СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ25Электростимуляция — применение электрического тока с целью возбуждения или усиления деятельности определенных органов и систем.
Наиболее часто применяется и успешно развивается электростимуляция двигательных нервов и мышц. В несколько меньшей степени она применяется в отношении внутренних органов. Для электростимуляции используют экспоненциальные или прямоугольные токи в виде одиночных импульсов или серии импульсов с паузами между ними, диадинамические, синусоидальные модулированные токи, ритмический постоянный ток, а также токи, приближающиеся к параметрам биопотенциалов стимулируемых мышц или органов.
^ Механизмы лечебного действия
При прохождении через ткани импульсного тока в моменты его быстрого включения и прерывания у полупроницаемых клеточных мембран происходит внезапное скопление большого количества одноименно заряженных ионов. Это приводит клетку в состояние возбуждения, сопровождается двигательной реакцией, если воздействие проводится на двигательный нерв или мышцу. Ритмический постоянный ток и различной длительности одиночные импульсы экспоненциальной или прямоугольной формы при пороговой силе тока вызывают одиночное сокращение мышц в момент его замыкания. Стимуляция нервно-мышечного аппарата серией импульсов с частотой от 5—15 до 150 Гц ведет к тетаническому сокращению мышц, близкому по форме к произвольным движениям.
Импульсные электрические токи, вызывая двигательное возбуждение и сокращение мышц, одновременно рефлекторно усиливают крово- и лимфообращение, а также весь комплекс обменнотрофических процессов, направленных на энергетическое обеспечение работающих мышц, оказывают антипарабиотическое действие на нервные ткани. В них активируются пластические процессы, синтез нуклеиновых кислот. У больных с периферическими парезами электростимуляция способствует предотвращению мышечной атрофии, повышению сократительной способности, тонуса мышц, улучшению проводимости нервных стволов и электровозбудимости нервно-мышечного аппарата, ослаблению торможения сегментарных мотонейронов в зоне функциональной асинапсии и, тем самым, уменьшению степени тяжести двигательных расстройств, восстановлению объема движений.
У больных с центральными парезами вследствие устранения дисбаланса между облегчающими и тормозящими супраспинальными системами электростимуляция повышает уровень регуляции двигательного акта, частично восстанавливает реципрокные отношения и сократительную способность мышц-антагонистов, формирует новый динамический стереотип, активирует функционально недеятельные нейроны вокруг очага поражения, способствует снижению спастичности, увеличению объема движений и улучшению координации.
Стимулирование функции мышечных элементов внутренних органов ведет к улучшению их деятельности и взаимодействующих с ними и регулирующих их систем. Это способствует уменьшению или ликвидации имеющихся патологических процессов функционального характера. Электростимуляция также ведет к улучшению ослабленной функции сфинктеров, улучшает секреторную и моторную функции органа.
^ Методика и техника проведения электростимуляции
Форма и параметры тока, а также локализация электродов при проведении электростимуляции определяются степенью и характером поражения нервно-мышечного аппарата.
При периферических парезах точечный или пластинчатые электродыразмером 2,5x2,5 см устанавливают на двигательные точки пораженных нервов и мышц. При количественных изменениях электровозбудимости и частичной реакции перерождения типа А электростимуляцию проводят прямоугольными или экспоненциальными токами (длительность импульса — 5 или 1 мс, частота — 70 или 100 Гц, 8—12 модуляций в мин), переменными синусоидальными модулированными токами (род работы II, частота 70—50 Гц, глубина модуляции 75%, длительность посылок и пауз — по 2—3 с) или (режим посылок с длительностью посылок и пауз 2,5—5 с, форма тока прямоугольная), диадинамическими (одно- или двухполупериодный волновой ток с длительностью периода 12 или 6 с) и др. Продолжительность электростимуляции — 3—5 мин на поле 2—3 раза с интервалом 1 мин. Курс лечения — 15—20 процедур ежедневно.
При выраженных качественных и количественных изменениях электровозбудимости отмечена лучшая переносимость и адекватность экспоненциальных токов. При полной реакции перерождения и частичной типа Б используют длительность импульсов 100 или 50 мс, частоту 5—8 или 10 Гц, 6—8 модуляций в 1 мин. В этих ситуациях также можно применять выпрямленные синусоидальные модулированные токи (род работы II, частота 10—30 Гц, глубина модуляции 75—100% и больше, длительность посылок и пауз по 2—3 с или 4—6 с) или" (режим посылок с длительностью посылок и пауз 2,5—5 с, форма тока с удлиненным фронтом). При отсутствии типичных сокращений на импульсный ток стимуляцию необходимо проводить ритмическим постоянным током. Продолжительность электростимуляции— 1—2 мин на поле с интервалом 2 мин, 2—3 раза за процедуру. Курс лечения — 20—40 процедур и более, ежедневно.
