа,"- говорит эндоваскулярный хирург, д-р Кристофер Моран из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, врач, впервые применивший магнитный помощник-проводник. "Если этот магнит сделает процесс введения более легким и мягким, то эндоваскулярные манипуляции станут обычными, позволяющими достичь цели без операций на открытом мозге”.

В описываемой нами выше эндоваскулярной манипуляции магнит использовался в качестве рулевого колеса: для преодоления эндоскопом изгибов и поворотов мозговых артерий увеличивался или уменьшался ток в сверхпроводящем магните, окружающем голову пациента. Этот шлем в свою очередь взаимодействовал с магнитным наконечником эндоскопа в артерии больного и направлял его в нужное место.

Магниты могут использоваться не только для упрощения проникновения манипуляторов в сосуды. Даже операции, в ходе которых происходит сверление черепа, не всегда позволяют нейрохирургам достичь необходимого участка мозга без повреждения соседних участков. Ученые в настоящее время изучают возможность использования магнитного проводника для повышения локальности лечебной процедуры и ее эффективности. Возможно, таким методом удастся лечить болезнь Паркинсона и опухоли мозга.

Все большее количество пациентов предпочитают лечение без операций на открытом мозге. “Если магнитные системы в конечном итоге окажутся способными решать более глубокие и сложные проблемы, это сделает их еще более востребованными в нейрохирургии и кардиологии", – утверждает Моран. "Большинство людей скорее позволят нам лечить свои заболевания путем проникновения в кровеносные сосуды, чем с помощью операции на своей голове".

Американские исследователи утверждают, что в ближайшем будущем можно будет предотвратить слепоту у людей с поврежденной сетчаткой, используя магнитную жидкость. Сетчатка - это тонкий, светочувствительный слой ткани на задней поверхности глаза. Если она повреждается или отслаивается в результате травмы или болезни, зрение ухудшается и может наступить слепота. Обычно для возвращения поврежденной сетчатки на место используется силиконовая жидкость, но американские исследователи обнаружили, что лучшим образом может решить эту проблему намагниченная жидкость.

Действительно, такой метод значительно более точен, поскольку он позволяет жидкости двигаться под действием внешнего магнита и достигать таких участков глаза, которые трудно достижимы другими способами.

До сих пор испытания нового материала проходили только в лаборатории, но ученые, которые занимаются этой проблемой уже 10 лет, надеются, что в течение года начнутся испытания на животных, а несколько позже – клинические исследования на человеке.

По новой технологии ультрамалые частички кобальта или магнитного железняка смешиваются с жидкостью на основе силикона, которая становится магнитной и может быть подвергнута воздействию внешнего магнитного поля. Кобальт может быть токсичным, поэтому ученые чаще используют магнетит - материал на основе железа.

Магнитные жидкости могут найти и другие медицинские применения, такие как целевая лекарственная химиотерапия. По этой технологии магнит, находящийся вне тела человека, должен направлять лекарство непосредственно в места расположения раковой опухоли, будь то опухоль легкого, простаты или мозга.

Магнитные наночастицы, захваченные клетками рака простаты. Ядра клеток - синие, липидные мембраны – красные, наночастицы – светлые точки .

Целевая лекарственная терапия в последнее время получает все большее распространение благодаря магнитным курьерам - магнитным частицам, прикрепленным к биомолекулам, частицам лекарства, или диагностического агента. Магнитные курьеры обеспечивают два уникальных преимущества для биологических систем. Используемые в качестве меток других молекул, они могут быть детектированы с помощью высокочувствительной магниторезистивной системы-сенсора, работающего, например, на эффекте гигантского магнитосопротивления. С другой стороны, молекулами, прикрепленными к магнитным курьерам, легко можно манипулировать с помощью внешнего магнитного поля. Это касается как процесса доведения, скажем, лекарства, до определенного органа человека, так и удержания его в этом органе.

В последние десятилетия были созданы противоопухолевые препараты, способные в ряде случаев сохранить жизнь пациентам, ранее считавшимся неизлечимыми. Подавляющее большинство этих лекарств относится к группе так называемых цитотоксических агентов, то есть веществ, убивающих активно делящиеся клетки. Эти соединения, подавляя развитие злокачественного новообразования, губительно действуют и на здоровые клетки и ткани.

В первую очередь страдают активно делящиеся стволовые клетки костного мозга - их гибель приводит к нарушению естественных процессов обновления клеток . Поэтому даже процедура трансплантации клеток костного мозга оказывается бесполезной.

Спасительной для пациента стала бы очистка костного мозга, взятого у пациента, от вредоносных клеток.

В настоящее время наиболее перспективным методом решения этой задачи оказалось разделение клеток с помощью специфичной иммуносорбции на магнитоуправляемые сорбенты. Другими словами, сепарация клеток костного мозга осуществляется в магнитном поле. Что же из себя представляют магнитоуправляемые сорбенты?

