I CAMPI ELETTROMAGNETICI PULSATI: un aiuto per l’OSTEOPOROSI

I Campi ElettroMagnetici Pulsati (CEMP o PEMF nell’acronimo inglese per Pulsed ElectroMagnetiec Fields) sono generati dal passaggio di una corrente alternata attraverso una bobina. La stimolazione con campi elettromagnetici pulsati (CEMP) è stata studiata come possibilità non invasiva per la guarigione e il rimodellamento osseo sin dal 1957, quando fu pubblicato un articolo sulle proprietà piezoelettriche dell’osso (proprietà piezoelettriche che sono anche alla base di altre vie terapeutiche per la sindrome da fragilità ossea od osteoporosi che dir si voglia, come il silicio e l’attività fisica ad esempio). Sono campi magnetici a varia frequenza con una forma d’onda non caotica, il che rappresenta la profonda differenza con i campi magnetici generati dagli elettrodotti o dai ripetitori cellulari, e con una specifica ampiezza, che varia costantemente e regolarmente nel tempo. 

I CEMP sono stati approvati dalla FDA per il trattamento delle fratture ossee sin dal 1979 come trattamento sicuro ed efficace in caso di mancato consolidamento osseo, di pseudoartrosi e simili. Essi hanno, infatti, effetti positivi sulle fratture ossee con una riduzione del tempo di guarigione anche se con una durata di applicazione inferiore a quella da utilizzare per la terapia dell’osteoporosi.

Nonostante il suo ampio uso clinico, le vie metaboliche attivate dai campi elettromagnetici nel tessuto osseo non sono ancora completamente note, il che genera troppo spesso valutazioni erratamente riduttive nei confronti di questa importante procedura terapeutica. Purtroppo l’utilizzo dei CEMP per la prevenzione e il trattamento dell’osteoporosi non è sufficientemente ampio, probabilmente sia a causa di uno scetticismo diffuso tra gli operatori sanitari sia per il costo non esiguo delle apparecchiature dotate di caratteristiche idonee e, non in ultimo, per la limitata produzione di pubblicazioni scientifiche di tipo clinico in contrasto, peraltro, con le numerose pubblicazioni di tipo sperimentale. Ciò probabilmente a causa delle diverse condizioni di esposizione al campo magnetico che vengono prese in esame con diverse combinazioni tra il tipo di onda, l’intensità, la frequenza, la tecnologia utilizzata ed il tempo di esposizione.

I CEMP, a causa della loro bassa frequenza, agiscono sulla membrana cellulare attivando i canali del calcio. È interessante notare che, regolando lo ione calcio intracellulare, i campi elettromagnetici promuovono la normale proliferazione e differenziazione delle cellule staminali nel corpo, ma inibiscono la proliferazione delle cellule tumorali e ne promuovono l’apoptosi. È probabile che gli effetti contrastanti dei campi elettromagnetici sulle cellule staminali normali e tumorali siano correlati alle anomalie dei canali ionici del calcio propri delle cellule tumorali. Quando le cellule sono sottoposte a stimolazione da parte dei CEMP, i canali ionici voltaggio-dipendenti nella membrana cellulare si aprono e la concentrazione intracellulare di ioni calcio aumenta sino a 10 volte. Lo ione calcio così incrementato attiva, all’interno della cellula, varie reazioni a cascata sensibili al calcio che regolano il metabolismo cellulare attraverso una complessa rete di comunicazioni molecolari. Attraverso l’ingresso del Ca⁺⁺ nella cellula staminale, ad esempio, si verifica un incremento dell’ossido di azoto intracellulare. L’NO prodotto dai campi elettromagnetici agisce come molecola messaggera e attiva ulteriormente alcune vie di segnalazione intracellulare inducendo la differenziazione cellulare verso l’osteogenesi. L’aumento di NO mediato da campi elettromagnetici è calcio-dipendente e non solo promuove la differenziazione osteogenica delle cellule staminali, ma attenua anche la risposta infiammatoria e promuove la guarigione delle ferite e la riparazione della cartilagine.

Dal punto di vista dell’accoppiamento elettrochimico, ma anche meccanochimico, si è scoperto che un organulo specifico, il cilio primario, funziona come il principale sensore elettromagnetico negli osteoblasti (ma ha anche funzione di sensore meccanico sensibile ai movimenti del liquido interstiziale “fluid shear stress”). Incidentalmente va rilevato come le cellule tumorale ne siano sprovviste.

Altri processi chiave nelle risposte cellulari ai CEMP sono rappresentati dei recettori dell’Adenosina che giocano un ruolo importante nell’omeostasi ossea e nella patologia scheletrica, comprese l’osteoporosi e l’artrite. I CEMP, infatti, possono controllare il microambiente infiammatorio e promuovere la differenziazione cellule staminali mesenchimali (MSC), svolgendo un ruolo pro-osteogenico. L’attivazione dei recettori dell’adenosina, è particolarmente rilevante, poiché la loro attivazione inibisce la via NF-kB, una ben nota cascata molecolare coinvolta nei processi infiammatori.

