УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЦИРКАДИАННЫМИ ЧАСАМИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Полезная модель относится к области медицины, в частности к биоритмологии, и предназначена для нормализация функции биоритмов организма человека.
Известно устройство для воздействия на глаз, которое содержит блок питания, генератор, триггер, транзисторные ключи и выходное оптическое устройство в виде световодов (1).
Недостатком данного устройства является невозможность воздействия на биоритмы человека, неудобства при эксплуатации из-за массивности и значительных размеров устройства с системой специальных ремней крепления аппарата на лице и уплотнителя и, расположение электронного блока аппарата в той его части, которая фиксируется на лице.
Известно устройство для коррекции функциональных систем организма человека, содержащее очки с двумя светоизолированными окулярами, каждый из которых имеет светорассеивающий отражатель, внутри которого жестко закреплен источник светодиодного излучения. При этом устройство имеет задающий генератор, блок питания, регулятор яркости и частоты светового излучения (2).
Недостатком данного устройства является невозможность воздействия на биоритмы человека, а также массивность и значительные габаритные размеры устройства, громоздкая и дискомфортная система фиксации аппарата на лице в виде уплотнителя и специальных ремней крепления.
Известен аппарат цветоимпульсного воздействия ViDENS, предназначенный для коррекции психосоматических нарушений, состоящий из корпуса, уплотнителя, излучателей, батарейного отсека, жидкокристаллического индикатора, кнопок управления, крепления для фиксации аппарата на лице (3).
Недостатком данного устройства является невозможность воздействия на биоритмы человека, массивность и значительные габаритные размеры устройства, громоздкая и дискомфортная система фиксации аппарата на лице в виде уплотнителя и специальных ремней крепления, расположение электронного блока аппарата в той его части, которая фиксируется на лице.
Известен электронно-оптический аппарат "АСИР" для проведения процедур снятия эмоционального напряжения, состоящий из электронного блока управления, миниатюрных лампочек накаливания в виде двух источников света (излучатели), вмонтированных в два окуляра оптической системы, светофильтров, закрепляемых в оптической системе (4).
Недостатком известного устройства является невозможность воздействия на биоритмы человека, громоздкая оптическая система с элементами крепления аппарата на лице человека, трудоемкость в эксплуатации из-за наличия в конструкции прибора сменных светофильтров и источника питания от сети переменного тока.
Известен аппарат «Очки АПК-01У Меллон» для коррекции психоэмоционального состояния человека методом ЦИТ (цветоимпульсной терапии), состоящий из корпуса, электронного блока, источников питания, кнопочных устройств управления, элементов фиксации аппарата на лице человека, излучателей различных длин световых волн (5).
Недостатком известного устройства является невозможность воздействия на биоритмы человека, громоздкая электронно-оптическая система с элементами крепления аппарата на лице человека, трудоемкость в эксплуатации и неудобство использования аппарата.
Известно устройство для коррекции функциональных систем организма человека, состоящее из светонепроницаемой маски со светонепроницаемым окуляром, внутреннего светорассеивающего отражателя, экрана из светонепроницаемого материала с отверстиями, светоизлучающие панели, электронного блока в виде микропроцессора, блока управления, дисплея, цифрового аналогового преобразователя (6).
Недостатком данного устройства является невозможность воздействия на биоритмы человека, индикаторные светодиоды имеют большой разброс по длине волны на цвет, неудобства и при эксплуатации из-за массивности и значительных размеров устройства с системой специальных ремней крепления аппарата на лице, расположение электронного блока аппарата в той его части, которая фиксируется на лице.
Известно устройство для воздействия на биоритмы человека, состоящее из излучателя светового потока, генерирующего пиковую длину волны в области 480±5 нм и смонтированы на светопрозрачной основе в оправе очков, а в электрическую цепь блока излучателей включено реле-прерыватель светового потока с постоянным времени 400 мс и регулятор частоты прерывания режима работы излучателей, при этом на оправе очков смонтирован магнитный элемент, а оправа очков с помощью дужек фиксируется за ушные раковины (7).
