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Física Médica: Los campos electromagnéticos y las células óseas

Espectro Electromagnético

Noriega Luna B.1, Sabanero López M. 2, Sosa Aquino M. 3, Ávila Rodríguez M. 1

1Instituto de Investigaciones científicas (IIC),  2Instituto de Investigación en Biología Experimental (IIBE), 3Instituto de Física (IFUG), Universidad de Guanajuato. Noria Alta S/N. Colonia Noria Alta. CP 36050. Guanajuato, Gto. México. Tel. (473) 7320006 Ext. 8158. Fax Ext. 8151.  correo electrónico: myrna@quijote.ugto.mx

 

“El sabio no dice nunca todo lo que piensa, pero siempre piensa todo lo que dice” (Aristóteles)

Resumen

Espectro Electromagnético

            En la presente revisión, se da un acercamiento a la aplicación de los campos electromagnéticos como terapia alternativa para tratar un amplio rango de desórdenes del hueso. Los resultados de diversas investigaciones sugieren que los campos electromagnéticos pulsados son capaces de penetrar en el tejido dependiendo de la frecuencia del campo y crece conforme decrece la frecuencia de la radiación, dicha profundidad de penetración depende asimismo de las propiedades del tejido. Sin embargo, la forma en la cual un campo electromagnético influye en el comportamiento de las células no ha sido bien entendida. Particularmente en este artículo se revisan las principales aplicaciones de la estimulación con campos electromagnéticos sobre cultivos celulares.

Palabras clave: campos electromagnéticos, terapia alternativa, células óseas

La Física Médica es el área de la ciencia en la cual se conjuntan la Física y la Biología, donde aplicando principios  físicos se pueda llegar a una formulación cuantitativa de los procesos biológicos a nivel molecular y celular para entender problemas biológicos relevantes. Su campo de acción es muy diverso, en esta ocasión nos enfocaremos a los avances en los estudios de los efectos de aplicación de campos electromagnéticos debido a que existe una gran  discusión acerca de la complejidad de tales mecanismos e interés por definir y comprender cada una de sus etapas.  Diversos estudios muestran la posibilidad de modificar procesos celulares tales como aceleración en la regeneración de tejidos u obtener la destrucción selectiva de células cancerosas por aplicación de campos electromagnéticos de determinada intensidad y frecuencia.

Por otra parte, es necesario mencionar que los cultivos celulares son un sistema de mantenimiento de células vivas en un medio artificial que permite reproducir, de forma bastante confiable, las condiciones biológicas que las células tienen en su lugar de origen.  Además se han convertido en un modelo experimental que permite reproducir in vitro de manera semejante las condiciones de la célula in vivo.

Radiaciones ionizantes y no ionizantes

En el último siglo, el ambiente natural ha cambiado con la introducción de un amplio espectro y cada vez mayor de campos electromagnéticos [1]. En los últimos años se han desarrollado nuevas fuentes de generación de campos electromagnéticos entre las más frecuentes se pueden citar las de uso diario como  televisión, radio, teléfonos celulares, ordenadores, hornos de microondas entre otros. Sin embargo estos alcances tecnológicos han incrementado de forma considerable riesgos sanitarios asociados a su uso.

En este sentido,  dada la exposición más frecuente a campos electromagnéticos de diversas frecuencias e intensidades, existe un gran interés por entender los efectos de las interacciones entre dichos campos y los sistemas biológicos, particularmente los seres humanos. Es  evidente en nuestro entorno la existencia de fuentes que generan energía electromagnética en forma de ondas que consisten en campos eléctricos y magnéticos que interactúan con sistemas biológicos como células, plantas, animales o seres humanos según su frecuencia y energía. Las ondas electromagnéticas se clasifican en radiaciones ionizantes y no ionizantes (Fig. 1) Las radiaciones ionizantes son ondas electromagnéticas de alta frecuencia que tiene la energía suficiente para producir ionización y rompimiento de enlaces atómicos que mantienen a las moléculas unidas a las células. Las radiaciones no ionizantes son ondas electromagnéticas de menor frecuencia, se caracterizan porque no tiene la energía suficiente para romper enlaces atómicos. En estas se incluyen radiación ultravioleta, radiación infrarroja, radiofrecuencia, campos de microondas, campos de frecuencia extremadamente baja así como los campos eléctricos y magnéticos estáticos. Este tipo de ondas producen efectos biológicos, que ocurren cuando la exposición a ondas electromagnéticas causa un cambio fisiológico detectable de un sistema biológico.

