Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Inhalt Seite 1. Historische Hinführung 3 2. Das Magnetfeld 4 3. Magnetische Gleichfelder 6 3.1. Grundlagen 3.2. Erdmagnetfeld 3.2.1. Biologische Wirkungen des Erdmagnetfeldes 3.3. Technisch erzeugte Felder 3.4. Biologische Wirkungen magnetischer Gleichfelder 6 4. Niederfrequente magnetische Wechselfelder 11 4.1. Magnetische Wechselfelder im Alltag 4.2. Biologische Wirkungen magnetischer Wechselfelder 11 5. Die Magnetfeldtherapie aus der Sicht der Anbieter 18 6. Ausgewählte Anwendungsgebiete der Magnetfeldtherapie anhand repräsentativer Studien 21 7 7 8 9 13 6.1. Erkrankungen des Stütz- und Bewegungsapparates 6.2. Psychische Erkrankungen 6.3. Erkrankungen des Nervensystems 6.4. Erkrankungen der Harnwege 6.5. Schmerzen 6.6. Stoffwechselerkrankungen 21 7. Übersicht zu den Anwendungsgebieten 28 8. Schlusswort 34 9. Literatur und Quellenangaben 36 -1- 23 23 24 25 26 Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Tabellenverzeichnis Tabelle Titel Seite Tab. 1 Wirkungen, Grenzwerte und Expositionsbeispiele im Überblick 19 Tab. 2 Osteopenie/Osteoporose 28 Tab. 3 Frakturheilung 28 Tab. 4 Oberschenkelhalsbruch 28 Tab. 5 Pseudoarthrosen 29 Tab. 6 Degenerative Erkrankungen des Bewegungsapparates 29 Tab. 7 Depression (rTMS) 30 Tab. 8 Multiple Sklerose 30 Tab. 9 Morbus Parkinson 31 Tab. 10 Schlafstörungen und Wetterfühligkeit 31 Tab. 11 Benigne Prostatahypertrophie 31 Tab. 12 Tab. 13 Migräne Schmerzen bei Erkrankungen des Bewegungs- und Stützapparates 32 32 Tab. 14 Sauerstoffpartialdruck bei Polytraumata 32 Tab. 15 Schlaganfallbedingte Hemiparese 32 Tab. 16 Gonarthrose 33 Tab. 17 Aseptische Lockerung von Endoprothesen 33 Tab. 18 Idiopathische Femurkopfnekrose 33 Tab. 19 Diabetische Neuropathie 33 -2- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 1. Historische Einführung Natürliche Magnetfelder wirken seit Urzeiten auf die Menschheit ein. Sie beeinflussen unsere Gehirntätigkeit und unseren Herzschlag solange wir leben. Künstliche Magnetfelder sind u.a. mit den elektromagnetischen Wellen der Rundfunk-, Fernseh- und Radarstationen ebenso wie im alltäglichen Umgang mit Stromversorgungs- und stromkonsumierenden Geräten verbunden (www.medizinfo.de). Solchen reißerischen und unkritischen Aussagen begegnet man im Alltag relativ häufig. Das Phänomen des Magnetismus kannte man bereits in der Antike. Im alten China gab es schon eine Art Kompass, daneben benutzte man eiserne Dauermagneten bereits zu verschiedenen Heilzwecken. Auch aus Ägypten, Griechenland und Rom gibt es Belege dafür, dass man Krankheiten damals durch Magneten behandelte. Im abendländischen Kulturkreis finden sich dagegen erst bei Paracelsus (1493 - 1541) Hinweise auf so etwas wie die Magnettherapie. Es ist fraglich, ob damals ein Bewusstsein direkt für Magnetfelder bestand; der Begriff Magnetismus war jedenfalls nach dem heutigen Verständnis nicht gebräuchlich. Versuche, Magnetfelder künstlich zu erzeugen und sie damit auch für die Medizin nutzbar zu machen, gehen unter anderem auf die Physiker Michael Faraday aus England (1791 - 1867) und den Italiener Luigi Galvani (1737 - 1798) zurück. Faraday erklärte den Vorgang der elektromagnetischen Induktion. Er hatte herausgefunden, dass die bloße Existenz einer Spule innerhalb eines statischen Magnetfeldes zur Stromerzeugung nicht ausreicht. Strom wird vielmehr nur während des Hinein- und Herausschiebens der Spule erzeugt. Wenig später ergänzte der russische Physiker Lenz diese Beobachtung durch ein Gesetz, das auch die Richtung des erzeugten Stroms bestimmt. Beide Entdeckungen waren letztendlich Weg weisend für die Industrialisierung ("Industrielle Revolution"). Galvani entdeckte die Wechselbeziehung von biologischen Funktionen und Elektrizität. Sein berühmter Froschschenkelversuch ging in die Geschichte ein. Er hatte den Schenkel eines toten Frosches an einem gewittrigen Tag am Drahtgitter auf seinem Balkon gehängt. Er konnte beobachten, wie bei zunehmender Gewitterneigung der Froschschenkel in Zuckungen geriet. Die bereits toten Nervenzellen wurden durch die Entladungen der Atmosphäre, so glaubte er, zu Reaktionen angeregt. Der ebenfalls aus Italien stammende Gelehrte Alessandro Volta (1745 - 1827) konnte die Wechselwirkung zwischen den chemischen Eigenschaften von Körperflüssigkeiten und bioelektrischen Vorgängen besser erklären. Die aus heutiger Sicht wesentliche Erkenntnis aus diesen Versuchen ist folgende: Stoffwechselvorgänge, wie sie auch der Muskelbewegung -3- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 zugrunde liegen, werden durch elektrische Ladungen, die unser Körper erzeugen kann, gesteuert. Die Beeinflussung dieses elektrischen Feldes durch äußere elektrische und elektromagnetische Felder hat die Wissenschaft in den folgenden 150 Jahren mehrfach bewiesen. Ende des 19. Jahrhunderts erzeugte man erstmals besonders effizient künstliche magnetische Felder. Dazu ließ man elektrischen Strom durch Ringe oder Spulen, bestehend aus Metall, fließen. Auf diesem - allerdings sehr verfeinerten - Prinzip beruht auch die moderne Magnetfeldtherapie mit pulsierenden Feldern. Maßgeblichen Einfluss an der Weiterentwicklung und wissenschaftlichen Begründung dieser Methode hatte der zweifache amerikanische Nobelpreisträger Linus C. Pauling. Er wies nach, dass der eisenhaltige rote Blutfarbstoff Hämoglobin magnetische Eigenschaften besitzt (Nobelpreis für Chemie 1954). Ende der 60er Jahre entwarf Oskar Gleichmann - der Weiterentwickler eines weiträumigen pulsierenden magnetischen Feldes - ein Gerät, um den Organismus mit dem pulsierenden magnetischen Feld mittels einer Induktionsspule zu beeinflussen. Das Gerät besteht aus einer Magnetspule, Impulsgenerator und einem Steuergerät zur Modellierung von Feldstärke und Schwingungsfrequenz. Weitere Geräte des Physikers Kraus und des Chirurgen Lechner bestehen aus einer tunnelartigen Spule, in welcher der Patient Arm oder Bein hineinlegt (Magnetodyn) (www.medizinfo.de). 2. Das Magnetfeld Magnetismus ist ein physikalisches Phänomen, das sich als anziehende und abstoßende Kraft zwischen Magneten, magnetisierbaren Gegenständen und bewegten Ladungen z.B. in stromdurchflossenen Leitern aber auch im Vakuum äußert. Alle Erscheinungsformen von Magnetismus können letztlich auf die Bewegung von elektrischen Ladungen oder den Spin von Elementarteilchen zurückgeführt werden. Magnetfelder gehören zur Kategorie der Kraftfelder. Das magnetische Feld übt eine Kraft auf bewegte Ladungen aus, die so genannte Lorentzkraft. Sie wirkt senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes sowie senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladung. Die Stärke eines Magnetfeldes kann durch zwei verschiedene physikalische Größen beschrieben werden, die magnetische Feldstärke H (Einheit: 1 A/m) und die magnetische Flussdichte B (Einheit: 1 Tesla) (LEITGEB 1990). Ein Magnetfeld ist ein Kraftfeld, genauso wie das elektrische Feld, allerdings haben die Magnetfeldlinien keinen Anfang und auch kein Ende wie bei den elektrischen Feldlinien, sondern sie umschließen die bewegten elektrischen Ladungen in Form von geschlossenen Kurven. Die magnetische Feldstärke H ist umso größer, je größer die Summe der elektrischen Ströme ist, -4- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 die die Feldlinien umschließen. Zur Beschreibung der Wirkung des Magnetfeldes reicht die Angabe der Feldstärke H nicht aus. Es muss auch die magnetische Materialeigenschaft, die Permeabilität μ, angeführt werden. Dafür wurde die magnetische Induktion B (magnetische Flussdichte) eingeführt. Bei gleicher Feldstärke sind die Induktion und damit die Feldwirkung umso größer, je größer die Permeabilität ist (LEITGEB 1990). Die magnetische Feldstärke H (auch magnetische Erregung genannt) ist eine vektorielle Größe (d.h. sie ist abhängig von der Richtung). Da es bei Berechnungen im Allgemeinen auf den Betrag ankommt, bleibt in der Schreibweise der folgenden Gleichungen der vektorielle Charakter unberücksichtigt. Die Größe der magnetischen Feldstärke im Inneren einer stromdurchflossenen Spule ist abhängig von Stromstärke, Spulenlänge und Windungszahl; ihre Dimension ist Ampere pro Meter (A/m). Wenn H die magnetische Feldstärke innerhalb einer Spule, I die Stärke des die Spule durchfließenden Stroms, N die Windungszahl der Spule, L die Länge der Spule bzw. der Feldlinien im homogenen Feld ist, dann gilt: Das Produkt I x N wird auch Amperewindungszahl genannt (www.wikipedia.de). Die magnetische Flussdichte (Induktion) wird in der Elektrodynamik definiert als der Quotient aus der Kraft F, die ein vom Strom I durchflossener Leiter der Länge L in einem Magnetfeld erfährt und dem Produkt dieser Stromstärke I und Leiterlänge L. Dabei fließt der Strom senkrecht zu den magnetischen Feldlinien: Die Einheit der magnetischen Flussdichte ist im SI-Einheitensystem das Tesla mit dem Einheitenzeichen T. Eine der veralteten Dimension für die magnetische Flussdichte ist „Gauß“ mit dem Einheitenzeichen G. Gauß wird in der Technik noch immer häufig verwendet, wobei 1 T = 10000 G sind. Spulen, die von einem Strom mit der Stromstärke I durchflossen werden, die Windungszahl n, die Länge L und die Permeabilität μ haben, erzeugen folgende magnetische Flussdichte: -5- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Die magnetische Flussdichte eines Magneten kann mit Hilfe von Hallsensoren ermittelt werden. Während die magnetische Feldstärke bei Berechnungen mit elektrischen Strömen von Vorteil ist, verwendet man die magnetische Flussdichte zum Berechnen von induzierten Spannungen oder der Lorentzkraft. Die beiden Feldgrößen sind über einen materialabhängigen Umrechnungsfaktor miteinander verknüpft, der Permeabilität genannt wird (www.wikipedia. de). Umrechnungsfaktoren für die Einheiten des