L’effetto dei campi elettromagnetici sulle cellule biologiche si manifesta anche in altri modi. Le molecole lipidiche che costituiscono la membrana cellulare si riorientano sotto l’azione di un campo magnetico applicato in modo tale che sia più agevole la penetrazione di alcune sostanze all’interno della cellula. Come è ben noto, la membrana cellulare presenta un voltaggio preesistente (o di riposo) attraverso il suo spessore che può alterarsi per svariati motivi, in maniera temporanea o persistente, alterazione che induce situazioni di carenza o nettamente patologiche. Il riorientamento delle molecole lipidiche della membrana cellulare e la penetrazione ionica all’interno della cellula causate dall’intervento di onde elettromagnetiche coordinate e di frequenza, intensità e durata adeguate riconduce alla precedente situazione fisiologica.

I parametri più comunemente utilizzati in letteratura sia in vitro che in vivo sono per l’intensità da 0,1 mT a 2 mT, per la frequenza da 15 Hz a 75 Hz, per la durata da 1 h a 8 h per molte settimane, nella mia esperienza dalle 6 alle 8 ore per 6 – 8 mesi.

Attraverso questi meccanismi, dall’apertura dei canali del calcio al riequilibrio del potenziale elettrico fisiologico delle membrane cellulari, ma non solo, si attivano dei percorsi molecolari noti per essere coinvolti nella formazione ossea e attivati ​​dall’esposizione ai CEMP.

La via di segnalazione del TGF-β svolge un ruolo importante nello sviluppo, nell’omeostasi e nella riparazione della maggior parte dei tessuti negli organismi. Il TGF-β è un potente soppressore immunitario e la perturbazione della segnalazione è collegata all’autoimmunità, all’infiammazione e al cancro.

Le BMP (Bone Morphogenetic Proteins) sono una grande sottoclasse (più di 20 membri) della superfamiglia del TGF-β che agisce in molti tessuti in condizioni fisiologiche. Le BMP svolgono il loro compito tramite la segnalazione intracellulare mediata dal recettore, finendo con la regolazione dell’espressione genica.

Diversi studi hanno dimostrato che la stimolazione dei CEMP potrebbe aumentare significativamente l’espressione del TGF-β negli osteoblasti. Inoltre, un altro studio ha dimostrato che nelle cellule stromali del midollo osseo umano (hBMSC), l’esposizione ai CEMP è stata in grado di attivare entrambi i percorsi che inducono la proliferazione, la differenziazione e la mineralizzazione delle cellule staminali regolando l’espressione genica di RUNX-2, fattore chiave di trascrizione del DNA associato alla differenziazione degli osteoblasti.

Sia l’ormone della crescita (GH) che l’IGF-I svolgono un ruolo chiave nella regolazione della crescita ossea e dell’omeostasi, controllando così la massa ossea. Infatti, il GH attraverso la stimolazione diretta e indiretta (IGF-I mediata) induce la proliferazione e l’attività degli osteoblasti, favorendo la deposizione di nuovo osso. Il risultato è l’aumento del tasso di rimodellamento osseo complessivo, e quindi il loro esaurimento, correlato con l’età o altre situazioni, si traduce in un ridotto tasso di rimodellamento osseo e in una graduale perdita di densità minerale ossea. La funzione primaria dell’IGF-1 nella matrice ossea è di mantenere la massa ossea e l’omeostasi scheletrica durante il rimodellamento osseo.
Poiché GH e IGF-1 hanno un grande effetto sul riassorbimento osseo e sull’anabolismo osseo e la loro somministrazione ha un effetto positivo sull’osteoporosi e sulla guarigione delle fratture, è probabile che la somministrazione dei CEMP agisca positivamente anche tramite questa via. Sino ad oggi, non ci sono studi conclusivi che mettano chiaramente in evidenza una correlazione tra l’esposizione ai CEMP e l’attivazione delle vie di segnalazione GH/IGF nell’ambito della riparazione e guarigione ossea; tuttavia l’influenza dei CEMP sulla sintesi dell’IGF-1 è più che probabile, stimolando la proliferazione cellulare e la sopravvivenza degli osteoblasti. 

I CEMP, campi elettromagnetici pulsati che abbiano anche una forma d’onda sinusoidale, hanno inoltre promosso la differenziazione osteogenica delle cellule staminali e contemporaneamente hanno inibito la formazione di adipociti, diminuendo l’adipogenesi tramite, tra l’altro, l’inibizione dell’espressione proteica del PPAR𝛾2 (Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma) noto come essere il principale attivatore della differenziazione delle cellule staminali verso la formazione di cellule adipose.

Un lavoro di revisione della letteratura sull’argomento (Wang L, Efficacy of Pulsed Electromagnetic Fields on Experimental Osteopenia in Rodents: A Systematic Review. Bioelectromagnetics. 2021 Jul;42(5):415-431) ha identificato un totale di 24 studi clinici valutando numerosi parametri: dalla densità minerale ossea alle analisi biochimiche e dalle risposte istologiche alle scansioni TC (tomografia quantitativa computerizzata). Di questi, 23 hanno mostrato un effetto positivo dei CEMP. Gli studi indicano un miglioramento della densità minerale ossea in diverse sedi. In alcuni studi risulta che il trattamento CEMP può essere efficace quanto la somministrazione di alendronato. Tuttavia ancora una volta l’uso di diversi parametri di trattamento e le piccole dimensioni del campione non è stato ancora sufficiente per dissipare lo scetticismo su questo tipo di terapia, che va comunque considerata un elemento molto importante nel contrastare la sindrome da fragilità ossea od osteoporosi che dir si voglia.