Biological mechanism, clinical application and medical experiment of millimeter waves

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.46.020

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: Millimeter wave has been applied in clinic for about 20 years, while the mechanisms and clinical curative effect are still undefined and lacked of evidence based medicine.
OBJECTIVE: To review the clinical application and mechanism of millimeter wave in various diseases in the past 10 years.
METHODS: A computer-based online search was performed in the CNKI database, China Standard database and Science Direct database from January1998 to December 2012 with the key words of “millimeter wave, biological mechanisms, experimental studies, clinical application” put in the title and abstract. The articles related to the biological effect of millimeter wave were included, and finally, 68 articles were included for review.
RESULTS AND CONCLUSION: When the millimeter wave used in the human body, it can only go through the skin, but its energy can resonance with some molecules in the tissues and provide the treatment effects. Millimeter wave therapy has a good affinity for aqueous tissue, which can improve the metabolism and blood circulation of partial tissues, and can enhance the metabolic and pathological product absorption and excretory, thus can eliminate inflammatory, alleviate swell and relieve pain. Millimeter wave filed has comprehensive

Key words: microwaves, radiation, physical therapy modalities, review

CLC Number:

R318

Luo Qing-lu. Biological mechanism, clinical application and medical experiment of millimeter waves[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(46): 8102-8107.

