神経疾患に対する磁場の影響に関する短いレビュー パート 2
Aug 15, 2024
細胞膜では、受容体またはチャネルタンパク質が、共鳴現象によって活性化されるレバーまたはアンテナとして機能することもあります。これは、荷電分子要素がEMFの適切な共鳴周波数によって「非特異的に」アドレス指定できるためです（図1）。
細胞膜は細胞の重要な構成要素であり、記憶を記録するための重要なメカニズムの 1 つです。細胞膜は、細胞内のさまざまな細胞小器官や化学物質を取り囲んで保護する脂質分子の二重層で構成される薄い膜です。外部物質を細胞内に導入し、細胞の内外環境の安定性を維持するのに重要な役割を果たしており、人間の記憶とも密接に関係しています。
細胞膜は、細胞内に物質を導入するだけでなく、神経伝達物質を介してあるニューロンから別のニューロンに信号を伝達することもできます。したがって、神経伝達の重要なチャネルであり、人間の学習と記憶に密接に関係しています。人間の記憶は心理学と神経科学によって説明されます。長期的には、主に大脳皮質のシナプスの形態と機能の変化に依存します。
ニューロン間の接続が私たちの記憶の物理的および化学的基盤を形成するため、記憶はニューロンと密接に関係しています。細胞膜内の脂質、タンパク質、およびその他の化合物は、ニューロン間の接続において重要な役割を果たします。例えば、シナプス後膜の構造と機能に関しては、細胞膜上のタンパク質が重要な役割を果たしています。それらは、神経伝達物質の放出とシナプス後細胞膜上の神経伝達物質受容体の活性を促進します。
細胞膜は、ニューロン結合における役割を果たすことに加えて、領域固有の振動信号を通じて記憶を記録することもできます。たとえば、全体的な電位差を使用して感情的な経験を認識したり、特定のシーンを記憶したりすることができ、人間の記憶形成において重要な役割を果たします。つまり、記憶における細胞膜の役割は人間の記憶神経と密接に関係しているため、細胞膜の機能と安定性を維持することは人間の記憶の健康を守るための重要な要素の1つです。
日常生活において、細胞膜の健康を維持することは、健康な記憶を維持するために不可欠です。合理的な食事、定期的な運動、十分な睡眠、精神的健康は、細胞膜機能を維持するための重要な方法です。同時に、必須脂肪酸が豊富な食品（魚やナッツなど）を食べ、適切な栄養素と食物繊維を補給することも、細胞膜の正常な機能の維持に役立ちます。これらの習慣は身体の健康に良いだけでなく、人間の記憶の健康を維持するのにも役立ちます。私たちは記憶力を向上させる必要があることがわかります。シスタンシェには抗酸化作用、抗炎症作用、老化防止効果があり、脳内の酸化反応や炎症反応を軽減し、健康を守る効果があるため、記憶力を大幅に向上させることができます。神経系。さらに、Cistanche は神経細胞の成長と修復を促進し、それによって神経ネットワークの接続と機能を強化します。これらの効果は、記憶力、学習能力、思考速度の向上に役立ち、認知機能障害や神経変性疾患の発生を防ぐこともできます。
シグナル伝達カスケードのこのステップに続いて、二次メッセンジャーが誘発され、これによって「古典的」経路が開始されます [38、41、60]。二次の下流イベントは、例えば受容体チロシンキナーゼ、PIP2 (ホスファチジルイノシトール 4、5- 二リン酸など) を介して誘発されます。 ）、PIP3（ホスファチジルイノシトール 3,4、5-三リン酸）、脂質ホスファターゼ PTEN（ホスファターゼおよびテンシン相同体）。
PIP3 は、Akt を介してさらにシグナル伝達することができ、Akt 自体は、成長、分化、遊走などに作用するタンパク質合成など、他の多くのシグナル伝達経路(1)の中心です。VGCC によって誘発される Ca++ ストリームは、多くのシグナル伝達カスケードを誘導することができます。
EMF の磁気成分はラジカルの生成に作用し、酸素を含む媒体ではラジカル酸素種 (ROS) にも作用します。さらに、スピン三重項の再配向によって、方向性成分も誘導することができる。クリプトクロム (CRY) がこれを引き起こし、ROS の生成につながる可能性があります。また、ミトコンドリアは、硝酸酸素 (NO) だけでなく、ROS 生成源になることもあります。
NO と ROS は、今度はペルオキシ窒化物 (ONOO-) と反応することもあります。これにより、IκBおよびNFκBが活性化され、細胞反応が誘発され、たとえば一種の「プレコンディショニング」および保護が引き起こされます。
三次反応は、遺伝子発現のエピジェネティック修飾または直接的な遺伝子制御を介して核内で生じ、(2) 酸化還元ホメオスタシス、細胞生存および増殖、または (3) 遺伝子発現の変化、または例えば細胞周期の変化を引き起こす。
NO および ROS はメッセンジャーとして、Nrf2 抗酸化経路の活性化を誘導し、細胞および酸化損傷バイオマーカーの減少による保護効果を発揮する可能性があります [61, 62]。
