BBEMG - Belgian BioElectroMagnetics Group

Belgian BioElectroMagnetics Group

Effecten van EMV op de beenderen

Effecten van EMV op de beenderen

Stel, er gebeurt een ongeval op een bepaald ogenblik tijdens een voetbalwedstrijd: het scheenbeen van beide pechvogels is gebroken! Wat gebeurt er daarna?

EMF effects on bones: the accident

Gelukkig voor hen zijn het eenvoudige fracturen, zonder botverschuiving. Een operatie is niet nodig. Beide pechvogels moeten wel in het gips. Ze krijgen het advies om te rusten en 6 weken met krukken te lopen.

 

Herstellende callusvorming

Wat gebeurt er op de plaats van de fractuur? De genezing van een fractuur vereist een complex proces van celproliferatie en -differentiatie. Ze kan in drie belangrijke fasen worden ingedeeld:

  • De ontstekingsfase is gekenmerkt door het ontstaan van een hematoom en fysicochemische fenomenen die leiden tot de migratie van de herstelcellen. Deze cellen zullen zich differentiëren in gespecialiseerde cellen die nieuw bot- (cellen die osteoblasten worden genoemd) en kraakbeenweefsel (cellen die chondroblasten worden genoemd) aanmaken.
  • De herstelfase is gekenmerkt door callusvorming. De callus is samengesteld uit chondroblasten en osteoblasten die zich in de fractuur vermenigvuldigen. De oorspronkelijke callus is tamelijk week en biedt enige stevigheid aan de botstukken. Na een tijdje verkalkt deze callus en wordt het bot harder.
  • De remodelleringsfase is gekenmerkt door het herstel van de normale grootte, vorm en sterkte van het gebroken bot. Dit kan maanden tot jaren duren.

 

EMF effects on bones: hypertrophic pseudarthrosis

Jammer genoeg tonen de röntgenfoto's na deze periode van 6 weken een ongunstig beeld: hypertrofische pseudoartrose (*). Pseudoartrose is een ongunstige prognose omdat het betekent dat de fractuur niet geneest: de callus blijft week en verkalkt niet

(*) Men noemt dit "hypertrofische" pseudoartrose omdat er sprake is van een zeer actieve celproliferatie en goede botvascularisatie. Bijgevolg verhoogt de botproductie maar het genezingsweefsel overbrugt de fractuur niet. Bij pseudoartrose, vaker toe te schrijven aan instabiliteit onder het gips, is  magnetische stimulatietherapie aangewezen.

Waarom? Er worden verscheidene oorzaken aangehaald voor hypertrofische non-union, zoals bijvoorbeeld instabiliteit onder het gips. Wat zijn de opties? Hoe botten doen herstellen?

Magnetische velden en callusconsolidatie

Magnetische velden kunnen een rol spelen bij de callusconsolidatie! Het is niet de enige optie (een autotransplantaat, een allotransplantatie of chirurgische fixatie zijn andere opties) maar kan werken onder specifieke omstandigheden.

Verrassend? Niet noodzakelijk, als we teruggaan in het verleden en kijken naar de geschiedenis van de orthopedische traumatologie (*):

(*) Een uitgebreider overzicht van de geschiedenis kan u raadplegen in Hinsenkamp M. Stimulation électromagnétique de l'ostéogénèse et de la consolidation des fractures. Académie Royale de Belgique, Classe des Sciences, Bruxelles, 336 pages, 1994.

Reeds in het begin van de 19de eeuw werden elektrische schokken toegepast bij de behandeling van pseudoartrose van het scheenbeen. De technieken zijn verbeterd en in 1861 bijvoorbeeld bestonden de stimulaties uit gelijkstromen die op de plaats van de fractuur werden toegediend door middel van naalden, maar hiervoor bestaat geen wetenschappelijke rechtvaardiging.

Tijdens de 18e en de 19e eeuw breidde de kennis over elektriciteit uit. Omdat dit het tijdperk was van de ontdekking van de eigenschappen van elektriciteit en EM-velden, waren de eerste therapeutische toepassingen van elektriciteit veeleer "magisch" dan wetenschappelijk.

