西北工业大学科研团队发表磁场应用于医学及新冠肺炎康复治疗的研究进展

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磁场在地球生命的产生、演化与繁衍中起着至关重要的作用。生命的存活离不开氧气，氧气是大部分生物体生理活动的必需物质。磁场作为非侵入式物理条件，在一定条件下可以促进生物体内氧气的利用。

西北工业大学生命学院、西北工业大学深圳研究院、西北工业大学空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室、西北工业大学长三角研究院的研究人员苑曦宸、张彬、孟智悦 等，在2021年第4期《电工技术学报》上撰文，从磁场和氧气的基本概念入手，基于现有的文献总结磁场促进生物体内氧气利用的生物学机制，展现磁场在呼吸-循环系统障碍性疾病/症状相关医学领域上的一些应用。

以缓解氧代谢障碍疾病的缺氧症状和改善当下新冠患者的呼吸窘迫为理念，利用电工医学交叉学科的优势，拟解决该领域中促进氧气利用的待突破关键技术和发展需求，并对此发展前景予以展望。

地磁场在地球生命的产生、演化与繁衍中起着至关重要的作用，磁性也是生命体固有的属性之一。外部磁场对生命活动具有广泛的影响，例如，电磁场在工农业生产、日常生活与医疗健康中广泛应用；在人类的空间探索活动中，航天员会面临低于地球磁场的亚磁场环境。物质本身的磁性不同，在磁场环境中会受到不同的作用力。生物样品整体而言大多呈抗磁性，同时生物体内也存在一些顺磁性物质。因此，将生物体的磁性质与其磁场生物学相结合有助于探讨磁场生物学效应背后的物理机制。

氧气作为大部分生物体生理活动的必需物质，对于它的运输过程以及影响其体内运输的多种因素的研究具有十分重要的意义。2019年，William G. Kaelin Jr（美国）、Gregg L. Semenza（美国）和Sir Peter J. Ratcliffe（英国）三位科学家被授予诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他们在细胞如何感知和适应氧气供应方面的伟大发现。同时，氧气在外界磁场作用下具有顺磁性，即氧气在磁场中向磁场强度增大的方向流动。这一特性也吸引了众多研究者深入探究，为磁场对生物体内氧气的利用及其医学应用奠定了基础。

磁场作为非侵入式物理条件，在一定条件下可以促进生物体内氧气的利用。西北工业大学的研究人员立足于磁场和氧气的基本概念，介绍磁场促进生物体内氧气利用的生物学机制，讨论与之关联的呼吸-循环系统障碍性疾病以及相关医学应用，并对该领域的发展前景予以展望，为磁场在生物体内氧气利用方面的进一步推广与应用提供一定的参考和依据。

图1 磁场作用下红细胞的形态变化

研究人员指出，已有很多基础研究发现，不同的磁场可从不同的生物学机制促进机体对氧气的利用，同时科学家们也将其成果应用于医学领域。还有针对缺氧症状和最近流行的新冠病毒肺炎，科学家们希望利用外加磁场提出可行性方案缓解呼吸困难和用于患者的康复诊疗中。

1  磁场调节氧代谢的医学应用

利用磁场可以加速机体的氧代谢，改善异常状况的呼吸-循环系统。有研究团队对7名健康成年人进行低频重复的经颅磁刺激（1Hz），20min后观察运动皮层、脑血流（Cerebral Blood Flow, CBF）和组织氧合的变化，发现刺激使同侧中位CBF显著增加（33%）。在受刺激的半球，氧消耗代谢率显著增加（28%）。

采用恒定磁场（250mT，1次/日，1次20min，间断治疗共计20日）有氧方法，充分利用磁场改善面神经的血氧供应，促进轴流运动，使受损的面神经髓鞘和轴突得以修复、再生，经观察，治疗病程3个月以上，顽固性面瘫136例收到显著效果，总的有效率为99.26%。

王柳青团队观察31例脑血管病患者离体血液经过2.93T SMF作用后，血液黏度明显降低，尤其脑血栓的降低更明显。由此可见，磁场调节氧代谢的目的和意义主要在于改善异常状况下的呼吸-循环系统障碍。未来在医学上的应用应当聚焦于呼吸困难和与氧代谢相关的循环系统障碍疾病有关的辅助治疗手段。

2  COVID-19的康复治疗

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）自2019年12月起，到目前为止已造成全球约10038多万人确诊，对人类的生命健康、国家经济造成了严重威胁和影响。患者会出现发热、乏力、咳嗽等症状，还会引起嗅觉失灵、神经系统损害进而引起不同程度的脑损伤、孕妇胎盘损伤等，其中，肺纤维化症状以及呼吸障碍等也是临床面临的棘手问题。

哥伦比亚大学欧文医学中心研究人员通过一个回顾性观察研究，发现黄斑变性病史和凝血障碍病史（血小板减少症、血栓形成和出血）与COVID-19高风险发病率和死亡率相关。2020年2月，刘良团队通过一新冠肺炎死亡尸体系统解剖大体观察报告，发现患者红细胞数目和Hb值降低，死亡前3天血氧饱和度下降至70%～80%，面罩吸氧加大氧流量（40L/min，氧气浓度为60%）后血氧饱和度上升至98%左右。尸检结果还表明，死者肺部损伤明显，主要引起深部气道和肺泡损伤、肺部纤维化与实质病变。

新型冠状病毒入侵时的细胞受体是ACE2，而在肺脏中ACE2蛋白主要存在于Ⅱ型肺泡细胞和分泌细胞（club cell）这两种肺脏祖细胞表面，新型冠状病毒进入呼吸道后，就在这些祖细胞内进行复制并损伤肺脏。在患者中，红细胞数目和Hb含量减少，使血液携氧能力降低或与Hb结合的氧不易释出，导致组织细胞供氧不足而引起缺氧，引起患者呼吸困难，使得血氧饱和度明显下降。

肺是呼吸系统和循环系统的重要器官，对于气体交换起着至关重要的作用，肺损伤和肺部病变又进一步加重呼吸衰竭症状，整个过程是一个复杂的恶性循环过程，影响因素较多，最终导致患者的死亡。因此设想可将磁场应用于患者的治疗康复中。已有研究发现，对临床37例放射性肺纤维化患者，应用交变磁场15天后，患者的临床症状和呼吸生物力学障碍均得到全面缓解。

研究人员希望结合磁场相关设备在面罩吸氧和呼吸机应用方面提高机体对氧气的利用，改善患者的生命体征，尤其极大改善呼吸困难症状。

最后，研究人员指出，如何将磁场相关设备与目前已有的面罩吸氧和呼吸机等医疗设备相结合；如何将氧气靶向精准地输送到缺氧病变组织和器官；如何将机体内的氧气浓度控制在阈值范围内，不会对机体产生毒害作用等这些关键技术均需继续进行系统且深入的研究。希望科学家们在已有成果和后续研究的基础上，能够为研发出电工医学交叉领域的促进氧气利用的新型“药物”提供更多的理论依据，为康复理疗奠定基础。

以上研究成果发表在2021年第4期《电工技术学报》，论文标题为“磁场促进生物体内氧气利用的机制及其医学应用”，作者为苑曦宸、张彬 等。