Недостатком данного устройства является несовершенство излучателя светового потока, представляющее из себя светодиоды серийного производства, требующих предварительного тестирования их спектра длин волн и подбора по физическим характеристикам, что повышает трудоемкость всего процесса производства изделия и увеличивает себестоимость изделия. Недостатком известного изделия является светопрозрачная основа на оправе очков, на которой монтируются излучатели светового потока, которая уменьшает объем периферического поля зрения и ограничивает применение устройства в разных условиях поведения человека. Недостатком устройства является также постоянное временя периодического выключения светового потока с постоянной времени в 400 мс, что не позволяет персонифицировать это качество устройства с частотой и временем моргания человека.
Известно устройство для воздействия на циркадианные часы человека, выполненное в виде оправы очков с солнечным зарядным устройством и состоящее из источника питания, регуляторов режимов подачи светового потока, излучателей светового потока, генерирующих пиковую длину волны в области 480±5 нм и смонтированых в виде концентрических кругов, эллипсов или линий на светопрозрачной основе, а в электрическую цепь блока излучателей включено реле-прерыватель светового потока с постоянным времени 400 мс, автоматически управляемое от блока регуляции яркости светового потока (8).
Недостатком данного устройства является несовершенство излучателя светового потока, представляющее собой светодиоды серийного производства, требующие предварительного тестирования их спектра длин волн и отбора образцов по их физическим характеристикам, что повышает трудоемкость всего процесса производства изделия и увеличивает себестоимость изделия. Недостатком известного изделия является также светопрозрачная основа на оправе очков, на которой монтируются излучатели светового потока виде концентрических кругов, эллипсов или линий и, которые уменьшают объем периферического поля зрения, что ограничивает применение устройства в разных условиях поведения человека. К недостатку устройства следует отнести наличие постоянного времен периодического выключения светового потока длительностью 400 мс, что не позволяет персонифицировать это качество устройства с индивидуальной частотой и временем моргания, имеющихся у конкретного человека.
Целью изобретения является улучшение конструктивных качеств устройства, снижение трудоемкости изготовления, повышение функциональных свойств при управлении циркадианными часами организма человека в разных условиях поведения.
Эта цель достигается тем, что излучатель светового потока состоит из светодиодов синего света и светофильтров, пропускающих спектр голубого света в области 480±5 нм и смонтированные внутри дугообразного носителя, содержащего электрическую цепь блока управления светофильтрами и источник энергии, а электрическая цепь блока управления светофильтрами содержит управляемое реле-прерыватель светового потока с временем от 150 мс до 400 мс
Большинство известных устройств, рекомендованных для нормализации биологических ритмов сна и бодрствования, улучшения общего самочувствия и настроения, повышения работоспособности человека, предназначены для воздействия ритмическими цветовыми стимулами на палочки и колбочки сетчатки глаза человека. Однако нейрофизиологическими исследованиями последних лет доказано, что палочки и колбочки сетчатки не имеют отношения к управлению циркадианными часами человека, а, следовательно, не участвуют в нормализации биологических ритмов человека. Классические фоторецепторы - колбочки и палочки участвуют только в функции зрения. Регуляция циркадианных часов взаимосвязана с уровнем внешней освещенности, которая воспринимается меланопсин-содержащими ганглиозными клетками сетчатки, которые имеют максимальную чувствительность к длине волны голубого света длиной волны 480 нм (12, 13). Меланопсин-содержащие ганглиозные клетки моносинаптически связаны с нейронами супрахиазматических ядер гипоталамуса, которые являются центром циркадианного регулирования в организме человека и животных (9, 10, 11).
Поэтому обоснование технических характеристик известных устройств цветоимпульной терапии и рекомендуемые программы построены на опровергнутом современной нейрофизиологией представлении о влиянии через зрительный анализатор цветовыми импульсами на так называемую фотоэнергетическую систему мозга - «гипоталамус-гипофиз-лимбическая система». К тому же в классической нейрофизиологии отсутствует такое понятие как фотоэнергетическая система мозга. В научной литературе не приводится доказательств, что цветность, яркость, ритм и форма световых импульсов известных устройств через зрительный анализатор позволяет добиться нормализации биоритмов и ликвидировать или существенно уменьшить различные болезненные состояния, сопряженные с нарушением биоритмов.
