Разработка структурной и принципиальной схемы автоматизированной системы для измерения электрокожного сопротивления

http://www..ru/

Введение

В последнее время электропунктура привлекает все большее внимание врачей различных специальностей, активно расширяя арсенал диагностических и лечебных приемов. Базируясь на принципах традиционной восточной медицины, основанных на системном подходе к организму человека как цельной биологической функциональной системе, неразрывно связанной с окружающей средой, электропунктура позволяет взглянуть на причинно-следственные связи многих заболеваний.

Из всех методов рефлексодиагностики наибольший интерес представляют метод Накатани и метод Фоля. Первый позволяет найти энергетический уровень пациента, его физиологический коридор и отклонения подсистем человеческого организма в сторону гиперили гипофункции. Все это дает возможность нарисовать полный диагностический портрет конкретного пациента и провести интерпретацию его состояния. Метод Фоля позволяет не только расширить диагностические возможности, но и проводить лекарственное или гомеопатическое тестирование.

В инженерно-психологических и медико-биологических исследованиях, особенно при оценке уровня психоэмоциональной напряженности оператора (пациента), широко применяются электрофизиологические показатели состояния человека по методу Фере и Тарханова. Так, кожно-гальваническая реакция (КГР) широко используется для изучения вегетативной нервной системы, определения особенностей психофизиологических реакций и исследования черт личности.

В данной работе рассмотрены аналогичные устройства, которые могут быть использованы для проектирования аппаратной части прибора, а также методика измерения сопротивления кожи в точках акупунктуры (ТА). Рассмотрение структурной схемы данного устройства, а также синтез его поблочно значительно упростит его изготовление.

Целью работы является разработка структурной и принципиальной схемы автоматизированной системы для измерения электрокожного сопротивления. Изготовление такой системы позволит провести исследование ЭКС в точках акупунктуры в процессе работы на компьютере.

1. Методики измерения сопротивления кожи

1.1 Метод Фере и Тарханова

1.1.1 Электрокожное сопротивление как показатель состояния человека

В инженерно-психологических и медико-биологических исследованиях, особенно при оценке уровня психоэмоциональной напряженности оператора (пациента), широко применяются электрофизиологические показатели состояния человека. Так, кожно-гальваническая реакция (КГР) широко используется для изучения вегетативной нервной системы, определения особенностей психофизиологических реакций и исследования черт личности.

Первым, кто обратил внимание на потенциалы кожи, был наш соотечественник И. Р. Тарханов. Он первым обнаружил изменение электрических явлений в коже человека при раздражении органов чувств и различных формах психической деятельности, о чем он до ложил 22 апреля 1889 г. на заседании Петербургского общества психиатров и невропатологов: «…течение, хотя бы и мимолетное, почти всех форм нервной деятельности, начиная от простейших чувств, ощущений и кончая умственными операциями и волевыми разрядами, сопровождается усиленной деятельностью кожных желез челове ка».

И.Р.Тарханов установил, что любое раздражение, нанесенное человеку, через 1 — 10 сек. латентного периода вызывает сначала легкое и медленное, а затем все ускорявшееся отклонение зеркала галь ванометра, часто выходящее за пределы шкалы. Это отклонение иног да продолжается еще несколько минут по прекращении действия раздражителя. Постепенно зеркало гальванометра возвращается в исход ное положение.

Тогда же было замечено, что электрические явления в коже человека резко усиливаются при мнимом воображении ощущения, при абстрактной умственной деятельности, при возбуждении нервной системы, при утомлении. По Тарханову, причина колебаний КГР заключается в усилении нервной активности человека, что сопровождается повышением секреции пота и проявляется в возникновении гальванического тока на поверхности кожи. Роли секреции потовых желез в генезе КГР посвящено большое количество работ. Также зафиксировано, что кожно-гальваническая реакция не регистрируется на участках тела, анатомически не имеющих потовых желез (красная кайма губ и др.)

Изучение потенциалов кожи в условиях клиники показало зависимость кожных потенциалов от состояния вегетативной нервной системы и возможность суждения по электрическим показателям кожи о целом ряде различных особенностей протекания патологических процессов.

В 1962 г. в США запатентована система для сигнализации при потере бдительности оператором. Она основана на изменении электрического сопротивления кожи поверхности ладони. Это сопротивление резко увеличивается (в три раза) при высокой температуре тела, во сне или в нетрезвом состоянии.

Аналогичное устройство применяется во Франции для определения степени трезвости водителей автомашин. Электроды вмонтированы в рулевое колесо, и при опьянении водителя двигатель завести невозможно.

Интересные записи были получены в момент пробуждения космонавтов — падение сопротивления кожи совпадает с открыванием глаз.

Импеданс кожи меняется во время еды. В зависимости от времени дня проводимость кожи увеличивается к полудню и достигает максимума, а затем, к вечеру, падает. На дневной ритм накладываются психофизиологические влияния. Сопротивление увеличивается с возрастом, независимо от пола.

Некоторые исследователи не без успеха применяли анализ кожных потенциалов для определения беременности, для диагностики и прогноза раковых заболеваний.

КГР можно использовать для подбора людей, выполняющих определенные задачи, и для контроля за состоянием оператора перед работой повышенной трудности. Есть закономерности, проявлявшиеся в виде статистического подобия действий различных людей в одинаковых условиях при решении одинаковых задач.

Однако практически во всех работах отмечается, что существенная зависимость физиологических норм от индивидуальных особенностей пациента позволяет надежно диагностировать только резко выраженные изменения состояния, такие как шок, гипоксия и т. п. Установлено, что сопротивление кожи колеблется в пределах от 10 кОм до 2 МОм. Так, ЭКС лица и тыла кисти находится в пределах от 10 до 20 кОм, кожи бедра — 2 МОм, ладони и подошвы — от 200 кОм до 2 МОм.

