JPS60501795A - 電気的な環境の特別かつ選択的な切換えによる生組織及び細胞の生長，修復，維持作用の調節方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気的な環境の特別かつ選択的な切換えによる生組織及び細胞の生長、修復、維 持作用の調節方法発明の背景 本発明は組織や細胞に対しそれらの環境下においてそれらの相互作用を変化させ ることによる治療法に関する。

苦痛を伴っている身体に対して、直接誘導結合に」：り外科的に侵害することな く作用する手段としで。

リヤビー（Ｒｙａｂｙ　）その他による米国特許４１０５０１７号、米国特許４ ２６６５３２号及び４２６６５３３号明細書に示された技術がある。この中では １つ以上の誘導電圧・ぐルスと細隙する電流信号とを相対的に特殊゛・パターン に一致させると、苦痛のある身体の治療。

例えば骨折やゆ着不能の傷等の治療の促進に有効であることが見出されている。

通常、身体の大きな部位２例えば脚部の治療に良く合うだめの複雑な処理ヘッド は１つ以上の大きなコイルを有している。

骨折治療の場合、実質上すべての経験記録は、特殊なパルス形状、単一パルスの 周期あるいは・ぐ−スト状パルスの・ぐターン、その他ＦＤＡ　（米国薬品管理 局）による許可の範囲内での・ぐラメータに従う脈動電磁界を含んでいる。骨折 後のゆ着不能の例に適用された治療は２万例を越え、この種のゆ着不能の治療に ついて言明するだめの基礎を提供している。全治療例の実質上７５係において、 上述したリヤビーその他による特許の装置によりＦＤＡで詐りされた・ξルス信 号を用いて物理的に管理された状態を通して治療が行われ、この治療は成功率約 ５５％で先天的な関節炎に適用された治療も２００例に近づきつつある。このよ うな背景から、成功はあらかじめ手術や移植、自然治ゆ等の方法で対処できない 苦痛を伴った骨がもっばら物理的に侵害することなく加えられる電磁界で誘引さ れた生物学的処置あるいは環境により十分に使用可能でウェイＩ・ベアリングに なることを誘発したものと思われる。

この成功例は注目すべきであり、はるかに多くの処理例は骨折後のゆ着不能の例 であり、しかも骨折後のゆ着不能の約２５係が上記した処理に対処できなかった ことである。

本発明者は上述した注目すべき体験記録を向−ヒさせるために、広範にわたり１ 〜かも注意深い研究を通して脈動電磁界に反応する生体細胞をより良く理解すべ く努力した。

〔発明の要約〕

本発明の主たる目的は、直接誘導結合を通して生細胞や組織に対し外科的に侵害 しないように治療するだめの改良方法及びその装置を提供することにある。

特に、付加的な目的は骨の生長のだめの補助器具として上記目的を達成すること にある。

本発明の他の目的は２上述したものより厳密に規定したパラメータで上記目的を 満足することにあり。

上述した如き治療では対処できなかった骨折後のゆ着不能な骨を効果的に治療し 得るようにすることにある。

本発明の一般的な目的は、上記目的を現在の装置及び技術に対するわずかな変更 で達成することにある。

本発明はリヤビーその他による上述した特性の装置を用いて骨折後のゆ着不能な 例に対してＦＤＡで現在許容されている・やラメータとは異るより厳密に規定さ れた・ぐラメータの脈動電磁界により上記目的を達成するものである。ノ’？ラ メータはノｅルスの形状や繰り返し周期及び振幅に関係し１分離脈動電磁界での ■骨中のカルシウム取込み及び含有量と骨中のコラーケゝン及びＤＮＡの反応と 、■軟骨中のＧＡＧ　（グリコースアミノグリカン）の含有量と軟骨中のコラー ヶ゛ン及びＤＮＡの反応に関する本発明者の研究（生物学的な標本を用いた）に もとづいている。本発明によるより厳密に規定されたパラメータは、はじめに回 復の見込みのない症状、すなわち上述したＦＤＡて許容されたパオメータで有効 でなかった骨折後のゆ着不能な例の２５係の中の症例に対して骨つぎあるいは切 断のための処置面に適用される。現在まで。

