Đề tài: Thiết bị từ trị liệu tần số thấp M310

Chia sẻ: Nguyen Sieu Nhien | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

177
lượt xem 39
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài luận văn cao đẳng nghiên cứu về cơ sở vật lý y sinh, tác động của từ trường đối với cơ thể và nghiên cứu về thiết bị từ trị liệu tần số thấp M310.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Thiết bị từ trị liệu tần số thấp M310

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU CHUNG VỀ TỪ TRƯỜNG TRONG ĐIỀU TRỊ Cơ thể sống là một môi trường có thành phần cấu trúc rất ph ức tạp, trên cơ sở của những tác dụng cơ bản th ì từ trường có thể gây ra các tác dụng sinh lý đối với cơ thể sống. Từ trường là một tác nhân vật lý mang năng lượng và thông tin đối với cơ thể sống nào đó. Khi tương tác với hệ thống sống tuỳ theo bản chất vật lý cụ thể mà tác nhân vật lý này có thể làm thay đổi phân b ố đi ện tích, thay đổi tính thấm màng, ....dẫn tới thay đổi chức năng hoạt động, cấu trúc h ệ thống sống, thay đổi trạng thái của từng cơ quan trong toàn bộ cơ thể sống. Từ trường có thể gây ra nhiều tác dụng, tuy nhiên ta có th ể khai thác những tác dụng có lợi trong việc điều trị và hạn ch ế những tác dụng có h ại cho cơ thể sống. Việc ứng dụng các tác dụng có lợi của từ trường vào đi ều trị được gọi là phương pháp từ trị liệu. 1. Đặt điểm chung của tương tác từ trường – cơ thể 1.1. Khái quát về từ trường 1.1.1. Định nghĩa Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động hoặc do sự biến thiên của điện trường hoặc có nguồn gốc từ các mômen lưỡng cực từ như nam châm. Ở đây, chúng ta sẽ tập trung chủ yếu vào các từ trường tần số thấp. Các trường điện từ khác nhau chủ yếu ở tần số, sau nữa mới đến các đặc trưng khác (ví dụ cường độ). 1.1.2. Đơn vị đo 1
Để đặc trưng định lượng cho từ trường về mặt tác dụng, người ta dùng khái niệm cường độ. Ví dụ cường độ từ trường H. Vì từ trường còn có đặc trưng cảm ứng (sinh ra các trường cảm ứng khi nó biến thiên theo không gian hoặc thời gian), người ta thường dung khái niệm cảm ứng từ B. Giữa B và H có mối liên hệ như sau: B = µµ0H trong đó µ0 là độ từ thẩm chân không, µ là độ từ thẩm tương đối của môi trường (đối với chân không). Đơn vị của H trong hệ quốc tế SI là Ampere/meter (A/m), còn trong hệ vật lý CGS (centimetre-gram-second system) là Oested (Oe), trong đó: 1 Oe = 79,6 A/m hay 1 A/m = 0,013 Oe Trong hệ SI, B có đơn vị tesla (T), còn trong hệ quốc tế là Gauss (Gs), với tương quan định lượng: 1 T = 104 Gs Nếu xét trong không khí, về mặt giá trị, ta có sự tương đương như sau: 1 mT ~ 10 Oe ~ 10 Gs ~ 796 A/m Trong thực tế lâm sàn, thường người ta dùng đơn vị mT để đặc trưng độ lớn của từ trường cho tiện lợi, vì từ trường điều trị thường có độ lớn khoảng vài chục mT. 1.1.3 Đo lường Độ chính xác nhỏ nhất đối với phép đo từ trường đến nay (2013) thực hiện được là cỡ atto tesla (10−18 tesla); từ trường lớn nhất tạo ra được trong phòng thí nghiệm tồn tại trong thời gian rất ngắn (nam châm đi ện b ị phá hủy) là cỡ 2,8 kT (viện VNIIEF ở Sarov, Nga, 1998), trong khi từ trường lớn 2
