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

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.

Количественные характеристики использовавшихся аппаратов, приведены в соответствующих главах книги.

50

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.

16. Модуляция параметров сигнала.

Чаще всего используется модуляция амплитуды, частоты следования и длительности импульсов, как по одному параметру так и в сочетании с другими.

17. Параметры сигнала модуляции.

51

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

18.Смена группы параметров сигнала через определённые отрезки времени.

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

–"Защита от размыканий внешней цепи".

52

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.

– Защита от превышения выходным сигналом определённого уровня.

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.

Априорно можно сказать, что электрический сигнал любых форм и параметров (в диапазоне терапевтических интенсивностей, разумеется) окажет вли-

53

яние 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 направлении выявления оптимальных режимов и созданию оптимальной 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,

салоны, специализированные на эстетике тела и косметических услугах,

54

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 по-

движности 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.

55

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 таких терминов.

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

базовый сигнал электростимуляции, назначение электростимуляторов, технические особенности электростимуляторов.

56

Низкочастотные импульсные электростимуляторы

57

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.

58

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

59