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문제 정의
- 2 Tesla 정도의 고출력 자기장 자극 시스템은 축전기의 내전압 문제와 코일의 발열로 크기를 줄이기 어렵다. 본 연구팀은 특별히 주문 제작된 축전기를 이용하여 Potable한 펄스자기장 자극시스템을 개발하였으며, 특허 등록하여 기술이전을 하였다[8]. 본 자극시스템은 0.
- 자기장 자극에 의한 적혈구의 연전형상 변화가 혈액을 통해 인체에 전반적으로 확산되었는지 확인하기위해 왼쪽 손은 자기장 자극하고, 자극을 받지 않은 오른쪽은 자극 전후 채혈하여 비교분석하였다. 이 후속 실험의 목적은 혈액이 몸에 빠르게 순환함으로 손에만 자기장 자극을 가해도 몸 전체에 적혈구의 연전상태가 변화하는 것을 확인하고자 실시되었다.
제안 방법
- 채혈 후 5분 이내에 현미경으로 적혈구의 상태를 관찰한다. 10분간 펄스자기장 자극을 가한 후 같은 부위에서 같은 방법으로 채혈을 하고 관찰하여 자극 전후의 적혈구 연전상태를 비교하였다.
- 5~5초 사이에서 SCR(Silicon Controlled Rectifier)을 이용하여 방전시간을 조절할 수 있다. 고전압 펄스출력 제어소프트웨어 시스템은 마이크로프로세서를 이용하여 제작하였으며, Fig. 2처럼 전원으로부터 공급받은 전류가 축전기에 저장된 후 SCR를 이용하여 ON/OFF 되도록 설계하였다. 본 연구에서는 1500 V에서 260 µs의 고전압 펄스가 약 1초에 한 번씩 방전하도록 제작하였다.
- 자기장 자극 전에 측정 전날 흡연여부와 음주여부 등 피실험자의 건강상태를 상태를 기록하였으며, 펄스자기장 자극을 받기 직전 자극할 손에서 채혈을 하여 자극 전 적혈구의 연전상태를 현미경을 이용해 우선 조사하였다. 그 후 10분 펄스자기장 자극을 손바닥에 자극한 후 해당 손에서 채혈을 하여 자기장 자극 전후의 적혈구 연전형성의 변화를 비교분석하였다.
- 3은 본 연구에서 사용된 자극 코일에서 발생한 자기장의 분포도가 손바닥에 미치는 모양을 분석한 그림이다. 또한 펄스자기장 자극하는 손바닥에 미치는 온도변화를 최소화하기 위해 자극코일에 접촉하지 않도록 손 모양 지그를 Fig. 4처럼 제작하였고, 코일은 지그의 밑에 삽입하여 항상 같은 부위에 자극이 되도록 하였다.
- 본 연구실에서 제작된 펄스자기장 자극시스템은 크기가 작고 이동이 편리한 자기장 발생기를 Fig. 1과 같이 제작하였다. 일반적으로 0.
- 본 연구에서는 1500 V에서 260 µs의 고전압 펄스가 약 1초에 한 번씩 방전하도록 제작하였다.
- 지금까지 적혈구 연전상태를 체계적으로 정의하는 parameter가 발표되지 않았다. 본 연구에서는 처음으로 적혈구 연전상태의 정도를 4단계로 조작적 정의(operational definition)를 하였다. Fig.
- 본 연구에서는 최대 0.27 Tesla 자기장 세기와 0.102 msec 펄스 시간을 가지는 자기장 자극시스템을 개발하여 손바닥에 인가한 후에 생혈액 분석을 통해 적혈구의 연전형성 변화를 조사하였다.
- 자기장 자극 전에 측정 전날 흡연여부와 음주여부 등 피실험자의 건강상태를 상태를 기록하였으며, 펄스자기장 자극을 받기 직전 자극할 손에서 채혈을 하여 자극 전 적혈구의 연전상태를 현미경을 이용해 우선 조사하였다. 그 후 10분 펄스자기장 자극을 손바닥에 자극한 후 해당 손에서 채혈을 하여 자기장 자극 전후의 적혈구 연전형성의 변화를 비교분석하였다.
