Krátky prehľad o vplyve magnetických polí na neurologické choroby 2. časť

V bunkovej membráne môžu receptory alebo kanálové proteíny fungovať aj ako páky alebo antény, aktivované rezonančnými javmi. Je to preto, že prvky nabitých molekúl môžu byť adresované "nešpecificky" vhodnými rezonančnými frekvenciami EMF (obr. 1).

Bunková membrána je dôležitou súčasťou bunky a jedným z kľúčových mechanizmov na zaznamenávanie pamäte. Bunková membrána je tenký film zložený z dvojitej vrstvy lipidových molekúl, ktorý obklopuje a chráni rôzne organely a chemikálie vo vnútri bunky. Zohráva dôležitú úlohu pri zavádzaní vonkajších látok do bunky a udržiavaní stability vnútorného a vonkajšieho prostredia bunky a úzko súvisí aj s ľudskou pamäťou.

Bunková membrána môže nielen zavádzať látky do bunky, ale aj prenášať signály z jedného neurónu do druhého prostredníctvom neurotransmiterov. Preto je dôležitým kanálom pre neurotransmisiu a úzko súvisí s ľudským učením a pamäťou. Ľudskú pamäť vysvetľuje psychológia a neuroveda. Z dlhodobého hľadiska sa spolieha najmä na zmeny morfológie a funkcie synapsií v mozgovej kôre.

Pamäť je úzko spojená s neurónmi, pretože spojenie medzi neurónmi tvorí fyzikálny a chemický základ našej pamäte. Lipidy, proteíny a ďalšie zlúčeniny v bunkovej membráne hrajú dôležitú úlohu v spojení medzi neurónmi. Napríklad z hľadiska štruktúry a funkcie postsynaptickej membrány hrajú zásadnú úlohu proteíny na bunkovej membráne. Podporujú uvoľňovanie neurotransmiterov a aktivitu neurotransmiterových receptorov na postsynaptickej bunkovej membráne.

Okrem toho, že bunková membrána zohráva úlohu v neurónových spojeniach, môže tiež zaznamenávať pamäť prostredníctvom oscilačných signálov špecifických pre danú oblasť. Napríklad celkový potenciálny rozdiel možno použiť na vnímanie emocionálnych zážitkov a zapamätanie si konkrétnych scén, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu pri formovaní ľudskej pamäti. Stručne povedané, úloha bunkových membrán v pamäti úzko súvisí s ľudskou pamäťovou neurológiou, takže udržanie funkcie a stability bunkovej membrány je jedným z dôležitých prvkov ochrany zdravia ľudskej pamäte.

V každodennom živote je udržiavanie zdravia bunkových membrán nevyhnutné pre udržanie zdravej pamäte. Rozumná strava, pravidelné cvičenie, dostatočný spánok a duševné zdravie sú dôležité spôsoby, ako udržať funkciu bunkovej membrány. Konzumácia potravín bohatých na esenciálne mastné kyseliny (ako sú ryby a orechy) a dopĺňanie správnych živín a vlákniny môže zároveň pomôcť udržať normálnu funkciu bunkových membrán. Tieto návyky sú dobré nielen pre fyzické zdravie, ale tiež pomáhajú udržiavať zdravie ľudskej pamäte. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche má antioxidačné, protizápalové účinky a účinky proti starnutiu, ktoré môžu pomôcť znížiť oxidačné a zápalové reakcie v mozgu, a tým chrániť zdravie nervový systém. Okrem toho môže Cistanche tiež podporovať rast a opravu nervových buniek, čím zvyšuje konektivitu a funkciu neurónových sietí. Tieto účinky môžu pomôcť zlepšiť pamäť, schopnosť učenia a rýchlosť myslenia a môžu tiež zabrániť výskytu kognitívnej dysfunkcie a neurodegeneratívnych ochorení.