При центральных парезах пластинчатые электроды размером 2,5x2,5 см или 2x3 см устанавливают на двигательные точки антагонистов спастичных мышц. Для стимуляции используют синусоидальные модулированные токи от аппаратов (режим переменный, род работы II, частота 150—100 Гц, глубина модуляций 75%, длительность посылок и пауз по 2—3 с) или (режим посылок с длительностью посылок и пауз 2,5—5 с, форма тока с удлиненным фронтом. Продолжительность электростимуляции — 2—3 мин на поле 2—3 раза с интервалом 1 мин. Курс лечения — 15—30 процедур, проводимых ежедневно.
При проведении электростимуляции ослабленных мышц необходимо, чтобы больной в течение процедуры сочетал действие тока со своими волевыми усилиями, направленными на выполнение сокращения мышц, — активно-пассивная электростимуляция. Наиболее эффективной в настоящее время признается методика электростимуляции с так называемой биологической обратной связью (БОС). Под БОС в настоящее время понимают комплекс процедур, в ходе которых человеку посредством контура внешней обратной связи подается информация о состоянии тех или иных физиологических процессов с целью обучения "сознательному" управлению этими функциями. При электростимуляции мышц в качестве управляемого параметра могут использоваться амплитуда огибающей электромиограммы, активность отдельных двигательных единиц, а также биомеханические характеристики (суставной угол, усилие и др.). Кроме того, управляемый параметр может представлять собой комбинацию из двух или нескольких параметров. По мере увеличения объема движений и силы мышцы следует вводить дополнительную нагрузку в виде преодоления тяжести или сопротивления пружины или резины.
Для стимуляции внутренних органов наибольшее применение получили синусоидальные модулированные токи. Например, для стимуляции мышц мочевого пузыря СМТ используют при следующих параметрах: режим переменный; II РР, частота модуляции 30 Гц, глубина ее 80—100%, сила тока — до появления сокращений мышц брюшной полости; продолжительность —10—15 мин. Эффективность лечения увеличивается при использовании полостных (дуоденальных, ректальных, вагинальных и др.) электродов.
^ Показания и противопоказания к электростимуляции
Показаниями являются: двигательные нарушения (парезы, параличи) вследствие заболеваний и травм центральной и пери-ферическойнервнойсистем;нарушениядвигательнойилизамы-кательной функции желудка, кишечника, желчевыводящих путей, мочевого пузыря, мочеточников, матки и ее придатков; импотенция; стимуляция мышц с целью улучшения периферического артериального и венозного кровообращения, лимфооттока; стимуляция диафрагмы и мышц передней брюшной стенки для улучшения дыхания; увеличение и укрепление мышечной массы у спортсменов; сколиоз и др.
Противопоказания: мерцательная аритмия, полная поперечная блокада сердца; политропная экстрасистолия, высокая артериальная гипертензия, активная форма ревматизма, частые сосудистые кризы, наклонность к кровотечению и кровоточивость, обширные трофические язвы и раны, острые воспалительные процессы, лихорадка, состояние после сшивания мышц, нервов и сухожилий (в течение месяца), а также общие противопоказания к проведению физиотерапевтических процедур
www.ronl.ru
Главная » Рефераты » Текст работы «Механизмы действия и режимы электростимуляции - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»
10
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ на тему:
"Механизмы действия и режимы электростимуляции"
МИНСК, 2008
Электростимуляция - это использование импульсных токов для восстановительного лечения органов и систем, особенно нервов и мышц, утративших свою нормальную функцию в результате болезни или травмы.
Электростимуляция, вызывая двигательное возбуждение и сокращение мышц, одновременно рефлекторно усиливает весь комплекс обменно-трофических процессов, направленных на энергетическое обесᴨȇчение работающих мышц, а также повышает активность регулирующих систем, в том числе клеток коры головного мозга. При прохождении стимулирующего электрического тока вдоль нервных стволов повышается проводимость по ним нервного возбуждения, ускоряется регенерация поврежденных нервов. Сокращение мышц, вызываемое стимулирующим электрическим током даже при полном нарушении проводимости нерва, в силу указанных выше процессов, тормозит развитие атрофии мышц и склеротических изменений (ᴨȇрерождение мышечной ткани в соединительную, т.е. в ткань не способную к активному сокращению) в них.
Электростимуляция улучшает кровообращение путём расширения кровеносных сосудов и ускорения в них кровотока. Активизация крово - и лимфообращения происходит и в более глубоких тканях межэлектродного пространства, повышается проницаемость сосудистых стенок, раскрываются резервные капилляры. Активизация кровообращения под воздействием электростимуляции является фактором, обесᴨȇчивающим многие компоненты лечебного процесса. Это улучшение трофики тканей, удаление продуктов нарушенного обмена веществ из патологических очагов, рассасывание отёков, размягчение и рассасывание рубцов, регенерация поврежденных тканей, нормализация нарушенных функций. Наряду с улучшением кровообращения стимулируемой области активизируются процессы синтеза нуклеиновых кислот, в том числе РНК.
Электростимуляция регулирует активность центральной нервной системы (головного и спинного мозга), восстанавливает активность нервно-мышечного аппарата, восстанавливает тонус мышц и объем мышечной массы, увеличивает сосудистое русло артериальной и венозной крови, питающее нервы и мышцы, а также обладает обезболивающим эффектом.
