Una breve rassegna sull'influenza dei campi magnetici sulle malattie neurologiche Parte 1

1. Estratto

Questo studio esamina l'uso dei campi magnetici ed elettromagnetici (EMF), dei campi elettromagnetici pulsati (PEMF) e della stimolazione magnetica transcranica (TMS) nel morbo di Parkinson, nel morbo di Alzheimer (AD) o nella sclerosi multipla (SM).

La malattia di Parkinson è una malattia neurodegenerativa caratterizzata da rigidità, tremori e movimenti lenti. Tuttavia, ciò che molte persone non sanno è che la malattia di Parkinson può causare anche problemi di memoria e capacità cognitive. Tuttavia, non dovremmo lasciare che queste notizie negative ci scoraggino, soprattutto quando ci rendiamo conto che possiamo adottare misure per migliorare la nostra salute cognitiva.

Innanzitutto, dovremmo capire come la malattia di Parkinson influisce sulla nostra memoria e sulle capacità cognitive. Sebbene la situazione di ognuno sia diversa, alcuni pazienti possono manifestare deterioramento della memoria, lentezza nel pensiero, mancanza di attenzione e difficoltà nel ragionamento astratto. Questi problemi possono compromettere seriamente la vita quotidiana, rendendo più complicata la gestione della malattia di Parkinson.

Tuttavia, dovremmo ricordare che la malattia di Parkinson non significa necessariamente che tutta la memoria e le capacità cognitive andranno perdute. I ricercatori hanno trovato alcuni modi per migliorare la salute cognitiva, che possono essere utilizzati anche dalle persone affette da malattia di Parkinson. Questi metodi includono:

1. Eseguire un allenamento cognitivo

L’allenamento cognitivo può aiutare a rafforzare e sfidare le capacità cognitive del cervello, comprese la memoria, l’attenzione e le capacità di pensiero. Gli studi hanno anche dimostrato che l'allenamento cognitivo può migliorare la funzione cognitiva e la qualità della vita nelle persone con malattia di Parkinson.

2. Rimani in salute

La salute fisica ha un grande impatto sulla funzione cognitiva, quindi è molto importante mantenere una buona esperienza e un esercizio fisico moderato. È stato dimostrato che l’esercizio cardiopolmonare a lungo termine, come la corsa e il ciclismo, migliora la funzione cognitiva.

3. Interazione sociale

L’interazione sociale è fondamentale per la salute cognitiva di molte persone. Anche con la malattia di Parkinson possiamo rimanere in contatto con gli altri e rafforzare le interazioni sociali, riducendo così il rischio di deterioramento cognitivo.

In breve, la malattia di Parkinson può influenzare la memoria e le capacità cognitive, ma non necessariamente perdiamo memoria e capacità cognitive. Possiamo migliorare la nostra capacità cognitiva attraverso l’allenamento cognitivo, il mantenimento della salute fisica e l’interazione sociale per mantenere una vita sana e attiva. Crediamo nelle nostre capacità, affrontiamo le sfide in modo positivo e continuiamo ad andare avanti. Si può vedere che dobbiamo migliorare la memoria e Cistanche può migliorare significativamente la memoria perché Cistanche è una medicina tradizionale cinese con molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia di Cistanche deriva dai vari principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc., che possono promuovere la salute del cervello in molti modi.

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L'Introduzione fornisce una revisione di EMF, PEMF e TMS basata su osservazioni cliniche. Segue una descrizione dei principi di base di questi trattamenti e una revisione della letteratura sui possibili meccanismi che descrivono l'accoppiamento di questi trattamenti con le risposte biologiche.

Questi meccanismi di risposta includono la membrana cellulare e i suoi recettori, canali e pompe incorporati, nonché cascate di segnali all'interno della cellula e collegamenti con gli organelli cellulari.

Discutiamo anche del contributo magnetico all'accoppiamento dei campi elettromagnetici e della recente scoperta del criptocromo come presunto magnetosensore.

Le nostre conclusioni riassumono la complessa rete di fattori causali suscitati dai campi elettromagnetici, come quelli derivanti dalla membrana cellulare tramite cascate di segnali verso specie radicaliche dell'ossigeno, ossido nitrico, fattori di crescita, criptocromi e altri meccanismi che coinvolgono cambiamenti epigenetici e genetici.

2. Introduzione

La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è stata riconosciuta come un nuovo strumento neurologico e psichiatrico utile nel trattamento di diverse malattie neurologiche perché non è invasivo e indolore mentre stimola regioni specifiche del cervello [1, 2].