Kliknite na Know, aby ste zlepšili krátkodobú pamäť

Po tomto kroku signálnej kaskády sa vyvolajú sekundárni poslovia a to iniciuje „klasické“ dráhy [38, 41, 60]. Sekundárne, downstream udalosti sú vyvolané napr. prostredníctvom receptorových tyrozínkináz, PIP2 (fosfatidylinozitol 4,5-bifosfát ), PIP3 (fosfatidylinozitol 3,4,5-trifosfát) a lipidová fosfatáza PTEN (homológ fosfatázy a tenzínu).

PIP3 môže signalizovať ďalej cez Akt a samotný Akt je centrom mnohých ďalších signálnych dráh(1): pre syntézu proteínov pôsobiacu na rast, diferenciáciu, migráciu atď. Prúd Ca++ vyvolaný VGCC môže indukovať mnohé signálne kaskády.

Magnetická zložka EMP môže pôsobiť na tvorbu radikálov a v prostredí s kyslíkom aj na radikálové formy kyslíka (ROS). Ďalej môže byť indukovaná byspin-tripletová reorientácia aj smerová zložka. Kryptochrómy (CRY) to môžu spustiť a viesť k produkcii ROS. Mitochondrie môžu byť tiež zdrojom produkcie ROS, ako aj dusičnanového kyslíka (NO).

NO a ROS môžu tiež reagovať na peroxynitrid (ONOO-). Toto následne aktivuje IκB a NFκB a to môže vyvolať bunkové reakcie, ktoré vedú napríklad k akejsi „predpríprave“ a ochrane.

Terciárne reakcie vznikajú v jadre epigenetickou modifikáciou génovej expresie alebo priamou génovou reguláciou, čo vedie k (2) redoxnej homeostáze, prežitiu buniek a rastu alebo (3) zmene génovej expresie alebo napr. zmenám v bunkovom cykle.

Ako poslovia môžu NO a tiež ROS indukovať aktiváciu antioxidačnej dráhy Nrf2 a prejavovať ochranné účinky [61, 62] so znížením biomarkerov bunkového a oxidačného poškodenia.

Čo sa týka produkcie NO, Chinon a spol. [63] pozorovali, že zvýšené hladiny NO u pacientov s cievnou mozgovou príhodou po TMS sú spojené s aktivitami nervovej syntetázy oxidu dusnatého (nNOS) a/alebo endoteliálneho NOS (eNOS), ale nie s indukovateľnou expresiou NOS (iNOS). Cho et al.[5] ukázali, že ELF-EMF (60 Hz, 2 mT) zvýšilo expresiu a aktiváciu nNOS v mozgoch potkanov [63].

Na rozdiel od toho je aktivácia nNOS a eNOS závislá od iónov vápnika a existuje veľa správ, že biologické účinky ELF-EMF súvisia s kontrolou vápnikových kanálov [64].

Preto pozorovaný mechanizmus zvýšenej tvorby a metabolizmu NO môže súvisieť s tokom vápnika a iónov. Amplifikácia prostredníctvom toku vápnika môže tiež poskytnúť prostriedky, ktorými by sa membránou sprostredkované účinky EMP mohli preniesť do bunky [41, 57]. Bunkové miesto ukladania Ca2+ na báze F-aktínu sa nachádza v submembranecytoskelete [38].

Transport Ca2+ do bunky môže pôsobiť mnohými inými dráhami a organelami. Ďalšie bunkové deje sú vyvolané prostredníctvom receptorových tyrozínkináz (RTK), fosfatidylinozitolu 4,5-bifosfátu (PIP2), fosfatidylinozitolu 3,4,{ {6}}trifosfát (PIP3) a homológ lipidovej fosfatázy a tenzínu (PTEN).

PIP3 môže aktivovať dráhy prostredníctvom serín/treonín kinázy Akt a samotný Akt je centrom rôznych signálnych dráh. Tieto signálne kaskády môžu byť teda funkčne prístupné rôznymi mechanizmami [38] (obr. 1).

Yao a kol. [65] tiež ukázali, že účinky PEMF môžu ovplyvniť aj génovú expresiu, keďže in vitro zistili, že PEMF podporuje diferenciáciu prekurzorových buniek oligodendrocytov.

