低强度电磁场影响微循环的机理研究

微循环是生命活动的基础，在医学上被比喻为机体的"第二心脏"。低强度电磁场对微循环的非热生物效应已经得到了广泛关注，但其作用机理却一直没有被阐明。我们利用现有的磁场生物效应平台，分别建立微血管自律运动、内皮细胞膜钙离子电流和细胞内钙振荡的数学模型，通过计算机仿真的方法模拟周期电磁场激励下的复杂响应，筛选电磁场实验参数（强度、频率、作用时间）。并通过建立微循环障碍动物模型，研究电磁场作用下微血管（在体与离体）的受力情况，结合血管内皮细胞的体外培养，采用细胞生物学与细胞电生理技术研究电磁场对内皮细胞的影响，探讨我们提出的两个观点：①特定的电磁场能与微血管的自律运动和内皮细胞钙振荡产生谐振；②电磁场能影响NO信号转导通路。在实验方案的设计上，由"系统→组织→细胞"层层深入，有望阐明低强度电磁场对微循环作用的确切机理，为临床上微循环障碍的预防和治疗提供新的思路和理论依据。

首先，我们通过研发不同类型的低强度电磁场（LEMFs）发生器，并分别对其产生的磁场做理论计算与分析，完善了磁场生物效应研究的硬件平台。通过建立血管自律运动的力学模型，并利用微循环数字图像检测和分析系统，发现了LEMFs与微动脉自律运动同步时能使微动脉管径增大，进而增加微动脉管径的血流灌注量，最终改善微循环水平。同时，应用工学时频分析技术分析人体表皮血流信号时发现微血管血流自律运动频域范围大约在0.01～2.0Hz之间，在该频段内存在6个特征峰值。我们推测特定参数的LEMFs能改变微血管的自律运动，影响一些特征峰值的改变。而且我们推知LEMFs影响微循环的机制可能为特定类型的LEMFs与微血管的自律运动和内皮细胞钙振荡产生谐振。在LEMFs对糖尿病所致微循环病变影响的研究中，分别研究了LEMFs对糖尿病大鼠足底血流灌注量降低、外周神经损伤以及肾脏损伤的影响。研究结果表明脉冲形式的LEMFs能改善糖尿病大鼠足底低血流灌注，可缓解糖尿病引起的外周神经损伤以及肾脏损伤。.通过对课题组实验结果的综合分析，我们提出了基于共振模型的LEMFs影响微循环的可能机理，并建立了生物体内核子拉莫进动以及共振的偏微分数学方程。我们认为特定参数（频率与核子在地磁场中的进动频率相同）的LEMFs可激发生物体内核子发生共振，生物体内水分子、细胞信号转导分子以及神经递质等极性小分子的电磁特性、细胞膜通道蛋白的空间构象以及细胞膜骨架的流动性的改变可能引发某些电生理以及电化学反应过程发生改变，上述连锁反应可能导致细胞ATP生成增多，红细胞携氧量升高以及代谢废物排出增多等现象，进而导致全身组织代谢增强、微循环水平改善。长时间特定参数的LEMFs照射产生的非热生物效应可能对病变的相关靶部位产生治疗和修复的作用。.上述研究初步揭示了LEMFs对微循环作用的机理，为临床上微循环障碍的预防和治疗提供新的思路和理论依据。同时，该课题的研究为LEMFs非热生物效应机理的阐明提供了新的思路和方向。