Влияние внешних физических воздействий на биоритмы человеческого мозга

По мере развития электронной техники наметились тенденции к варьированию параметров воздействующего сигнала и на поиск его формы.  На различных этапах исследовались и применялись в основном следующие виды электрических импульсных сигналов: непрерывные импульсные воздействия; синусоидальные токи; интерференционные токи; сочетание непрерывных импульсных воздействий с дополнительной гальванической составляющей, изменяемой в узких пределах;  сочетание непрерывных импульсных сигналов или пачек высокочастотных импульсов с дополнительной составляющей, изменяемой в достаточно широких пределах. 

Рис18. Последовательность изучения выходных характеристик и  построения соответствующих аппаратов.

Аппараты «Электросон», «Электронаркон-1»  и появившиеся впоследствии в  значительной степени аналогичные  им аппараты ЭА-12-01, ЛЭНАР и ПЭЛАНА, являются фактическими представителями одного класса аппаратов, реализующих воздействие непрерывными импульсными сигналами в сочетании с дополнительной гальванической составляющей, изменяемой в узких пределах.

Ограниченное применение для ТЭА аппаратов типа «Электросон», предназначенных для получения седативного и снотворного эффектов, обусловлено глазным способом наложения электродов, что существенно сужает диапазон изменения силовых параметров сигнала. 

В настоящее время во Франции предложен аппарат «Анестелек», обеспечивающий получение пачек биполярных высокочастотных импульсов фиксированной частоты. Отсутствие дополнительной гальванической составляющей и особенность формируемых сигналов позволяет уменьшить неприятные ощущения под электродами и уменьшить неприятные ощущения у пациентов.

      Наиболее клинически эффективны аппараты, имеющие некоторые выходные характеристики: значения фиксированной частоты воздействия и длительности пачек высокочастотных импульсов и прямоугольных импульсов. Анальгезия при использовании этих аппаратов достигается за счет стимуляции эндорфинной системы мозга, сравнительная оценка интенсивности влияния на которую может позволить оценить эффективность этих аппаратов и очертить показания их рационального применения.

Применение ТЭС

Изначально этот метод был разработан для электронаркоза и имел преимущества перед традиционными химическими  способами, потому что не происходило  побочного токсического и наркотического влияния на организм.

Затем были проведены исследования, которые привели к широкому применению ТЭС в клинической практике.

По данным исследований, проведенных  в центре ТЭС Институте физиологии им. И.П.Павлова Российской Академии Наук (Санкт-Петербург), электрическая  стимуляция мозга производит эффект на соматосимпатические рефлексы, показатели системной и регионарной гемодинамики, реологические свойства крови, восстановление поврежденного седалищного нерва, рост злокачественных опухолей. Тэс применяется в торакальной и абдоминальной хирургии, онкологии, при операциях на перифирической нервной системе, повышение имунного статуса пациентов, в послеоперационной реабилитации, при лечении болевых синдромов(например при ожогах), в лечении ВСД, стимуляция репаративных процессов у больных с инфарктом миокарда, регенерация язвенных изменений желудка и двенадцатиперстной кишки.

Также ТЭС может применяться  в сочетании с психологическими методами лечения, такое направление  называется электропсихотерапия.

Возможно использование ТЭС  для купирования патологического влечения к алкоголю, алкогольного абстинентного синдрома, для лечения аффективных нарушений у больных алкоголизмом в ремиссии, при лечении аллергических заболеваний.

 

 

 

 

Электрическая модель путей прохождения тока

 

Как сказано выше, наиболее эффективным является саггитальное расположение электродов.

При этом ток проходит путь от электрода до электрода: через кожные покровы, подкожные слои, оболочки мозга, ткани мозга, в которых существуют собственные источники электрических импульсов и собственные поля, достигая целевого центра, ток проделывает обратный путь.

Кость черепа имеет более высокое  сопротивление, чем кожа, так как  в костной ткани мало жидкости.

 

 

Рис 19 . Эквивалентная схема замещения кости.

 

Рис 20 . Эквивалентная схема замещения кожи и прилегающих тканей

  

	R0, кОм	R1, кОм	R2, кОм	C1, нФ
Кожа с прилегающими тканями	1	77	0,8	16

                                                                                                                                                       [7] 

Клетку можно представить как  параллельное соединение сопротивления  и конденсатора, так как клеточная  мембрана имеет высокое сопротивление, а внутреннее содержимое клетки - проводящая среда, внешняя и внутренняя поверхности мембраны заряжены.

