Короткий огляд про вплив магнітних полів на неврологічні захворювання Частина 2

У клітинній мембрані рецептори або канальні білки також можуть функціонувати як важелі або антени, активовані явищами резонансу. Це пояснюється тим, що до заряджених елементів молекули можна звертатися «неспецифічно» за допомогою відповідних резонансних частот ЕМП (рис. 1).

Клітинна мембрана є важливим компонентом клітини та одним із ключових механізмів для запису пам’яті. Клітинна мембрана — це тонка плівка, що складається з подвійного шару молекул ліпідів, яка оточує та захищає різні органели та хімічні речовини всередині клітини. Він відіграє важливу роль у введенні зовнішніх речовин у клітину та підтримці стабільності внутрішнього та зовнішнього середовища клітини, а також тісно пов’язаний з пам’яттю людини.

Клітинна мембрана може не тільки вводити речовини в клітину, але й передавати сигнали від одного нейрона до іншого за допомогою нейромедіаторів. Таким чином, це важливий канал для передачі нейронів і тісно пов’язаний з навчанням і пам’яттю людини. Людську пам'ять пояснюють психологія та неврологія. У довгостроковій перспективі це головним чином залежить від змін у морфології та функції синапсів у корі головного мозку.

Пам’ять тісно пов’язана з нейронами, оскільки зв’язок між нейронами формує фізичну та хімічну основу нашої пам’яті. Ліпіди, білки та інші сполуки клітинної мембрани відіграють важливу роль у зв’язку між нейронами. Наприклад, з точки зору структури та функції постсинаптичної мембрани білки клітинної мембрани відіграють життєво важливу роль. Вони сприяють вивільненню нейромедіаторів і активності рецепторів нейромедіаторів на мембрані постсинаптичної клітини.

Окрім ролі в нейронних зв’язках, клітинна мембрана також може записувати пам’ять за допомогою специфічних для регіону коливальних сигналів. Наприклад, загальна різниця потенціалів може бути використана для сприйняття емоційних переживань і запам'ятовування конкретних сцен, відіграючи важливу роль у формуванні пам'яті людини. Коротше кажучи, роль клітинних мембран у пам’яті тісно пов’язана з неврологією людської пам’яті, тому підтримка функції та стабільності клітинної мембрани є одним із важливих елементів захисту здоров’я пам’яті людини.

У повсякденному житті підтримка здоров’я клітинних мембран має важливе значення для підтримки здорової пам’яті. Розумна дієта, регулярні фізичні вправи, достатній сон і психічне здоров’я є важливими способами підтримки функціонування клітинної мембрани. У той же час споживання продуктів, багатих на незамінні жирні кислоти (таких як риба та горіхи), а також правильні поживні речовини та харчові волокна також можуть допомогти підтримувати нормальну функцію клітинних мембран. Ці звички корисні не тільки для фізичного здоров'я, але й допомагають підтримувати здоров'я людської пам'яті. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і цистанхе може значно покращити пам’ять, оскільки цистанхе має антиоксидантну, протизапальну та антистарільну дію, що може допомогти зменшити окисні та запальні реакції в мозку, тим самим захищаючи здоров’я нервова система. Крім того, Cistanche також може сприяти росту та відновленню нервових клітин, тим самим покращуючи зв’язок і роботу нейронних мереж. Ці ефекти можуть допомогти покращити пам’ять, здатність до навчання та швидкість мислення, а також можуть запобігти виникненню когнітивної дисфункції та нейродегенеративних захворювань.

Натисніть Знати, щоб покращити короткочасну пам'ять

Після цього етапу сигнального каскаду викликаються вторинні месенджери, які ініціюють «класичні» шляхи [38, 41, 60]. Вторинні, нижчі події викликаються, наприклад, через рецепторні тирозинкінази, PIP2 (фосфатидилінозитол 4, 5-біфосфат ), PIP3 (фосфатидилінозитол 3,4,5-трифосфат) і ліпідна фосфатаза PTEN (гомолог фосфатази та тензину).

PIP3 може передавати сигнали через Akt, а сама Akt є центром багатьох інших сигнальних шляхів (1): для синтезу білка, що впливає на ріст, диференціацію, міграцію тощо. Потік Ca++, викликаний VGCC, може індукувати багато сигнальних каскадів.

Магнітна складова ЕМП може впливати на утворення радикалів, а в середовищі з киснем також на радикальні форми кисню (АФК). Крім того, спін-триплетна переорієнтація також може індукувати спрямований компонент. Криптохроми (CRY) можуть викликати це та призвести до виробництва АФК. Крім того, мітохондрії можуть бути джерелом виробництва АФК, а також кисню азоту (NO).

