UNINA
ASL NA-1
PO San Giovanni Bosco - DSB 30
Apparato vestibolare e
campo magnetico
Vincenzo Marcelli
Chieti, 16 maggio 2015
Apparato vestibolare e campo magnetico
Prog Biophys Mol Biol. 2005 Feb-Apr;87(2-3):255-65.
Static magnetic field effects on human subjects
related to magnetic resonance imaging systems.
Chakeres DW, de Vocht F
Med Lav. 2008 Jan-Feb;99(1):16-28.
Health effects of occupational exposure to static
magnetic fields used in magnetic resonance imaging:
a review.
Franco G, Perduri R, Murolo A
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Sintomi vestibolari
Disequilibrio
Vertigine
Nausea
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Ma qual è l’interazione?
La serendipity
● Scoperta inattesa mentre si
cerca altro
Horace Walpole, ispirato dalla
lettura de i “Tre principi di
Serendippo”
La serendipity
Spatio-temporal pattern…
EJR, 70 (2009)
● 9 soggetti, RMN 1.5 T
Stimolazione labirintica a 0° a sinistra
Spatio-temporal pattern…
● Risultati
EJR, 70 (2009)
A significantly longer
duration of the evoked
BOLD activity in the
brainstem compared to
the insular cortex
suggesting a functional
de-coupling between
cortical and subcortical
activity.
Spatio-temporal pattern…
EJR, 70 (2009)
● Discussione
The identification of the very
same time instant of nystagmus initiation
on the traces was made
problematic by the existence of
spontaneous nystagmus activity
preceding the injection…
Spatio-temporal pattern…
EJR, 70 (2009)
● Discussione
Tutti i soggetti esaminati mostravano un
ny orizzontale diretto a sinistra appena
esposti al campo magnetico della
risonanza!
Spatio-temporal pattern…
● Discussione
EJR, 70 (2009)
Con chi parlarne?
● Siena, settembre 2010
Incontro con Daniele Nuti e David Zee
Catapultato in una task force “istantanea”…
● Baltimora, ottobre 2010
Dale C. Roberts,1 Vincenzo Marcelli, 7 Joseph S. Gillen, 2,8 John
P. Carey, 3 Charles C. Della Santina, 3,4 and David S. Zee 1,3,5,6
Apparato vestibolare e campo magnetico
● RMN 3 e 7 Tesla, CM statico
10 soggetti normoreflettici: ny ds
2 soggetti areflettici aa: nessun ny
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Osservazioni preliminari
I magneti negli USA hanno
orientamento opposto rispetto ai
nostri
Ny diretto a destra vs ny diretto
a sinistra
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Osservazioni preliminari
Il labirinto è indispensabile per
generare il nistagmo
Ny assente nei soggetti areflettici
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Osservazioni preliminari
Il CS stimolato è il laterale
Il Ny ha vettore orizzontale
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Quattro punti fondamentali
Apparato vestibolare e campo magnetico
low Phase Eye Velocity
(degrees/second)
● 1. Il ny compare e persiste con
il soggetto nel magnete
10
5
Ingresso nel Magnete
0
-5
-10
500
1000
1500
Apparato vestibolare e campo magnetico
low Phase Eye Velocity
(degrees/second)
● 2. Il ny inverte la direzione
quando il soggetto esce dal
magnete
10
5
Uscita dal Magnete
Ingresso nel Magnete
0
-5
-10
500
1000
1500
Apparato vestibolare e campo magnetico
● 3. Il ny risente
dell’orientamento del CM
CM
CM
10
0
-10
100 200 300 400
50
100
150
Apparato vestibolare e campo magnetico
● 4. Il ny non si modifica con il
movimento del soggetto nel CM
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Quali possibili meccanismi?
Apparato vestibolare e campo magnetico
● Quali possibili meccanismi?
Induzione elettromagnetica (EMI)
Suscettività magnetica (MS)
Magnetoidrodinamica (MHD)
Induzione elettromagnetica (EMI)
● Legge di induzione di Faraday
Si basa sulla induzione di un voltaggio
generato da un corpo conduttore che si
muove in un CM
Induzione elettromagnetica (EMI)
● Legge di induzione di Faraday
brevissima durata
non risente della forza del CM
dinamico (proporzionale alla velocità)
inversione rapida
Slow Phase Eye Velocity
(degrees/second)
Induzione elettromagnetica (EMI)
● EMI dura pochissimi msec
Il nistagmo persiste!
10
EMI
5
0
EMI
-5
-10
500
1000
Time (seconds)
1500
Induzione elettromagnetica (EMI)
● EMI non varia con la forza del CM
Il nistagmo varia la VAFL in base alla
intensità dello stesso!
10
7 Tesla
3 Tesla
0
-10
-20
100
200
100
200
300
Induzione elettromagnetica (EMI)
● EMI varia con la velocità
Il nistagmo non modifica la VAFL!
