42

REHABILITACJA W PRAKTYCE 3/2009

FIZYKOTERAPIA

P

od względem bezpieczeństwa sto-
sowanie pola magnetycznego budzi

liczne kontrowersje. Autorzy podręczników
do medycyny fizykalnej zgodnie podają,
że wszczepiona metalowa proteza stawu
biodrowego lub kolanowego stanowi bez-
względne przeciwwskazanie do magneto-
terapii. Jednak w oparciu o dotychczasowe
przesłanki trudno ostatecznie ocenić, czy
zastosowanie pola magnetycznego może,
czy też nie powinno być niebezpieczne dla
implantowanych endoprotez.

W wielu ośrodkach w Polsce zastosowanie

pola magnetycznego stało się standardowym
zabiegiem. Jednak w niektórych krajach
nie wolno lub nie zaleca się (ze względów
bezpieczeństwa) stosowania pola magnetycz-
nego bez podania potwierdzonego naukowo
uzasadnienia. Poza tym, niezależnie od wąt-
pliwości klinicznych, chorzy ze wszczepioną
protezą stawu biodrowego lub kolanowego
mogą stykać się również z polem magne-
tycznym wytworzonym przez urządzenia
stosowane w życiu codziennym (tabela 1).

Endoproteza stawu zawiera części wy-

konane z metalu, dlatego po włożeniu jej
do zmiennego pola magnetycznego zostaną
w niej wyindukowane prądy wirowe, które

Ocena bezpieczeństwa

stosowania wolnozmiennych pól magnetycznych

u chorych po endoprotezoplastyce kolana

mogą teoretycznie spowodować podwyż-
szenie jej temperatury. Ponadto, jeżeli
endoproteza zanurzona jest w elektrolicie
(soli fizjologicznej), to nastąpi zmiana elek-
trycznego potencjału kontaktowego na styku
endoproteza-elektrolit. Potencjał kontaktowy
stanowi różnicę potencjałów pomiędzy
endoprotezą a elektrolitem. Endoproteza
zawiera również wkładki polietylenowe.
Te zaś wykazują właściwości diamagnetyczne
i ich oddziaływanie z polem magnetycznym
jest nieistotne. Cement kostny stosowany
do mocowania endoprotez stawu ma również
właściwości diamagnetyczne.

Teoretycznie istnieje przypuszczenie,

że zmiana temperatury, elektrycznych
potencjałów kontaktowych i stanu nama-
gnesowania w obrębie metalowych części
endoprotezy może być niebezpieczna dla
mocowania i stabilności całej protezy w sta-
wie oraz mogłoby to doprowadzić do jej
obluzowania i powikłań pooperacyjnych.

Dlatego dopóki nie zostanie ostatecznie

wyjaśniony wpływ pól magnetycznych
na własności cieplne i elektromagnetyczne
endoprotezy, dopóty ocena bezpieczeństwa
ekspozycji chorych na ten czynnik fizykalny
będzie niemożliwa.

Zespół naukowców z Katedry i Zakładu

Biofizyki Lekarskiej ŚUM w Katowicach
przeprowadził eksperyment, którego
celem było zbadanie, czy zmienne pole
magnetyczne (stosowane w terapii) o prze-
biegu prostokątnym, o wartości indukcji
magnetycznej B = 5 mT i częstotliwości
f = 30 Hz powoduje istotną zmianę tem-
peratury, elektrycznych potencjałów
kontaktowych i stanu namagnesowania
w obrębie endoprotezy.

Do badań wykorzystano protezę lewego

stawu kolanowego o masie równej 1,308
± 0,001 kg oraz całkowitej długości części
udowej 33,0 ± 0,1 cm i podudziowej 16 ±
0,1 cm. Ta endoproteza (część udowa model
153866 oraz podudziowa model 154078)
była złożona ze stopu metali i w jej skład
wchodziły następujące pierwiastki: alumi-
nium (Al), chrom (Cr), gal (Ga), kobalt (Co),
molibden (Mo), tal (Tl), tytan (Ti), wanad
(V). Do pomiarów w polu magnetycznym
użyto protezy o dużych rozmiarach (fot. 1).
Znaczne wymiary protezy decydują do-
datkowo o podwyższeniu jej temperatury
(poprzez wyindukowane prądy wirowe),
potencjałów kontaktowych i siły działającej
na endoprotezę w niejednorodnym polu

Streszczenie
Celem pracy była ocena w warunkach in vitro, czy zmienne pole
magnetyczne o przebiegu prostokątnym, o wartości indukcji
magnetycznej B = 5 mT i częstotliwości f = 30 Hz, stosowane
w terapii, powoduje istotną zmianę temperatury, elektrycznych
potencjałów kontaktowych i stanu namagnesowania w obrębie
endoprotezy kolana, co mogłoby być niebezpieczne dla mocowa-
nia i stabilności endoprotezy w stawie kolanowym oraz mogłoby
doprowadzić do jej obluzowania i powikłań pooperacyjnych.

