Perspektívy širšieho využitia zvuku v medicíne -

Rozhovor s Johnom Stuartom Reidom, odborníkom na akustickú fyziku.

John Stuart Reid je odborník a výskumník v oblasti akustickej fyziky, ktorý sa viac ako 30 rokov svojej kariéry zaoberá výskumom liečivých účinkov zvuku na ľudský organizmus. Napríklad je jedným z len 2 výskumníkov sveta, ktorí študovali akustiku vo Veľkej pyramíde v Egypte a v súčasnosti sa v spolupráci so spoločnosťou SpeakDolphin.com z Floridy intenzívne zaoberá dešifrovaním jazyka delfínov. Príspevok z tejto spolupráce bol uverejnený v časopise Journal of Marine Science. Jeho súčasná spolupráca s profesom Sungchul Ji z Rutgers University v New Jersey zahŕňa štúdiu zameranú na rozoznávanie rôznych zvukov emitovaných rakovinovými bunkami v porovnaní s bunkami zdravými, ktorá by mohla priniesť nové terapeutické nástroje. Táto ich práca je publikovaná vo vedeckom časopise The Water Journal. Je objaviteľom CymaScope, čo je vedecký prístroj, ktorý graficky prevádza zvukové vibrácie na medicínsku vodu a zviditeľňuje tak zvuk priamo do obrazu v reálnom čase. V záujme rozvoja týchto poznatkov v medicínskej starostlivosti je jedným zo spoluriešiteľov medzinárodného projektu spolufinancovaného z prostriedkov Európskej únie prostredníctvom programu Erazmus+ na podporu odborného vzdelávania a prípravy – spolupráca v oblasti inovácií a výmeny osvedčených postupov pod názvom „Komplexný multiprofesionálny prístup k liečbe pacientov so zameraním na využitie menej frekventovaných metód“, ktorý koordinuje jedno z dvoch zúčastnených slovenských pracovísk podieľajúcich sa na tomto projekte. John Stuart Reid predikuje, že terapia zvukom a hudobná medicína bude zohrávať dôležitú úlohu v medicíne budúcnosti.

Niektoré liečivé účinky zvuku sú vo svete medicíny už všeobecne známe – existuje napríklad technológia litotripsia, ktorá využíva ultrazvuk na rozbíjanie obličkových kameňov, alebo vysoko intenzívny fokusovaný ultrazvuk, ktorým sa odstraňujú nádory. Viac ako 30 rokov svojej profesionálnej kariéry sa venujete objavovaniu regeneračných, reparačných, rejuvenizačných a rehabilitačných účinkov zvuku na ľudský organizmus. V spolupráci s kolegami z Rutgers Univerzity v New Jersey ste s veľmi sľubnými výsledkami testovali fyziologické účinky zvuku na ľudské bunky, konkrétne červené krvinky, in vitro. O aký výskum konkrétne išlo a čo ste zistili?

Je všeobecne známe, že Pytagoras zo Samosu (narodený okolo 570 pred naším letopočtom) veril, že hudba môže byť použitá namiesto medicíny, napriek tomu som však pri skúmaní medicínskej literatúry dospel k záveru, že táto 2500 rokov stará hypotéza nebola testovaná na bunkovej úrovni. Aby sme preskúmali účinky hudby na bunky, rozhodli sme sa použiť plnú ľudskú krv, vrátane realizácie in vitro experimentov na vyhodnotenie účinku hudby na životnosť červených krviniek. Spolupracovali sme spoločne s pánom profesorom Sungchul Ji z Rutgers University, ktorý je autorom teórie jazyka buniek a ktorý mi pomohol navrhnúť spoločný experimentálny protokol a spolupracoval so mnou aj v našom britskom laboratóriu.