Это не что иное, как соединенные вместе ферромагнитные частицы (металлические шарики диаметром не более 5 мкм, покрытые полистиролом) и антитела - искусственные образования, которые притягивают либо здоровые, либо пораженные клетки. В первом случае это положительная, во втором - отрицательная иммуносорбция. А в результате каждая из клеток, относящаяся к той или иной группе, окажется как бы в ловушке (любая из них притягивает по три-четыре антитела). И если обработанный таким образом костный мозг поместить в магнитное поле, произойдет разделение (сепарация) составляющих его клеток на "плохие" и "хорошие". Последние отделяют от первых и помещают в отдельные емкости, предварительно освобождая от магнитоуправляемых сорбентов, где и хранят до момента трансплантации.

Другое применение магнитных манипуляторов – извлечение инструментов в ходе операций. Все пользователи хирургических игл и игл для шприцов сталкиваются с постоянной угрозой застревания или даже потери иглы. Эта неприятность весьма часто случается во время операционных и процедурных манипуляций. Проблема извлечения иглы при оперативном вмешательстве может быть решена с использованием специальных ручных инструментов с магнитными датчиками, которые позволяют безопасно притягивать иглы и располагать их удобным для хирурга образом и исключают тем самым необходимость пользоваться хирургическими щипцами. Другое преимущество подобного устройства заключается в том, что для извлечения сложных игл необходима всего одна манипуляция.

Игла притягивается к магнитной части инструмента, а его рукоятка имеет специальную защиту. Как только игла извлекается, она сразу же помещается в специальные боксы для утилизации с помощью очень простой плунжерной системы.

Приборы с магнитными наконечниками используются также для извлечения инородных металлических предметов из глаз, ран, и других открытых тканей человека. При этом удается максимально облегчить эту процедуру для пациента. Для хранения хирургических инструментов в последнее время с успехом используется тканевый материал специальной конструкции, на котором закреплены полосы с гибкими магнитами.

Магнитные частицы - перспективы их использования в медицине

В последнее время ученые-медики стали все чаще обращаться к использованию магнитных частиц для выполнения различных задач, возникающих в процессе лечения. Перспективность такой практики объясняется тем, что магнитными частицами можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, при этом не требуется проникновение в больной орган.

Медики двух берлинских больниц недавно приступили к клиническим испытаниям нового метода противораковой терапии, использующего тепло и частички железа для разрушения раковых клеток. Этот метод получил название "магнито-жидкостная гипертермия". Он предназначен, прежде всего, для терапии одной из наиболее злокачественных форм опухоли головного мозга – глиобластомы.

Метод состоит в том, что в опухолевую ткань под наркозом вводится жидкость, содержащая микроскопические частицы железа, которые поглощаются раковыми клетками. Затем опухоль подвергается воздействию внешнего магнитного поля, в результате чего наночастицы железа нагреваются до температуры 45 градусов Цельсия.

Такой нагрев разрушает опухолевую ткань и одновременно усиливает эффективность последующей лучевой терапии. Однако, лечение эффективно пока лишь на ранних стадиях заболевания. Наночастицы железа поступают в опухоль с помощью сверхчувствительной электронной навигационной системы. Это делает возможным проводить лечение глиобластомы, которая залегает глубоко в тканях мозга или располагается рядом с участками мозга, отвечающими за речь и моторные функции.

Метод магнито-жидкостной гипертермии развивается уже 12 лет и прошел успешные испытания на животных.

Многофункциональные наночастицы под воздействием магнитного поля могут проникать в раковые клетки, проделывая дыры в их мембранах.

Известно, что одной из основных проблем онкологии является создание эффективных маркеров, способных распознать раковые клетки среди здоровых с тем, чтобы впоследствии разрушать их, не причиняя вреда остальным. В настоящее время именно в этом качестве предлагается использовать сложные магнитные наночастицы, которые теперь могут рассматриваться как один из наноразмерных приборов для биомедицины.

Разрушительная для раковых клеток работа выполняется под действием магнитного поля. Ядро наночастиц состоит из оксидов железа. Исследователями было обнаружено, что под влиянием магнитного поля частицы, находящиеся внутри раковых клеток, способны разрывать мембраны клеток, проделывая в них дыры.

Структура наночастицы, использующейся для лечения рака, наблюдаемая в электронный микроскоп высокого разрешения.

Частицы “наноклиники” состоят из нескольких элементов. Кроме магнитного ядра, которое позволяет проводить неинвазивные манипуляции, частицы содержат также красители, поглощающие инфракрасный и излучающие желтый свет, покрытие из кремния, и обособленные пептидные группы, имитирующие гормоны. Краситель позволяет “видеть” частицы с помощью лазерного микроскопа, а наличие гормонов обеспечивает селективность процесса распознавания раковых и здоровых клеток.

