Онкологическая электромагнитная терапия (ЭМТ) — лечение онкологических заболеваний с применением электромагнитных полей.
Классификация и терминология
Диапазоны электромагнитной терапии
В онкологической ЭМТ применяются как постоянные (стационарные, СЭМП), так и переменные электромагнитные поля (ПЭМП, электромагнитное излучение). В целях лечения, под электромагнитным понимается неионизирующее излучение (ионизирующее излучение является предметом лучевой терапии). В рамках неионизирующего излучения выделяют радиоволновой и оптический диапазоны, а в рамках радиоволнового — собственно радиочастотный и микроволновой.
Виды электромагнитного сопряжения
Источником излучения в радиоволновом диапазоне является радиочастотный колебательный контур , схематически состоящий из катушки индуктивности, конденсатора (ёмкости), антенны и соединяющих проводников. ЭМ энергия в каждой половине цикла попеременно запасается в магнитном поле катушки или в электрическом поле конденсатора и покидает контур посредством излучения с антенны. Задачей ЭМТ является передача РЧ-энергии из колебательного контура в тело пациента (сопряжение ). Эта задача может решаться несколькими способами. Ёмкостное сопряжение осуществляется в ёмкостной части контура (конденсатор): энергия электрического поля передаётся посредством реполяризационного нагрева диэлектрика, селективность нагрева обеспечивается различиями в диэлектрической проницаемости (ε). В чистом виде присутствует в совершенном диэлектрике (не обладающем проводимостью). Кондуктивное (резистивное) сопряжение осуществляется в проводящей части контура (резистор): энергия электрического поля передаётся посредством джоулевого нагрева проводника, селективность нагрева обеспечивается различиями в сопротивлении (R). В чистом виде присутствует в совершенном проводнике (не обладающем ёмкостью). Импедансное сопряжение — комплексное сопряжение несовершенного диэлектрика. Поскольку любой биологический объект является несовершенным диэлектриком, то есть обладает одновременно ёмкостью и проводимостью, он характеризуется комплексным сопростивлением — импедансом. Энергия передаётся как посредством джоулевого нагрева, так и реполяризацией диэлектрика; селективность нагрева обеспечивается различиями в импедансе (Z), имеющем ёмкостную и резистивную составляющие. Индуктивное сопряжение осуществляется в индуктивной части контура (катушка индуктивности): энергия магнитного поля передаётся посредством возбуждения наведённых вихревых токов в проводящих средах, селективность нагрева обеспечивается различиями в магнитной проницаемости (μ). Эти виды сопряжения реализуются в пределах ближнего поля , когда расстояние до объекта меньше длины волны, т. е. в радиочастотном диапазоне (<300 МГц). Биологический объект непосредственно взаимодействует c РЧ-контуром (является его частью). Излучательное (электромагнитное) сопряжение осуществляется в дальней области электромагнитного поля , т. е. когда расстояние до объекта превышает двойную длину волны. Энергия электромагнитного поля передаётся посредством абсорбции плоской волны, селективность нагрева обеспечивается различиями в коэффициенте поглощения электромагнитной энергии (SAR). Используется в УКВ-диапазоне и оптическом диапазоне.
Виды онкологической электромагнитной терапии
В зависимости от вида сопряжения выделяют несколько видов ЭМТ:
Электротерапия (кондуктивное сопряжение): Гальванизация (постоянный ток) — электрохимическая терапияJing-Hong L, Ling XY. Electrochemical Therapy of Tumors. Conference Papers in Medicine, Vol. 2013 (2013), Article ID 858319, 13 pю https://dx.doi.org/10.1155/2013/858319 (тж. электроканцерная терапия (Норденстрем)Biologically Closed Electric Circuits: Clinical, Experimental and Theoretical Evidence for an Additional Circulatory System. Nordenstrom BEW. Nordic Medical Publ, Stockholm, 1983 — 358 p.Exploring BCEC-Systems (Biologically Closed Electric Circuits). Nordenstrøm BEW. Nordic Medical Publ, Stockholm, 1998 — 112 p.); Собственно электротерапия (переменный ток) — электрохирургия, радиочастотная термоабляция ; Электрополевая терапия: Электростатическая (постоянное поле) — электропорация, электропермеабилизация (электрохимиотерапия , электрогенная трансфекция ); Собственно электрополевая терапия (переменное поле, ёмкостное и импедансное сопряжение) — противоопухолевые поля (TTF) , модулированная электрогипертермия, температурная гипертермия; Магнитотерапия (индуктивное сопряжение): Статическая магнитотерапия (магнитная индукция) — не применяется в конвенциональной медицине; Собственно магнитотерапия (электромагнитная индукция) — гипертермия (в настоящее время не применяется); Собственно электромагнитная терапия (излучательное сопряжение) — температурная гипертермия, микроволновая высокоинтенсивная термотерапия (TURF, TUMT ), микроволновая термоабляция , фотодинамическая терапия, лазерная термотерапия .
Термические и нетермические эффекты электромагнитной терапии
Поглощение энергии электромагнитного поля клетками и тканями может приводить к повышению температуры или выполнению работы; во втором случае только часть энергии направляется на повышение температуры (пропорционально КПД процесса). Ожидаемый эффект ЭМТ может быть связан или с нагревом (повышением макроскопической температуры) (термозависимый эффект), или с выполнением работы по модификации/разрушению клеток и тканей (нетермозависимый эффект). При этом нетермозависимость эффекта не означает отсутствия нагрева, поскольку КПД работы значительно ниже 100%, а наличие нагрева не эквивалентно термозависимости эффекта, поскольку часть энергии неизбежно затрачивается на выполнение работы (КПД нагрева также значительно ниже 100%). Таким образом, любой вид ЭМТ является сочетанием термозависимых (определяемых повышением температуры биологического объекта) и нетермозависимых (не зависящих от температуры биологического объекта) эффектов; их соотношение определяется КПД процесса.
