Биотехническая система электроанальгезии

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Кафедра Систем Сбора и Обработки Данных Дисциплина «Технические методы и средства диагностики и лечения»

7-й семестр

Реферат

по теме: «Биотехническая система электроанальгезии»

Преподаватель: Моторин С.В.

Студент: Труфакина М.

Группа: АО — 01

Новосибирск, 2013

Лечебные эффекты, возникающие при воздействии электричества на организм человека Лечебные эффекты, возникающие при воздействии электричества на организм человека, были замечены достаточно давно. Еще римский ученый Скрибониус Ларгус (49 г. н. э.) прикладывал к телу больных электрическую рыбу «торпедо» для лечения головных болей и подагры. Далее, с изучением электричества появились исследования воздействия электрического тока на живые организмы. В настоящее же время, методы эл. воздействия успешно применяются практически во всех областях медицины. В соответствии с медицинской терминологией воздействие тока на органы и ткани стали называть электрической стимуляцией.

Обезболивающий эффект используется в электроанастезии и электроанальгезии.

Электроанастезия представляет собой воздействие электрическим током на ЦНС с целью формирования наркотического состояния, достаточного для проведения хирургических вмешательств. Достоинствами метода являются отсутствие токсического действия, мгновенное достижение анальгезии, быстрый выход из состояния электронаркоза и возможность точного дозирования. И в то же время чистая электроанастезия не применяется из-за возможной судорожной реакции пациента, а так же в силу того, что у ряда лиц не отключается сознание. При проведении общей электроанастезии используется височно-затылочное расположение электродов, при котором ток охватывает большую часть структур мозга.

Электроанальгезия также воздействует на нервную систему, с той разницей, что электроды накладываются не на головной мозг, а на спинной вдоль позвоночника в зависимости от расположения болевого очага, и по возможности на область самого источника боли. Используется она в основном для лечения болевых синдромов различного происхождения, особенно острых. Наиболее применяема у больных с патологией нервной системы (радикулит, неврит, невралгия) и опорно-двигательного аппарата (эпикондилит, артрит, бурсит, растяжение связок, спортивная травма, переломы костей). Из минусов — требуется большое количество процедур, так как эффект держится около двух часов.

Также электрическое обезболивание применяют в акушерстве при аномалиях сократительной деятельности матки и при обезболивании родов. Импульсными токами, поступающими через электроды в области лба и шеи воздействуют на гипоталамус, гипофиз, лимбические структуры мозга. В результате изменения функциональной связи коры с гипоталамусом создаются благоприятные условия для адаптации ЦНС к стрессу, каким являются роды, и уменьшению притока информации к корковым областям.

Работа БТС ЭА строится на основе взаимодействия системы контроля болевой чувствительности организма человека, являющейся физиологической частью, и технического компонента, в задачи которого должны входить не только формирование лечебного воздействия, но и оценка состояния физиологических показателей и диагностических признаков для управления параметрами воздействия.

Боль как физиологическая часть системы Боль представляет собой феномен организма, который, сигнализируя об опасности повреждения, выполняет информационные и защитные функции, вместе с тем хроническая боль, истощая силы, снижая сопротивляемость, становится механизмом патологических нарушений. Функциональная схема показана на рис. 1

Рис. 1. Функциональная система организма с участием боли В свете современных представлений, формирование болевого ощущения происходит в результате взаимодействия двух антагонистических систем — ноцицептивной и антиноцицептивной. НС восходит от ноцицепторов (болевых рецепторов) к глубоким структурам мозга и содержит в своем составе нейрохимический аппарат генерации медиаторов болевой передачи — нейротрансмиттеров, который располагается по ходу путей ноцицепции. В тех же зонах представлены рецепторы АНС, тормозящей передачу болевой импульсации за счет генерации нейромодуляторов. Болевые ощущения у человека обусловлены изменением соотношения между уровнями НМ и НТ.

