Cengiz Yuksel

1 Departamentul de fiziologie, Institutul de Științe ale Sănătății, Universitatea Duzce, Duzce, Turcia

asistența

Seyit Ankarali

2 Departamentul de Fiziologie, Universitatea Medeniyet din Istanbul Facultatea de Medicină, Istanbul, Turcia

Nehir Aslan Yuksel

1 Departamentul de fiziologie, Institutul de Științe ale Sănătății, Universitatea Duzce, Duzce, Turcia

Abstract

Proprietățile puternice ale câmpului magnetic ale magneților au condus la utilizarea lor în multe tehnologii moderne, precum și în domeniile medicinei și stomatologiei. Magneții din neodim sunt un tip puternic de magnet care a făcut obiectul unor cercetări recente. Această revizuire oferă o scurtă explicație a definiției, istoriei și caracteristicilor magneților de pământuri rare. În plus, este oferită o prezentare generală a rezultatelor obținute în studiile efectuate până în prezent cu privire la efectele magneților și, în special, a magneților de neodim asupra sistemelor corpului, țesuturilor, organelor, bolilor și tratamentului. Deși sunt utilizate în sectorul sănătății în diferite dispozitive de diagnosticare și ca instrumente terapeutice, există un potențial de efecte dăunătoare, precum și riscul de accident. Cercetarea este încă insuficientă; cu toate acestea, magneții din neodim par să aibă o mare promisiune atât în ​​scopuri diagnostice, cât și terapeutice.

Neodimul este un element chimic care a fost descoperit în 1885. Acest element (numărul atomic 60) are o culoare metalică alb-argintiu și aparține grupului de lantanide, care este un subgrup de elemente ale pământului rar (numerele atomice 57-71) din tabel periodic și se oxidează rapid în aer. Lantanidele joacă roluri importante în noile dezvoltări tehnologice, precum turbine eoliene, vehicule electronice hibride și în industria de apărare.

În natură, neodimul nu există sub formă metalică sau sub formă mixtă cu alte lantanide, dar este rafinat pentru uz general și a fost exploatat în SUA, Brazilia, India, Australia, Sri Lanka și predominant în China.

Magneții de neodim-fier-bor au fost dezvoltați de General Motors și Hitachi în anii 1980. Deoarece oferă o forță magnetică ridicată chiar și în cantități mai mici, i sa acordat din ce în ce mai mult un rol mai important în fabricarea magneților permanenți puternici, compuși din elemente de pământ rar. În domeniul tehnologiei informației, magneții de neodim sunt utilizați în special pe unitățile de discuri, telefoanele mobile, sistemele video și audio ale televiziunii [1].

Magneții din neodim sunt, de asemenea, utilizați în mod obișnuit în separatoarele magnetice, filtre, ionizatoare, în producția de butoane on-off, sectorul de siguranță și sistemele de securitate. Producătorii de filtre de grăsime utilizează magneți de neodim în separatoarele de metal pentru a filtra mai eficient pulberea de fier în ulei. În plus, acestea sunt benefice în acoperirea mașinilor, a mașinilor cu copertină și în producerea centurilor magnetice pentru scule. Ele sunt, de asemenea, utilizate în agrafe pentru bijuterii, ecusoane de identificare și în producția de cărucioare pentru bebeluși care sunt atașate suporturilor prin magneți.

Sectorul sănătății este un alt domeniu în care magneții de neodim sunt încorporați în dispozitivele medicale, de exemplu în dispozitivele de imagistică prin rezonanță magnetică pentru a diagnostica și trata sindromul durerii cronice, artrita, vindecarea rănilor, insomnia, cefaleea și alte câteva boli datorită capacității lor de a genera o camp magnetic. O creștere a utilizării lor a fost observată în ultimul deceniu [2]. Se crede că acești magneți au un efect de întărire și, prin urmare, sunt numiți uneori „magneți magici”.

NASA folosește magneți de neodim pentru a menține tonusul muscular al astronauților în timpul zborurilor spațiale [2].

Magneții de neodim au forțe push-pull și au fost folosiți ca dispozitiv generator de mișcare în tratamentele ortodontice; distilarea molară și expansiunea palatină [3, 4].