            Ликвор и клеточная жидкость  имеют меньшее сопротивление,  так как являются растворами  электролитов. То, что биологические  ткани представляют собой гетерогенные структуры, математическое моделирование значительно усложняется, приходится принимать допустимые упрощения. Количество клеток в ликворе меняется с возрастом человека: уменьшается в первые месяцы жизни  и является постоянным с 0.5 до 60 лет(1.0-в среднем, 2.7 максимально, клеток/мкл).

 

Представим жидкие оболочки как  клетки, омываемые межклеточной жидкостью, тогда:

 

Рис 21 . Эквивалентная схема замещения жидких оболочек

 

 

R1 – Сопротивление межклеточной жидкости

R4 - сопротивление внутриклеточной жидкости

С3  - распределенная ёмкость по мембране

 

 

 

Рис22 . Эквивалентная  схема замещения тканей мозга

R5, C4 – сопротивление и емкость толстой оболочки

R6, C5 – сопротивление и емкость коры больших полушарий

R7, C6 – сопротивление и емкость подкоркового слоя

R8, C7 – сопротивление и емкость серого вещества

 

                                                                         3            2                     1

Рис 23 . Полная схема прохождения тока

 

1 – кожа и прилегающие ткани

2 – кость

3 – жидкие оболочки

4 – ткани мозга     

    

Помехами при данном виде электростимуляции  могут оказаться внешние электромагнитные поля, потовые, сальные и жировые выделения кожи.

Фактор раздражения центров  мозга, отвечающих за определенные физиологические  параметры (температуру, давление и  др.), может изменять параметры входящих в модель элементов(кожи, ликвора, кости), что ведёт к искажению сигнала. Будем считать, что время воздействия настолько мало, что параметры не успевают измениться, значит этой обратной связью мы можем пренебречь. 

Выводы

В экспериментальных исследованиях, проведенных в Санкт-Петербуржском центре ТЭС института физиологии им. И.П. Павлова,  разработан режим ТЭС, оказывающий выраженный противоболевой и гомеостатический эффект. Происходит стимуляция эндорфинных, серотониновых и других медиаторных механизмов антиноцицептивных систем мозгового ствола. Наиболее эффективно расположение электродов, обеспесивающее саггитальное прохождение токов. Наиболее эффективной частотой для достижения анальгетического эффекта является частота переменного тока 70 Гц.  Из опытов следует, что оптимальное соотношение постоянного и среднего импульсного токов составляет 2:1. Именно при таком соотношении наибольший анальгетический эффект может быть получен при наименьшем суммарном токе.

 На различных экспериментально-паталогических  моделях показано, что ТЭС оказывает многообразное нормализующее действие на процессы, происходящие как в центральной нервной системе, так и в периферических органах.

Пути прохождения тока можно  упрощенно представить эквивалентной  электрической схемой замещения. По данной модели трудно предсказать оказываемый физиологический эффект, так как в ней не учитывается связь центров мозга с системами органов и обратная связь.

Данная модель может быть применена  как для животных (опыты проводились  на крысах и кроликах), так и для человека, однако будут меняться параметры входящих в схему элементов в зависимости от анатомических особенностей не только разных видов, но и для разных особей эти параметры индивидуальны(толщина кости и кожных покровов, объем мозговой жидкости и серого вещества ). Будет меняться параметр сопротивления ликвора в зависимости от возраста, т. к. у детей выше содержание клеток в мозговой жидкости, чем у взрослых. При патологических состояниях также возможно изменение параметров модели (появление в ликворе растворенных белков, электролитов уменьшит сопротивление). 

Список используемой литературы:

 

1. Грэй Уолтер «Живой мозг»,Москва, «Мир» 1963г., 294с.
2. Ю.Е Вагин, С.Я Классина  «Практикум по основам физиологии», Москва, изд. МГТУ, 2005г., 112с.  
3. Детари, Л.  Карцаги, В. «Биоритмы» Москва, изд. «Мир», 1984 г., 160с.
4. статья: Холманский А.С. Моделирование физики мозга; Ресурс функциональной

       асимметрии мозга// Математическая морфология. Электронный математический и

       медико-биологический журнал. –  Т. 5. –  Вып. 4. - 2006. -URL:

             http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-12-html/holmansky/holmansky.htm

5. «Транскраниальная электростимуляция. Экспериментально-клинические исследования. Сборник статей под ред д.м.н. Проф В. П. Лебедева.» Том1, Санкт-Петербург, изд. «центр ТЭС», 2005г., 519с.
6. Ю.Н. Орлов «Электроды для измерения биоэлектрических потенциалов» Москва, изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006., 222с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление