Воздействие переменными (импульсными) токами

В современной медицине для воздействия на организм используются импульсные и переменные электрические токи с различными формами и разными параметрами. Так например, известны установки терапевтического назначения, обеспечивающие получение импульсов с прямоугольной, треугольной, колоколообразной формами, с экспоненциальными фронтами и срезами, моделирующими по форме спайки и потенциалы действия. При этом они генерируются непрерывно, пачками различной длительности и с различными комбинациями количества импульсов в них.

 

Величина импульсов может модулироваться по разным законам. На импульсы могут накладываться постоянные или переменные токи различных частот и различных форм. Воздействия могут осуществляться синусоидальными электрическими токами, суммой токов синусоидальной формы, имеющих разные частоты, модулированными по разным законам синусоидальными или случайно изменяющимися электрическими токами. Спектр случайно изменяющихся токов может приближаться к спектру белого шума и др.

 

Электрический ток может создаваться электродами, устанавливаемыми на поверхность кожного покрова или вводимыми внутрь биологической ткани или естественные полости, имеющиеся в организме, например, вводимые в прямую кишку, в мочеиспускательный канал, рот, уши, нос, которые подключаются к источнику электрической энергии. В отдельных случаях электрод находится на небольшом расстоянии от кожного покрова, и электрический ток создается за счет разряда через газовый промежуток, имеющийся между ним и кожным покровом.

 

Такое разнообразие форм воздействия на пациента свидетельствует о том, что специфические особенности реакции организма на форму воздействия пока не выявлены. И вероятнее всего, реакция организма на них является неспецифической, т. е., не столько важны спектральные и временные характеристики воздействующего электрического тока, сколько их электрические параметры.

 

По мнению автора, если электрический ток по форме не. идентичен электрическому току, протекающему в биоткани на данном участке организма и жестко не засинхронизирован с ним и не меняет свою форму и параметры при изменении параметров электрического процесса в биоткани, трудно ожидать явно выраженную специфическую реакцию на данное физическое воздействие. Поэтому реакция должна относиться к числу неспецифических, что подтверждается многообразием применяемых форм электрического воздействия.

 

Более того, даже подобрав форму воздействующего тока, адекватно соответствующую току в биологическом организме на данном локальном участке, нельзя гарантировать, что не произойдет временное изменение электрических свойств биоткани. Поэтому параметры источника электрической энергии для получения определенной специфической реакции должны быть управляемыми и зависящими от электрических свойств биоткани на данный момент времени.

 

Для успешного функционирования таких сложных биологических систем, как человеческий организм, необходимо, чтобы у соответствующих систем управления были бы высокая избирательность к управляющим воздействиям и большая помехоустойчивость, то даже в случае наличия внешних воздействий адекватных процессам в организме, необходима жесткая синхронизация их с процессами на данном участке биологического объекта.

 

Невыполнение этого требования, при точном обеспечении адекватной формы воздействия, может привести к получению отрицательных результатов с гораздо большей вероятностью, чем в случае использования воздействующих энергий произвольной формы. Эту мысль можно пояснить следующим примером. Если имеется колеблющийся маятник, то, воздействуя на него одинаковыми по величине импульсами силы, можно увеличить амплитуду колебаний, уменьшить их или прекратить совсем, а также оставить их без существенных изменений в течение длительных промежутков времени. Причем кроме влияния величины силы, результат воздействия будет существенно зависеть от момента приложения ее импульса. Эта зависимость будет выражена тем сильнее, чем точнее частота следования внешних импульсов соответствует частоте колебаний маятника.

 

Таким образом, с помощью внешних источников электрической энергии, имеющих форму электрических импульсов или периодически изменяющихся по синусоидальному или сосинусоидальному закону электрических токов, обеспечивается, как правило, неспецифическая реакция организма. Характер ее, в рсновном, зависит от количества вводимой внешней энергии.

 

Для получения специфической реакции необходимы точный подбор формы и параметров внешнего воздействия и синхронизация их с параметрами организма. В этом случае ожидается высокий эффект при ничтожных уровнях внешнего воздействия, так как оно имеет информационный, а не энергетический характер. Но на пути создания устройств, основанных на вышеизложенной концепции, делаются только первые шаги.

 

Неспецифические реакции организма также имеют некоторое различие. Поэтому в медицине используется разные названия, характеризующие как вид ответной реакции организма на воздействие электрическими токами с определенными параметрами, так и форму тока воздействия, например: электросон; диадинамотерапия; амплипульстерапия; флюкторизация; электростимуляция; дарсонвализация; ультратонтерапия.