NO の生成に関しては、Chinon et al. [63]は、TMS後の脳卒中患者におけるNOレベルの増加は、神経性一酸化窒素合成酵素(nNOS)および/または内皮NOS(eNOS)活性と関連しているが、誘導性NOS(iNOS)発現とは関連していないことを観察した。 Cho ら[5]は、ELF-EMF (60 Hz、2 mT) がラットの脳における nNOS の発現と活性化を増加させることを示しました [63]。
対照的に、nNOS と eNOS の活性化はカルシウムイオンに依存しており、ELF-EMF の生物学的効果がカルシウムチャネルの制御に関連しているという多くの報告がある[64]。
したがって、観察された NO 生成と代謝の増加のメカニズムは、カルシウムイオン流動と関連している可能性があります。カルシウム流動による増幅は、EMF の膜媒介効果が細胞内に伝達される手段を提供する可能性もあります [41, 57]。 F-アクチンベースのCa2+貯蔵の細胞部位は膜下細胞骨格に位置している[38]。
細胞への Ca2+ 輸送は、他の多くの経路や細胞小器官に作用します。他の細胞イベントは、受容体チロシンキナーゼ (RTK)、ホスファチジルイノシトール 4、5-二リン酸 (PIP2)、ホスファチジルイノシトール 3,4、{ {6}}三リン酸（PIP3）、脂質ホスファターゼおよびテンシンホモログ（PTEN）。
PIP3 はセリン/スレオニンキナーゼ Akt を介して経路を活性化でき、Akt 自体は多様なシグナル伝達経路の中心です。したがって、これらのシグナル伝達カスケードはさまざまなメカニズムによって機能的にアクセスされる可能性があります [38] (図 1)。
ヤオら。 [65]また、彼らは、PEMFが希突起膠細胞前駆細胞の分化を促進することをin vitroで発見したことから、PEMFの効果が遺伝子発現にも影響を及ぼし得ることを示した。
エピジェネティックな変化は、覚醒したマウスの前頭皮質に反復的に TMS を適用すると、CDK5 (サイクリン依存性キナーゼ 5) および PSD-95 (シナプス後密度タンパク質 95- のメンバー) のドーパミン D2 受容体依存性持続的変化を誘導することとしても報告されています。刺激された脳領域内で特異的に膜関連グアニル酸キナーゼ）タンパク質レベルを測定する[66]。
これらの修飾は、遺伝子プロモーター領域内のヒストンアセチル化の変化と関連しており、この現象はヒストン脱アセチル化酵素阻害剤の投与によって防止された。コンソールなど[67]は、パーキンソン病患者とさまざまな実験動物モデルのニューロンの両方において、脳深部刺激とTMSによって引き起こされるエピジェネティックな変化の重要な概要を提示した。
AD 患者の末梢血単核細胞では、Capelli et al. [28]は、ADにおいて調節不全となっている細胞機能(すなわち、BACE1)における遺伝子発現を調節する低周波PEMFの能力を試験した。彼らは、LF-PEMF が miRNA によって媒介されるエピジェネティックな制御を刺激することができ、これにより病理学的状態で制御が解除された経路のバランスの再調整につながる可能性があることを観察しました。
ただし、エピジェネティックシグナルの複雑なネットワークと潜在的な副作用の可能性に関しては、分子レベルでのさらなる研究が必要です。
AD マウスは PEMF 曝露後に長期的な認知と記憶の障害を示し、これがこれらのマウスに AD 症状を引き起こした [68]。この研究の著者らは、EMFは酸化ストレスを増強する可能性があり、これはこれらの動物に見られるオートファジーの機能不全に関連している可能性があると主張している。 MHz の周波数が高く、オートファジーの持続時間が長いと、マウスの脳で脱髄が起こる可能性があります[69]。
対照的に、EMFwindows と強度の現象に合わせて、Marchesi et al. [70] は、低周波電磁場への直接曝露によってヒト神経芽細胞腫細胞においてオートファジーがプラスに調節されることを発見した。
提案されたメカニズムとして、著者らは、オートファジー関連遺伝子6とBEC-1のオルソログであるBeclin1を介したオートファジーに影響を与えるマイクロRNA配列のインビトロ発現を挙げている。
この研究の著者らは、アルツハイマー病などの疾患における細胞内のタンパク質凝集体の除去におけるオートファジーの積極的な細胞保護効果について議論しています。
擬似TBSと比較して、断続的なシータバースト刺激(iTBS)の24時間後に可塑性遺伝子の発現が有意に増強されることが、ヒトニューロン様細胞モデルで見出された[71]。
この特定の効果は、人間の皮質興奮性に対する iTBS 効果の根底にある広く想定されている可塑性メカニズムの裏付けとなります。ROS 生成は、磁気刺激に関するもう 1 つの分子関連です。
PEMF デバイスによって引き起こされる細胞 ROS レベルの変化は、PEMF デバイスの有益な治癒効果を説明できる可能性があります。興味深いことに、そのようなデバイスによって誘発される ROS の濃度は、酸化ストレスによって誘発されるものよりもはるかに低い[72、73]。
逆説的ですが、ROS は抗酸化防御と修復経路を刺激することで有益な役割を果たしており、定義された細胞機構が関与するいくつかの病状において PEMF の治療効果が記録されています [74]。