magnetischen Feldes im Vakuum, näherungsweise auch in der Luft 1 A/m → 1,256 μT = 12,56 mG 10 mG = 0,796 A/m → 1 μT 0,1 μT = 0,0796 A/m → 1 mG Bei zeitinvarianten Gleichfeldern bleiben die Richtung und die Größe der Feldstärke an einem gegebenen Ort konstant. Bei Wechselfeldern ändert sich die Richtung des Feldvektors periodisch mit der Frequenz. Die Frequenzen können unterteilt werden in: 0 Hz: Statische Felder (Gleichfelder) 0 Hz bis 30 kHz: Niederfrequente Felder 3. Magnetische Gleichfelder 3.1. Grundlagen Magnetfelder entstehen auf Grund der Bewegung von elektrischen Ladungen, also z.B. beim Fließen elektrischer Ströme. Ein magnetisches Gleichfeld entsteht dementsprechend, wenn Gleichstrom fließt. Je nach dem Verhalten von Materie im Magnetfeld unterscheidet man: 1. diamagnetische Stoffe: Ihre Moleküle richten sich im Magnetfeld so aus, dass das ursprüngliche Feld leicht geschwächt wird. 2. paramagnetische Stoffe: Hier bewirkt die Ausrichtung der Moleküle, dass das ursprüngliche Magnetfeld leicht verstärkt wird. 3. ferromagnetische Stoffe: ähnlich den paramagnetischen, allerdings bewirken sie eine besonders große Feldverstärkung. Ähnlich wie Gegenstände hoher elektrischer Leitfähigkeit elektrische Feldlinien „anziehen“ und damit das Feld verzerren, verursachen auch Gegenstände hoher Permeabilität Verzerrungen des Magnetfeldes. Die magnetischen Eigenschaften eines lebenden Körpers unterscheiden sich kaum von jenen der Luft (μr ≈ 1). Im Gegensatz zu elektrischen Feldern kommt es daher zu keiner Erhöhung der magnetischen Feldstärke an der Körperoberfläche, aber auch zu -6- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 keiner Schutzwirkung, d.h. die magnetische Induktion tritt im Körper ungeschwächt auf und ist praktisch gleich jener in der Luft (LEITGEB 1990). 3.2. Erdmagnetfeld Das Erdmagnetfeld umgibt die Erde. An der Erdoberfläche hat es die Form eines magnetischen Dipols, wie es auch von einem kleinen Stabmagneten erzeugt wird. Die Feldlinien treten auf der Südhalbkugel (dem magnetischen Nordpol der Erde) aus dem Kern aus und auf der Nordhalbkugel (dem magnetischen Südpol der Erde) wieder in den Kern ein. Das Erdmagnetfeld rührt jedoch nicht von einer Art Stabmagneten her (dies ist nur eine Modellvorstellung), sondern von dem so genannten Geodynamo (Ströme im flüssigen Erdkern). Das Erdmagnetfeld ist größtenteils statisch (quasistatisch). Es weist in Nord-Süd-Richtung, daher richtet sich eine Kompassnadel in dieser Richtung aus. Dieser Umstand wird zur Navigation eingesetzt und war den Chinesen und Mongolen schon vor mehreren tausend Jahren bekannt. Die magnetischen Pole des Erdmagnetfeldes (die Pole, auf welche die Kompassnadel zeigt) fallen aber nicht genau mit den geographischen Polen der Erdachse zusammen, sondern waren 2005 um zirka 11,5° gegenüber der Erdachse geneigt. Daher unterscheidet man den geographischen Nordpol und Südpol, die durch die Richtung der Erdachse bestimmt sind, von den magnetischen Polen, sie liegen um über 1000 km auseinander. Das Magnetfeld der Erde lenkt die geladenen Teilchen des Sonnenwindes aus dem Weltraum ab. Satellitenmessungen ergaben, dass es durch diesen Sonnenwind auf der sonnenabgewandten Seite in großen Höhen stark verformt ist und nicht mehr einem Dipolfeld entspricht. Es bildet sich sogar ein Plasmaschweif aus. Durch magnetische Stürme, die durch den Sonnenwind verursacht werden, wird die Stärke des Feldes zudem kurzzeitig verändert, jedoch nur im Bereich von einigen 100 nT. Die Stärke des Magnetfeldes der Erde ist mit zirka 30 bis 60 μT an der Erdoberfläche relativ klein, im Erdinneren beträgt die magnetische Feldstärke jedoch etwa das 100-fache. Aufgrund von magnetischen Materialien innerhalb der Erde treten kleine lokale Abweichungen (Anomalien) des Feldes auf (www.wikipedia.de). 3.2.1. Biologische Wirkungen des Erdmagnetfeldes Nicht nur bei Tieren, auch im Gehirn des Menschen konnten bereits wie bei Brieftauben und Zugvögeln ferromagnetische Stoffe für die Orientierung nachgewiesen werden. Darüber hinaus hat das Erdmagnetfeld im Zusammenhang mit dem natürlichen elektromagnetischen Wechselfeld der Erde eine bedeutende Rolle bei der Ausbildung des Tag/Nacht-Rhythmus (zirkadianer Rhythmus) des Menschen. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass eine Ab-7- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 schirmung des Erdmagnetfeldes und eines natürlichen Wechselfeldes eine Rhythmusänderung von 24 Stunden auf zumeist 25 bis 26 Stunden bewirkt (PRESMAN 1970, WEVER 1974, zit. n. www.elschenbroich.com). Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass der zirkadiane Rhythmus sich selbst auf die minimalen Tag-/Nachtschwankungen des Erdmagnetfeldes synchronisieren kann. Bedingt durch die Ausrichtung des Magnetfeldes wurde auch eine Beeinflussung der REM-Latenzzeit- das ist die Zeit zwischen dem Einschlafen und dem Höhepunkt der ersten Traumphase- in Abhängigkeit von der Schlafrichtung festgestellt (RUHENSTROTH-BAUER 1987, zit. n. www.elschenbroich.com). Ein möglicher Erklärungsansatz für diesen Effekt sind Lorentz-Kräfte, die im Zusammenspiel von Erdmagnetfeld und elektrischem Feld einer Zelle entstehen und dadurch eine Rotationsbewegung von gelösten Ionen bzw. der Zellflüssigkeit verursachen (www.elschenbroich.com). 3.3. Technisch erzeugte Felder Magnetostatische Felder spielen in der Umwelt im Vergleich zu anderen Feldern eine untergeordnete Rolle. Sieht man von Feldern von Permanentmagneten ab (z.B. bei Magnetverschlüssen von Toren), hängen sie vom Fließen elektrischer Gleichströme ab und treten daher nur dann auf, wenn elektrische Energie tatsächlich verbraucht wird. Sie unterliegen daher auch den Schwankungen des Energieverbrauchs. Die im Freien, in den der Allgemeinheit zugänglichen Bereichen auftretenden technisch erzeugten Felder, überschreiten üblicherweise die Größenordnungen des Erdmagnetfeldes nicht (LEITGEB 1990). Im schienengebundenen Nahverkehr (Straßenbahn, U-Bahn, Stadtbahn) werden überwiegend Fahrdraht-Gleichspannungen von 500 - 600 V eingesetzt. Aufgrund der wesentlich geringeren Leiterhöhe ist die Stärke des Magnetfeldes am Boden deutlich höher als bei Hochspannungsleitungen (einige wenige werden auch mit Gleichspannung betrieben). Im Fahrgastraum von Straßenbahnen, deren Fahrstrom im Bereich von 0,5 kA liegt, ergibt sich ein statisches Magnetfeld von ca. 80 μT (LEITGEB 1990). In der Industrie können die Induktionen am Arbeitsplatz in den Bereich von 50 bis 100 mT kommen. Quellen hoher magnetostatischer Felder sind z.B. Lichtbogen- und Plasmaschmelzöfen (Stromstärke einige 10 kA) mit 50 mT. Hohe Induktionen treten auch bei der Erzeugung von magnetischen Materialien und Permanentmagneten auf. In der medizinischen Diagnostik ist die Anwendung der Kernspintomographie mit hohen magnetischen Feldern verbunden. Dabei sind nicht nur Patienten bei der Untersuchung hohen Feldstärken (bis zu 4 T, seit 2005 in Wien 7 T, www.dkfz.de) exponiert. Auch das Bedienungspersonal ist erheblichen Flussdichten bis zu 100 mT ausgesetzt. Im Haushalt sind vor allem Gleichstrommotoren und Bat-8- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 teriegeräte als Quellen magnetostatischer Felder zu nennen. Sie haben jedoch, verglichen mit den Wechselfeldern, nur eine untergeordnete Bedeutung. Darüber hinaus sind Felder von Kopfhörern und von Telefonhörern zu erwähnen, die 0,35 bis 1mT betragen können (LEITGEB 1990). 3.4. Biologische Wirkungen magnetischer Gleichfelder Bereits schwache Felder wie das Erdmagnetfeld wirken bei einer Reihe von Tieren, insbesondere bei Zugvögeln, als wichtige Orientierungshilfe. Bewegen sich elektrische Ladungen in einem magnetischen Feld, so wirken auf sie Kräfte, die sie von ihrer Bahn ablenken. In einem statischen Magnetfeld werden im Körperinneren infolge der herrschenden Verhältnisse elektrische Spannungen erzeugt. Der Grund liegt darin, dass auch im Körperinneren elektrische Ladungen bewegt werden. Bewegen sich jedoch positiv und negativ geladene Teilchen in gleicher Richtung (z.B. in Blutgefäßen), so wirken die Magnetfeldkräfte entgegengesetzt und führen zu einer Ladungstrennung und damit zum Auftreten einer elektrischen Spannung quer zur Bewegungsrichtung. Diese ist umso größer, je höher die Bewegungsgeschwindigkeit und die Feldstärke ist. Biologische Auswirkungen sind daher überall dort denkbar, wo im Körper schnelle Bewegungsabläufe auftreten oder ein Körper sich schnell durch ein magnetisches Gleichfeld bewegt (LEITGEB 1990). Direkte Wirkungen a) Die größten Bewegungsgeschwindigkeiten im menschlichen Körper treten im Herzen auf. Durch die Kontraktion des Herzmuskels wird das Blut mit großer Geschwindigkeit in die Aorta gepumpt. Dort können Spitzengeschwindigkeiten von weit über 1 m/s erreicht werden. Bei Ionenströmen (z.B. strömendes Blut) kommt es durch den magnetohydrodynamischen Effekt über eine Ladungstrennung zur Ausbildung einer Spannung zwischen den Begrenzungsflächen (Hall-Effekt). Im Tierversuch waren mittels EKG bei etwa 300 mT keine Änderungen der Herzfrequenz oder gar Arrhythmien feststellbar, nach Ende des Feldaufenthaltes stellte sich daraufhin wieder der ursprüngliche Verlauf der Kurvenform des EKGs ein. Bei Menschen kam es erst bei 2 T zu unphysiologischen Effekten (ärztliche Herz-Kreislaufkontrolle bei MR-Diagnosen). Ebenfalls infolge der Lorentz-Kraft kann ab 100 mT eine Beeinflussung der Erregungsbildung bzw. –ausbreitung im Herzen auftreten, was insbesondere bei Menschen mit kardialen Reizleitungsstörungen als Gefährdung zu werten ist (FISCHER 2001). -9- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 b) Der Kompasseffekt: Atome und Moleküle bestehen aus bewegten elektrischen Ladungen und alle haben ein eigenes Magnetfeld. Je nach Ladungsvorzeichen und Bewegungsrichtung können sich diese