Tuttavia, gli effetti dei campi elettromagnetici (CEM) sui sistemi molecolari e biologici non sono ancora completamente compresi. È noto che gli "effetti finestra" sono presenti a seconda della lunghezza d'onda e dell'intensità e, per questo motivo, gli effetti dei campi elettromagnetici possono variare da benefici a negativi. [3].

Questo effetto descrive il fenomeno in cui esistono specifiche ampiezze di valori di frequenza, alle quali viene attivata la risposta del sistema biologico, mentre altre ampiezze o frequenze possono inibire lo stesso sistema biologico [4].

In questa recensione, abbiamo studiato l'impatto della terapia magnetica su 3 malattie neurologiche ad alto impatto socioeconomico: morbo di Parkinson (PD), morbo di Alzheimer (AD) e sclerosi multipla (SM).

Citiamo solo quegli studi che collegano queste malattie con la magnetoterapia. Abbiamo concentrato i nostri sforzi su quegli studi coinvolti nell'accoppiamento (a bassa frequenza) di campi elettromagnetici (EMF), campi elettromagnetici pulsati (PEMF) e stimolazione magnetica transcranica (TMS) per determinare gli effetti fisiopatologici sulla biologia cellulare e molecolare.

In questa revisione sono inclusi anche la terapia magnetica utilizzata per la riabilitazione dell'ictus e i suoi effetti su variabili quali l'intensità dell'ictus e i tempi di rigenerazione [5].

3. Aspetti tecnici

In questa recensione, abbiamo studiato il trattamento di "terapia del campo magnetico" con EMF, PEMF o TMS. La TMS può essere applicata in impulsi singoli, impulsi multipli o ripetutamente (rTMS, applicata a frequenze basse o alte).

Nella stimolazione theta-burst (TBS), ci sono tre impulsi 50-Hz applicati a 5 Hz per 20–40 secondi come TBS continuo (cTBS) o come TBS intermittente (iTBS) [6, 7]. Un campo magnetico viene prodotto con una bobina, singola o a forma di farfalla.

Le linee di flusso passano perpendicolarmente al piano della bobina che normalmente è posta tangente al cuoio capelluto. L'intensità del campo magnetico può raggiungere circa 2 Tesla e tipicamente dura circa 100 ms.

Il campo magnetico induce un campo elettrico perpendicolare a questo piano. Questo campo elettrico eccita i neuroni e vengono indotte correnti che portano a potenziali evocati motori [8]. Gli impulsi accoppiati portano a una breve inibizione e facilitazione intracorticale che riflette l'azione dell'interneurone corticale [9].

4. Malattie e campi magnetici

Effetti clinici positivi della TMS nella malattia di Parkinson sono stati riportati in diverse revisioni [10-15]. Il trattamento con TMS è stato superiore al placebo [14] nei pazienti con malattia lieve che hanno un maggiore potenziale di riabilitazione neurale [15].

Il trattamento con TMS ha migliorato la mobilità e i punteggi delle attività della vita quotidiana nel gruppo di pazienti più attivi [12]. Inoltre, la TMS settimanale (densità del flusso di pico tesla) ha ridotto la frequenza di congelamento e caduta[16].

Non solo i sintomi clinici del Parkinson possono essere alleviati dalla TMS [11], ma anche la concentrazione di dopamina e acido omovanillico nel liquido cerebrospinale lombare tende a tornare a valori normali [17, 18].

L'aumento della ridotta percezione degli odori dopo soli 7 HzEMF rappresenta l'effetto finestra dei campi elettromagnetici, in particolare il rilascio di dopamina e la successiva attivazione dei recettori della dopamina D2 all'interno del bulbo olfattivo [19].

Nella malattia di Parkinson, sono stati proposti due meccanismi per l'accoppiamento dei campi elettromagnetici: le specie radicaliche dell'ossigeno (ROS) e l'effetto dei ROS sul potenziale di membrana (vedere la sezione principale) [20, 21].

L'influenza dei campi elettromagnetici sul potenziale di membrana e sull'eccitabilità corticale è menzionata anche negli studi clinici sull'AD di Lopez et al. [22]. La terapia TMS è stata associata al "ricablaggio corticale" o alla "plasticità sinaptica". Questi fenomeni vengono esaminati in questo manoscritto anche in combinazione con il trattamento dell'invecchiamento cerebrale[23–25].

Clinicamente, è stato riscontrato nei pazienti con AD che l'applicazione ripetitiva della TMS può ripristinare o compensare transitoriamente le funzioni cognitive danneggiate [26]. È stato anche riportato che nei pazienti con AD, l’applicazione di campi magnetici pulsati tridimensionali (3D) riduce l’infiammazione e produce effetti vasodilatatori che, a loro volta, migliorano la circolazione sanguigna molto probabilmente a causa del rilascio di ossido nitrico (NO) [27].