Figures/Tables 1

2.1 毫米波疗法的生物学特性毫米波疗法被应用于医疗的时间最晚(始于20世纪70年代)，远迟于厘米波和分米波，而且毫米波疗法的生物学效应也与厘米波和分米波明显不同，温热效应不明显。毫米波疗法用于人体时，虽其穿透组织的深度仅达表皮，不能达到深部组织，但其能量与人体内的一些大分子发生谐振而产生治疗作用，因此，毫米波疗法又被称为微波谐振疗法[1]。毫米波疗法生物学效应的机制有多种学说，主要是相干振荡学说，认为低强度毫米波疗法辐射能引起DNA、RAN蛋白质等生物大分子产生0.5×1011- 0.3×1012 Hz的相干振荡。有些研究显示毫米波疗法局部辐射通过作用于皮肤内的神经末梢各类感受细胞、血管、血细胞及免疫功能细胞而以引起全身远位效应。实验证明，低强度毫米波疗法照射某一部位时，对其他部位和内脏都有一定影响。国内外的基础实验和临床观察提示: 毫米波疗法局部辐射通过作用于皮肤内的神经末梢、血细胞及其他免疫功能细胞，可导致机体产生全身性、远位效应[2-4]。甚至有人认为，毫米波的相干振荡产生的生物学效应，可以为人类寿命的延长带来曙光[5]。毫米波疗法对含水组织有较好的亲和力，可改善局部组织的新陈代谢和血液循环，使组织水肿吸收加快，加速病理产物和代谢产物吸收的排泄，从而达到消炎、消肿、止痛等治疗目的。段立彦等[6]研究发现经毫米波疗法辐射后局限性疼痛患者局部微循环血流明显增加，健康受试者在辐射前后无明显改变，而其远离部位(同侧中指指腹)的微循环血流的改变与受辐射局部的改变有一定的相应关系。刘朝晖等[7]通过动物实验发现应用毫米波疗法辐射大鼠腰背部皮肤，可使其血清中总超氧化物歧化酶、氮氧合酶活性下降，一氧化氮含量减少。 Sinotova等[8]对比毫米波疗法和厘米波对大鼠巨噬细胞和淋巴细胞分泌的肿瘤坏死因子的影响，发现毫米波疗法刺激减少肿瘤坏死因子，而厘米波升高肿瘤坏死因子。 Makar等[9]用毫米波疗法照射30 min，连续3 d后，用100 mg/kg环磷酰胺腹腔内注射，分别于2，5，7 d测定NK细胞活性和细胞毒性，发现环磷酰胺处理后NK细胞活性明显增加，CD69表达水平在环磷酰胺组各时段均较未干预组增加，第7天最为明显，且肿瘤坏死因子α水平在第7天也明显增加，且毫米波疗法辐射能上调NK细胞功能。 Zhadobov等[10]动物实验分别用不同频率MMT治疗缓解慢性非神经性疼痛和慢性神经性疼痛，发现频率在61.22 GHz时止痛效果最佳。毫米波疗法除影响体液炎症因子外，还可改变DNA、蛋白质构型产生生物学效应[11]；而随着应用细胞凋亡对疾病诊治的深入研究，毫米波疗法生物效应与细胞凋亡研究在理论研究和临床应用上都取得了一定的进展，但国内外均主要集中于促进肿瘤细胞凋亡的研究[12-13]。陈苘等[14]证实毫米波疗法辐照人角质形成细胞, 可使其PAR22、ERGIC253基因表达明显上，因此，毫米波疗法可调控细胞凋亡基因表达已被证实。目前多数学者认为，神经-内分泌-免疫网络、穴位-经络系统是产生毫米波疗法生物学效应的客观传导途径。毫米波疗法信息调控作用是多途径的、整体性的、复杂的非线性的作用过程。毫米波疗法的总体作用特点是：①毫米波疗法对生物体的影响表现为远位效应。②毫米波疗法对生物体的作用具有频率依赖特性。③毫米波疗法的生物学效应必须考虑作用时间及累积因素的影响[15]。毫米波疗法与分米波、厘米波不同，临床多数认为其作用于机体时主要产生非热效应，组织温度上升小于1 ℃，无明显热效应，且作用表浅[16]。但也有不少学者发现，毫米波疗法对皮肤能产生明显的热效应[17-19]。 2.2 毫米波疗法的医学实验研究及临床应用进展 2.2.1 肿瘤毫米波疗法能用于肿瘤的辅助治疗，能提高肿瘤放化疗效果，减少放化疗不良反应，缓解癌痛, 改善症状[20]。 Logani等[21]研究发现42.2 GHz的毫米波疗法能抑制抗癌药CPA处理后出现的C57BL/6鼠黑色素瘤转移。Wu等[22]实验研究发现毫米波疗法可能通过调节骨肿瘤细胞的凋亡治疗肿瘤。