Поэтому наибольшую диагностическую ценность имеют не абсолютные значения сопротивления, физиологические нормы которого значительно варьируются для разных индивидуумов, а анализ динамики кожно-гальванической реакции, или, что-то же самое, относительное изменение электрокожного сопротивления в зависимости от навязанного режима работы.

Согласно теории генеза кожно-гальванической реакции секреторная деятельность потовых желез тесно связана с активностью нервной системы человека. Активация психомоторных функций вызывает обильное выделение пота, и сопротивление кожи падает. При обратном течении процесса пот поглощается, и сопротивление кожи растет. Причем первое состояние ЦНС принято называть концентрацией, а второе — релаксацией.

Анализ динамики электрокожного сопротивления привлекателен для исследования также и с практической стороны. Это:

· отсутствие влияния постоянного сопротивления элемента «электрод-кожа» в измерительной цепочке. Система «электрод-кожа» представляет собой комплексное сопротивление и значительно влияет на результаты конечных измерений. Для его уменьшения необходимо использовать специальные электроды и смачивание поверхности контакта электрода с кожей токопроводящим раствором. При измерении относительного изменения сопротивления эта постоянная величина вычитается и не влияет на результаты, поэтому нет необходимости использовать специальные средства измерения;

некритичность к постоянной погрешности измерения, обусловленной техническими характеристиками средства измерения. Такие требования существенно снижают стоимость технических средств, применяемых для измерения ЭКС;

отсутствие влияния внешних факторов на показания измерения, таких как температура окружающей среды, помехи от бытовых электрических приборов и т. д. Все постоянные помехи в результате измерения самовычитаются;

низкие требования к персоналу, принимающему участие в процессе измерения. Нет необходимости в навыках нахождения биологически активных точек. Электроды можно накладывать на любые участки кожи пациента.

Изолируясь от абсолютных значений ЭКС и принимая за физиологическую норму рост сопротивления в фазе релаксации и уменьшение сопротивления в фазе концентрации, можно строить объективную картину психофизического состояния человека.

1.1.2 Открытие кожно-гальванического рефлекса

Существуют два метода регистрации кожно-гальванических реакций: по Тарханову (регистрация электрических потенциалов кожи) и по Фере (регистрация электрического сопротивления кожи). Оба метода, как показатели состояния организма, дают идентичные результаты, только латентный период изменения сопротивления кожи несколько выше, чем при изменении потенциалов кожи.

Таблица 1.1 — Методы исследования электрической активности кожи

Возникновение электрических потенциалов кожи впервые в мире исследовал русский физиолог, знаток «животного электричества», ученик И. М. Сеченова, Иван Романович Тарханов. В мировой литературе этот метод носит название феномена Тарханова и заключается в усилении гальванических явлений в коже человека при раздражении органов чувств и различных формах психической деятельности. В. П. Горев отмечает, что, как и многие другие открытия наших отечественных ученых, феномен Тарханова должным образом не был освещен в зарубежной литературе. Наоборот, он был оттеснен появившимся через 20 лет (1909 г.) так называемым «психогальваническим рефлексом» Верагута. Метод О. Верагута не отражает биоэлектрических изменений, возникающих в коже, а регистрирует результаты поляризационных процессов при включении в цепь (пропускание через кожу) постоянного тока напряжением в несколько вольт, что искажает суть явления.

Первым, кто обратил внимание на потенциалы кожи, был Дюбуа-Реймон. На изолированной коже лягушки он показал, что ее электробиотоки по своей величине превосходят даже нервные и мышечные.

И.Р.Тарханов заметил, что электрические явления в коже человека резко усиливаются при мнимом воображении ощущения, при абстрактной умственной деятельности, при возбуждении нервной системы, при утомлении.

Стационарная разность потенциалов кожи равна 10 — 20 мВ на расстоянии 1 см между электродами. При раздражении могут наблюдаться колебания до 100 мВ и более.

Исследование «животного магнетизма» привело Р. Вигуру к измерению сопротивления кожи при прохождении электрического тока. Этой методикой с успехом воспользовался У. Фере и в 1888 г. с ее помощью впервые систематизировал связи между сенсорными ощущениями и эмоциями, с одной стороны, и колебаниями кожного сопротивления — с другой.

Инженер Мюллер в 1904 г., проверяя чувствительность сконструированного им гальванометра, решил вместо омического сопротивления подключить человека. При этом он заметил странное явление: стоило чем-либо воздействовать на центральную нервную систему человека, как стрелка гальванометра начинала отклоняться, как будто в цепи уменьшалось сопротивление. Мюллер обратился за советом к Верагуту, видному физиологу. Вначале Верагут думал, что это какой-то артефакт, но, ознакомившись с работами Тарханова и Фере, понял, что это явление обусловлено воздействием на нервную систему человека и назвал его «психогальваническим рефлексом».

По сути, методики Фере и Верагута — Мюллера ничем не отличаются друг от друга и призваны изучать изменения сопротивления кожи, хотя и не достигают этого, так как для измерения сопротивления жидкостей необходимо пользоваться переменным, а не постоянным током. Физики для этих целей применяют мостик Кольрауша, а не Уитстона.

Таким образом, методы изучения КГР по Тарханову и Фере принципиально отличаются друг от друга: Тарханов избегал применения постоянного тока, а Фере подключал к цепи источник постоянного тока в 2 — 4 вольта, что осложняет электрофизиологические явления поляризационными процессами.

