БИОМЕДИЦИНСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ

BIOMEDICAL APPLICATIONS OF ELECTRICAL STIMULATION

Alevtina Gazukina

student, Sevastopol State University

Russia, Sevastopol

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается обзор и влияние биомедицинских применений электромиостимуляции. ЭМС имеет широкий спектр воздействия на клетки, что позволяет активно использовать в регенеративной медицинеНа сегодняшний день данная процедура широко применяется для реабилитации пациентов после травм, с заболеваниями центральной и периферической нервных систем.

Целью статьи является исследование и описание воздействия электромиостимуляции на различные cистемы тела человека.

Ключевые слова: электростимуляция, тканевая инженерия, мышечная система, ионофорез, заживление ран.

Электромиостимуляция (далее – ЭМС) - это неинвазивный и немедикаментозный физический стимул нервов и мышечной системы. ЭМС обладает широким спектром биомедицинских эффектов (рисунок 1).

В приведенных источниках литературы указано, что способствует заживлению и регенерации костей как в экспериментах на животных, так и при клиническом лечении. Недавние исследования, демонстрирующие положительные остеогенные эффекты ЭМС на клеточном и молекулярном уровне, дают интригующий ключ к пониманию основных механизмов, с помощью которых он способствует заживлению.

На молекулярном уровне электромиостимуляция может способствовать транспортировке как заряженных, так и незаряженных биомолекул через биологические мембраны с помощью электрофореза и электроосмоса. Эти два процесса в совокупности называются ионофорезом.

На клеточном уровне ЭМС может взаимодействовать с различными клеточными компонентами, такими как ионные каналы, мембраносвязанные белки, цитоскелет и внутриклеточные органеллы. Эти взаимодействия изменяют активность и функции клеток, такие как сокращение, миграция, ориентация и пролиферация. (5)

Благодаря этому прямому воздействию на биомолекулы и клетки, ЭМС используется в широком спектре биомедицинских и клинических применений. ЭМС часто используется в тканевой инженерии и регенеративной медицине для подачи электрических сигналов, способствующих пролиферации клеток, дифференцировке стволовых клеток, регенерации тканей, а также ремоделированию и созреванию инженерных тканевых конструкций. (1)

Рисунок 1. Оказание ЭМС множество эффектов на молекулярном и клеточном уровнях

Например, ЭМС широко используется в инженерии нервной ткани. ЭМС влияет на ускоренный и направленный рост нейритов и аксонов, а также дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в нервную систему. Многие различные типы ЭМС были протестированы и продемонстрировали эффективность для инженерии нервной ткани, включая постоянный ток (DC), переменный ток (AC), импульсный ток (PC) и импульсные электромагнитные поля (PEMF). (6)

В тканевой инженерии сердца электростимуляция часто используется для облегчения функционального созревания кардиомиоцитов - мышечных клеткой сердца, полученных из стволовых клеток, или кардиомиоцитов плода. (4,5)

Также ЭМС эффективно влияет на стимуляцию мышечной ткани. На примере скелетных мышц исследования показали, что ЭМС способна стимулировать пролиферацию миобластов, слияние миобластов с миотрубками и экспрессию тяжелой цепи миозина. (2)

ЭМС используется для стимуляции регенерации костей. Исследования invitro показали возможность стимулировать передачу сигналов кальция и увеличивать костеобразование, тем самым усиливать выработку факторов роста костей. (1, 6)

При использовании постоянного тока (DC) в результате катодных электрохимических реакций образуются гидроксид-ионы и перекись водорода, которые, как было показано, стимулируют выработку остеобластов -  стволовых клеток, образующих костную ткань. (2)

Режимы DC, AC, PC и PEMF электромиостимуляции были протестированы и показали эффективность для регенерации костной ткани. Также было показано, что ЭМС способствует заживлению ран. (4, 6)

В таблице 1 представлены общие режимы и параметры электростимуляции, используемые для каждого типа ткани:

Таблица 1.

Таким образом, электростимуляция оказывает широкий спектр прямого воздействия как на биомолекулы, так и на клетки. Данная процедура используется в клиниках для смягчения боли, реабилитации мышц, лечения двигательных расстройств и нарушений сознания, заживления ран и доставки лекарств.

Список литературы:

1. Balint R, Cassidy NJ, Cartmell SH. Electrical stimulation: a novel tool for tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2013;19(1):48–57
2. Калакутский, Л.И. Биотехнические системы электронейростимуляции. [Текст] // Лощилов В.И., КалакутскийЛ.И./ - М.:МГТУ, 1991. - 168 с.
3. Утямышев, Р.И. Электроннаяаппаратура длястимуляции органов и тканей[Текст] // Подред. Р.И. Утямышеваи М. Враны - М.:Энерго-атомиздат, 2000.- 384 с.
4. Ghasemi-Mobarakeh L, Prabhakaran MP, Morshed M, Nasr-Esfahani MH, Baharvand H, Kiani S, Al-Deyab SS, Ramakrishna S. Application of conductive polymers, scaffolds and electrical stimulation for nerve tissue engineering. J TissueEngRegenMed. 2011;5(4):e17–35. Epub 2011/03/18
5. Ahadian S, Ramon-Azcon J, Ostrovidov S, Camci-Unal G, Hosseini V, Kaji H, Ino K, Shiku H, Khademhosseini A, Matsue T. Interdigitated array of Pt electrodes for electrical stimulation and engineering of aligned muscle tissue. LabChip. 2012;12(18):3491–503.
6. Gordon T Electrical Stimulation to Enhance Axon Regeneration After Peripheral Nerve Injuries in Animal Models and Humans. Neurotherapeutics. 2016;13(2):295–310