nhất tồn tại trong thời gian ngắn (nam châm điện không bị phá hủy) có độ lớn xấp xỉ 100 T (phòng thí nghiệm Los Alamos, Hoa Kỳ, 2011). Từ trường của một số thiên thể như sao từ cao hơn rất nhiều; độ lớn từ 0,1 đến 100 GT (108 đến 1011 T). Từ kế là thiết bị dùng để đo hướng và độ lớn từ trường cục bộ lân cận với thiết bị. Dựa trên nguyên lý hoạt động có các loại t ừ k ế nh ư s ử d ụng lõi quay, từ kế Hall, từ kế cộng hưởng từ, từ kếSQUID, và la bàn từ thông. Từ trường của các thiên thể trong vũ trụ được đo thông qua ảnh hưởng của nó lên các hạt điện tích chuyển động. Ví dụ, electron chuyển động xoắn ốc trên đường sức từ phát ra bức xạ đồng bộ trong miền sóng vô tuyến. 1.1.4 Đường sức từ Đường sức từ là những đường biểu diễn hình dạng của t ừ trường. Nơi nào có từ trường mạnh thì đường sức từ sẽ dày , từ trường yếu thì đường sức từ thưa. Công việc vẽ bản đồ từ trường của một vật là đơn giản về nguyên lý. Đầu tiên, đo độ lớn và hướng của từ trường tại rất nhiều vị trí trong không gian. Sau đó đánh dấu mỗi vị trí bằng một mũi tên (hay vectơ) chỉ theo hướng của từ trường cục bộ và độ lớn tỉ lệ với độ lớn của từ trường tại điểm đó. Có một số cách nhằm thể hiện các đường sức từ. Ví dụ, khi rắc các mạt sắt lên một tờ giấy trên thanh nam châm thì các chúng sẽ sắp xếp theo hình dáng thể hiện các “đường sức”. 3
Hình 1.1 Đường sức cũng là một công cụ để miêu tả lực từ. Trong vật liệu sắt từ như sắt và trong plasma, lực từ có thể được hiểu như là những đường sức tác dụng một lực kéo (giống như kéo/thả dây cao su) dọc theo chiều dài, và áp suất vuông góc với các đường đó lên những đường lân cận. 1.1.5. Phân loại Theo xuất xứ: tự nhiên, nhân tạo, sinh thể Theo sự thay đổi theo thời gian: cố định, biến thiên, xung… Theo sự thay đổi trong không gian: đồng nhất, không đồng nhất Theo cường độ từ trường: yếu (2000Gs). 1.2. Đặc điểm tương tác Có thể nêu ra các đặc điểm sau, đặc trưng cho tương tác gi ữa từ tr ường và cơ thể: - Tác dụng của từ trường lên cơ thể là đa dạng, đồng th ời lên nhi ều h ệ chức năng khác nhau, tạo nên sự kết năng giữa các tác dụng riêng lẻ. 4
- Các cá thể khác nhau, các cơ quan khác nhau sẽ phản ứng khác nhau với từ trường, đó là đặc tính cá thể của từ trường. - Tác dụng chỉnh lý điều hòa, hoạt hóa hay ức ch ế của trường tùy thu ộc vào trạng thái ban đầu của đối tượng tác dụng. Đó là đ ặc tr ưng thông tin (thông tin điều khiển) của tác dụng. - Tác dụng lên các quá trình sống mang tính chất nh ịp. Điều này là d ễ hiểu nếu chú ý tới đặc tính thông tin nêu trên. T ừ tr ường đóng vai trò ngu ồn thông tin điều khiển chủ yếu qua tác dụng lên hệ điều hòa th ần kinh-th ể dịch, và hệ điều hòa này, về bản chất là có tính chất nhịp, đặc biệt là nhịp 24 giờ. - Tác dụng phụ thuộc vào các đặc trưng vật lý của từ trường như tần số, cường độ, dạng xung và thời gian tác dụng. - Tác dụng phụ thuộc vào môi trường, đặc biệt là các đi ều ki ện ánh sang, trường địa từ địa phương, ồn từ thành phố. - Tác dụng phụ thuộc vào trạng thái chức năng của đối tượng tác động như tính chất điện từ của mô, vi tuần hoàn, cường độ chuyển hóa, trạng thái thần kinh-thể dịch. - Tác dụng có tính chất lượng tử với sự tồn tại các ngưỡng tác dụng, các hiện tượng cộng hưởng. - Tác dụng có tính chất tồn lưu, với hiệu quả có th ể còn kéo dài sau tác dụng. - Trường xung có tác dụng rõ rệt hơn các trường không đổi. Đi ều này là dễ hiểu cả trên phương diện vật lý (các định luật cảm ứng đi ện t ừ) l ẫn phương diện sinh học (đặc trưng thông tin của tác dụng). 5