Таблица 1.2 — Качественные характеристики методов измерения КГР

К негативным сторонам метода Фере следует отнести и то, что, пользуясь этим методом, регистрируют изменения двух видов сопротивлений: сопротивление самой кожи и контактного сопротивления электродов. Так возник вопрос о роли колебаний сопротивления кожи (СК) электрическому току при кожно-гальваническом рефлексе.

Установлено, что сопротивление кожи колеблется в пределах от 10 кОм до 2 МОм. Так, по данным Вальтера, СК лица и тыла кисти находится в пределах от 10 до 20 Ком, кожа бедра — 2 МОм, ладони и подошвы — от 200 кОм до 2 МОм. По мнению Е. Н. Брюкина, электрическое сопротивление кожи (ЭСК) в различных местах тела колеблется в пределах 0,08 — 2,5 МОм. В Институте неврологии АМН СССР в качестве нормы приняты следующие показатели для ЭСК (в килоомах); лоб — 10, шея — 35, ладонь — 20, живот — 525, бедро — 525, колени — 400. Р. И. Утямышев считает, что СК варьирует от 2 до 200 кОм.

1.2 Методика Накатани

1.2.1 Возникновение и развитие методики Накатани

В 1950 г в университете города Киото, Япония, группа исследователей под руководством профессора медицинского факультета Y. Nakatani показала, что состояние некоторых групп органов или систем организма отражается на электропроводности отдельных участков кожного покрова человека. Было установлено относительное взаимосоответствие между указанными электрически активными зонами кожи человека и точками меридианов.

Уже тогда считали, что меридианы тела человека могут использоваться как чувствительные индикаторы, сигнализирующие о наступившей опасности и ее масштабах. Y. Nakatani измеряя сопротивление кожи у пациентов, страдающих отеками почечного происхождения, обнаружил повышение электропроводности в ТА канала почек.

Позже, проверив явление более тщательно на большом количестве больных почечными заболеваниями, он получил такой же результат. У здоровых обследуемых этот феномен не наблюдался. Y. Nakatani назвал эту линию, соответствующую меридиану почек, «реодораку" — (ryodoraku, ryo — хорошо, do — электропроводность, raku — линия), т. е. линией хорошей электропроводности.

Y.Nakatani подобным образом исследовал случаи заболеваний внутренних органов и установил следующие Ryodoraku: линию, соответствующую классическому меридиану легких и появляющуюся при их заболевании; линию, соответствующую классическому меридиану желудка и появляющуюся при болезнях желудка, и т. п.

Так как точки меридиана отличаются хорошей электропроводностью и линии хорошей электропроводности, аналогичные классическим меридианам, действительно появляются при различных патологических состояниях, Y. Nakatani заключил, что меридиан представляет собой феномен Ryodoraku.

Он предположил, что этот феномен можно объяснить висцерокожным симпатическим рефлексом. Импульсы от висцеральных органов направляются в спинной мозг, где они могут переключиться на эфферентные нейроны симпатической нервной системы и таким образом воздействовать на рефлекторные зоны, которые расположены на поверхности кожи. По Y. Nakatani, Ryodoraku определяется как «функциональный путь возбуждения ряда соответствующих симпатических нервов, вызванного висцеральным заболеванием», или как «соединенный путь соответствующих реактивных электропроницаемых точек».

Y.Nakatani использует только парные меридианы и разделяет их на две группы, по шесть в каждой: ручные — обозначающиеся буквой Н (Hand) и ножные — обозначающиеся буквой F (Foot). Меридианы последовательно нумеруются или обозначаются буквенными индексами — HI, Н2, НЗ и т. д. Так, он назвал HI — легочный реодораку, F6 — желудочный реодораку и т. д. для удобства сравнения с классической системой меридианов.

Меридианы перикарда (Н2) и «тройного обогревателя» (Н5), сущность которых трудно воспринимается врачами европейской школы, были названы им сосудистый и лимфатический Ryodoraku, соответственно.

Таким образом, согласно Y.Nakatani. меридиан почек может быть назван надпочечным (adrenal) Ryodoraku, меридиан мочевого пузыря — Ryodoraku мочевой системы и т. п.

В процессе дальнейших исследований было выявлено, что феномен Ryodraku отмечается не только в связи с заболеванием органа, но и отражает его физиологические изменения, поэтому стали выделять «патологический» и «физиологический» Ryodoraku. Проводя измерение электропроводности определенных точек кожи, можно объективно установить отклонение от нормы на каждом из обследуемых меридианов (Ryodoraku).

По данной теории, патологический Ryodoraku по сравнению с другими Ryodoraku (физиологическими) обладает повышенной или пониженной электропроводностью. Считается, что если все значения электропроводности измеряемых точек находятся в физиологических границах или незначительно выступают за ее пределы, то функция вегетативной нервной системы хорошо сбалансирована.

Такие результаты, как правило, обнаруживаются у здоровых людей. У больных отмечается значительный разброс показателей от границ физиологической нормы. С улучшением состояния отмечается тенденция к нормализации.

Исследования показали, что нет необходимости каждый раз измерять электропроводность всех точек Ryodoraku, так как это очень трудоемкая работа (так, например, на меридиане мочевого пузыря их 67), а достаточно измерить электропроводность точек, названных репрезентативными измеряемыми точками. Они обладают тем свойством, что среднее значение электропроводности в этих точках равно среднему значению электропроводности всего, меридиана (Ryodoraku).

Все эти точки соответствуют дистальной группе точек акупунктуры и составлены в основном из точек-пособников (источников), являющимися одними из стандартных пунктов любого из парных меридианов.