Do badań wykorzystano protezę, która została umieszczona

w pojemniku zawierającym roztwór soli fizjologicznej, gdzie
poddano ją działaniu pola magnetycznego. Temperaturę mie-
rzono w roztworze soli fizjologicznej i na powierzchni protezy.
Mierzono również potencjał kontaktowy na powierzchni styku
metal-roztwór, wykorzystując elektrodę porównawczą kalo-
melową. Pomiary wykonano miernikiem cyfrowym. W celu
wyznaczenia własności magnetycznych endoprotezy (podatności
magnetycznej) użyto wagi Faradaya. W celu wyznaczenia oporu
elektrycznego właściwego materiału endoprotezy użyto cztero-
punktowej sondy prądu stałego. Ciepło właściwe endoprotezy
wyznaczono metodą kalorymetryczną.

Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że zastosowanie

wolnozmiennego pola magnetycznego o niskim natężeniu nie wpływa
istotnie na cieplne i elektromagnetyczne własności endoprotezy.
Zmienne pole magnetyczne nie powinno stanowić zagrożenia dla
mocowania i stabilności endoprotezy w stawie kolanowym.
Słowa kluczowe

: pola magnetyczne, endoproteza kolana

Abstract
The purpose of the in vitro study was to assess if low frequency,
low intensity magnetic fields (rectangular pulse, 5 mT, 30 Hz)
applied in therapy cause any significant change of the tem-
perature, contact electric potential and magnetization in knee
endoprosthesis, which might be dangerous for implantation
and stability of knee prosthesis; and later slacken it and cause
postoperative complications.

The experimental investigation was carried out on a knee

endoprosthesis, which had been placed in a container with
physiological saline. The located inside prosthesis was under
the exposure of the magnetic fields. The temperature was
measured on a surface of the endoprosthesis and in a saline
solution. In use of a comparative calomel electrode measured
electric potential in a contact between metal and solution. The
measurements were made in use of a digital meter. The Fara-
day’s balance was used to estimate the magnetization (magnetic
permeability) of knee endoprosthesis. For measurement of the
electric resistance of prosthesis material used a 4 – pointed DC
probe. The specific heat of the endoprosthesis was measured
in use of the calorimetric method.

The results have indicated that applied low frequency, low

intensity magnetic fields did not influence in vitro on thermal
and electromagnetic properties of knee endoprosthesis. The
magnetic fields of examined parameters should not be dangerous
for implantation and stability of knee endoprosthesis.
Key words

: magnetic fields, knee endoprosthesis

43

REHABILITACJA W PRAKTYCE 3/2009

FIZYKOTERAPIA

magnetycznym. W protezach o mniejszych
rozmiarach w tych samych warunkach
powyższe zmiany będą mniejsze.

W celu wyznaczenia zmian temperatury

na powierzchni endoprotezy i zmian poten-
cjału pod wpływem pola magnetycznego
na styku metal-sól fizjologiczna proteza
została umieszczona w pojemniku zawiera-
jącym roztwór soli fizjologicznej, której tem-
peratura wynosiła 37°C i była stabilizowana
za pomocą termostatu (fot. 2). Temperaturę
mierzono w roztworze soli fizjologicznej
i na powierzchni protezy. Mierzono również
potencjał kontaktowy na powierzchni styku
metal-roztwór, wykorzystując elektrodę
porównawczą kalomelową. Pomiary wyko-
nano miernikiem cyfrowym. Część udowa
i podudziowa endoprotezy stawu kolanowego
nie mają połączenia elektrycznego, dlatego
pomiary potencjału kontaktowego wykonano
oddzielnie na obu częściach.

Endoprotezę eksponowano w polu

magnetycznym o przebiegu prostokątnym
(indukcja B = 5 mT i częstotliwość f = 30 Hz).
Całkowity czas ekspozycji wynosił 5 minut.
Do wytworzenia pola magnetycznego użyto
aparatu Magnetronic MF-10. Pole magne-
tyczne wytworzone przez cewkę aparatu
nie było jednorodne w całej jej objętości,
zmieniało się wzdłuż osi cewki i w kierunku
prostopadłym. Maksymalna wartość indukcji
magnetycznej była w środku i na osi cewki.
W pobliżu powierzchni cewki indukcja
magnetyczna była około 1,4 razy większa
niż we wnętrzu. Wzdłuż osi cewki pole
magnetyczne malało w kierunku jej brze-
gów. Pojemnik z endoprotezą znajdował się
w obrębie cewki indukcyjnej (fot. 3).

W celu wyznaczenia własności magnetycz-

nych endoprotezy (podatności magnetycznej)
użyto wagi Faradaya. W celu wyznaczenia
oporu elektrycznego właściwego endopro-
tezy użyto czteropunktowej sondy prądu
stałego. Ciepło właściwe wyznaczono metodą
kalorymetryczną.

Pod wpływem zastosowania zmiennego

pola magnetycznego w czasie 50 minut
temperatura w soli fizjologicznej i na po-
wierzchni protezy wzrosła odpowiednio
o 0,18 ± 0,03°C i 0,17 ± 0,03°C. Otrzymany
wzrost temperatury był niewielki w porów-
naniu z temperaturą początkową układu,
która wynosiła 37°C (procentowy przyrost
temperatury w obu przypadkach okazał się
mniejszy niż 0,5%).

W czasie 50 minut nastąpiła również

zmiana potencjałów kontaktowych; w części
udowej protezy o 1,02 ± 0,09 mV, a w części
podudzia o 1,50 ± 0,08 mV. Procentowa
zmiana potencjałów kontaktowych wyniosła
odpowiednio 1% i 1,5%. Otrzymane zmiany
były również niewielkie w porównaniu
z potencjałami występującymi w komórkach
biologicznych.

Pomiar oporu elektrycznego właściwe-

go endoprotezy dał wartość: ρ = 1,6 10

-5

±

10

-6

 m. Z kolei pomiary kalorymetryczne

Nazwa urządzenia

Indukcja magnetyczna w [μT] w odległości „z”

z = 3 cm

z = 30 cm

z = 100 cm

Czajniki

1,5-8

0,08-0,15

0,01

Ekspresy do kawy

1,8-25

0,08-0,15

0,01

Golarki

15-1500

0,08-9

0,01-0,3

Grzejniki przenośne

10-180

0,15-5

0,01-0,25

Kuchnie

6-200

0,35-4

0,01-0,1

Lampy biurowe

(fluorescencyjne)

40-400

0,5-2

0,02-0,25

Lodówki

0,5-1,7

0,01-0,25

0,01

Miksery

60-700

0,6-10

0,02-0,35

Odkurzacze

200-800

2-20

0,13-2

Kuchenki mikrofalowe

75-200

4-8

0,25-0,6

Piekarniki

1-50

0,15-1

0,01-0,04

Piły tarczowe

250-1000

1-25

0,01-1

Pralki

0,8-50

0,15-3

0,01-0,15

Suszarki do ubrań

0,03-8

0,08-0,3

0,02-0,66

Suszarki do włosów

6-20

0,1-7

0,01-0,3

Telewizory

2,5-50

0,04-2

0,01-0,15

Tostery

7-18

0,06-0,7

0,01

Urządzenia do

likwidacji odpadów

80-250

1-2

0,03-0,1

Wentylatory

2-30

0,03-4

0,01-0,35

Wiertarki

400-800

2-3,6

0,08-0,2

Zmywarki

3,5-20

0,6-3

0,07-0,3

Żelazka

8-30

0,12-0,3

0,1-0,025

Tabela 1. Wartości indukcji magnetycznej w otoczeniu urządzeń elektrycznych stosowanych w gospodarstwie domowym

i obliczenia numeryczne ciepła właściwego
endoprotezy dały wartość c

w

= (860 ± 36)

[J/(kg K)].

Zastosowanie wolnozmiennego pola

magnetycznego o niskim natężeniu (5 mT,
30 Hz) nie wpływa istotnie na cieplne i elek-
tromagnetyczne własności endoprotezy
stawu kolanowego (in vitro). Nie ma podstaw
do przypuszczeń, że zmienne pole magne-
tyczne o podanych parametrach mogłoby być
niebezpieczne dla mocowania i stabilności
endoprotezy. Należy zweryfikować twier-
dzenie, że implantacja endoprotezy stawu
stanowi przeciwwskazanie do zabiegów
magnetoterapii.



Piśmiennictwo
1. Błaszczak E., Franek A., Taradaj J., Widu-

chowski J., Klimczak J.: Assessment of the
efficacy and safety of the low frequency, low
intensity magnetic fields in patients after knee
endoprosthesis plasty (part 1): in vitro safety.
„Bioelectromagnetics”, 2009; 30, 2, 159-162.

2. Błaszczak E., Franek A., Taradaj J., Widu-

chowski J., Klimczak J.: Assessment of the
efficacy and safety of the low frequency, low
intensity magnetic fields in patients after knee
endoprosthesis plasty (part 2): a clinical study.
„Bioelectromagnetics”, 2009; 30, 2, 152-158.

3. Błaszczak E., Franek A., Klimczak J., Tara-

daj J.: Wczesne wyniki usprawniania chorych
po rekonstrukcji więzadła krzyżowego
przedniego metodą artroskopową i otwartą.
„Pol. Merk. Lek.”, 2004; 16, 96, 551-556.

E

DWARD

B

ŁASZCZAK

, A

NDRZEJ

F

RANEK

,

J

AKUB

T

ARADAJ

Katedra i Zakład Biofizyki Lekarskiej

Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach

Fot. 1. Endoproteza rewizyjna (całkowita) stawu kola-
nowego

Fot. 2. Endoproteza w pojemniku z termostatem

Fot. 3. Układ pomiarowy i generator pola magnetycz-
nego

fot. Archiwum

autorów