Tóm lại, từ trường có đặc trưng thông tin khi tác dụng lên cơ th ể và tác động cuối cùng hoàn toàn tùy thuộc vào cá đặc trưng vật lý của trường và các đặc điểm sinh lý của đối tượng. 2. Phương pháp từ trị liệu 2.1. Khái quát Từ trường trị liệu là phương pháp áp dụng các tác dụng của từ trường đối với cơ thể sống thông qua các thiết bị từ trị liệu nhằm điều trị và hỗ trợ điều trị cho bệnh nhân. Về cơ bản, các tác dụng từ trường trị liệu đều có chung cơ chế tương tác giữa từ trường và cơ thể sống. 2.2. Cơ chế tương tác từ trường và cơ thể sống 2.2.1. Cơ chế vật lý Từ trường chỉ có tác dụng lên cơ thể thông qua các hiệu ứng vật lý sơ cấp, các hiệu ứng này tùy thuộc vào đặc trưng của từ trường về mặt độ lớn. Về cường độ từ trường, ta có các hiệu ứng sau: 2.2.1.1. Hiệu ứng từ thủy động Khi các chất lỏng dẫn điện chuyển động vuông góc với m ột t ừ trường, theo định luật cảm ứng điện từ, các dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong lòng chất lỏng. Tương tác Lorentz giữa từ trường ngoài và các dòng c ảm ứng đó sẽ sinh ra lực ma sát cản trở chuyển động của chất lỏng. Áp dụng cho các chất lỏng sinh lý, đặc biệt là dòng máu trong động m ạch, t ốc đ ộ dòng máu sẽ giảm dưới tác dụng của từ trường. Tuy nhiên, sự cản trở nếu có, chỉ xuất hiện dưới tác dụng của các trường cường độ rất lớn. Ví dụ, tốc độ dòng máu sẽ giảm 25% nếu từ trường ngoài có độ lớn 10 T. 2.2.1.2. Hiệu ứng định hướng 6
Nói chung các đại phân tử sinh học trong cơ thể đều có tính d ị h ướng từ, trong đó các đại phân tử có chức năng sinh lý quan trọng nh ư enzyme, các thụ quan, … Dưới tác dụng của từ trường, chúng sẽ khuếch tán trong dung dịch và định hướng lại. Ở mức độ cao, quá trình này sẽ dẫn tới những thay đổi sinh học vĩ mô. Nhưng những tính toán đã chỉ ra rằng, sự định hướng ch ỉ rõ rệt khi trường tác động đến các đối tượng chứa nhiều chất s ắc từ nh ư b ồ câu, cá mập và một số động vật có xương sống bậc th ấp khác; và c ảm ứng từ phải nằm trong giới hạn 1-10T. 2.2.1.3. Hiệu ứng tinh thể lỏng Sự định hướng như trên không dẫn tới những thay đổi cấu trúc nội tại của các yếu tố định hướng lại. Sự việc sẽ khác đi nếu xét đ ến c ấu trúc tinh thể lỏng của các màng sinh học, đặc biệt là màng tế bào, nơi được xem là đích tác động của nhiều tác nhân hóa học, vật lý và sinh h ọc. Ở c ấu trúc này có các domen (vùng phân tử) với sự định hướng ưu tiên c ủa các phân t ử. Bình thường do chuyển động nhiệt, các domen định h ướng hoàn toàn h ỗn loạn. Khi có từ trường ngoài, các domen sẽ sắp xếp lại theo hướng của từ trường, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc và tính chất của h ệ tinh th ể lỏng. Đi ều này sẽ làm cho các quá trình vận chuyển ch ất, năng l ượng và thông tin b ị tác động, dòng thông tin qua màng và giữa các tế bào có thể bị ảnh hưởng, … Những nghiên cứu trên màng mô hình đã chỉ ra rằng, trường 0,8T song song với màng lipid kép làm tăng độ dẫn ion 50%; trường 1,3T tăng 40% sự khuếch tán các phân tử hợp chất qua màng đa lớp. Các nhà khoa học thống nhất rằng, hiệu ứng này có vai trò chính với những trường 0,1-1T. 2.2.1.4. Hiệu ứng tập trung Hiệu ứng này đặc trưng cho tác dụng của từ trường không đồng nhất. Trường không đồng nhất có cường độ khác nhau ở các vùng khác nhau, d ẫn đến sự tập trung khác nhau các phân tử ở từng vùng. Nếu đó lại là phân tử có 7
vai trò sinh học quan trọng (enzyme, cơ chất, …), các phản ứng hóa sinh và các quá trình sinh lý sẽ chịu ảnh hưởng. Với protid và các chất có trọng lượng phân tử lớn, sự thay đổi là không đáng kể, đặc biệt khi trường ngoài có cường độ không đủ lớn. 2.2.1.5. Hiệu ứng từ - spin Các nhà khoa học Swenberg của Đại học New York và Burachenco ở Novosibirsk đã chỉ ra rằng, với các phản ứng hóa sinh trải qua giai đoạn có sự tham gia của các hạt thuận từ (các gốc tự do, các phân tử triplet, các ion thuận từ của kim loại), từ trường có thể tác động qua hiệu ứng từ spin. Từ trường có thể làm thay đổi tốc