NO і ROS, у свою чергу, також можуть реагувати на пероксинітрид (ONOO-). Це, у свою чергу, активує IκB і NFκB, і це може викликати клітинні реакції, наприклад, що призводить до свого роду «попереднього кондиціонування» та захисту.

Третинні реакції виникають у ядрі через епігенетичну модифікацію експресії генів або пряму регуляцію генів, що призводить до (2) окисно-відновного гомеостазу, виживання та росту клітин або (3) зміненої експресії генів або, наприклад, змін у клітинному циклі.

Як месенджери NO, а також АФК можуть індукувати активацію антиоксидантного шляху Nrf2 і проявляти захисні ефекти [61, 62] зі зменшенням клітинних біомаркерів та біомаркерів окисного пошкодження.

Щодо виробництва NO, Chinon та ін. [63] помітили, що підвищені рівні NO у пацієнтів з інсультом після ТМС пов’язані з активністю нейральної синтетази оксиду азоту (nNOS) та/або ендотеліальної NOS (eNOS), але не з індуцибельною експресією NOS (iNOS). Cho та інші [5] показали, що КНЧ-ЕМП (60 Гц, 2 мТл) посилює експресію та активацію nNOS у мозку щурів [63].

Навпаки, активація nNOS та eNOS залежить від іонів кальцію, і існує багато повідомлень про те, що біологічні ефекти КНЧ-ЕМП пов’язані з контролем кальцієвих каналів [64].

Таким чином, спостережуваний механізм підвищеного утворення та метаболізму NO може бути пов’язаний із потоком іонів кальцію. Посилення через потік кальцію також може забезпечити засоби, за допомогою яких опосередковані мембраною ефекти ЕМП можуть переноситися в клітину [41, 57]. Клітинний сайт накопичення Ca2+ на основі F-актину розташований у підмембранному цитоскелеті [38].

Транспорт2+ Ca2+ у клітину може впливати на багато інших шляхів і органел. Інші клітинні події викликаються через рецепторні тирозинкінази (RTK), фосфатидилінозитол 4,5-біфосфат (PIP2), фосфатидилінозитол 3,4,{ {6}}трифосфат (PIP3), а також гомолог ліпідфосфатази та тензину (PTEN).

PIP3 може активувати шляхи через серин/треонін-кіназу Akt, і сама Akt є центром різноманітних сигнальних шляхів. Отже, ці сигнальні каскади можуть бути функціонально доступні різними механізмами [38] (рис. 1).

Яо та ін. [65] також показали, що ефекти PEMF також можуть впливати на експресію генів, оскільки вони виявили in vitro, що PEMF сприяє диференціації клітин-попередників олігодендроцитів.

Також повідомлялося про епігенетичні зміни, оскільки повторювані TMS, застосовані до лобової кори пробуджених мишей, індукують залежні від рецептора дофаміну D2 стійкі зміни CDK5 (циклін-залежна кіназа 5) та PSD-95 (білок постсинаптичної щільності 95-член групи мембранно-асоційована гуанілаткіназа) рівні білка, зокрема в стимульованій області мозку [66].

Ці модифікації були пов’язані зі змінами ацетилювання гістону в області промотору їхнього гена, і цю подію вдалося запобігти введенням інгібітора гістондезацетилази. Консолі та ін. [67] представили критичний огляд епігенетичних змін, викликаних глибокою стимуляцією мозку та ТМС як у пацієнтів із хворобою Паркінсона, так і в нейронах з різних експериментальних моделей тварин.

У мононуклеарних клітинах периферичної крові пацієнтів з AD Capelli et al. [28] перевірили здатність Low Frequency-PEMF модулювати експресію генів у клітинних функціях, які порушуються при AD (тобто BACE1). Вони помітили, що LF-PEMF може стимулювати епігенетичну регуляцію, опосередковану мікроРНК, що призведе до відновлення балансу шляхів, дерегульованих у патологічному стані.

Однак необхідні подальші дослідження на молекулярному рівні щодо складної мережі епігенетичних сигналів і можливості потенційних несприятливих ефектів.

У мишей з БА спостерігалося тривале погіршення пізнання та пам’яті після впливу PEMF, що призвело до появи симптомів АД у цих мишей [68]. Автори цього дослідження стверджують, що ЕМП може посилити окислювальний стрес, і це може бути пов’язано з дисфункцією аутофагії, яка спостерігається у цих тварин. Вища частота МГц і більша тривалість аутофагії можуть призвести до демієлінізації в мозку миші [69].