Campos Electromagnéticos y Regeneración ósea

Experimentalmente se ha probado que los parámetros de los campos electromagnéticos pulsados de baja frecuencia (PEMF) por sus siglas en inglés, incluyendo la forma de la onda, frecuencia, índice de repetición e intensidad, tanto de los campos magnéticos como de los eléctricos inducidos, afectan la eficacia de la estimulación. Por otro lado, estudios reportados concernientes sobre los efectos de los campos electromagnéticos a nivel celular describen que un campo magnético no produce efectos letales ni en el crecimiento celular y que además los cultivos celulares se desarrollan bajo condiciones normales de crecimiento sin importar la densidad magnética [9]. Es importante mencionar que las radiaciones electromagnéticas hoy en día son herramientas importantes en la medicina,  por ejemplo el uso de estimulación eléctrica en el hueso data por lo menos desde 1812. Por otro lado, el descubrimiento de la piezoelectricidad y de potenciales bioeléctricos en hueso ampliaron la posibilidad de aplicar energía eléctrica para modificar el comportamiento de las células en el mismo. Es importante destacar que  Bassett fue el primero en utilizar un par de bobinas de Helmholtz para producir un campo magnético en una fractura y aumentar la osteogénesis [2].

Se han obtenido evidencias experimentales que sugieren que los PEMF afectan el crecimiento y proliferación en varios tipos de células. Por ejemplo, Raylman [11] reporto que una exposición de 64 h a un campo magnético produce reducción en el número de células viables en las líneas celulares melanoma (THB63), carcinoma de ovario (HTB 77 IP3) y linfoma (CCL 86). Esta exposición prolongada al campo de 7 Teslas parece inhibir el crecimiento de las tres líneas celulares tumorales humanas.  Por su parte Sato y col. [12] reportaron un crecimiento normal de las células HeLa, después de ser estimuladas con un campo magnético de 1.5 Teslas durante 96 h., además no sufrieron cambios significativos en su morfología, según los resultados de microscopia electrónica de barrido.

Recientemente, Chang y Chang demostraron que los campos electromagnéticos pulsados de baja frecuencia (PEMF), inhiben la perdida trabecular en ratas  ovariectomizadas [3]. Por su parte, otros investigadores han también encontrado efectos positivos usando diferentes intensidades de estimulación, así como rangos de frecuencias y tiempo de exposición. Por otro lado, varios estudios recientes han sido reportados concernientes a la influencia de los PEMF sobre cultivos de células óseas. Tanto células de osteoblastos [5,6] como células de  osteoclastos [4,8] parecen ser afectadas por dichos campos.

Por otro lado diferente información de distintos estudios sugiere que los efectos de la estimulación con los PEMF no afecta la proliferación del hueso en cultivos confluentes y postconfluentes [8] mientras que en cultivos subconfluentes el crecimiento de condrocitos es lento [10]. Sin embargo, la estimulación con los PEMF incrementa significativamente la proliferación de condroblastos subconfluentes, osteoblastos humanos subconfluentes, células MG-63 y células de la línea TE-85.

Uno de los trabajos más completos es el de Diniz en donde el estimulo de osteoblastos (de la línea celular MC3T3-E1) con los PEMF fue evaluado en diferentes estados de maduración (Proliferación, Diferenciación y Mineralización). Se hizo el análisis de proliferación mediante contenido de DNA, encontrando un incremento del mismo conforme aumentaba el tiempo de cultivo. La diferenciación celular fue otro parámetro analizado mediante la actividad de la fosfatasa alcalina, en donde los resultados mostraron que la actividad de dicha enzima se incrementa significativamente. Finalmente se realizó un análisis exhaustivo de la mineralización del tejido óseo mediante  el método de von Kossa y se reportó que la mineralización de la matriz del tejido varía significativamente entre los estados de maduración [7].

vía Física Médica: Los campos electromagnéticos y las células óseas.

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