Применение постоянных магнитов в ветеринарии

Редкоземельные магниты из сплава неодим-железо-бор повсеместно применяют в медицине. Многие передовые технологии и открытия в лечебном деле разрабатываются именно за счет использования постоянных магнитов.

В медицинской промышленности по потреблению постоянных неодимовых магнитов NdFeB лидирует производство Магнитно Резонансных Томографов. Для их создания используются мощные магниты большох размеров. Применение неодимовых магнитов в медицинских томографах позволяет добиться однородности магнитного поля, не потребляя электричество, не требуют системы охлаждени применяемой в электромагнитах.

Практически вся работа диагностического оборудования основана на работе постоянных магнитов. Примером могут служить тонометры для измерения давления человека, как артериального, так и глазного давления. Например, глазной тонометр индикатор служит для обнаружения глаукомных заболеваний на ранней стадии.

Незаменимы в медицине специальные приборы, применяемые в хирургии и микрохирургии, для извлечения из тканей инородных тел (осколки железа, стали и т. п.). Их действие также основано на постоянных магнитах без включения в сеть.

Неодимовые магниты используют для лечения пациентов непосредственно магнитным полем. Для этого создают магнитные повязки на глаза, голову, налокотники, наколенники, пояса, аппликаторы на шею и др. Предназначены для снятия болевого синдрома и воспалительных процессов, а также для лечения заболеваний сосудов, суставов, органов дыхания путем воздействия постоянного магнитного поля на биологически активные зоны.

В настоящее время в медицинской практике все более широкое применение находят методы немедикаментозного лечения, в том числе магнитотерапии. Разностороннее действие последней, ее широкое применение при многих заболеваниях, доступность и сравнительная дешевизна метода обусловили интерес к лечебным и профилактическим эффектам магнитных полей.

История лечения человека и животных с помощью магнитных полей (МП) насчитывает столетия, однако серьезные исследования механизмов их терапевтического действия проведены лишь в течение нескольких последних десятилетий. Среди ученых и практикующих врачей нет однозначного мнения о действенности или бесполезности магнитотерапии. Множество научных и лечебных лабораторий и институтов США, Японии, Германии, Швеции занимаются проблемами магнитной терапии, но многие вопросы механизма лечебного действия магнитных полей остаются неразрешенными. Это обуславливает актуальность научного обоснования показаний и противопоказаний к применению магнитных полей в лечебных целях.

Существует широкий круг медицинских приборов и устройств, методов диагностики и лечения, способов борьбы с различными медицинскими проблемами, в которых магнитные явления и свойства магнитных материалов не только с успехом используются, но их применение является научно оправданным. Другие идеи по использованию магнитов в медицине только начинают воплощаться в жизнь, но их перспективность уже очевидна.

В настоящее время не возникает сомнений в диагностической значимости нерентгенологического метода исследования внутренних органов и тканей человека — магнитно-резонансной томографии, где не используются рентгеновские лучи, что делает данный метод безопасным для большинства людей. При проведении данной процедуры обследуемая часть тела пациента помещается в однородное импульсное МП большой интенсивности.

Магниты в последнее время все чаще используются для более точного и менее инвазивного введения в организм больного различных инструментов и лекарств в ходе лечебных и диагностических процедур. Управление движением в этом случае осуществляется с помощью МП, например при проведении эндоваскулярных манипуляций.

Влиянию МП на тело человека и животных посвящено множество статей, однако в большинстве из них описаны эффекты, оказываемые полями радиои микроволновой частоты или, в последние годы, промышленной частоты (50−60 Гц). Кроме того, исследования биоэффектов МП чаще проводились на примере изучения больших постоянных МП, обычно составляющих несколько Тесла (несколько десятков тысяч Гаусс). Тем не менее, основные механизмы воздействия магнитных полей на биологические организмы, позволяющие развивать магнитную терапию, известны: 1) усиление кровотока и улучшение кислородтранспортной функции крови (оба эти явления лежат в основе способности организма к самовосстановлению) 2) изменение скорости миграции ионов кальция, в результате чего, с одной стороны, кальций быстрее поступает в поврежденную костную ткань (например, при переломах), и она быстрее восстанавливается, а с другой стороны, кальций быстрее вымывается из больного пораженного артритом сустава 3) изменение кислотно-щелочного баланса (pH) различных жидкостей в теле человека и животных (дисбаланс часто является следствием патологического процесса) 4) изменение выработки (чаще повышение) гормонов эндокринными железами 5) изменение ферментной активности и скоростей различных биохимических процессов 6) улучшение макрои микрореологии крови за счет изменения (как правило, снижения) ее вязкости.

