6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Багатоканальна_електростимуляція_Давиденко_В_Ю_

сокращение накладывается механический ответ на третий и т.д., т.е. приходит суперпозиция (наложение отдельных ответов друг на друга). При этом ответ (прибавка к напряжению или укорочению) на каждый последующий импульс меньше, чем на предыдущий. После нескольких первых импульсов последующие ничего не добавляют к достигнутому напряжению (укорочению), но поддерживают это напряжение (или укорочение). Такой режим сокращения мышечных волокон называется полным или гладким тетанусом (рис.2.8).

Частота, при которой мышечные волокна развивают полный тетанус, называется частотой слияния или частотой полного, ( гладкого) тетануса.

Повышение частоты сверх той, при которой достигается полный тетанус, увеличивает напряжение мышечных волокон очень мало. Поэтому иногда частоту, достаточную для достижения полного тетануса называется максимальной.

Если увеличение частоты следования импульсов сверхмаксимальной (при которой возникает полный тетанус) почти не вызывает изменения в максимальном напряжении мышечных волокон, то для повышения скорости нарастания их напряжения ("градиента силы") это увеличение играет важную роль ( рис.2.8. ).

Напряжение, развиваемое мышечными волокнами при полном тетанусе в 2-5 раз больше, чем при одиночном сокращении.

Одиночное

сокращение

Рис. 2.8. Схема формирование тетануса и достижения максимума сокращения в зависимости от частоты стимулирующих импульсов.

Если частота импульсов ниже частоты полного тетануса, то приходит суперпозиция соседних циклов сокращения. Однако их полного механического слияния (как при полном тетанусе) в этом случае не возникает, а наблюдается волнообразный ответ мышцы, обозначаемый как неполный зубчатый тетанус.

При неполном тетанусе величина напряжения (укорочения) меньше чем при полном тетанусе и, кроме того, она колеблется на протяжении всего сокращения. Пациенты, подвергающиеся электростимуляционному воздействию с этой частотой следования импульсов отмечают это как "вибрацию".

40

Частота импульсов, при которой возникает тетаническое сокращение, выше для быстрых мышечных волокон с их относительно коротким периодом одиночного сокращения и ниже для медленных мышечных волокон с их более длительным периодом одиночного сокращения. Как будет показано в гл.4., электростимуляционные воздействия на нервно-мышечный аппарат позволяют менятьсократительные характеристики быстрыхи медленныхволокон.

2.5Основные законы раздражения

Еще в прошлом столетии было установлено, что малые по силе раздражения не вызывают сокращения мышц и называются подпороговыми. Для вызова полноценного возбуждения (сокращения мышц) раздражитель должен быть определенной силы – равный или превышающий известную критическую величину. Раздражение, вызывающее минимальное по силе сокращение, называется порогом возбуждения. Так как в качестве раздражителя применяется электрический ток, то порог возбуждения обозначается либо в размерностях тока, либо напряжения. Порог возбуждения обозначают термином реобаза. По реобазе обычно судят о возбудимости мышечной ткани – чем ниже порог, тем выше возбудимость. В относительно небольших пределах сила сокращения возрастает с увеличением силы раздражения. При чрезмерной силе раздражения мышца расслабляется и ее сократительная способность может вообще нарушаться. Минимальная по величине сила раздражения, вызывающая наибольшую реакцию ткани, называется максимальной силой раздражения. Сила раздражения меньше максимальной, но больше пороговой, называется субмаксимальной силой раздражения. Супермаксимальными раздражениями называются такие раздражения, сила которых превосходит максимальную. Кроме порога возбуждения для возникновения возбуждения большое значение имеет еще и длительность раздражения. Минимальное время, в течение которого электрический ток должен действовать на ткань, чтобы вызвать возбуждение, находится в обратной зависимости от напряжения и силы тока. Эта зависимость выражается кривой силы-длительности раздражения Горвега-Вейса- Лапика (рис. 2.9).

Кроме того, при медленном нарастании силы раздражения специфическая ответная реакция не возникает. Для вызова оптимальной реакции при ритмическом раздражении, частота раздражения должна соответствовать лабильности, а длительность импульса должна быть не меньше полезного времени. С увеличением частоты следования импульсов эффект сокращения увеличивается до определенной величины (оптимума). При повышении частоты раздражения выше оптимума эффект сокращения не увеличивается в той же степени, а становится пропорциональным корню квадратному из частоты, а в дальнейшем раздражающее действие и вовсе прекращается (10-50 КГц ).

В силу того, что параметры сигналов, измеряемые вне ткани и получаемые в самих тканях различны, на возникновение возбуждения оказывает влияние площадь электродов в каждом отдельном случае, т.к. от нее зависит плотность тока. Сила сокращения будет зависеть от того, через какую площадь электродов мы подводим одну и туже силу тока. Чем больше плотность тока,

41

т.е. чем меньше поверхность электрода, тем сильнее сокращение. При этой же силе тока плотность обратно пропорциональна площади электродов. Поэтому, при сравнении физиологического действия, необходимо всегда сравнивать не силу тока, а плотность.

Амплитуда импульса (В).

длительность импульса (мс)

Рис. 2.9. Кривая Горвега - Вейса - Лапика.