При воздействии раздражителя болевых рецепторов происходит торможение структур АНС, и затем активация НС. При хронических болевых синдромах АНС истощена, что характеризуется низким уровнем НМ, и активация НС может произойти без повреждающих воздействий. В свою очередь, активация АНС, вызывающая срабатывание антиноцицепции и приводящая к снижению болевой чувствительности, происходит при различных видах воздействия на организм Рис. 2. Регуляция болевой чувствительности с участием АНС и НС Техническая часть системы. Лечебное воздействие в виде стимулирующего электротока, создаваемого блоком воздействия, будет формировать поток сенсорной афферентации (передача сенсорной информации по нервам от рецепторов до ЦНС), поступающий на управляемый вход системы контроля болевой чувствительности. Блок воздействия включает в себя канал согласования (служащий для определения оптимальных параметров воздействующего импульса), содержащий возбуждаемые афференты, участки пассивной передачи тока воздействия, стимулирующие электроды, а также устройство формирования электрического воздействия. Формирование управляющих сигналов, задающих параметры и режимы стимуляции, осуществляется на основе оценки физиологических показателей и определения диагностического признака.

Диагностическим признаком в БТС ЭА служит степень выраженности у пациента болевого синдрома, которая проявляется в виде болевых ощущений, а также в виде характерного сдвига физиологических показателей, косвенно связанных с интенсивностью боли.

При возникновении у пациента болевых ощущений управление параметрами электронейростимуляции осуществляется врачом на основе клинического обследования состояния больного. В определенных случаях, например, при лечении хронических болей, управление параметрами стимулов может осуществляться самим пациентом по инструкции врача. В случаях, когда контакт с пациентом в ходе лечения затруднен или вообще невозможен, например, во время проведения хирургических вмешательств, единственным наблюдаемым проявлением болевого синдрома является изменение физиологических показателей, отражающих состояние пациента. Для диагностики состояния в этом случае в БТС ЭА необходимо ввести блоки измерения физиологических параметров оценки показателей, дающие врачу информацию об эффективности электроанальгезии. В соответствии с вышеизложенным структурно функциональная схема БТС ЭА приобретает вид, показанный на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема биотехнической системы электроанальгезии

ПБЧ — переключение болевой чувствительности, Н — ноцицептор, АНС — антиноцицептивная система, ФС — физиологические системы, КС — канал согласования биотехнической системы, Э — электроды, ПБТ — пассивная биоткань, СА — сенсорные афференты, ТЗ — технические звенья, ЗГ — задающий генератор, ФС* - формирователь стимула, ВУ — выходной усилитель, БУ и БО — блок управления и блок оценки, КН — клинические наблюдения, ИФП — измерение физиологических показателей, ВП — выработка показаний.

Биотехнический контур управления образуется с помощью устройства генерации и формирования стимулирующего тока, воздействующего через электроды и участки тканей, передающие стимул на соответствующие сенсорные структуры. Технические звенья в соответствии с функциональным назначением — возбуждением сенсорных афферентов — должны содержать каскады задающего генератора, формирователя стимулов, выходного усилителя тока, а также блок управления параметрами выходного тока стимула. Задающий генератор определяет частоту следования стимулов и синхронизирует работу устройства, в формирователе происходит задание формы стимула и его временных параметров (длительности, фронта, среза, заполнения и т. п.). Выходной усилитель задает необходимую амплитуду тока стимулов и определяет условия согласования с электродами и биологической тканью. Динамическое согласование параметров стимулирующего тока и биологической ткани может быть достигнуто введением блока оценки условий стимуляции, осуществляющего обратную связь канала согласования БТС и блока управления параметрами выходного тока. Блоки измерения физиологических параметров и оценки показателей входят в информационное звено БТС. В качестве измеряемых параметров для оценки выраженности болевого синдрома и степени электроанальгезии могут быть выбраны: сердечный ритм, гемодинамические показатели, а также показатели внешнего дыхания.

Критерии формирования стимулирующего импульса Основным вопросом, определяющим эффективность функционирования БТС ЭА, является выработка критериев формирования стимулирующего воздействия. Существуют два уровня определения искомых критериев — уровень канала согласования и уровень зоны регуляции. Критерии канала согласования касаются выбора параметров и режимов стимуляции, формы стимулов, обеспечивающих высокую интенсивность импульсации в возбуждаемых нервных структурах. Критерии зоны регуляции определяются на основе анализа процессов в НС и АНС, определяющих уровень болевой чувствительности в организме. При синтезе сигнала воздействия для БТС ЭА необходим совместный учет критериев обоих уровней.