S-a raportat că câmpul magnetic static stimulează formarea osoasă prin diferențiere sau activare osteoblastică [5, 6].

Cantitatea de magneți de neodim utilizată în toate aceste zone a crescut de la 1 tonă la 60.000 de tone între 1983 și 2007. Din 1990, China a predominat în exploatarea elementelor de pământuri rare. Exploatarea de elemente rare are diverse efecte asupra mediului, din cauza concentrației scăzute a acestor substanțe; prin urmare, multe țări au oprit exploatarea elementelor rare și aproape toate țările depind de importurile din China [1].

Efectele magneților de neodim asupra sănătății și utilizării medicale

Sistemul cardiovascular

Într-un studiu efectuat în 2004, s-a raportat că dopplerul cu laser reduce semnificativ fluxul sanguin și perfuzia de sânge a pielii (SBF) în degetele 2 și 4 ale mâinilor nedominante ale ambilor poli ai magnetului de neodim [7].

Un alt studiu a indicat că câmpurile magnetice de neodim crește microcirculația patului unghial, deși acest studiu a intrat în conflict cu alte studii [8].

S-a raportat că fluxul celulelor roșii din sânge în capilarele mușchilor scheletici expuși la câmpuri magnetice statice puternice a fost redus [9], microcirculația intra tumorală se caracterizează prin micro-vase tortuoase cu structuri haotice și flux de sânge neregulat instabil. Un studiu a raportat o scădere a fluxului sanguin și a densității vaselor de sânge în tumorile care au fost tratate folosind câmpuri magnetice statice. În același studiu, s-a arătat că la mușchii scheletici non-tumorali expuși la câmpuri magnetice statice, activarea și aderența trombocitelor au crescut [9]. Se crede că câmpul magnetic generat de magneții de neodim crește microcirculația, dar efectele asupra acesteia nu sunt cunoscute în mod clar.

Într-un studiu, un dispozitiv special a fost plasat chirurgical pe spatele șoarecilor de laborator. Magneții de neodim au fost atașați la dispozitiv într-un grup, iar platourile nemagnetice, de dimensiuni egale și aceeași greutate au fost atașate în celălalt grup. S-a demonstrat că diametrul arteriolei și venulei șoarecilor expuși câmpului magnetic static generat de magneții de neodim a fost considerabil redus [10].

Un alt studiu, realizat în 2015, în care venele portale ale câinilor au fost tăiate și reconstituite, anastomozele dintr-un grup au fost efectuate folosind suturi manuale tradiționale, iar celălalt grup a fost acoperind-o cu inele formate din magneți de neodim. În cel din urmă, recuperarea a durat un timp considerabil scurt, iar intima a fost mai lină și s-a format în mod regulat decât în ​​prima [11].

Catetere de ablație bipolară, catetere de ablație unipolare și catetere bipolare cu magneți atașați la acestea au fost încercate în țesuturi groase și strânse, unde este greu să se creeze o leziune cu grosime completă ca în peretele ventricular stâng. Atât pasajul transmural, cât și grosimea leziunii formate de cateterul bipolar magnetizat s-au dovedit a fi mai mari decât altele [12].

Sistemul neuronal

Magneții pot fi utilizați pentru a genera câmpuri magnetice în cercetarea activității electrice neuronale. Efectul câmpurilor magnetice create folosind magneți de neodim asupra leziunilor neuronale a fost examinat într-un studiu în care au fost aplicați pe 17 voluntari sănătoși timp de 2 ore. Enolaza specifică neuronului, care este determinantul leziunilor neuronale și a nivelului sanguin S100, a fost studiată, testul efectuat pentru a măsura capacitatea mentală a arătat că parametrii testați pe cei 17 voluntari nu au fost afectați de câmpurile magnetice și de a genera un câmp magnetic cu magneți de neodim. pentru a fi în siguranță cu acești parametri [13].