丁光生等[23]应用血卟啉协同毫米波疗法辐射，观察其对白血病细胞株的影响，发现毫米波辐射使白血病细胞株细胞结构产生显著的退行性变化，显著诱导细胞凋亡和坏死，抑制细胞活力，显著促进K562细胞坏死，其机制与辐射后氧化自由基水平上升及抗氧化酶系活性下降有关。 2.2.2 消化系疾病毫米波疗法用于消化系疾病的应用，主要见于对慢性胃炎、十二指肠溃疡、消化道肿瘤及其并发症的辅助治疗。 Postov等[24]用毫米波疗法作为单一治疗手段治疗例十二指肠及胃溃疡患者317例，溃疡直径范围0.3-3.5 cm，患病时间从几个月到10年，上腹部每天接受强度为10 mW/cm2，波长为6.5 mm的毫米波疗法照射30 min，治愈率95.3%。张云[25] 应用毫米波疗法辐射刺激经穴治疗慢性萎缩性胃炎2个月，发现脉冲毫米波疗法经穴治疗可明显改善慢性萎缩性胃炎患者胃黏膜腺体萎缩程度、肠腺化生、异型增生，临床疗效较好。还有研究发现脉冲毫米波经穴治疗胃癌前期病变能改善临床症状，对胃黏膜萎缩、肠上皮化生或不典型增生有改善和逆转作用[26]，且能治疗便秘[27]。赵红卫[28]用毫米波疗法循经辐射治疗因消化系肿瘤导致顽固性呃逆，与肌注“胃复安”比较，前者效果明显优于后者(P=0.012)。Radzievsky等[29]用61.22 GHz，强度 15 mW/cm2毫米波辐射小鼠的鼻部，15 min/d，结果显示毫米波可改变小鼠小肠或结肠的转运功能。国内有研究发现，毫米波疗法能显著缩短大肠癌术后的肠鸣音恢复时间、首次主动排气时间及首次排便时间[30]。 2.2.3 外科疾病毫米波疗法对含水组织有较好的亲和力，可改善局部组织的新陈代谢和血液循环，使组织水肿吸收加快，血流速度加快，组织代谢过程加强，细菌繁殖受抑制，从而加速了伤口溃疡的愈合[31]。石永波等[32]用毫米波疗法结合常规术后伤口处理肛裂手术患者，与单纯常规术后处理者比较，前者手术切口水肿、疼痛缓解及伤口愈合均更快。李旭红等[33]对鼻咽癌根治性放疗后的颈部急性放射性溃疡患者，分别给予毫米波疗法和常规治疗及毫米波疗法安慰性照射和常规治疗，显示毫米波疗法组治疗颈部急性放射性皮肤溃疡的有效率为明显高于常规换药对照组(P < 0.05)，且溃疡愈合时间明显短于对照组(P < 0.01)。郑健林等[34]临床研究证实毫米波疗法能加快烧伤创面愈合，联合使用紫外线、红外线效果更明显。Rabenok等[35]报道应用4种强度范围 (2-10 mW/cm2)的毫米波疗法治疗50例手部急性化脓性感染，取得很好效果，认为其作用机制是电磁放射后的分子和细胞之间共振的结果。 2.2.4 神经肌肉骨骼系统疾病毫米波疗法治疗颈椎病可以减轻神经根炎性水肿及减轻压迫；改善脊髓神经根及颈椎的血液供应功能和营养状态；镇痛和缓解肌肉痉挛；延缓和减轻椎体和关节囊韧带的钙化和增生过程；增强肌肉张力，改善小关节功能；改善全身盐类代谢和自主神经功能，改善椎动脉供血等[36]。 Miryutova等[37]认为毫米波疗法能缓解疼痛和改善营养，而且对电刺激部位的神经纤维产生功能活性，对脊椎软骨病具有一定作用，毫米波疗法能扩大神经学临床上的最佳联合治疗方法。研究发现，毫米波疗法能减少神经损伤后瘢痕的形成，促进中枢神经和周围神经轴突再生，刘宏亮等[38]用毫米波疗法治疗脊髓损伤30 d后的大鼠，结果显示其脊髓修复的进程较其他各组加快，可能提示脊髓组织的瘢痕形成较少，有利于神经的再生。杨朝辉等[39]对坐骨神经损伤的大鼠，用毫米波疗法辐射器直接接触坐骨神经损伤部位，结果表明，毫米波疗法能明显抑制损伤神经周围结缔组织增生，促进许旺细胞增生和轴突的再生。蔡海鸥等[40]采用多源循经传导毫米波疗法治疗仪治疗格林-巴利综合征患者28例，按循经取穴原则，以阳明经穴及其邻穴为主，在穴位表面皮肤上放置毫米波疗法辐射头，1次/d，20 min/次，10次为1个疗程，治疗2个疗程，治疗组的运动功能等级和Barthel指数评分明显高于对照组(P < 0.01)。尚传卫等[41]认为毫米波疗法能改善脑梗死患者的血液流变学和甲皱微循环，有利于神经功能恢复。