Для повышения эффективности противоболевого воздействия необходимо выбирать стимулы с коротким фронтом, длительность которого не превышает единиц процентов от длительности стимула. Что касается тока, увеличение его амплитуды ведет к повышению болевого порога. Эта зависимость хорошо подтверждается клинически, однако, в случае чрескожной стимуляции возникновение болевых ощущений под электродами ограничивает увеличение тока. В то же время, в ходе исследований было доказано, что уменьшение чрескожных эффектов в зоне расположения электродов при больших токах достигается путем увеличения частоты основных спектральных компонентов стимула, а также использования синусоидальных стимулирующих токов с частотой порядка 3…5 кГц. Причем уменьшение частоты сопровождается усилением болезненности под электродами, а значительное увеличение частоты приводит к резкому падению эффективности стимуляции.

Если воспользоваться трехзвенной электрической эквивалентной схемой, то зависимость напряжения стимулов от частоты тока примет вид, показанный на рис. 4.

Рис. 4. Частотные зависимости при синусоидальном стимуле:

а — модуль напряжения стимула; б — экспериментальные пороги возбуждения; в — пороги, рассчитанные для модели Сопоставление зависимостей показывает, что для рассматриваемых условий стимуляции в области «верхних» частот, где происходит падение напряжения стимула, порог возбуждения, начиная с частот 10…15 кГц удваивается и быстро растет. В области «средних» частот, там, где напряжение уменьшается не более чем в 2-раза, пороги возбуждения оказываются минимальными.

Таким образом, рассмотрение зависимостей чрескожных эффектов действия тока и характеристик возбудимости нервного волокна от частотных компонентов, с точки зрения критерия минимального порогового воздействия и уменьшения ноцицептивных эффектов под электродами, показывает существование области «средних» адекватных частот стимулирующего тока.

Эффективность подавления боли противоболевой электронейростимуляцией может быть повышена путем оптимального выбора зон расположения электродов. Эффективность стимуляции может быть усилена за счет увеличения числа путей передачи, вызванной стимулами сенсорной афферентации. На практике это может быть осуществлено выбором таких зон расположения электродов, при которых охватывается возбуждением максимальное количество афферентов из очага болевого раздражения. Зоны наложения электродов выбираются в соответствии с сегментарной иннервацией кожных покровов и внутренних органов (табл.1). Длину электродов следует выбирать таким образом, чтобы они перекрывали не менее 1−2 сегментов выше и ниже показанных в таблице границ.

При терапии политопных болей целесообразно использование многоканальной стимуляции, при которой отдельные пары электродов располагаются в различных местах, определяемых локализацией очагов болевого раздражения. Так, при двухканальной стимуляции одна пара электродов может располагаться паравертебрально, а вторая — в непосредственной близости от источника болей (операционная рана, место травматического повреждения тканей и т. п.).

Таблица 1 Паравертебральная локализация электродов в зависимости от источника болей

Вывод Таким образом, при формировании адекватного стимулирующего воздействия для эффективного подавления боли следует учитывать как общие требования стимулу, определяемые основными закономерностями возбуждения Нервных структур, так и требования, полученные на основе анализа камерной модели регуляции болевых ощущений. Повышение эффективности электронейростимуляции достигается применением стимулов с крутыми фронтами, форма которых обеспечивает наибольшую дифференциацию порогов тактильной и болевой чувствительности. Для БТС ЭА, использующих чрескожную передачу стимулов наиболее важным является преодоление электрокожных раздражающих эффектов, ослабевающих при выборе спектра стимула в области адекватных частот, где пороги электрокожных тепловых эффектов достаточно велики, а падение возбудимости нервных структур является незначительным. Существенным моментом, определяющим эффективность обезболивания, является выбор зон расположения и длины электродов, которые должны охватывать максимальное число неноцицептивных нервных проводников, идущих из области очага боли.

электроанальгезия боль организм

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов/ Под ред А. М. Беркутова, В. И. Жулева, Г. А. Кураева, Е. М. Прошина. — М.: Лаборатория Базовых знаний, 2000 г. — 376с.

2. Информация с сайта http://www.coolreferat.com/Физиотерапия_часть=8.

3. Информация с сайта http://cureplant.ru/index.php/medicinskaya-enciklopedia/1655-jelektroanalgezija.