При подведении электрического тока через электроды к телу он проходит от электрода к электроду не по прямой линии, а по очень сложному пути. Наибольшая плотность тока под электродами зависит от проводимости (сопротивления) ткани и расстояния между электродами. Кратчайший путь имеет наименьшее сопротивление и плотность тока наибольшая. Глубина проникновения различных токов в тканях организма изучена недостаточно. В силу сложившихся традиций в электротерапии и электрофизиологии при поиске оптимальных параметров раздражения основное внимание уделялось амплитудным значениям, длительности, частоте импульсов и плотности тока.

К началу 1960-х годов было окончательно признано, что биологический импульс, несущий рабочую команду мышцам, имеет форму не однополярного треугольного, а форму асимметричного биполярного сигнала.

Современные представления о нервно-мышечной стимуляции предполагает стимуляцию мышц при минимальных болевых ощущениях. Зависимость болевых ощущений от длительности стимулирующих импульсов и скважности показана на рис. 2.10.

Э.К. Казимиров, изучая нелинейные свойства нервной и мышечной тканей, в то время один из первых доказал, что биполярный импульс, как сигнал электростимуляции имеет важное значение. В разработанной им электронной модели нейрона он показал, что выдержав равенство вольт-секундных площа-

42

дей разнополярных частей стимулирующих импульсов, можно получить нолевую постоянную составляющую и тем самым практически исключить влияние постоянной поляризации тканей и явления электролиза на процессы возбуждения. Биполярному импульсу можно придать различную конфигурацию – симметричную и асимметричную с различными соотношениями параметров обоих частей. Асимметричные формы импульсов позволяют по-новому подойти к возбуждению живых структур с неодинаковыми (асимметричными) электрическими характеристиками для токов разной полярности. Важность электростимуляционного воздействия сигналами асимметричной формы на возбудимые структуры с существенно нелинейными характеристиками мембран не была осознана разработчиками ЭСУ как необходимость биполярно-инверсной структуры сигнала со сменой знака асимметрии. Это произошло потому, что большинство разработчиков ЭСУ были заняты переводом электросхем на транзисторную, а в последующем – на аналого-цифровую элементную базу.

По инерции и в последнее время еще держатся за концепцию формального моделирования в электростимуляторах треугольного импульса 40-х годов. Так, например, заявители из Израиля, а также представители НИЦ «Миоритм», применяя в своих электростимуляторах индукционную катушку, на выходе оставляют толькоразмыкательныйкомпонент, близкийпоформектреугольномусигналу.

Длительность импульса

Рис. 2.10. Зависимость болезненных ощущений от длительности стимулирующих импульсов и межимпульсного интервала (частоты.)

Французская фирма ЕТМ, специализирующаяся в изготовлении электромедицинского оборудования, считает, что биполярные асимметричные токи

43

прямоугольной формы при воздействии на живые образования не вызывают в тканях электролиза исключают возможность химического ожога и запатентовала эту форму импульсов («ВIOPP»).

В выпускаемой фирмой аппаратуре доминирующая полярность импульсов может реверсироваться автоматически, что предотвращает привыкание организма к длительным процедурами электростимуляции, а ручная регулировка частоты генерации импульсов от 4 до 100 Гц позволяет успешно применять эти токи при дифференцированной электростимуляции мышц с различной степенью их атрофии.

Достижения науки и технологии последних лет значительно расширили сферы и применения электростимуляции. Сегодня на рынке бывшего СССР

имеется свыше 40 видов электростимуляторов, различающихся названиями, наборами аксессуаров, числом каналов, но с одинаково высокой ценой. Основное из назначений: коррекция фигуры, омоложение, увеличение груди, уменьшение талии, сжигание жира, лимфодренаж, борьба с целюлитом. При этом вполне серьезно утверждается, что уровень исполнения устройства и его качество определяется числом ручек, кнопок, индикаторов, таймеров, дисплеев, фиксированных программ и др.

Для правильной ориентации в спектре выпускаемых электростимуляторов, в частности, для определения совокупности требуемых характеристик и параметров с целью получения ожидаемого эффекта, целесообразно их классифицировать, учитывая тот факт, что устройства, близкие по назначению, как правило, имеют существенные отличия в параметрах.

По нашему мнению эту работу мог выполнить только опытный специалист в области электростимуляторной техники.

Результаты проделанной и любезно предоставленной Э.К.Казимировым работы изложены в главе 3.

ГЛАВА 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ

3.1Замечания относительно терминологии

Втаком направлении медицины как электротерапия издавна наблюдается ряд характерных процессов:

Сильно выраженный субъективизм в толковании понятий, терминов; произвольное ограничение сфер их использования, противоречащее сути терминов.

Присвоение определённым электрическим сигналам названий по имени инициаторов их применения либо словами, непонятно по каким критериям выбранными, из греческого, например, языка.

Присвоение имён учёных единицам измерений, константам, явлениям практикуется в различных сферах деятельности, но это, как известно, касается

44

фундаментальных основ материального мира и получает всеобщее признание. В рассматриваемом случае, однако, есть существенный момент – в радиоэлектронике, электротехнике те же самые сигналы "уравнены в правах" со множеством других сигналов и называются в соответствии с их сущностью, и именно в этих сферах деятельности создаются аппараты для электровоздействия.