この回復の見込みのない症状のグループでの成功率は約７５％である。

〔詳細な説明〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に使用する装置の構成を使用状態にて示しており、第２図〜第１ ０図は第１図に示した装置の最適な動作を選択するに際して使用した各種の調査 データを表わすグラフ図である。

第１図を参照して２本発明は骨折した脛骨１１や腓骨のような欠損のある骨で苦 痛を伴っている人体の脚１０に適用するために示されており、骨の移植７を伴う あるいは伴わない通常の方法で接合し得ないゆ着不能の場合として分類されるも のに適用される。

治療中、患部の相対運動を制限するために必要な型あるいは補強部材は図示を省 略していることは理解できよう。苦痛を伴った骨の再生あるいは調整のだめの脈 動電磁界を生ずる装置としては、上述したリヤビーその他による特許の一つ以上 の中で述べられているもので良い。特に、一対の多層巻コイルユニット、　１２ 　、１３は脚１０にベルトで取外し可能に付す 設さｔ、各コイルは多層巻の束で、Ｂ＆Ｓケ゛−ノ（Ｂｒｏｍｎ　ａｎｄ　５ｈ ａｒｐ　Ｗｉｒｅ　ｇａｇｅ　）　２８の被覆銅線５６回巻が適しており、はじ めに通常だ円形に変形される前に１８〜２５ｃｍ直径の円径に巻回され、その後 成形されたグラスチックシー’−トの如き磁気透過部材のケース（図示省略）に 収容される。コイルユニット１２　、１３の配置及び接続はコイルが磁束を促進 するような関係で励磁される時磁束発生のコイル軸が苦痛を伴った領域を通して 一致するように位置合わせされる。リヤビーその他による第２及び第３の特許に おいて検討されているように、コイルの寸法及び空間は、励磁された時コイル及 び２つのコイル間で限定された空間内に実質上一様な磁束分布ができるように設 定される。パルス信号発生器１４は、コイル］、　２−１３に接続され、オン、 オフ制御及び出力信号ノクルスの振幅の調整つまみ１５．パルス幅の調整つ１み １６．繰り返し周期の調整つまみ１７を備えている。定１つだ動作パラメータを 除いて検討すると、装置につい−Ｃはリヤビーその他による特許の明細書を考慮 すれば詳述する必要は無いが９図示されている調整つ１み１５〜１７は概略的に 示されでおり、変位は限定された範囲内にセットされ、したがってこれらのつ甘 みは必ずしも整形外科の専門家や患者がオン、オフ制御の他に自由に調整可能で あることを意味するものでは無い。

本発明者は現在までの調査及び治療結果にもとづき、脈動電磁界に関して以下の ような状態下で生物学的反応を向上せしめる重要な゛窓″が介在することを確信 した。すなわち、（ａ）・ぐルス信号発生？５１４の出力は単一パルスが繰り返 し続＜（８号であ！１１　、　（ｂ）・ぞルスの周期は６〜３０（Ｈｚ）の範囲 内で、好１しくば１５（Ｈｚ）であり、（Ｃ）個々の・ぐルスは反対極性の第１ 及び第２の部分から成り、一方は振幅がより大きく継続時間は短かく、他方は振 幅が小さく継続時間はより長いものであり、（ｄ）より大きな振幅の・Ｑルス部 分は５０〜５００マイクロ秒の範囲内の継続時間のいずれかで、好１しくは実質 上２００マイクロ秒であり、（ｅ）第１の極性の部分の電圧振幅は脈動電磁界内 の生細胞や組織に１．　Ｏ”−４〜１０−２（Ｖ／ｃｍ）のピーク電圧を誘導す るものであり　、　（ｆ）更に、・ぐルスを擬似長四角形状にするように、先頭 部分の立上がり時間は１マイクロ秒のオーダて、しかも立下がり時間は立上がり 時間よシも大きな値でちることである。