В репрезентативных точках, предложенных Y.Nakatani. измеряется величина электрического тока в микроамперах, и результаты измерений заносятся в специальную Карту Ryodoraku.

Корпоральные меридианы (ножные) имеют свои отражения на кисти и называются бель — меридианы в Су-Джок терапии и практически не имеют расхождений с ножными меридианами.

1.2.2 Измерение сопротивления кожи по методике Накатани

До начала обследования пациент должен отдохнуть десять минут в положении сидя или полулежа. В это время врач в чашечку активного электрода закладывает увлажненный ватный или марлевый тампон.

Пациент должен быть в спокойном, расслабленном состоянии. Обследуемый берет в правую руку опорный электрод и кладет ее на колени. Левую руку он также кладет на колени ладонью вверх, максимально ее расслабив. Измерение начинают с точки тай-юань меридиана легких и последовательно продолжают до точки ян-си меридиана толстой кишки. Затем обследуемый меняет положение рук и электродов: опорный электрод перекладывает в левую руку, а правую кладет на колени ладонью вверх.

Измерения на правой руке осуществляются в той же последовательности, что и на левой.

При проведении обследования необходимо учитывать следующие правила:

· Измерения производятся без особых усилий и с равномерным давлением на кожу;

· Активный, электрод должен касаться кожи под прямым углом к измеряемой точке;

· Длительность измерения на каждой точке не должна превышать трех секунд;

· Измерение не производится сразу после физической нагрузки или после приема пищи;

· Необходимо избегать нагревания измеряемой точки;

· До начала измерения не следует часто прикасаться или давить на точку.

Результаты измерения вводятся в машину. После измерения всех 24 точек вычисляется среднее значение тока и наносится на специальную шкалу средних Карт Ryodoraku. Далее, вдоль средней линии выделяется так называемый «физиологический коридор», в пределах которого отклонения от средней линии считается нормой.

В некоторых реализациях методики выделяют второй вспомогательный коридор, в пределах которого отклонения электропроводности от физиологической нормы можно считать пограничными, то есть уже не нормой, но еще и не совсем патологией. Все остальные отклонения, выходящие за пределы второго коридора считают патологическим Ryodoraku. Если после обследования обнаруживается несколько меридианов, электропроводность в которых отклоняется от границ физиологической нормы в ту или иную сторону, то для определения диагноза необходимо учесть симптоматику по Nakatani. Если симптомы Ryodoraku объективно не определяются, то следует предполагать либо латентный период патологического синдрома, либо перенесенную ранее болезнь.

1.2.3 Фундаментальные основы диагностики по Накатани

Существует много различных систем интегральной оценки состояния организма человека в целом. Все они имеют как достоинства, так и недостатки. Наиболее удачные попытки были осуществлены на базе положений, известных из древневосточной медицины.

Одним из таких подходов и была система диагностики по Nakatani, которая получила очень широкое распространение благодаря оригинальности подхода к оценке состояния организма, основанного на идее энергетического баланса всех каналов организма. Можно считать очень удачной находкой предложение, которое было выдвинуто Nakatani и реализовано в методику.

Суть его заключается в том, что физиологический коридор нормы для конкретного организма индивидуален с одной стороны, и интегрален, с другой. Это связано с тем, что он рассчитывается из соответствующих коридоров нормы различных каналов (систем) организм конкретного человека.

Причем, измеренные показатели различных каналов нормированы по эмпирически найденным формулам, но соотнесены в целом ко всему организму. В итоге можно определить системы организма, наиболее отклоняющиеся от физиологической нормы для данного человека и требующие коррекции или лечения.

Эти результаты получены на большом количестве больных и имеют под собой значительный статистический материал, полученных как на больных, так и на здоровых пациентах.

Одним из важных и спорных вопросов для любой диагностической методики является вопрос воспроизводимости измеряемых показателей и их стабильность при воздействии собственно того же тока, который используется для диагностики.

В последнем случае важно знать насколько и как быстро изменяются параметры измеряемых величин при воздействии электрического тока на БАТ, так как для диагностики взаимная динамика измеряемых показателей в различных областях кожи имеет определяющее значение.

В данном обследовании и была поставлена, задача определить динамику электропроводности в одной точке в течение относительно длительного времени, а также оценить влияние продолжительного воздействия тока на величину показателей в других ТА.

Такое обследование было проведено под руководством директора ФНИИ им. А. А. Ухтомского, профессора И. Е. Кануникова. Обследование было проведено на 15 школьниках в возрасте 16 лет, которые на данный момент были здоровыми, т. е. не имели никаких хронических заболеваний и в течение последнего года ни разу не обращались к врачу.

До начала измерения обследуемых адаптировали в соответствии с требованиями к условиям регистрации электропроводности точек: предварительно за час до обследования их просили не пить жидкости, не есть и не курить, а за 10 мин. до начала измерения они отдыхали сидя в теплом и хорошо проветриваемом помещении. Все измерения проводили в дневное время, в промежутке между 10 и 12 часами.

После измерения электропроводности в 24 участках кожи, которые соответствовали точкам акупунктуры, используемым в методике Nakatani проводили 24 измерения в одной точке (гай-юань) канала лёгких на левой руке, а затем, соответственно, на правой. Продолжительность каждого измерения в данном случае была 2 — 2,5 с перерыв между измерениями равнялся 1,5 — 2 с.

Соответственно, контакт «активного» электрода с выбранным участком кожи (т.е. длительность воздействия электрического тока с указанными выше параметрами) был в пределах от 50 до 60 с.

Через 5 минут после окончания воздействия на точку на правой руке, проводили повторное измерение электропроводности во всех точках в последовательности, которая описана в начале методики.