 

Электросон - воздействие на биологический организм импульсами электрического тока прямоугольной формы (рис. 1) с частотами 1-150 Гц, длительностью порядка 0,4-2 мс и величиной до К мА (установки электросон разных модификаций 2,3,4,5; электронаркон: Лэнар и др.).

 

Диадинамотерапия - воздействие электрическими токами сложной формы с периодически изменяющимся спектральным составом. Как правило, в составе спектра воздействующего тока имеется постоянная составляющая.

Различают несколько видов диадинамических токов:

ток, полученный при использовании однополупериодного выпрямления сетевого напряжения (одноактный непрерывный ток (ОН)) (рис. 2,а). Его частота равна 50 Гц. Воздействие его вызывает легкое покалывание, сменяющееся ощущением вибрации при увеличении силы тока, а затем фибриллярным подергиванием мышц;

ток, полученный при двухполупериодном выпрямлении сетевого напряжения (двухтактный непрерывный ток (ДН)) (рис. 2,6). Частота его 100 Гц. Он лучше переносится больным. Наблюдаются ощущения покалывания, переходящие в вибрацию, лучше переносится пациентом и используется для подготовки к воздействию другими видами диадинамических токов;

ток однополупериодного выпрямления сетевого напряжения, подаваемый с паузами (однотактный прерывистый ритмический ток (ОР) или так называемый ритм синкопа) (рис. 2,в). Имеет частоту 50 Гц. Воздействие в течение 1,5 с, пауза 1,5 с;

ток представляющий собой чередование ОН и ДН меняющийся с короткими периодами (КП), ОН -1,5 с, ДН - 1,5 с и длинными периодами (ДП), ОН - 4 с, ДН - 8 с) (рис. 2,г);

ток однополупериодного выпрямления напряжения сети модулированный по амплитуде (однотактный волновой (ОВ)) (рис. 2,д). Частота 50 Гц, амплитуда плавно нарастает от нулевого до максимального значения в течение 2 с, сохраняется на этом уровне 4 с, снижается до нуля за 2 с, затем пауза 4 с;

модулированный по амплитуде ток двухполупериодного выпрямления напряжения сети (двухтактный волновой ток (ДВ)) (рис. 2,е). Частота 100 Гц, изменение амплитуды аналогично току ОВ.

 

Амплипулъстерапия - воздействие на организм электрическим токами синусоидальной формы модулированными по амплитуде (обычно синусоидальный ток с частотой порядка 5 кГц; модулированный сигналами с частотами 10-150 Гц с регулируемой глубиной модуляции) (рис. 2.6).

 

Флюкторизация - воздействие на организм электрическим током, беспорядочно изменяющимся по амплитуде и частоте в пределах диапазона частот 100-2000 Гц (флюктуирующим током), (рис. 4,а, б, в).

 

Дарсонвализация - воздействие на организм малым электрическим током, 0,02 мА созданием высоковольтным источником напряжения (20 кВ) высокой частоты (ПО кГц) через газовый промежуток между электродом и кожным покровом. Действующим "фактором" является электрический разряд в газовом промежутке между электродом и пациентом. Он обычно может изменяться от "тихого" до "искрового".

 

Ультратонтерапия - воздействие на организм электрическим током высокой частоты (22 кГц) от источника высокого напряжения (3-5 кВ), вызывающего появление электрического разряда между электродом и разделенным газовым промежутком телом пациента (воздействие током "надтональной" частоты).

 

Кроме этого, воздействие электрическим током с разными параметрами используется в различных электронейростимуляторах нервно-мышечного аппарата, в электрокардиостимулярах работы сердца и электростимуляторах мочевого пузыря, желудка.и пр.

 

Несколько особняком от этой группы установок и устройств шектротерапевтического назначения стоят дефибрилляторы. Эти электрические устройства обеспечивают воздействие на организм в зоне сердца кратковременным электрическим импульсом с заданными энергетическими параметрами. Возможно также обеспечение дефибрилляции с помощью устройств, обеспечивающих получение переменного тока. Дефибрилляторы обычно нельзя отнести к устройствам терапевтического назначения, так как, как правило, это средство для реанимации. Хотя в отдельных случаях, они, или аналогичные им по принципу действия, применяются в процессе лечения, особенно психических заболеваний (лечение электрошоком).

 

Установки для электронаркоза также не относятся к группе терапевтических устройств. Они обеспечивают получение групп электрических импульсов, купирующих ощущение боли, и позволяющих проводить анестезию без использования традиционных средств, применяемых при наркозе.