Формирование новых, не совсем удачных терминов.

Понятно, когда в слове "электротерапия" приставка "электро" – заменяется существенной, хорошо известной характеристикой используемого сигнала: УВЧ-терапия, СВЧ-терапия (УВЧ – ультравысокочастотные-, СВЧ – сверхвысокочастотные колебания). Но совсем непонятно когда вместо приставки "электро-" ставится слово с весьма размытым неконкретным смыслом "амплипульс" (амплитудные пульсации): амплитудные пульсации характерны для любых электрических сигналов и этого термина недостаточно для отражения сущности электрического сигнала, в том числе генерируемого аппаратом "Амплипульс". Так появился курьёзный термин "амплипульстерапия".

Известны и другие вольности: токи Ледюка, токи Ананьева, ультратоки Траберта, диадинамические токи и др.

Такая ситуация вынуждает определить свою позицию по отношению к наиболее часто дискутируемым вопросам.

Толковые словари определяют "воздействие", как действие, направленное на кого-либо, на что-либо с целью добиться, достичь определённого результата. “Электровоздействие” – это воздействие с использованием электричества в любых (в рамках допустимого) его формах. Воздействие может и созидать, и разрушать, и не иметь каких-либо результатов.

"Электростимуляция" – это тоже "электровоздействие", но определенной направленности: усиление, активизация деятельности определённых органов или систем в организме. Электростимуляция используется как для лечебных целей так и для здоровых людей с целью тренировки, профилактики, компенсации влияний неблагоприятных факторов (например ограниченной подвижности).

"Электротерапия" – это лечение с помощью электричества, т. е. имеет более узкую направленность, чем электростимуляция. Диапазон целей (направленность), характерных для каждого из терминов, сужается по цепочке "электровоздействие – электростимуляция – электротерапия".

Любой из терминов может быть применён в отношении любой биологической структуры: ткани, органы, системы организма, организм в целом. Каждый волен выбирать подходящий ситуации термин, с учётом его особенностей. Если речь идёт о лечебном воздействии, подходит любой из трёх терминов; если воздействие не имеет лечебных целей, то не подходит термин "электротерапия". Необходимо сопровождать эти термины указаниями, какой используется электросигнал и какая структура является объектом воздействия.

Электровоздействие, о котором в основном идёт речь в этой книге – низкочастотная импульсная электростимуляция нервно-мышечных структур, преимущественно скелетной мускулатуры.

45

Представляется, что названия характеристик электрических сигналов должны соответствовать их сущности, как это имеет место в физике, электротехнике, радиоэлектронике. А инициаторов (авторов) применения характерных сигналов просто отмечать, как это широко практикуется.

3.2Развитие аппаратуры для электостимуляции. Исторический аспект

Вглаве I дан исторический очерк развития электростимуляции и средств для её осуществления. Выделим техническую линию в этом развитии.

Первым искусственным источником тока считается Вольтов столб, который изобрёл итальянский физик и физиолог А. Вольта в 1800 г. Столб состоял из последовательно соединённых элементов, которые Вольта создавал и исследовал ранее в 1792-1794 гг. Знаменательно, что на создание элемента подтолкноли результаты физиологических опытов на живой мышце (лягушки), проведенных его соотечественником Л. Гальвани, о которых Вольта был хорошо осведомлён. Эти элементы в последствии получили название "гальванических" и постоянный ток стал называться гальваническим током. Эти источники постоянного тока можно считать первыми аппаратами для электровоздействия. Электротерапия с использованием постоянного тока применяется по сей день и называется гальванизацией.

Следующим важным событием для развития электростимуляционной аппаратуры явилось открытие в 1831 году М. Фарадеем явления электромагнитной индукции. На базе этого явления были разработаны аппараты для низкочастотной импульсной электростимуляции – первые из них связаны с именами И. Кобата (1848) и Э.Дюбуа-Реймона (1849). Выходные сигналы этих аппаратов получили название "фарадические токи". По современной терминологии – это биполярные асимметрические импульсные сигналы с нолевой постоянной составляющей. С точки зрения электрофизиологии это очень удачная форма импульса; и получилась она не в результате какого-то замысла, а исключительно благодаря специфике работы индукционной катушки.

Усовершенствованный Э.Дюбуа-Реймоном “санный аппарат” около 100 лет был универсальным электростимулирующим аппаратом. (рис. 3.1).

Достоинства аппаратов с индукционной катушкой:

•от источника постоянного тока (гальванические элементы) с помощью индукционной катушки можно получать сигналы импульсной формы;

•на нагрузке (участке тела, к которому подводится электрический сигнал) можно получать амплитуду импульса напряжения любой требуемой величины при малом напряжении источника тока;

•наличие индуктивно связанной с катушкой вторичной обмотки позволяет обеспечить гальваническую развязку выхода аппарата.

Исейчас, но уже на современном уровне, используются катушки индуктивности для формирования "фарадических токов" (хотя подобные импульсы получают и другими способами, без катушки); и достоинства аппаратов, упоминавшихся выше, также сохранили своё значение.