PEMF は、哺乳動物細胞における ROS の急速な蓄積を刺激する可能性があります [72]。 PEMF への曝露後、細胞増殖は遅くなり、ROS 応答遺伝子が誘導されます [72]。これらの効果には、ROS を合成する推定上の磁気センサーであるクリプトクロムの存在が必要です。
クリプトクロムは遍在的に発現されるフラボタンパク質であり、光または磁場の存在下で構造変化を受け、ラジカルペアを生成します[75、76]。逆に、ショウジョウバエの発作回復中に磁場曝露のプラスの効果が報告された[77]。
同様に、この効果はクリプトクロムに依存しており、ニューロンの興奮レベルを変化させるクリプトクロムにおける磁気感受性の光化学ラジカル対反応を示唆しています。最後に、低強度での反復的な TMS は軸索伸長とシナプス形成を誘導し、マウスの病変後軸索伸長やオリーブ小脳再神経支配などの in vivo および ex vivo 状況で神経回路を修復できます。
この修復は、特に効果的な複雑な生体模倣パターンとクリプトクロームの存在に依存します[78]。
ROS 濃度に関するこれらの矛盾した結果は、細胞内グルタチオンを減少させることなく、ヒト骨芽細胞における ELFPEMF 誘発 ROS 産生に 1 回曝露することで解決できます [79]。
しかし、PEMFへの繰り返しの曝露はROSレベルを低下させ、抗酸化ストレス反応の変化を示唆しています。ラジカル種の除去により、骨芽細胞の機能に対する PEMF の効果が減少した [73]。
したがって、PEMF は毒性のない量の ROS を誘発し、PEMF によって生成された ROS に対する反応もこれらの細胞のプレコンディショニングをもたらす可能性があると結論付けられています[81]。
7. 結論
神経疾患における磁気刺激とEMF刺激に関する報告をまとめたこの報告書は、持続時間、強度、共鳴効果、窓効果の多くの変化により、複雑な状況を描いています。この原稿では、重要な分子および細胞の生物学的関連性を明らかにすることを試みました。動物および臨床研究から得られる低周波電磁場を結合します。
他の要因の中でも、ストレス、炎症、損傷した細胞の休止電位はこの切り替えを開始し、神経障害を持つ患者の転帰を改善する可能性がある[81]。
細胞膜に埋め込まれた電荷感受性受容体およびチャネルは、タンパク質合成、成長、遊走、分化などのさまざまな二次的な細胞および組織反応を引き起こすさまざまなシグナル伝達カスケードを活性化することができます。また、ROS 生成、特に非常に高い外膜電位を持つミトコンドリアからの ROS 生成の重要性も強調します。
この細胞小器官は、ROS や NO の生成につながる電子の逃亡のリスクを伴う電子伝達連鎖を処理する必要があります。どちらのメッセンジャーも、関連するシグナル伝達カスケードも、エピジェネティックな遺伝子変化を誘導する能力を持っており、最終的には細胞の生存、酸化還元ホメオスタシス、その他多くの細胞反応に影響を与える可能性のある遺伝子発現の変化を引き起こす可能性があります。
電気的結合と比較して、「磁気相互作用」の役割は依然として議論の余地があります。新しく発見された推定上の磁気センサーであるクリプトクロームは、EMF、PEMF、および TMS 効果の焦点をそれらの磁気コンポーネントに移す可能性があります。したがって、生物物理学および関連分野では、量子ラジカルペアのメカニズムとクリプトクロムの役割を研究することが重要です[82、83]。
近年この分野で数多くの出版物が出版されており、私たちは現在、EMFと生物学的現象との結びつきの因果原理をよりよく理解し始めています。
Hallet [8] は、TMS が臨床神経生理学者にとって、特に神経障害の診断において強力な手段であると指摘しました。これらの影響のほとんどは軽度で一時的なことが多いため、これらの EMF 誘発影響の根本的な原理を理解するにはさらなる調査が必要です。
細胞内電場の広範な広がりのメカニズムを決定するためにナノペブルセンサーを使用して、ミトコンドリアの細胞小器官や生体分子など、細胞の内部構成要素の電気的性質に関してより徹底的な理解が必要です。セル内部の正確な EMF 測定を開発することにより、EMF-磁気および TMS 研究のこれらの限界をよりよく理解できるようになります。
8. 著者の寄稿
MF は、関連する疾患に対する物理学および磁気療法の基本的な概念と原則を提供しました。RHWF は、磁気および電磁効果の生物学的原理と臨床効果について説明しました。RHWF は原稿の最終編集を行いました。
9. 倫理の承認と参加への同意
適用できない。
10. 謝辞
このレビューで言及されている研究は、ザクセン科学教育省、GWT、HZDR、および TUD (プロジェクト NeuroMaX) から一部資金提供を受けています。
11. 資金調達
この研究には外部からの資金提供はありませんでした。
12. 利益相反
著者は利益相反がないことを宣言します
13. 参考文献
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