電磁麻醉可行性的分析

胡大偉，任新元，樊素雄

新疆農(nóng)六師五家渠醫(yī)院 麻醉科，新疆五家渠 831300

0 前言

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各種電子產(chǎn)品、電力設(shè)備被大量應(yīng)用到人們生活環(huán)境中，人為產(chǎn)生的電磁場已逐漸成為威脅人體以及其他生物體健康和安全的環(huán)境污染因子。自從1976 年由榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)的德國馬普生物物理化學(xué)研究所的Erwin Neher和Bert Sakmann發(fā)明了膜片鉗技術(shù)以來，截至目前，已為越來越多的磁療設(shè)備的研制和參數(shù)選擇提供一個(gè)理論依據(jù)，且該領(lǐng)域的相關(guān)研究已成為生物工程學(xué)界的研究熱點(diǎn)[1]。現(xiàn)今，研究電磁場對人體影響的也文獻(xiàn)越來越多，所涉及的學(xué)科也越來越廣，這里簡單介紹電磁麻醉的基本原理。

電磁麻醉是通過電磁場產(chǎn)生的作用力抑制動(dòng)作電位在神經(jīng)傳導(dǎo)中的電荷，阻滯其向靶器官傳導(dǎo)而達(dá)到與麻醉相同作用的一種方法。

1 電磁場的作用

電磁場是有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場和磁場的統(tǒng)一體的總稱 。電磁場由變速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子引起，也可由強(qiáng)弱變化的電流引起，是電磁作用的媒遞物，具有能量和動(dòng)量，是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場的性質(zhì)、特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。

生物電磁效應(yīng)主要研究生物系統(tǒng)與電磁場的相互關(guān)系和相互作用，與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)以及電磁學(xué)都有密切的關(guān)系。其主要研究內(nèi)容包括三方面。

1.1 生物體的電磁特性及與生命活動(dòng)的關(guān)系

1929年，伯格發(fā)現(xiàn)了腦電波；1972年，科恩等利用超導(dǎo)量子干涉儀（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID）測得高質(zhì)量的腦磁圖。現(xiàn)在，人們已經(jīng)認(rèn)識到人體中存在心磁場、腦磁場、神經(jīng)磁場、肝磁場和肺磁場等多種磁場，還發(fā)現(xiàn)工頻強(qiáng)磁場長期連續(xù)暴露可導(dǎo)致家兔腦電圖（EEG）慢波增多[2]。測量并研究生物體自身的電磁特性，對認(rèn)識生命活動(dòng)本質(zhì)和探索新的醫(yī)學(xué)診斷治療原理和方法有極為重要的意義。

1.2 電磁場的生物效應(yīng)

外加電磁場和環(huán)境電磁場對生物系統(tǒng)的各種影響，如移動(dòng)手機(jī)對人體大腦的影響問題就是典型的電磁場的生物效應(yīng)問題。英國牛津兒童癌癥研究中心報(bào)告說：“居住在距離高壓線200m范圍內(nèi)的兒童罹患白血病的危險(xiǎn)，比那些居住在距離高壓線600m開外地區(qū)的孩子高69%。家電和辦公設(shè)備產(chǎn)生的低壓，也會產(chǎn)生同樣的影響，這與外加磁場所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)通過豐富的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)于靶組織，該處離子在電磁效應(yīng)的影響下，活動(dòng)度增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外離子交換的速度增加[3-4]。”

1.3 利用生物電磁效應(yīng)豐富各種診斷和治療手段和提高診治效果

利用生物電磁效應(yīng)，可以研究新的疾病診斷方法。如各種人體磁圖能提供人體的生理和病理狀態(tài)的信息。異常和正常的磁圖比較，可作為診斷疾病的有效手段。而且磁場具有鎮(zhèn)靜、止痛、減輕炎癥反應(yīng)的作用這可能同膽鹼酯酶、單胺氧化酶、組胺酶和激肽酶的活性增強(qiáng)有關(guān)[5-7]。

2 神經(jīng)傳導(dǎo)通路

按照信息的傳導(dǎo)方向可把神經(jīng)通路分為上行性和下行性兩種。前者主要是向高位中樞包括大腦皮層，輸入感覺信息，又稱感覺性神經(jīng)通路；后者主要是傳遞控制肢體及內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)的信息，又稱運(yùn)動(dòng)性神經(jīng)通路。

2.1 上行性神經(jīng)通路

包括來自皮膚的淺部感覺和深部感覺兩類。而傳導(dǎo)軀干、四肢這些感覺的神經(jīng)通路至少有3條：后索（背索）通路、脊髓丘腦束和脊頸束通路，都經(jīng)后根進(jìn)入脊髓，更換神經(jīng)元后至丘腦，再上至大腦皮層。脊頸束通路的功能介于上述兩者之間，傳導(dǎo)精細(xì)觸覺和痛、溫覺。頭面部的一般軀體感覺主要由三叉神經(jīng)傳入中樞，中繼后上行至丘腦，最后到達(dá)大腦皮層。