Boli hlásené aj epigenetické zmeny, keďže repetitívne TMS aplikované na frontálny kortex prebudených myší vyvolávajú na dopamínovom D2 receptore závislé pretrvávajúce zmeny CDK5 (cyklín-dependentná kináza 5) a PSD-95 (proteín postsynaptickej hustoty 95-člen skupiny guanylátkináza spojená s membránou) hladiny proteínov špecificky v stimulovanej oblasti mozgu [66].

Tieto modifikácie boli spojené so zmenami histónacetylácie v oblasti ich génového promótora a tejto udalosti sa zabránilo podaním inhibítora históndeacetylázy. Consoles a kol. [67] predložili kritický prehľad epigenetických zmien vyvolaných hlbokou mozgovou stimuláciou a TMS u pacientov s Parkinsonovou chorobou a neurónov z rôznych experimentálnych zvieracích modelov.

V periférnych krvných mononukleárnych bunkách pacientov s AD Capelli et al. [28] testovali schopnosť nízkofrekvenčného PEMF modulovať génovú expresiu v bunkových funkciách, ktoré sú dysregulované pri AD (tj BACE1). Pozorovali, že LF-PEMF môže stimulovať epigenetickú reguláciu sprostredkovanú miRNA, čo by viedlo k opätovnému vyváženiu dráh deregulovaných v patologickom stave.

Sú však potrebné ďalšie štúdie na molekulárnej úrovni týkajúce sa komplexnej siete epigenetických signálov a možnosti potenciálnych nepriaznivých účinkov.

AD myši vykazovali dlhodobé poškodenie kognície a pamäti po expozícii PEMF, čo viedlo k symptómom AD u týchto myší [68]. Autori tejto štúdie tvrdia, že EMF môže zvýšiť oxidačný stres a to môže súvisieť s autofagickou dysfunkciou pozorovanou u týchto zvierat. Vyššia frekvencia MHz a dlhšie trvanie autofágie môže viesť k demyelinizácii v mozgoch myší [69].

Na rozdiel od toho, v súlade s javmi EMFokien a intenzít, Marchesi et al. [70] zistili, že autofágia je pozitívne modulovaná v ľudských neuroblastomabunkách prostredníctvom priameho vystavenia nízkofrekvenčným elektromagnetickým poliam.

Ako navrhovaný mechanizmus autori uvádzajú invitro expresiu mikroRNA sekvencie, ktorá ovplyvňuje autofágiu prostredníctvom Beclin1, ortológu expresie génu 6 súvisiaceho s autofágiou a BEC-1.

Autori tejto štúdie diskutujú o pozitívnom cytoprotektívnom účinku autofágie pri odstraňovaní proteínových agregátov v bunkách pri chorobách, ako je AD.

Výrazne zvýšená expresia génov plasticity 24 hodín po prerušovanej stimulácii Theta burst (iTBS) v porovnaní s falošnou TBS bola zistená v bunkovom modeli podobnom ľudskému neurónu [71].

Tento špecifický účinok poskytuje podporu pre široko predpokladané mechanizmy plasticity, ktoré sú základom účinkov iTBS na excitabilitu ľudskej kôry. Produkcia ROS je ďalším molekulárnym spojením týkajúcim sa magnetickej stimulácie.

Zmeny v bunkových hladinách ROS, vyvolané zariadeniami PEMF, môžu vysvetliť ich priaznivé a hojivé účinky. Je zaujímavé, že koncentrácie ROS indukované takýmito zariadeniami sú oveľa nižšie ako koncentrácie indukované oxidačným stresom [72, 73].

Paradoxne, ROS hrá prospešnú úlohu tým, že stimuluje antioxidačnú obranu a reparačné dráhy a terapeutické účinky PEMF boli dokumentované v niekoľkých patológiách zahŕňajúcich definované bunkové mechanizmy [74].

PEMF môže stimulovať rýchlu akumuláciu ROSin cicavčích buniek [72]. Po expozícii PEMF sa rast buniek spomalí a indukujú sa gény reagujúce na ROS [72]. Tieto účinky vyžadujú prítomnosť kryptochrómu, predpokladaného magnetosensora, ktorý syntetizuje ROS.