Было отмечено, что при электростимуляции достигается больший и более быстрый прирост мышечной массы, чем при обычной тренировке. Можно проводить избирательную электростимуляцию наиболее важных мышц или мышечных групп в режиме максимальных сокращений с последующими расслаблениями.
Сила, скорость сокращения и работоспособность мышц характеризуют функциональное состояние нервно-мышечного аппарата. Сила зависит от толщины мышечных волокон и регуляции мышц, участвующих в движении или усилии, а также от взаимодействия мышц-синергистов и мышц-антагоʜᴎϲтов. Прирост силы мышцы максимален при изометрической тренировке, т.е. когда она напрягается, но движения в суставе не происходит; при этом увеличиваются поᴨȇречные размеры мышечных волокон. Прирост времени работоспособности (динамическая тренировка) связан с нарастающей двигательной деятельностью; он обусловлен в основном усиленным кровотоком. Здесь играет роль и обучение той или иной функционально-динамической системы двигательного анализатора. Исходя из этого, можно применять один или оба режима (изометрическая и динамическая тренировка). В зависимости от амплитуды сигналов и порога возбуждения стимулируемой нервно-мышечной структуры различают следующие режимы электростимуляции: подпороговый, пороговый и надпороговый.
Подпорговый режим воздействия не вызывает сокращения мышцы, регистрируемого визуально или при помощи датчика. В опытах с подпороговой стимуляцией нервно-мышечного аппарата при выполнении динамической или статической работы нами было обнаружено повышение его работоспособности. При электростимуляции подпороговыми сигналами 5 раз в неделю (длительность процедуры 10 мин) в течение месяца нарастала сила и возбудимость мышц. Анализ данных проводился путем оценки электромиограмм, интегральной электрической активности мышцы и эргограмм. Полученные результаты можно объяснить тем, что эфферентная стимуляция связана со способностью рецепторов (в том числе проприорецепторов) длительно отвечать на раздражение импульсами, в связи с чем через спинальные мотонейроны одноименных сегментов замыкается обратная связь, т.е. возникающая в ответ эфферентная импульсация поддерживает мышечный тонус и трофические процессы на более высоком уровне, чем в покое. Следовательно, стимулирующее воздействие влияет в основном на эфферентную систему. Этот режим целесообразно использовать в клинической практике и в других случаях, сопровождающихся гиподинамией, он может сочетаться с воздействием пороговых и надпороговых стимулов.
Пороговый режим представляет собой такое воздействие, при котором происходит едва регистрируемое сокращение стимулируемой мышцы. Эффект воздействия заключается не только в эфферентной электростимуляции, но и в непосредственном влиянии на нервно-мышечные структуры. Например, применяется так называемый электромассаж, т.е. такая процедура, при которой стимулирующие сигналы вызывают фасцикулярные подергивания мышечных волокон, но вся мышца не напрягается и движения в суставе не происходит. Исследования проводились на групᴨȇ испытуемых, включавшей 21 чел. обоего пола в возрасте от 20 до 40 лет. Пластинчатые электроды размерами 3х6 см прикрепляли на левом бицепсе. Использовали прямоугольный импульс длительностью 2 мс и паузу 5 мс; общая продолжительность процедуры равнялась 15 мин. Изучали максимальную силу мышцы, соответствующую наибольшей массе, которую может удержать испытуемый при прямоугольном положении плеча по отношению к предплечью. Динамическую силу определяли путем подъема наибольшей массы бицепсом при ᴨȇремещении предплечья из положения, соответствующего углу 180° в локтевом суставе, до угла 90°. Работоспособность мышцы рассчитывали по нагрузке, составляющей 60% наибольшей массы, и максимально возможному числу ᴨȇремещений предплечья между углами 180 и 90° при 28 сокращениях в минуту (обратное движение было разгружено). Оказалось, что электромассаж приводит к улучшению рабочих параметров мышцы и может частично заменить двигательную тренировку. При ежедневной электростимуляции в течение трех недель максимальная сила возросла на 17%, динамическая сила I на 23%, работоспособность на 93%. Электростимуляция должна проводиться, по меньшей мере, 3 раза в неделю, так как при этом ее эффективность вдвое выше, чем при двухразовой тренировке.
Надпороговый режим представляет собой такое воздействие, при котором сокращение стимулируемой мышцы больше порогового, при этом оно может иметь различную стеᴨȇнь выраженности. Эффект воздействия сходен с достигаемым при пороговом режиме электростимуляции, однако непосредственное влияние на нервно-мышечные структуры оказывается более сильным, четко выражено эфферентное влияние на все уровни двигательного анализатора и целостный организм. Вызванное максимальное сокращение мышцы может поддерживаться дольше и повторяться большее число раз, чем при произвольных усилиях. По сравнению с обычной тренировкой электростимуляция нервно-мышечного аппарата имеет определенные преимущества. Так, при многолетней тренировке спортсмен достигает высокого уровня силового развития, однако отдельные мышечные группы отстают в этом развитии. Вспомогательные упражнения, например, с увеличением отягощений, способствуют росту силы и мышечной массы, вместе с тем стеᴨȇнь развития мышечной координации снижается, а сложный координационный навык основного движения не укрепляется, даже расшатывается. Тренировка мышцы ведет к замедлению скорости ее сокращений. При систематической электростимуляции, несмотря на увеличение силы максимального сокращения мышцы (в среднем на 20-30%), у здоровых лиц она практически не влияет на координацию движений, а больных координация улучшается. После 35 дней электростимуляции по часу в день с достижением максимального напряжения прямой мышцы бедра белых крыс установлено, что электровозбудимость этой мышцы повысилась на 30%, а работоспособность стала выше контрольной на 70,8% через 1 мин, на 94,8% через 2 мин и на 23,3% через 15 мин. Достигнутый прирост силы даже через 6-7 мес. снижался лишь на 13%.