Stimularea magnetică transcraniană recurentă (rTMS) este o metodă de tratament aprobată și eficientă pentru depresia majoră. TMS sincronizat (sTMS), care este forma modificată a rTMS, a fost, de asemenea, încercat pentru tratamentul acestuia. Un studiu realizat în 2014 a arătat că, în timp ce rata de apariție a pacienților care sufereau de depresie majoră și tratați cu sTMS a scăzut cu 48%, a scăzut cu 19% în grupul de control, iar această diferență a fost semnificativă statistic. Magneții de neodim sunt utilizați în TMS pentru a genera câmpuri magnetice și, spre deosebire de tratamentul electroconvulsiv pentru depresia majoră, TMS nu necesită anestezie [14]. Mai mult, un alt studiu realizat în 2015 a relevat utilizarea sTMS pentru a fi eficientă în tratamentul depresiei majore [15].

Plasarea magneților pe pleoapele superioare și inferioare în tratamentul lagoftalmiei a obținut rezultate reușite [16].

S-au cercetat metode alternative de tratament, inclusiv terapia magnetică, asupra simptomelor vasomotorii ale menopauzei și s-a constatat că acestea nu sunt eficiente în tratamentul acestor simptome [17].

Într-un alt studiu, pentru a asigura deschiderea glotei în paralizia bilaterală a cordului vocal, magneții au fost plasați ex vivo în laringele de oaie cu decalajul lărgit. Dispozitivul oferă o diafragmă adecvată a glotei care beneficiază de magneți și aceasta poate fi utilizată în viitor [18].

Scheletul, mușchii și sistemul articulațiilor

Au fost comparate efectul implanturilor cu magnet de neodim plasat în tibia iepurelui și cel al implanturilor nemagnetice asupra țesutului osos. Implanturile magnetice au întărit atât măduva cât și cortexul în jurul țesutului osos, iar creșterea măduvei a fost semnificativă statistic [19].

Într-un alt studiu realizat folosind un model trabecular de iepure deteriorat, o schelă magnetică a fost plasată în zona deteriorată a epifizei femurale distale și magneții cilindrici de neodim (NdFeB) au fost plasați într-o zonă din apropiere, interacțiunea observată. La sfârșitul experimentului, s-a constatat că NdFeB protejează împotriva mișcărilor micro prin menținerea constantă a schelei magnetice și este important în menținerea regenerării țesuturilor regulate [20].

Într-o cercetare randomizată dublu orb controlată cu placebo, a fost investigat efectul de vindecare al magneților de neodim asupra simptomelor osteoartritei; participanții au fost obligați să încerce patru tipuri de curele pentru încheietura mâinii. În timpul comparației, chingile magnetice de neodim au fost utilizate ca dispozitiv experimental, iar chingile de încheietură cu mărire redusă, demagnetizate și cupru au fost utilizate ca dispozitive de control. Au fost evaluați indicele osteoartritei WOMAC, chestionarul durerii McGill-indicele de evaluare a durerii (PRI), scara analogică vizuală și aportul de medicamente. Dintre aceste scale, doar subscalele PRI au relevat o diferență semnificativă statistic. Beneficiile terapeutice ale curelelor de încheietura mâinii au un efect placebo atribuit. Aceste dispozitive nu au efecte adverse majore, prin urmare pot fi utilizate pentru efectul placebo [21].

Într-un alt studiu, dificultatea formării unui grup de control în care au fost testate brățările magnetice, a abordat faptul că acordarea unei brățări slab eficiente grupului de control ar putea să nu fie eficientă în ameliorarea durerii în artrită, deoarece participantul ar putea testa puterea încheieturii mâinii [22].

Într-un studiu în care a fost cercetat rolul câmpului magnetic static în tratamentul tunelului carpian, au fost evaluate efectele a două niveluri de câmp magnetic diferite asupra nervului median. Într-o cercetare randomizată dublu orb controlată cu placebo, s-a efectuat o observație de 12 săptămâni după o interferență de 6 săptămâni. Participanții cărora li s-a diagnosticat sindromul tunelului carpian folosind teste electrofiziologice au purtat magneți de neodim și discuri nemagnetice toată noaptea. Au fost folosiți chestionarul pentru tunelul carpian din Boston, scorul de severitate a simptomelor (SSS), scorul de severitate a funcției (FSS) și patru parametri care măsoară activitatea neuronală mediană. Acești parametri au inclus latența senzorială distală, amplitudinea potențială de acțiune a nervului senzorial, latența distală motorie și amplitudinea potențială de acțiune motoră compusă. Dintre grupuri, nu s-a găsit nicio diferență semnificativă în conducerea nervului median SSS și FSS. O recuperare a simptomelor a fost observată într-o perioadă de 6 săptămâni pentru SSS și FSS în ambele grupuri. Schimbarea simptomelor în ambele grupuri de discuri magnetice și nemagnetice a avut loc în aceeași direcție și dimensiune [23].