В результате исследования, для отдельных точек, определяющих диагностику состояния организма, не удалось получить какую-либо закономерность в изменении электропроводности после длительного воздействия электрическим током в одну точку.

Электропроводность же в точке длительного воздействия изменяется в зависимости от индивидуальной реактивности организма обследуемого, хотя, в целом, первоначально отмечается увеличение электропроводности, затем уменьшение и стабилизация.

В данном исследовании наиболее существенное значение имеет то, что в условиях щадящей электростимуляции параметры тока в диагностических точках изменяется несущественно. Возможно это объясняется тем, что такое незначительное воздействие не вызывает значительных изменений функционального состояния организма обследуемого в целом.

При длительном воздействии на БАТ электрическим током, может существенно измениться состояние различных слоев кожи как в сторону снижения сопротивления и, соответственно, повышения ее электропроводности, так и наоборот.

Таким образом, по-видимому, текущее функциональное состояние организма и определяет исходную величину электропроводности кожи в целом. При высоких ее значениях (соответственно низком электрокожном сопротивлении) отмечается нисходящая динамика после длительного воздействия на одну точку и, наоборот, при низких значения электропроводности характерна тенденция к ее повышению.

При ее средних величинах (а таких обследуемых большинство) направленность изменений может быть разной и трудно предсказуемой, так как зависит от психофизиологической реакции обследуемых на ситуацию.

Возможно, такая динамика определяется изменением тонуса симпатической нервной системы, который существенно сказывается на тонусе кожных сосудов и на состоянии потовых желез, что, в свою очередь, меняет состояние различных слоев кожи. чем, возможно, и объясняется градиент электрохимического потенциала при длительном воздействии на БАТ.

Таким образом, полученные результаты существенно подтверждают основные положения диагностики по Nakatani.

1.3 Биофизические свойства точек акупунктуры

Акупунктурные точки обладают особыми биофизическими свойствами. Известным французским классиком акупунктуры профессором Niboye J.E.H было установлено, что:

1. В акупунктурных зонах, описанных в древнекитайской медицине, всегда имеется точка наименьшего электрического сопротивления;

2. Эти точки постоянно обнаруживаются на симметричных частях тела с точностью до 1 мм;

3. Между двумя точками одного и того же меридиана сопротивление электрическому току меньше, чем между одной из них и любой другой точкой кожной поверхности.

Член-корреспондент АМН Украины, доктор медицинских наук А. К. Подшибякин, проводивший исследования физиологических свойств ТА, установил, что для этих точек характерны гипералгезия, повышенное потребление кислорода, повышенный электрический потенциал и температура, что свидетельствует о более интенсивных процессах, протекающих в данных точках, и назвал их биологически активными точками (БАТ). В литературе имеются данные, что в ТА происходит усиленное накопление радиоактивного фосфора, наблюдается интенсивная люминесценция.

При пальпации кожи в области ТА ощущается «нежная жесткость» и «легкая липкость», что вероятно, указывает на отличное от окружающих тканей потоотделение. Кожа в области ТА всегда более чувствительна к надавливанию по сравнению с окружающими участками. При различных заболеваниях некоторые точки становятся особенно болезненными при надавливании, что может быть использовано в диагностике.

Основатель Центрального научно-исследовательского института рефлексотерапии, нейрофизиолог проф. Р. А. Дуринян отмечает, что поскольку для ТА характерна высокая концентрация рецепторных элементов, свободных нервных окончаний, нервных сплетений и нервных проводников, то рефлекторные реакции, вызываемые при стимуляции этих зон, будут более обогащенными. Стимуляция акупунктурной иглой различных периферических нервных структур обуславливает определенную модальность вызванных (предусмотренных) ощущений.

Ощущение острой локализованной боли связывают с раздражением волокон группы А, вслед за этим возникает разлитое, тупое болевое ощущение из-за вовлечения медленно проводящих нервную импульсацию волокон С. Чувство тяжести возникает при раздражении рецепторов, чувствительных к давлению, ощущение распирания — в результате изменения микроциркуляции и увеличения проницаемости, стенки сосудов, тепла — вследствие усиления микроциркуляции.

Онемение является результатом местной гипальгезии при манипулировании акупунктурной иглой. Сенсорные ощущения, описанные при стимуляции ТА, во многом сходны с ощущениями, возникающими при активации глубоких рецепторов соматосенсорной системы; рецепторы сухожилий, связок, мышц, надкостницы и рецепторов висцеральной системы.

ТА жестко связаны с анатомическими структурами тела человека, обнаруживаются с момента рождения, располагаются идентично у разных индивидуумов и сохраняются на трупе до полной мумификации. Академик медицинской АН Латвии, проф. Ф. Г. Портнов указывает на следующие функциональные особенности кожи в области ТА:

· низкий порог чувствительности;

· высокая локальная температура;

· повышенное «кожное дыхание» (хорошее усвоение кислорода на уровне точек);

· низкое электрическое сопротивление при исследовании постоянным и переменным током (20 — 250 кОм);

· большая электрическая емкость (0.1 — 1.0 мкФ);

· высокий электрический потенциал (до 350 мВ).

Эмпирически установлена и экспериментально подтверждена функциональная и топическая связь ТА с соответствующими органами и системами организма.

1.4 Биоэлектрические свойства кожи

Строение кожи во многом определяет ее электрические свойства. Наружный роговой слой, состоящий из нескольких слоев ороговевших клеток, между которыми имеется межклеточная жидкость, проникающая из глубинных структур вследствие процесса неощутимого сдавливания, с электрической точки зрения представляет собой диэлектрик с потерями.