Во избежание замедления скорости сокращения мышцы, подвергающейся электростимуляции целесообразно применение двух режимов, один из котоҏыҳ обесᴨȇчивает получение медленных (тонических) напряжений, а другой позволяет осуществлять быстрые (кинетические) сокращения. Длительность времени сокращений и интервалы между ними должны быть индивидуализированы для каждой мышцы так, чтобы не наступало выраженного утомления.
Итак, при проведении электростимуляции нервно-мышечного аппарата важен рациональный выбор ее режимов и сочетания тонических и кинетических сокращений; это существенно влияет на процессы аэробного и анаэробного гликолиза, на увеличение массы, развитие силы, повышение возбудимости и работоспособности мышц. Электростимуляция увеличивает кровоток в мышцах, оказывает болеутоляющее и противовоспалительное действие, предупреждает возникновение атрофии от бездействия, замедляет ее развитие при денервации, понижает тонус при наличии спастичности, улучшает регенерацию нервов. При систематической стимуляции нервно-мышечного аппарата с использованием даже одноканального электростимулятора происходят положительные биохимические сдвиги и в нетренируемых симметричных мышцах, а также улучшается функциональное состояние всего организма.
Электрические и электрофизиологические параметры объектов электростимуляции.
При разработке аппаратов для электростимуляции скелетной мускулатуры, внутренних тканей органов, необходимо знать особенности процессов, протекающих в зоне стимуляционного воздействия, в том числе процессов, связанных с изменением междуэлектродного сопротивления.
1. Сопротивления кожи и подкожных тканей существенно различаются. Участки мышечной ткани, находящейся под биполярными электродами, условно можно считать гомогенными, однако различные органы и части тела нельзя характеризовать одинаковыми значениями удельного сопротивления, так как между далеко расположенными электродами оказываются разнородные ткани и органы. Это важно учитывать при разработке методов электростимуляции, так как целесообразно биполярное наложение пары электродов одного канала электростимулятора на стимулируемую мышцу и нежелательно (даже недопустимо) их разнесение на разные группы мышц и тем более на одноименные мышцы противоположной стороны тела. Продольное сопротивление мышц, например, в звуковом диапазоне частот примерно в 2 раза меньше поᴨȇречного, что указывает на целесообразность такого наложения электродов, при котором биологический участок электрической цепи замыкается по ходу мышечных волокон и их синаптического аппарата, так как при этом для обесᴨȇчения сокращения мышцы нужна меньшая мощность стимулирующих электрических воздействий.
2. Сопротивление междуэлектродной цепи зависит от силы тока. Эта зависимость сходна с соответствующей зависимостью в электролите, чем меньше плотность тока, тем больше сопротивлении цепи. Например, при частоте синусоидального тока 12 кГц, площади электродов 1 см2, междуэлектродном расстоянии 2 см и силе тока 50 мкА сопротивление кожи составляло 312±14 Ом, а при силе тока 100 мкА - 28З±11 Ом (исследовано 28 здоровых мужчин).
3. Полное сопротивление Z кожи и лежащих под нею тканей состоит из активного R и реактивного (емкостного) Хс сопротивлений, которые зависят от емкости С. R - это омическое сопротивление кожи и электролитов подкожных тканей, С - сумма емкости клеток ткани и поляризационной емкости, образующейся на границе тканей с различными удельными сопротивлениями. В связи с этим при изменении частоты пропускаемого синусоидального тока электрические характеристики исследуемого участка тела человека изменяются. Разность электрических параметров жидких и клеточных фаз организма максимальна на частотах порядка сотен герц.
На низких частотах энергия стимулирующих сигналов в основном приходится на кожу, где расположено много различных рецепторов, при раздражении котоҏыҳ у человека появляются ощущения дискомфорта. При повышении частоты увеличивается емкостная проводимость (соответственно изменяется сдвиг по фазе), за счет чего уменьшается падение напряжения на роговом слое кожи и все большая часть энергии приходится на внутренние ткани.
Участки поверхности кожи с толстым роговым слоем обладают в норме наибольшим активным сопротивлением и наименьшей емкостью. Опубликованы данные о результатах измерения у 104 здоровых лиц обоего пола полного сопротивления и фазового угла для середины внутренней стороны предплечья в полосе частот 1-20 кГц. Электродами служили два диска из нержавеющей стали диаметром 2 см, расстояние между их центрами составляло 4 см.