Kryptochrómy sú všadeprítomne exprimované flavoproteíny, ktoré podliehajú konformačnej zmene a vytvárajú aradikálny pár v prítomnosti svetla alebo magnetických polí [75, 76]. Naopak, pozitívny účinok vystavenia magnetickému poľu bol zaznamenaný počas zotavovania sa zo záchvatov u Drosophilalarvae [77].

Podobne je tento účinok závislý od kryptochrómu, čo naznačuje magneticky citlivú, fotochemickú radikálovú párovú reakciu v kryptochróme, ktorá mení hladiny neuronálnej excitácie. Nakoniec opakovaný TMS pri nízkej intenzite indukuje prerastanie axónov a synaptogenézu, ktoré môžu opraviť nervový okruh v situáciách in vivo a ex vivo, ako je postlézny axonálny rast a olivocerebelárna reinervácia u myši.

Táto oprava závisí od komplexných biomimetických vzorov, ktoré sú obzvlášť účinné, a od prítomnosti kryptochrómu [78].

Tieto protichodné výsledky týkajúce sa koncentrácie ROS možno vyriešiť jedinou expozíciou produkcii ROS indukovanej ELFPEMF v ľudských osteoblastoch bez zníženia intracelulárneho glutatiónu [79].

Opakovaná expozícia PEMF však znížila hladiny ROS, čo naznačuje zmeny v reakcii na antioxidačný stres. Vychytávanie radikálov znížilo účinok PEMF na funkciu osteoblastov [73].

Dospelo sa teda k záveru, že PEMF vyvolal netoxické množstvá ROS a že reakcie na ROS generované PEMF môžu tiež viesť k predkondicionovaniu týchto buniek (81).

7. Závery

Táto kompilácia správ týkajúcich sa magnetickej a EMF stimulácie pri neurologických ochoreniach vykresľuje komplexný obraz v dôsledku mnohých variácií v trvaní, intenzite, rezonančných efektoch, ako aj efektoch okna. V tomto rukopise sme sa pokúsili určiť dôležité molekulárne a bunkové biologické väzby na spojenie nízkofrekvenčných elektromagnetických polí odvodených zo štúdií na zvieratách a klinických štúdií.

Okrem iných faktorov môže tento prechod iniciovať pokojový potenciál stresovaných, zapálených alebo ohrozených buniek a viesť k zlepšeným výsledkom u týchto pacientov s neurologickými poruchami [81].

Receptory a kanály citlivé na náboj vložené do bunkovej membrány môžu aktivovať rôzne signálne kaskády vedúce k rôznym sekundárnym bunkovým a tkanivovým reakciám, ako je syntéza proteínov, rast, migrácia a diferenciácia. Zdôrazňujeme tiež dôležitosť tvorby ROS, najmä z mitochondrií s ich veľmi vysokým potenciálom vonkajšej membrány.

Táto organela musí zvládnuť reťazec prenosu elektrónov, ktorý prichádza s rizikom úniku elektrónov, čo vedie k produkcii ROS a NO. Obaja poslovia, ako aj súvisiace signálne kaskády, majú schopnosť vyvolať epigenetické a genetické zmeny, ktoré môžu v konečnom dôsledku viesť k zmenám v génovej expresii, ktoré môžu ovplyvniť prežitie buniek, redoxnú homeostázu a mnoho ďalších bunkových reakcií.

V porovnaní s elektrickou väzbou zostáva úloha „magnetických interakcií“ kontroverzná. Novoobjavený domnelý magnetosensor, kryptochróm, má potenciál presunúť zameranie na EMF, PEMF a TMS efekty na ich magnetickú zložku. Preto je dôležité, aby biofyzika a súvisiace disciplíny skúmali mechanizmus kvantových radikálových párov a úlohu kryptochrómov [82, 83].

S množstvom publikácií, ktoré sa v tejto oblasti objavili v posledných rokoch, teraz začíname lepšie chápať kauzálne princípy spájania EMP s biologickými javmi.