Ороговевшие клетки эквивалентны пластинам диэлектрика. Межклеточная жидкость между ними определяет значение электрических потерь в нем. Т.к. роговой (самый поверхностный) слой имеет наименьшую электропроводность, то от его состояния в первую очередь, зависит сопротивление цепи, которое измеряют с помощью приборов.

При увеличении диффузии (проникновения) жидкости, что имеет место при повышении температуры, уменьшается сопротивление рогового слоя в продольном и поперечном направлениях, то же имеет место при работе потовых желез и выбросе из них секрета на поверхность кожи, а также при смачивании ее жидкостью.

Электрические свойства других слоев кожи (блестящего, зернистого и шиповатого), не вполне ясны. Можно предположить, что их сопротивление существенно меньше, чем сопротивление рогового слоя. Базальная мембрана (самый нижний слой кожи) исполняет роль конденсатора, поскольку она обладает избирательной проницаемостью для положительно и отрицательно заряженных ионов.

Итоговое значение заряда и установившаяся разность потенциалов на базальной мембране будут характеризовать баланс между потоком катионов, движущихся через базальную мембрану из-за лучшей проницаемости для них, и анионов, уравновешивающих этот поток при определенной напряженности электрического поля в мембране. Разность потенциалов на базальной мембране будет зависеть от функционирования биологического организма и его психофизиологического состояния.

Профессор Санкт-Петербургской Военно-медицинской Академии А. А. Марков показал, что при наложении внешнего напряжения разной полярности наблюдается изменение наклона вольтамперной характеристики (ВАХ) цепи.

Исследования точек кожи показали, что ВАХ ТА и неактивных точек кожи нелинейны, несимметричны и напоминают ВАХ полупроводникового диода. При одних и тех же значениях напряжения большие токи притекают в случае отрицательного потенциала на измерительном электроде. Величина токов, протекающих через ТА в 3 и более раз превышает величину токов за пределами ТА. При токах более 200мкА происходит необратимый «пробой» ТА, причем статическая ВАХ восстанавливается примерно через 2 суток. Сила тока увеличивается с ростом давления электрода.

2 Обзор аналогичных решений для измерения сопротивления кожи

2.1 Обзор аналогичных устройств для измерения сопротивления кожи

2.1.1 Схема измерения полного сопротивления живых тканей на импульсном токе

Новым направлением медицинской техники является построение автоматизированных микрокомпьютерных биотехнических систем (МК БТС). Разработка такой МК БТС измерения электрофизиологических параметров человека и воздействия на его биологически активные точки (БАТ) требует решения проблемы дискретного измерения сопротивления кожи в БАТ в режиме разделения реального времени для случаев покоя и движения биообъекта (БО) при минимальном влиянии тестового сигнала на состояние БО.

Рассмотрим различные подходы к измерению сопротивления, которые нашли применение в медицинской диагностике. Традиционно в реографии измерения сопротивления внутренних органов и тканей проводится на переменном токе с частотой до 500 кГц величиной до 10 мА, тогда как в рефлексодиагностике, например метод Накатани, измерения проводятся на постоянном стабилизированном токе величиной 200 мкА при напряжении на измерительных электродах до 12 В. Если в реографии сформирован единый методический подход к измерению сопротивления, то в рефлексодиагностике такого единства нет. Так, известно, что измерения в рефлексодиагностике на токе 200 мкА позволяют выявить лишь хроническую патологию, тогда как острые процессы удается дифференцировать на токе 20 мкА. Кроме того, диагностическую ценность также имеет асимметрия сопротивления БАТ и ее реактивная составляющая. Очевидно, что такое разнообразие подходов к измерению сопротивления вызвано его сложной структурой, большим диапазоном его измерения и концентрацией исследователей на его отдельных частях. Вместе с тем возможен единый подход к измерению сопротивления БО, основанный на моделировании в виде электрических схем. Известны различные эквивалентные электрические схемы живой ткани. Однако они не раскрывают основных особенностей при измерении ее сопротивления на малых токах.

Известно, что сопротивление живых тканей человека является нелинейным и сложным образом зависит от частоты, приложенного напряжения, проходящего тока и от различного рода раздражителей, действующих на человека. Зависимость сопротивления от напряжения проявляется при его величине свыше 20 В, зависимость сопротивления от тока — при его величине более 1 мкА. Сопротивление зависит также от знака проходящего тока и имеет активную и реактивную составляющие. Скорость изменения сопротивления, вызванная различными раздражителями, составляет несколько килом в минуту. Известно также, что сопротивление внутренних тканей является в основном активным, линейным и незначительно изменяется с течением времени, тогда как сопротивление кожи является нелинейным, имеет как активную, так и реактивную составляющие и подвержено значительным амплитудным колебаниям во времени. При измерении сопротивления тела человека в БАТ, обычно используют металлические электроды, которые, контактируя с кожей, поляризуются. Напряжение поляризации нестабильно во времени, оказывает воздействие на БАТ и вносит дополнительную погрешность при измерении, которую трудно учесть. Особенно большие артефакты появляются в процессе движения БО. Емкостные электроды контактируют с кожей через диэлектрик, который не вызывает явлений поляризации, потому в аппаратуре для прецизионных помехоустойчивых измерений сопротивления тела как в покое, так и в движении целесообразно использовать емкостные электроды. При этом активный электрод размещается в исследуемой БАТ, тогда как индифферентный может быть составлен из шести параллельно соединенных емкостных электродов, расположенных в шести БАТ разных меридианов одной руки. Тогда активное сопротивление кожи со стороны индифферентного электрода будет в несколько раз меньше такого сопротивления со стороны активного электрода, а емкостное — в несколько раз больше. Принципиально не представляется возможным разделить измеренное сопротивление на две части: относящееся к активному и индифферентному электродам, — однако очевидно, что при этом его величина в основном будет определяться сопротивлением со стороны активного электрода. По эквивалентной схеме «выходные каскады МКБТС — электрод — БО» происходит измерение сопротивления БО с помощью емкостного электрода на токах до 1 мкА длительностью доли секунды при напряжении до 20 В (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 — Схема для измерения сопротивления БО Здесь V — вольтметр; УГСТ — управляемый генератор стабильного тока; К — ключ, с помощью которого формируется измерительный импульс тока; Э — электрод; С_э — эквивалентная емкость, учитывающая емкостной контакт активного и индифферентного электродов; и — емкость и сопротивление кожи при прохождении через нее тока отрицательной полярности; и — емкость и сопротивление кожи при прохождении через нее тока положительной полярности; - сопротивление внутренних тканей, учитывающее их преимущественно активных характер. Обозначенные диодами нелинейные элементы в данном случае имеют бесконечно большое сопротивление при обратном смещении и бесконечно малое — при прямом. Они введены для учета асимметрии сопротивления кожи на токе разной полярности.