Magnetfeldbeiträge gegenseitig aufheben oder verstärken. Es gibt daher Atome und Moleküle, die wie eine Kompassnadel ein eigenes Magnetfeld besitzen. Das magnetische Gleichfeld übt auf diese „Kompassnadeln“ Kräfte aus, um sie in Feldrichtung zu orientieren. Diese Orientierung ist umso genauer, je stärker das Magnetfeld ist. Kräfte auf Partikel, die magnetische Dipole oder ferromagnetisches Material darstellen, wurden in vitro bei sehr hohen Feldstärken nachgewiesen (DNS: ab 1 T, Sichelzellen der Retina: ab 6 T). Es handelt sich dabei um reversible Ausrichtungseffekte, worauf auch die Diagnoseverfahren der Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographie beruhen. Nach Feldabschaltung wird wieder die Ausgangslage eingenommen. Natürliche ferromagnetische Strukturen in magnetotaktischen Bakterien bzw. im Gehirn (Bienen, Tauben, Zugvögel, Mensch etc.) werden wesentlich höheren Kräften ausgesetzt, sie sind vermutlich für die Orientierungsleistungen dieser Lebewesen zumindest mitverantwortlich zu machen. In Gradientenfeldern kann, wenn möglich, auch eine Trennung para- und diamagnetischer Moleküle und Radikale erfolgen, Schwellenfeldstärken und Auswirkungen werden in der Literatur nicht beschrieben (FISCHER 2001). Indirekte Wirkungen Kraftwirkungen auf ferromagnetische Materialien sind auch die Auslöser für die indirekten Effekte statischer Magnetfelder: An metallischen Implantaten (künstliche Hüftgelenke, Prothesen, Klammern, Stimulationselektroden von Herzschrittmachern, Medikamentendepots) können Drehmomente bzw. Zugkräfte in inhomogenen Feldern entstehen, die schlimmstenfalls zu inneren Verletzungen führen. Weiter besteht die Möglichkeit, dass durch starke Gleichfelder (ab 2 mT) direkt im Herzbereich Schrittmacher (vor allem älterer Bauart) unbeabsichtigt umprogrammiert werden, was im Extremfall (gleichzeitiges Herzversagen) den Tod des Patienten nach sich ziehen kann (FISCHER 2001). Magnetische Gleichfelder erreichen im Alltag derzeit keine so große Stärke, dass sie biologisch relevante Wirkungen erzeugen. Gewöhnlich werden Gleichfelder vor allem zur Datenspeicherung bei magnetisierbaren Materialien genutzt. Außer in der medizinischen Anwendung von Magnetresonanzverfahren (Magnetresonanz-Tomographie, bis 7 T) und speziellen Arbeitsplätzen, etwa an Hochenergiebeschleunigern und Kernfusionsreaktoren können Personen so hohen magnetischen Feldstärken ausgesetzt werden, bei denen eine Gefährdung von Risikogruppen mit Reizleitungsstörungen nicht mehr ausgeschlossen werden kann. - 10 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Grenzwerte für magnetische Gleichfelder in Österreich, Referenzwerte für zeitlich unbefristeten Aufenthalt in magnetischen Gleichfeldern: Allgemeinbevölkerung: 1,75 mT Beruflich Exponierte: 8,75 mT (LEITGEB 1990) 4. Niederfrequente magnetische Wechselfelder Magnetische Wechselfelder werden durch bewegte elektrische Ladungen verursacht. Unter magnetischem Fluss wird die Anzahl der durch eine Fläche hindurchtretenden magnetischen Feldlinien verstanden. Er kann als Produkt aus magnetischer Flussdichte und der Fläche berechnet werden und kann daher nicht nur mit dem Magnetfeld variieren, sondern auch, wenn sich die Größe der Fläche oder deren Lage relativ zum Feld ändern. Die zeitliche Ableitung des magnetischen Flusses (Induktionsprinzip) beschreibt z.B. die im menschlichen Körper hervorgerufenen elektrischen Ströme. Sie verlaufen in geschlossenen Strombahnen und werden als Wirbelströme bezeichnet. Diese sind umso stärker, je rascher die zeitliche Flussänderung erfolgt, sie nehmen daher mit steigender Frequenz zu. Darüber hinaus sind sie auch vom Verlauf der zeitlichen Variation abhängig: Rechteckförmige Schwingungen induzieren wegen der steileren Flanken höhere Stromspitzen als sinusförmige. Im einfachsten Fall sind die Bahnen der Wirbelströme konzentrische Kreise. Die Fläche, die sie umfassen und damit die Stromstärke ist daher im Mittelpunkt Null und nimmt mit zunehmendem Radius zum Rand hin zu. Grundsätzlich haben die induzierten Wirbelströme selbst wieder ein Magnetfeld zur Folge, das dem äußeren Feld entgegenwirkt. Diese Rückwirkung ist bei biologischen Objekten allerdings vernachlässigbar (LEITGEB 1990). 4.1. Magnetische Wechselfelder im Alltag Die Stärke der in der Umwelt auftretenden magnetischen Wechselfelder wird vor allem durch die Nähe zu bewegten Ladungsträgern bestimmt. Aus diesem Grund dominieren die technisch erzeugten Felder gegenüber den in der Natur vorkommenden. Mit bewegten elektrischen Ladungen treten Magnetfelder auf. Deshalb entstehen diese gemeinsam mit elektrischen Entladungserscheinungen und Ladungsbewegungen in der Atmosphäre und unterliegen ähnlichen Schwankungen und Veränderungen wie die natürlichen elektrischen Wechselfelder. Eine wichtige Ursache sind auch hier Änderungen der elektrischen Ströme in der Ionosphäre. Diese werden hauptsächlich durch die Sonneneinstrahlung, in geringerem Maß durch den Mond beeinflusst und variieren im Tagesverlauf. Die täglichen Schwankungen liegen im Bereich von 30 nT. Bei Sonneneruptionen können magnetische - 11 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Stürme mit Amplituden im Bereich von 500 nT auftreten. Darüber hinaus führen atmosphärische Blitzentladungen nicht nur zu elektrischen, sondern auch zu magnetischen Feldkomponenten, die sich entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Die Bandbreite der Felder beträgt einige kHz. In unmittelbarer Nähe von Blitzentladungen entstehen aufgrund der hohen Blitzstromscheitelwerte hohe Induktionen, die mit der Entfernung abnehmen. Bei einem Blitzstromscheitelwert von 500 kA tritt in 10 cm Entfernung eine Induktion von 1T auf, die in 100 m auf 1 mT abgesunken ist. Durch diese hohen magnetischen Induktionen können in Leiterschleifen erhebliche Störspannungen induziert und auf ferromagnetische Teile große Kräfte ausgeübt werden, die zu einer indirekten Gefährdung führen können (LEITGEB 1990). Während elektrische Wechselfelder wegen der nur geringen Spannungsschwankungen in nahezu konstanter Stärke erzeugt werden und Feldstärkeänderungen vor allem durch Feldverzerrungen verursacht werden, spiegeln magnetische Wechselfelder hingegen alle Variationen im Verbrauch elektrischer Energie wider und sind daher starken Schwankungen unterworfen. Weitere Veränderungen der magnetischen Induktion durch bewegte ferromagnetische Objekte haben dagegen vergleichsweise eine geringe Bedeutung. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein längerer Aufenthalt in hohen Magnetfeldern konstanter Stärke nur in Ausnahmefällen zu erwarten ist. Der Frequenzbereich magnetischer Wechselfelder beschränkt sich keinesfalls nur auf die Netzfrequenz, sondern es kommt durch den Einsatz von nichtlinearen Induktivitäten (z.B. Transformatoren) zu Oberwellen, d.h. Frequenzen mit einem (ungeradzahligen) Vielfachen der Netzfrequenz. Hinzu addieren sich noch breitbandige Frequenzgemische als Folge von Entladungsvorgängen oder elektronischen Leistungsregelungen (LEITGEB 1990). Eisenbahnen sind das bedeutenste mit elektrischer Energie betriebene Verkehrsmittel, wobei 54% aller bestehenden Strecken mit Wechselspannung (Frequenz von 16 2/3 Hz in Österreich und Deutschland) betrieben werden. Charakteristisch für die auftretenden Magnetfelder sind die starken Schwankungen, die bis zum Faktor 10 gehen können. Kurzzeitige hohe Spitzen treten vor allem beim Anfahren und Beschleunigen der Züge auf. In diesen Phasen können die elektrischen Ströme ca. 2 kA betragen. Schätzt man die magnetische Induktion im Inneren der Waggons ab, ergibt sich in der Anfahrphase eine Induktion im Bereich von 30 bis 300 μT. In Bahnhöfen wurden an Bahnsteigen Magnetfelder im Bereich zwischen 2 und 20 μT gemessen (LEITGEB 1990). Besonders hohe magnetische Flussdichten bestehen in der Nähe von Induktionsöfen , wo am Arbeitsplatz Werte bis 70 mT (50 Hz) vorkommen können. Die verwendeten Frequenzen liegen im Bereich von 50 bis 10000 Hz. Weitere Verursacher erheblicher Magnetfelder sind Schweißmaschinen, mit Induktionen bis ca. 13 mT und Funkenerosionsmaschinen, die mit of- 12 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 fenen Funkenstrecken und Stromstärken bis zu 50 A arbeiten. Sie strahlen elektromagnetische Felder bis in den Hochfrequenzbereich ab. In Wohnungen sind die auftretenden Magnetfelder wegen der Nähe der stromführenden Leiter sehr inhomogen. Es können sich an der Oberfläche oder in wenigen Zentimetern Entfernung von Elektrogeräten Induktionen bis ca. 1 mT ergeben. Diese nehmen jedoch mit der Entfernung stark ab und liegen bereits in ca. 30 cm Abstand um etwa das 100-fache niedriger, bei ca. 10 μT; in 1m sind sie bereits im Bereich von 0,01 bis 0,1 μT (LEITGEB 1990). Bezeichnung Frequenzbereich ULF - Bereich (ultra low frequency) Bis 3 Hz ELF - Bereich (extremely low frequency) 3 Hz bis 3 kHz VLF - Bereich (very low frequency) 3 kHz bis 30 kHz 4.2. Biologische Wirkungen magnetischer Wechselfelder Direkte biologische Wirkungen werden vor allem durch die im Körperinnern induzierten Stromdichten verursacht. Wie bei den elektrischen Feldern ist daher auch hier eine starke Frequenzabhängigkeit zu erwarten. Alle ermittelten Effekte weisen darauf hin, dass der Mensch durch netzfrequente Magnetfelder mit einer Induktion über 5 mT beeinflusst werden kann. Es konnten jedoch auch bei hohen Induktionen über 1 T keine irreversiblen Veränderungen festgestellt werden, die auch nach der Beendigung der Feldwirkung bestehen geblieben wären (LEITGEB 1990). Magnetische Wechselfelder unterscheiden sich von elektrischen hinsichtlich ihrer biologischen Wirkungen in folgenden Punkten wesentlich (LEITGEB 1990): a) Biologische Objekte (Menschen, Tiere und Pflanzen) sind gegenüber Magnetfeldern nicht geschützt. Sie sind im Körperinneren de