電磁麻醉可行性的分析

胡大偉，任新元，樊素雄

新疆農六師五家渠醫院 麻醉科，新疆五家渠 831300

0 前言

隨著現代科技的進步和社會經濟的迅猛發展，各種電子產品、電力設備被大量應用到人們生活環境中，人為產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境污染因子。自從1976 年由榮獲諾貝爾醫學和生理學獎的德國馬普生物物理化學研究所的Erwin Neher和Bert Sakmann發明了膜片鉗技術以來，截至目前，已為越來越多的磁療設備的研制和參數選擇提供一個理論依據，且該領域的相關研究已成為生物工程學界的研究熱點[1]。現今，研究電磁場對人體影響的也文獻越來越多，所涉及的學科也越來越廣，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生的作用力抑制動作電位在神經傳導中的電荷，阻滯其向靶器官傳導而達到與麻醉相同作用的一種方法。

1 電磁場的作用

電磁場是有內在聯系、相互依存的電場和磁場的統一體的總稱 。電磁場由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，是物質存在的一種形式。電磁場的性質、特征及其運動變化規律由麥克斯韋方程組確定。

生物電磁效應主要研究生物系統與電磁場的相互關系和相互作用，與生命科學、環境科學、生物醫學工程學以及電磁學都有密切的關系。其主要研究內容包括三方面。

1.1 生物體的電磁特性及與生命活動的關系

1929年，伯格發現了腦電波；1972年，科恩等利用超導量子干涉儀（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID）測得高質量的腦磁圖。現在，人們已經認識到人體中存在心磁場、腦磁場、神經磁場、肝磁場和肺磁場等多種磁場，還發現工頻強磁場長期連續暴露可導致家兔腦電圖（EEG）慢波增多[2]。測量并研究生物體自身的電磁特性，對認識生命活動本質和探索新的醫學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

外加電磁場和環境電磁場對生物系統的各種影響，如移動手機對人體大腦的影響問題就是典型的電磁場的生物效應問題。英國牛津兒童癌癥研究中心報告說：“居住在距離高壓線200m范圍內的兒童罹患白血病的危險，比那些居住在距離高壓線600m開外地區的孩子高69%。家電和辦公設備產生的低壓，也會產生同樣的影響，這與外加磁場所產生的電磁效應通過豐富的神經網絡傳導于靶組織，該處離子在電磁效應的影響下，活動度增加，導致細胞內外離子交換的速度增加[3-4]。”

1.3 利用生物電磁效應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，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。而且磁場具有鎮靜、止痛、減輕炎癥反應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有關[5-7]。

2 神經傳導通路

按照信息的傳導方向可把神經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，又稱感覺性神經通路；后者主要是傳遞控制肢體及內臟運動的信息，又稱運動性神經通路。

2.1 上行性神經通路

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

2.2 下行性神經通路

凡由大腦皮層或皮層下中樞發出纖維，終止于腦干和脊髓的運動性核團，再經周圍神經至效應器的通路，都叫下行性神經通路。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動細胞和腦干運動核，自此再發出軸突至骨骼肌，執行隨意運動。

3 電磁麻醉的方法

3.1 電磁麻醉的設備及特性

電磁麻醉機是與手術床體相結合的能夠釋放足夠強度磁場的可控封閉變頻電磁發生器。其特點是：與手術床體結合合理利用有限的手術空間；可控封閉性要在減少電磁污染的同時達到有效釋放的目的；變頻是根據人體動作電位脈沖調節磁場有效強度的變化頻率。

電源：能夠提供穩定有效的能量供應。

生命體征監護儀：能夠屏蔽和克服殘余磁場干擾而提供準確的人體生命體征信息。

3.2 操作方法

（1）監護設備：患者接上監護設備，導線應按磁場線圈纏繞方向圍繞患者，監護儀離開患者身體。

（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神經傳導防線，上肢可以選擇近端肢體，腹部胸部手術選擇與脊髓傳導相反的方向，或直接放置在頭部下方與大腦皮層向丘腦傳導方向相反。

3.3 磁場的選擇

因為感應的電流在興奮性組織內的分布是不均勻的，與線圈的半徑、匝數、放置方向和流入線圈電流的導數和方向有關。其次，增大電流密度的有效途徑是利用電場強度及線性疊加性，采用多線圈組合產生較大的電場強度[12]。所以，動作電位幅度約為90～130mV。神經纖維的動作電位一般歷時約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域的電磁場量（D、E、B、H）和場源（電荷q、電流I）之間的關系（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%的動作電位，就能觀察出及測量到的功能損失[13]，并根據動作電位變化的方式改變頻率，從而有效保證磁場阻滯的穩定性。王明時等[14]已從時空兩域闡述神經纖維對不同時變磁場誘導作用下的閾下響應行為,這對線圈的刺激電流的選擇和線圈尺寸的設計都具有指導意義。

麥克斯韋方程組的積分形式：

4 電磁麻醉的優勢

4.1 與局部麻醉比較

無損傷，不接觸神經，不刺破皮膚。

不會發生血腫，沒有穿刺過程，不會損傷血管，更不會發生血腫。

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，只需要調節磁場的強度和頻率就能調節對靶器官的麻醉深度。

（2)麻醉過程可逆，調節電磁線圈的方向就能改變神經的抑制與優化，并且能在術后有較強的治療作用。

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

所以，電磁麻醉是一個新型的麻醉方式方法，為麻醉事業的發展拓寬思路，應用前景廣闊，但其安全性和可控性還需進一步探討和研究。

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