Використання неодимових магнітів у охороні здоров’я та їх вплив на здоров’я

Дженгіз Юксель

1 Відділ фізіології, Інститут наук про здоров'я, Університет Дудже, Дудже, Туреччина

Сейїт Анкаралі

2 Кафедра фізіології, Стамбульський медичний факультет університету Меднієт, Стамбул, Туреччина

Нехір Аслан Юксель

1 Кафедра фізіології, Інститут наук про здоров'я, Університет Дудже, Дуче, Туреччина

Анотація

Сильні властивості магнітного поля магнітів призвели до їх використання в багатьох сучасних технологіях, а також у галузі медицини та стоматології. Неодимові магніти - це потужний тип магнітів, який був предметом останніх досліджень. Цей огляд дає коротке пояснення визначення, історії та характеристик рідкісноземельних магнітів. Крім того, надається широкий огляд результатів, проведених на сьогоднішній день щодо впливу магнітів і, зокрема, неодимових магнітів, на системи організму, тканини, органи, захворювання та лікування. Незважаючи на те, що вони використовуються в галузі охорони здоров'я в різних діагностичних приладах та як терапевтичні засоби, існує певний ризик шкідливих наслідків, а також ризик нещасних випадків. Досліджень все ще недостатньо; однак неодимові магніти, схоже, мають великі перспективи як для діагностики, так і для терапевтичних цілей.

Неодим - хімічний елемент, який був відкритий в 1885 р. Цей елемент (атомний номер 60) має сріблясто-білий металевий колір і належить до групи лантанідів, яка є підгрупою рідкісноземельних елементів (атомні номери 57–71) в таблиця Менделєєва і швидко окислюється на повітрі. Лантаніди відіграють важливу роль у нових технологічних розробках, таких як вітрогенератори, електронні гібридні транспортні засоби та в оборонній промисловості.

У природі неодим не існує у металевих або змішаних формах з іншими лантанідами, але доопрацьований для загального використання і видобувається в США, Бразилії, Індії, Австралії, Шрі-Ланці та переважно в Китаї.

Неодимово-залізо-борні магніти були розроблені General Motors та Hitachi у 1980-х. Оскільки він забезпечує високу магнітну силу навіть у менших кількостях, йому все більше відводиться все більш помітна роль у виробництві міцних постійних магнітів, що складаються з рідкісноземельних елементів. У галузі інформаційних технологій неодимові магніти особливо використовуються в жорстких дисках, мобільних телефонах, відео- та аудіосистемах телебачення [1].

Неодимові магніти також широко використовуються в магнітних сепараторах, фільтрах, іонізаторах, у виробництві кнопок увімкнення та вимкнення, секторі безпеки та системах безпеки. Виробники жирових фільтрів використовують неодимові магніти в металевих сепараторах для більш ефективної фільтрації порошку заліза в олії. Крім того, вони корисні для покриття верстатів, автомобілів з тентом та виробництва магнітних ременів для інструментів. Вони також використовуються в ювелірних затискачах, ідентифікаційних значках та у виробництві дитячих колясок, які кріпляться на підставках за допомогою магнітів.

Сектор охорони здоров’я - це ще одна сфера, де неодимові магніти вбудовані в медичні вироби, наприклад, в прилади магнітно-резонансної томографії для діагностики та лікування хронічного больового синдрому, артриту, загоєння ран, безсоння, головного болю та ряду інших захворювань завдяки їх здатності генерувати статичний магнітне поле. Зростання їх використання спостерігається протягом останнього десятиліття [2]. Вважається, що ці магніти мають лікувальний ефект, і тому їх іноді називають "магічними магнітами".

NASA використовує неодимові магніти для підтримки м’язового тонусу космонавтів під час космічних польотів [2].

Неодимові магніти мають сили виштовхування і використовувались як пристрій, що генерує рух, в ортодонтичних процедурах; молярна дистиляція та піднебінне розширення [3, 4].

Повідомляється, що статичне магнітне поле стимулює утворення кісток за допомогою остеобластичної диференціації або активації [5, 6].

Кількість неодимових магнітів, що використовуються у всіх цих районах, зросла з 1 т до 60 000 т між 1983 і 2007 рр. З 1990 р. Китай переважає у видобутку рідкісноземельних елементів. Видобуток рідкісних елементів має різний вплив на навколишнє середовище через низьку концентрацію цих речовин; тому багато країн припинили видобуток рідкісних елементів, і майже всі країни залежать від імпорту з Китаю [1].

Вплив неодимових магнітів на здоров'я та медичне використання

Серцево-судинна система

У дослідженні, проведеному в 2004 р., Повідомлялося, що лазерний допплер значно зменшує кровотік і перфузію шкіри на шкірі (SBF) на 2-му і 4-му пальцях домінантних рук обох полюсів неодимового магніту [7].