−ｈ記の如き状態を評価するために、骨折後のゆ着不能の例に対する実質上７５ ％の成功率は、リヤビーその他による特許の装置を用いた下記のＦＤＡで許容さ れた治療規則のせいであることｒ思い出さなければならない。ＦＤＡで許容され た規則によれば、コイル１２　、１．３を励磁する・ぐルス信号発生器１４の出 力パルスは、５ミリ秒のパーストノクルスとして出力され、より大きな振幅部分 は２０〜５０マイクロ秒の継続時間、小さい振幅部”分ｉ、ｉ　２００〜２５０ マイクロ秒の継続時間であり、バーストパルスの間隔は１秒間に１５回繰り返す バーストである。

勿論９問題はＦＤＡで許容された規制では適切でなかった２５係のゆ着不能の例 をどうするかである。

正し２いか正しくないか２本発明者は旧述したＦＤＡで許容されたバーストパル ス信号に反応しで誘発された細胞あるいは組織はある人間あるいは他の動物には 骨形成を向」ニさせ得る環境を有効に除くことに関してはひんばんな個々のパル ス刺激の存在によりブロックされマヒされあるいは妨げられることを考えた。例 えば、　ＦＤＡで許容された信号の各バースト毎に約２０の・ぐルスが約４　ｋ Ｈの顕著な特性で続き。

個々の・ぐルスの間の細胞回復が考慮されるべき要素と思われるのであれば、非 常に短かい時間がバーストのパルス間の細胞回復のために与えられる。それ故２ 本発明では上記した刺激の数は避けられるべきであり、しかもパルス間の細胞回 復をよシ確実にすることを許容する繰り返し周期の単一パルスに信頼が置かれる 。

上述した単一・ぐルスの標準を導き出す本発明の実験は、　ＦＤＡで許容された バーストパルスノｅターンの場合と区別されるように、主１れて１４日後で化学 的に限定（すなわち、生物学的な添加物無（７に）された媒体中で８日間抱卵状 態におがれた同じ生長期間ノ試料であってその後最終分析前にすべての生物学的 生長を停止させるべく液体窒素で冷凍したふ化前のにわとりの骨を用いて良くコ ントロールされた環境下で行わｆする。

特に、各実験用の試別ヲ選ぷべく１４０の脛骨を用意するために７０個のふ化前 の卵（１４日経過後の）が収集された。これらのグループの中から９選択は約１ １−の一様な長さのものに対して行われ。

このようにして用意された実験の様々なグループに割り当てるために約１２０の 骨片が用意された。骨はある長さ、すなわち、軟骨に関連した部分の実験のため に、身体の中央に近い方及び遠い方の軟骨の２つの端部と同じく、骨に関連した 部分の実験のために軸部分が用意される。

各々の実験のために、各グループには少なくとも１０個の骨があり、各グループ のすべての試料は注意深くコントロールされた均一な温度３８２℃士０５℃で同 時に生長を始めるようにされ、異るグループは脈動電磁界の異る変化にさらされ 、すべての場合について各グループのうちのいくつかは規準値のために電磁界の 照射から外される。

実験を通して、上記条件（ａ）　、　（ｃ）　、　（ｅ）及び（ｆ）は変化なし に保持され、第１の極性部分のピーク電圧は骨の軸部内でピーク電圧、すなわち 脈動電磁界内のプローブで１４．５　（ｍＶ）に等しい電圧を誘起するようにさ れ、第２の極性部分のピーク電圧は−２，８（ｍＶ）であった。個々の変数は１ つの実験について１つの変数が減少され、より大きな振幅の第１の・ぐルス部分 についてはノぐルス長が３８０．２００．１００　。

５０マイクロ秒、照射時間と非照射時間の割合は９時間オン−３時間オフ、６時 間オン−６時間オフ。

３時間オン−９時間オフ等、単一パルスの繰シ返し周期は＋’　６　、１５　、 ３０及び７２（Ｈｚ）、更に電磁界方向については、骨の軸部分の中心線に関し て一直線にする。横切るようにする。ランダム方向にするというようにされる。