20
1T/sec
2T/sec
3.5T/sec
10
0
-10
100
200
100
200
100
200
Induzione elettromagnetica (EMI)
● Inversione rapida dell’EMI
Il nistagmo non inverte la direzione!
10
5
0
-5
-10
50
100
150
200
Induzione elettromagnetica (EMI)
● Bocciata!
Suscettività magnetica (MS)
● Caratteri generali
Si basa su fenomeni di attrazione e
repulsione magnetica
Suscettività magnetica (MS)
● Caratteri generali
Forze meno intense al centro
Indifferenza alla polarità
Suscettività magnetica (MS)
● Forze meno intense al centro
Il ny è più ampio al centro del magnete!
Suscettività magnetica (MS)
● Indifferenza alla polarità
Il ny risente dell’orientamento del
campo magnetico e del soggetto!
CM
CM
10
0
-10
100 200 300 400
50
100
150
Suscettività magnetica (MS)
● Bocciata!
Quale soluzione?
● Necessità di una forza che sia
Sensibile alla polarità
Indipendente dal movimento
Che sfrutti il ruolo duale dell’endolinfa
Trasporto di corrente ionica
Trasferisce la accelerazioni alla cupola
Forza di Lorentz e teoria
Magnetoidrodinamica (MHD)
Magnetoidrodinamica (MHD)
● La forza di Lorentz esercita una
pressione sulla cupola e stimola
indirettamente le cellula ciliate
Magnetoidrodinamica (MHD)
● Corrente ionica generata dalla
cellule ciliate
Ja
Ja
Ju
Ju
Magnetoidrodinamica (MHD)
● Elementi in campo
FL
J
Corrente ionica J generata dalle CC
e sua direzione
Campo magnetico (B)
E
Forza di
J*h *B
B
Magnetoidrodinamica (MHD)
● La forza di Lorentz è abbastanza
intensa da generare nistagmo?
FL: Jh x B
FL: J x 1mm x 7T
Quanto vale J?
Magnetoidrodinamica (MHD)
Numero di cellule ciliate?
~33.000 nell’utriculo
~7.000 in ogni ampolla
Magnetoidrodinamica (MHD)
Numero di cellule ciliate?
Entità della corrente?
~33.000 nell’utriculo
~7.000 in ogni ampolla
Ogni CC ha una corrente di
base compresa tra 0-100pA
Magnetoidrodinamica (MHD)
Numero di cellule ciliate?
Entità della corrente?
Entità della pressione
transcupolare in 7 Tesla?
~33.000 nell’utriculo
~7.000 in ogni ampolla
Ogni CC ha una corrente di
base compresa tra 0-100pA
0.0023-0.023 pascals (Utr)
0.0005-0.005 pascals (Amp)
Magnetoidrodinamica (MHD)
Numero di cellule ciliate?
Entità della corrente?
Entità della pressione
transcupolare in 7 Tesla?
Quali valori di pressione
sono necessari per indurre
nistagmo?
~33.000 nell’utriculo
~7.000 in ogni ampolla
Ogni CC ha una corrente di
base compresa tra 0-100pA
0.0023-0.023 pascals (Utr)
0.0005-0.005 pascals (Amp)
0.0001 pascals
(Oman & Young, 1972)
Magnetoidrodinamica (MHD)
● La forza di Lorentz è sufficiente
a generare il nistagmo!
Magnetoidrodinamica (MHD)
● Come si spiega la direzione?
Magnetoidrodinamica (MHD)
● Regola della mano
destra
FL
J
Corrente
CM
E
Forza
B
Magnetoidrodinamica (MHD)
Ja
Ja
Ju
Ju
B
● CM e Ja ortogonali
● FL diretta a sn: simil-rotazione ds
Magnetoidrodinamica (MHD)
● Cosa succede se si cambia il
pitch del capo?
Magnetoidrodinamica (MHD)
● Il segno del contributo della
forza generata dall’utricolo
cambia!
Magnetoidrodinamica (MHD)
Ja
Ja
Ju
Ju
B
● CM e Ju ortogonali
● FL diretta a destra
Magnetoidrodinamica (MHD)
0°
10°
25°
200 400
100 200
100 200
50°
60°
10
0
-10
100 200
100
200
Conclusioni
● La forza è statica, continua,
proporzionale a T e non richiede
movimento del soggetto né
variazioni del campo magnetico
Conclusioni
● La forza è direzionale e sensibile
all’orientamento del campo
magnetico e del soggetto
Conclusioni
● I calcoli e il modello geometrico
suggeriscono che la MVS è
generata dalla forza di Lorentz
che origina dall’interazione tra il
campo magnetico e le correnti
ioniche presenti nell’endolinfa
Conclusioni
● La forza di Lorentz così generata
esercita una pressione sulla
cupola, generando il nistagmo
Conclusioni
● Implicazioni negli studi di fMRI
Attivazione aree occipitali
Attivazione aree oculomotorie
Percezione della posizione e del
movimento
Conclusioni
● Quali effetti sul personale?
Disequilibrio
Vertigine
Nausea
Malessere
La pubblicazione
Grazie