46

В 1880-х годах появляются генераторы для выработки электроэнергии. Для электросети генераторы переменного тока вырабатывают электрические колебания синусоидальной формы, низкой частоты (50 (60) Гц). Непрерывный синусоидальный сигнал сам по себе не адекватен электрофизиологическим процессам живого организма.

Но для медицины неадекватность не всегда есть препятствие. Уместно вспомнить, что яды в определённых дозах используются для лечебных целей и, образно выражаясь, самолёт летает не так как птица. В начале ХХ века были попытки использования электрического сигнала электросети с лечебными целями и он был отвергнут как неадекватный, но позже, с появлением возможностей преобразования электрических сигналов в другие формы, стал применяться в преобразованном виде. Преобразование, позволившее применять синусоидальный ток для лечебных целей, называется "выпрямление": превращение двуполярного синусоидального сигнала сети в однополярные пульсации в виде полусинусоид (слегка искажённых выпрямителем). Преобразованные токи получили два названия: диадинамические токи, токи Бернара (1946г, впервые предложил использовать токи такой формы для лечения). Лечение этими токами получило название диадинамотерапия, этот вид терапии существует и в настоящее время.

Рис.3.1. "Индукционный санный аппарат Э.Дюбуа-Реймона" - первый универсальный электростимулятор

С появлением радиоэлектронных генераторов синусоидальных колебаний с широким диапазоном частот, для лечения стали применять и синусоидальные колебания – как в чистом виде, так и с различного рода модуляциями.

В начале ХХ века появилась первая электронная лампа, в 60-70-х гг. началось бурное развитие полупроводниковой электроники, последние десятилетия интенсивно внедряются компьютерные технологии.

Всё это дало возможности простыми способами получать электрические сигналы различных форм и параметров: контролировать, управлять, регистрировать и обрабатывать сигналы. Интегральные микросхемы позволили существенно уменьшить габариты и вес устройств. Всё это в свою очередь позволило

47

создавать аппаратуру более высокого уровня сложности, с более широкими функциональными возможностями.

Несмотря на бурное развитие технологий, способствующих созданию более совершенной аппаратуры для электростимуляции, электростимуляция, как направление, развивается медленно. Несмотря на преклонный возраст, имеется много проблем и недостаточно разработанных вопросов. Виной этому чрезвычайная сложность биологических структур; не совсем ясные механизмы функционирования; затруднения с точным и всеобъемлющим описанием процессов, в них происходящих.

Прежде чем обсуждать аппаратуру, необходимо кратко отметить характерные особенности биологических структур; на техническом языке – это нагрузка аппаратов и её характеристики определяют параметры выходных сигналов аппаратуры.

3.3Характерные особенности биологических структур, как нагрузки электростимуляторов

Электростимулятор подключается к телу человека с помощью, чаще всего, накладных электродов и нагрузкой аппарата, в принципе, является всё тело человека. Но существенное влияние электрический ток оказывает на тех участках его прохождения, где плотность тока имеет достаточную, значимую для данного участка величину; практически непосредственное влияние тока ограничивается зонами вблизи электродов.

Участок тела между электродами – это объёмный проводник неоднородной структуры с различными средами (плотные образования, жидкие среды).

Вспомним, что электричество – это совокупность явлений, в которых проявляется существование, движение и взаимодействие заряженных частиц, а электрический ток – это упорядоченное (направленное) перемещение и смещение заряженных частиц (электронов, ионов и других носителей зарядов) и заряженных макроскопических тел. С этих позиций интерес представляют следующие особенности объёмного проводника между электродами.

•Наличие различных веществ разнообразного вида - атомы, молекулы различной степени сложности, ионы, радикалы. И вся эта масса вещества активно участвует в физико-химических процессах жизнедеятельности.

•Наличие таких сложно организованных образований как клетки, следующих после молекул структурных единиц материи, элементарная структурная и функциональная основа всех живых организмов.

•Наличие специфически организованных тканей: нервные и мышечные ткани; кровеносные и лимфатические сосуды; поверхностные мембраны клеток, нервных и мышечных волокон.

•Рецепторные поля кожи.

•Возбудимость нервно-мышечных тканей с различными порогами возбуждения. Помимо естественно протекающих процессов возбуждения, обеспечивающих функционирование организма, с помощью электрического тока

48

можно вызвать искусственное возбуждение, если сила тока превзойдёт определённое пороговое значение.

•Характерные реакции биологических структур на внешнее воздействие: адаптация, торможение (отторжение воздействия), утомление, истощение.

•"Встроенность" стимулируемого участка анатомически, физиологически и функционально в жизнедеятельность целостного организма.

•Наличие на всех уровнях организации живого (молекулярном, клеточном, отдельных органов, функциональных систем и целостного организма) систем регулирования с обратной связью, обеспечивающих саморегуляцию процесса жизнедеятельности.

•Отдаленный по времени результат воздействия.

•Трансцендентное влияние таких факторов как воля, психологическое состояние.

•Сопротивление электрическому току биологических структур состоит из активной и емкостной составляющих; наличие индуктивной составляющей не обнаружено.

•Определённая электрическая структура участков тела, формируемая различными концентрациями несущих заряды частиц, мембранными потенциалами, локальными электрическими токами и находящаяся в состоянии динамического равновесия.

