[온열치료 전문가 칼럼23] 전자기장(EMF)의 세포생물학적/치료적 효과(1부)

하이딥600WM 고주파 온열 암 치료기를 개발해 제조/공급하는 이탈리아의 안드로메딕사(Andromedic Srl.)는 전자 의료기기 분야, 특히 고강도 전자기 펄스(Pulse)(각주 1)를 생성할 수 있는 기술을 보유한 선두 기업이다.

이러한 전자기 임펄스(Impulse) 또는 자극(Stimulus)은 OOK모드(ON-OFF keying; 온-오프 변조)에서 디지털 진폭 편이(偏移) 변조(ASK; Amplitude Shift Keying)로 시간이 지나도 지속되도록 프로그래밍할 수 있다. 이 ASK모드는 생물학적 효과를 증폭시킨다. 하지만, 무엇보다도 관련 조직이나 유기체에 생물학적 정보를 전달할 수 있는 가능성을 제공한다.

특히, 하이딥600WM 장비는 감염, 염증, 통증과 같은 신생물 및 수반되는 병리를 지원하기 위한 보조 또는 신(新)보조 요법으로써 표적 기관 또는 조직의 온도를 증가시키며 동시에 세포생물학 수준에서 감염된 세포의 복제를 늦추거나 정상세포로 재생하여 세포의 활동성을 향상시키는 것을 목표로 한다.

전자기장의 세포생물학적 치료 효과를 이해하기 위해서는 먼저 전파(Radio Wave)에 대해 이해하고 있어야 한다. 전파란, 원래 명칭인 전기자기파를 줄여 전자파라고 한다. 온열치료에 사용되는 주파수가 모두 전파이기에 우리는 흔히 온열치료를 고주파 온열치료라 부르기도 한다. 그러나 전파는 파장에 따라 주파수 대역을 구분하고 있고 그에 따라 산업에서 쓰이는 용도가 각기 다르다.

[그림1]은 국제전기통신연합(ITU)에서 파장 및 주파수 대역 별로 전파를 구분하고 그에 따른 산업에서 해당 전파를 어떻게 활용하는 지 보여준다.

▲[그림1] 전파의 분류 (그림 출처: 한국방송통신전파진흥원)

지난 칼럼 13편에서 위라(wIRA)에 관해 설명하면서 가시광선 및 적외선(근적외선)을 소개했다. 전파는 공간을 빛의 속도로 확산된다. 전파는 자연적인 것과 인위적인 것으로 구분되는데 태양으로부터 발생하는 전파, 지구 자기장으로 인한 전파, 전리층과 지구의 정전기에 의해 발생하는 전파가 자연적인 것이라면, 전자제품, 산업 설비, 군사시설, 통신망, 전력선 등에서 나오는 것을 인위적인 전파로 본다. 전파를 파장의 길이에 따라 보자면 감마선(γ-ray), 엑스선(X-ray), 자외선(UV), 가시광선(VIS), 적외선(IR), 마이크로파(MW 또는 초고주파라고도 함; 이 대역에는 SHF(센티미터파), EHF(밀리미터파)와 THF(Ku, Ka밴드, C밴드, L밴드, S밴드 등 IEEE(국제전기전자통신자협회) 프로토콜에 의해 광통신, 초고속 통신 등에 이용하는 대역임)이 포함됨), 극초단파(UHF), 초단파(VHF), 단파(HF), 중파(MF), 저주파 대역으로 장파에는 LF, VLF, ULF, ELF가 있다.

우리가 온열 암 치료에 사용하는 주파수는 [그림 1]에서 알 수 있듯이 HF(High Frequency) 영역대로 주파수 대역이 높고 파장이 짧은 특징을 가지고 있으며, 편의에 의해 고주파로 부른다.

국제전기통신연합(ITU)는 전파의 분류에 따르면, HF(3MHz~30MHz)는 단파, VHF(30MHz~300MHz)는 초단파, UHF(300MHz~3GHz)는 극초단파로 칭하여 해당 대역의 주파수를 단파 고주파로 분류한다. 그 이상의 고주파는 마이크로파(3GHz~3THz)로 구분한다. 따라서 우리가 흔히 부르는 고주파는 3MHz 이상 3THz까지의 주파수 대역을 통칭하는 것이다.

고주파 온열치료에 적용하고 있는 13.56MHz의 주파수는 당연히 고주파에 속하지만, 단파(HF)이며 파장의 길이가 짧기 때문에 단파장(Short Waves)이라 한다. 우리 생활 속에서 친숙한 FM 라디오 음악방송의 주파수는 초단파(VHF) 대역에 해당한다. 상대적으로 파장이 매우 긴 3MHz~300KHz까지의 주파수 대역은 중파(MF), 300KHz 이하 주파수 대역은 장파(LF) 주파수 대역이다. AM 라디오 주파수나 선박 등이 주로 중파 및 장파 주파수 밴드를 사용한다.

이렇듯 전파는 전기〮전자〮통신뿐 아니라 각종 산업, 과학 및 의학에서 응용하고 있다. 따라서 산업, 과학 및 의학에서 적용되는 주파수 대역을 ISM(Industry, Science and Medical) 밴드라 한다.