facto gleich stark wie in der Luft. b) Das Körperinnere ist relativ geschützt. Das Feld dringt ein, die Stromdichte im Körperzentrum ist Null. Magnetfeldwirkungen sind vor allem am Körperrand zu erwarten. c) Die ungünstigste Exposition bei elektrischen Feldern ist die parallele Orientierung, bei den magnetischen ist es senkrecht zur Körperachse. d) Magnetfelder sind durch die technischen Möglichkeiten begrenzt (Supraleitung). e) Magnetische Wechselfelder sind nicht konstant in ihrer Feldstärke wie die elektrischen Felder, sondern schwanken ständig mit dem momentanen Stromverbrauch - 13 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Direkte Wirkungen Im Fall der magnetischen Gleichfelder mussten als Mechanismen für biologische Effekte Kraftwirkungen auf bewegte elektrische Ladungen und auf dia- bzw. paramagnetische Teilchen berücksichtigt werden. Bei den magnetischen Wechselfeldern kommt darüber hinaus als wichtigstes Wirkprinzip noch die Induktion elektrischer Wirbelströme hinzu. Letztere können die menschlichen Nerven- und Muskelzellen erregen, wenn sie drei Bedingungen gleichzeitig erfüllen (LEITGEB 1990): 1) Die Stromdichte muss einen Mindestwert, die Reizschwelle, überschreiten. Das ist der „Schutzwall“, mit dem sich der Körper gegen die Störung durch seine eigenen elektrischen Vorgänge schützt (z.B. das elektrische Signal des Herzmuskels). Die Reizschwelle ist für verschiedene Körperzellen unterschiedlich, unterhalb der Reizschwelle reagieren die Zellen nicht. 2) Die Stromdichte muss sich schnell genug ändern. Das macht Körperzellen für Frequenzen unter 50 Hz zunehmend unempfindlicher und ist der Grund, warum magnetische Gleichfelder Körperzellen nicht erregen können. 3) Die Einwirkung muss genügend lange dauern. Diese Forderung macht die Körperzellen für höhere Frequenzen über ca. 100 Hz zunehmend weniger sensibler. Über ca. 30 kHz bis 100 kHz kann schließlich überhaupt keine Erregung mehr stattfinden. Um die Auswirkungen der magnetisch erzeugten Wirbelstromdichten untersuchen zu können, ist es wichtig, zunächst die kritischen Körperbereiche festzustellen. Da die Stromdichten zum Körperrand hin zunehmen, ist zu erwarten, dass sich vor allem dort die ersten Effekte bemerkbar machen (LEITGEB 2000). Unter die direkten Einflüsse sind die Induktion intracorporaler Wirbelströme, aber auch die Kraftwirkung auf bewegte Ladungen (Hall-Effekt), magnetohydrodynamische Effekte bei fließenden Blutvolumina und die Beeinflussung der Ionendiffusion durch Membrane zu zählen. Zusätzlich dazu gibt es noch eine ganze Reihe von eher rein theoretischen bis hin zu ziemlich wahrscheinlichen Wirkungsmodellen (FISCHER 2001). Als offensichtlichste Ausprägungsform der induzierten Ströme können Magnetophosphene aufgefasst werden; diese Sehphänomene subjektiver Natur entstehen durch Reizung der bipolaren Ganglienzellen der Retina, die maximale Empfindlichkeit dafür liegt zwischen 20 und 30 Hz, der Schwellenwert der Flussdichte für erste Flimmererscheinungen beträgt etwa 2 mT. Ebenso gelten für alle anderen aus Durchströmungsversuchen erhaltenen markanten körperlichen Erscheinungen frequenzabhängige Unterschiede hinsichtlich der jeweiligen Schwellen; dies betrifft die Wahrnehmung, sowie die Loslass- und Flimmerschwelle des Herzens. Ver- 14 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 gleiche mit den infolge normaler physiologischer Vorgänge im Körper auftretenden elektrischen Stromdichten zeigen, dass solche von unter 0,1 μA/cm2 keine Wirkung auf Nervenzellen haben, 0,1 - 1 μA/cm2 bewirken die Erregung einzelner Körperzellen entsprechend der Wahrnehmbarkeitsschwelle sowie die Beeinflussung von Wundheilungsprozessen; ab 1 μA/ cm2 können frequenzabhängig Effekte auftreten, die jedoch keine Gefährdung von Personen bedeuten. Stromdichten von mehr als 100 μA/cm2 im Herzbereich sind in der Lage, Kammerflimmern auszulösen (FISCHER 2001). Stellt man diejenigen magnetischen und elektrischen Feldstärken gegenüber, die bei Netzfrequenz zur Verursachung gleicher intracorporaler Stromdichten in der Herzregion benötigt werden, so lässt sich erkennen, dass bereits Induktionen von nur 25 - 40 μT ausreichen, um jene Stromdichte zu verursachen, für die ein Feld von 1 kV/m erforderlich ist. Dies zeigt, dass bei den am Arbeitsplatz maximal möglichen 100 mT verglichen mit den höchstzulässigen 20 kV/m etwa 2000-mal höhere Stromdichten vorkommen. Für die Wahrnehmung sind zumindest einige mT nötig, gefährliche Verkrampfungen treten erst über 100 mT auf. Bevor es durch steigende Feldstärken zum Herzkammerflimmern kommt, ist wegen der höheren Stromdichten an der Körperoberfläche als Warnsignal eine Erregung der Brust- und Bauchmuskulatur zu erwarten, was im Tierexperiment auch bewiesen werden konnte (FISCHER 2001). Im Laufe der letzten 15 Jahre verdichteten sich auf Grund vielfältiger Forschungsarbeiten die Hinweise, dass niederfrequente Felder bei ihren biologischen Wirkungen primär an der Zellmembran ansetzen, die genauen Abläufe der Wechselwirkungen bleiben dennoch Gegenstand widersprüchlicher Diskussionen. Sowohl extern angelegte elektrische wie auch magnetische Wechselfelder bewirken Stromflüsse im wässrigen extrazellulären Milieu. Da die Zellmembranen ein hochohmiges Dielektrikum darstellen, dringt nur ein kleiner Teil des Stroms in die Zelle ein. Man kann daher annehmen, dass die die Zelle umgebenden Ströme elektrochemische Veränderungen in den Bestandteilen der Membranoberfläche hervorrufen. Diese Abläufe wirken wiederum auf die Zellmembran ein, was zu Umstellungen in den biochemischen und physiologischen Funktionen innerhalb der Zelle führen kann (TENFORDE 1987, zit. n. FISCHER 2001). Die diskutierten Hypothesen für einen membranübergreifenden Signaltransfer lassen sich grob in zwei Kategorien unterteilen: Zum einen in langreichweitige kooperative Phänomene, die innerhalb der die Zelle aufbauenden Matrix aus Glyco- und Lipoproteinen stattfinden, zum anderen in lokale Vorgänge, welche über spezifische Rezeptoren an der Membranaußenfläche ablaufen oder die innerhalb von Ionenkanälen in der Zellmembran erfolgen, die extra- und intrazelluläre Flüssigkeiten mitein- 15 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 ander verbinden. Aktuellerweise erscheint dieses zweite Konzept aussichtsreicher, Effekte schwacher Felder plausibel erklären zu können. Ebenso wie bei magnetischen Gleichfeldern kann ein Wechselfeld über den Hall-Effekt bewegte Ladungsträger von ihrer Bahn ablenken; auch die Reizleitung könnte von diesem Wirkungsprinzip betroffen sein. Allerdings ist die Beeinflussung der nervalen Übertragung wegen der geringen Ladungsträgergeschwindigkeit sogar bei den höchsten vorkommenden Induktionen zu vernachlässigen. Für die Auswirkungen des magnetohydrodynamischen Effektes auf bewegtes Blut gilt, dass im magnetischen Wechselfeld die Ladungsträger an den Barrieren schwingen und/oder die begrenzende Gefäß- bzw. Zellwand gerät in Oszillation. In inhomogenen niederfrequenten Magnetfeldern werden para- und diamagnetische Moleküle und Radikale zu gegenphasigen Schwingungen angeregt (FISCHER 2001). Indirekte Wirkungen Magnetische Wechselfelder induzieren nicht nur in biologischen Objekten, sondern in allen Gegenständen und Schleifen aus elektrischem leitfähigem Material elektrische Feldstärken. Bei geschlossenen Schleifen- oder Volumenleitern führen sie zu Wirbelströmen, bei offenen Leiterschleifen hingegen zum Auftreten von Potenzialdifferenzen zwischen den Schleifenenden. Ihre Größe hängt dabei von der Frequenz und Induktion des magnetischen Feldes und von der Größe der von der Schleife umfassten Fläche im Magnetfeld ab. Magnetisch induzierte Störspannungen können zu Störungen von elektrischen Geräten führen mit eventuellem Schädigungspotenzial für den Menschen (z.B. Herzschrittmacher). Die weiteren indirekten Wirkprinzipien zeitlich variierender Magnetfelder sind grundsätzlich ident mit denen im magnetostatischen Feld, allerdings ändern die auftretenden Kräfte und Drehmomente auf ferromagnetische Implantate mit jeder Halbwelle ihre Richtung. Herzschrittmacher können in starken Feldern je nach Typ entweder zu Tachykardie oder Asystolie führen, besondere Vorsicht ist bei Feldern mit physiologischen Frequenzen geboten: Bewegungsbedingt kann dies beim Elektrorasierer und bei netzbetriebenen Zahnbürsten sowie während des Durchschreitens von gewissen Diebstahlsicherungsanlagen in Kaufhäusern und bei Zutrittkontrollsystemen der Fall sein (LEITGEB 1990). - 16 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Tab. 1: Wirkungen, Grenzwerte und Expositionsbeispiele im Überblick ( Netzfrequenz 50 Hz / Bahn 16 2/3 Hz) (www.elschenbroich.com) - 17 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 5. Die Magnetfeldtherapie aus der Sicht der Anbieter Ein Magnetfeld hat die Eigenschaft, Materien mit zu vernachlässigendem Energieverlust durchdringen zu können. Ein therapeutisch eingesetztes Magnetfeld kann deshalb ungehindert durch die Kleidung jede Zelle erreichen. In der Spulenmitte besitzt das Magnetfeld seine größte Flussdichte. Mit zunehmendem Abstand von der Magnetfeldquelle verliert es an Intensität, d.h. nach außen hin wird das Magnetfeld schwächer. Wichtig ist, dass das Feld einer punktförmigen Quelle (z.B. Applikationsstab) mit zunehmendem Abstand deutlich schneller an Intensität verliert, als dies bei einer flächigen Quelle der Fall ist, außerdem ist bei Spulenapplikatoren das Feld wesentlich homogener. Je nach Hersteller von kommerziell genutzten Magnetfeldtherapieprodukten werden statische oder gepulste Magnetfelder mit sehr verschiedenen Frequenzen, Intensitäten und Programmen durch Röhren, Spulenmatten, kleinere Kissen und/oder Stäbe erzeugt. Permanentmagneten, die statische Magnetfelder erzeugen, gibt es in Form von Pflastern, Einlegesohlen, Armbändern usw. Im Wellnessbereich wird angeblich vorwiegend mit statischen Magnetfeldern gearbeitet. Manche Therapeuten setzen einen Magnetfeldstab zur Akupunktur ohne Nadeln oder zur Reflexzonenmassage ein. Derzeit werden am Markt unterschiedlichste Magnetfeldtherapieprodukte angeboten (lexikon.freenet.de): 1. Magnetfeldtherapieprodukte auf Basis statischer Felder, bestehend aus magnetisierten ferromagnetischen Folien oder Permanentmagnetstreifen oder –pflastern, die z.B. zur Schmerztherapie auf Körperstellen angebracht werden. Die applizierten magnetischen Gleichfelder sind charakterisiert durch relativ hohe Oberflächeninduktionen bis maximal in den Tesla-Bereich, die jedoch bereits innerhalb weniger Zentimeter Entfernung unter die Erdmagnetfeldstärke abgeklungen sind (Strahlenschutzkommission Bonn 2003). 2. Magnetfeldtherapiegeräte, die magnetische Wechselfelder erzeugen. Als Frequenzen werden meist solche zwischen 0,1 und 200 Hz eingesetzt, wobei am häufigsten die Netzfrequenz verwendet wird. Die Applikatoren enthalten in der Regel Flachspulen mit Durchmessern von etwa 10 cm bis 15 cm, welche in Matten und Kissen verteilt sind und inhomogene Felder erzeugen. Die magnetischen Flussdichten betragen zumeist an der Spule je nach Produkt von geringen Werten unter 1 μT bis in den Bereich von 10 mT. Bei den stärkeren Geräten können magnetische Flussdichten über 100 μT einige dm über den Applikatorrand herausreichen (Strahlenschutzkommission Bonn 2003). Die Geräte sind zwar als Medizinprodukte der Klasse II a EU-weit zulassungspflichtig und unterliegen festgelegten Sicherheitsstandards, dennoch ist ihre physikalische Beschaffenheit nicht genormt. Wegen dieser großen Unterschiede dürfen Aussagen über die Wirksamkeit - 18 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 oder Nichtwirksamkeit eines bestimmten Magnetfeldgerätes nicht ohne weiteres verallgemeinert oder auf andere Systeme übertragen werden (Strahlenschutzkommission Bonn 2003). Kommerzielle Magnetfeldtherapieprodukte 1. Generation: Statische Magnetfelder - Permanentmagnete Diese Therapieform ist bereits mehrere tausend Jahre alt. 2. Generation: Bewegte Permanentmagnete Die ersten technischen Geräte dieser Art bestanden darin, dass ein Permanentmagnet von einem Motor gedreht wurde; die Drehzahl beschränkte sich zunächst meist auf 10 Hertz. 3. Generation: Elektrisch induzierte Magnetfelder in Sinusform Elektrischer Strom induziert über Drahtspulen ein Magnetfeld. Die Impulsform entspricht bei dieser Gerätegeneration einer Sinuskurve, d.h. die elektromagnetische Energie wird allmählich auf- und abgebaut, wobei zur Wirksamkeit hohe Feldstärken erforderlich sind. Diese Technologie wurde bereits in den 80er Jahren und früher verwendet. 4. Generation: Rechteck- und Sägezahnimpulse, Resonanzsysteme Biologisch wirksamer als Sinuskurven sind Rechteckimpulse. In der so genannten SägezahnKurvenform sind noch mehr abrupte Unterbrechungen gegeben und sie ist damit die bisher wirksamste Impulsform. Gleichzeitig wurden bereits Frequenzbänder verwendet, auf welche der Körper mit einer verstärkten Schwingung der Zellen und Organe antwortet. Diese Geräte werden Resonanzsysteme genannt. Der Vorteil liegt darin, dass durch die hohe Reizdynamik und Resonanzwirkung bereits geringe Feldstärken ausreichen, um den gewünschten Therapieeffekt zu erzielen. Diese Generation gibt es seit 1994. 5. Generation: Magnetfeld-Therapie-Systeme mit Ionen-Zyklotronresonanz Die bislang letzte Entwicklung bedient sich eines patentierten Effektes, sodass Frequenzen entstehen, welche den Eigendrehimpuls der Ionen verstärken (www.bioline.ibmr.at). Ebenso unterschiedlich wie die Geräte der Hersteller sind die benutzten Bezeichnungen. Folgende Begriffe und Abkürzungen bewerben die Behandlung mit Magnetfeldern: Magnetfeldtherapie (MFT), Magnetresonanztherapie (MRT), Magnetfeldresonanztherapie, Magnetresonanzstimulation (MRS), elektroMagnetresonanzstimulation (eMRS), Magnetfeldresonanzstimulation, Pulsing Electro Magnetic Fields-Therapy (PEMF), Frequenzmodulierte Nerven Stimulation (FREMS), Quantenresonanzsystem (QRS). Schulmediziner setzen gemäß www.lexikon.freenet.de die Magnetfeldtherapie meist in der Orthopädie und Chirurgie ein; sie soll beschwerdelindernd und heilungsfördernd bei Arthritis, - 19 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Arthrose, Zervikalsyndrom, Gelenksprothesenlockerung und Knochenbrüchen wirken. Alternative Therapeuten und Heilpraktiker verwenden diese Therapie in vielen weiteren Bereichen, etwa gegen Durchblutungsstörungen, Depressionen, Kopfschmerzen, Muskelentzündung, Osteoporose, Wundheilungsstörungen, Tinnitus usw.; auch in der Veterinärmedizin wird sie eingesetzt. Die Anwendung kann in der Praxis eines Arztes oder Therapeuten, einer Klinik oder Rehabilitationseinrichtung oder zu Hause erfolgen. Da oft eine langfristige oder zumindest tägliche Behandlung angeraten wird und Magnetfeldtherapie auch zur Gesundheitsvorsorge empfohlen wird, gibt es viele Hersteller, die Geräte zur Heimanwendung vertreiben. Die applizierten Feldstärken und Frequenzen sowie die Anwendungsdauer sind äußerst heterogen und beruhen nicht auf gesicherten Konzepten, sondern werden vom jeweiligen Hersteller vorgegeben. Das erzeugte Magnetfeld selbst kann man nicht spüren. Manche Anwender berichten jedoch von einem Wärmegefühl oder einem leichten Kribbeln durch den Gebrauch. Die Therapeuten führen das auf eine verbesserte Durchblutung zurück (www.lexikon.freenet.de). Nach Warnke (1980 a, b) wird unter anderem die lokale Durchblutung im Gewebe durch Applikation von magnetischen Wechselfeldern deutlich gebessert, was sich durch berührungslose thermographische Messmethoden mittels Infrarotdetektoren nachweisen ließ; gleichzeitig war dabei der Sauerstoffpartialdruck um bis zu 200 % erhöht (WARNKE 1981, zit. n. WOLF 1996). Wagner und Gruber (1985) geben einen Hinweis auf eine erhöhte Sauerstoffpermeabilität der Zell- und Gefäßmembranen. Allerdings gibt es diesbezüglich auch negative Untersuchungsergebnisse anderer Autoren (PAGES 1985). Solche kontroversiellen Resultate regten eine Studie über den Einfluss gepulster Magnetfelder auf den Sauerstoffpartialdruck Verunfallter an. Im Verlaufe der Magnetfeldexposition war an diesen polytraumatisierten Patienten im Vergleich mit placebobehandelten Kontrollen ein hochsignifikanter Anstieg des Sauerstoffpartialdrucks festzustellen; dies bedeutet, der Regenerierungsprozess verlief forciert (TURK 1992, zit. n. FISCHER 2001). Aufgrund der Tatsache, dass Magnetfelder Kleidung, Gips, Matratzen (keine Matratzen mit Federkern) und andere Materialien ungestört durchdringen, ist die Anwendung leicht durchzuführen. Knochenbrüche können durch den Gipsverband hindurch behandelt werden, wobei früher positive Versuche (70/80er Jahre) mit großen Spulen und hohen Flussdichten erfolgten. Die Therapie nach Kraus/Lechner verwendet langsam schwingende Magnetfelder, um Läsionen und Degenerationen des Knochen- und Bindegewebes sowie der Gefäße und Nerven zu behandeln. Sie erreichen eine Stärke von bis zu 5 mT (www.naturheilkunde-21.com). - 20 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Die Applikation von Magnetfeldern bei gesunden Menschen zur Prophylaxe oder zur Steigerung des Wohlbefindens ohne ärztliche Rücksprache erscheint nach bisherigen Erkenntnissen ungefährlich. Menschen mit Herzschrittmacher oder anderen elektronischen Implantaten sollten grundsätzlich keiner Magnetfeldtherapie unterzogen werden, da es bei spezifischen Kombinationen zu gefährlichen Wechselwirkungen mit der Steuerelektronik kommen könnte. Im Einzelfall gibt es bei neueren Implantaten Ausnahmen. Menschen mit sonstigen metallischen Implantaten sollten sich auf alle Fälle zuvor mit dem Arzt absprechen. Die Selbstbehandlung eines schwerwiegenden gesundheitlichen Problems mit Magnetfeldtherapie ohne ärztliche Hilfe kann gefährlich sein. Außerdem besteht die Gefahr, dass notwendige medizinische Maßnahmen unterlassen werden. Unter anderem aus diesem Grund ist die Magnetfeldtherapie in Österreich verschreibungspflichtig (www.wikipedia.de). 6. Ausgewählte Anwendungsgebiete der Magnetfeldtherapie anhand repräsentativer Studien Bei sämtlichen zitierten Studien handelt es sich um seriöse Arbeiten, d.h. nur um ausgewählte klinisch repräsentative Studien, die im einfachen oder doppelten Blindverfahren durchgeführt wurden. Legendenerklärung zu den Studien in den Tabellen ab Seite 28: B = Induktion t = Behandlungsdauer f = Frequenz k.A. = keine Angabe, Eh. = Einheiten, MT = Motor Threshold (Die Motorische Schwelle stellt die niedrigste Intensität dar, die nötig ist, um eine motorische Antwort mit einem bestimmten Kriterium zu erhalten. Diese Schwelle kann im Ruhezustand = RMT, Rest Motor Threshold des Muskels oder bei Anspannung = AMT, Active Motor Threshold gemessen werden. Die Motorische Schwelle ist abhängig von der Ausrichtung, der Dichte und elektrischer Empfindlichkeit der kortikokortikalen und thalamokortikalen Axone, an der der Reiz ansetzt, www.psychologie.uni-regensburg.de), HAM = Hamiltonskala (Depressionsskala). Unter „Behandlungsgruppe“ wird im folgenden die Verumexposition verstanden. 