Hoe kwam men op het idee om elektriciteit te gebruiken en hoe werd het onderzoek wetenschappelijker? Dit kan in drie hoofdfasen worden samengevat:

1. Opmerking

Een mechanisch belast bot (bijvoorbeeld tijdens het stappen) maakt botweefsel aan (osteogenese). Een bot dat daarentegen niet wordt belast atrofieert (bijvoorbeeld bij langdurige bedlegerigheid, een gipsverband, microzwaartekracht, ...) en veroorzaakt rustosteoporose.

2. Proefnemingen

Parallel hebben experimenten op botten aangetoond dat de verdeling van elektrische ladingen aan beide zijden van een bot verschillen volgens de mechanische vervorming.  Dit effect was eerst vergelijkbaar met een piëzo-elektrisch effect, zoals bijvoorbeeld in droge omstandigheden waargenomen op mineralen zoals kwarts (zie afbeelding hieronder). 

EMF effects on bones: piezzo electric effect

In 1953 stelden wetenschappers elektrische potentiaalvariaties vast aan het oppervlak van een mechanisch vervormd bot. Deze variaties komen voor tijdens de dynamische fase van de vervorming en neutraliseren wanneer de vervorming is verkregen.

In levende botten echter (vochtige omstandigheden), is het voornamelijk de migratie van ionen tijdens de mechanische vervorming die een stromingspotentiaal produceertdat verantwoordelijk is voor de elektrische potentiaalvariaties aan het oppervlak van botten.

3. Therapeutische toepassingen

Met deze resultaten in gedachte formuleerden een aantal auteurs de hypothese dat het aanleggen van een extern magnetisch veld zal leiden tot elektrische potentiaalvariaties aan het oppervlak van botten en de fysiologische processen zoals osteogenese zullen nabootsen.

Tegenover de vroegere "historische" therapeutische technieken (vb. elektrische stromen toegediend door middel van naalden op de plaats van de fractuur), zijn externe magnetische velden niet-invasief: ze worden aangelegd door middel van twee spoelen (zie onderstaande afbeelding).

Hierna volgen enkele proefnemingen bij dieren:

Bron: Hinsenkamp M. Stimulation électromagnétique de l'ostéogénèse et de la consolidation des fractures. Académie Royale de Belgique, Classe des Sciences, Bruxelles, 336 pages, 1993.

EMV effecten op botten

EMV effecten op botten
Versnelde kraakbeenmaturatie bij muizenembryo's onder in-vitroblootstelling aan EM-velden (zie grotere blauwe gebieden onder stimulatie die een versnelde maturatie van het kraakbeen tonen) Versnelde ontwikkeling van primaire ossificatiecentra bij kippenbotten onder in-vivoblootstelling aan EM-velden (zie groter rood gebied onder stimulatie)

EMF effects on bones

Bij een recente fractuur wordt de werking van externe magnetische velden gekenmerkt door een versnelde callusverharding in de eerste fasen van de genezing en de afwezigheid van periostale callus. Dit heeft evenwel geen significante invloed op de totale genezingstijd van nieuwe, recente fracturen.

Happy end

Hoewel in de huidige stand van het onderzoek een iets kortere genezingstijd wordt waargenomen, volstaat dit niet voor toepassing bij de mens.
Er wordt evenwel een wijziging van het genezingsproces waargenomen en verder onderzoek om het cellulaire werkingsmechanisme van het EM-veld te verduidelijken zou de behandeling van fracturen kunnen verbeteren.
Wat kunnen onze pechvogels verwachten?

EMF effects on bones

Bij hypertrofische pseudoartrose ontstaat een grote botcelproliferatie gewoonlijk door overmatige mobilisatie van de botfragmenten en is er een grote maar niet geconsolideerde botcallus. In deze omstandigheden blijkt dat een elektromagnetisch veld de genezing zou kunnen bevorderen door een versnelde maturatie van de kraakbeencallus die zijn ossificatie verbetert.

Momenteel blijkt dat met stimulaties moet worden gestart wanneer de callus reeds goed ontwikkeld is: tijdens zijn laatste genezingsfasen heeft de callus baat bij MV-stimulatie door het versnellen van de kraakbeenverbening. Een te vroeg gestarte magnetische behandeling zou kunnen leiden tot een sneller mechanisch rigide maar minder stevige callus.