Metodológia výskumu začínala experimentami s plnou ľudskou krvou skupiny 0 Rh. pozit, ktorá sa skladovala v skúmavkách v laboratórnej chladničke pri teplote 14 °C. Skúmavka bola vybratá z chladničky a pomaly zohrievaná na teplotu okolitého prostredia, ktorá bola v laboratóriu priemerne 23 °C. Obsah skúmavky sa 30 sekúnd pretrepal pomocou mechanickej trepačky, potom sa napipetoval do dvoch skúmaviek. Jedna vzorka bola umiestnená do laboratórneho hudobného inkubátora (37 °C), v ktorom bol umiestnený reproduktor Sony spojený so zosilňovačom zvuku. Zdrojom zvukového signálu bol počítač iMac, ktorý mal prístup k zvukovým súborom s rôznym formátom, hlavne FLAC a WAV. Hudobný inkubátor so skúmavkou bol ponorený do hudobného zvukového poľa s priemerom 85 dBA na 20 minút a hladina akustického tlaku bola meraná kalibrovaným integrovaným zvukomerom. Druhá skúmavka, s kontrolnou vzorkou krvi, bola umiestnená do zvukového laboratórneho inkubátora vo veľmi pokojnom prostredí laboratórnej Faradayovej klietky (25 dBA) rovnako na 20 minút (37 °C). Ihneď po 20 minútovom testovacom období sa krv z každej skúmavky zriedila v pomere 200 : 1 pufrovacím roztokom s pH 7,41, potom sa pipetorom zmiešala s tryfánovou modrou a pomocou automatického počítadla buniek Eve NanoEntec, Inc. boli spočítané bunky v obidvoch vzorkách.

Výsledky boli mimoriadne. Krv ponorená do hudby bez ohľadu na exponovaný hudobný žáner vykazovala významne viac životaschopných červených krviniek ako v kontrolnej vzorke krvi. Ešte prekvapujúcejšie však bolo, že pri použitých výberoch populárnej hudby bol preukázaný vyšší počet červených krviniek ako v prípade vzoriek krvi vystavených klasickej hudbe.

Najvyšší počet životaschopných červených krviniek sa však vyskytoval po ponorení vzoriek krvi do zvukového poľa vlastného prístroja na terapiu zvukom CymaTechnologies, Inc. na 20 minút, ktorým bola exponovaná zvuková sekvencia podľa predpisu určeného na regeneráciu buniek. Táto vzorka vykázala hodnotu 3,4 x 10⁶ RBC na ml oproti vzorke umiestnenej v tichej Faradayovej klietke, ktorá vykázala hodnotu 2,9 x 10⁵ RBC na ml.

Skúšali sme exponovať aj zvuk charakteru bieleho šumu pri 85 dBA, čo je energická ale ešte stále príjemná úroveň zvuku, čo tiež výrazne zvýšilo počet životaschopných červených krviniek. Avšak pri 105 dBA bieleho šumu, čo je pre človeka bolestivá hladina zvuku, sa do 20 minút od ponorenia vzorky do zvukového poľa takmer všetky červené krvinky zničili. Táto vysoká hladina zvuku pravdepodobne spôsobila hemolýzu, teda prasknutie bunkových membrán červených krviniek. Je zaujímavé, že v prírode, keď stojíme blízko vodopádu alebo sa prechádzame po brehu mora, zažívame vlastne biely šum a nízkofrekvenčný ultrazvuk, čo naznačuje, že biely šum môže mať priaznivé účinky pri nízkej hladine zvuku.

Čo by to mohlo znamenať napríklad v súvislosti s posilňovaním imunitného systému človeka prípadne aké ďalšie možnosti využitia výsledkov tohto výskumu vidíte v medicínskej praxi?

Aby som mohol odpovedať na vašu otázku, musím najskôr vysvetliť našu výskumnú pracovnú hypotézu, ktorá sa týka mechanizmu podporujúceho prekvapujúci nárast životaschopných červených krviniek po ponorení do hudby. Životnosť červených krviniek in vitro podlieha prechodnému stavu medzi životom a umieraním, počas ktorého začínajú membrány červených krviniek strácať svoju celistvosť a bývajú klasifikované ako „staré“. Automatické počítanie buniek spočíva v spočítaní buniek, ktoré neabsorbovali farbenie trypánovou modrou pretože škvrna nemôže preniknúť cez živú bunkovú membránu a vstúpiť do cytoplazmy. V prípade mŕtvych buniek trypánová modrá prechádza cez pórovitú bunkovú membránu a tieto bunky sa spočítajú ako mŕtve pomocou prístroja na počítanie buniek. Hypoteticky – červené krvinky, ktoré sú v prechodnom stave s membránami, ktoré sú poškodené a/alebo postupne porózne, čo vedie k eryptóze (odumretiu červených krviniek), získavajú späť integritu svojej membrány ponorením do poľa určitých hudobných frekvencií, čím oživujú bunkovú membránu a neprijímajú trypánovú modrú, čím sa počítajú ako živé.

