Terapeutyczne zastosowania elektryczności i magnetyzmu (elektroceutyka) mają swoje korzenie w starożytności. W najdawniejszych czasach stymulacja była wykonywana zewnętrznie przy nieznanych parametrach. W dzisiejszych czasach stymulacja elektryczna jest wykonywana zarówno zewnętrznie, jak i wewnętrznie, za pomocą wszczepionych elektrod. Współcześnie medycyna elektroceutyczna wykorzystywana jest zarówno w diagnostyce, jak i w terapii, co w sposób obrazowy prezentuje grafika (rys.1).

Rys.1 Sensory i stymulatory w organizmie człowieka

Pojawiają się na rynku medycznym nowe metody elektroceutyczne, szczególnie obecnie, w dobie pandemii COVID-19. W niniejszym opracowaniu zostaną przedstawione dwie stosunkowo nowe metody leczenia za pomocą pola elektromagnetycznego: cukrzycy II typu i szumów usznych (tinnitus).

Cukrzyca typu II

W badaniach dotyczących związku elektryczności, magnetyzmu czy elektromagnetyzmu ze środowiskiem biologicznym, stosunkowo mało uwagi poświęcono oddziaływaniu pola elektrostatycznego i pola magnetostatycznego, a właśnie w ekspozycji na nie ewoluowało życie na Ziemi. Zarówno jedno, jak i drugie pole było wykorzystywane szczególnie w starożytności i wiekach średnich (elektryczne ryby, magnesy, itd.), ale nadejście ery pola elektromagnetycznego było prawdopodobnie powodem do pozostawienia pierwotnych prób poza obszarem badań.  Wiele form życia we wszystkich głównych grupach wyczuwa statyczne pole elektryczne i magnetyczne w celu migracji obiektów (elektro i magnetotaksja)

Pacjenci z cukrzycą typu 2 (ang. Type 2 Diabetics, T2D) mają podwyższony poziom prooksydantów, oraz niższy poziom przeciwutleniaczy, głównie glutationu.   Zrównoważenie ogólnoustrojowego środowiska redoks poprzez ciągłe podawanie przeciwutleniaczy zwiększa wrażliwość na insulinę u pacjentów z T2D, wykazując, że homeostaza redoks reguluje metabolizm glukozy i efektywność insuliny. Niestety, interwencje oparte na redoksie w leczeniu T2D nie zostały przełożone na warunki kliniczne, ponieważ wymagają częstego lub ciągłego podawania ze względu na krótki okres półtrwania (np. GSH <10 min) i są związane z działaniami niepożądanymi, które negatywnie wpływają na przestrzeganie zaleceń. Potrzebne są nowe metody modulowania ogólnoustrojowej homeostazy redoks w celu rozwiązania problemu leżącego u podstaw mechanizmu T2D.

W początkowym etapie prac nad metodą elektroceutycznego leczenia T2D zastosowano do stymulacji pole elektromagnetyczne. Badacze, autorzy artykułu, doszli do przekonania, iż pole elektromagnetyczne może modulować metabolizm glukozy poprzez układy redoks. Jednak dowody potwierdzające fizjologiczny wpływ pola elektromagnetycznego na regulację glukozy okazały się być mało wiarygodnie (zbyt mała liczba). Próby zbadania potencjalnego wpływu pola elektromagnetycznego na metabolizm glukozy przyniosły sprzeczne wyniki z niektórymi badaniami, wykazującymi, że pole elektromagnetyczne podnosi poziom glukozy we krwi na czczo, podczas gdy inne sugerują, iż pole elektromagnetyczne nie ma na to wpływu.

W badaniach tych wykorzystano różne parametry terenowe, brakowało czułych pomiarów glikemii i wrażliwości na insulinę oraz nie stosowano modeli zwierzęcych opornych na insulinę. Zatem wpływ pola elektromagnetycznego na regulację glukozy nie był systematycznie oceniany in vivo.