Samenvattend

Botherstel wordt beïnvloed door mechanische factoren die externe magnetische velden lijken na te bootsen.

Botstimulatie door specifieke externe magnetische velden versnelt de botweefseldifferentiatie (osteogenese). Met andere woorden: het belangrijkste effect is een versnelling van de celdifferentiatie. Dit effect wordt alleen waargenomen bij gevoelige weefsels, bijvoorbeeld, fractuurweefsels en genezende of groeiende weefsels.

Behandelingen door magnetische stimulaties zijn aangewezen bij duidelijk gedefinieerde gevallen van hypertrofische pseudoartrose en ischemische necrose.

Referenties

Hinsenkamp M., Collard J.-F. 
Growth factors in orthopaedic surgery: demineralized bone matrix versus recombinant bone morphogenetic proteins. 
International Orthopaedics. 39(1):137-47, 2015.

Hinsenkamp M., Collard J.-F. 
Bone Morphogenic Protein--mRNA upregulation after exposure to low frequency electric field. International Orthopaedics.
35(10):1577-81, 2011.

Hinsenkamp M
Effets des champs électriques et électromagnétiques sur la différenciation cellulaire et leur intérêt en chirurgie orthopédique et traumatologique.
Bulletin et mémoires de l'Académie royale de médecine de Belgique, 166(7-8-9): 307-16, 2011.

Hinsenkamp M, Collard J.-F.
Bone Morphogenic Protein--mRNA upregulation after exposure to low frequency electric field
Int Orthop, 35(10):1577-81, 2011.

Hinsenkamp M. 
Influence des facteurs physiques sur la consolidation osseuse. 
Bulletin et mémoires de l'Académie Royale de Médecine de Belgique, 151(12): 517-526, 1996.

Hinsenkamp M. Stimulation électromagnétique de l'ostéogénèse et de la consolidation des fractures. Académie Royale de Belgique, Classe des Sciences, Bruxelles, 336 pages, 1994.

Hinsenkamp M. 
15 Years Experience in electromagnetic stimulation of bone growth and repair. 
J. Jpn. Bioelect. Res. Soc., 8: 1-10, 1994.

Hinsenkamp M. 
Clinical studies of the effects of electromagnetic fields on bone tissues. 
Cost 244: Biomedical effects of electromagnetic fields. (Ed.: Simunic D.) EU. DG XII: 114-119, 1994.

Hinsenkamp M., Hauzeur J.P., Sintzoff S. Jr. 
Preliminary results in electromagnetic field treatment of osteonecrosis. 
Bioelectroch. Bioener., 30: 229-235, 1993.

Hinsenkamp M., Heenen M., Dierickx M., Lifschitz L. 
Effects of electrical stimulation on wound healing. 
Final report contract EC n ° CI1-0348-B, complementary to: CI1-0349-YU: pp. 46, 1993.

Documenten & Links

Andere informatie dat u wellicht interessant zult vinden ...

  • Gebruik van EM eigenschappen - Meer inzicht te krijgen in de werking van courant gebruikte elektrische apparaten: verwarmingstoestellen, verschillende soorten lampen, motoren, computer, laserprinter en de lader van een elektrische tandenborstel.
  • Traject van de elektriciteit - Transmissie van elektriciteit vanaf de elektriciteitscentrale tot het stopcontact in onze woningen. (...)

Share on Facebook

Laatste update op 23/12/2016

Zie ook...

Health

Gezondheid

Na ongeveer 40 jaar onderzoek naar de effecten 50 Hz EMV op de gezondheid zijn de resultaten nog steeds onbeslist. Zie een overzicht van recent onderzoek.

Problematiek van gezondheid risico's >>
Hypersensitivity

Elektromagnetische hypergevoeligheid

Wat mensen hebben een brede waaier aan niet-specifieke klachten en symptomen die zij toeschrijven aan elektriciteit of EMV. Dit resulteert in verschillende gradaties van ongemak en gezondheidsklachten. (...)

Elektromagnetische hypergevoeligheid >>