Магнитотерапия (лечебное использование постоянных, импульсных и переменных магнитных полей) применяется в медицине для профилактики и лечения многих заболеваний. Индукция (у поверхности полюса) применяемых в лечебных целях магнитов (постоянных керамических магнитофоров или индукторов — электромагнитов) составляет, стандартно, порядка 25−40 миллитесл (соответствует 250−400 Гаусс) для постоянного, до 50 мТл — для пульсирующего и 1−5 мТл (в геометрическом центре цилиндрического индуктора-соленоида) для переменного магнитного поля.

Аппликатором магнитным, с индукцией постоянного поля 10 миллитесл (100 Гауссов) — воздействуют по 8−10 часов в сутки. Его крепят пластырем к биологически активным точкам (БАТ), носят в виде кулона или клипс, а также на поясе. Для магнитопунктуры (акупрессура, точечный массаж с помощью магнитного аппликатора с индукц. до 50 мТл) применяют игольчатые или шаровидные насадки на магнит, воздействуя на биоточки в течение 20−30 секунд (нажатием 5−7 раз на каждую БАТ, последовательно меняя полярность). Полюса магнитов действуют по-разному, в зависимости от полярности и времени суток. Южный полюс магнита — оказывает успокаивающее действие, северный — тонизирующее. Если нет под рукой стандартного магнитного иппликатора для точечного массажа, его может заменить любая подходящая по форме и размеру железка, если её намагниченность не превышает 30мТл (это, а ещё и полярность, легко можно выяснить с помощью обычного походного, туристического компаса (смотри рисунок 4) — если есть превышение тридцатки по индукции, то его стрелка начнёт реагировать, отклоняться с расстояния, дальше 15 сантиметров).

Суммарная индукция всех установленных пациенту магнитных индукторов постоянного поля — не должна превышать 50 миллитесл (примерная сила магнитов от обоих наушников обычного плеера), при пятнадцатиминутной непрерывной процедуре. Импульсные источники — до 500−1400 мТл в сотые доли секунды.

Тело живого организма с магнитной точки зрения представляет собой инертный материал, благодаря его основной составляющей — воде. В целом вода диамагнитна, т. е. слабо отталкивается магнитными полями. Под действием МП электроны молекул воды могут слегка корректировать свое движение, создавая при этом МП противоположного направления, примерно в тысячу раз меньше приложенного. При удалении магнитных полей электроны возвращаются на свои первоначальные орбиты, и молекулы воды снова становятся немагнитными. Однако, по мнению некоторых ученых, при воздействии магнитных полей могут происходить изменения клатратных структур воды, состоящих из метастабильных плоских пятиили шестиугольников из молекул воды [3, 9]. Образование и распад таких метастабильных комплексов сопровождается изменениями проницаемости мембран. Так, установлено влияние переменного магнитного поля с индукцией 0,045 мТл на структуру липопротеидных комплексов мембран эритроцитов, что приводит к снижению их осмотической резистентности.

Под воздействием магнитных полей химическая структура воды не меняется, изменяется лишь структура и сила сцепления ряда химических соединений. Известно, что при магнитной обработке воды молекулы CaCO теряют способность выпадать в осадок в виде плотного осадка и кристаллизуются в виде мелкодисперсной взвеси. При контакте воды, подвергшейся магнитной обработке, с уже выделившимися солями происходит их частичное растворение, а также разрушение до мелкого легкоудаляемого состояния.

