Aplikace indukovaných elektrických proudů se v současné rehabilitaci a fyzikální medicíně uplatňují ve stále rostoucí míře. Indukované elektrické proudy jsou vytvářeny časově proměnným magnetickým polem a jsou zřejmě jediným nebo alespoň hlavním biologicky účinným faktorem působení nízkofrekvenčních elektromagnetických polí. Kromě již "klasické“ pulzní magnetoterapie, která poskytuje nejmenší hustoty indukovaných elektrických proudů (obvykle tisíciny až setiny A/m2), se stále více prosazuje i tzv. distanční, čili bezkontaktní elektroterapie, v cizině známá spíše pod názvy contactless electrotherapy, electrodeless therapy, inductively coupled electromagnetic field therapy, high-induction electromagnetic field therapy apod., která obvykle pracuje s vyššími proudovými hustotami amplitud impulzů indukovaných elektrických proudů v řádech minimálně desetin až jednotek A/m2. Významný rozvoj zaznamenává i tzv. vysokoindukční magnetická stimulace (high-induction magnetic stimulation) s percepčními i svalově motorickými účinky, která poskytuje v léčených tkáních proudové hustoty řádově desítek až stovek A/m2. V této práci jsme se nejprve zabývali výzkumem vlivu indukovaných elektrických proudů na senzorické neurony zodpovědné za převod podnětů různých modalit, včetně podnětů souvisejících s nocicepcí. U těchto buněk jsme bradykininem modelovali zánět provázený zvýšením koncentrace kalciových iontů v intracelulárním prostoru. Prokázali jsme vliv distanční elektroterapie i vysokoindukční magnetické stimulace na snížení koncentrace kalcia v buňce i na pomalejší nástup a pokles bradykininem indukované kalciové vlny. Indukované elektrické proudové impulzy. produkované vysokoindukční magnetickou stimulací, spontánní neuronální aktivitu primárních aferentních senzorických buněk bez přítomnosti mediátoru zánětu bradykininu však zvyšovaly. Další výzkum byl zaměřen na studium chování endoteliálních buněk, významných z hlediska angiogeneze, pod vlivem indukovaných elektrických proudů. Zde byl prokázán vliv nízkofrekvenčních impulzních indukovaných elektrických proudů na viabilitu těchto buněk a na jejich metabolickou aktivitu. Naopak na mezenchymální stromální buňky neměly impulzní indukované proudy vliv, ale zato se projevil vliv amplitudově modulovaných indukovaných harmonických proudů kiloherzových frekvencí, kdy byla signifikantně zvýšena migrační schopnost těchto kmenových buněk, podílejících se na regenerativních procesech, jakož i jejich schopnost produkovat ve zvýšené míře matrix-metaloproteinázy. V rámci předložené publikace je referováno též o animální studii, kde byla u sus scrofa aplikována vysokoindukční magnetická stimulace na oblast hrudníku. Přes mohutné svalové kontrakce prsních svalů nebyl z analýzy EKG zjištěn jiný vliv nežli mírné změny HRV (heart rate variability). Na zdravých probandech byl studován vliv vysokoindukční magnetické stimulace na elasticitu ligamentum patellae. Pomocí ultrazvu-kové elastometrie bylo prokázáno snížení Yangova modulu pružnosti tohoto vazu, svědčící o zlepšení jeho elastických vlastností po aplikaci vysokoindukční magnetické stimulace. Na souboru pacientů s degenerativními postiženími pohybového aparátu byl klinicky studován vliv vysokoindukční magnetické stimulace na bolest. Prokázán byl ústup bolesti u chronických pacientů o 1,6 stupně desetistupňové škály.

The application of induced electric currents is increasingly used in contemporary rehabilitation and physical medicine. The induced electric currents are generated by a time-varying magnetic field and are apparently the only or at least a major biologically active factor in the action of low-frequency electromagnetic fields. In addition to the "classical" pulse magnetotherapy, which provides the smallest densities of induced electric currents (usually thousandths to hundredths of A/m2), so-called distance or non-contact electrotherapy is increasingly popular, but rather known under the names contactless electrotherapy, electrodeless therapy, inductively coupled electromagnetic field therapy, high-induction electromagnetic field therapy, etc., which typically operates at higher current densities of pulse-induced electrical currents in the order of tenths to A/m2. High-induction magnetic stimulation with perceptual and muscular motor effects, which provides current density of tens to hundreds of A/m2 in treated tissues, is also a significant development. In this work, we first investigated the effect of induced electric currents on sensory neurons responsible for the transmission of stimuli of various modalities, including those associated with nociception. In these cells, bradykinin modeled inflammation accompanied by increased calcium ion concentration in the intracellular space. We have demonstrated the influence of distance electrotherapy and high induction magnetic stimulation on the reduction of calcium concentration in the cell as well as on the slower onset and decrease of bradykinin-induced calcium wave. However, induced electrical current pulses produced by high induction magnetic stimulation increased spontaneous neuronal activity of primary afferent sensory cells without the presence of bradykinin inflammatory mediator. Further research was focused on the study of the behavior of endothelial cells, important in terms of angiogenesis, under the influence of induced electrical currents. Here, the effect of low-frequency pulse induced electric currents on the viability of these cells and their metabolic activity was demonstrated. On the other hand, pulse-induced currents did not affect mesenchymal stromal cells, but the effect of amplitude-modulated induced harmonic currents of kilohertz frequencies, where the migration capacity of these stem cells involved in regenerative processes, as well as their ability to produce matrix-metalloproteinases increased significantly. In the framework of the present publication, an animal study is also presented where high induction magnetic stimulation is applied to the sus scrofa on the chest area. Despite the massive muscle contraction of the breast muscles, no effect other than mild changes in HRV (heart rate variability) was found from ECG analysis. The effect of high induction magnetic stimulation on the elasticity of patellae ligamentum was studied in healthy subjects. Ultrasonic elastometry showed a reduction in the Yang modulus of elasticity of this ligament, suggesting an improvement in its elastic properties after application of high induction magnetic stimulation. The effect of high induction magnetic stimulation on pain was clinically studied in a group of patients with degenerative musculoskeletal disorders. Pain reduction in chronic patients of 1.6 degrees ten degrees was demonstrated.

Biomedicínské centrum Univerzita Karlova Praha Lékařská fakulta v Plzni

Hamzova odborná léčebna Luže Košumberk

Katedra informačních a komunikačních technologií v lékařství Fakulta biomedicínského inženýrství České vysoké učení technické Praha

Katedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Fakulta biomedicínského inženýrství České vysoké učení technické Praha

Laboratoř lidského faktoru a automatizace v letectví Fakulta dopravní České vysoké učení technické Praha

Oddělení buněčné neurofyziologie Fyziologický ústav Akademie věd České republiky Praha

Ústav biomedicínského inženýrství Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně

Ústav humánní farmakologie a toxikologie Farmaceutická fakulta Veterinární a farmaceutická univerzita Brno

Contributions of basic, preclinical and clinical research to the application of induced electrical currents in the indications of rehabilitation and physical medicine