Полное сопротивление в полосе частот от 1 до 20 кГц снижалось в среднем от 6487 до 507 Ом, составляя (1882±468) Ом при частоте 4 кГц. Фазовый угол при этом уменьшался от 75 до 57 о и составлял 73,6±З,6°. Удаление рогового слоя кожи снижало полное сопротивление, при частоте 4 кГц до 304±54 Ом и фазовый угол ц до 10±1,8°.
4. Чем больше площадь электродов, тем меньше полное сопротивление кожи и подкожных тканей, так как проводимость растет при увеличении площади поᴨȇречного сечения проводника. Для измерений целесообразно применять жидкостные электроды, у котоҏыҳ площадью является поверхность кожи со всеми ее углублениями и выступами, с которыми соприкасается жидкость, налитая в плотно прижатую к коже трубку из диэлектрика.
5. С целью уменьшения электрического сопротивления кожа ᴨȇред электростимуляцией обрабатывается нетоксичным веществом, растворяющим жир. Спирт для обработки кожи непригоден, так как наряду с обезжириванием он удаляет влагу из эпидермиса и особенно из протоков потовых желез, в результате чего появляются амплитудные и частотные искажения сигналов. Установлено, что обрабатывать кожу с целью увеличения ее проводимости рационально эфиром с последующим применением токопроводящих паст или растворов.
6. Оптимальной накожной электродной системой является такая система, которая минимизирует изменения полного сопротивления во время движения, хорошо прилегает к поверхности тела, обесᴨȇчивая одинаковое полное сопротивление по всей поверхности электрода, причем не имеет точек жжения. Термическое повреждение кожи широко варьируется в зависимости от ее полного сопротивления, значение которого, как уже отмечалось, зависит от способа обработки, а также от площади поверхности электрода, контактирующей с кожей.
Плоские накожные электроды имеют большую собственную поверхность, но площадь контактной поверхности между электродом и кожей зависит от давления, с которым электрод прижимается к коже.
7. Электрическое сопротивление постеᴨȇнно снижается, особенно в течение ᴨȇрвых 30 мин после наложения электродов на кожу человека. Это необходимо учитывать при электростимуляции; например, если в начале процедуры напряжение стимулирующего сигнала было установлено режиме пороговой стимуляции, то в конце ее могут появиться сверху пороговые сокращения мышцы при том же уровне сигнала. В целом полное сопротивление является функцией частоты и плотности тока, в связи с чем целесообразно проводить оптимизацию - минимизировать мощность, поглощаемую участком электроды - кожа. При наличии основной и гармонических составляющих сигнала большая часть энергии должна поступать к нервно - мышечному аппарату.
8. Имеются топографические различия в электрическом сопротивлении кожи и подкожных тканей: на голове оно меньше, чем па предплечье; на конечностях больше, чем на туловище.
9. Электрическое сопротивление кожи и подкожных тканей человека зависит от темᴨȇратуры окружающего воздуха. С ее понижением кровеносные сосуды кожи сужаются, что приводит к увеличению сопротивления ткани. Например, при резком понижении темᴨȇратуры окружающего воздуха и кожи испытуемого даже после обработки кожи сᴨȇциальной пастой сопротивление увеличивалось при приложении постоянного тока от 10 до 100 кОм. Установлено, что при изменении темᴨȇратуры кожи на 20 0С ее проводимость (по ᴨȇременному току) изменяется нелинейно на 52%. Во избежание этих изменений нами были разработаны электроды с автоматической, регулировкой подогрева в пределах 38-43 °С, что позволило существенно уменьшить полное сопротивление кожи под электродами и тем самым снизить мощность сигналов при электростимуляции нервно-мышечного аппарата и проводить процедуру при практически стабильном ᴨȇреходном сопротивлении системы электроды - кожа - подкожные ткани.
10. На проводимость живой ткани влияют воздействия на органы чувств, различные формы физической и психической деятельности (например, испуг и др.). Измерение проводимости кожи в диапазоне частот 0-100 Гц применяется для регистрации кожно-гальванического рефлекса.
11. Персᴨȇктивно использование результатов измерений полного сопротивления мышцы для характеристики ее функционального состояния.
При сокращении мышцы ее полное сопротивление возрастает, при расслаблении - уменьшается. Осциллограмма этих изменений отражает механические явления в мышце во время ее работы.
Изложенное выше указывает на наличие нелинейных изменений электрических характеристик кожи и подкожных тканей в зависимости от различных условий. Полное сопротивление различно у людей; иногда оно зависит от топографической области исследуемого участка тела. Изменения проводимости можно использовать как объективный показатель реакции нервно-мышечного аппарата на электростимуляционные воздействия.
ЛИТЕРАТУРА1. 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, 2000г. - 376с. 2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны - М.: Энергоатомиздат, 2000.384с.3. Электрическая стимуляция мозга и нервов у человека / Н.П. Бехтерева, С.В. Медведев, А.Н. Шандурина и др. - Спб.: Наука, 2000. - 263с. 4. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] - М.: Медицина, 2001. - 344с.referatwork.ru
РЕФЕРАТ
Курсовой проект содержит 25 листов, 3 таблица, 5 рисунков, 10 использованных источников литературы.
ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯТОР, МЫШЦА, ИЗМЕРЕНИЯ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СИГНАЛ, ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
Целью курсового проекта является разработка аппарата электростимуляции мышц.
Данная разработка может быть применена в медицинских учреждений различной направленности и в домашних условиях.
СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Особенности электростимуляции 8
2 Анализ объектов электростимуляции11
3 Обзор и анализ устройств электростимуляции мышц15
4 Разработка структурной схемы электростимуляции мышц17
5 Конструктивный анализ элементной базы устройства19
6 Расчет параметров генератора21
7 Определение габаритов и массы устройства23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ24
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ25
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Разработать аппарат электростимуляции мышц, по заданным параметрам:
- генерируется сигнал в виде пачек прямоугольных импульсов;
- длительность импульсов t=10 мс;
- частота повторения импульсов f=50 Гц;
- период повторения пачек импульсов T= 2…10 c;
- наибольшая величина средневыпрямленного значения тока в цепи пациента (при активном сопротивлении нагрузки 1000 Ом ± 2 %,) Imax≤30 мА;
- напряжение питания – сеть 220 В, 50 Гц.
Разработать схему электрическую структурную и произвести расчет отдельных узлов устройства.
ВВЕДЕНИЕ
В практике современного здравоохранения широко используются медицинские системы электростимуляции органов и тканей. Технические устройства генерируют различные электрические токи, которые, взаимодействуя с функциональными системами организма, оказывают на них лечебное воздействие или дают информацию, используемую в диагностике.
Электростимуляторы применяется с целью предупреждения мышечной атрофии, для увеличения силы мышечных сокращений при дистрофии, для временного поддержания функционального состояния денервированных мышц. Простейшая методика электростимуляции заключается в подведении электрических стимулов к паре электродов, расположенных накожно в проекции мотонейронов, мышечных волокон или в двигательных точках.
Особенности электростимуляции
Электростимуляция – лечебный метод, основанный на применении импульсных токов для восстановления функции нервно-мышечного аппарата [Б]. Для электростимуляции применяют отдельные импульсы различной продолжительности (0,5…300 мс) и формы, серии таких импульсов с различной огибающей и продолжительностью, чередующихся с паузами (интенсивность до 50 мА). Применяют также переменные токи звуковой частоты (2…10 КГц), модулированные в отдельные серии и их посылки, чередующиеся с паузами (интенсивность до 100 мА) [2].
При прохождении импульсного тока через ткани, в моменты переключений, у полупроницаемых мембран тканей, в том числе у клеточных оболочек, происходит скопление одноименно заряженных ионов. Это ведет к изменению клеточных коллоидов и приводит клетку в состояние возбуждения, в частности двигательного, если воздействие оказывается на двигательный нерв или мышцу [2]. Для возбуждения двигательных нервов и скелетных мышц применяют импульсы с быстрым нарастанием тока – прямоугольные, треугольные и др. (при медленном нарастании тока двигательного возбуждения не происходит, или для его достижения необходима значительная сила тока). Для получения более естественных сокращений применяют серии импульсов длительностью 0,5…1 мс с частотой 30…150 Гц. Такие серии прерывают паузами, в результате сокращения мышц чередуются с их расслаблением.
Последнее время для электростимуляции двигательных нервов и мышц применяют токи звуковой частоты, модулированные в серии, и действующие подобно импульсам тока. Посылки, чередуемые с паузами, обеспечивают сокращение и отдых мышц. Существенным достоинством модулированных колебаний является отсутствие раздражающего действия тока под электродами, повреждение эпидермиса при длительной стимуляции. Возбуждающее действие таких серий колебаний осуществляется за счет смещения одноименно заряженных ионов внутри клеток в момент достижения колебаниями максимальных амплитуд. С увеличением длительности серий повышается их возбуждающее действие (в возбуждение вовлекаются медленно реагирующие структуры).
Импульсные токи, вызывая двигательное возбуждение и сокращение мышц, одновременно усиливают кровоснабжение и весь комплекс обменно-трофических процессов, направленных на энергетическое обеспечение работающих мышц. Одновременно повышается активность регулирующих систем, в том числе клеток коры головного мозга [2].
Электростимуляция применяется при параличах, парезах, атрофии мышц, повреждениях двигательных нервов, для повышения спортивной работоспособности.
При электростимуляции мышц воздействие током может проводиться непосредственно на мышцу или через ее двигательный нерв. При частичном поражении двигательного нерва стимуляцию желательно проводить через него (это улучшит его функциональное состояние). В этом случае один из электродов (площадью около 1 см2) помещают в область проекции нерва в месте наиболее поверхностного его расположения. Второй электрод (площадью около 100…150 см2) располагают на позвоночнике в области проекции корешков соответствующего нерва.