Согласно теории некоторых биофизиков, свободные ионы кальция рассматриваются как своеобразные «магниторецепторы». Последние могут участвовать в порождении общего «магнитного чувства» организма через механизм трансформации внешней магнитной энергии в нервные импульсы. Возможно, это происходит по механизму образования аквакомплексов Ca²⁺, при котором мгновенно снижается концентрация биоактивных ионов кальция во внеклеточной жидкости, уменьшается величина потенциала покоя (деполяризация) пресинаптических нейронов, повышается проницаемость мембран для входа Na⁺ и для выхода К⁺, появляются импульсы у «молчавших» нейронов. Аналогичный механизм предполагается и при образовании крупномолекулярных аквакомплексов Ca²⁺ и соответствующем уменьшении содержания биоактивных ионов кальция в пресинаптических окончаниях нейронов. магнитотерапия ветеринария феррит Свидетельства магнитной навигации у птиц и рыб, подверженных сезонным миграциям, укрепили теорию влияния геомагнитного поля Земли на жизнедеятельность, в последующем такая закономерность была отмечена у организмов, стоящих на более низких ступенях эволюционной лестницы (моллюсков, червей, растений и т. д.). Эксперименты о жизни в МП позволило утверждать, что электромагнитные поля (ЭМП) являются необходимой составляющей жизни, хотя большинство компонентов человеческого тела являются слабо диамагнитными. Обнаружено, что многие организмы содержат в небольших количествах сильно магнитные материалы, обычно магнетиты (Fe₃O₄). Интересно, что некоторые бактерии содержат такое количество магнитных частиц, что они вызывают ориентацию бактерии по линиям магнитных полей Земли. Кристаллы магнетитов присутствуют также в теле голубей, пчел, многих млекопитающих, даже в мозге человека. Если частицы магнетита расположены в определенном месте, они могут локально усиливать эффекты слабых МП, например, изменять поток ионов через мембраны клеток или тип электрического пропускания нервных клеток.

Наиболее вероятные физико-химические эффекты МП на биологический объект: ориентационная перестройка обладающих собственным магнитным моментом химически свободных молекул — радикалов, жидкокристаллических макромолекулярных структур, металлопротеидов (гемоглобин, каталаза, витамины) и молекул воды в виде клатратных структур.

Электрически активной частью клетки, преобразующей химическую энергию в электрическую, является клеточная мембрана, которая представляется в виде эквивалентных распределенных электрических цепей, в которых коллективные возбуждения вызывают электрохимические эффекты за счет перераспределения зарядов по цепи. Наблюдается целый каскад последовательных реакций во внутримембранных доменах жидкокристаличиских липидов и упорядоченных мембранных белках. На внешней поверхности мембраны клеток (плазмолеммы) имеется надмембранный функциональный слой — гликокаликс, толщина которого составляет около 3−4 нм, он встречается практически у всех животных клеток. Гликокаликс представляет собой ассоциированный с плазмолеммой гликопротеиновый комплекс, формирующий своеобразные электрохимические «антенны». Они представляют собой анатомический субстрат для первичного обнаружения слабых электрохимических колебаний в околоклеточной жидкости, включая потенциалы ЭМП, возникающие в деятельности смежных клеток, а также выступают как первичные компоненты ткани при воздействии естественных низкочастотных электромагнитных полей. Рецепторная функция плазмолеммы связана с локализацией на ней специальных структур — рецепторов, в роли которых выступают гликопротеиды и гликолипиды биологических мембран. Именно с функцией рецепторов связаны важные биологические функции клеток: осуществление транспортной функции, клеточной коммуникации, развитие иммунных реакций, распознавание гормонов, медиаторов, антигенов и т. д. Низкочастотные магнитные поля воздействуют как непосредственно на специфические рецепторы, так и на магниточувствительные фазовые переходы в процессе связывания активного центра рецептора с лигандом.

Внутриклеточные ферменты, посредники метаболических процессов и функции роста, использовались рядом исследователей как молекулярные маркеры трансдукции ЭМП. Исследования продемонстрировали чувствительность к внешним ЭМП в каждой из связанных с мембраной группе ферментов, включающих аденилатциклазу гуанилатциклазу, протеинкиназы, и орнитин декарбоксилазу. В цитоплазме, в частности, активированные ионнозависимые протеинкиназы осуществляют важнейшие биологические внутриклеточные процессы, такие как экспрессия генов, активация ферментов, синтез белка, рост, дифференциация и пролиферация клетки, хемотаксис.