độ chuyển dời giữa các trạng thái spin c ủa các hạt thuận từ, do đó làm thay đổi động học các phản ứng hóa sinh. 2.2.1.6. Các hiệu ứng tập thể quy mô rộng Để giải thích tác dụng của trường điện từ nói chung và từ trường nói riêng lên các dòng ion qua màng và dọc màng, nhiều nhà nghiên cứu đã đưa ra lý thuyết các hiện tượng tập thể quy mô rộng (long-range cooperative events theory). Theo lý thuyết này, các tín hiệu điện từ yếu sẽ được các protein xoắn ốc (helical) trong màng tiếp nhận. Các tín hiệu này sẽ kích thích sinh ra các sóng soliton Davydov-Scott, một kiểu dao động phi tuy ến c ủa các protein nhận tín hiệu (Adey, 1990). Soliton có th ể xem như một trạng thái dao động được lan truyền dọc màng nhờ tương tác giữa các hợp phần điện của các đại phân tử bề mặt màng. Trạng thái dao động này sinh ra các gi ả hạt (quasiparticle) chạy qua các vòng amide bội ba của phân tử protein. Các soliton này không chịu tác động của các dao động ngẫu nhiên c ủa các h ạt chúng chạy qua và thậm chí của các soliton khác. Và nh ư vậy tập hợp các nguyên tử thực hiện việc trao đổi năng lượng điện và năng lượng dao động trong quá trình sinh các giả hạt và các sóng dao động, có thể đóng vai trò ch ủ 8
yếu trong việc xử lý và truyền các thông tin nhận được vào nội bào, trong việc tàng trữ và trao đổi năng lượng,… 2.2.1.7. Các hiệu ứng địa phương Cũng nhằm giải thích tác dụng của từ trường lên các dòng ion có vai trò sống còn trong hoạt động sống ở mức tế bào như dòng Na+, K+, hay Ca+, một số nhà khoa học đã đưa ra lý thuyết tác dụng địa ph ương với hai mô hình sau: 2.2.1.7.1. Vi điện di các ligand mang điện Dưới tác dụng của điện từ trường hiệu dụng (tổng hợp của từ trường ngoài và trường sinh lý địa phương), các ligand mang điện sẽ chuyển động theo các đường sức dưới tác dụng của các lực cảm ứng điện t ừ Lorentz. Điều đó sẽ làm nhiễu loạn năng lượng liên kết giữa ligand và th ụ quan cũng như hằng số tốc độ của các phản ứng điện hóa. 2.2.1.7.2. Các hiệu ứng cộng hưởng a. Cộng hưởng từ Theo định luật cảm ứng điện từ, một vật dẫn chiều dài l chuyển động với vận tốc v trong trường có cảm ứng từ B sẽ nhận được một năng lượng : E = Bvl gọi là năng lượng từ. Nếu năng lượng từ này đúng bằng năng l ượng hấp dẫn của vật dẫn E = mc 2, ta sẽ có hiện tượng cộng hưởng từ. Tóm lại, với hiệu ứng cộng hưởng từ ta có : mc2 = Bvl Dựa vào hệ thức trên, Jacobson tính toán giá trị cảm ứng cộng hưởng từ cho một số loại nucleotide như adenine, guanine, cytosine, ... và một số 9
globulin miễn dịch. Nói chung chúng xấp xỉ giá trị của t ừ trường sinh lý (10 -7 G). b. Cộng hưởng cyclotron Giả thuyết về cộng hưởng cyclotron được McLeod và Liboff đưa ra nhằm giải thích tác dụng của từ trường ngoài lên các ion ở mặt ngoài màng tế bào, chủ yếu là với ion canxi điện tích +2. Dưới tác dụng của từ trường trái đất B0, một ion có khối lượng m và điện tích q sẽ dao động với tần số : Ω0 = qB0/m được gọi là tần số cyclotron. Nếu trường ngoài tác động hệ màng có tần số đúng bằng tần số cộng hưởng cyclotron, năng lượng của nó s ẽ được cung cấp để ion có thể chuyển động theo các kênh qua màng một cách d ễ dàng. Khi đó tính thấm của màng thay đổi và quá trình v ận chuy ển v ật ch ất, năng lượng và thông tin được hoạt hóa, dẫn tới những thay đ ổi toàn b ộ ở t ế bào. Ion Ca++, vừa là ion điều phối tính thấm màng, vừa là chất truyền tin thứ hai, được quan tâm trước hết. Tần số cộng hưởng của nó là 17,6 Hz. Tính đúng đắn của giả thuyết đã được khẳng định khi các nghiên c ứu cho th ấy t ừ trường 16 Hz cho đáp ứng sinh lý cực đại, trong khi ở vùng tần số lân cận, hiệu ứng giảm đi rất nhanh và có thể biến mất (Rozek và Liboff, 1987). c. Cộng hưởng Shumann Từ 1971, Konig đã nêu giả thuyết cộng hưởng Shumann để giải thích cơ chế tác động của trường điện từ yếu lên hành vi, tính cách và quá trình tâm-sinh lý con người. Theo lý thuyết này, một trường tần số cực th ấp có khả năng lan truyền trong ống dẫn sóng trái đất – tầng ion khí quy ển v ới đ ộ tản mát không đáng kể. Ở vùng thấp hơn trong dải tần th ấp, khi b ước sóng 10
đạt tới chu vi trái đất, một hiện tượng duy nhất sẽ xảy ra : cộng hưởng Shumann với các cực đại nằm ở 7.8, 14.1, 20.3, 26.4 và 32.5 Hz. Các giá trị này thay đổi theo điều kiện địa lý và điều ki ện th ời ti ết. Tác đ ộng c ủa c ộng hưởng Shumann lên hành vi con người được giải thích trên cơ sở sự giống nhau giữa các dạng sóng này và các dạng EEG của não người. Ví d ụ tần s ố Shumann khi thời tiết tốt là 8-10 Hz phù hợp với hoạt tính sóng alpha c ủa người , còn tần số cộng hưởng thời tiết xấu 4 Hz có tần số cùng với hoạt tính delta của não bộ. Sự tương đồng đó khiến các tín hiệu ngoài được các hệ nhận tin của cơ thể chấp nhận và gây ra các biến đổi chức năng tiếp sau. 2.2.2. Hệ điều hòa tế bào Có thể nói màng tế bào đóng vai trò hàng đầu trong việc th ể hiện tác động của các yếu tố ngoại sinh và nội sinh lên hệ đi ều hòa ho ạt động t ế bào. Các quan niệm về cấu trúc màng đã được hoàn thiện dần từ mô hình Davson – Danielli 1952 xem nó như một phức hợp lipoprotein đến mô hình hiện đại nhất của Singer và Nicolson 1972, xem màng như một c ấu trúc tinh thể lỏng. Trong mô hình này, phía ngoài lớp lipid kép có các glycoprotein từ các hạt trong màng hướng ra phía ngoài tạo nên một lớp bề mặt đa anion (dư điện âm), vì những tận cùng đường amino của chúng. Các hạt trong màng có liên hệ bên trong với mạng lưới các vi sợi dưới màng, mà một số chúng có tính tuần hoàn giống actin. Chúng nhạy cảm dị thường với ion canxi. Mối liên hệ chức năng giữa các hạt trong màng và các yếu tố của bộ khung t ế bào đã được giả thuyết nhằm đưa ra một kênh liên lạc trực tiếp gi ữa các th ụ thể màng với các bào quan quan trọng, kể cả nhân. Với cấu trúc như vậy, các kích thích ban đầu (trường điện từ tần số thấp, cường độ yếu ở mặt màng hay các phân tử nội tiết) ở hệ receptor sẽ sinh các biến dạng có tính tập thể cao của liên kết Ca++ v ới glycoprotein 11
dọc mặt màng. Sự biến dạng này là giai đoạn khuếch đại mà nhờ nó, kích thích yếu ban đầu sẽ được biến thành sự thăng giáng lớn của dòng Ca++ qua màng. Nhờ đó tín hiệu tác động được truyền hoặc qua màng vào trong t ế bào, hoặc trở thành tín hiệu liên tế bào. Nếu tín hi ệu liên bào này có đ ặc trưng phù hợp với các tín hiệu hóa học và điện từ vẫn được các tế bào dùng để “nói chuyện” với nhau theo một ngôn ngữ riêng đảm bảo sự phát triển làm mạnh của mô, nó sẽ có tác dụng dương tính đến các cấu trúc trên t ế bào (mức tổ chức). Như vậy, bằng các cơ chế cộng hưởng hay các hiệu ứng lượng tử khi tác động lên hệ receptor màng, các tín hiệu điện từ đã được truy ền qua màng nội bào. Ở đó thông qua các hệ truyền tin thứ hai (AMP vòng, adelylate cyclase, protein kinase) lên các hệ enzyme của tế bào, chúng sẽ tác động tới các quá trình chuyển hóa tế bào. Tóm tắt nh ững điều vừa nêu, có th ể đ ưa ra sơ đồ thể hiện tác dụng của trường điện từ nói chung và từ trường nói riêng lên hoạt tinh tế bào như sau: 12