- 자기장 자극에 의한 적혈구의 연전형상 변화가 혈액을 통해 인체에 전반적으로 확산되었는지 확인하기위해 왼쪽 손은 자기장 자극하고, 자극을 받지 않은 오른쪽은 자극 전후 채혈하여 비교분석하였다. 이 후속 실험의 목적은 혈액이 몸에 빠르게 순환함으로 손에만 자기장 자극을 가해도 몸 전체에 적혈구의 연전상태가 변화하는 것을 확인하고자 실시되었다.
- 슬라이드 글라스에 손가락이 닿지 않도록 혈액을 떨어뜨리고 빨리 커버 글라스를 덮는다. 채혈 후 5분 이내에 현미경으로 적혈구의 상태를 관찰한다. 10분간 펄스자기장 자극을 가한 후 같은 부위에서 같은 방법으로 채혈을 하고 관찰하여 자극 전후의 적혈구 연전상태를 비교하였다.
대상 데이터
- 50대 남성 1명을 대상으로 시행하였으며, 키는 174 cm이고 체중은 65 kg이었다.
- 본 논문은 2011년도 상지대학교 교내연구비 지원받아 수행되었으며, 실험대상자는 연구책임자가 직접했으며 보조실험은 김우리 학생이 도와주었다. 이에 도와준 모든 분들께 감사를 드립니다.
- 본 연구에서 사용된 펄스자기장 자극코일은 단면이 두께 1.5 mm, 너비 3 mm의 평면사각형의 단일코일을 사용하여 가로 12.0 cm, 세로 4.5 cm로 10번 감아서 Fig. 1의 모양 처럼 긴 타원형의 코일을 제작하였다. 전원시스템과 연결하여 발생한 펄스자기장의 파형은 최대 자기장 세기가 0.
- 헤모글로빈 단백질 중심에는 Fe 이온이 자리하고 있고, 철을 포함한 포르피린 고리와 단백질의 일종(글로빈)을 포함한 헴(heme)이라는 구조 4개가 모여 이루어진다. 분자식은 C3032H4816O872N780S8Fe4이다.
성능/효과
- 강한 펄스자기장 자극시스템을 이용하여 손에 인가한 후에 현미경을 이용한 생혈액 분석한 결과 적혈구의 연전현상이 분명하게 호전되었다. 또한 자기장 자극에 의해 독립적으로 분리된 적혈구는 매우 활발하게 운동하는 것을 동영상을 통해 확인하였다.
- 이유는 아직 분명하지는 않지만 펄스자기장 자극이 직접 가해진 부위에서 적혈구의 활동이 더욱 활발한 것은 확실해 보인다. 결론적으로 0.2 Tesla 정도의 강한 펄스자기장을 인체에 가했을 때 혈액에 있는 적혈구에 직접적인 영향을 주어 연전상태가 개선되는 분명한 결과를 얻었다.
- 강한 펄스자기장 자극시스템을 이용하여 손에 인가한 후에 현미경을 이용한 생혈액 분석한 결과 적혈구의 연전현상이 분명하게 호전되었다. 또한 자기장 자극에 의해 독립적으로 분리된 적혈구는 매우 활발하게 운동하는 것을 동영상을 통해 확인하였다. 체내에 혈류흐름에 의해 손에만 자극하여도 온몸으로 적혈구의 연전현성이 개선되는지 확인한 결과 자극한 손 반배쪽에서 채영한 적혈구의 연전현상도 호전되었음을 확인하였다.
- 7(b)에서 보듯이 10분간 왼쪽 손바닥을 자극한 직후 채혈한 적혈구에서 연전상태는 거의 붙어있지 않고 모든 적혈구가 개별적으로 분리된 것을 확인할 수 있었다. 또한 적혈구의 동영상을 보면 펄스자기장을 자극하기 전의 적혈구 움직임이 정지된 것에 비하면, 10분간 자기장 자극 직후의 적혈구 움직임은 매우 역동적으로 움직임이 있었고, 최종적으로 적혈구의 연전상태를 사진촬영하기 위해 움직임이 정지할 때까지 대략 80초 정도로 긴 시간이 필요했다. 확실하게 펄스자기장 자극에 의해 적혈구의 연전현상이 개선되는 것을 확인하였다.
