Способ электровоздействия на живой организм
METHOD FOR ELECTRICAL EXPOSURE OF LIVING ORGANISM

Изобретение относится к физиотерапии, в частности к способам электроимпульсного воздействия на кожный покров человека, в которых для генерации стимулов применяют индуктивный накопитель энергии и используют высокоамплитудные импульсы, что вызывает вибрацию подэлектродных тканей.
Известны способы и устройства воздействия на организм переменным или прерывистым электрическим током, подводимым через контактные электроды.
Среди них выделяются способы и устройства электровоздействия на кожный покров человека аппаратами, в которых для генерации стимулов применяют индуктивный накопитель энергии, что позволяет управлять энергией стимулов, а их амплитуда и форма при этом зависит от межэлектродного импеданса. Такие способы и устройства позволяют существенно повысить центральное действие электростимуляции за счет снижения адаптации (привыкания) рецепторов к динамично меняющемуся внешнему электрораздражению, а значит, повысить и эффективность воздействия в целом. (Проблема привыкания и снижения в связи с этим эффективности электровоздействия известна, но окончательно не решена [см., например, TENS. An Introduction То Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation. U.S. Department of health and human services, USA, Maryland, August 1986].)
Известен способ оценки электрофизиологического состояния человека, который заключается в установке электродов на кожный покров, пропускании через подэлектродную ткань электрического сигнала от насыщенной электромагнитной энергией высокодобротной катушки индуктивности и оценке состояния человека по результатам измерения частоты или амплитуды, или затухания этих колебаний (патент RU 2161904 С2, А61В 5/05, А61Н 39/00, опубл. 20.01.2001).
С предлагаемым изобретением этот способ связан пропусканием через подэлектродную ткань электрического сигнала от насыщенной электромагнитной энергией высокодобротной катушки индуктивности (в общем случае - от индуктивного накопителя энергии).
Недостатком данного способа для целей электровоздействия является то, что он не предусматривает ни использования сухих электродов, ни перестановки или передвижения электродов по кожному покрову и, соответственно, не связывает длительность единичной постановки электродов либо скорости передвижения с изменением подэлектродной емкости и/или уровня вибрации от воздействия.
Известен способ электровоздействия, включающий установку электродов на кожные покровы и пропускание через электроды электрических импульсов, вызывающих вибрацию подэлектродных тканей и управление параметрами импульса и моментом окончания воздействия в зависимости от характеристик звука, возникающего при вибрации кожи в результате электровоздействия (патент RU 2325930 С2, A61N 1/36, А61В 5/11, опубл. 10.06.2008).
Достоинством данного изобретения является сочетанное воздействие - электроимпульсное и механическое (вибрация), а также управление параметрами импульсов и моментом окончания воздействия в зависимости от характеристик звука, возникающего при вибрации кожи.
Однако данный способ не предусматривает перестановку или передвижение электродов по кожному покрову в процессе воздействия, не связывает длительность единичной постановки электродов либо скорости передвижения с изменением подэлектродной емкости и/или уровня вибрации или звука от воздействия, и поэтому не позволяет максимально использовать физические процессы, возникающие при взаимодействии электрод-кожа. Кроме того, не предусмотрено воздействие сухими электродами, что уменьшает или даже устраняет как эффект вибрации подэлектродных тканей, так и вариативность стимулов, а в итоге снижает эффективность электровоздействия.
Наиболее близкий к заявляемому способ описан в заявке RU 2009144935 от 24.12.2007, опубл. 10.06.2011 г., бюл. №16. Он включает установку электродов на кожные покровы, пропускание через электроды электрических импульсов с катушки индуктивности, использование высокоамплитудных импульсов, вызывающих вибрацию подэлектродных тканей.
Достоинством данного способа является использование импульсов, вызывающих вибрацию подэлектродных тканей, а недостатком - то, что данный способ не предусматривает перестановку или передвижение электродов в процессе электровоздействия, не связывает длительность единичной постановки электродов либо скорости передвижения с изменением подэлектродной емкости и/или уровня вибрации от воздействия, и, соответственно, не позволяет максимально использовать физические процессы, возникающие при взаимодействии электрод-кожа, что снижает эффективность электровоздействия в целом.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности существующих способов электровоздействия на живой организм.
Технический результат достигается за счет максимального использования физических процессов, возникающих при взаимодействии электрод-кожа и сочетанного (электроимпульсного и механического) воздействия.