В цитоплазме в качестве возможных внутриклеточных «мишеней» резонансного влияния низкочастотного МП рассматриваются следующие биохимические процессы: перенос фосфатной группы (РО₄3^-), включая фосфорилирование и дефосфорилирование белков, синтез и гидролиз макроэргов. В качестве возможного биоэлектромагнетика внутри клетки высказывалась мысль о существовании своеобразного синхрофазотрона митохондрий, обеспечивающего пространство клетки протонами и макроэргическими соединениями. Митохондрии и дыхательные цепи содержат в себе полный набор ферментов, участвующих в окислении, а также АТФ и железосодержащие белки-цитохромы. Каждая молекула цитохрома содержит 4 связанных между собой атома железа, каждый из этих атомов способен мгновенно и обратимо менять свою валентность в присутствии внешнего ЭМП, при этом легко отдавать или захватывать электрон. Наряду с ферментативным окислением, в котором принимают участие входящие в состав дыхательных цепей ферменты, прежде всего дегидрогеназы, в митохондрии вместе с тем происходит и неферментативное свободнорадикальное окисление, участие в котором принимает и Fe, входящее в состав цитохромов. Участие Fe в окислении заключается в катализации этого процесса, то есть в переводе свободнорадикального окисления из простого цепного в цепное разветвленное, что в геометрической прогрессии увеличивает количество продуктов этого вида окисления, в том числе ионов водорода и электронов. Соединенные между собой 4 атома Fe в молекуле цитохрома с постоянно переходящими между ними электронами представляют собой сверхминиатюрную электромагнитную систему, которая подвержена влиянию внешних ЭМП.

На ядро клетки и генетический аппарат прямое действие электромагнитных полей не является удивительным. Большинство биохимических и физиологических реакций в микрои макромире планеты происходят в своеобразном строго заданном электромагнитном окружении составляющих его элементов, изменяющихся во времени по заранее написанной программе, характерной только для данного объекта [54]. Принимая во внимание тот факт, что способ регулирования динамического состояния внутриклеточных процессов нашим генетическим аппаратом, а также способностью осуществлять саморегуляцию в зависимости от изменения внешних условий толкает на размышление о существовании механизмов эволюционной адаптации. Действительно, низкочастотные пульсации ЭМП в пространственном слое Земля имеют схожие ритмы с альфа-ритмами головного мозга человека, что отражает неразрывную связь внешних и внутренних ритмов. Данная зависимость в частности была продемонстрирована в эксперименте, когда воздействие низкочастотного МП вызывало быструю преходящую внутриклеточную экспрессию белков теплового шока, которые определяют широкий диапазон клеточных ответов на повреждение. Высказываются гипотезы о влиянии геомагнитного поля Земли на ход эволюционных процессов и разнообразие жизнедеятельности на нашей планете.

Многие не делают должного различия между формой магнитной терапии, основанной на действии умеренных статических полей от постоянных магнитов, и более распространенной формой магнитной терапии, основанной на импульсных полях электромагнитов. Импульсные магнитных полей существенно отличаются от постоянных, поскольку, в соответствии с уравнениями Максвелла, изменяющееся во времени МП индуцирует электрическое поле. Электрические поля оказывают выраженное воздействие на биологические процессы, в частности на нервные и мускульные клетки, о чем мы знаем еще со времен Гальвани и его опытов с ножками лягушек. Много лет назад FDA (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США) одобрило использование импульсных магнитных полей в «стимуляторах роста костей» для лечения плохо срастающихся переломов и «магнитной стимуляции» — воздействия импульсных полей на мозг и другие компоненты нервной системы. В настоящее время подобные работы ведутся весьма интенсивно. В частности, показано, что при лечении депрессии, навязчиво-компульсивном и биполярном расстройствах, шизофрении, эпилепсии, болезни Паркинсона многообещающим средством является транскраниальная (внутричерепная) магнитная стимуляция (TMS), при которой пациент получает сотни импульсов мощного переменного МП величиной до 1 Тл и более длительностью в миллисекунду каждый. Однако подобные формы магнитно-импульсной терапии основаны на биологических эффектах от индуцируемых электрических полей и в корне отличаются от терапии с применением статических полей постоянных магнитов. TMS используется в больницах Соединенных Штатов, Европы и Австралии в качестве обычной лечебной процедуры.

Показания к магнитотерапии: атеросклероз, заболевания нервной системы, гипертония, боли в сердце и сердцебиение, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, отёки, заболевания кожи, неврозы и др. Магнитотерапия улучшает реологические свойства крови: повышается её текучесть.

Иногда крупному рогатому скоту вместе с сеном и соломой попадают кусочки упаковочной проволоки, используемой при тюковании. С профилактической целью в рубец и сетку коровам вводят магнитный зонд Меликситяна или Белановского— Коробова, работа которых так же основана на неодимовых магнитах.