各種の測定量は、各実験の８日間の終末で、コラーケ゛ン含有量、　ＤＮＡ含有 量及びカルシウム取込量について観察により分離された第２図〜第１０図の各種 の特性の検討から明らかにナル。ナオ、　７２　Ｈｚ及び３８０マイクロ秒は先 天的な仮性関節炎に対するすべての従来の治療に対して標準化された周期及び継 続時間である。６　Ｈｚ及び］、　５　Ｈｚは７２　Ｈｚの約数に近い値、　３ ０　Ｈｚは６　Ｈｚと１５Ｈｚの両方に関連した高調波で、いずれもＦＤＡの認 可にもとづく単一パルス規則の下限値３５　Ｈ７゜よりも低くされる。

８日間の終末において試料のすべてのグループについて最終日のヒドロキシゾロ リン分析が行ゎｉ７’ｌｃ。

第２図の棒グラフは複数種類の学−・ぐルス継続時間のそれぞれについてヒドロ キシプロリンの測定量（１つの骨における含有量、以下μｇ／　Ｒ（ｍｉ　ｃｒ ｏｇｒａｍｐｅｒ　ｒｕｄｉｍｅｎｔ）と記す）を規準に対比させて示しており 、コラーケ゛ン含有量は１０〜３０６ｂ改善（規準値を越える）されたことを示 し、最大値はパルスの継続時間が１００マイクロ秒の場合の３０％であった。各 バーの上部における中央の垂直ラインの範囲は図示された値の標準誤差の設計値 である。

第３図の棒グラフは複数種類のパルス周期６　Ｈｚ　。

１５　Ｈｚ　、　３０　Ｈ７，及び７２　Ｈｚにおけるヒドロ上シフ０ロリンの 測定量を通してコラーケ゛ン含有量の改善値を示し、特に照射割合が９時間オン −３時間オフ（９／３　’）の場合と、６時間オン−６時間オフ（６／６　）の 場合とについて示している。明らかにこれらの測定値から、コラーゲン含有量は １５　Ｈｚの場合が最も促進され、しかも９時間オン−３時間オフの状態下で増 強される。

（ＤＮＡ含有量） され、８日間の実験の結末に先だって他の試料のグループと同様に管理される。

第４ａ図の棒グラフは複数種類のパルス幅毎に測定量を１５Ｈｚの単一パルスで あって、９時間オン−３時間オフの場合について規準値と対比させ、且つＤＮＡ 含有量（第４ｂ図）と関連させて示す。明らかに細胞分裂指数は規準値と比較し で抑制されておらず、細胞はどのようなパルス幅でも対数的な生長を示すことは 無い。

第５図は第３図と類似した図で、複数種類の脈動電磁界照射の割合〔すなわち、 ９時間オン−３時間オフ（９／３）、６時間オン−６時間オフ（６／６　）　。

３時間オン−９時間オフ（３／９））毎に、異る繰り返し周期に対する３Ｈ−チ ミジンの取込量の測定結果を示す。第５図の結果は規準値から３０　Ｈｚにアン プするまでは変化が無く、より高い周波数１例えば７２　Ｈｚで有害な結果を生 ずることが示されている。

（パウンドカルシウム取込量） の実験の終わりの前に２４時間照射かなされる。第６図の棒グラフにおいて、８ 日間の最後の日は測定値は規準値の少なくとも２倍のカルシウム取込量を示し、 パルス幅が２００マイクロ秒、繰り返し周期は１５　Ｈｚで９時間オン−３時間 オフの割合の場合に３倍の最大値を示す。

第７図は第３図、第５図と同じような図で、カルンウト４５Ｃａ照射が最終日の 一日中行われた場合の概要の値にてカルシウム４５Ｃａ取込量の測定値を示す。

破線で示した輪郭線は各バーのピーク値を結んで描かれ、パルスの繰り返し周期 が１０〜３　、、、Ｏ，Ｈｚの範囲内、最大値は１５　Ｈｚに近い値にカルシウ ム取込量のピーク値があることを強く示している。

第８図において、７日目の最後に測定されたカルシウム含有量を最初と８日日の 最後に測定したものと比較して示されている。−ぞルス繰り返し同期は１５　Ｈ ｚ　（図中、５Ｐ１５）と７２　Ｈｚ　（図中、５Ｐ７２）照射の割合は６時間 オン−６時間オフ（図中、６／６）及び９時間オン−３時間オフ（図中、９／３ ）の場合についてそれぞれ示している。明らかに、骨の発生（ｏｓｔｅｏｇｅｎ ｅｓｉｓ）と組合った鉱化作用（絶対カルシウム含有量）は１５Ｈｚの周期の単 一パルスの場合に規準値を越えて高められ、そして７２Ｈｚの周期の場合はいく らも上回らない。

第９図において、１５Ｈｚの周期及び６時間オン−６時間オフの割合の場合につ いて、カルシウム　Ｃａの取込量が軸方向の機能に関する差の観察を示すために 示されている。明らかに、骨の軸部分の長さ方向中心軸に対して平行な印加磁界 の方向が材料的に増強された効果をもたらす。これは中心軸を横切る方向の磁界 の場合の取込量のほぼ２倍であり、標準の通常の生長の３倍以トである。

（ＧＡＧ含有量） 第１０図の棒グラフにおいて、グリコースアミノれる。これは各バー毎に最初の 日（０）のレベルが示され、規準値と複数種類の繰り返し周期の場合について示 している。明らかに、軟骨は脈動電磁界の照射無しに最大の生長が可能であるが 、・ぐルス周期が低ければ低いほど軟骨における効果を妨げることは小さくなり 、　１５　Ｈｚでは実質上照射無しの場合と同じである。

第２図から第１０図才でのグラフを通して考えると、優れた効果は６〜３０　Ｈ ｚの範囲の・ぐルス周期。

特に実質上ｉ−５Ｈｚで得られる。この１５Ｈｚの周期は−」−述した他の信号 データと共に２人間の多数例のゆ着不能な例を治療するだめの規則となった。特 に。

ＦＤＡで許容された規則による従来の治療では成功しなかった１６人の患者に対 しては、１２人（あるいは７５φ）が上述したパルス幅３８０マイクロ秒。

１５Ｈｚの単一パルス規則で成功し、更にこの規則は新しい３人のゆ着不能の症 例（すなわち、前もって脈動パルス電磁界で治療されない）に適用され、これら のいずれも成功であった。患者群の１つの分離グループにおいては、１５Ｈ７， の規則は２００マイクロ秒の・ぐルスが必要であり、４人の患者は前に失敗（Ｆ ＤＡで許容された規則）したが、４人のうちの３人が本発明の規則で成功し、１ 人は不成功であった。

更に他の治療があるが、これらはその治療期間の故に１だ報告することはできな い。

本発明による１５ＨｚＯ学−パルス電磁界を発生す。

るための電力消費量は、ゆ着不能な治療のために用いた従来のバースト・ぐルス 技術のそれより実質的に減少するので、もはや外部電力源にたよる必要は無く、 充電可能な内蔵型の軽量バッテリ駆動はすべての単一・ぐルスについて３〜９時 間の放電量がふされしい。

上述のような軽量のバッテリ駆動の有用性は。

１５Ｈｚのパルス信号がまったく異る症状、特に腕と肩の接合部分の鍵、シばし ばフローズンショルターと呼ばれる部分に対しても、顕著な効果をもたらしてい る。治療ははじめに１４７７７１の直径に巻回した単一の１通常はだ円形コイル で１日歩なくとも４時間の励磁をコイルの空間を通して肩の突部に当てるのに十 分な大きさで有している。・ 従来の治療法（例えば、コーチシン、超音波、物理療法、アスｅＱ　＋）ン、運 動その他）ではすべて失敗した治療を加えられた患者は、２〜４週間の脈動電磁 界の照射で９０％以上の場合が成功した。加えて本発明による治療は現在捷で他 の肺や関節の傷害等においても成功することを示している。