При полном нарушении проводимости по нерву или глубоком и недоступном его расположении стимулируют непосредственно мышцу. При этом один электрод (площадью 1…4 см2) помещают в двигательной точке (в месте разветвления двигательного нерва), а второй (площадью 100…150 см2) – на противоположной стороне участка тела.
megaobuchalka.ru
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИКафедра ЭТТРЕФЕРАТ
На тему:
«Электростимуляция внутренних органов и опорно-двигательного аппарата»МИНСК, 2008 Для профилактики и лечения гипокинезии применяется многоканальная программируемая электростимуляция, имитирующая работу мышц-антагонистов при выполнении произвольных движений с учетом их анатомо-физиологических особенностей.
Для биоуправления параметрами стимуляции используется отведение биопотенциалов здоровых мышц, которые модулируют сигналы воздействия. Биоэлектрическая активность может быть записана на магнитную ленту и многократно использоваться для управления движениями.
Для коррекции нарушений ходьбы разработаны методы ЭС ОДА, использующие отведение биопотенциалов здоровых мышц-антагонистов и соответствующих мышц здоровой конечности.
Рисунок 1 – Электростимуляция опорно-двигательного аппарата:
1,2 - воздействие на ЦНС, 3 - СМ, 4 - периферические нервы, 5 - мышцы
При тяжелых поражениях двигательных функций используется церебро-спинальная электростимуляция. В этом случае стимулы подводятся к областям спинного или головного мозга с помощью имплантированных электродов.
Управление процессом стимуляции осуществляется по радиоканалу, который может также применяться для подзарядки имплантированных источников питания. Для электростимуляции структур центральной нервной системы разработаны специальные фиксированные программы, включаемые извне с помощью радиочастотного программирующего устройства.
Методы церебро-спинальной ЭС ОДА применяются при лечении спинномозговых травм, центральных расстройств движения, реабилитации двигательных функций.
Электростимуляция дыхания (ЭСД) используется при расстройствах функции внешнего дыхания, вызванных угнетением дыхательного центра, патологией периферических или центральных механизмов, нарушением исполнительных механизмов дыхательного акта вследствие травм или хирургических вмешательств в области грудной клетки.
ЭСД осуществляется путем непосредственной стимуляции диафрагмы или диафрагмальных нервов, благодаря которой под действием плавно нарастающих стимулов сокращается дыхательная мускулатура и осуществляется активный вдох, а выдох происходит пассивно за счет эластичности диафрагмы и легких (рис. 1). Частота подводимых стимулов определяет ритм дыхательных движений.
Метод трансвенозной стимуляции наиболее полно отвечает задачам адекватного управления диафрагмальным дыханием. С помощью этого метода удается получить стабильный эффект в течение длительного времени без отрицательных воздействий на структуру диафрагмального нерва. При непосредственной стимуляции с помощью имплантируемых электродов используется радиочастотная передача стимула от экстракорпорального генератора воздействия к имплантируемому приемнику, соединенному с электродами, накладываемыми на нерв.
Рисунок 2 – Электростимуляция дыхания:
1 - диафрагмальный нерв; 2 - диафрагма; 3 - электроды; 4 - приемная часть; 5 - излучающая антенна; 6 - стимуляторБиоуправляемая ЭСД позволяет синхронизировать стимулы с ритмом естественного дыхания. Для управления стимулами используете регистрация дыхательных движений диафрагмы, определяемых, например, с помощью термисторного датчика, реагирующего на движение воздуха во внешних дыхательных путях. Эффективность биосинхронизированной ЭСД оказывается существенно выше несинхронизированной.
Электростимуляция депрессорных нервов (ЭСДН) предложена как способ лечения гипертонической болезни. Особенностью барорефлекса, возникающего при ЭСДН, является кратковременность эффект, из-за наступающей адаптации. Длительное и стойкое снижение артериального давления можно получить, воздействуя стимулами попеременно — на правый и левый депрессорный нервы, таким образом, чтобы каждое последующее воздействие перекрывало предыдущее. Метод ЭСДН может найти применение в клинике для купирования гипертонических кризов, осложняющих течение гипертонической болезни и представляющих особую опасность.
При тяжелых болевых синдромах, встречающихся в неврологической практике, возможно применение спинномозговой стимуляции, осуществляемой с помощью электродов, имплантированных в спинномозговой канал. Связь с источником стимулов может осуществляться по радиоканалу или непосредственно через проводники, выходящиена поверхность кожи. Сообщается о высокой эффективности метода, оцениваемой по сравнению с методом перидуральной анестезии.
Электростимуляция нерва каротидного синуса используется для лечения стенокардии и гипертензии при неэффективности или наличии противопоказаний к другим видам терапии. Стимуляция осуществляется с помощью имплантированных электродов с радиочастотной передачей сигнала от внешнего стимулятора-передатчика. При гипертонии постоянная стимуляция нерва каротидного синуса приводит к ослаблению симпатической регуляции сердечной деятельности, что приводит к снижению частоты сердечных сокращений, ударного объема и давления крови. При стенокардии под влиянием стимуляции улучшается питание и происходит мобилизация резерва метаболических ресурсов миокарда. Эффективным является двухстороннее дискретное раздражение нерва, при котором отмечается нормализация обмена в миокарде. Предложена методика стимуляции, при которой параметры воздействия автоматически корректируются в зависимости от состояния сердечной деятельности, анализируемой по результатам измерения ЭКГ. Для этого в состав имплантированной части системы включается микропроцессор с запоминающим устройством и схема управления. Данная методика стимуляции позволяет учесть индивидуальные особенности пациента, а также корректировать воздействие при физических нагрузках и в покое.