2.2 下行性神經(jīng)通路

凡由大腦皮層或皮層下中樞發(fā)出纖維，終止于腦干和脊髓的運(yùn)動(dòng)性核團(tuán)，再經(jīng)周圍神經(jīng)至效應(yīng)器的通路，都叫下行性神經(jīng)通路。主要包括：起自大腦皮層的皮層脊髓束和皮層核束（皮層腦干束），它們分別止于脊髓前角運(yùn)動(dòng)細(xì)胞和腦干運(yùn)動(dòng)核，自此再發(fā)出軸突至骨骼肌，執(zhí)行隨意運(yùn)動(dòng)。

3 電磁麻醉的方法

3.1 電磁麻醉的設(shè)備及特性

電磁麻醉機(jī)是與手術(shù)床體相結(jié)合的能夠釋放足夠強(qiáng)度磁場的可控封閉變頻電磁發(fā)生器。其特點(diǎn)是：與手術(shù)床體結(jié)合合理利用有限的手術(shù)空間；可控封閉性要在減少電磁污染的同時(shí)達(dá)到有效釋放的目的；變頻是根據(jù)人體動(dòng)作電位脈沖調(diào)節(jié)磁場有效強(qiáng)度的變化頻率。

電源：能夠提供穩(wěn)定有效的能量供應(yīng)。

生命體征監(jiān)護(hù)儀：能夠屏蔽和克服殘余磁場干擾而提供準(zhǔn)確的人體生命體征信息。

3.2 操作方法

（1）監(jiān)護(hù)設(shè)備：患者接上監(jiān)護(hù)設(shè)備，導(dǎo)線應(yīng)按磁場線圈纏繞方向圍繞患者，監(jiān)護(hù)儀離開患者身體。

（2）磁場位置：按照安培（右手）定律，將電磁線圈逆行放置在患側(cè)神經(jīng)傳導(dǎo)防線，上肢可以選擇近端肢體，腹部胸部手術(shù)選擇與脊髓傳導(dǎo)相反的方向，或直接放置在頭部下方與大腦皮層向丘腦傳導(dǎo)方向相反。

3.3 磁場的選擇

因?yàn)楦袘?yīng)的電流在興奮性組織內(nèi)的分布是不均勻的，與線圈的半徑、匝數(shù)、放置方向和流入線圈電流的導(dǎo)數(shù)和方向有關(guān)。其次，增大電流密度的有效途徑是利用電場強(qiáng)度及線性疊加性，采用多線圈組合產(chǎn)生較大的電場強(qiáng)度[12]。所以，動(dòng)作電位幅度約為90～130mV。神經(jīng)纖維的動(dòng)作電位一般歷時(shí)約0.5～2.0ms，再利用麥克斯韋方程組的積分形式反映空間某區(qū)域的電磁場量（D、E、B、H）和場源（電荷q、電流I）之間的關(guān)系（見下面公式），以便能夠通過麥克斯韋方程組和安培定律推算磁場能夠抑制50%的動(dòng)作電位，就能觀察出及測量到的功能損失[13]，并根據(jù)動(dòng)作電位變化的方式改變頻率，從而有效保證磁場阻滯的穩(wěn)定性。王明時(shí)等[14]已從時(shí)空兩域闡述神經(jīng)纖維對不同時(shí)變磁場誘導(dǎo)作用下的閾下響應(yīng)行為,這對線圈的刺激電流的選擇和線圈尺寸的設(shè)計(jì)都具有指導(dǎo)意義。

麥克斯韋方程組的積分形式：

4 電磁麻醉的優(yōu)勢

4.1 與局部麻醉比較

無損傷，不接觸神經(jīng)，不刺破皮膚。

不會發(fā)生血腫，沒有穿刺過程，不會損傷血管，更不會發(fā)生血腫。

無感染，沒有傷口，不會增加感染途徑。

4.2 與全身麻醉比較

（1）操作簡單，便于控制，只需要調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)度和頻率就能調(diào)節(jié)對靶器官的麻醉深度。

（2)麻醉過程可逆，調(diào)節(jié)電磁線圈的方向就能改變神經(jīng)的抑制與優(yōu)化，并且能在術(shù)后有較強(qiáng)的治療作用。

（3）對非靶器官的影響小，各個(gè)器官電磁場不同，通過對磁場的頻率調(diào)控能有效調(diào)節(jié)靶器官的阻滯作用，增加安全性。

所以，電磁麻醉是一個(gè)新型的麻醉方式方法，為麻醉事業(yè)的發(fā)展拓寬思路，應(yīng)用前景廣闊，但其安全性和可控性還需進(jìn)一步探討和研究。

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