ＦＩＧ、　４ａ。

ＦＩＧ、　８゜ ＦＩＧ、　９゜ Ｉ　国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］　生組織あるいは細胞に対し時間的に変化する電磁界を作用せしめることによ り外科的に侵害すること無く治療する方法であって前記電磁界の時間的な変化は 互いに反対極ケの第１及び第２の部分を有する単一・ぐルス信号で与えられ、こ の・ぐルス信号バ一方の部分がより大きな振幅で継続時間は短かく。 〜３０　Ｈｚのいずれかとすることにより、細胞分裂に有害な作用をすること無 く骨の鉱化作用を促進し。 軟骨中におけるプロテオグリカンの抑制を避けることを特徴とする組織あるいは 細胞の生長促進方法。 ２　前記・ぐルス信号の周期は実質上１５Ｈｚであることを特徴とする特許請求 の範囲第１項記載の方法。 ３　前記より大きな振幅部分は５０〜５００マイクロ秒の範囲の継続時間を有す ることを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の方法。 ４、前記より大きな振幅部分は１００〜３００マイクロ秒の範囲の継続時間を有 することを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の方法。 ５　前記より大きな振幅部分は３００〜５００マイクロ秒の範囲の継続時間を有 することを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の方法。 ６　前記より大きな振幅部分は実質上２００マイクロ秒の継続時間を有すること を特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の方法。 ７、　前記より大きな振幅部分は実質上３８０マイクロ秒の継続時間を有するこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の方法。 ８　前記・ぐルスの周期的な供給は少なくとも１時間行われ、連続時間間隔を規 定するために少なくとも１時間の休止があることを特徴とする特許請求の範囲第 １項〜第７項記載のいずれかの方法。 ９　前記・ぐルスの周期的な供給は実質上６時間行われ、連続時間間隔を規定す るだめに少なくとも６時間停止されることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜 第７項記載のいずれかの方法。 １０、前記・ぐルスの周期的な供給は実質上９時間行われ、連続時間間隔を規定 するために少なくとも３時間停止されることを特徴とする特許請求の範囲第１項 〜第７項記載のいずれかの方法。 １１　生体の部分領域内の組織あるいは細胞に対し時間的に変化する電磁界を作 用せしめることにより外科的に侵害すること無く治療する方法であって前記電磁 界の時間的な変化は互いに反対極性の第１及び第２の部分１有する単一・ぐルス 信号で与えられ。 このパルス信号は一方の部分がよシ大きな振幅で継続時間は短かく、他方の部分 はより小さな振幅、より長い継続時間である治療方法において、前記・やルス信 号の周期を６〜３０　Ｈｚのいずれかとすることにより、前記全領域内において 細胞分裂に有害な作用をすること無く骨の鉱化作用を但進し、軟骨中におけるプ ロテオグリカンの抑制を避けることを特徴とする生体内組織あるいは細胞の生長 促進方法。 ｊ２　前記領域において治療されるへき組織や細胞は顕著な方向性を有しており 、前記電磁界は前記顕著な方向に実質的に一致するように方向づけられることを 特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３　前記第１の極性（寸前記電磁界内の組織や細胞において］Ｏ〜１０　（７ ７ｍ）の、ピーク電圧を誘起する振幅であることを特徴とする特許請求の範囲第 １項〜第１２項記載のいずれかの方法。 １４、生組織や細胞を電磁気的に治療する装置において、治療されるべき組織や 細胞を含む身体領域に近い部分に有効に作用するように置かれて用いられるコイ ル手段と、該コイルに接続され繰り返し続く単一・ぐルス信号で前記コイル手段 を励起するパルス発生手段と全含み、各・ぐルスは極性が反対の第１及び第２の 部分を有し、第１の部分はより大きな振幅で短かい継続時間であり、第２の部分 は小さい振幅９ でより長い継続時間であり、６〜３０　Ｈｚの範囲内のいずれかの繰り返し周期 であることを特徴とする装置。 １５　前記繰り返し周期は実質＋１．５　Ｈｚであることを特徴とする特許請求 の範囲第１４項記載の装置。 １６　前記一方の・ぐルス部分の継続時間は５０〜５００マイクロ秒の範囲内で あることを特徴とする特許請求の範囲第１４項あるいは第１５項記載の装置。 １７　前記一方の・やルス部分の継続時間は実質上２００マイクロ秒であること を特徴とする特許請求の範囲第１４項あるいは第１５項記載の装置。 １８　前記一方のパルス部分の継続時間は実質上３８０マイクロ秒であることを 特徴とする特許請求の範囲第１４項あるいは第１５項記載の装置。