- 대부분의 적혈구가 서로 붙어있어 앞에서 정의한 연전형성의 단계가 제일 높은 4단계임을 알 수 있다. 본 논문에서는 슬라이드 글라스 위에 놓인 적혈구의 동영상을 그림에 포함하지는 않았지만 펄스자기장의 자극을 받기 전에는 10~20 이상씩 서로 붙어서 연전된 상태의 적혈구는 거의 움직이지 못하고 정지해 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 7(c)는 앞에서와 같이 왼쪽 손바닥에 펄스자기장을 10분간 자극 직후 오른쪽 끝에서 채혈하여 적혈구의 연전상태를 확인하였다. 이유는 인체에서 혈액이 심장박동에 따라 빠르게 순환하기 때문에 비록 왼쪽 손바닥에 펄스자기장을 자극하여 적혈구의 연전현상이 개선되었다면 반대편 오른쪽 손에서 채혈한 적혈구 역시 연전상태가 호전된 것으로 판단하여 실험하였다. 결과는 Fig.
- 12 MHz와 초당 600 pulse/s의 자기장 자극에 의한 혈류량 변화를 레이저 도플러를 이용하여 실험하였다. 자기장을 45분간 팔뚝에 노출하였을 때 노출되지 않은 팔뚝보다 혈액량이 29 % 증가됨을 확인하였다[3]. 또한 그들은 당뇨병 환자의 발가락 주위에 있는 궤양피부에 혈류량이 자기장 자극에 의해 크게 증가되는 것을 발견되었다[4].
- 또한 자기장 자극에 의해 독립적으로 분리된 적혈구는 매우 활발하게 운동하는 것을 동영상을 통해 확인하였다. 체내에 혈류흐름에 의해 손에만 자극하여도 온몸으로 적혈구의 연전현성이 개선되는지 확인한 결과 자극한 손 반배쪽에서 채영한 적혈구의 연전현상도 호전되었음을 확인하였다. 최종적으로 펄스자기장은 적혈구의 연전을 개선시키는 결과를 분명히 보여주고 있다.
- 7(b)의 경우보다 다소 느려졌으며. 최종적으로 사진을 촬영하기 위해 정지할 때까지 기다린 시간이 30초로 자극한 왼쪽 손끝에서 채혈한 경우보다 짧았다. 이유는 아직 분명하지는 않지만 펄스자기장 자극이 직접 가해진 부위에서 적혈구의 활동이 더욱 활발한 것은 확실해 보인다.
- 펄스자기장을 왼쪽 손바닥에 10분간 자극하고 왼쪽과 오른쪽 셋째 손가락 끝에서 채혈한 후 현미경으로 적혈구의 연전 상태를 측정한 결과 자극전보다 분명하게 개선된 결과를 보였다. Fig.
- 또한 적혈구의 동영상을 보면 펄스자기장을 자극하기 전의 적혈구 움직임이 정지된 것에 비하면, 10분간 자기장 자극 직후의 적혈구 움직임은 매우 역동적으로 움직임이 있었고, 최종적으로 적혈구의 연전상태를 사진촬영하기 위해 움직임이 정지할 때까지 대략 80초 정도로 긴 시간이 필요했다. 확실하게 펄스자기장 자극에 의해 적혈구의 연전현상이 개선되는 것을 확인하였다.
후속연구
- 본 연구에서는 적혈구의 연전현상에 대해 서양의학에서도 아직 분명히 밝히고 있지 않아서 본 논문에서는 논의하지 않기로 한다. 단지 펄스자기장 자극에 의한 연전현상의 개선 이유는 다음과 같이 생각된다.
- 그러나 앞에서 언급했듯이 펄스자기장은 비첩촉이 가능하고 심부 깊숙이 침투하는 특성이 있어 치료방법이 편리하다고 할 수 있다. 앞으로 본 연구는 다양한 조건에서 많은 실험대상자를 토대로 지속적으로 진행할 필요가 있다. 특히 국내외적으로 지속적인 고령자가 늘어나고 당뇨환자 등 혈류 흐름에 문제가 되는 환자들이 확대되고 있어 펄스자기장에 의한 혈류개선 효과 연구는 고령화 사회에서 매우 중요한 치료기술을 확보할 수 있다.
- 이에 반해 자기장 자극은 심부 깊숙이 자기장이 투과하기 때문에 체내에 있는 ion 전해물질에 영향을 주어 심부 깊숙한 조직에서 와전류를 발생시켜 자극을 줄 수 있는 장점이 있다. 이런 장점을 활용한다면 현재 개발되고 있는 경두개자극기 이외에 다양한 분야의 치료기술을 개발할 수 있을 것이다.
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