Інше дослідження показало, що неодимові магнітні поля збільшують мікроциркуляцію нігтьового ложа, хоча це дослідження суперечило іншим дослідженням [8].

Повідомляється, що потік еритроцитів у капілярах скелетних м’язів, що зазнають дії сильних статичних магнітних полів, зменшується [9]. Внутрішньопухлинна мікроциркуляція характеризується звивистими мікросудинами з хаотичною структурою та нестабільним нерегулярним кровотоком. Дослідження повідомляло про зменшення кровотоку та щільності кровоносних судин у пухлинах, які лікували за допомогою статичних магнітних полів. У тому ж дослідженні було показано, що в непухлинних скелетних м’язах, що зазнають дії статичних магнітних полів, активація та адгезія тромбоцитів зростають [9]. Вважається, що магнітне поле, генероване неодимовими магнітами, збільшує мікроциркуляцію, але вплив на нього невідомо чітко відомий.

В ході дослідження спеціальний пристрій хірургічно помістили на спини лабораторних мишей. До однієї групи до пристрою прикріплювали неодимові магніти, а до іншої - немагнітні, рівновеликі та однакові ваги. Було продемонстровано, що діаметр артеріол і венул мишей, що зазнали дії статичного магнітного поля, генерованого неодимовими магнітами, значно зменшений [10].

В іншому дослідженні, проведеному в 2015 році, коли ворітні вени собак були перерізані та реконструйовані, анастомоз в одній групі проводили за допомогою традиційних ручних швів, а в іншій групі - покривали його кільцями, що складаються з неодимових магнітів. В останньому відновлення тривало значно короткий час, а інтима була більш плавною та регулярно формуваною, ніж у першій [11].

Біполярні абляційні катетери, однополюсні абляційні катетери та біполярні катетери з прикріпленими до них магнітами були випробувані в товстих і щільних тканинах, де важко створити ураження повної товщини, як у стінці лівого шлуночка. Встановлено, що як трансмуральний прохід, так і товщина ураження, утвореного намагніченим біполярним катетером, вищі за інші [12].

Нервова система

Магніти можна використовувати для генерування магнітних полів при дослідженні нейронної електричної активності. Вплив магнітних полів, створених за допомогою неодимових магнітів, на нервові пошкодження було вивчено в ході дослідження, де їх застосовували на 17 здорових добровольцях протягом 2 годин. Вивчали нейроноспецифічну енолазу, яка є визначальним фактором ураження нейронів та рівня крові S100, тест, проведений для вимірювання розумових здібностей, показав, що параметри, перевірені на 17 добровольцях, не впливають на магнітні поля, і генерується магнітне поле за допомогою неодимових магнітів щоб бути безпечним за цими параметрами [13].

Повторна транскраніальна магнітна стимуляція (rTMS) є затвердженим та ефективним методом лікування великої депресії. Синхронізований TMS (sTMS), який є модифікованою формою rTMS, також був випробуваний для лікування того самого. Дослідження, проведене в 2014 році, показало, що, хоча рівень захворюваності пацієнтів, які страждали на велику депресію та лікувались sTMS, знизився на 48%, у контрольній групі - на 19%, і ця різниця була статистично значущою. Неодимові магніти використовуються в TMS для генерування магнітних полів. На відміну від електросудомного лікування великої депресії, TMS не потребує анестезії [14]. Крім того, ще одне дослідження, проведене в 2015 році, показало використання sTMS як ефективного при лікуванні великої депресії [15].

Розміщення магнітів на верхньому та нижньому столітті при лікуванні лагофтальму дало успішні результати [16].

Альтернативні методи лікування, включаючи магнітну терапію, досліджували менопаузу вазомоторних симптомів, і було встановлено, що вони не ефективні для лікування цих симптомів [17].

В іншому дослідженні, щоб забезпечити апертуру голосової щілини при двосторонньому паралічі голосових зв’язок, магніти розміщувались ex vivo в гортані овець, коли розрив збільшувався. Пристрій забезпечує відповідну діафрагму голосової щілини, яка корисна від магнітів, і це може бути використано в майбутньому [18].

Система скелетів, м’язів та суглобів

Порівняно ефект імплантатів неодимових магнітів, розміщених у гомілці кролика, та впливу немагнітних імплантатів на кісткову тканину. Магнітні імплантати зміцнювали і довгастий мозок, і кору навколо кісткової тканини, і збільшення довгастого мозку було статистично значущим [19].

В іншому дослідженні, проведеному з використанням моделі пошкодженого трабекулярного кролика, магнітну леску помістили в пошкоджену область дистального відділу стегнової кістки, а циліндричні неодимові магніти (NdFeB) розмістили в сусідній зоні, спостерігаючи взаємодію. В кінці експерименту було встановлено, що NdFeB захищає від мікрорухів, підтримуючи постійне магнітне лісо, і важливий для підтримки регулярної регенерації тканин [20].