Nelle cellule mononucleari del sangue periferico di pazienti con AD, Capelli et al. [28] hanno testato la capacità del PEMF a bassa frequenza di modulare l'espressione genica nelle funzioni cellulari che sono disregolate nell'AD (ad esempio, l'enzima 1 o BACE1 che taglia la proteina precursore dell'amiloide nel sito beta).

Questi ricercatori hanno osservato che LF-PEMF può stimolare la regolazione epigenetica mediata dai miRNA, che può portare a un riequilibrio dei percorsi disregolati.

L'espressione delle tipiche proteine ​​dell'AD, come la tau, ha mostrato gli effetti positivi della rTMS con frequenze basse e più elevate in studi su modelli murini di AD [24]. La SM non è una tipica malattia neurodegenerativa a causa del coinvolgimento del sistema immunitario, che attacca le fibre nervose. ' guaina mielinica [29].

È stato riferito che nella SM i campi elettromagnetici esercitano effetti terapeutici attraverso la modulazione delle cellule immuno-rilevanti [30]. Un'altra caratteristica riscontrata nei pazienti affetti da SM è la riduzione dell'ossigeno nel sangue, la ridotta circolazione sanguigna e il metabolismo cellulare compromesso.

Sakamoto e collaboratori hanno scoperto che l'applicazione di campi magnetici a bassa frequenza e intensità migliora questi parametri e riduce i sintomi della SM [31]. Bassi livelli di NO sono stati riscontrati anche nel cervello dei pazienti con SM [32, 33].

In seguito all'applicazione di campi magnetici, questo parametro viene normalizzato nei modelli cellulari [34, 35].

Viene discusso il duplice ruolo dell'NO per la trasmissione del dolore [35] poiché l'NO inibisce la nocicezione nel sistema nervoso periferico e centrale, oltre a mediare l'effetto analgesico degli oppioidi e di altre sostanze analgesiche. Hochsprunget al. [36] hanno scoperto che il trattamento con PEMF può essere efficace nel ridurre il dolore nei pazienti con SM, utilizzando la trasmissione monopolare di campi elettromagnetici pulsati.

In sintesi, diversi parametri clinici risultano alterati positivamente dopo la terapia elettromagnetica in pazienti affetti da malattie neurodegenerative.

5. Principi fondamentali

I campi magnetici variabili nel tempo producono forze su cariche e sono più efficaci dei campi magnetici statici[37]. La dipendenza dal tempo del campo magnetico (B(t)) induce un campo elettrico (E) secondo la legge di Faraday: CurlE=–1/c dB/dt.

In questa equazione, il vettore E rappresenta il campo elettrico, il vettore B rappresenta l'induzione magnetica e B=H + 4πM. Nel presente caso non c'è magnetizzazione (M), e quindi il campo elettrico indotto (E) è generato completamente dal campo magnetico H(t) dipendente dal tempo.

Il simbolo c è la velocità della luce. I campi magnetici oscillatori nel tempo inducono correnti parassite intracellulari che, secondo la regola di Lentz, contrastano la variazione del campo magnetico esterno. Le correnti parassite compaiono nei materiali che sono elettricamente conduttori, specialmente sulle membrane cellulari.

I campi magnetici statici producono forze su particelle cariche in movimento. Poiché le membrane plasmatiche cellulari sono in costante movimento, anche i campi magnetici statici producono forze variabili nel tempo sulle particelle cariche nel cervello [38, 39].

6. Siti a livello cellulare e molecolare per l'accoppiamento dei campi elettromagnetici

Ioni carichi come sodio, potassio, calcio e magnesio sono presenti in tutti i tessuti del corpo. La maggior parte delle biomolecole possiede cariche e quindi possono essere direttamente influenzate dai campi elettrici [40, 41].

In generale, esistono molteplici metodi per accoppiare campi elettrici, ad esempio, mediante canali del calcio voltaggio-dipendenti, porzioni cariche non specifiche come Ca2+ o altri recettori, accoppiamento tramite precessione di Larmor, ecc. [40].

La membrana cellulare e le sue molecole incorporate sono i candidati più rilevanti per l'accoppiamento dei campi elettromagnetici a causa del gradiente molto elevato del campo elettrico in questa posizione[40]. La membrana cellulare genera un potenziale di riposo che deriva dalla segregazione delle concentrazioni di ioni carichi da parte di macchine molecolari come pompe, trasportatori e canali ionici in gran parte situati all'interno della membrana plasmatica [41].

Levin e collaboratori hanno dimostrato che la depolarizzazione artificiale mantiene le cellule in uno stato indifferenziato e proliferativo, mentre l'iperpolarizzazione artificiale accelera la differenziazione[42]. Un passaggio dallo stato patologico (ad esempio, infiammato) a quello normale può essere provocato da cambiamenti esterni nel potenziale di membrana [43, 44]. EMF, PEMF e TMS [45] possono ciascuno influenzare questo potenziale di riposo.