Výsledky našich experimentov poukazujú na to, že je možné získať indikátory konkrétnych zvukových frekvencií, ktoré môžu napomáhať procesu bunkového omladenia. Napríklad sme zaevidovali významný rozdiel v životaschopnosti červených krviniek, keď sme krv ponorili do zvukového poľa so ženským hlasom v porovnaní s rovnakou zvukovou stopou ženského hlasu sprevádzanou sprievodnou zvukovou stopou v pozadí. Sprievodná stopa obsahuje dominantne nízke zvukové frekvencie a to isté platí aj pre ostatné stopy populárnej hudby. Ako sme zistili, výbery klasickej hudby, ktoré sme použili, neobsahujú dominantne nízke zvukové frekvencie a preto vykazovali iba mierne zlepšenie v životaschopnosti červených krviniek. Hypoteticky, nízke frekvencie v populárnej hudbe produkujú nielen zvuky podobné nízkym frekvenciám bijúceho srdca ale v istom zmysle na ne môžu rovnakým spôsobom reagovať aj krvné bunky. Nízkofrekvenčné zvuky môžu prispievať k mechanizmu pripomínajúcemu prostredie in vivo, v ktorom nízkofrekvenčný tlak vytváraný každým úderom srdca pomáha molekulám hemoglobínu absorbovať kyslík. Ak sa preukáže, že je to tak, tak zvýšené okysličenie buniek červených krviniek (ktoré sú v tranzitnej fáze) získané z rozpusteného kyslíka v celej krvi in vitro by mohlo byť tým mechanizmom, ktorým dochádza k omladeniu buniek.

Predpokladáme, že tento mechanizmus zlepšeného okysličenia je zodpovedný za omladenie bielkovín v membránach červených krviniek, a to do 20 minút od ponorenia vzorky do hudby. Vzrušujúcim aspektom tejto práce je, že aj iné práce, napríklad štúdie uskutočnené v Augusta University preukázali, že exponované vibrácie celého tela u myší viedli k množeniu leukocytov. Vibrácie celého tela obsahujú celé spektrum nízkofrekvenčných zvukov, ktoré opäť napodobňujú tlakové impulzy produkované srdcom, preto je rozumné predpokladať, že by sa rovnaký mechanizmus mohol uplatňovať aj u ľudí a že nízke frekvencie v hudbe exponovanej in vivo by mohli viesť k množeniu leukocytov a tým zosilneniu odpovede imunitného systému na patogény. Náš objav, týkajúci sa dodatočného kyslíka sprístupneného v krvi v dôsledku ponorenia do určitých zvukových frekvencií by mohol viesť k mnohým pokrokom v liečebných terapeutických modalitách.

Prednášate a publikujete po celom svete. Zúčastnili ste sa aj vedecko-výskumných interdisciplinárnych lekárskych kongresov na Slovensku, čo Vás inšpirovalo k ďalšej spolupráci. Zaoberali ste sa napríklad aj pozitívnymi účinkami zvuku na duševné zdravie v poslednom období? Ak áno, s akými výsledkami a aké to skrýva posolstvá pre rozvoj súčasnej medicíny?

Neskúmal som síce účinky hudby na mentálne zdravie pacientov prostredníctvom primárneho výskumu orientovaného na tento účel, ale dôvod pre nasadenie hudby v klinickom prostredí bol veľmi dobre zdokumentovaný v mnohých štúdiách iných autorov, a to tak pri muzikoterapii, ktorá je vlastne založená na interakcii pacienta s terapeutom, ako aj pri hudobnej medicíne. V obidvoch prípadoch, keď boli pacienti podrobení škálam testov s rozličnými ukazovateľmi ich zdravotného stavu, obidva prístupy priniesli údaje o signifikantne významnom zlepšení oproti pacientom, ktorý nedostali možnosť muzikoterapie alebo hudobnej svojpomoci.