 

 

С помощью автогенератора электрических колебаний осуществляется преобразование энергии источника постоянного напряжения в энергию, параметры которой, как правило, периодически изменяются по определенному закону. Роль автогенератора могут выполнять:

 

Генераторы (автогенераторы) синусоидальных колебаний RC, LC и с кварцевой стабилизацией частоты;

мультивибраторы, обеспечивающие получение колебаний прямоугольной или треугольной форм, а также сигналов с экспоненциальными фронтами и срезами;

блокинг-генераторы и генераторы Роера (мультивибраторы с магнитной обратной связью).

Могут использоваться любые из известных схем автогенераторов. В настоящее время это соответствующие микросхемы (за исключением блокинг-генераторов и генераторов Роера).

 

Частота колебаний обычно задается с помощью внешних дискретных элементов, а именно: в генераторах синусоидальных колебаний - параметрами LC- контура (в LC автогенераторах), параметрами ЯС-цепей (в генераторах типа RC), кварцевыми или камертонными резонаторами (в генераторах с повышенной точностью поддерживания частоты). Частота колебаний меняется за счет изменения индуктивности катушки L или емкости конденсатора С у колебательного контура в генераторах типа LC или изменением величин резистора R или емкости конденсатора С в генераторах типа RC. Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты обычно не перестраиваются. При их использовании другие частоты получают или с помощью умножителей частоты или с помощью делителей частоты или с помощью второго генератора и смесителя частот.

 

Формирователи форм сигналов воздействия чаще всего представляют собой или сумматоры нескольких сигналов или перемножители двух сигналов или мультиплексоры, позволяющие периодически отключать электрический ток или токи от сумматора или перемножителя.

 

При использовании сумматоров электрический ток воздействия формируется путем суммирования двух или нескольких электрических сигналов, например, сигналов прямоугольной или синусоидальной форм с постоянным по величине напряжением. В итоге, в спектре воздействующего на организм электрического тока появиться постоянная составляющая.

 

Перемножители двух электрических сигналов используются для модуляции по амплитуде электрического тока, воздействующего на объект. Для этих целей целесообразно применять микросхемы балансных перемножителей, например, 525ПСЗ, которые позволяют кыполнить операции перемножения друг на друга сигналов X и У. На их выходе можно получить сигнал, равный X ∙ У— в зависимости от того, как соединены между собой соответствующие выводы. При использовании перемножителей с помощью одной микросхемы можно реализовать и формирователь и регулятор значения энергии воздействия (электрических тока, напряжения или мощности). Для этого значения одного из перемножаемых сигналов изменяется с помощью ручки регулировки уровня воздействия.

 

Выходное устройство обеспечивает согласование между собой биологического объекта и источника энергии воздействия. Относительно нагрузки терапевтическая установка может выступать как источник электрического напряжения (генератор напряжения) электрического тока (генератор тока), источник электрической мощности (генератор мощности). Источник электрического напряжения характеризуется малым собственным внутренним сопротивлением. При его применении электрический ток в биоткани изменяется путем изменения величины выходного напряжения. Техническая реализация достаточно проста, так как это обычный усилитель напряжения с малым выходным сопротивлением. Но при их использовании необходимо принимать меры защиты от случайных замыканий накоротко выходных зажимов. Кроме того, максимальное значение выходного электрического тока должно быть ограничено величиной, которая безопасна для пациента. При аномально низких сопротивлениях биоткани величина электрического тока не превысит значения, допустимого с точки зрения электробезопасности.

 

Если выходное устройство представляет собой источник электрического тока, то ток объекта не зависит от его сопротивления. Это есть следствием очень большого выходного сопротивления источника электрического тока. Для такого выходного устройства не страшны короткие замыкания выходных зажимов и не требуется принимать меры по ограничению величины тока при разных значениях сопротивления нагрузки. Это достаточно удобно при эксплуатации и приемлемо с точки зрения сложности реализации. Единственным недостатком такого технического решения является большое значение выходного напряжения U вых, которое будет на выходе при большом сопротивлении нагрузки R H

 

При использовании источника электрической мощности рассеиваемая в объекте мощность не зависит от его параметров. Но качественные генераторы электрической мощности пока не созданы. Поэтому их роль иногда выполняют источники электрического напряжения, последовательно с которым включается резистор, значение которого равно ориентировочному значению электрического сопротивления биологического объекта. Может также быть использован источник электрического тока, нагруженный на резистор, равный ожидаемому сопротивлению нагрузки.

 

Роль регулятора энергии воздействия выполняют делители напряжения или тока, или устройства, функция преобразования которых может быть изменена с помощью ручек управления.

 

Блок контроля параметров воздействующей электрической энергии необходим для контроля уровня воздействия на биообъект. Измеряется обычно электрический ток или электрическая мощность или параметры, характеризующие форму сигнала воздействия, например, глубину модуляции.