Следует учесть, что перечисленные особенности – это качественные характеристики, есть ещё и количественные градации этих характеристик.

3.4Характеристики электрических сигналов для низкочастотной импульсной электростимуляции

Из всех характеристик аппаратов для электростимуляции выделим в первую очередь те, которые непосредственно влияют на результаты электростимуляции: это в основном характеристики электрических сигналов и некоторые характеристики электродов для подведения сигналов. Во вторую очередь укажем на характеристики, способствующие проведению процедур. Назовём их условно-сопутствующие характеристики.

Остальных характеристик, определяющих особенности аппаратов как технических устройств, касаться не будем.

Методические указания и инструкции по применению аппаратов для различных целей - не тема настоящей главы.

Приводимые ниже характеристики присущи множеству аппаратов, каждый же аппарат в отдельности обладает частью этих характеристик в различных комбинациях. Приведённые характеристики носят качественный характер. Диапазоны их количественных значений, присущие массиву аппаратов, малоинформативны, ибо в каждом отдельном аппарате определённые количественные характеристики одного параметра сигнала увязаны с количественными характеристиками других параметров и важна именно конкретная комбинация.

49

Количественные характеристики использовавшихся аппаратов, приведены в соответствующих главах книги.

Характеристики сигналов электростимуляции.

1. Базовый тип сигнала.

–импульсы (видеоимпульсы),

–импульсы и пульсации с использованием синусоидальных токов,

–электрический шум с определённым спектром частот (выбросы по амплитуде играют роль импульсов).

2. Форма импульса.

Используются импульсы прямоугольные (с крутыми фронтами), импульсы с линейными или экспоненциальными передними и задними фронтами, пилообразные и треугольные импульсы. Импульсы могут быть однополярные (монополярные) и двуполярные (биполярные). Биполярные в свою очередь могут быть симметричные и асимметричные.

3. Временные характеристики импульса.

Сюда входят длительность/ импульса, длительность переднего и заднего фронтов. Для биполярного импульса временные характеристики относятся к каждой (однополярной) части импульса.

4. Частота следования импульсов.

5. Частота синусоидальных колебаний.

6. Частота пульсаций синусоидальных колебаний.

7. Скважность следования импульсов (отношение длительности периода следования импульсов к длительности импульса).

8. Уровень (амплитуда) импульсных сигналов и его частей в случае биполярных импульсов.

9. Соотношение амплитуда/порог возбуждения нервно-мышечных структур. Этот параметр определяет режимы подпороговой, пороговой и сверхпороговой стимуляции.

10. Постоянная составляющая импульсных сигналов.

11. Энергия сигнала электростимуляции.

Достижение результата при минимальной энергии сигнала – один из показателей оптимальности сигнала.

12. Характер последовательности импульсов Последовательность может быть непрерывной и прерывной; в последнем

случае пачки импульсов разделены паузами без сигналов. Суммарная длительность пачки импульсов (возбуждение) и паузы определяет цикл "возбуждениепауза".

13. Длительность цикла "возбуждение-пауза".

14. Соотношение длительности возбуждения к длительности паузы.

15. Изменение полярности во времени.

Полярность может быть неизменной или изменяться на каждом последующем импульсе или цикле, или через определённый отрезок времени.

50

16. Модуляция параметров сигнала.

Чаще всего используется модуляция амплитуды, частоты следования и длительности импульсов, какпо одному параметру такив сочетании сдругими.

17. Параметры сигнала модуляции.

Форма сигнала - треугольник, трапеция, синусоида и др. Временные параметры: длительность сигнала и его фронтов, период повторения сигнала. Глубина модуляции для синусоидальных сигналов.

18.Сменагруппыпараметровсигналачерезопределённыеотрезкивремени.

19.Тип выхода источника сигнала (аппарата).

Генератор тока, генератор напряжения, с регулируемым выходным сопротивлением.

20.Число каналов электростимуляции.

21.Чередование импульсов в различных каналах.

Синхронные, с временным сдвигом, независимые последовательности.

22. Тип развязки каналов.

Гальваническая, временная, комбинированная/ .

Разделение параметров на общие для всех каналов и на индивидуальные. Характеристики координированной работы каналов (структура многока-

нального сигнала).

Размещение пачек импульсов и пауз в пределах цикла на каждом канале, установка и регулирование амплитудных, временных и фазовых соотношений сигналов на различных каналах. Источники исходной информации для формирования структуры многоканального сигнала: анатомические данные о координированной работе стимулируемых структур, миографические портреты движения, специально разработанные структуры под определённые цели (для коррекции двигательных навыков, например).

25. Характер подведения сигнала к стимулируемой зане.

Возможно подведение двумя электродами либо одним электродом (второй электрод общий для всех каналов).

26. Площадь электродов.

Позволяет установить требуемую плотность тока. 27. Различные формы электродов.

Специальные формы электродов позволяют избирательно воздействовать на мелкие мышцы, на биологически активные точки, обеспечивать подведение сигнала в полости тела, проведение массажа (подвижные электроды).