Технический результат достигается тем, что при электровоздействии на кожный покров, включающем пропускание электрических импульсов через электроды с индуктивного накопителя, использование высокоамплитудных импульсов, вызывающих вибрацию подэлектродных тканей, как минимум, один из электродов переставляют, отрывая от кожи, либо передвигают, не отрывая от кожи, в момент прекращения роста подэлектродной емкости и/или прекращения вибрации подэлектродных тканей при этом, как минимум, один этот электрод используют сухим.
Вариантом способа является комбинирование перестановок и передвижений.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
- на фиг. 1 - форма стимулов до установки электродов на кожу;
- на фиг. 2 - форма стимулов сразу после установки электродов на кожу;
- на фиг. 3 - форма стимулов через 5 с после установки электродов на кожу;
- на фиг. 4 - форма стимулов через 30 с после установки электродов на кожу;
- на фиг. 5 - изменение во времени емкости двойного слоя и активного сопротивления.
В электротерапии общепринятым является статичное использование электродов, т.е. электроды устанавливают на пациента, тем или иным образом фиксируют и производят воздействие. При этом, как правило, применяют прокладки, смоченные водой (транскраниальная электростимуляция), либо адгезивные (самоклеящиеся) электроды (коротко-импульсная анальгезия, чрескожная электростимуляция). Матерчатые электроды смачивают и физраствором. Резиновые и силиконовые электроды смазывают токопроводящим гелем. В ряде случаев при короткоимпульсной анальгезии (чрескожной электростимуляции) используют подвижный электрод [см. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия. - М.: Медицина, 2003. - 432 с.: ил.; Физиотерапия. Национальное руководство / Под ред. проф. Г.Н. Пономаренко. - М.: Издательская группа "ГЕОТАР-Медиа", 2009. - 864 с.].
Во всех перечисленных примерах стремятся достичь наилучшей проводимости участка «электрод-кожа», игнорируя возможность использования физических процессов, возникающих на границе электрод-кожа.
Важной особенностью электровоздействия с использованием для формирования электрических импульсов индуктивного накопителя (а также СКЭНАР-терапии как частного его случая) является двустадийное формирование воздействующих импульсов. На первой стадии в индуктивном накопителе запасают энергию, которая на второй стадии и оказывает стимулирующее воздействие на подэлектродные ткани. Такой способ позволяет непосредственно управлять именно энергией воздействия, а колебательный контур, образованный индуктивным накопителем и емкостью подэлектродных тканей, обеспечивает существенную вариабельность сигнала, при которой каждый последующий импульс отличается от предыдущего. Другой важной физической характеристикой, определяющей эффективность такого электровоздействия, является наличие вибрации (проявляющейся как «звучание») кожи, вызванной высокоамплитудным воздействием. [Я.З. Гринберг. Об одном эффекте СКЭНАР-воздействия // Известия ТРТУ, №6, 2004. - С. 100-105; Я.З. Гринберг. Еще раз об особенностях СКЭНАР-воздействия // Известия ТРТУ, №11, 2006. - С. 144-147; Я.З. Гринберг. О механизме преобразования вибраций в организме // Инженерный вестник Дона, №4, ч. 2, 2014].
Из представленных на фиг. 1-1 осциллограмм (на них хорошо различимы две стадии воздействующих стимулов), полученных во время воздействия аппаратом СКЭНАР (ТУ 9444-015-05010925-2004) при постоянном значении энергии стимулов и установке на кожу сухих электродов, следует, что амплитуда стимулов, на холостом ходу достигавшая 300 В (фиг. 1, см. результаты автоматического измерения амплитуды, выделенные рамкой в правом верхнем углу), сразу после установки электродов на ткани снижается до 228 В (фиг. 2), затем в течение 5 с падает до 90 В (фиг. 3), а еще через 25 с снижается до 42-46 В (фиг. 4).
Снижение амплитуды и изменение параметров колебаний при соприкосновении сухих электродов с поверхностью кожи связаны с формированием двойного электрического слоя, электрический эквивалент которого может быть представлен в виде RC-цепочки [Методы клинической нейрофизиологии / Под ред. В.Б. Гречина. - Л.: Наука, 1977, с. 7-8].
Параметры этой цепочки изменяются во времени (фиг. 5), причем обе составляющие изменяются значительно и вначале довольно быстро, что приводит к быстрому снижению амплитуды импульсного напряжения и быстрому изменению параметров затухающего сигнала. Большая амплитуда наблюдается в момент прикосновения и в течение некоторого времени после него. Поскольку уровень вибрации пропорционален напряжению, то в это же время на организм воздействуют максимальные вибрационные импульсы. Именно тогда же максимальна и вариабельность сигнала, вызванная изменением емкости двойного слоя.