刘敏等[42]对早期 Bell’s面瘫患者给予毫米波疗法辐射，直接照射患侧颜面及耳后乳突部，1周后再结合点针治疗，可使患者神经末梢、毛细血管等产生生物效应，从而达到消除炎性水肿，促进神经恢复之功能。毫米波疗法的非热效应对24 h内严禁热疗的疾病，可在损伤后立即进行治疗。计建华[43]对人体急性软组织损伤后，立即用毫米波疗法治疗器贴近损伤部位，伴有开放性创面，需常规处理后再使用毫米波疗法，10次为1个疗程，治疗期间避免剧烈运动，1个疗程后治愈率100%。另外，毫米波疗法还可用于骨关节炎(见后述)。 2.2.5 关节炎骨关节炎、类风湿性关节炎均可因局部炎症因子增加发病，后者还因免疫因子的参与，临床均可见关节疼痛、肿胀，利用非热剂量的低功率毫米波疗法辐射，激发人体组织细胞团的磁场谐振，产生能量转换，改变组织细胞理化特性，促进机体代谢，致痛物质排除加速，从而达到消炎、消肿、止痛等治疗目的，对慢性骨关节疾病有一定疗效。目前国内仅鲜见早年报道用毫米波疗法治疗骨性关节炎疗效观察及仪器临床应用综述[44-45]。有研究者应用毫米波疗法治疗仪干预颞下颌关节炎(关节紊乱)患者，疗效显著[46]。Usichenko等[47]对12例类风湿关节炎患者分成毫米波疗法治疗组、假治疗组和交替组，发现治疗组患者的疼痛和关节僵硬程度明显减轻，而假干预组疼痛和关节僵硬均无缓解。毫米波疗法辐射有免疫矫正作用，免疫系统的定量或定性分析各项指标恢复正常，同时，淋巴细胞亚群呈规则恢复，因此毫米波疗法可应用于类风湿性关节炎。汪蕾等[48]采用毫米波疗法作用于肾上腺区治疗类风湿性关节炎，并与常规药物治疗对比，结果发现治疗1个疗程后，前组的关节功能恢复程度及疼痛改善情况均优于后组。研究发现毫米波疗法能降低骨关节炎患者血清C-反应蛋白水平[49]；国内有体外试验发现毫米波疗法可以刺激间充质干细胞向软骨细胞分化及通过线粒体途径抑制软骨细胞凋亡用于治疗骨性关节炎[50-51]。国内外分别有应用毫米波疗法影响软骨细胞细胞周期G1/S 的进行，上调细胞周期蛋白D1、CDK4和CDK6的表达，下降p21的表达来治疗骨关节炎和利用分米波热刺激干预兔膝关节软骨后多糖蛋白核心蛋白和Ⅱ型胶原mRNA表达增加的报道[52-53]。虽然毫米波疗法可治疗骨关节炎，但临床运用相对较少，且其分子细胞学机制仍不明确。 2.2.6 其他疾病毫米波疗法可改善血液循环，可用于治疗某些血管狭窄的心血管疾病；据临床观察[54]，毫米波疗法辐射内关穴治疗冠心病，可改善患者心脏功能、冠脉循环和心肌耗氧量；实验研究发现毫米波辐照可以促进体外培养的心肌成纤维细胞的增殖及胶原蛋白合成[55]。有研究发现，毫米波疗法结合牵引疗法治疗椎动脉型颈椎病比推拿结合牵引效果更佳(P < 0.05) [56]。周晓东等[57]用毫米波疗法照射“天突”或“大椎”穴治疗支气管炎，与口服抗生素比较，疗效相当。 Matveev[58]临床证实毫米波疗法治疗可改善前列腺炎患者的超声影像及精液状态。杨航等[59]研究发现毫米波治疗可迅速缓解慢性前列腺炎患者的尿路及腰骶、会阴不适等主要临床症状，CPSI评分明显下降，其中Ⅲ型前列腺炎(慢性骨盆痛综合征)好转更加明显。毫米波疗法可辅助治疗急慢性泌尿系感染，使脂质过氧化正常化，具有抗氧化作用[60]。王普艳等[61]研究发现特定穴位毫米波疗法照射，可能改善2型糖尿病患者胰岛细胞功能以及改善胰岛素抵抗，可辅助2型糖尿病治疗；并有研究认为毫米波疗法可辅助治疗2型糖尿病皮肤软组织感染[62]。张秀珍等[63]用毫米波疗法辐射结合舒血宁针和甲钴胺针与单纯舒血宁针和甲钴胺针治疗糖尿病神经病变患者，前者对提高神经传导速度及降低血清内毒素和人超敏C-反应蛋白的水平有显著差异，认为毫米波疗法治疗糖尿病神经病变可能通过降低一些血管活性多肽和炎症因子而发挥治疗糖尿病神经病变的作用。黄美金[64]研究发现毫米波在缓解静脉注射甘露醇后出现的疼痛方面疗效明显，且优于低频电磁疗和等幅中频电疗。"

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