Stres a strach u pacientov napríklad pred chirurgickým zákrokom, spôsobujú u pacienta zvýšenie hladín kortizolu, čo automaticky potláča ich imunitný systém, zatiaľ čo radosť z počúvania obľúbenej hudby zvyšuje u pacienta hladiny dopamínu a potláča hladiny kortizolu, čo spôsobuje proliferáciu leukocytov, čím sa posilňuje imunitný systém pacienta.

Analýza 26 klinických štúdií nachádzajúcich sa v medzinárodnej databáze Cochrane, ktoré týkali aplikácie hudobnej medicíny u 1369 účastníkov v rámci výskumu „Hudba na redukciu stresu a úzkosti u pacientov s koronárnymi srdcovými ochoreniami“ dospela k záveru, že počúvanie hudby môže mať priaznivý vplyv na systolický krvný tlak a srdcovú frekvenciu u ľudí s ischemickou chorobou srdca a zdá sa, že je tiež účinná pri znižovaní úzkosti u ľudí s infarktom myokardu. V tej istej správe sa uvádza, že „Počúvanie hudby môže znížiť bolesť a dychovú frekvenciu a zlepšuje aj kvalitu spánku pacientov po kardiologických procedúrach alebo chirurgických zákrokoch.

Štúdia Lekárskej fakulty Univerzity v Belehrade, ktorú viedol Dr. Predag Mitrovič zahŕňala 350 pacientov. Účastníci, ktorí počúvali hudbu, reportovali menšiu hladinu úzkosti a znížené pocity bolesti v porovnaní s účastníkmi, ktorí dostávali iba štandardnú liečbu. Dr. Predag Mitrovič dokonca konštatoval, že „sedatívna hudba bola pri znižovaní úzkosti a bolesti u pacientov s HT (hypertenzia) a EPA (postinfarktová angína) účinnejšia ako štandardná liečba.

McGill Univerzita v Montreali realizuje aj štúdie v oblasti hudobnej medicíny. V metaanalýze 400 štúdií Dr. Daniel J. Levitin a Dr. Mona Lisa Chanda zistili, že hudba zlepšuje funkciu imunitného systému tela, znižuje stres a pri znižovaní úzkosti pred chirurgickým zákrokom sa zistilo, že je účinnejšia ako lieky predpisované na predpis. Tiež zistili, že počúvanie a hranie hudby zvyšuje v tele produkciu protilátkového imunoglobulínu A a prirodzených zabíjačských buniek (NK buniek), ktoré napádajú vírusy, zvyšuje účinnosť imunitného systému a znižuje hladinu stresového hormónu kortizolu.

Na celom svete sa uskutočňuje množstvo klinických štúdií v oblasti hudobnej medicíny, vrátane vedeckej štúdie iniciovanej Všeobecnou spoločnosťou autorov a editorov (SGAE) v Španielskom Madride, čo je organizácia združujúca tisícky hudobníkov. Ich štúdia je jednoducho zameraná na to dokázať, že hudba lieči. Výskumný program začal vo fakultnej nemocnici v Madride na jednotkách intenzívnej medicíny, neonatológie a rehabilitácie. Čoskoro majú byť zapojené aj neurologické, hematologické a kardiologické oddelenia, ktoré sa budú spoločne zameriavať na overenie akým spôsobom môže mať hudba pozitívny vplyv na biologické a fyziologické parametre.

Keď zohľadníme tieto a mnohé ďalšie štúdie z oblasti hudobnej medicíny, je jasné, že súčasná medicína môže získať veľa, ak bude pacientov podporovať aj pomocou hudby.

Akým spôsobom je podľa Vášho názoru možné aplikovať hudobnú medicínu v klinických podmienkach tak, aby bola pre pacientov optimálne prospešná a zároveň prakticky uskutočniteľná?

Toto je dôležitá otázka, pretože väčšina klinických štúdií z oblasti hudobnej medicíny, ktoré som spomínal predstavovala živú hudbu, to znamená, že hudobníci doslova priamo na nemocničnom oddelení alebo pri posteli pacienta hrajú na svoje hudobné nástroje. A aj keď sú tieto iniciatívy uskutočňované v tom najlepšom úmysle, pochopiteľne existujú zjavné obmedzenia týkajúce sa nasadenia živej hudby v klinických podmienkach.

