通过用电场改变跨细胞膜的离子流动而治疗疾病的方法技术

本发明专利技术涉及使用电流或电场疗法治疗疾病的方法和装置。本发明专利技术使用施加电流或由外部电场感应产生的电流来操纵跨细胞膜的离子运动并改变离子浓度。本发明专利技术可用于例如治疗过度增殖性疾病和心血管疾病以及用于减轻应激的影响。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求以下申请的优先权申请日为2003年4月17日的美国申请No.10/417,142、申请日为2002年12月17日的美国临时申请No.60/433,766、以及申请日为2002年7月30日的美国临时申请No.60/399,249。上述各申请以及申请日为2001年12月14日的美国申请No.10/017,105均以其全部内容并入本文作为参考。
技术介绍
已知的电治疗装置有多种。典型地，装置的电极与患者接触，在这种情况中，电治疗装置使用施加的电流，因此可称之为电流治疗装置，实例包括TENS或PENS(Ghoname，E.A.等，Anesth.Analg.，88841-46(1999)；Lee，R.C.等，J Burn Care Rehabil.，14319-335(1993))。如果电极不与患者接触，这种电治疗装置通过外部的电场(简称EF)在患者体内感应产生电流，因此可称之为电场或电势治疗装置。EF在所有置于其中的导体(包括动物或人体)上产生表面电荷。当施加EF时，在一个导体的相对的两面上会分别出现正电荷和负电荷。当电场交替变化时，电荷所处的位置将交替变化，由此在导体内产生交流电(见Hara，H.等，Niigata Med.，75265-73(1961))。1972年，日本卫生福利部批准了一种电刺激装置(批准号14700BZZ00904)。1978年，美国FDA批准了以电刺激治疗骨骼疾病。不过，有关治疗方面的文献所报道的对电刺激产生的生物学反应却是多种多样的。例如，已经发现，外部正弦交互电场(ac EF)可改变细胞形态、成纤维细胞内的蛋白质合成、整合的膜蛋白的重新分布、软骨细胞内的DNA合成、细胞内钙离子浓度、人肝癌细胞内的微丝结构、以及血液中的电解质水平等等(Kim，Y.V.等，Bioelectromagnetics，19366-376(1998)；Cho，M.R.等，FASEB J.，13677-682(1999)；Hara，H.，Niigata Med.，75265-73(1961))。一些研究者认为，所观察到的很多效应并不是由电场直接产生的，而是电场影响一些主要的细胞结构例如膜受体复合体和离子转运通道的继发效应。尽管关于感应电流(induced current)的生物学效应的研究已经持续了25年，但绝大多数这方面的研究的目的在于暴露于来自高压电输送线路和相关电气装置的强电场或强磁场中的人员的安全问题。例如，Utility公司的工人常规暴露于50-500kV/m的电场以及高达5G的磁场中，而一般的公众通常暴露于1-10kV/m的电场以及高达2G的磁场中(Portier，C.J.& Wolfe，M.S.(eds.)Assessment of Health Effects from Exposure toPower-line Frequency Electric and Magnetic Fields，NIEHS Publ.No.98-3981(National Institute of Environmental Health Sciences，1998))。现有技术中尚缺乏有关相对较低的电压和较弱的电场的效应的充分研究。此外，常规的电场治疗装置采用高电压且不能解释穿过肌体形态学的不同区域的电场强度的差异。简言之，如Sporer在美国专利No.5,387,231中所述“现有技术还没有预见到用于进行真正有效的电治疗的适当的、有效的电学参数的组合。现有技术的仪器通常以非常高的电压或非常高的电流而运行，两者在被处理的组织均能够产生透热效应。在很多情况中，现有技术可能提及各种不同电学参数中的这一种或那一种，但总是没有考虑其他参数的重要性。”现有技术展示出迥然不同的生物学反应，并依赖于不精确的测量方式，且关注的是高电压和高电流的效应，正因如此，目前亟需鉴定出用于电治疗法的特异性参数，特别是用于采用相对较低的电压和电流的电治疗法的特异性参数。