6.1. Erkrankungen des Stütz- und Bewegungsapparates Der Bewegungsapparat des Menschen ist eine komplizierte Struktur aus verschiedenen, miteinander verbundenen Teilen. Jede kleinste Bewegung ist ein Zusammenspiel von Knochen, Gelenken, Muskeln, Sehnen und Bändern. - 21 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Osteopenie Eine Abnahme an Knochengewebe tritt ein, die im hohen Alter von der Osteoporose als Krankheit praktisch nicht zu trennen ist. Osteoporose Dies ist eine Erkrankung des Skelettsystems mit Verlust bzw. Verminderung von Knochensubstanz und -struktur und einer erhöhten Frakturanfälligkeit. Nach den mittleren Lebensjahren nimmt die Knochenmasse naturgegeben bei beiden Geschlechtern ab. Ein Mangel an Mineralstoffen, insbesondere von Kalzium, macht die Knochen immer poröser und schwächer. Es kann schließlich der Punkt erreicht werden, wo die Knochen so zerbrechlich sind, dass es allein bei einer abrupten Bewegung zum Bruch des Knochens kommt (THUILE 2000). Studie: Tab. 2 Osteopenie/Osteoporose Knochenbruch Das Skelett des Menschen besteht aus mehr als 200 Knochen. Ein gebrochener Knochen wird schulmedizinisch eingerichtet und fixiert. Früher stellte man den Knochen nach einem Bruch ruhig; heute weiß man, dass die Ruhephase möglichst kurz sein sollte. Bei der Heilung einer Fraktur bildet sich der Kallus, ein Ersatzgewebe, dessen endgültige Struktur erst nach etwa 60 Tagen erreicht ist. Magnetfelder können einen Gips problemlos durchdringen und auch bei Brüchen mit Nägeln und Draht eingesetzt werden. Die Wirkung der Magnetfeldtherapie beim Knochenbruch äußert sich in der Förderung der Kallusneubildung und beeinflusst das Nebenschilddrüsenhormon PTH (Parathormon) und hemmt damit die Kalziumausscheidung aus dem Knochen. Piezoelektrische Effekte spielen eine entscheidende Rolle. Knochenbrüche und Knochenwachstum sind das besterforschte Gebiet der Magnetfeldtherapie (THUILE 2000). Studie: Tab. 3 Frakturheilung Oberschenkelhalsbruch Passiert häufig im Alter, eine vor allem bei Frauen vorkommende Fraktur des Femurhalses. Bei der ersten Form, der medialen, kommt es zum Schenkelhalsbruch mit Abbruch des Oberschenkelkopfs innerhalb der Hüftgelenkkapsel. Die zweite Form, die laterale, beschreibt den Schenkelhalsbruch mit Abbruch des Oberschenkelkopfs dicht am Trochantermassiv (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 4 Oberschenkelhalsbruch Pseudoarthrosen Nach einer Fraktur kann es zu einer Falschgelenksbildung kommen, das heißt, die knöcherne Überbrückung bleibt aus. Ursachen können mechanische Faktoren (z.B. Interposition von Weichteilen in den Frakturspalt, Dislokation bzw. Distraktion), mangelhafte Ruhigstellung, - 22 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 verzögerte Kallusbildung oder Gewebeverlust darstellen. Symptome sind abnorme Beweglichkeit und ein starker Belastungsschmerz (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 5 Pseudoarthrosen Degenerative Erkrankungen Es entstehen Entartungen zellulärer Strukturen oder Funktionen infolge von Schädigungen und Abnützungen von Knochen/Gelenken in der Zelle (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 6 Degenerative Erkrankungen des Bewegungsapparates 6.2. Psychische Erkrankungen Depressionen Unter einer Depression versteht man eine Gemütsstörung, die länger als zwei Wochen anhält oder binnen kurzer Zeit regelmäßig wiederkehrt. Biochemisch kommt es zur Reduktion von jenen Botenstoffen, welche die Kommunikationsaktivität zwischen den Gehirnzellen ermöglichen. Besonders wichtig ist die Gruppe der biogenen Monoamine, zu der Noradrenalin, Serotonin und Dopamin zählen. Frauen sind öfter von Depressionen betroffen als Männer, das hängt mit den Geschlechtshormonen der Frau zusammen. Die Ursachen für Depressionen sind unbekannt, allerdings spielen Stress, Tod, Misserfolg eine Rolle. Die Depression kann auch mit einer körperlichen Krankheit in Verbindung stehen. Die neuere Generation der Antidepressiva sind so genannte Serotonin-Wiederaufnahmehemmer (SSRI) und haben geringere Nebenwirkungen. Die Magnetfeldtherapie kann bei Depressionen hilfreich sein. Hier hat vor allem das niederfrequente Magnetfeld Erfolge erzielt. Aber in neuerer Zeit wird vor allem die (r)TMS Therapieform gewählt (THUILE 2000). Studien: Tab. 7 Depression (rTMS) 6.3. Erkrankungen des Nervensystems Multiple Sklerose Hier handelt es sich um eine chronische Erkrankung des Zentralnervensystems. Es kommt zur Entmarkung (Plaques) in den Nervenhüllen (weiße Substanz), aus denen sich im weiteren Verlauf Narben bilden (Sklerose). Die Erkrankung beginnt zwischen dem 20. und 40. Lebensjahr, wobei Frauen ungefähr doppelt so oft betroffen sind wie Männer. Die Prävalenz liegt bei 50 bis 60 Fällen je 100000 Einwohner, wobei in den nördlichen Breiten wesentlich mehr MSFälle auftreten als in Äquatornähe. Ca. 80 % dieser Erkrankungen verlaufen schubartig, nur 20 % chronisch progredient (THUILE 2000). Studie: Tab. 8 Multiple Sklerose - 23 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Morbus Parkinson Beim Parkinsonsyndrom kommt es zu Störungen der willkürlichen Bewegungsabläufe aufgrund eines Mangels des Gehirnbotenstoffes Dopamin. Am häufigsten tritt die Krankheit zwischen dem 70. und 80. Lebensjahr auf, es kann aber auch wesentlich jüngere Menschen treffen. Die Häufigkeit liegt bei 0,2 %. Die sogenannte Parkinsontrias bezeichnet die drei charakteristischen Symptome der Krankheit: Rigor (Muskelsteifheit), Tremor (feinschlägiges Zittern) und Akinese (Bewegungsunfähigkeit). Die Lebenserwartung beim Morbus Parkinson ist gegenüber der Durchschnittsbevölkerung kaum vermindert. Die Symptomatik schreitet meist langsam fort, die Lebensqualität kann jedoch stark eingeschränkt sein (THUILE 2000). Studie: Tab. 9 Morbus Parkinson Schlafstörung Eine subjektiv empfundene bzw. objektiv beobachtbare Abweichung vom normalen Schlaf in quantitativer und qualitativer Hinsicht tritt ein. Ein- und Durchschlafstörungen sind die Folge (PSCHYREMBEL 2002). Wetterfühligkeit Die Betroffenen reagieren gesteigert auf Veränderungen atmosphärischer Einflüsse wie Luftdruck, Temperatur, Feuchtigkeit bzw. auf bestimmte Klimasituationen. Es kommt zu Konzentrationsstörungen, Stimmungslabilität, allgemeines Unwohlsein, Müdigkeit, Schlafstörungen und Kopfschmerzen (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 10 Schlafstörungen und Wetterfühligkeit 6.4. Erkrankungen der Harnwege Benigne Prostatahypertrophie Jeder zweite bis dritte Mann ab dem 60. Lebensjahr leidet unter einer Prostatavergrößerung. Die Prostata (Vorsteherdrüse) umgreift die Harnröhre am Abgang der Blase wie einen Kragen und drückt dabei die Lichtung der Harnröhre mehr und mehr zusammen. Die Blase kann nicht mehr vollkommen entleert werden und das Harnlassen wird für den Betroffenen immer schwieriger und schmerzhafter. Eine Gefahr liegt vor allem in der Infizierung der Blase durch den Restharn. Ist die Vergrößerung zu weit fortgeschritten, muss ein operativer Eingriff vorgenommen werden. Im Anfangsstadium können Medikamente oder Naturheilmittel die Beschwerden sehr gut mindern (THUILE 2000). Studie: Tab. 11 Benigne Prostatahypertrophie - 24 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 6.5. Schmerzen Migräne Die echte Migräne äußert sich als heftiger, klopfender Schmerz auf einer Kopfseite; Übelkeit und Empfindlichkeit gegen Licht, Gerüche und Lärm sind typische Begleiterscheinungen. Jeder zehnte Mensch leidet an Migräne, davon sind ca. 5 % Kinder. Der Grund, warum drei Viertel der Migränepatienten Frauen sind, wird im erhöhten Östrogenspiegel des weiblichen Organismus gesucht. Man weiß, dass ein überaktives Gehirn, das die einströmenden Sinnesreize bis zu siebenmal schneller als normal verarbeitet, die Ursache für Anfälle ist. Durch die Überaktivierung kommt es zu einer heftigen Übersteuerung und Entzündung von Blutgefäßen im Gehirn, wobei Östrogen diesen Effekt noch verstärken kann (THUILE 2000). Studie: Tab. 12 Migräne Schmerz Dies ist eine komplexe Sinneswahrnehmung unterschiedlicher Qualität (z.B. stechend, ziehend, brennend, drückend), die in der Regel durch Störung des Wohlbefindens als lebenswichtiges Symptom von Bedeutung ist und in chronischer Form einen eigenständigen Krankheitswert erlangt (PSCHYREMBEL 2002). In einer speziellen Untersuchung über dieses häufig bearbeitete Thema therapierte man ganzkörperlich Patienten, die an Bandscheibenprolaps, Spinalstenose und Osteoporose litten. Der Anwendungserfolg wurde anhand einer Schmerzskala sowie der Abstandsmessung der Fingerspitzen vom Boden ermittelt (FISCHER 2001). Studie: Tab. 13 Schmerzen bei Erkrankungen des Bewegungs- und Stützapparates Sauerstoffpartialdruck bei Polytraumata Polytraumatische Verletzungen bewirken im Allgemeinen einen Schockzustand und stellen eine Bedrohung von lebensnotwendigen Funktionen eines oder mehrerer Organe dar. Infolge der schweren Läsionen existieren auch diverse Beeinträchtigungen physiologischer Parameter, wobei im Vordergrund Reaktionen von Seiten des kardiovaskulären und des neuroendokrinen Systems stehen; diese werden bedingt einerseits durch hohen Blutverlust bzw. andererseits durch den pathophysiologisch-traumatisch provozierten Ablauf der mannigfaltigen Impulse, die über die afferente Impulsleitung vom verletzten Gewebe bzw. von viszeralen Rezeptoren entstammen. Derartige Prozesse können den Transport des Sauerstoffes durch das Gewebe verschlechtern (FISCHER 2001). Studie: Tab. 14 Sauerstoffpartialdruck bei Polytraumata Hemiparese Der Schlaganfall (apoplektischer Insult oder Apoplex) bezeichnet einen neurologischen Notfall, bei dem es aus unterschiedlichen Ursachen zu einem plötzlichen („schlagartigen“) Funk- 25 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 tionsverlust von Teilen des Gehirns kommt. Die schlaganfallbedingte Hemiparese bezeichnet die Lähmung einer Körperseite (Halbseitenlähmung). Sie tritt auf der kontralateralen (gegenüberliegenden) Seite des Infarkts auf, da die nun ausgefallenen Nervenbahnen im Foramen occipitale magnum zur dadurch nicht innervierten Muskulatur der Gegenseite kreuzen (Pyramidenbahnkreuzung) (www.wikipedia.de). Studie: Tab. 15 Schlaganfallbedingte Hemiparese Gonarthrose Es handelt sich um eine degenerative Gelenkserkrankung des Kniegelenks, die vorwiegend bei einem Missverhältnis zwischen Beanspruchung und Belastbarkeit der einzelnen Gelenksanteile und -gewebe entsteht (Form-Funktionsproblem) (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 16 Gonarthrose Endoprothesenlockerung Sie sind Ersatzstücke aus Fremdmaterial, die einem erkrankten oder zerstörten Gewebe- bzw. Organteil (z.B. Hüft-, Knie-, Ellbogengelenk) nachgebildet sind und in das Innere des Körpers eingebracht werden (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 17 Aseptische Lockerung von Endoprothesen Idiopatische Femurkopfnekrose Nekrosen sind ohne erkennbare Ursachen entstandene Veränderungen einer Zelle oder eines Gewebes, die nach irreversiblem Ausfall der Zellfunktion (sogenannter Zelltod) auftreten. Es kann zu einer verkäsenden Nekrose, Kolliquationsnekrose oder Koagulationsnekrose kommen (PSCHYREMBEL 2002). Studie: Tab. 18 Idiopathische Femurkopfnekrose 6.6. Stoffwechselerkrankungen Diabetes mellitus Die Bauchspeicheldrüse produziert Insulin, um den Zucker im Blut für die Energiegewinnung in die Zellen zu bringen. Insulin senkt auf diese Weise den Zuckerspiegel im Blut. Wird zu wenig Insulin produziert oder kann der Körper den Zucker nicht verwenden, entsteht Diabetes. Die Niere filtert Zucker aus dem Blut und gibt ihn über den Urin ab. Diabetes kann im Jugendalter (Typ 1) oder als Altersdiabetes (Typ 2) auftreten. Letzterer betrifft 90 % aller Diabetiker. Unbehandelter Diabetes mit hohem Zuckerwert kann andere Organe schädigen. Diabetes ist mitverantwortlich für die Entstehung von Arteriosklerose (Gefahr für Herzinfarkt oder Schlaganfall), Augenkrankheiten, Impotenz und vor allem von Nervenerkrankungen (Neuropathie). Neuropathie ist ein Sammelbegriff für viele Erkrankungen des peripheren - 26 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 Nervensystems. Sie zählt zu den häufigsten Komplikationen des Diabetes mellitus, sowohl vom Typ 1 als auch vom Typ 2. Schätzungsweise ein Viertel aller Patienten ist davon betroffen, wobei die Häufigkeit mit der Krankheitsdauer zunimmt. Es ist allerdings nicht selten, dass der Diabetes erst aufgrund des Vorliegens einer Neuropathie entdeckt wird. Trotz intensiver Forschungen seit mehreren Jahrzehnten ist die Ursache der Nervenschädigung durch Diabetes nicht restlos geklärt. Wahrscheinlich spielen mehrere Faktoren mit, die im Einzelfall unterschiedliche Bedeutungen haben (THUILE 2000). Studie: Tab. 19 Diabetische Neuropathie - 27 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 00110066 Tab. 2 Osteopenie/Osteoporose Autor Tabrah F Jahr 1990 B 2,85 mT t 36 Wo f 72 Hz Kurvenform pulsierend Erfolg nur vorübergehende Besserung in der Behandlungsgruppe Studienart mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv Personen 20 Bemerkungen Eyres K 1996 k.A. 12 Mo 15 Hz pulsierend p < 0,0001 höchstsignifikante Besserung in der Behandlungsgruppe mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv 13 bei Patienten mit Verlängerung der Extremitäten Tab. 3 Frakturheilung Autor Borsalino G Jahr 1988 B 1,8 mT t 3 Mo f 75 Hz 1,3 ms Kurvenform pulsierend Erfolg p < 0,01 hochsignifikante Besserung bei Behandlungsgruppe Studienart mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv Personen 32 Bemerkungen durchgeführt bei femoraler intertroch. Osteotomie Mammi G 1993 k.A. 2 Mo 75 Hz 1,3 ms Einzelimp. pulsierend P < 0,05 signifikante Besserung bei Behandlungsgruppe mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv 37 Tibiakopfumstellungsosteotomien Capanna R 1994 k.A. 12 Wo 75 Hz 1,3 ms Einzelimp. pulsierend kein Unterschied zw. Kontrollgr. und Behandlungsgruppe mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv 47 bei Patienten mit allogenem Gefäßersatz t tag u. nachts max. 1Monat f 24 Hz Tab. 4 Oberschenkelhalsbruch Autor Barovič J Jahr 1994 B 8,72 μT Kurvenform Rechteck Erfolg höchstsignifikante Verkürzung der Behandlungzeit bei Behandlungsgruppe (p < 0,001) -28- Studienart mit Kontrollgruppe Personen 703. Verumgr. 647 Placebogr. Bemerkungen Beurteilungsparameter war Spitalsaufenthaltsdauer, Feld parallel zur Körperachse Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 00110066 Tab. 5 Pseudoarthrosen Autor Basset C Jahr 1982 B 2 mT t k.A. f 15 Hz 5 ms bursts Kurvenform pulsierend Erfolg 79% Erfolgsquote bei Behandlungsgruppe Studienart einfache Blindstudie Personen 1078 Bemerkungen multizentrische Studie Baker A 1987 1,5 mT 24 Wo 15 Hz 5 ms bursts pulsierend kein statistisch signifikanter Unterschied mit Kontrollgruppe prospektiv 16 Behandlung von Tibiapseudoarthrosen Sharad W 1990 2 mT 12 Mo 2-15 Hz 5-50 ms bursts pulsierend zur Kontrollgruppe signifikanter Unterschied p = 0,002, Besserung bei Behandlungsgruppe mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv 45 an Tibiaschaftfrakturen Tab. 6 Degenerative Erkrankungen des Bewegungsapparates Autor Binder A Jahr 1984 B k.A. t 8 Wo f 72 Hz Kurvenform pulsierend Erfolg signifikante Besserung in Behandlungsgruppe (p < 0,05) Studienart mit Kontrollgruppe prospektiv Personen 29 Bemerkungen Pat. mit therapieresist. Tendinosen der Rotatorenmanschette Deveraux M 1985 k.A. 8 Wo 15 Hz Einzelimpulse pulsierend kein Unterschied im Vergleich zur Kontrollgruppe mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv 30 Behandlung von Epicondylitis humeri lat. (=Druckschädigung des Nervus radialis) 18 Eh. von 30 min 4-12 Hz pulsierend unterschiedliche Ergebnisse bei Gonarthrose und HWS-Syndrom, Besserung bei Gonarthrosen mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie prospektiv 167 Trock D 1994 1- 2,3 mT -29- Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 00110066 Tab. 7 Depression (rTMS) Autor George M Jahr 1996 B k.A. t 2 Wo f 20 Hz Kurvenform biphasisch Erfolg während aktiver Behandlung sanken Depressionsskalenwerte Studienart mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie placebokontrolliert Personen 12 Bemerkungen Feinsod M 1999 1T 0,1 ms 10 Sitzg. 40 x 8 s 1 Hz biphasisch 31 % Reduktion des HAM - D - Mittelwertes bei Behandlungsgruppe Blindstudie, Paralleldesign placebokontrolliert 14 1200 Stimuli medikamentös therapieresistente Patienten Klein E 1999 1T 0,1 ms 10 Sitzg. ITI= 60 s 1 Hz biphasisch 50 % Reduktion des HAM - D- Mittelwertes bei Behandlungsgruppe Blindstudie, Paralleldesign placebokontrolliert 71 1200 Stimuli medikamentös therapieresistente Patienten George M 2000 100% MT 10 Sitzg. ITI= 60 s 5 Hz und 20 Hz biphasisch 48% Reduktion des HAM - D- Mittelwertes bei 5 Hz, 28% Reduktion des HAM - D- Mittelwertes bei 20 Hz bei Behandlungsgruppe Blindstudie, Paralleldesign placebokontrolliert 30 16000 Stimuli medikamentös therapieresistente Patienten Kozel F 2000 100% MT 10 Sitzg. ITI= 60 s 5 Hz und 20 Hz biphasisch mehr als 50% Reduktion des HAM - D- Mittelwertes bei Behandlungsgruppe Blindstudie, Paralleldesign placebokontrolliert 29 16000 Stimuli medikamentös therapieresistente Patienten Garcia-Toro M 2001 90% MT ITI= 20-40 s 10 Sitzg. 20 Hz biphasisch TMS brachte keine Vorteile gegenüber Kontrollgruppe Blindstudie, Paralleldesign placebokontrolliert 28 12000 Stimuli Tab. 8 Multiple Sklerose Autor Jahr Richards T 1997 B 0,5-1 μT t 10-24 h über 2 Mo f 4 und 13 Hz Kurvenform pulsierend Erfolg höchst signifikanter Unterschied (p < 0,005) zugunsten Behandlungsgruppe -30- Studienart mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie placebokontrolliert Personen 30 Bemerkungen statistisch signifikante Auswirkungen auf Verbesserung des Alpha EEG-Verlaufs während einer Sprachaufgabe Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 00110066 Tab. 9 Morbus Parkinson Autor de Groot M Jahr 2001 B 90% MT t 10 min/Tag f 5 Hz Kurvenform biphasisch Erfolg (p < 0,02) signifikante Reduktion der klinischen Symptomatik bei der Behandlungsgruppe Studienart Personen als Kontrollgruppe 9 diente die ipsilaterale Stimulation Bemerkungen Primärer Zielparameter: Verbesserung im motorischen Teil. Sekundäre Zielparameter: Feinmotorische Messungen und Schriftproben, 2250 Stimuli Tab. 10 Schlafstörungen Autor Gränz A Jahr 1987 B 0,5 mT t 6 Wo nachtsüber f 4 Hz Kurvenform Rechteck Erfolg hochsignifikante Besserung der Symptomatik bei der Behandlungsgruppe Studienart Doppelblindstudie placebokontrolliert Personen 51 Bemerkungen Anwendung eines MagnetfeldTaschengerätes, Feld parallel zur Körperachse B 0,5 mT t 6 Wo tagsüber f 10 Hz Kurvenform Rechteck Erfolg hochsignifikante Besserung der Beschwerden bei der Behandlungsgruppe Studienart Doppelblindstudie placebokontrolliert Personen 53 Bemerkungen Anwendung eines MagnetfeldTaschengerätes, Feld parallel zur Körperachse f 19,5 Hz Kurvenform Rechteck Personen 27 Bemerkungen Erhebung des max. Harnflusses, PSA-Wert, Prostatavolumen und Befindlichkeitserhebung (IPSS- Fragebogen) Wetterfühligkeit Autor Gränz A Jahr 1987 Tab. 11 Benigne Prostatahypertrophie Autor Bizjak A Jahr 2001 B 7,9 μT t über 7 Mo nächtl. 