Перечислимые значимые характеристики сигнала электростимуляции – это только качественная сторона. Каждая из характеристик имеет и количественное значение в широком диапазоне величин; количественное значение устанавливается либо фиксированное, либо изменяемое вручную, либо изменяется автоматически по программе или по цепям обратной связи.

Сопутствующие характеристики аппаратов.

1. Защита пациентов от некомфортных воздействий.

– "Защита от введенной ручки". Без такой защиты, если регулятор амплитуды не выведен в положение нулевого уровня сигнала, то с началом процедуры электростимуляции на электроды сразу поступает рабочая амплитуда сиг-

51

нала, чего пациент не ожидает и плохо это воспринимает. "Защита от введенной ручки" этого не допускает.

– "Защита от размыканий внешней цепи".

В процессе процедуры электростимуляции возможны размыкания цепи подвода сигнала с последующим замыканием, что вызывает дискомфорт. "Защита от размыканий внешней цепи" предотвращает повторное, после размыкания, появление сигнала.

– Защитаотпревышения выходным сигналомопределённогоуровня.

2.Всевозможные индикации – световые цифровые, буквенные, графические, звуковые, стрелочные. Индицировать, в принципе, можно всё. Наиболее типовые индикации:

–Включение источника питания.

–Формы стимулирующего сигнала.

–Основные параметры стимулирующего сигнала.

–Прохождения тока во внешней цепи.

–Номера режимов, программ.

–Начала процедуры.

–Длительность проведения процедуры (сеанса).

–Число циклов "возбуждение-пауза" за сеанс.

–Срабатывание защиты пациента.

–Состояние батарей источника питания.

–Поглощённая пациентом энергия.

–Окончания процедуры.

3.Использование компьютерных технологий для обработки, хранения информации.

4.Число мест проведения процедур.

Увеличение числа рассредоточенных мест проведения процедур обеспечивает централизованный электростимулятор. Специфика работы такого аппарата заключается в том, что выходной сигнал аппарата по магистрали (подобие электросети) подводится к множеству мест, снабжённых лишь выносными блоками для регулировки амплитуды сигнала (остальные параметры сигнала задаются в централизованном аппарате).

5. Комфортность (безболезненность) электростимуляции. Комфортность определяется параметрами сигнала и в некоторой степени

электродами.

3.5Аппаратура для низкочастотной импульсной электростимуляции. Современные тенденции развития. Классификация

Электрический ток с теми характеристиками, которые рассмотрены выше, адекватен биологическим структурам и электрофизиологическим процессам организма. Поэтому нет практически ни одного органа, функциональной системы организма, к которым не "примерялась" бы электростимуляция.

52

Априорно можно сказать, что электрический сигнал любых форм и параметров (в диапазоне терапевтических интенсивностей, разумеется) окажет влияние на физико-химические и физиологические процессы биологических структур.

Поскольку параметров сигнала очень много, а функционирование органов и систем организма сложно и многообразно, то тут, образно выражаясь, “возможны варианты”. Что и наблюдается.

Если учесть за последние 50 лет модели аппаратов, обозначившиеся тем или иным способом: на рынке медицинской техники, на специализированных выставках, в различных публикациях, заявленных как изобретения, но ждущих своего воплощения – то счет пойдет на сотни.

Возникает вопрос – какие силы порождают это многообразие. Попробуем ответить. Отметим некоторые факторы влияния.

1.Человеческий фактор

Вразличных подразделениях, занимающихся разработкой и внедрением электростимуляционной аппаратуры, под крышами ВУЗов, НИИ, фирм производителей есть "мозговые центры", где малочисленные группы специалистов влияют на ход событий, исповедуя свои, различающиеся по группам, концепции развития "опекаемого направления".

ВКиеве, например, где, пишутся эти строки, на базе коллектива, начавшего в начале 60-х годов работы по электростимуляции на единой платформе, выделились три группы, исповедывающие и по сей день существенно отличающиеся подходы к проблемам электростимуляции.

Для возникновения разнообразных концепций есть благоприятная почва, даже если судить по тому, что было высказано ранее. Успехи есть во всех группах и, в конечном итоге, любые результаты способствуют движению в направлениивыявленияоптимальныхрежимовисозданиюоптимальной аппаратуры.

2.Области и цели применения элетростимуляции

Впоследние десятилетия отмечаются успешные или имеющие тенденцию к успеху попытки применить электростимуляцию в различных сферах человеческой деятельности и с целями, выходящими за рамки электротерапии. Уже название некоторых характерных областей использования ЭС и целей, которые стремятся достичь с помощью электростимуляции, показывает, что для удовлетворения обозначенных потребностей нужна аппаратура с различной совокупностью параметров сигнала, различного конструктивного исполнения, набора принадлежностей и методического обеспечения.

Характерные области использования электростимуляции:

•специализированные больницы,

•полевые госпитали,

•космические станции,

•мобильные группы (геологи, туристы и др.),

•тренировочные центры различных видов спорта,

•некоторые виды производственной деятельности,

53

•салоны, специализированные на эстетике тела и косметических услугах,

•индивидуальные пользователи.