При стабильном воздействии, принятом в физиотерапии, когда электроды устанавливают на пациента и не переставляют (не передвигают) во время процедуры, эффект вибрации отсутствует либо незначителен. Использование адгезивных или влажных электродов еще сильнее снижает эффект вибрации, поскольку в этих случаях комфортное ощущение от тока наступает у пациента при низкой амплитуде воздействующего напряжения, а также из-за увлажнения верхних слабопроводящих слоев эпидермиса. При этом практически отсутствует и вариабельность, поскольку емкость двойного слоя нивелируется влажными электродами.
Поддержать высокую амплитуду напряжения, а следовательно, и достаточный уровень вибрации, сохранив при этом высокую вариабельность сигнала, позволяет перестановка либо передвижение по кожному покрову сухих электродов во время процедуры, при этом длительность одной постановки электродов и скорость передвижения определяют по изменению величины подэлектродной емкости и/или уровня вибрации.
В случае перестановки при каждом прикосновении электрода к коже амплитуда напряжения максимальна и максимальна вариабельность формы (фиг. 1-3). Исследования подтвердили, что при комфортном для пациента воздействии и передвижении сухих электродов уровень вибрации существенно выше, чем при неподвижных электродах [Я.З. Гринберг, М.А. Унакафов. Виброакустические эффекты СКЭНАР-воздействия // Известия ЮФУ. Тематический выпуск. Технические науки. - Таганрог: изд-во ТТИ ЮФУ, 2009, №10(99). - С. 123- 128].
При использовании разнесенных электродов, один из них может быть и адгезивным (или влажным), установленным вне зоны воздействия. Другой же электрод, который переставляют по площади выбранного участка кожного покрова, отрывая от кожи, либо передвигают, не отрывая, является сухим.
Перестановку и передвижение сухого (сухих) электрода (электродов) можно комбинировать (чередовать).
Заявленный способ осуществляют следующим образом. На основании диагностических признаков либо жалоб пациента выбирают зону для электровоздействия. Электроды устанавливают на кожный покров вблизи зоны воздействия. Устанавливают энергию электровоздействия, например, по индивидуальным ощущениям, обычно на комфортном уровне. Также вручную или автоматически устанавливают остальные параметры электровоздействия в соответствии с выбранной методикой терапии.
1
При использовании перестановки с отрывом от кожи, сухие электроды (либо единственный сухой электрод) прикладывают к коже на время примерно 5-15 секунд, после чего отрывают (снимают с кожи) и устанавливают на новое место. Момент окончания воздействия определяют по снижению (прекращению) роста подэлектродной емкости примерно в момент времени t (см. фиг. 5) и/или по снижению (прекращению) вибрации.
Наиболее очевидным путем оценки изменений подэлектродной емкости является измерение периода свободных колебаний самого стимулирующего сигнала (см. осциллограммы на фиг. 1-4). Критерию «снижение (прекращение) роста подэлектродной емкости» соответствует снижение (прекращение) роста периода свободных колебаний.
Уровень вибрации можно оценивать как непосредственно соответствующим датчиком, например акселерометром, так и через уровень звука, возникающего от вибрации подэлектродных тканей.
Емкость двойного слоя, как видно из фиг. 5, растет со временем все медленнее и медленнее, и под «прекращением ее роста» фактически следует понимать снижение скорости роста ниже некоторого порога, определяемого, например, точностью измерений или флуктуациями измеряемой величины (непосредственно емкости либо периода колебаний), вызванными внутренними (мышечная активность, влияние кровотока и т.п.) или внешними (неравномерность прижима электродов) причинами. То же относится и к уровню вибрации или звука, на результаты измерений которых влияют, кроме перечисленных факторов, еще и внешние шумы.
При использовании передвижения без отрыва, сухие электроды (либо единственный сухой электрод) устанавливают на кожу в зоне, выбранной для обработки, и передвигают их в один или несколько приемов, при этом скорость передвижения сухого электрода определяют по сохранению высокого уровня вибрации или звука от воздействия. Критерием для изменения скорости передвижения может являться и подэлектродная емкость, изменение которой не должно существенно снижать амплитуду воздействующего сигнала.
Предлагаемый способ может быть использован при лечении различных заболеваний, в первую очередь болевых синдромов, стимуляторами с индуктивным накопителем энергии. Способ позволяет сократить время и количество лечебных процедур при одновременном повышении эффективности воздействия.