особенности аппаратной реализации терапевтических

ОСОБЕННОСТИ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ
МАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
К.Д. Белик
Cибирский научно-исследовательский и испытательный центр медицинской техники,
г. Новосибирск
E-mail: [email protected]
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 физикохимический 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.
Реакция
Измеритель
значений
физикохимических
параметров
ответной
реакции
Вычислитель
Установка
параметров
физиовоздей
ствия
Воздействие
Нейро-гуморальный маршрут
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.
 Возможность установки типа сигнала (постоянный, переменный, импульсный);
 Низкая интенсивность воздействия (индукция порядка 10–4 Тл);
 Возможность регулировки частоты (0 – 100 Гц). При глубоких «хирургических»
воздействиях может использоваться несущая частота 100 кГц;
 Возможность регулировки скважности (соотношение импульс: пауза - 1:9 – 9:1);
 Возможность установки формы импульса;
 Возможность выбора топологии расположения излучателей;
 Независимое (программное) переключение индукторов в определенной топологии;
 Наличие биологической обратной связи (в частности принципа «реакциявоздействие»);
 Проведение контроля состояния биотканей непосредственно перед, во время и после
физиовоздействия (импедансометрия и термография);
 Возможность изменять угол между векторами потоков физических факторов, а так
же между этими векторами и биологической областью воздействия.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Пономаренко Г.Н. Электромагнитотерапия и светолечение, 1995.
2. Белик Д.В., Белик К.Д. Контрактивная биоэлектрокинетика. Аспекты лечебного
применения физиовоздействий. Научное издание. – Новосибирск: Сибирское книжное
издательство, 2005. – 304 с.
3. Холодов Ю.А. Влияние электромагнитных полей на центральную нервную систему. –
М.: Наука, 1966.
4. Белик Д.В., Белик К.Д. Устройство физиотерапевтическое для заживления ран и
трофических язв. Патент № 49853. – Бюл. № 20 от 07.12.2005.