•Помимо перечисленных областей необходимо отметить оздоровительные, восстановительные, тренировочные и эстетические цели:

•повышение общей сопротивляемости организма неблагоприятным фактором среды обитания,

•компенсация дефицита естественных факторов (при ограниченной подвижности и при отсутствии гравитации),

•повышение выносливости, работоспособности,

•снятие усталости, ускорение восстановления,

•спортивные тренировки,

•улучшение эстетики тела.

3. Научно-технический прогресс

Научно-технический прогресс неумолимо делает свое дело: любое очень хорошее изделие делают еще чуть-чуть лучше. Но важно знать в какой плоскости это происходит.

Выше были рассмотрены значимые характеристики аппаратуры, непосредственно определяющие результаты электростимуляции, назовем их характеристиками первого ряда; сопутствующие характеристики, способствующие более эффективному проведению процедур, назовем их характеристиками второго ряда; не рассматривались характеристики, определяющие чисто технические особенности аппаратуры, назовем их характеристиками третьего ряда – сюда можно отнести такие характеристики: характер источника питания (сетевой, батарейный, комбинированный), длительность работы от одного комплекта батарей, надежность, конструктивные особенности, удовлетворение эргономических и эстетических требований, материалы для изготовления аппаратуры, электродов, систем фиксации электродов и другие характеристики.

"Давление" научно-технического процесса ощущается в основном на характеристики второго и третьего ряда. Появляющиеся новые по виду аппараты по своей функциональной сути могут оказаться и оказываются старыми приборами в новой упаковке.

Разрешение ряда проблем, затрагивающих характеристики первого ряда, могло бы способствовать появлению новой по своей сути аппаратуры, в полном смысле аппаратуры нового поколения.

Примеры таких проблем: диагностика сообразно целям электростимуляции, выбор контролируемых параметров биологических структур, выработка обобщенных показателей путем обработки контролируемых параметров, предсказание по сдвигам контролируемых параметров и обобщенных показателей близких и отдаленных по времени последствий электростимуляции, выбор управляемых параметров и режимов.

Разрешение этих вопросов способствовало бы созданию более эффективной аппаратуры с обратными связями, с адресным воздействием на определенные биологические структуры и физиологические процессы самонастраивающейся аппаратуры.

54

4. Рынок и мода

Производители иных технических новинок с завидной настойчивостью внедряют их где только можно, в том числе и в электростимуляторы. Новинки затрагивают характеристики второго и третьего ряда, но не вносят что-то нового, а являются дополнением к уже имеющимся либо одно хорошее техническое решение подменяют другим. Новизна лишь в повышении цены аппарата.

Примеры таких новшеств: звуковые сигнализаторы в дополнение к световым, включение голосом, магнитные карточки, вычурные конструкции аппаратов, электродов, систем фиксации электродов.

Характерная ситуация: при обсуждении характеристик разрабатываемого аппарата заказчик высказывает пожелания чтобы на передней панели было побольше всяких световых индикаторов, но не может ответить, какую информацию нужно индицировать; чтобы аппарат был как-то связан с компьютером, но что, как, и зачем обрабатывать на этом компьютере не представляет.

Классификация

Общепризнанная классификация низкочастотных импульсных электростимуляторов на современном этапе развития не сформировалась. Известные классификации несут отпечаток явно выраженного субъективного подхода.

Предлагаемая классификация – это попытка подойти к этому вопросу с других позиций.

Отличительной особенностью любого раздела техники, науки или практической деятельности является использование специальных терминов и понятий, из которых складывается профессиональный язык, необходимый для однозначной трактовки описываемых явлений, для совершенствования формализации терминологии и для составления официальных документов профессионального характера (публикации, отчеты, периодические документы). Более того, объективный анализ фактического состояния ситуации и сопоставление этих результатов с аналогичными в других регионах возможен только при условии использовании однозначно трактуемых классификационных терминов, используемых для обозначения какого-либо параметра, события, действия или состояния. Применительно к электростимуляции – как к мультидисциплинарному разделу биологии существует настоящий хаос в терминах и понятиях, относящихся и к электростимулирующим устройствам (ЭСУ). Такое состояние требует хотя бы краткого комментария к классификации ЭСУ.

Прежде всего нужно подчеркнуть, что классифицировать – означает провести разделение по группам, разрядам, классам с целью создания закономерно расположенных и находящихся во взаимной связи частей.

Разделение с сохранением взаимной связи частей предполагает использование терминов с однозначной трактовкой и единой смысловой сущностью такихтерминов.

Классификация проведена по трем критериям, которые дополняют друг друга (рис. 3.2):

•базовый сигнал электростимуляции,

•назначение электростимуляторов,

•технические особенности электростимуляторов.

55

Низкочастотные импульсные электростимуляторы

Классификация по назначению.

Характерной особенностью аппаратуры для исследований является повышенная точность установки параметров сигналов, измерение и контроль сигналов, возможности регистрации и обработки информации. Эти особенности касаются как аппаратуры для электрофизиологических исследований, так и для электростимуляции.

Особенности аппаратуры для лечебных целей вызваны тем, что для больных характерны более широкий разброс характеристик органов, тканей и функциональных систем организма, чем для здоровых людей.