Ядро из оксидов железа изготавливается в первую очередь и имеет средний диаметр около 18 нм. Молекулы красителя — в нем происходит процесс испускания одного желтого фотона при поглощении двух ИК-фотонов — абсорбируются на поверхности ядра. Кремниевое покрытие, добавляемое с использованием специальной технологии, увеличивает диаметр частицы еще на 7 нм. Окончательные размеры частиц составляют около 32 нм.

Исследователи проверяли действие многофункциональных наночастиц на двух линиях раковых клеток: клетках эпителиальной карциномы, клетках почечного рака зеленой африканской мартышки. Они воздействовали на раковые клетки с внедренными в них наночастицами магнитным полем в 7 Тесла, достижимым в диагностических системах, основанных на явлении магнитного резонанса. В результате было обнаружено разрушение раковых клеток на 30-85 %. То же самое поле в отсутствие наночастиц не вызывало никакого эффекта. Исследователи пока не знают, как в точности магнитные частицы совершают свою разрушительную работу. Однако, они наблюдали, что раковые клетки, подвергшиеся описанному лечению, имеют разрывы в мембранах, в то время как здоровые клетки - нет.

По-видимому, выравнивание наночастиц в магнитном поле приводит к истиранию и повреждению мембран.

Недавно в печати появилось сообщение о завершении важной исследовательской работы, посвященной новому методу диагностики рака. Новая техника, которая применяет магнитные частицы, обнаруживает метастазы в лимфатических узлах даже в том случае, когда они не могут быть определены другими использующимися для этих целей методами. К достоинству предлагаемой процедуры относится то, что она не требует операции.

Магнитно-резонансное изображение магнитных наночастиц отличает здоровые лимфатические узлы (зеленые) от метастатических (красные).

Для врачей, также как и для пациентов, определение расположения метастаз зачастую становится весьма обременительной процедурой. Часто единственным способом увидеть, где именно лимфатические узлы поражены раковыми клетками, является операционное вмешательство. В некоторых случаях, таких как рак желудка, такая операция может длиться несколько часов, и даже после нее хирурги не вполне уверены в том, что места расположения всех метастаз найдены правильно.

Дополнительные волнения при операционной диагностике метастатического поражения здоровой ткани вызывает тот факт, что кажущиеся чистые (здоровые) лимфатические узлы на самом деле могут быть поражены метастатическими клетками, т. е. визуальное определение локализации опухоли весьма неточно.

Крошечные магнитные частицы, являющиеся главным звеном описываемой техники, удивительно просты по составу. Если вы возьмете магнит со своего холодильника, размельчите его до состояния порошка и покроете каждую частицу сахарной оболочкой, - это и будет необходимый магнитный порошок. Тем не менее, эти простые наноагенты работают весьма эффективно. Их целями становятся не клетки опухоли, а клетки здоровой ткани, в частности, микрофаги, - класс иммунных клеток, которые перемещаются через здоровые лимфатические узлы. Будучи захвачены микрофагами, магнитные частицы изменяют магнитные свойства клетки, вызывая, в частности, уменьшение сигнала, и “затуманивание” лимфатического узла при наблюдении с помощью техники магнитно-резонансной томографии. В местах расположения метастаз опухолевые клетки заполняют лимфатические каналы, существенно уменьшая поток микрофагов, и, тем самым, число частиц, замазывающих картинку.

Перед исследованиями пациентам ставилась внутривенная капельница, содержащая магнитные частицы в соляном растворе. Процедура МРТ, в ходе которой обследовались лимфатические узлы, проводилась спустя 24-36 часов. 75 % метастатически пораженных узлов, определенных в ходе описываемой процедуры, не могли быть определены никакими другими методами в силу малой площади поражения.

Магнитомягкие материалы используются при изготовлении игл, которыми специалисты по иглоукалыванию лечат больных. В соответствии с представлениями восточной медицины, иглы помещаются в биологически активные точки на теле человека с тем, чтобы восстановить или выровнять энергетические потенциалы этих точек, и , тем самым, способствовать выздоровлению больного.

Известно, что магнитомягкие материалы являются концентраторами магнитного потока. Возможно, что в данном случае магнитные иглы выступают в роли проводников “биологической” энергии.

Клетки крови под микроскопом

Одним из интересных свойств крови человека и животных является тот факт, что магнитные кластеры крови с содержащимися в них атомами железа - имеют строго определенные размеры, отклонения от которых ничтожны. Это свойство магнитных частиц крови может представлять интерес для разработчиков магнитной памяти. Как известно, проблема получения сверхмалых носителей магнитной информации одинакового размера является одной из наиболее трудноразрешимых. Разработка технологии выделения магнитных кластеров крови и осаждения их последующей полимеризацией на подложку с возможностью последующего намагничивания-размагничивания могла бы совершить революцию в совершенствовании магнитной памяти.