Microdomini di canali ionici e trasportatori sono distribuiti in schemi sull'intera superficie bidimensionale della membrana cellulare [41, 42]. All'interno della membrana, il PEMF può attivare i canali del calcio voltaggio-dipendenti (VGCC) [46] (Fig. 1).

Da questi canali, specifici processi di amplificazione del segnale trasportano effetti mediati dalla membrana all'interno della cellula [47, 48]. Durante la stimolazione TMS della corteccia, i neuroni sono più eccitabili quando il loro potenziale di membrana è appena al di sotto della soglia ma non si scarica [45].

È stato dimostrato che la TMS agisce direttamente sugli strati superficiali della corteccia, dove un campo elettrico indurrà un cambiamento nel potenziale transmembrana a riposo sovrapponendo un potenziale transmembrana indotto elettricamente [25].

Quando la corrente elettrica penetra nella membrana, una membrana neuronale può essere depolarizzata e/o iperpolarizzata rispetto al suo valore di riposo, provocando l'eccitazione o l'inibizione della cellula. Ciò può portare a effetti di allenamento secondari dei neuroni che evocano nuovi collegamenti sinaptici anche tramite potenziamento a lungo termine e attivazione di una famiglia di tirosinchinasi (ad esempio Fyn) [49, 50] (Fig. 1).

Gli effetti dell’allenamento sono particolarmente importanti per il cervello che invecchia. I marcatori sinaptici potenziati dalla TMS attivano la via del recettore chinasi B (TrkB) del fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF) e della tropomiosina (Fig. 1) così come la chinasi Fyn a valle, migliorando la trasmissione sinaptica glutammatergica e aumentando la fosforilazione delle subunità di N-metil-D -recettori dell'aspartato (NMDA) nell'ippocampo [23].

Ciò suggerisce che questi eventi portano a cambiamenti nella plasticità strutturale nell’ippocampo invecchiato e migliorano la funzione cognitiva. Nella corteccia del cervello del ratto, i campi TMS stimolano altri neuroni che inibiscono l’attività dei dendriti dei neuroni negli strati più profondi della corteccia [51].

Questo processo di inibizione dipende da un tipo di proteina recettore nei dendriti chiamata recettori GABAB (acido gamma-aminobutirrico). Il blocco di questi recettori impedisce alla stimolazione magnetica transcranica di alterare l’attività delle regioni cerebrali stimolate.

Il modello topografico della membrana cellulare può codificare informazioni aggiuntive [42, 45]. Ad esempio, modelli variabili nel tempo di fluttuazione molecolare e ritmi specifici possono migliorare tali informazioni [52] e, di conseguenza, il rapporto segnale-rumore può essere ridotto in modo significativo.

Per l'accoppiamento dei campi elettromagnetici, una geometria cellulare discontinua con recettori raggruppati favorisce il rilevamento dell'EF [53]. Nello specifico, se i canali del Ca2+ gestiti dai macrofagi sono raggruppati all'interno dei lamellipodi, l'inibizione di questi canali abolisce la loro risposta migratoria. Per quanto riguarda la geometria cellulare e le sporgenze come i microvilli, la formazione di tali strutture può essere indotta dai campi elettromagnetici (ad esempio, a 1 Hz e campo 2-V/cm nei macrofagi [54]).

Negli osteoblasti di ratto, i percorsi stimolati dal PEMF possono essere aboliti con l'abbattimento delle ciglia primarie mediante interferenza dell'RNA [55]. Al contrario, le strutture simili ai microvilli possono essere danneggiate dalle frequenze PEMF comprese tra 50 e 70 Hz (campo 0,6-V/cm). Da notare che nelle cellule endodermiche del sacco vitellino embrionale si riscontra una perdita di tali strutture e un collasso della membrana apicale [56].

Nei mitocondri, è normalmente presente un potenziale di membrana molto elevato poiché il potenziale della membrana esterna misura 180–220 mV rispetto al potenziale di riposo massimo di 70–90 mV della membrana plasmatica della cellula [57].

Utilizzando sensori "nano-ciottoli", Tyner et al. [58] e Lee e Kopelman [59] hanno scoperto che il potenziale di membrana dei mitocondri si estende a una distanza maggiore di quanto previsto utilizzando i parametri di schermatura e smorzamento mediante il movimento browniano stocastico di molecole d'acqua casuali.

Pertanto, la magnetoterapia può anche influenzare la funzione mitocondriale e questo può portare a cambiamenti nella produzione di ROS e NO (vedi sotto).

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