2.1.2 Метод для измерения поляризационной емкости биологических тканей и угла их потерь

Знание величины электрического сопротивления кожных покровов тела позволяет судить о биохимических, биологических и биофизических процессах, протекающих в организме человека, и определять биологическое состояние тканей организма. До настоящего времени не существует единого метода для измерения полного электрического сопротивления живых тканей.

Живая ткань не является конденсатором в том представлении, которое мы обычно связываем с таким прибором, но приобретает свойства конденсатора с момента наложения на нее внешней ЭДС, т. е. становится поляризационной емкостью. Биологический объект, как правило, представляет собой сложную комбинацию соединений омических сопротивлений и емкостей.

В данном методе для измерения поляризационной емкости биологических тканей и угла их потерь, через исследуемые ткани пропускается ток напряжением 100 мкВ и частотой 1000 Гц, рассматриваемый как внешний раздражитель. Поляризационная емкость тканей, так же как и емкость обычного конденсатора, вызывает сдвиг фаз между напряжением, приложенным к тканям и, проходящим через низ током. При этом угол потерь ? в угловых единицах или процентах характеризует отношение омического сопротивления тканей к емкостному сопротивлению последних и является важным параметром, характеризующим отношение солевой концентрации тканей к их поляризационной способности.

2.1.3 Прибор для определения эмоционального состояния человека

Этот прибор применяют в следственной практике. Так, установлено, что ложь и отрицание вины преступниками сопровождаются нервным напряжением, ведущим к различным физиологическим явлениям: повышение давления крови, изменение влажности (а, значит, и проводимости) кожи, сухости во рту, сглатывание слюны и т. д.

Современные устройства позволяют примерно в 85% случаях верно оценивать ответы. Устройство состоит из комплекса чувствительных измерительных элементов, подключенных к датчикам давления. Однако на практике значительно проще регистрировать изменение сопротивления кожи на кистях рук или на запястье. Электроды в виде электропроводящих полосок шириной примерно 20 мм с помощью липкой ленты прикрепляют к коже (запястья, ладони, лба) на расстоянии 10 — 15 мм. Испытуемому задают серию вопросов, на которые он должен дать ответы «да» или «нет». Расшифровав запись на самописце или по отклонению стрелки прибора, определяют реакцию организма на правильные ответы и на заведомо ложные.

Рисунок 2.2 — Схема прибора для определения эмоционального состояния человека На рис. 2.2 приведена упрощенная схема прибора, которая имеет высокую чувствительность, позволяет зарегистрировать даже слабое волнение исследуемого в случае умышленной лжи и реагирует на изменение сопротивления кожи. В обычном состоянии сопротивление кожи составляет от 10 кОм до 2 МОм, а под воздействием возбуждения меняется примерно на 5%.

К выходным зажимам прибора подключают гальванометр или самописец. Чувствительность прибора регулируют резистором.

2.1.4 Диагностические системы для рефлексотерапии

Использование ЭВМ в области рефлексодиагностики и рефлексотерапии обеспечивают ряд очевидных достоинств:

— автоматизация и существенное упрощение рутинных операций по измерению первичных параметров БАТК и вычислению целого ряда вторичных параметров показателей;

— запоминание результатов повторных обследований пациента в процессе лечения с возможностью их просмотра;

— объективная фиксация результатов лечения, возможность следить за динамикой изменений и корректировать ход лечения;

— накопление объективных данных по целому ряду заболеваний и ходу лечения;

— возможность прогнозировать изменения в организме и отдельных органах даже до появления выраженных симптомов;

— возможность использовать накопленные данные для обобщающей обработки (например, статистической) и в научных исследованиях.

Системы для рефлексотерапии могут быть разделены на две группы: чисто диагностические и сочетающие возможности диагностики с терапевтическим воздействием на БАТК. Системы с терапевтическим воздействием используют, в основном, электрические и тепловые сигналы-стимулы, которые могут иметь весьма разнообразную форму и параметры. Применение ЭВМ позволяет существенно упростить технические проблемы разработки и создания таких приборов, поскольку основные процессы формирования разнообразных электрических и тепловых сигналов решаются программным путем, а собственно терапевтический прибор может быть весьма простым в технической реализации.

В настоящее время известны уже несколько систем диагностики по Р. Фолю и Й. Накатани, реализованные с использованием ЭВМ. Они, при всем их разнообразии, по сути очень близки, поскольку реализуют стандартные методики и отличаются, в основном, уровнем сервиса, удобством в работе и наличием дополнительных возможностей. Среди известных систем следует отметить разработки «Синтез-Фоль» (Москва), автоматизированный рефлексодиагностический комплекс АРДК (Москва), «Дельфа-600» (Москва), «Парацельс» (Харьков).