Мощные магниты позволили сделать большой скачок в развитии микрохирургии глаза, кардиологии, ортопедии, физиотерапии, онкологии и других областях медицины. Их высокие магнитные характеристики позволили перейти на новый уровень разработок и научных достижений.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ к применению магнитов: выраженная гипотония, склонность к кровотечениям, системные заболевания крови, беременность, тяжелое течение ишемической болезни сердца, инсульт, злокачественные новообразования, послеоперационный период (при опасности кровотечений), наличие металлических имплантантов, острые инфекционные заболевания и лихорадочные состояния неясной этиологии, индивидуальная непереносимость.

Омагничивание воды. При магнитной (на больших градиентах, в постоянном, переменном или пульсирующем магн. поле; для этого можно использовать электромагниты и соленоиды) активации жидкостей, в том числе и воды при их турбулентном движении (что, эквивалентно действию переменного магнитн. поля), в результате обработки — происходит размалывание кластеров (это легче осуществляется при достаточно высоких температурах рабочего вещества). Омагниченные жидкости приобретают повышенную текучесть, более однородную структуру и высокую растворяющую способность.

Турбулентность — вихревые потоки (вортексы, Vortex), деформирующие водяные ассоциаты / кластеры разных размеров (особенно — массивных).

Намагниченная вода — легче усваивается организмом, улучшает проницаемость биологических мембран тканевых клеток, чистит сосуды, снижает избыточное количество холестерина в крови и печени, регулирует артериальное давление, нормализует обмен веществ, способствует выведению камней из почек, поэтому — широко применяется в медицине (с использованием физиотерапевтических приборов), для лечения и профилактики многих болезней, а так же в сельском хозяйстве — для полива растений (одновременно, с растворением и выносом в глубокие горизонты солей — улучшаются почвы, рекультивируются солончаки) и замачивания семян. Полезные, лечебные свойства, после активации, сохраняются у жидкости — в течение первых часов (может быть и дольше, в зависимости от параметров обработки: химического состава, наличия ионов железа и хлоридов, заряда частиц взвесей, достаточной дегазации, величины рH и условий хранения — температуры, вибраций, наводок от внешнего электромагнитного излучения и уровня радиационного фона).

Для быстрой магнитной активации воды нужны достаточно мощные магниты силой 100−200 мТл (1000−2000 Гаусс) и почти непосредственный их контакт с водой (для питьевой воды — через тонкую, герметичную перегородку), учитывая быстрое уменьшение индукции магнитного поля с расстоянием (на порядок — в четырёх-пяти сантиметрах от полюсной поверхности керамических кольцевых магнитов). Оптимальная, при омагничивании, скорость потока воды — 0.5−2 метра в секунду. Взаимное расположение полюсов активатора в реверсивной (отталкиваются) двухмагнитной системе — N-S S-N или S-N N-S. Водный поток проходит через силовые линии маг. полей разного направления. Расстояние между магнитами (они располагаются внутри герметичного корпуса или снаружи — надетые на устье воронки, на пластмассовую лейку, или на обычный резиновый / пластиковый шланг) — пять-десять сантиметров. Если есть в наличии много штук постоянных ферромагнитов, можно собрать многореверсную схему для полива огорода или водоснабжения: N-SS-NN-SS-N… (поток воды многократно пересекает магнитные поля разного направления), нанизав их на пластиковую трубу (что предпочтительнее, т.к. проще в сборке / модификации, и более гигиенично, чем корпусные модели, которые сложнее очищать).

Дальность эффективного действия магнитного поля (100−200 мТл) на жидкость — составляет лишь первые сантиметры от поверхности полюса магнита. В десяти-пятнадцати сантиметрах — индукция на два порядка меньше максимальной, что недостаточно для омагничивания воды. Хороший пример устройств для магнитной обработки воды — модели СО-2/3, выпускавшиеся ещё во времена СССР.

Применение постоянных магнитов в медицине возможно благодаря параметрам материала NdFeB, обеспечивающим необходимую интенсивность и однородность поля. (Например, в ЯМР томографе.) Среди прямых воздействий магнитного поля на организм, можно отметить нормализацию периферийного кровообращения, уменьшение степени бактериального поражения тканей, противовоспалительный эффект.