ОСОБЕННОСТИ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ МАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Cибирский научно-исследовательский и испытательный центр медицинской техники, г. Новосибирск
E-mail: *****@***ru
Аннотация. В статье предложены базовые критерии определяющие подходы к построению магнитотерапевтической медицинской техники на основе информационного типа воздействия. Рассмотрены использование биологической обратной связи и роль топологии и взаимного расположения излучателей и биотканей при одиночном магнитном и сочетанных электромагнитных воздействиях для повышения терапевтической эффективности их воздействия.
Воздействия физическими факторами на человека в физиотерапии должны иметь целью реализацию лечебного эффекта при минимуме побочных действий, поэтому при разработке физиотерапевтической техники, первоочередным должно быть ее ориентирование на достижение одного или нескольких вполне определенных терапевтических эффектов и предотвращение побочных, а тем более патогенных (в том числе и следовых) физиологических реакций на эти воздействия со стороны организма.
Как известно, при воздействии электромагнитными факторами характер реакций, происходящих в биотканях определенного биологического объекта, вызванных этими факторами, зависит от значений параметров физического воздействия. Такими параметрами являются прежде всего тип сигнала (постоянный, переменный, импульсный), его интенсивность, частота и скважность. Также к основным параметрам воздействия, влияющим на физиологические процессы, можно отнести диаграмму направленности воздействия (область воздействия и топология размещения источников воздействия).
При воздействии магнитным полем на биоткани, первичные реакции, запускающие цепочки нейрогуморальных преобразований, могут быть энергетического (хирургического, полифункционального), либо информационного типов.
В организме человека отсутствуют магнитоспецифические рецепторы, но магнитная энергия молекулы может превышать энергию теплового движения, и поэтому даже магнитные поля небольших величин способны вызвать ориентацию или переориентацию и концентрационные изменения биологически активных макромолекул, ферментов, нуклеиновых кислот, сложных протеидов и т. д. Это является пусковым механизмом для рефлекторных реакций и отражается на кинетике и скорости биофизических процессов, в которых эти соединения участвуют.
При помещении в постоянное магнитное поле биотканей организма, входящие в их состав надмолекулярные жидкокристаллические структуры ориентируются относительно вектора магнитной индукции. В результате такого ориентационного смещения формируются собственные магнитные поля надмолекулярных комплексов, направленные, в соответствии с правилом Ленца, против внешнего магнитного поля и ослабляющие его.
Прохождение переменного или прерывистого магнитного поля через ткани индуцирует в них вихревые токи. При этом в тканях с хорошей электропроводностью возникают более интенсивные токи.
Наряду с теплом, определенное возбуждающее действие оказывают и сами колебательные движения ионов. Это может приводить к повышению концентрации одноименно заряженных ионов у полупроницаемых мембран клеток, что изменяет их функциональное состояние.
[1]
Известно, что ткани организма диамагнитны, то есть под влиянием магнитного поля не намагничиваются, однако многим составным элементам тканей (например, воде, форменным элементам крови) находящихся в магнитном поле могут сообщаться магнитные свойства.
Определяя нервно-рефлекторный характер ответных реакций организма на физическое воздействие, отметим терапевтическую необходимость и достаточность низкоинтенсивного, узконаправленного (в рамках определенного рецептора или группы рецепторов) воздействия, резонансного (осцилляторного) характера.
В первую очередь, рассмотрим принцип низкой интенсивности терапевтического физиовоздействия. Вообще, предельно допустимые нормы воздействия магнитным полем на человека составляют: для постоянного магнитного поля – 0,002–0,05 Тл (кратковременно до 0,07 Тл); для переменного – 50 мТл; для импульсного – до 3 Тл.
Как известно, биологическое действие магнитного поля происходит также за счет его гуморального распространения через наведение электродвижущей силы в токе крови и лимфы. По закону магнитной индукции в этих средах, как в хороших движущихся проводниках, возникают слабые токи, изменяющие течение обменных процессов. Сила этих токов определяется напряженностью магнитного поля.
В модельных экспериментах напряженности вихревых электрических полей, индуцированных магнитным полем частотой 50 Гц и индукцией 10–4 Тл в поверхностных тканях организма, достигают 22 – 42 Вт × м–1. Электрические поля такой напряженности способны вызвать перемещение заряженных частиц, что существенно увеличивает вероятность последующих биофизических и биохимических реакций.
Таким образом, высокоинтенсивными воздействиями, в общем случае, будем называть те воздействия, энергия которых избыточна для запуска необходимой физиологической реакции. В свою очередь, этот субъективный параметр зависит от типа и состояния биотканей, окружающих рецептор, и в которых происходит преобразование физического фактора. Для высокоинтенсивного воздействия магнитным полем, реакция прежде всего возникает за счет местных и сегментарно-рефлекторных тепловых реакций, имеющих общефункциональный характер (усиление крово - и лимфотока, седативного эффекта и т. д.), а также гуморально, посредством электрического тока, возникающего в сосудах и за счет других физических эффектов в заранее неопределенных областях организма. Все это приводит, как минимум, к снижению эффективности терапевтического физиовоздействия и усилению побочных, в том числе патогенных эффектов.