У рандомізованому подвійному сліпому плацебо-контрольованому дослідженні досліджували вплив неодимових магнітів на симптоми остеоартриту; учасників змусили приміряти чотири типи ремінців. Під час порівняння в якості експериментального пристрою використовували магнітні неодимові браслети, а як контрольні - малозбільшені, розмагнічені та мідні ремінці. Оцінювали індекс остеоартриту WOMAC, опитувальник болю McGill - індекс оцінки болю (PRI), візуальну аналогову шкалу та споживання ліків. Серед цих шкал лише підрази PRI виявили статистично значущу різницю. Терапевтичні переваги браслетів мають обумовлений ефект плацебо. Ці пристрої не мають суттєвих побічних ефектів, тому їх можна використовувати для ефекту плацебо [21].

В іншому дослідженні, складність формування контрольної групи, де тестували магнітні браслети, стосувалася того, що надання слабо ефективного браслета контрольній групі може бути неефективним для полегшення болю при артриті, оскільки учасник міг перевірити міцність зап’ястя [22].

У дослідженні, в якому вивчалася роль статичного магнітного поля в лікуванні зап’ястного каналу, оцінювали вплив двох різних рівнів магнітного поля на серединний нерв. У рандомізованому подвійному сліпому плацебо-контрольованому дослідженні 12-тижневе спостереження проводили після 6-тижневого втручання. Учасники, яким діагностовано синдром зап’ястного каналу за допомогою електрофізіологічних тестів, носили неодимові магніти та немагнітні диски протягом усієї ночі. Були використані опитувальник Бостонського зап’ястного тунелю, оцінка тяжкості симптомів (SSS), оцінка тяжкості функції (FSS) та чотири параметри, що вимірюють середню нервову активність. Ці параметри включали сенсорну дистальну латентність, амплітуду потенціалу дії сенсорного нерва, моторну дистальну латентність та складну амплітуду потенціалу рухової дії. Серед груп не було виявлено суттєвої різниці у середній нервовій провідності SSS та FSS. Відновлення симптомів спостерігалося протягом 6 тижнів для ССС та ФСС в обох групах. Зміна симптомів як у магнітних, так і в немагнітних групах дисків відбувалося в одному напрямку та розмірі [23].

У двох систематичних оглядах, проведених у 2012 р., В яких магнітні браслети та кілька інших альтернативних методів лікування були розглянуті на предмет артриту, посилаючись на відсутність достатньої кількості досліджень з цього питання, було зроблено висновок, що немає постійних доказів того, що він ефективний при ревматоїдному артриті та остеоартрозі лікування [24, 25].

В ході дослідження вплив статичного магнітного поля на лікування болю в м'язах із затримкою виникнення не виявив різниці з ефектом плацебо [26].

Шлунково-кишкова система

У дослідженні, проведеному в 2012 році, неодимові магніти використовувались для фіксації ендоскопічно визначених пухлин товстої кишки. Під час лапароскопічної операції, проведеної без таких інструментів, як флюороскопія або ультрасонографія, магніти використовувались для легкого доступу до пухлини. Інтраопераційна локалізація виражених уражень була успішною у 27 (96%) з 28 пацієнтів [27].

У дослідженні на тваринах кільцеподібні магніти ендоскопічно використовувались для магнітно-компресійного анастомозу (магнамозу), розміщуючись навпроти один одного в цільових областях [28, 29]. Магніти також використовувались хірургічно у людей; небажані тканини в операційній зоні безпечно видаляли за допомогою магнітних щипців у 44 лапароскопічних операціях, включаючи холецистектомію, гастроеюностомію та спленектомію, виконану педіатричним пацієнтам у період між 2009 та 2011 рр. [30].

Попередні дослідження на проковтнутих магнітах зафіксували травми, що загрожують життю, включаючи свищ та перфорацію, особливо у дітей. У двох окремих дослідженнях, що порівнювали кількість та розмір магнітів, проковтнутих дітьми у 2002–2009 та 2010–2012 роках, спостерігалось збільшення кількості випадків, коли брали участь більше одного магніту, і зменшення розміру проковтнутого магніту, але всі випадки вимагали хірургічного втручання. Цей результат пояснювався збільшенням доступності магнітів для дітей у повсякденному житті [31]. Ці результати свідчать про те, що використання магнітів, а не шпильок, може бути особливо шкідливим для дітей. Північноатлантичне американське товариство дитячої гастроентерології, гепатології та харчування виступало за заборону продажу сильних магнітів, включаючи неодим, але в 2014 році вони заявили, що ці зусилля були недостатньо ефективними. [32].