În două analize sistematice efectuate în 2012, în care brățările magnetice și alte câteva tratamente alternative au fost examinate pentru artrită, citând lipsa unor cercetări suficiente pe acest subiect, s-a ajuns la concluzia că nu există dovezi consistente că ar fi fost eficace pentru artrita reumatoidă și osteoartrita. tratament [24, 25].

Într-un studiu, efectul câmpului magnetic static asupra tratamentului durerii musculare cu debut întârziat nu a arătat nicio diferență cu cea a unui placebo [26].

Sistemul gastrointestinal

Într-un studiu realizat în 2012, magneții de neodim au fost folosiți pentru a remedia tumorile de colon determinate endoscopic. În timpul intervenției chirurgicale laparoscopice efectuate fără instrumente precum fluoroscopia sau ultrasunetele, magneții au fost utilizați pentru un acces ușor la tumoare. Localizarea intraoperatorie a leziunilor marcate a avut succes la 27 (96%) din 28 de pacienți [27].

Într-un studiu pe animale, magneții în formă de inel au fost folosiți endoscopic pentru anastomoza prin compresie magnetică (magnamoză), fiind plasați unul față de celălalt în zonele vizate [28, 29]. Magneții au fost folosiți chirurgical și la om; țesuturile nedorite din zona operatorie au fost îndepărtate în condiții de siguranță cu ajutorul penselor magnetice în 44 de operații laparoscopice, incluzând colecistectomia, gastrojejunostomia și splenectomia, efectuate la pacienții pediatrici între 2009 și 2011 [30].

Studiile anterioare privind magneții înghițiți au documentat leziuni care pun viața în pericol, inclusiv fistula și perforația, în special la copii. În două studii separate care au comparat numărul și dimensiunea magneților înghițiți de copii în 2002-2009 și 2010-2012, a existat o creștere a numărului de cazuri care implică mai mult de un magnet și o scădere a dimensiunii magnetului înghițit, dar toate cazurile au necesitat intervenție chirurgicală. Acest rezultat a fost atribuit creșterii disponibilității magneților pentru copii în viața de zi cu zi [31]. Aceste descoperiri sugerează că utilizarea magneților, mai degrabă decât a știfturilor de siguranță, poate fi deosebit de dăunătoare pentru copii. Societatea americană nord-atlantică pentru gastroenterologie pediatrică, hepatologie și nutriție a pledat pentru interzicerea vânzării magneților puternici, inclusiv neodim, dar au declarat în 2014 că aceste eforturi nu au fost suficient de eficiente. [32].

Leziuni legate de magnet

Într-un raport de caz publicat în 2015 care a condus la inițierea măsurilor care reglementează utilizarea magneților la locul de muncă, s-a subliniat că un bărbat de 52 de ani a fost rănit în timp ce încerca să genereze electricitate în scopuri experimentale folosind un dispozitiv care conține neodim. magneți. Magnetul s-a prăbușit în bucăți rănindu-i fața. Raportul a discutat în continuare dificultatea de a opera cu magneți puternici folosind instrumente tradiționale și posibilele daune ale mișcărilor necontrolate cauzate de astfel de instrumente. În consecință, s-a afirmat că este de asemenea nevoie de echipamente medicale care nu sunt sensibile la efectele magnetice [33].

Orientarea nanoparticulelor cu conținut de fier de către magneți și utilizarea acestora în farmacoterapie

În prezent, nanoparticulele cu oxid de fier magnetic sunt utilizate în mai multe operații biomedicale și neurobiologice, cum ar fi cele efectuate pentru monitorizarea și tratamentul tumorilor.