На раннем этапе развития ЭМТ значение и само существование нетермозависимых эффектов в области высокочастотных полей отрицалось, что привело к формированию "термальной догмы", сводившей воздействие высокочастотной ЭМТ исключительно к нагреву. В настоящее время нетермозависимые эффекты высокочастотной ЭМТ достоверно показаны и широко используются в медицине и онкологии.
История онкологической электромагнитной терапии
Электромагнитная терапия до 1950 г.: радиочастотная эра и формирование «термальной догмы» Начало электромагнитной терапии (ЭМТ) положили работы Николя ТеслыTesla N. Massage with Currents of High Frequency. Elec Eng. 1891; 12:679. в США и Арсена д’Арсонваля во Франции. Оба считали основным действующим механизмом непосредственное воздействие переменных электромагнитных полей (ПЭМП) на ткани и клетки, а неизбежный нагрев тканей рассматривали как нежелательный эффектd’Arsonval A: Action physiologique de courants alternatifs a grand fréquence. Arch Physiol Norm et Pathol, 1893; 5:401-408, 780-790..
д’Арсонваль считается «отцом» ЭМТ, поскольку всесторонне исследовал ёмкостной и индуктивный методы ЭМТ и является автором первой технологии ЭМТ, названной по его имени дарсонвализациейd’Arsonval A: Action de l ’electricite sur les étres vivants. Expose des Titres et Traveaux Scientifique de Dr. A. d’Arsonval. Paris: lmprimerie de la Cours d’Appel, 1894d’Arsonval A: Dispositifs pour la mesure des courants alternatifs de toutes fréquences. CR Soc Biol (Paris), May 1896; 21:450-1.. Для снижения «нежелательного нагрева» и повышения «полевых эффектов» в дарсонвализации применялось высокое напряжение при низкой силе тока.
Тесла и д’Арсонваль не создали приемлемой концепции механизма действия ПЭМП, а также на смогли предоставить доказательств нетермических эффектов. д’Арсонваль пытался показать его на бактериях и токсинах, а Тесла сообщил о нетермическом летальном воздействии высокочастотных полей на Mycobacterium tuberculosis, но результаты были неубедительнымиSusskind C. The "Story" of nonionizing radiation research. Bull NY Acad Med. 1979; 55(11):1152:62..
Около 1905 г. Фон Зенек изобрел диатермиюvon Zeynek RR, von Bemd E, von Preysz W. Ueber Thermopenetration, Wien. klin. Woch., 1908, xxi, 517., первую технологию электромагнитной термотерапии, направленную исключительно на нагрев тканей, для чего применялась высокая сила тока при низком напряжении. Между 1910 и 1920 гг. диатермия сформировалась в её классическом виде как метод глубокого, преимущественно ёмкостного нагрева с частотой 0.5-2 МГц и силой тока 1-3 ACumberbatch EP. Diathermy — its production and use in medicine and surgery. London, 1921.. В отличие от дарсонвализации, термотерапия имела простую, понятную и очевидную концепцию, основанную на повышении кровотока, с непосредственно наблюдаемым спазмолитическим и быстрым трофическим эффектом.
Быстрое развитие диатермии связано в основном с именем НагельшмидтаNagelschmidt F. The Thermal Effects produced by High-frequency Currents, and the Therapeutical Uses of Diathermic Treatment. Proc R Soc Med. 1911; 4(Electro Ther Sect): 1-12., который впервые заявил, что нагрев является единственным эффектом ЭМП. С этого момента началась борьба термической и нетермической концепций ЭМТ. Ввиду отсутствия доказательств, уже в 20-х гг. нетермическая концепция эффекта ПЭМП стала считаться ненаучной.
В 1920 г. был изобретен магнетрон, что позволило получать частоты до 150 МГц и открыло радиочастотную (РЧ) эру в электромедицине. В 1928 г. было обнаружено, что температура тела вблизи коротковолновых излучателей повышается на 2-3 градусаHosmer HR. Heating effect observed in a high frequency static field. Science. Oct 1928; 68(1762):325-7.. Так был открыт излучательный метод нагрева. В 1931 г. Уитни, вице-президент "Дженерал Электрик", разработал "Радиотерм", первое специализированное гипертермическое устройство c рабочей частотой около 20 МГцMedicine: Hot Box; Hot Bag. Times, Monday, Apr. 22, 1935..
Происхождение и сущность гипертермии Гипертермия как способ "перегрева" тканей сверх физиологического лихорадочного максимума 41°С выделилась из т. н. "фебрильной (лихорадочной) терапии", известной с конца XIX века. В 20-х гг. XX века гиперпирексия была идентифицирована как самостоятельный лечебный фактор фебрильной терапии, что привело к развитию электромагнитных методов внешнего нагрева. Рождение термина "гипертермия" связано с изобретением известным американским изобретателем и филантропом Кеттерингом первой системы для общей гипертермии "Гипертерм", получившей широкое распространение в СШАMedicine: Fever Therapy. Times, Monday, Apr. 12, 1937. С 60-х гг. XX века гипертермия рассматривается как самостоятельный метод.