Известные устройства, предназначенные для функционального воздействия на биоритмы человека, также имеют существенные конструктивные недостатки. В частности при использовании устройств (7, 8) требуется предварительное тестирования спектра длин волн любой партии светодиодов серийного производства, что повышает трудоемкость процесса производства изделия и увеличивает его себестоимость. Светопрозрачная основа оправы очков, на которой монтируются излучатели светового потока, уменьшает объем периферического поля зрения и ограничивает применение устройства в разных условиях поведения человека, а несоответствие частоты и длительности прерывания светового потока индивидуальным показателям моргания вызывает дискомфортные ощущения у человека.
Конструктивно заявляемое устройство (рис. 1) выполнено в виде узкого дугообразного носителя (1), длина которого позволяет фиксировать его концы за ушные раковины. На каждом конце дугообразного носителя смонтированы миниатюрные контейнеры (2), внутри которых на одном из концов дугообразного носителя расположен источник энергии, а на другом - блок управления с кнопкой (3). Строго по центру дугообразного носителя смонтирован упор (4) на спинку носа. Внутри дугообразного носителя имеется канал для шлейфа проводов (на рис. 1 не показан), которые соединены с двумя блоками (5) синих светодиодов (6) (не боле трех в каждом), расположенными на одной линии непосредственно против каждого глаза. На поверхности синих светодиодов (6) фиксированы светофильтры (рис. 2, 7), пропускающие голубой свет в спектре 480±5 нм. Блок электронного управления (реле количества световых пауз, а также регулятор яркости светодиодов) смонтированы в одном контейнере на конце дугообразного носителя. В устройстве предусмотрено управление режимами яркости светового потока.
Технические характеристики устройства, изображенного на рис. 1, и режимы его применения:
Длина волны, излучаемого светодиодами сигнала - 480±5 нм.
Пауза между световыми экспозициями - 150-400 мс
Количество пауз между световыми экспозициями 0-15 в минуту.
Постоянная освещенность с регулируемой яркостью;
Постоянная освещенность и яркость с паузами 150-400 мс;
Режимы освещенности (Лк) и яркости (Кд/м2);
Устройство (рис. 1), представляющее собой излучатель голубого света, используется следующим образом.
Человек надевает дугообразный носитель (1), как показано на рис. 1. Затем включает нажатием на кнопку (3) в течение 7 секунд источник питания устройства. Быстрым (1 с) нажатием кнопки (3) на блоке управления устанавливает комфортный режим яркости светового потока и частоту пауз светового потока (указаны выше). Режимы яркости подбираются по субъективному предпочтению человека. Частота пауз в световом потоке устанавливается в диапазоне (0-15 пауз в минуту и длительностью от 150 мс до 400 мс. Этот режим подбирается двукратным быстрым (1 с) нажатием кнопки (2) по субъективным ощущениям человека или режим отключается. Длительность паузы светового потока у каждого человека должна регулироваться индивидуально в соответствии с длительностью моргания, которая по статистике имеет диапазон 150-400 мс у разных людей. Для функционального управления циркадианными часами организма человека заявляемое устройство целесообразно применять в ранние утренние (6-10 часов) и ранние вечерние часы (16-18 часов). В эти часы суток в спектре солнечного света, достигающего поверхности земли присутствует спектр голубого света, к которому циркадианные фоторецепторы сетчатки имеют максимальную чувствительность. В другое время дня этот спектр солнечного света рассеивается в атмосфере и не участвует в естественном управлении циркадианной системы. Таким образом, заявляемое устройство предназначено для моделирования голубого спектра солнечного света, а применять устройство оптимально и эффективно следует в неблагоприятный период сезонной освещенности (осень-зима) и при работе в условиях искусственной освещенности в течение суток.