Un studiu a raportat că atașarea nanoparticulelor de oxid la membrana astrocitară și intrarea lor în celule devine mai ușoară datorită câmpului magnetic generat de magneții de neodim așezați sub celulele astrocitelor din creier [34].

Celulele stem umane în mediu fără ser, la care s-a adăugat o cantitate de nanoparticule magnetice care conțin fier (0,043 mg/ml) la un nivel netoxic, au fost utilizate împreună cu magneți de neodim și observate zilnic. În acest studiu nu a fost raportat niciun efect asupra prepotenței și proliferării celulelor stem [35].

Într-un studiu efectuat pe porci în 2014, stenturile vasculare au fost transformate magnetice prin intermediul unor magneți de neodim și, astfel, au asigurat menținerea celulelor endoteliului susținute cu particule de fier. Acest lucru poate duce la o dezvoltare importantă a procedurilor legate de stent, deoarece accelerarea endotelializării ar reduce riscul de tromboză [36].

Un studiu pe animale publicat în 2012 a avut orientarea celulelor stem care conțin particule de fier către zona vizată din retină, asigurată din nou cu magneți de neodim. Acest lucru pare a fi deosebit de important în tratamentul degenerescenței maculare legate de vârstă și a retinitei pigmentare [37].

Nanoparticulele încărcate cu agenți chimioterapeutici citotoxici pot fi orientate spre tumori. În zonele tumorale, permeabilitatea capilară crește și particulele care nu pot călători intercelular în altă parte pot trece în tumoră. Această trecere a nanoparticulelor poate fi consolidată prin orientare prin magneți [38].

Într-un experiment privind închiderea anevrismului, magneții așezați pe corpul exterior al iepurilor experimentali au fost folosiți pentru a direcționa microparticulele magnetice din circulație către zonă timp de cel puțin 30 de minute. Deși recanalizarea anevrismală a fost observată 12 săptămâni mai târziu în timpul urmăririi, acesta a fost un studiu important pentru posibile noi modalități în tratamentul anevrismelor [39].

Un alt studiu realizat în 2014 a arătat că spermatozoizii expuși câmpului magnetic au fost mai durabili [40].

Utilizarea magneților în stomatologie

Magneții au fost folosiți și în operații ortodontice. Mișcarea exterioară a rădăcinii dintelui îngropat în cazurile de fractură dentară poate fi realizată cu ajutorul magneților în 9-12 săptămâni. Rădăcina care se întinde poate fi apoi reformată prin metode precum acoperirea cu porțelan [41]. Magneții de neodim sunt folosiți cu acoperiri deoarece nu sunt rezistenți la coroziune și la pierderea treptată a rezistenței [42].

Concluzie

Dispozitivele electronice sunt din ce în ce mai utilizate în viața noastră. Combustibilii fosili sunt înlocuiți cu energii regenerabile, un domeniu care folosește din ce în ce mai multe elemente din pământuri rare. Aceste elemente sunt utilizate în mașinile electrice și turbine eoliene. Deși provocările în materie de achiziții și prețurile ridicate îi determină pe producători să caute alternative, elementele de pământuri rare sunt încă folosite în numeroase tehnologii și, din cauza cererii lor, efectele asupra sănătății acestor magneți puternici trebuie abordate împreună cu impactul asupra mediului.

În această recenzie, istoria, definiția și proprietățile magneților de pământuri rare au fost explicate pe scurt. În plus, pe baza rezultatelor examinate aproximativ din studiile efectuate până acum, am ajuns la concluzia că există efecte ale magneților, în special magneților de neodim, asupra sistemelor corpului, țesuturilor, organelor, bolilor și tratamentelor. Deși au fost utilizați în diferite dispozitive de diagnosticare din sectorul sănătății și ca instrumente terapeutice, magneții sunt potențial dăunători organismului și prezintă un risc crescut de accident. În ciuda studiilor insuficiente efectuate asupra efectelor magneților de neodim, acestea par să aibă un potențial mare atât pentru procedurile diagnostice, cât și pentru cele terapeutice.

Note de subsol

Conflict de interese: Autorii nu au declarat niciun conflict de interese.

Dezvaluire financiara: Autorii au declarat că acest studiu nu a primit niciun sprijin financiar.