Навпаки, відповідно до явищ вікон та інтенсивностей ЕМП, Marchesi et al. [70] виявили, що аутофагія позитивно модулюється в клітинах нейробластоми людини шляхом прямого впливу низькочастотних електромагнітних полів.

В якості запропонованого механізму автори цитують експресію in vitro послідовності мікроРНК, яка впливає на аутофагію через Beclin1, ортолог пов’язаного з аутофагією гена 6, і експресію BEC-1.

Автори цього дослідження обговорюють позитивний цитопротекторний ефект аутофагії на очищення білкових агрегатів у клітинах при таких захворюваннях, як AD.

Значно посилена експресія генів пластичності через 24 години після інтермітуючої тета-вибухової стимуляції (iTBS) порівняно з фіктивною TBS була виявлена ​​на моделі людських нейроноподібних клітин [71].

Цей специфічний ефект підтримує широко припущені механізми пластичності, що лежать в основі впливу iTBS на збудливість кори головного мозку людини. Виробництво АФК є ще одним молекулярним зв’язком щодо магнітної стимуляції.

Зміни рівнів АФК у клітинах, викликані пристроями PEMF, можуть пояснити їх сприятливі та цілющі ефекти. Цікаво, що концентрації АФК, індуковані такими пристроями, значно нижчі, ніж ті, що індукуються окисним стресом [72, 73].

Парадоксально, але АФК відіграє сприятливу роль, стимулюючи антиоксидантний захист і шляхи відновлення, а терапевтичні ефекти PEMF були задокументовані в кількох патологіях, що включають певні клітинні механізми [74].

PEMF може стимулювати швидке накопичення ROS у клітинах ссавців [72]. Після впливу PEMF ріст клітин сповільнюється, і індукуються гени, що реагують на ROS [72]. Ці ефекти вимагають наявності криптохрому, передбачуваного магнітосенсора, який синтезує АФК.

Криптохроми — це повсюдно експресовані флавопротеїни, які зазнають конформаційних змін і генерують радикальні пари в присутності або світла, або магнітних полів [75, 76]. Навпаки, повідомлялося про позитивний ефект впливу магнітного поля під час відновлення судом у дрозофілалярв [77].

Подібним чином цей ефект залежить від криптохрому, що свідчить про магніточутливу фотохімічну реакцію радикальної пари в криптохромі, яка змінює рівні збудження нейронів. Нарешті, повторювана ТМС низької інтенсивності індукує розростання аксона та синаптогенез, що може відновити нейронний ланцюг у ситуаціях in vivo та ex vivo, таких як розростання аксона після пошкодження та реіннервація оливо-мозочка у миші.

Ця репарація залежить від особливої ​​ефективності складних біоміметичних моделей і наявності криптохрому [78].

Ці суперечливі результати щодо концентрації АФК можна вирішити одноразовим впливом індукованого ELFPEMF виробництва АФК в остеобластах людини без зменшення внутрішньоклітинного глутатіону [79].

Проте повторний вплив PEMF знижував рівень ROS, що вказує на зміни у реакції на антиоксидантний стрес. Видалення радикалів зменшило вплив PEMF на функцію остеобластів [73].

Таким чином, зроблено висновок, що PEMF викликав нетоксичну кількість ROS і що реакції на ROS, створені PEMF, також можуть призвести до попереднього кондиціонування цих клітин [81].

7. Висновки

Ця компіляція звітів щодо магнітної та ЕМП стимуляції при неврологічних захворюваннях малює складну картину через численні варіації тривалості, інтенсивності, резонансних ефектів, а також віконних ефектів. У цьому рукописі ми намагалися визначити важливі молекулярні та клітинні біологічні зв’язки для поєднання низькочастотних електромагнітних полів, отриманих під час досліджень на тваринах і клінічних досліджень.

Серед інших факторів, потенціал спокою стресових, запалених або скомпрометованих клітин може ініціювати цей перехід і призвести до покращення результатів для цих пацієнтів з неврологічними розладами [81].

Чутливі до заряду рецептори та канали, вбудовані в клітинну мембрану, можуть активувати різноманітні сигнальні каскади, що призводять до різних вторинних клітинних і тканинних реакцій, таких як синтез білка, ріст, міграція та диференціація. Ми також підкреслюємо важливість генерації АФК, особливо з мітохондрій з їх дуже високим потенціалом зовнішньої мембрани.

Ця органела має керувати ланцюгом перенесення електронів, що супроводжується ризиком виходу електронів, що призводить до виробництва АФК та ​​NO. Обидва месенджери, а також пов’язані з ними сигнальні каскади мають здатність індукувати епігенетичні та генетичні зміни, які зрештою можуть призвести до змін у експресії генів, що може вплинути на виживання клітин, окисно-відновний гомеостаз та багато інших клітинних реакцій.