8 h Erfolg (P = 0,0005) höchstsignifikante Verbesserung der Symptome in der Behandlungsgruppe -31- Studienart einfache Blindstudie placebokontrolliert Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 00110066 Tab. 12 Migräne Autor Pelka RB Jahr 2001 B 5 mT t 1 Mo f 16 Hz Kurvenform Rechteck nach e-Funktion ansteigend Erfolg höchstsignifikante (p < 0,001) Besserung der Symptomatik bei Behandlungsgruppe Studienart mit Kontrollgruppe Doppelblindstudie placebokontrolliert Personen 82 Bemerkungen bei 76 % ergab sich eine Schmerzlinderung, Ganzkörperbehandlung Tab. 13 Schmerzen bei Erkrankungen des Bewegungs- und Stützapparates Autor Barovič J Jahr 1995 B 4 μT t 2 Wo 20 Sitzg., 2 x tägl. f Schwerpunkte bei: 10, 20, 30 und 200 - 300 Hz Kurvenform Rechteck nach e-Funktion ansteigend Erfolg höchstsignifikante (p < 0,001) positive Wirkung an der Behandlungsgruppe Studienart einfache Blindstudie Personen 46 Bemerkungen Erkrankungen, die noch nie operativ behandelt wurden, Feld senkrecht zur Körperachse Tab. 14 Sauerstoffpartialdruck bei Polytraumata Autor Turk Z Jahr 1992 B 8,72 μT t 2 Wo tags u. nachts f 24 Hz Kurvenform Rechteck Erfolg Magnetfeldtherapie führte zu schnelleren Rehabilitation der Behandlungsgruppe (p < 0,01), rascherer Anstieg des Sauerstoffpartialdrucks Studienart doppelte Blindstudie placebokontrolliert Personen 48 Bemerkungen Magnetfeldbehandlung nach chirurgischer Erstversorgung, Feld parallel zur Körperachse Tab. 15 Schlaganfallbedingte Hemiparese Autor Schaberl B Jahr 2004 B 1,7 μT bzw. 3,4 μT ansteigend t 28 Tage, 2 x täglich 15 min f Schwerpunkte bei 10, 20, 30 und 200-300 Hz Kurvenform Rechteck nach e-Funktion ansteigend, gepulst -32- Erfolg signifikante Besserung bei Behandlungsgruppe: mehr Beweglichkeit, weniger Schmerz, Spastik verringert, Allg.befinden angehoben Studienart placebokontrolliert prospektiv randomisiert Personen 52 Bemerkungen Behandlung adjuvant zur üblichen medikamentösen, Physio- u. Ergotherapie, Feld senkrecht zur Körperachse, Ganzkörperbehandlung Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 00110066 Tab. 16 Gonarthrose Autor Nicolakis P Jahr 2002 B 40 μT t 2 x tägl. 6 Wo, 30 min/tägl. f 1-3000 Hz Kurvenform pulsierend Erfolg (p = 0,002) signifikante Verbesserung in der Behandlungsgruppe Studienart Doppelblindstudie Personen 32 Bemerkungen Erhebung anhand von Schmerzskalen Fischer G 2005 Von 3,4 13,6 μT ansteigend 6 Wo 16min/Tag 1 x tägl. Schwerpunkte bei 10, 20, 30 und 200-300 Hz Rechteck nach e-Funktion ansteigend, gepulst (p = 0,047) signifikante Verbesserung in der Behandlungsgruppe Doppelblindstudie 71 Erhebung anhand von Schmerz- und Funktionsskalen, Bewertung der Beweglichkeit, Feld senkrecht zur Körperachse, Ganzkörperbehandlung Tab. 17 Aseptische Lockerung von Endoprothesen Autor Konrad K Jahr 1996 B 5 mT t 3 Wo f 50 Hz Kurvenform pulsierend Erfolg signifikante Besserung bezüglich Schmerz und Beweglichkeit bei Behandlungsgruppe Studienart prospektiv mit Kontrollgruppe Personen 24 Bemerkungen keine Angaben zur Patientenselektion Bemerkungen Erhebung anhand von Schmerzskalen, Feld senkrecht zur Körperachse Tab. 18 Idiopathische Femurkopfnekrose Autor Barovič J Jahr 1997 B 6 mT t 30 Sitzg. 20 min/tägl. f 25 Hz Kurvenform Rechteck Erfolg signifikante Besserung in der Behandlungsgruppe: geringere Schmerzen, größere Beweglichkeit, erhöhte Knochendichte, Gelenksspalte eher normalisiert Studienart einfache Blindstudie Personen 81 f 1-50 Hz Kurvenform frequenzmoduliert Erfolg es wurden keine signifikanten Effekte während der Studie nachgewiesen Studienart Dopelblindstudie placebokontrolliert Personen 31 Tab. 19 Diabetische Neuropathie Autor Bosi E Jahr 2004 B 10-40 μT t 3 Wo -33- Bemerkungen FREMS Therapie Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 8. Schlusswort Die Magnetfeldtherapie braucht, wie jede andere Therapieform, die wissenschaftlich anerkannt werden möchte, seriöse wissenschaftliche Grundlagen und eine entsprechende Anzahl von positiven Studien. Wissenschaftlich weitgehend gesicherte Anwendungsgebiete für die pulsierende Magnetfeldtherapie stellen schmerzlindernde Effekte, insbesondere bei degenerativen, entzündlichen und posttraumatischen Erkrankungen des Stütz- und Bewegungsapparates sowie die Knochenfrakturheilung und Protheseneinheilung dar, wenn solche Magnetfelder im Bedarfsfall in Verbindung mit einer chirurgischen Therapie appliziert werden. Eine Reihe von Studien über den Einfluss von elektro-magnetischen Feldern auf biologische Systeme zeigt das Vorhandensein von Fenstereffekten auf; die „Fenster“ kennzeichnen solche Kombinationen von Amplitude und Frequenz des angelegten Signals, bei denen die optimale Antwort erhalten wird. Ist man außerhalb dieses Bereiches, ist die Reaktion wesentlich geringer. Mit anderen Worten verdeutlicht dies das Prinzip, dass „mehr nicht notwendigerweise besser“ bedeutet. Im Gegensatz dazu steht die Wirkweise von Arzneimitteln, die einer nichtlinear ansteigenden DosisWirkungsbeziehung folgt. Schmerzlinderung, Entzündungshemmung und regenerative Prozesse zeigen sich bereits meist nach relativ wenigen Anwendungen. Aber auch positive Studien weisen nach rigiden Beurteilungskriterien methodische Mängel auf bzw. wenn dies nicht zutrifft, konnten wertvolle Einzelarbeiten bislang nicht in genügendem Umfang reproduziert werden. Auch fehlen bei vielen Publikationen ausreichende Angaben zur Standardisierung des Behandlungsregimes. Zudem ist die Zielsetzung der Studien weit gestreut; sie sind weiters sehr oft mit verschiedenen Systemen und Geräten durchgeführt worden, sodass die Systemdeterminanten für positive Ergebnisse nur schwer zu erkennen sind. Aus diesen Gründen wäre es wichtig, dass sich neu durchgeführte Analysen an international akkordierte, immer striktere Kriterien halten, allerdings fehlt dazu eine international akzeptierte Koordinationsinstanz. Ein weiterer Grund für die Reserviertheit mancher Wissenschaftler und praktizierender Mediziner gegenüber der Anwendung schwacher magnetischer Wechselfelder basiert auf der Unsicherheit, welcher bzw. welche gut erforschten und der eher nur theoretisch denkbaren Wirkungsmechanismen für die gefundenen Effekte verantwortlich gemacht werden kann/ können. Spezifische Rezeptoren, die als Reaktionspartner für Pharmakawirkungen nachgewiesen und in manchen Fällen strukturell aufgeklärt wurden, sind für die offenbar auf primär physikalischer Basis beruhenden Magnetfeldeffekte bislang unbekannt. Viele physikochemisch verur- 34 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 sachte Arzneimittelwirkungen gelten aber auch derzeit bezüglich ihres speziellen Angriffspunktes noch keineswegs als erforscht, ihre Funktion lässt sich bloß auf bestimmte organische Strukturen oder definierte Regelkreise eingrenzen. Für eine gesicherte Zukunft der Magnetfeldtherapie ist es auch unerlässlich, dass nicht nur Ärzte und Wissenschafter sondern vor allem auch die Hersteller der Magnetfeldtherapiesysteme methodisch zusammenarbeiten. Aufgrund der Diskussion über die exakten Wirkmechanismen moderner Magnetfeldsysteme wird die Magnetfeldtherapie oft in den Kontext des Esoterischen gestellt. Das liegt einerseits an der Geschichte der Magnetfeldtherapie (z.B. Mesmerismus) und beruht andererseits auf dem Umstand, dass die derzeit applizierten schwachen Magnetfelder für die menschlichen Sinne in der Regel meist nicht wahrnehmbar sind. Infolge vieler ermutigender Erfolge aus Studien, die rigide wissenschaftliche Beurteilungskriterien erfüllen, wird festgehalten, dass spezielle Magnetfeldtherapien bestimmter Erkrankungen zumindest als nebenwirkungsfreies Adjuvans zu konventionellen Methoden der Behandlung ins Auge gefasst werden sollten. Die Anwendung pulsierender magnetischer Felder ist in ausgewählten Indikationsstellungen ein nützlicher, nebenwirkungsfreier/armer Therapieansatz mit wenigen Kontraindikationen. Der Therapieprozess beeinflusst im positiven Sinne Regelsysteme des Organismus und bedarf eines hohen theoretischen Wissens über komplexe Funktionsmechanismen, sowie einer fundierten medizinischen Ausbildung und ärztlichen Erfahrung, um einen sachgemäßen Einsatz zu garantieren. Es obliegt dem Gesetzgeber, eine förderliche Therapieform in den mittelbaren Verantwortungsbereich der Ärzteschaft zu legen. - 35 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 9. Literatur und Quellenangaben Bücher FISCHER G., KOBINGER W. (2001): Von der Wetterfühligkeit zur Magnetfeldtherapie – Abriss der Biometeorologie anhand praxisnaher Untersuchungen. 106 S.; Leben Verlag AG, St. Gallen, Schweiz LEITGEB N. (1990): Strahlen, Wellen, Felder – Physikalische Grundlagen, Ursachen und Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit. 310 S.; DTV-Verlag, München LEITGEB N. (2000): Machen elektromagnetische Felder krank? Strahlen, Wellen, Felder und ihre Auswirkungen auf unsere Gesundheit. 323 S.; Springer Verlag, Wien MÜLLER C. 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BARKER A., DIXON R., SHARRAD W., SUTCLIFFE M. (1984): Pulsed Electromagnetic Field Therapy for Tibial Non-Union – Interim Results of a Double-Blind Trial. Lancet: 994 – 996 - 36 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 BAROVIČ J., TURK Z., KOKOSCHINEGG M., KOBINGER W., FISCHER G. (1994): Adjuvante Magnetfeldtherapie in der Rehabilitation älterer Patienten mit hüftgelenksnahen Frakturen. Der Praktische Arzt 48 (708): 512 – 515 BAROVIČ J., FISCHER G., TURK Z., KOBINGER W. (1995): Steigerung der Beweglichkeit und Schmerzlinderung des Bewegungsapparates durch Magnetfelder. Österreichische Zeitschrift für Physikalische Medizin 5 (4): 162 – 163 BAROVIČ J., TURK Z., FISCHER G., KOBINGER W. (1997): Magnetfeldtherapie bei idiopatischer Femurkopfnekrose. Osteologie Suppl. 1 (6): 55 – 56 BINDER A., PARR G., HAZLEMAN B. 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(2002): Pulsed Magnetic Field Therapy for Osteoarthritis of the Knee – Double-Blind Sham-Controlled Trial. Klin Wochenschr. 114/115 (16): 678 – 684 - 38 - Bakkalaureatsarbeit aus Bioklimatologie Der Stellenwert der Magnetfeldtherapie in der Medizin Matthias Rode 0011066 PAGES IH., HERMANN H., CONRADI E. (1985): Magnetfeldtherapie bei chronisch degenerativen Erkrankungen des Bewegungsapparates. Z. Physiother. 37: 21 – 24 PELKA RB., JAENICKE C., GRUENWALD J. (2001): Impulse Magnetic-Field Therapy for Migraine and Other Headaches –A Double-Blind, Placebo-Controlled Study. Adv. Ther. 18 (3): 101 – 109 QUITTAN M. (2000): Klinische Wirksamkeiten der Magnetfeldtherapien – Eine Literaturübersicht. Acta Medica Austriaca 27 (3): 61 – 68 RICHARDS T., LAPPIN M., ACOSTA-URQUIDI J., KRAFT G., HEIDE A., LAWRIE F., MERRILL T., MELTON G., CUNNINGHAM C. (1997): Double-Blind Study of Pulsing Magnetic Field (PMF) – Effects on Multiple Sclerosis. J Altern. Complement. Med. 3 (1): 21 – 29 SHARRARD W. 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