电磁麻醉可行性的分析

胡大伟，任新元，樊素雄

新疆农六师五家渠医院 麻醉科，新疆五家渠 831300

0 前言

随着现代科技的进步和社会经济的迅猛发展，各种电子产品、电力设备被大量应用到人们生活环境中，人为产生的电磁场已逐渐成为威胁人体以及其他生物体健康和安全的环境污染因子。自从1976 年由荣获诺贝尔医学和生理学奖的德国马普生物物理化学研究所的Erwin Neher和Bert Sakmann发明了膜片钳技术以来，截至目前，已为越来越多的磁疗设备的研制和参数选择提供一个理论依据，且该领域的相关研究已成为生物工程学界的研究热点[1]。现今，研究电磁场对人体影响的也文献越来越多，所涉及的学科也越来越广，这里简单介绍电磁麻醉的基本原理。

电磁麻醉是通过电磁场产生的作用力抑制动作电位在神经传导中的电荷，阻滞其向靶器官传导而达到与麻醉相同作用的一种方法。

1 电磁场的作用

电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称 。电磁场由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

生物电磁效应主要研究生物系统与电磁场的相互关系和相互作用，与生命科学、环境科学、生物医学工程学以及电磁学都有密切的关系。其主要研究内容包括三方面。

1.1 生物体的电磁特性及与生命活动的关系

1929年，伯格发现了脑电波；1972年，科恩等利用超导量子干涉仪（Superconducting Quantum Interference Device，SQUID）测得高质量的脑磁图。现在，人们已经认识到人体中存在心磁场、脑磁场、神经磁场、肝磁场和肺磁场等多种磁场，还发现工频强磁场长期连续暴露可导致家兔脑电图（EEG）慢波增多[2]。测量并研究生物体自身的电磁特性，对认识生命活动本质和探索新的医学诊断治疗原理和方法有极为重要的意义。

1.2 电磁场的生物效应

外加电磁场和环境电磁场对生物系统的各种影响，如移动手机对人体大脑的影响问题就是典型的电磁场的生物效应问题。英国牛津儿童癌症研究中心报告说：“居住在距离高压线200m范围内的儿童罹患白血病的危险，比那些居住在距离高压线600m开外地区的孩子高69%。家电和办公设备产生的低压，也会产生同样的影响，这与外加磁场所产生的电磁效应通过丰富的神经网络传导于靶组织，该处离子在电磁效应的影响下，活动度增加，导致细胞内外离子交换的速度增加[3-4]。”

1.3 利用生物电磁效应丰富各种诊断和治疗手段和提高诊治效果

利用生物电磁效应，可以研究新的疾病诊断方法。如各种人体磁图能提供人体的生理和病理状态的信息。异常和正常的磁图比较，可作为诊断疾病的有效手段。而且磁场具有镇静、止痛、减轻炎症反应的作用这可能同胆硷酯酶、单胺氧化酶、组胺酶和激肽酶的活性增强有关[5-7]。

2 神经传导通路

按照信息的传导方向可把神经通路分为上行性和下行性两种。前者主要是向高位中枢包括大脑皮层，输入感觉信息，又称感觉性神经通路；后者主要是传递控制肢体及内脏运动的信息，又称运动性神经通路。

2.1 上行性神经通路

包括来自皮肤的浅部感觉和深部感觉两类。而传导躯干、四肢这些感觉的神经通路至少有3条：后索（背索）通路、脊髓丘脑束和脊颈束通路，都经后根进入脊髓，更换神经元后至丘脑，再上至大脑皮层。脊颈束通路的功能介于上述两者之间，传导精细触觉和痛、温觉。头面部的一般躯体感觉主要由三叉神经传入中枢，中继后上行至丘脑，最后到达大脑皮层。

2.2 下行性神经通路

凡由大脑皮层或皮层下中枢发出纤维，终止于脑干和脊髓的运动性核团，再经周围神经至效应器的通路，都叫下行性神经通路。主要包括：起自大脑皮层的皮层脊髓束和皮层核束（皮层脑干束），它们分别止于脊髓前角运动细胞和脑干运动核，自此再发出轴突至骨骼肌，执行随意运动。

3 电磁麻醉的方法

3.1 电磁麻醉的设备及特性

电磁麻醉机是与手术床体相结合的能够释放足够强度磁场的可控封闭变频电磁发生器。其特点是：与手术床体结合合理利用有限的手术空间；可控封闭性要在减少电磁污染的同时达到有效释放的目的；变频是根据人体动作电位脉冲调节磁场有效强度的变化频率。

电源：能够提供稳定有效的能量供应。

生命体征监护仪：能够屏蔽和克服残余磁场干扰而提供准确的人体生命体征信息。

3.2 操作方法

（1）监护设备：患者接上监护设备，导线应按磁场线圈缠绕方向围绕患者，监护仪离开患者身体。

（2）磁场位置：按照安培（右手）定律，将电磁线圈逆行放置在患侧神经传导防线，上肢可以选择近端肢体，腹部胸部手术选择与脊髓传导相反的方向，或直接放置在头部下方与大脑皮层向丘脑传导方向相反。

3.3 磁场的选择

因为感应的电流在兴奋性组织内的分布是不均匀的，与线圈的半径、匝数、放置方向和流入线圈电流的导数和方向有关。其次，增大电流密度的有效途径是利用电场强度及线性叠加性，采用多线圈组合产生较大的电场强度[12]。所以，动作电位幅度约为90～130mV。神经纤维的动作电位一般历时约0.5～2.0ms，再利用麦克斯韦方程组的积分形式反映空间某区域的电磁场量（D、E、B、H）和场源（电荷q、电流I）之间的关系（见下面公式），以便能够通过麦克斯韦方程组和安培定律推算磁场能够抑制50%的动作电位，就能观察出及测量到的功能损失[13]，并根据动作电位变化的方式改变频率，从而有效保证磁场阻滞的稳定性。王明时等[14]已从时空两域阐述神经纤维对不同时变磁场诱导作用下的阈下响应行为,这对线圈的刺激电流的选择和线圈尺寸的设计都具有指导意义。

麦克斯韦方程组的积分形式：

4 电磁麻醉的优势

4.1 与局部麻醉比较

无损伤，不接触神经，不刺破皮肤。

不会发生血肿，没有穿刺过程，不会损伤血管，更不会发生血肿。

无感染，没有伤口，不会增加感染途径。

4.2 与全身麻醉比较

（1）操作简单，便于控制，只需要调节磁场的强度和频率就能调节对靶器官的麻醉深度。

（2)麻醉过程可逆，调节电磁线圈的方向就能改变神经的抑制与优化，并且能在术后有较强的治疗作用。

（3）对非靶器官的影响小，各个器官电磁场不同，通过对磁场的频率调控能有效调节靶器官的阻滞作用，增加安全性。

所以，电磁麻醉是一个新型的麻醉方式方法，为麻醉事业的发展拓宽思路，应用前景广阔，但其安全性和可控性还需进一步探讨和研究。

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