Sơ đồ 1.1: Tác dụng của trường điện từ lên đến hoạt tính tế bào Sơ đồ trên có thể được giải thích ngắn gọn như sau, trường điện từ, thông qua các tác dụng lượng tử sơ cấp, sẽ có tác dụng đồng th ời và k ết năng lên hệ receptor, các điện tích tự do có moment từ điện t ử riêng. Nh ững tác dụng đó sẽ làm thay đổi tính thấm của màng tạo đi ều ki ện cho dòng thông tin qua màng hay chạy dọc màng được dễ dàng. Các thông tin qua màng, qua hệ truyền tin thứ hai, sẽ làm thay đổi hoạt tính tế bào và t ới những thay đổi ở mức tế bào (như tổng hợp năng lượng, tổng h ợp AND, ARN, protein, …). Trong khi các thông tin dọc màng có th ể bi ến thành thông tin liên tế bào, góp phần vào việc điều hòa các hoạt động ở m ức trên t ế bào. Những thay đổi ở mức tế bào và trên tế bào đó, đến lượt mình lại có thể ảnh 13
hưởng tới cấu trúc, chức năng và tính thấm của màng thông qua cơ chế phản hồi ngược. 2.3. Tác dụng từ trị liệu 2.3.1. Tác dụng lên hệ xương 2.3.1.1. Hiệu ứng áp điện của xương Việc ứng dụng điện từ trường xung và kích thích điện trong chấn thương chỉnh hỉnh, nhất là trong kích thích sinh xương, bắt nguồn từ khám phá hiệu ứng áp điện của xương những năm 1950 tại Nhật. Năm 1954, bác sĩ Iwao Yasuda thấy xương là một cấu trúc áp điện, tức có khả năng biến tín hiệu cơ học thành tín hiệu điện học (hiệu ứng thuận) và ngược lại (hiệu ứng nghịch). Năm 1957, cùng với nhà vật lý Eiichi Fukuda, ông khẳng định thực tế đó. Với công trình tiếng Nhật đó, các nhà chấn thương Mỹ như Becker hay Bassett không chỉ khám phá hiệu ứng chi tiết hơn, mà còn tìm hiểu ý nghĩa của các thế áp điện dưới ngôn ngữ của định luật Wolff cuối thế kỷ 19 (xương đáp ứng với áp lực bằng cách phát triển thành một dạng cấu trúc phù hợp nhất với ngoại lực đó). Hơn nữa họ còn thành công trong việc dùng dòng điện âm một chiều kích thích sinh xương. 2.3.1.2. Thế áp điện và điều hòa sinh xương Định luật Wolff dẫn ra gợi ý rằng, khi xương biến dạng do ngoại lực, phải có sự hủy xương ở phía bị kéo giãn và sự sinh xương ở phía bị nén ép. Căn nguyên của hiện tượng đó, Becker và Bassett cho rằng, chính thế áp điện là nguyên nhân của định luật. Và họ đã chứng minh được rằng, trên thực tế điện tích âm kích thích các tạo cốt bào, do đó kích thích sự sinh xương; còn điện tích dương kích thích các hủy cốt bào, do đó kích thích quá trình tiêu hút xương. Kết quả là xương cấu trúc lại theo xu hướng phù hợp với ngoại lực đã gây ra sự biến dạng. 14
ÁP LỰC CƠ HỌC HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN SINH HỦY TÍN HIỆU HAI PHA XƯƠNG XƯƠNG TÍN HIỆU ĐIỆN MỘT CHỈNH LƯU CẦU NỐI PN CHIỀU APATITE - COLLAGEN Sơ đồ 1.2: Hệ điều khiển định luật Wolff. 15
Cho đến nay người ta đã có thể đưa ra một sơ đồ tổng quát gi ải thích cơ chế điều hòa hoạt động của các của các dòng tế bào khác nhau trong xương với sự tham gia của các hiện tượng điện, với một h ệ th ống nhi ều thành phần, tuân thủ các nguyên lý hồi tác và khuếch đại tín hiệu. Lực cơ học Dòng điện phôi Dòng điện vết thương Hiệu ứng áp điện Điện thế hoạt động Hiệu ứng điện Thiết bị điện động Địa từ Thay đổi cấu trúc Dòng điện Điện từ trường biến thiên xung Thay đổi hoạt Chuyển động Cộng hưởng đại tính tế bào các điện tích phân tử theo tần Định hướng các đặc biệt là ion số sợi collagen Ca+2 Khuếch đại Phân ly điện tích Tín hiệu trái dấu trên phạm vi cục bộ Hệ truyền tin thứ hai (AMP vòng,...) Thay đổi hoạt tính tế bào Di cư, tổng hợp ADN và phân chia tế bào, tổng hợp ARN và protein, tổng hợp chất căn bản xương, hình thành các thụ thể đặc biệt, ... Sơ đồ 1.3: Cơ chế điều hòa hoạt động của các dòng tế bào trong 16 xương.