Порівняно з електричним зв’язком, роль «магнітних взаємодій» залишається суперечливою. Нещодавно знайдений передбачуваний магнітосенсор, криптохром, має потенціал перемістити фокус ефектів ЕМП, ПЕМП і ТМС на їхній магнітний компонент. Тому важливо, щоб біофізика та суміжні дисципліни досліджували механізм пар квантових радикалів і роль криптохромів [82, 83].

Завдяки численним публікаціям у цій галузі за останні роки ми починаємо краще розуміти причинно-наслідкові принципи зв’язку ЕМП із біологічними явищами.

Халлет [8] зазначив, що ТМС є потужним інструментом для клінічного нейрофізіолога, особливо в діагностиці неврологічних розладів. Оскільки більшість із цих ефектів є помірними та часто минущими, необхідні подальші дослідження, щоб зрозуміти основні принципи цих ефектів, викликаних ЕМП.

Необхідно більш глибоке розуміння електричної природи внутрішніх компонентів клітини, таких як органели та біомолекули мітохондрій, використовуючи нанокамінчасті датчики для визначення механізму більш широкого поширення внутрішніх клітинних електричних полів. Завдяки розробці точних вимірювань ЕМП усередині клітини можна краще зрозуміти ці обмеження досліджень ЕМП-магнітного та ТМС.

8. Авторські внески

MF надав основні концепції та принципи фізики та магнітної терапії відповідних захворювань. RHWF описує біологічні принципи магнітних та електромагнітних ефектів і клінічні ефекти. RHWF виконав остаточне редагування рукопису.

9. Етичне схвалення та згода на участь

Не застосовується.

10. Подяка

Робота, згадана в цьому огляді, була частково профінансована Міністерством науки та освіти Саксонії, GWT, HZDR і TUD (проект NeuroMaX).

11. Фінансування

Це дослідження не отримало зовнішнього фінансування.

12. Конфлікт інтересів

Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів

13. Література

[1] Zhang Z, Luan F, Xie C, Geng D, Wang Y, Ma J. Низькочастотна транскраніальна магнітна стимуляція корисна для посилення синаптичної пластичності старіючого мозку. Дослідження нервової регенерації. 2015; 10: 916–924.

[2] Pell GS, Roth Y, Zangen A. Модуляція коркової збудливості, спричинена повторюваною транскраніальною магнітною стимуляцією: вплив часових і геометричних параметрів і основних механізмів. Прогрес нейробіології. 2011; 93: 59–98.

[3] Панагопулос DJ, Маргарітіс LH. Виявлення «вікна» інтенсивності біоефектів випромінювання мобільного телефону. Міжнародний журнал радіаційної біології. 2010; 86: 358–366.

[4] Марко С. Марков. «Біологічні вікна»: Данина В. РоссАдею. Еколог. 2005, 25: 67–74.

[5] Cho SI, Nam YS, Chu LY, Lee JH, Bang JS, Kim HR та ін. Надзвичайно низькочастотні магнітні поля модулюють передачу сигналів оксиду азоту в мозку щурів. Біоелектромагнетика. 2012; 33: 568–574.

[6] Parkin B, Ekhtiari H, Walsh V. Non-invasive Human BrainStimulation in Cognitive Neuroscience: A Primer. Нейрон.2015; 87: 932–945.

[7] Даян Е., Цензор Н., Бух Е.Р., Сандріні М., Коен Л.Г. Неінвазивна стимуляція мозку: від фізіології до мережевої динаміки і назад. Природна нейронаука. 2013; 16: 838–844.

[8] Халлетт М. Транскраніальна магнітна стимуляція: Початок. нейрон. 2007; 55: 187–199.

[9] Ziemann U, Rothwell JC, Ridding MC. Взаємодія між інтракортикальним гальмуванням і полегшенням у моторній корі людини. Журнал фізіології. 1996; 496: 873–881.

[10] Beitz JM. Хвороба Паркінсона: огляд. Frontiers in Bioscience.2014; 6: 65–74.

[11] Vadalà M, Vallelunga A, Palmieri L, Palmieri B, MoralesMedina JC, Iannitti T. Механізми та терапевтичне застосування електромагнітної терапії при хворобі Паркінсона. Поведінка та функції мозку. 2015; 11: 26.

[12] Morberg BM, Malling AS, Jensen BR, Gredal O, Bech P, Wermuth L. Хвороба Паркінсона та транскраніальні імпульсні електромагнітні поля: рандомізоване клінічне дослідження. Розлади руху.2017; 32: 625–626.

For more information:1950477648nn@gmail.com