Hallet [8] poznamenal, že TMS je silným nástrojom pre klinického neurofyziológa, najmä v diagnostike neurologických porúch. Pretože väčšina týchto účinkov je mierna a často prechodná, je potrebné ďalšie skúmanie, aby sme pochopili základné princípy týchto účinkov vyvolaných EMP.

Je potrebné dôkladnejšie porozumieť elektrickej povahe vnútorných komponentov bunky, ako sú organely a biomolekuly mitochondrií využívajúcich nano-kamienkové senzory, aby sa určil mechanizmus pre širšie šírenie vnútorných bunkových elektrických polí. Vývojom presných meraní EMF vo vnútri bunky možno lepšie pochopiť tieto obmedzenia EMF-magnetických a TMS štúdií.

8. Autorské príspevky

MF poskytla základné pojmy a princípy fyziky a magnetoterapie pre príslušné choroby. RHWF popisuje biologické princípy magnetických a elektromagnetických účinkov a klinické účinky. RHWF vykonala konečnú úpravu rukopisu.

9. Etický súhlas a súhlas s účasťou

Neuplatňuje sa.

10. Poďakovanie

Práca uvedená v tomto prehľade bola čiastočne financovaná saským ministerstvom vedy a vzdelávania, GWT, HZDR a TUD (projekt NeuroMaX).

11. Financovanie

Tento výskum nezískal žiadne externé financovanie.

12. Konflikt záujmov

Autori nedeklarujú žiadny konflikt záujmov

13. Referencie

[1] Zhang Z, Luan F, Xie C, Geng D, Wang Y, Ma J. Nízkofrekvenčná transkraniálna magnetická stimulácia je prospešná pre zvýšenie synaptickej plasticity v starnúcom mozgu. Výskum neurálnej regenerácie. 2015;10: 916–924.

[2] Pell GS, Roth Y, Zangen A. Modulácia kortikálnej excitability indukovaná opakovanou transkraniálnou magnetickou stimuláciou: vplyv časovania a geometrických parametrov a základných mechanizmov. Pokrok v neurobiológii. 2011, 93: 59–98.

[3] Panagopoulos DJ, Margaritis LH. Identifikácia "okna" intenzity na bioefekty žiarenia mobilných telefónov. International Journal of Radiation Biology. 2010; 86: 358–366.

[4] Marko S. Markov. "Biologické okná": Pocta W. RossAdeymu. Environmentalista. 2005, 25: 67–74.

[5] Cho SI, Nam YS, Chu LY, Lee JH, Bang JS, Kim HR a kol. Bioelektromagnetické. 2012, 33: 568–574.

[6] Parkin B, Ekhtiari H, Walsh V. Neinvazívna stimulácia ľudského mozgu v kognitívnej neurovede: Primer. Neuron.2015;87: 932–945.

[7] Dayan E, Censor N, Buch ER, Sandrini M, Cohen LG. Neinvazívna stimulácia mozgu: od fyziológie k dynamike siete a späť. Prírodné neurovedy. 2013;16: 838–844.

[8] Hallett M. Transkraniálna magnetická stimulácia: primer. Neuron. 2007, 55: 187–199.

[9] Ziemann U, Rothwell JC, Ridding MC. Interakcia medzi intrakortikálnou inhibíciou a facilitáciou v motorickej kôre človeka. Journal of Physiology. 1996, 496: 873-881.

[10] Beitz JM. Parkinsonova choroba: prehľad. Frontiers in Bioscience.2014;6: 65–74.

[11] Vadalà M, Vallelunga A, Palmieri L, Palmieri B, MoralesMedina JC, Iannitti T. Mechanizmy a terapeutické aplikácie elektromagnetickej terapie pri Parkinsonovej chorobe. Správanie a funkcie mozgu. 2015; 11:26.

[12] Morberg BM, Malling AS, Jensen BR, Gredal O, Bech P, Wermuth L. Parkinsonova choroba a transkraniálne pulzné elektromagnetické polia: Randomizovaná klinická štúdia. Pohybové poruchy.2017;32: 625–626.

For more information:1950477648nn@gmail.com