Postanowiono zatem zbadać biologiczne skutki statycznego pola magnetostatycznego i elektrostatycznego (rys.2). W szczególności zbadano wpływ połączonego zastosowania pola magnetostatycznego i elektrostatycznego na glikemię przy użyciu trzech mysich modeli T2D: mysiego modelu otyłego z cukrzycą plejotropowego zespołu Bardeta-Biedla (BBS) (model z niedoborem receptora leptyny (db / db) oraz model z dietą wysokotłuszczową karmiony 60% dietą wysokotłuszczową (dalej określany jako High Fat Diet – HFD), który najlepiej odzwierciedla otyłość wywołaną dietą człowieka i insulinooporność. Autorzy donoszą, że połączone zastosowanie pola B i pola E (sBE) łagodzi hiperglikemię i insulinooporność w tych modelach poprzez mechanizmy zależne od redoks.

Dorosłe myszy normoglikemiczne, karmione dietą zawierającą normalną karmę (w dalszej części określane jako normocaloric diet – NCD] i typu dzikiego [WT]), a także trzy otyłe mysie modele T2D, modele BBS, HFD i db / db, były stale wystawiane na działanie sBE – statycznego pola B i statycznego pola E (pole B – 3 mT i prostopadle do niego pole E – 7 kV / m) przez 30 dni. Natężenia pola B i pola E zostały tak wybrane, żeby były w przybliżeniu 100 razy większe od ziemskich pól B i pionowych E, aby zminimalizować szum spowodowany naturalnymi fluktuacjami stanu elektrycznego i magnetycznego Ziemi.   Zwierzęta kontrolne umieszczono w podobnych, ale obojętnych, urządzeniach do kontroli potencjalnych zmian środowiska (tj. temperatury, wilgotności, oświetlenia, dźwięku, dotyku, zapachu itp.). Wszystkie myszy trzymano w niemetalowych klatkach, aby zapobiec zakłóceniom elektromagnetycznym, a zwierzęta mogły swobodnie poruszać się po swoich klatkach. Glikemię oceniano na podstawie pomiaru stężenia glukozy we krwi na czczo (ang. fasting blood glucose -FBG) i wykonania testów tolerancji glukozy (ang. glucose tolerance test GTT). Próby wykazały, że ekspozycja na sBE znacząco zmniejszyła FBG o 43% w modelu BBS w porównaniu z grupą kontrolną oraz o 33%, zarówno u myszy HFD, jak i db / db (myszy genetycznie cukrzycowe), podczas odwracania nietolerancji glukozy w dwóch ostatnich modelach. Nie zaobserwowano żadnych istotnych zmian w FBG ani tolerancji glukozy u myszy bez cukrzycy, eksponowanych na sBE.

Rys.2 Ekspozycja na pole magnetostatyczne i pole elektrostatyczne

Aby określić czy oba pola były konieczne do osiągnięcia tych efektów, myszy HFD wystawiano na działanie pola magnetostatycznego (sB), elektrostatycznego (sE) lub połączonych sBE przez 30 dni, po czym wykonano GTT. Co ciekawe, pole B znacząco pogorszyło glikemię i tolerancję glukozy, podczas gdy pole E nie miało znaczącego wpływu, w porównaniu z nieleczonymi myszami. Odkrycia te są zgodne z wcześniejszymi badaniami, które wykazały, że ekspozycja na pola magnetostatyczne pogorszyła glikemię.

Badania wykazały, że tylko połączone pole sBE znacząco poprawiły tolerancję glukozy. Wszystkie dalsze eksperymenty prowadzone będą w jednoczesnej ekspozycji na pole B i pole E. Eksperymenty takie przygotowywane są w zespole złożonym z lekarzy, pracowników Wojskowego Instytutu Medycznego, oraz inżynierów z Politechniki Łódzkiej i Wyższej Szkoły Ekonomii i Innowacji.