전자기장은 전파를 이용하여 특정 구역에 장(영역; Field)을 형성하는 것으로 이를 전자기장(EMF; Electromagnetic Field)이라 한다.

전자기장의 영향:
전자기장이 생물학적 조직과 어떻게 상호작용을 할 수 있는지 이해하려면 세포와 조직에 대한 주요 영향을 아는 것이 중요하다. 전기장과 자기장은 강도뿐만 아니라 정보의 벡터 또는 전달자로서도 고려되어야 한다. 실제로 약한 강도의 파동을 적용하면 생물학적 정보가 높아질 수 있다.

약한 전자기장, 특히 전기 및 광자는 생물에너지, 생물 정보, 비이온화(Non-ionization) 및 비열적(Non-thermal)일 수 있다. 이는 특정 주파수에서 동기화될 수 있는 생물학적 유기체, 조직 및 세포에 영향을 미친다. 응답은 주로 진폭과 지속 시간 이전에 올바른 주파수의 함수로, 동기화가 정확할 때 훌륭한 결과를 생성한다.

물리학자 Emilio Del Giudice(각주 2)는 유기체에서 화학적 상호작용, 화학 반응 조절의 메커니즘은 전파 자극이 치료적으로 더 효과적이려면 강도가 낮아야 한다는 최소 자극의 원리를 주장하였다.

따라서 외부에서 생체로 들어오는 전자기 신호 강도가 약하거나 온도를 올릴 수 있는 경우, 위상일치에 영향을 줄 수 있다. 두 가지 효과 모두 의학적 목적으로 연구할 경우 긍정적인 치료 결과를 얻을 수 있지만 목적성이 다른 전기 및 전자 장비 분야에서의 사용은 적합하지 않다.

우리 몸은 청각과 시각뿐만 아니라 신체의 모든 기관을 통해 주파수를 인식한다. 입력 주파수로 수집된 정보는 생화학적 자극으로 변환되어 뇌로 전송된다. 그러면 뇌는 정보를 처리하여 다양한 생물학적 기능을 수행하게 된다.

따라서 주파수는 구조적 및 기능적 측면에서 특정 기능의 역할을 할 수 있으며, 이는 최근까지도 크게 식별하거나 정의하지 않았던 다양한 생물학적 시스템에서 동시에 큰 효과를 가져다줄 수 있다. 건강한 유기체는 일련의 치유 전류, 필드 및 주파수를 독립적으로 제공할 수 있는데, 뇌는 특정 주파수의 뇌파를 통해 작동하고, 기관, 신경, 뼈, 조직 및 세포의 기능은 조화롭게 공명해 상호 작용하는 에너지와 주파수에 의해 조절된다.

현재 이용 가능한 연구 및 실험 데이터(체외 연구 및 기니피그 동물실험에서 얻은)에 따르면 다음과 같은 효과가 나타난다.

• 열

• 세포 기능 및 대사

• 세포 형태 및 세포 분화

• 효소 활성의 변화

• 세포 내 칼륨 함량의 변화(세포 안팎으로 이온 이동)

• 세포막 단백질의 변화와 그에 따른 막을 통한 이온 교환의 변화

• 막 투과성과 잠재력의 변화

• 매우 낮은 강도의 필드에서도 전자기장의 주파수와 특정 세포 과정의 주파수 사이의 공명, 이는 항상 대부분의 세포, 조직 및 기관의 기능과 균형을 회복하는 과정

• 신경 분화, 유전자 발현, 후생적 메커니즘 및 염색질 변형에 영향을 미침

• 세포간 및 전신 효과

따라서 이러한 효과는 주로 세포 기능의 다소 명백한 변화로 나타나며, 이는 노출에 의해 영향을 받는 조직 및 기관에 대한 결과로 해석된다.

다음 칼럼에서는 저주파와 고주파 대역에서 전자기파의 영향과 EMF의 생물학적 효과와 세포 공명과 그 변화에 대해 전하도록 하겠다.

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각주
1. 펄스(Pulse): 오랜 시간동안 조사되는 레이저나 광선은 빔(Beam), 짧은 시간동안 강렬하게 방출되는 레이저나 광선은 펄스로 지칭한다. 신호 처리 분야에서 보통 신호보다 강도가 매우 강하면서도 지속 시간이 매우 짧은 신호를 펄스라 한다. 심장박동을 펄스(Pulse)라 지칭하기도 한다.

2. 에밀리오 델 지우디체(Emilio Del Giudice): 이탈리아 이론 물리학자, 핵 물리학자

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References:
1. Acute exposure to high-induction electromagnetic field affects activity of model peripheral sensory neurons.- Published in: J Cell Mol Med 2018; 22 (2):1355-1362

2. I MECCANISMI D’INTERAZIONE DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO CON I TESSUTI BIOLOGICI: 전자기장과 생물학적 조직의 상호 작용 메커니즘, Paolo Palangio, Angelo Lozito, Antonio Meloni, Cesidio Bianchi Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia – Via di Vigna Murata, 605 – 00143 Roma, 2008

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