Но, как мы знаем, многие рецепторы расположены в толще кожи и в мышцах и недоступны для непосредственного воздействия постоянным низкоинтенсивным магнитным полем. В этом случае целесообразным является использование импульсных и резонансных методик магнитных воздействий, в том числе интерференционных. Переменные и постоянные импульсные воздействия позволяют наряду с передачей энергии воздействия при помощи изменения частоты следования импульсов и пауз, формировать физико-химический рецепторный код, определяющий ответную реакцию организма. Значения частоты и скважности физиовоздействия должны определяться частотно-временными параметрами биологических процессов в организме человека, связанных с функциональными процессами в области воздействия (например, динамика крово - и лимфотока) по маршруту его распространения (в том числе это касается ЦНС), и в области предлагаемой реакции, возникающей в ответ на это воздействие. [2]
Таким образом, мы вплотную подошли к вопросу определения субъективной терапевтической эффективности физиовоздействия. Нужно отметить, что при определении порога восприятия магнитного поля было обнаружено, что в опытах с регистрацией ЭЭГ у кроликов он равен примерно 100 э, в опытах по выработке условных рефлексов у рыб 10 – 30 э, а в опытах с записью двигательной активности снегирей 1 – 2 э. Возможно, в естественных условиях для некоторых животных пороговыми являются изменения значений напряженности магнитного поля Земли. [3]
Цикл «физиовоздействие – ответная реакция», проходит по системе нейрогуморальных цепочек, состояние которых зависит от многих факторов. Для осуществления контроля за наличием и характеристиками ответной реакции в физиотерапевтическую технику необходимо введение принципа биологической обратной связи между параметрами физиовоздействия и ключевой физико-химической реакцией в организме, определяющей однозначно дальнейшее его состояние и корректирующей сами эти параметры (Рис.1). При определении терапевтических доз удобно использование термографии и импедансометрии биотканей в области воздействия и в области вызванной в организме нейрогуморальной реакции.
Рисунок 1. Описание принципа проведения физиотерапевтического воздействия при помощи БОС.
Не менее важными для формирования определенных биологических эффектов, являются внешние электромагнитные и позиционные условия, в которых находится магнитный источник и биологический объект.
Учитывая магнитную индифферентность биотканей человека, а также наличие системы транспорта крови и лимфы, отметим целесообразность локального воздействия магнитным полем на области, богатые физиологическими жидкостями находящимися в динамическом состоянии, а также на области прохождения нервных магистралей, особенно это касается БАТ, областей в стадии воспаления и отека и трофических язв, а также рецепторов, расположенных глубоко в биологических тканях (эффект Холла). В связи с этим, важно наличие систем контроля за ликводинамикой в области воздействия. Похожие эффекты возникновения электрического поля и ЭДС в биотканях могут происходить при сочетанном взаиморегулируемом парном воздействии на них светового потока и магнитного поля, даже без наличия движущихся крови или лимфы (эффект Кикоина - Носкова).
Нужно отметить, что, как правило, максимально эффекты биомагнитоэлектрических преобразований проявляются при перпендикулярном направлении магнитного поля к потоку заряженных ионов или электронов в биотканях.
Вышеописанное должно, в известной мере, определять положение источника магнитного поля по отношению к области воздействия и другим физическим факторам.
Как стационарные, так и «бегущие» магнитные поля могут обеспечивать, наряду с трофическими, эффекты дистрофические, оттока питающих и дренирующих жидкостей за счет формирования разной магнитной и постэлектрической полярности воздействия. Это позволяет на уровне первичных реакций, наряду с рецепторной, обеспечивать и местную гуморальную регуляцию.
Преимущества «бегущих» магнитных полей над стационарными в их топологической информационности. Направление и локализация магнитного потока определены в такой реализации поля в соответствии со структурными и функциональными особенностями зоны воздействия, зоны реакции, а также согласно значениям параметров самой реакции.
Приведем пример топологии индукторов («бегущего» магнитного поля), формирующих магнитное поле, способствующее обмену веществ и трофике в области раны либо трофической язвы (Рис. 2).
Рисунок 2. Топология и порядок включения индукторов в физиотерапевтическом аппарате «ФТА-Волна». [4] - включенный индуктор; - выключенный индуктор.
В рассмотренной топологической реализации, происходит воздействие магнитного поля на физиологические жидкости и их компоненты, как на физические тела, обладающие магнитными и электрическими свойствами, а так же и на рецепторы, вызывая тем самым местные рефлекторные реакции (сосудистые, анальгезирующие и др.). Наряду с этим, происходит улучшение нервной трофики в пораженной области. Программное управление последовательностью включения индукторов, позволяет обеспечивать терапевтический эффект для ран любой формы, при различном функциональном состоянии окружающих их здоровых биотканей.
На основе вышесказанного, определим ряд основных требований к магнитотерапевтической аппаратуре, реализация которых, на наш взгляд, позволяет осуществлять направленные терапевтические эффекты при различных внешних физических условиях, а так же состояниях биотканей и систем организма.
¾ Возможность установки типа сигнала (постоянный, переменный, импульсный);
¾ Низкая интенсивность воздействия (индукция порядка 10–4 Тл);
¾ Возможность регулировки частоты (0 – 100 Гц). При глубоких «хирургических» воздействиях может использоваться несущая частота 100 кГц;
¾ Возможность регулировки скважности (соотношение импульс: пауза - 1:9 – 9:1);
¾ Возможность установки формы импульса;
¾ Возможность выбора топологии расположения излучателей;
¾ Независимое (программное) переключение индукторов в определенной топологии;
¾ Наличие биологической обратной связи (в частности принципа «реакция-воздействие»);
¾ Проведение контроля состояния биотканей непосредственно перед, во время и после физиовоздействия (импедансометрия и термография);
¾ Возможность изменять угол между векторами потоков физических факторов, а так же между этими векторами и биологической областью воздействия.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Пономаренко и светолечение, 1995.
2. , Белик биоэлектрокинетика. Аспекты лечебного применения физиовоздействий. Научное издание. – Новосибирск: Сибирское книжное издательство, 2005. – 304 с.
3. Холодов электромагнитных полей на центральную нервную систему. – М.: Наука, 1966.
4. , Белик физиотерапевтическое для заживления ран и трофических язв. Патент № 000. – Бюл. № 20 от 01.01.2001.