Leczenie szumów usznych

Medyczne statystyki wskazują, że na szumu uszne (tinnitus) cierpi ciągle, lub w pewnych okresach życia, około 15% populacji, a u 1-3% osób dysfunkcja ta powoduje poważne obniżenie jakości życia.  Etiologia tej dysfunkcji nie jest w pełni znana. Pierwsze próby leczenia metodami elektroceutycznymi szumów usznych pojawiły się w około 20 lat temu. Metody te oparte były na metodzie magnetycznej stymulacji przezczaszkowej (ang. Transcranial Magnetic Stimulation – TMS) oraz przezczaszkowej stymulacji prądem stałym (ang. transcranial Direct Current Stimulation – tDCS). Pierwsza z metod wykorzystywana była na przełomie XX i XXI wieku w psychiatrii do leczenia depresji lekoodpornej. Miała ona zastąpić trudną do zaakceptowania technikę elektroewstrząsową. Polegała ona na wzbudzaniu w mózgu tzw. prądów wirowych, mających zastąpić aplikowanie do mózgu prądu za pomocą elektrod. Druga metoda, jakkolwiek mająca podobną nazwę, ma charakter elektroterapii i polega właśnie na aplikacji prądu stałego do mózgu. W odróżnieniu jednak od terapii antydepresyjnej, prąd ten jest znacznie słabszy i nie wpływa negatywnie na funkcjonowanie układu neurologicznego. Autorzy artykułu [2] przeprowadzają modelowanie matematyczne rozkładu pola elektrycznego i prądu w mózgu, wskazując na możliwość znacznego poprawienia efektywności terapii, przy wykorzystaniu wiedzy uzyskanej w badaniu modelu matematycznego.

Według badaczy z Łódzkiego Uniwersytetu Medycznego [3], obecnie częściej stosowaną metodą jest metoda TMS.

Ci sami badacze prezentują też swoją nowotarską metodę zwalczania szumów usznych. Metoda została w styczniu 2021 roku opatentowana w Europejskim Urzędzie Patentowym  (EPO – European Patent Office nr 3498166).

Urządzenie przeznaczone jest do przeprowadzania elektrostymulacji metodą nieinwazyjną – hydrotransmisyjną. W tej metodzie elektroda stymulująca umieszczona jest w przewodzie słuchowym zewnętrznym, wypełnionym roztworem soli fizjologicznej. Elektroda bierna umieszczona jest na czole w linii pośrodkowej ciała (typowa elektroda wykorzystywana do EKG, przyklejana po odtłuszczeniu skóry czoła). Stymulacja polem magnetycznym przeprowadzana jest za pomocą mikro-wzbudnika umieszczanego w przewodzie słuchowym, dzięki czemu największe natężenie pola magnetycznego występuje w okolicy błony bębenkowej i ślimaka. Prototypowe urządzenie do elektrycznej i magnetycznej stymulacji ucha do zastosowania klinicznego składa się z następujących elementów:

• programu komputerowego,

• stymulatora,

• słuchawki wyposażona w elektrodę do stymulacji,

• mikro-wzbudnika pola magnetycznego.

Program komputerowy umożliwia zdefiniowanie parametrów sygnałów stosowanych do stymulacji elektrycznej lub stymulacji magnetycznej. Sygnały zdefiniowane w programie są następnie przesyłane do stymulatora, który generuje odpowiednie przebiegi elektryczne. W przypadku prowadzenia stymulacji elektrycznej, sygnały generowane przez stymulator podłączane są do elektrod: stymulującej (dousznej) i pasywnej (czołowej). W przypadku stymulacji magnetycznej, sygnały generowane przez stymulator podłączane są do mikro-wzbudnika pola magnetycznego umieszczonego w przewodzie słuchowym.

Zasadę działania urządzenia przedstawiono schematycznie na grafice (rys.3).

Rys.3. Schemat blokowy elektromagnetycznej stymulacji ucha

Autorzy podkreślają, że pomimo efektywności skonstruowanego przez nich urządzenia, w klinice Otolaryngologii WAM i UMM rozwija się też szereg innych metod niwelacji szumów usznych, np. farmakoterapię, elektrostymulację, hiperbaryczne komory tlenowe, laseroterapię, maskowanie szumu z zastosowaniem urządzeń Tinnitus Masker, hipnozę, itp. Wśród metod postępowania najczęściej wymienia się jednak metodę habituacji szumów usznych (ang. Tinnitus Retraining Therapy – TRT) stosowaną od 25 lat. 

Bibliografia

1. Carter et al., Exposure to Static Magnetic and Electric Fields Treats Type 2 Diabetes. 2020, Cell Metabolism 32, 561–574 
2. Parazzini M. et al., Electric Field and Current Density Distribution in an Anatomical Head Model During Transcranial Direct Current Stimulation for Tinnitus Treatment, 2012, Bioelectromagnetics 33, 476-487
3. Olszewski J., Informacja o udzieleniu patentu europejskiego na innowacyjne prototypowe urządzenie do elektromagnetycznej stymulacji ucha, UMedical Reports, 1/2021