Использование заявляемого устройства позволяет получить следующие положительные эффекты. Прежде всего, устройство предназначено для адекватной стимуляции меланопсин-содержащих ганглиозных клеток сетчатки и связанных с ними центральных механизмов регуляции циркадианных часов организма человека. По литературным данным пигмент меданопсин фоторецепторных ганглиозных клеток сетчатки имеет максимальную фотохимическую чувствительность при длине волны 480 нм (12, 13). Заявляемое устройство позволяет создавать параметры электромагнитного излучения, активирующие фоторецепторные ганглиозные клетки сетчатки, имеющие высокие пороги светового потока для их возбуждения. При этом устройство имеет конструктивные особенности, которые отсутствуют в известных ранее устройствах. Синие светодиоды закрыты специальным светофильтром, который создает строго заданный диапазон длин волн голубого света (480±5) и таким образом, снижает трудоемкость при производстве изделий. Техническое решение устройства в виде узкого дугообразного носителя не ограничивает боковые и нижние размеры полей зрения, что позволяет применять устройство при разных видах деятельности человека. Техническое решение электронного управления и энергопитания в виде моноблока, который помешается в специальные внутренние пространства и канал дугообразного носителя, создает условиях для поточного изготовления изделия. Учтены в технических характеристиках устройства физиологическая значимость величины порога возбуждения рецепторов циркадианных часов, зависящая от интенсивности светового потока. Так, в зависимости от освещенности величина латентного периода фоторецепторных ганглиозных клеток сетчатки варьирует от нескольких секунд до нескольких минут. Поэтому в заявляемом устройстве задаются оптимальные физиологические значения яркости голубого света. Варьирование длительностью пауз светового потока от 150 мс до 400 мс позволяет персонифицировать режим управления светового потока на сетчатку глаз в соответствии с индивидуальной и комфортной частотой активации физиологического механизма моргания человека. Этот механизм важен для процессов световой адаптации фоторецепторных ганглиозных клеток сетчатки и у каждого человека индивидуальный. Подобные персонифицированные особенности воздействия на функцию циркадианных часов впервые реализованы в конструктивном решении заявляемого устройства.
Адекватная световая активация центра циркадианных часов человека (нейроны супрахиазматического ядра гипоталамуса) посредством фоторецепторных ганглиозных клеток сетчатки позволяет воздействовать на центральные биологические часы, которые регулируют периферические клеточные биоритмы всех органов организма человека. Функциональная активация циркадианных часов с использованием устройства в ранние утренние и ранние вечерние часы направлена на восполнение дефицита голубого спектра света, в котором человек находится большую часть дня на рабочем месте, в жилых или учебных помещениях. К сожалению, нормы освещенности на рабочем месте составляют по современным нормам СНиП порядка 500 лк и менее (14) и полностью ориентированы на функцию зрения, а не на физиологическое (естественное) управление циркадианной системой организма человека. При этом освещенность внешней среды в летний солнечный день достигает 70-80 тысяч люкс. Разрыв между естественной солнечной освещенностью и освещенностью на рабочих местах следует отнести к световой депривации циркадианных часов человека, которая является причиной ряда возрастных заболеваний человека, таких как нарушения сна, сезонные депрессии, метаболический синдром, нейроэндокринная патология и другие (15, 16, 17).
Функциональное управление центральными циркадианными часами организма человека через меланопсин-содержащие ганглиозные клетки и нейроны супрахиазматических ядер обеспечивает нормальное функционирование цикла «сон-бодрствование» либо его восстановление при нарушениях сна, либо при изменении функционального состояния организма человека в периоде бодрствования. Использование предлагаемого устройства является эффективным для нормализации процессов тканевых часов организма человека, к которым относится мышечная координация, время реакции человека на стимулы окружающей среды, динамика уровней артериального давления и температуры тела, функции желудочно-кишечного тракта на протяжении суток, глубина сна и фазы сна, секреция гормонов в разное время суток, а также динамика когнитивных процессов (внимание, восприятие, память). Предлагаемое устройство позволит эффективнее проводить профилактику и лечение утомления и депрессивных состояний, которые является следствием нарушения функции циркадианных часов мозга человека. Адекватное световое воздействие длинами волн величиной 480±5 нм на циркадианные часы является основным условием физиологической регуляции функций организма человека по многим показателям и при разных состояниях. В частности, это относится к регуляции нормальной концентрация основного антиоксиданта мелатонина в плазме крови или к устранению сезонных аффективных расстройств. Нормализация функционирования циркадианных часов важна при космических полетах, при восстановлении паттерна сна в любом возрасте или ночном режиме работы. Устройство может найти применение в спорте, поскольку высокие спортивные достижения зависят от уровня активации циркадианных часов. Заявляемое устройство может эффективно использоваться для адаптации циркадианных часов человека перед предстоящей сменой часовых поясов (профилактика синдрома jet lag).