Jednou z možností, ako využiť túto príležitosť je použitie hudobne modulovaného ultrazvuku. Ide o technológiu, prostredníctvom ktorej je pacientovi ultrazvukovo vysielaná hudba, čo mu umožňuje počúvať svoju obľúbenú hudbu bez toho, aby rušil ostatných pacientov. Ultrazvukový reproduktor by bol umiestnený na strope nad hlavou pacienta, čo umožňuje pôžitok z hudby bez zvukových difrakčných efektov spojených s bežnými reproduktormi. Pokiaľ teda človek nie je doslova ponorený do ultrazvukového hudobného lúča, nie je počuť žiadny zvuk. Fotografia ilustruje typické usporiadanie, v ktorom môže pacient zažívať pôžitok z krásnej hudby, zatiaľ čo sestra, ktorá je nablízku, ju nemôže počuť. Táto forma hudobnej medicíny by bola mimoriadne praktická v klinických podmienkach a pomohla by pacientom zahnať depresiu a strach s následnými výhodami pre ich imunitný systém. Najlepšie na tom je, že pokiaľ ide o krásnu hudbu, tak ide o drogu, ktorá je voľne dostupná, nemá žiadne vedľajšie účinky a nemožno sa ňou predávkovať.

Jedna z Vašich vedeckých prác sa zameriava na osobitný vzťah medzi zvukom a svetlom. Môžete vysvetliť základ tohto vzťahu a jeho dôsledky pre zvukovú terapiu a hudobnú medicínu?

Toto je veľmi dôležitá otázka. Aby sme pochopili špeciálny vzťah medzi zvukom a svetlom, je najskôr potrebné definovať zvuk a vibrácie. Obidvoje môžu byť definované ako: Prenos periodických pohybov medzi susediacimi atómami a molekulami. (Pojem „zvuk“ používame, keď ho môžeme počuť, a pojem „vibrácie“, keď ho cítime.) Keď sa atómové častice zrazia vo vzduchu so svojimi susedmi, odovzdajú oscilačné pohyby iniciačného zdroja zvuku, ale je potrebné si uvedomiť, že popri tomto základnom aspekte zvuku existuje popri zvukových zrážkach aj druhý mechanizmus, ktorým je vytváranie malého množstva tepla. Teplo sa tvorí zvukom ako prirodzený dôsledok trecích síl, ktoré vznikajú pri zrážke molekúl. Ak si napríklad energicky šúchame navzájom dlane, začujeme zvuk spôsobený tým, že dva povrchy kĺžu o seba a cítime teplo. Je to preto, že molekuly kože jednej ruky kĺžu o molekuly kože druhej ruky.

Na atómovej úrovni je každá molekula obklopená magnetickým poľom, takže keď sa naše dve ruky navzájom trú, v skutočnosti prichádzajú do blízkeho kontaktu magnetické povrchy nespočetného množstva molekúl – vo vedeckom jazyku sa tento proces nazýva „nepružné zrážky“ – proces, pri ktorom vzniká teplo. Každodenné slovo „teplo“ je samozrejme ďalším spôsobom ako opísať infračervené svetlo, elektromagnetickú energiu, ktorá je utváraná zvukom. V skutočnosti nemôže existovať svetlo bez zvuku, pretože elektromagnetická energia môže byť vytvorená iba zrážkami medzi atómami a molekulami. A infračervené svetlo vytvorené zvukom, prenáša všetky informácie obsiahnuté v zdroji zvuku vo forme aplitúdových modulácií.

Z pohľadu medicíny, súvisí význam zložky infračerveného svetla s výskumom z posledných rokov, ktorý odhaľuje, že komunikácia medzi bunkami – prenos informácií – je predovšetkým jazykom svetla. Nejaká komunikácia medzi bunkami sa uskutočňuje aj v spektrách viditeľného a ultrafialového svetla, ale väčšina informácií sa medzi bunkami prenáša v infračervenom svetle. Takže na to, aby sme hovorili „jazykom“ buniek, vytvárame zvuk, pretože zvuk rodí infračervené svetlo. Tento prirodzený proces možno považovať za „zvukový katalyzátor“ prenosu energetických informácií do buniek.