Пошкодження, пов'язані з магнітом

У звіті про справу, опублікованому в 2015 році, який призвів до ініціювання заходів, що регулюють використання магнітів на робочому місці, було зазначено, що 52-річний чоловік отримав поранення під час спроби виробляти електроенергію в експериментальних цілях за допомогою пристрою, що містить неодим магніти. Магніт розбився на шматки, поранивши його обличчя. У звіті далі обговорювались труднощі роботи з сильними магнітами за допомогою традиційних інструментів та можливі збитки від неконтрольованих рухів, спричинені такими інструментами. Відповідно було зазначено, що існує потреба також у медичному обладнанні, нечутливому до магнітних ефектів [33].

Орієнтація залізовмісних наночастинок за допомогою магнітів та їх використання у фармакотерапії

В даний час магнітні наночастинки оксиду заліза використовуються в ряді біомедичних та нейробіологічних операцій, таких як для моніторингу та лікування пухлин.

Дослідження показало, що прикріплення наночастинок оксиду до астроцитарної мембрани та їх входження в клітини стає простішим завдяки магнітному полю, генерованому неодимовими магнітами, закладеними під клітинами астроцитів у мозку [34].

Стовбурові клітини людини в безсироватковому середовищі, до яких додавали кількість магнітних наночастинок, що містять залізо (0,043 мг/мл) на нетоксичному рівні, використовували разом з неодимовими магнітами і спостерігали щодня. У цьому дослідженні не було зафіксовано жодного впливу на переважність та розповсюдження стовбурових клітин [35].

У дослідженні, проведеному на свинях у 2014 році, судинні стенти стали магнітними за допомогою неодимових магнітів і, таким чином, забезпечили утримання клітин ендотелію, які підтримувались частинками заліза. Це може призвести до важливого розвитку процедур, пов'язаних зі стентами, оскільки прискорення ендотеліалізації зменшить ризик тромбозу [36].

У дослідженні на тваринах, опублікованому в 2012 році, орієнтація стовбурових клітин, що містять частинки заліза, до цільової області сітківки знову забезпечується неодимовими магнітами. Це виявилось особливо важливим при лікуванні вікової дегенерації жовтої плями та пігментного ретиніту [37].

Наночастинки, завантажені цитотоксичними хіміотерапевтичними засобами, можуть бути орієнтовані на пухлини. В областях пухлини збільшується проникність капілярів, і частинки, які не можуть міжклітинно подорожувати в інше місце, можуть перейти в пухлину. Цей прохід наночастинок може бути посилений завдяки орієнтації за допомогою магнітів [38].

В експерименті з закриття аневризми магніти, розміщені на зовнішньому тілі експериментальних кроликів, використовувались для спрямування магнітних мікрочастинок у циркуляцію до області протягом принаймні 30 хвилин. Хоча аневризматична реканалізація спостерігалась через 12 тижнів під час спостереження, це було важливим дослідженням щодо можливих нових способів лікування аневризм [39].

Інше дослідження, проведене в 2014 році, показало, що сперми, що зазнали впливу магнітного поля, є більш стійкими [40].

Використання магнітів у стоматології

Магніти також використовувались в ортодонтичних операціях. Рух закопаного кореня зуба назовні у випадку перелому зуба може бути досягнутий за допомогою магнітів через 9–12 тижнів. Потім коріння, що простягається, може бути реформовано такими методами, як порцелянове покриття [41]. Неодимові магніти використовуються з покриттями, оскільки вони не стійкі до корозії та поступової втрати міцності [42].

Висновок

У нашому житті все частіше використовуються електронні пристрої. Викопне паливо замінюється відновлюваними джерелами енергії - родовищем, яке все частіше використовує рідкісноземельні елементи. Ці елементи застосовуються в електромобілях та вітряних турбінах. Хоча проблеми із закупівлями та високі ціни змушують виробників шукати альтернативи, рідкісноземельні елементи все ще використовуються в численних технологіях, і через їхній попит слід враховувати наслідки впливу цих потужних магнітів на здоров’я, а також їх вплив на довкілля.

У цьому огляді були коротко пояснені історія, визначення та властивості рідкісноземельних магнітів. Крім того, грунтуючись на результатах, грубо досліджених з проведених дотепер досліджень, ми дійшли висновку, що магніти, особливо неодимові магніти, впливають на системи організму, тканини, органи, хвороби та лікування. Хоча вони використовувались у різних діагностичних приладах у секторі охорони здоров’я та як терапевтичні засоби, магніти потенційно шкідливі для організму та створюють підвищений ризик нещасних випадків. Незважаючи на недостатнє вивчення впливу неодимових магнітів, вони, як видається, мають великий потенціал як для діагностичних, так і для терапевтичних процедур.

Виноски

Конфлікт інтересів: Автори не заявляли про конфлікт інтересів.

Розкриття інформації про фінанси: Автори заявили, що це дослідження не отримало фінансової підтримки.