技术实现思路
本专利技术人已经确定了能够成功治疗一些特定疾病的EF和施加电流的参数值。这些参数包括，例如，频率(赫兹)、电压(伏特)、感应电流密度(mA/m2)、施加电流密度(mA/m2)、个体持续暴露的持续时间(分钟、小时和天)、以及暴露的总持续时间(可以是一次持续暴露或多次持续暴露的总和)。在此，“平均”施加电流密度和“平均”感应电流密度指的是，在至少一种所关注的生物体的细胞膜上产生的、每单位面积的平均电流，所述的生物体例如为人、动物、植物、或其部分、或其细胞。例如，如果所关注的生物体是人且所关注的部分是人的整个手，那么平均电流密度是整个手的平均值，也就是说，平均电流密度是手的各部分的电流密度的和除以各部分的面积的和所得的值。用于估算平均施加电流密度和平均感应电流密度的具体的公式和技术将在下文中描述。除非另有明确的说明，否则术语“生物体”涵盖了人以及其他类型的生物体。本专利技术的一个实施方式依赖于施加电流。优选地，施加电流密度在大约10至大约2,000mA/m2的范围内。本专利技术的另一个实施方式依赖于极低量的感应电流以控制跨细胞膜的离子运动。为了治疗引起生物体细胞内离子浓度异常的疾病或由生物体细胞内离子浓度异常所引起的疾病，该感应电流实施方式包括将生物体置于一外部电场中，该电场在细胞膜上产生的平均感应电流密度为大约0.001mA/m2至大约15mA/m2，优选地大约0.001mA/m2至大约10mA/m2，更优选地大约0.01mA/m2至大约2mA/m2。在优选的实施方式中，外部电场(E)根据方程式E＝I/εoωS进行测量，其中S是电场测量传感器的截面，εo是在真空中的感应速率(induction rate)，I是电流，ω0是2πf，f是频率。同样优选地是以方程式J＝I/B来测量感应电流(J)，其中I是测得的电流，B是圆面积，表示为B＝A2/4π，A是圆周，表示为A＝2πr，而r是半径。在本专利技术的另一个优选的实施方式中，在细胞膜上产生的感应电流密度持续的时间为大约10分钟至大约240分钟。在重复运用中，产生的平均感应电流密度优选地额外持续大约30分钟至大约90分钟，优选地产生的总体暴露时间低于大约1500分钟。本专利技术的施加电流和感应电流的实施方式均可应用于整个肌体或仅应用于肌体的一部分。肌体的一部分可包括肢体、器官、特定的躯体组织、肌体的区域例如躯干、躯体的系统或其更加细分的部分。训练有素者能够确定一种具体的疾病究竟是需要将本专利技术应用于全身还是应用于局部。本专利技术还进一步包括为生物体提供一种钙添加剂、维生素D添加剂、凝集素添加剂、或这些添加剂的组合。优选地，凝集素添加剂包含伴刀豆凝集素A或麦胚凝集素。在优选的实施方式中，本专利技术改变了或以其他方式影响了钙或其他阳离子或多价阳离子(包括细胞外液中的阳离子电解质和蛋白质)的流动，而上述成分在激活与Ca++摄取有关的电敏感性钙受体(CaR)方面具有关键的作用。本专利技术的另一个实施方式涉及一种用于电场治疗的装置。优选的电场治疗装置是一种电场治疗仪器，其包括一个主电极(main electrode)和一个对置电极(opposed electrode)；用于给所述电极施加电压的电压发生器；感应电流发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种治疗或预防引起生物体或其一部分的细胞内离子浓度异常的疾病或是由生物体或其一部分的细胞内离子浓度异常所引起的疾病的方法，包含使所述细胞恢复正常的离子浓度，该方法包括给所述生物体或部分施加一外部电场，所述外部电场在所述细胞的膜上产生大约０．００１ｍＡ／ｍ↑［２］至大约１５ｍＡ／ｍ↑［２］的平均感应电流密度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：原昭邦，原浩之，铃木义，原川信二，上中诚男，戴维E马丁，
申请(专利权)人：株式会社白寿生科学研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]