Поэтому аппаратуру для лечебных целей отличает более широкая совокупность параметров и большие диапазоны их значений. В многоканальных аппаратах для лечебных целей, например, на каждом канале требуется большее число независимых (индивидуальных) регулировок параметров. Структуры многоканального сигнала для корректировки нарушенных двигательных актов должны быть более разнообразны, тогда как в стимуляторах широкого применения для моделирования двигательного акта можно ограничится усредненным портретом движения.

Аппаратура для лечебных целей применима для здоровых людей, тогда как аппаратура для широкого применения не всегда имеет достаточные характеристики для определенных лечебных целей.

Все вышесказанное в полной мере относится к универсальным электростимуляторам, аппаратам стационарного типа с широким диапазоном функциональных возможностей.

Специализированная аппаратура имеет определенные характеристики для узконаправленных целей, может быть выполнена в портативном исполнении, что бывает принципиально важно.

Примером специализированных аппаратов, как по характеристикам так и по конструкции, могут служить кардиостимуляторы. Хорошо изученные принципы работы сердца, освоенные методы регистрации и анализа биопотенциалов, отражающих работу сердца (кардиограмма) и позволяющие оценить нарушения в работе, дали возможность четко сформулировать и определить пути решения задачи компенсации нарушений в работе сердца. Каордиостимуляторы имеют свою классификацию, один из критериев классификации - особенности технических решений аппаратов.

Другим примером ярко выраженной специализации может служить электростимулятор желудочно-кишечного тракта в виде капсулы для глотания. Направление электростимуляции желудочно-кишечного тракта активно разрабатывается, известны специализированные аппараты и другого типа.

Наблюдаются тенденции специализации аппаратуры для электросна, электроаналегезии, для стимуляции мочевого пузыря, опорно-двигательного аппарата, в акушерстве.

На рисунке 3.2 различные специализированные аппараты условно обозначены номерами 1,2…n.

57

Аппаратуру для широкого применения можно было бы назвать аппаратурой для практически здоровых людей. Отсюда и преимущественное использование для профилактики, тренировки спортсменов, повышения сопротивляемости организма влиянию вредных факторов, снятия утомления и т.п.

Но и здоровые люди на короткий период периодически попадают в разряд больных. Для несложных заболеваний при наличии электростимулятора широкого применения можно проводить лечение в домашних условиях, руководствуясь рекомендациями инструкции по применению аппарата либо по указанию врача.

Аппаратура общего назначения – это упрощенный вариант универсальных аппаратов для лечения. Аппаратура специального назначения может отличаться от аппаратуры общего назначения меньшей совокупностью параметров сигнала, конструкцией, набором специальных электродов.

К разряду аппаратов специального назначения можно отнести аппараты для использования в космосе, для тренировки спортсменов различных видов спорта, экспедиций, индивидуальных противоболевых аппаратов и др.

На рисунке 3.2 различные аппараты специального назначения условно обозначены 1,2…n.

Классификация по техническим особенностям.

Учтены наиболее характерные особенности, хотя можно использовать и более широкий спектр признаков.

Аппаратура, применявшаяся для описанных в книге исследований и практического использования, классифицируется по предложенной классификации таким образом.

•Базовый сигнал – импульсы (видеоимпульсы).

•Назначение – для широкого применения, общего назначения.

•Технические особенности – многоканальная, управляемая в ручную.

Взаключении можно сказать, что электростимуляция по сей день – это в большой степени эмпирический интуитивно-творческий подход к решению задач, как со стороны медиков, так и со стороны разработчиков аппаратуры.

3.6Общие положения методики МЭСМ

Воснову метода многоканальной электростимуляции положено максимальное приближение параметров стимулирующих сигналов к физиологическим, сводящим к минимуму явления дискомфорта. Этот метод позволяет приводить в активное состояние нервно-мышечные структуры человека с учетом функционально-временных соотношений и дозирования нагрузки.

Вотличие от одноканальной электростимуляции МЭСМ дает возможность задать различную силу, продолжительность и объем сокращения не одной мышце, а ряду мышечных групп, с учетом пространственно-временных и функциональных соотношений, моделирующих те или иные двигательные акты, например, ходьбу. Следовательно, МЭСМ позволяет различным мышцам

58

в определенной последовательности выполнять дозированную работу, что является своеобразным аналогом физической тренировки.

В настоящее время сформировалось два вида методики проведения МЭСМ: пассивная и активная. При пассивной МЭС напряжения и расслабления мышц происходят без волевых усилий пациента, т.е. пассивно. Пассивная ЭС используется в основном в терапевтических целях (для улучшения кровообращения, лимфотока, предотвращения атрофии, для релаксации мускулатуры и др.). Активная или функциональная МЭС применяется с реабилитационными целями, для укрепления мышц или повышения силы, восстановления навыков движения, а также для повышения функциональных возможностей двигательного аппарата здоровых людей.

Рис. 3.3. 6-и канальный электростимулятор фирмы Biometer с комплектом электродов

Подавляющее большинство методик пассивной и активной МЭС проводится с использованием поверхностных электродов.

Длительное время проблеме электродного обеспечения не уделялось должного внимания и сейчас это является самым слабым технологическим звеном метода МЭС.

Аппараты для МЭС и ФЭС различных фирм снабжаются одноразовыми или длительного пользования электродами различной конфигурации, размеров, изготовленных из различных композитов.

59