Sơ đồ 1.2 và 1.3 có nhiều ý nghĩa trong sinh học và y h ọc. Đ ầu tiên chúng có thể giải thích khả năng tự bình chỉnh của xương, tức xu h ướng tái khôi phục hình dạng trước khi sương bị biến dạng. Chúng gi ải thích t ại sao trẻ em lại có khả năng sửa chữa các can xương bị lệch. Tiếp theo chúng lý giải được nguyên nhân loãng xương do thiếu vận động và do tình trạng không trọng lực: trong cả hai trường hợp, do thiếu các áp lực tác động lên xương, nên hệ điều khiển điện sinh học bị rối loạn, dẫn tới quá trình sinh và hủy xương cũng rối loạn theo. Tuy nhiên ý nghĩa lớn nhất nằm ở chỗ, các tín hiệu điện từ ngoại sinh có thể tăng cường quá trình tái tạo mô xương, theo sơ đồ nguyên tắc sau: Kích thích điện không đặc hiệu Hoạt tính điện sinh học của xương Phân chia và di cư tế bào Hình thành can xương Chữa lành vết gãy xương Sơ đồ 1.4: Tín hiệu điện chữa lành vết gãy 17
2.3.1.3. Các kỹ thuật từ trường trong chấn thương chỉnh hình Có nhiều phương pháp dùng điện từ trường trong kích thích và tái tạo mô xương. Nhưng vì đang nghiên cứu về máy từ trị liệu tần s ố th ấp nên chúng ta chỉ chú trọng vào phương pháp cảm ứng điện từ. Phương pháp cảm ứng điện từ tần số cực thấp đang được phổ bi ến rộng rãi nhất hiện nay. Với một hoặc hai cuộn dây cảm ứng đặt trên vùng xương gãy, khi cho dòng điện xung chạy cuộn dây, một điện từ trường xung sẽ được tạo ra và do sự cảm ứng điện từ, nó sẽ gây ra trên vật dẫn đi ện là xương một dòng điện cảm ứng có các đặc trưng phụ thuộc vào dòng điện ngoài. Như vậy việc tạo dòng điện bên trong xương và điều khiển các tham số kỹ thuật của nó trở nên khá đơn giản và quan trọng nhất là không cần phải mổ. Ngoài ra bột bó cũng như các dụng cụ kết xương đều là các vật li ệu thấu từ, nên không ảnh hưởng đến sự cảm ứng của xương. Hơn thế nữa điện từ trường xung còn làm vật ghép trong xương, như kim loại và gốm xứ, liên kết với xương chặt chẽ hơn. Tuy nhiên có nhược điểm là đòi hỏi sự hợp tác của người bệnh trong việc mang cuộn dây và thiết bị, đây là gi ải pháp hợp lý nhất để kích thích điện các vùng tổ chức xương bất kì. Phương pháp cảm ứng điện từ được dung cho nhiều dạng b ệnh lý nh ư gãy xương mới, gãy xương cũ chậm và không liền, khớp giả xương chày bẩm sinh hay hoại tử đầu xương đùi. Cần lưu ý rằng, với tư cách một điều trì đơn thuần không kết hợp với mổ ghép xương, trong điều trị xương gãy không liền, có ba trường hợp không chỉ định phương pháp trên gồm: - Khớp giả hoạt dịch. 18
- Chỗ gãy bất động kém do vị trí giải phẫu khó khăn và do bệnh nhân không hợp tác. - Khe gãy rộng hơn ½ thân xương. Trong các trường hợp đó, không chỉ định không phải do điện từ trường xung gây hại trực tiếp, mà do biết trước kết quả không đạt, ch ỉ gây lãng phí thời gian và công sức. 2.3.2. Tác dụng lên hệ thần kinh – thể dịch Độ nhạy cảm của hệ thần kinh - thể dịch với từ trường là lớn nh ất trong toàn bộ các hệ thống chức năng của cơ thể. Ở đó, qua các kênh thông tin thần kinh và thể dịch, trường có thể thể hiện tác dụng lên nhi ều h ệ ch ức năng, ở nhiều cấp độ tổ chức của cơ thể, còn