Заявляемое устройство для функционального управления циркадианными часами организма человека является необходимым при лечении возрастных нарушений так называемых женских и мужских биологических часов, связанных с функционированием репродуктивной функции мужского и женского организмов. Это обусловлено тем, что возрастная инволюция женской и мужской репродуктивной функции непосредственно обусловлена возрастными нарушениями в регуляции циркадианных ритмов. Поэтому предлагаемое устройство для адекватной активации нейрофизиологических механизмов циркадианных ритмов позволит каждому человеку индивидуально осуществлять функциональное управление биологическими ритмами организма человека при неблагоприятных условиях внешней естественной и искусственной освещенности, а также в разных видах деятельности человека, увеличивая продолжительность жизни, в среднем, на 15-20 лет.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент на изобретение РФ №2030908.
2. Патент на изобретение РФ №2098059.
3. Аппарат цветоимпульсного воздействия ViDENS. Руководство по эксплуатации ViDENS. 48 с.
4. Аппарат спектральный офтальмологический АСИР. Электронный ресурс: http://www.spetsmedpribor.ru
5. Аппарат ЦИТ «АПК-01У MEЛЛОН».
6. Патент на полезную модель РФ №66964.
7. Патент на полезную модель РФ №128494
8. Патент на полезную модель №124148
9. Dao-Qi Zhang, Wong K.Y., Sollars P.J., Berson D.M. et al. Intraretinal signaling by ganglion cell photoreceptors to dopaminergic amacrine neurons // PNAS. - 2008. Vol. 105. No. 37. P. 14181-14186.
10. Ecker J.L., Dumitrescu O.N. Wong K.Y. et al. Melanopsin-expressing retinal ganglion-cell photoreceptors: cellular diversity and role in pattern vision // Neuron. - 2010. Vol. 67, P. 49-60.
11. Gamlin P.D.R., McDougal D.H., Pokorny J., Smith V.C., King-Wai Yau, Dacey D.M. Human and macaque pupil responses driven by melanopsin-containing retinal ganglion cells // Vision Research. - 2007. Vol. 47. P. 946-954.
12. Berson, D.M., Dunn, F.A., Takao, M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock // Science. - 2002. Vol. 295, P. 1070-1073.
13. Dacey, D.M., Liao, H.-W., Peterson, B.B., Robinson, F.R., Smith, V.C., Pokorny, J., et al. Melanopsin-expressing ganglion cells in primate retina signal colour and irradiance and project to the LGN // Nature, - 2005, Vol. 433, P. 749-754.
14. Система нормативных документов в строительстве. «Строительные нормы и правила Российской Федерации. Естественное и искусственное освещение», СНиП 23-05-2010. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95. Министерство регионального развития Российской Федерации (МИНРЕГИОН РОССИИ), Москва, 2010, 72 с.
15. Stevens RG. Artificial lighting in the industrialized world: circadian disruption and breast cancer // Cancer Causes Control. - 2006 May; 17(4): P. 501-507.
16. La Morgiaa, C, Ross-Cisnerosb, F.N., Hannibalc J., Montagnaa P., Sadunb A.A., Carellia V. Review. Melanopsin-expressing retinal ganglion cells: implications for human diseases // Vision Research. - 2011. Vol. 51, Issue 2, P. 296-302.
17. Lewis, B.H. Legato, M. Fisch, H. Medical Implications of the Male Biological Clock // JAMA, November 15, - 2006. - Vol. 296, No. 19. P. 2369-2371.