Значительный интерес представляет автоматизированная система диагностики АСД «Монада» (Харьков), предназначенная для оценки функциональнго состояния органов и систем организма человека путем измерения физических параметров биологически активных точек кожи (БАТК) на основе методик Й. Накатани и Р.Фоля. На ее примере можно рассмотреть основные особенности построения автоматизированных систем рефлексодиагностики на безе ЭВМ. Краткие тезнические данные приведены ниже:

1. Напряжение питающей сети — однофазное переменное 220 В с частотой 50 ± 1,0 Гц.

2. Напряжение электропитания измерительной цепи — постоянное: в режиме Накатани 12 В, ток короткого замыкания 200 мкА; в режиме Фоля 2,4 В, ток короткого замыкания 15 мкА.

3. Относительная погрешность измерений не хуже 7%.

4. Время непрерывной работы — не менее 8 часов.

5. Мощность, потребляемая прибором «Монада» от сети переменного тока — не более 10 Вт.

Функциональная схема измерительного прибора «Монада» приведена на рис. 2.3 и включает в себя следующие основные узлы:

Рисунок 2.3 — Функциональная схема измерительного прибора «Монада»

ГТД — генератор диагностических токов, представляющий собой два стабилизированных источника электропитания постоянным током с выходным напряжением 12 В — реализации методики Накатани и 2,4 В — для метода Фоля.

ПР — переключатель режимов работы системы по методике Накатани и Фоля.

ИЭ — измерительные электроды: пассивный, который находится при работе в руке пациента, и активный, с помощью которого производятся измерения на биологически активных точках.

ОИ — объект исследования (пациент). ВНУ — входной нормирующий усилитель. АЦП — аналого-цифровой преобразователь. ВП — выходной преобразователь. ЭВМ — электронно-вычислительная машина, обеспечивающая прием результатов многократных измерений, их обработку, анализ, формирование интегральных оценок функционального состояния человека и количественную оценку уровней патологических изменений в нем.

В зависимости от режима диагностирования к измерительным электродам подводится напряжение 12 или 2,4 В. Электрический ток во внешней цепи протекает между пассивным и активным электродами через биологически активную точку кожи. В цепи измерительных электродов происходит формирование измерительных сигналов (напряжений), соответствующих электрическому сопротивлению, которые поступают через входной нормирующий усилитель на АЦП и преобразуется далее в последовательный цифровой код, который через выходные оптоэлектронные преобразователи по кабелю поступает в ЭВМ через последовательный порт RS-232C.

Принятая функциональная схема построения прибора и схемотехническое решение обеспечивают высокую надежность, стабильность и сопряжения с интерфейсами типа С2 или ИРПС. Прибор предельно прост в эксплуатации и имеет только один переключатель для управления режимами работы.

2.1.5 Реоплетизмограф на транзисторах

При оценке состояния сердечнососудистой системы человека современная медицина и биология широко использует методику так называемой, импедансной реоплетизмографии (регистрации изменений электрической проводимости тела человека). Реоплетизмография используется при исследовании как центрального, так и периферического кровообращения. Достоинство этого метода состоит в том, что само исследование практически не вносит изменений в состояние исследуемого объекта.

Электрическое сопротивление между какими-либо участками тела человека представляет собой комплексное объемное сопротивление, упрощенная эквивалентная схема которого для переменного тока приведена на рис. 2.4. Емкость Сэ-т возникает между поверхностями электродов и тканями, прилегающими к внутренней стороне кожи. Кожа, особенно эпителий, имеет весьма высокое удельное сопротивление и представляет собой диэлектрик конденсаторов Сэ-т. Ткани, лежащие под кожей, условно принимаются. однородными по структуре. Они представлены в виде элементов Ст и Rт. Емкости конденсаторов Сэ-т зависят от диэлектрических свойств кожи, ее состояния (например, от увлажненности) и площади наложенных электродов.

Рисунок 2.4- Эквивалентная схема сопротивления кожи человека Величина емкости определяется величиной поляризационного аффекта, который уменьшается с ростом частоты. На частотах выше 80 — 100 кГц явление поляризации практически не наблюдается, а емкостное сопротивление конденсаторов Ст невелико. Можно считать поэтому, что проводимость ткани в области этих частот имеет лишь активную составляющую.

Абсолютные значения сопротивления живой ткани нестабильны, а зависят от целого ряда причин, которые часто трудно учесть. Вследствие этого представляют интерес. Не абсолютные значения сопротивления, а его относительные изменения от какого-либо начального уровня.

В настоящее время можно считать доказанным, что электропроводность живой ткани определяется главным образом степенью ее кровенаполнения. Это объясняется тем, что кровь (главным образом ее плазма) обладает очень высокой электропроводностью. Поэтому по электропроводности живой ткани на высоких частотах можно судить о кровенаполнении отдельных органов или участков тела. Методика исследования называется реоплетизмографией, а иногда просто реографией.

Описываемый ниже прибор, названный реоплетизмографом, предназначен для исследований быстрых незначительных изменений электропроводности живой ткани, отражающих пульсовые колебания кровенаполнения, а также медленных (от 0 Гц) изменений кровенаполнения, например, при дыхании. Реоплетизмограф представляет собой портативную приставку на транзисторах к какому-либо кардиографу (при записи пульсовых колебаний кровенаполнения). С выхода этой приставки напряжение можно подавать и на самописец (например, Н373).