qua cơ chế khuếch đại, các tín hiệu yếu ớt ban đầu có thể biến thành một đáp ứng vĩ mô th ỏa đáng. Và qua cơ chế phản hồi thần kinh ngược âm tính, nó giúp cơ th ể duy trì đ ược s ự ổn định nội môi lành mạnh của mình trước mọi thăng giáng nội ngoại sinh không có lợi cho quá trình sống. 2.3.2.1 Một số tác dụng sơ bộ của từ trường lên hệ thần kinh – thể dịch Các nghiên cứu về độ nhạy cảm cho thấy, nó khác nhau ở các vùng khác nhau của bộ não. Theo độ giảm dần có thể nêu: 1/ dưới đồi, 2/ vỏ não, 3/ các tác nhân đặc hiệu và không đặc hiệu của đồi thị, 4/ thể lưới của não giữa. Các hệ thần kinh phân đốt và trên phân đốt, các t ổ ch ức đ ệm, các h ạch th ần kinh, hệ thần kinh ngoại vi, … cũng đều nhạy cảm với từ trường, đặc biệt là từ trường ELF (Extremely low frequency – tần số cực thấp, nhỏ hơn 300 Hz), Trường có tác động tích cựa nhất lên vùng dưới đồi, mà hiệu qu ả là đồng bộ hóa hoạt động các tế bào chế tiết, điều hòa chức năng chế tiết thần kinh, điều hòa hoạt động của các nhân đặc hiệu. 19
Akimova Y. M. M. và Novikova T. A. (1988) đã nghiên cứu tác dụng của từ trường yếu tần số thấp (0,5 mT và 3,12 Hz) lên s ự thay đổi hình thái ở v ỏ bán cầu đại não và thấy những biến đổi đầu tiên thu ộc v ề t ổ ch ức đ ệm, sau nữa đến các neuron khi có tác dụng nhiều lần. Khi tác động một lần, chỉ các tế bào hình sao và mỏm mấu của chúng thay đổi : s ố lượng t ế bào tăng lên, trong khi cấu trúc các mỏm thay đổi. Các bào quan cũng biến đổi với sự nở rộng của than, ty thể. Xuất hiện các không bào do các bào quan h ấp th ụ bào tương. Tăng số lần tác dụng thấy ở thân neuron xuất hiện các biến đ ổi d ưới vi mô như kênh giữa các lưới nội tương được mở rộng, tăng lượng không bào và lizosome, biến đổi vỏ thân. Những thay đổi nh ư v ậy cho phép nói v ề sự biến đổi ở tương quan nhân – bào tương, vốn là cơ sở của các quá trình sinh tổng hợp, dẫn tới kích thích dinh dưỡng tế bào, kích thích quá trình tái sinh ở neuron và thần kinh đệm. Tác dụng kích thích phát triển axon, myelin hóa sợi ngoại vi tổn thương, kìm hãm phát triển các mô liên kết cũng đã nhận thấy ở từ trường không đổi, độ lớn 15 – 30 mT (Ulachik V. S., 1986). Một số nghiên cứu cho thấy từ trường hoạt hoạt hóa sự trao đổi nit ơ và photpho – carbon, tăng sự ổn định của tế bà o thần kinh với sự giảm oxy mô. Kết quả mang tính điều biến, phụ thuộc vào các đặc trưng của trường như cường độ, tần số và thời gian tác dụng. Các nghiên cứu của Vlaxova Y. G., Frolov V. A., 1988, xem xét ảnh hưởng của các trường cường độ thấp (xấp xỉ trường địa từ) tần số 0.05, 0.1, 0.25 và 5 Hz lên hoạt tính đi ện c ủa neutron, biểu hiện không chỉ ở sự thay đổi tham số ch ức năng neutron mà còn ở sự chuyển đến chế độ phát mới, phát các xung khác h ẳn v ề ch ất. V ới các tần số nhỏ hơn, quá trình kích thích trội hơn ức chế với những biệu hiện như xuất hiện nhiều xung nhóm kết lại với nhau, với tần số n ằm trong m ột dải rộng 5 – 10 Hz . Khi dùng tần số 5 Hz, sự ức chế dần chi ếm ưu th ế và nếu thời gian tác động kéo dài (hơn 30 phút), có thể chấm dứt hoàn toàn s ự 20