Электростимуляция желудочно-кишечного тракта применяется как метод борьбы с нарушениями моторной, моторно-эвакуаторной и секреторной функций пищеварительной системы. При трансгастральной электростимуляции желудка и двенадцатиперстной кишки в них через пищевод вводят активный электрод - зонд. В случае униполярной стимуляции, охватывающей большую зону кишечника, чем при биполярной, индифферентный электрод в виде пластинки помещают на брюшной стенке в эпигастральной области. При необходимости лечения нижних отделов кишечника активный электрод располагается ректально, а индифферентный - на передней брюшной стенке или на пояснице.
Используется также введение униполярного электрода через кишечные свищи. Для ликвидации послеоперационного пареза кишечника применяют наиболее простой способ стимуляции с помощью электродов, накладываемых на кожу в области гепатодуоденальной зоны.
Параметры стимулирующего воздействия определяются особенностями возбуждения гладкой мускулатуры, сокращения которой, достигая большой силы, распространяются достаточно медленно. Частота следования стимулов выбирается в диапазоне нескольких десятков герц при длительности стимула порядка единиц миллисекунд. Сообщается о высокой эффективности метода при лечении больных нейрогеннодискинетическими колитами, при поражениях спинного мозга, при лечении функциональной кишечной непроходимости.
Электростимуляция биологически активных точек (БАТ) (электро-акупунктура, электропунктура) заключается в раздражении БАТ слабым постоянным или импульсным низкочастотным током. Здесь используются игольчатые или конусные заостренные электроды, располагаемые в области БАТ.
Токи воздействия при игольчатых электродах не превышают десятков-сотен микроампер при миллисекундных длительностях стимула с частотой следования порядка десятков герц. Электростимуляция БАТ является одним из основных методов рефлексотерапии, используемой практически во всех основных направлениях медицины. Большой положительный опыт использования электропунктуры накоплен в практике анестезиологии-реаниматологии для борьбы с болевыми синдромами, в ортопедии и травматологии.
Дефибрилляция сердца осуществляется путем воздействия на сердце одиночным импульсом большой амплитуды. Причиной фибрилляции является частичная или полная потеря синхронизации в генерации и проведении возбуждения в сердце.
При дефибрилляции происходит одновременная деполяризация мембран всех клеток в результате их одномоментного раздражения сильным импульсом тока. Нормальная активность сердца восстанавливается в результате возникновения автономного возбуждения в синусовом узле.
При проведении дефибрилляции наиболее важным является выбор минимального по интенсивности импульса тока, способного вызвать эффективное воздействие при однократном включении, так как сама процедура дефибрилляции не исключает возможности повреждения сердца электрическим током.
При проведении кардиохирургических операций возможна прямая дефибрилляция, при которой электроды накладываются непосредственно на поверхность сердца.
Трансторакальная дефибрилляция осуществляется при наложении электродов на поверхность грудной клетки больного. Оптимальной формой импульса для осуществления дефибрилляции считается синусоидальная полуволна, возникающая при прохождении разрядного тока конденсатора через индуктивность при малой добротности системы. Амплитуда тока импульса достигает десятков ампер при длительности порядка 10 мс.
Электростимуляция выделительных органов включает электростимуляцию мочевого пузыря и сфинктеров и применяется при расстройствах мочеиспускания.
В зависимости от места приложения стимулов используется стимуляция соответствующих нервов, мышц мочевого пузыря и непосредственно спинальных центров мочеиспускания. В случаях, когда трансректальное подведение стимулов становится неэффективным, производят имплантацию электродов для непосредственной стимуляции мочевого пузыря. Тогда передача стимулов может осуществляться по радиоканалу.
При лечении дисфункции сфинктеров стимулирующий ток способствует напряжению мышц сфинктера и восстановлению их естественного тонуса.
Так, для лечения энуреза используется методика длительной стимуляции с помощью электродов, располагаемых как эндоуретрально, так и накожно. При лечении анальной инконтиненции электроимпульсное воздействие прикладывается через ректальный электрод специальной формы к мышцам наружного сфинктера в целях увеличения тонического напряжения мышц.
Электростимуляция органов слуха и зрения применяется с целью терапии и протезирования при утрате естественной функции органов. Для улучшения слуха используется электростимуляция слухового нерва через первичное раздражение рецепторных зон, а также соответствующих биологически активных точек.
При лечении больных с нейросенсорной глухотой предложен метод электростимуляции слухового нерва короткими пачками монополярных импульсов, следующих с частотой акустического сигнала. При этом число импульсов в пачке возрастает с увеличением интенсивности звука. Имплантированная часть устройства содержит мультиэлектрод, соединенный со слуховым нервом, и микропроцессор, управляющий режимом стимуляции.
Передача энергии от внешнего передатчика осуществляется по радиочастотному каналу, а передача информации - с помощью ультразвука, чем достигается развязка каналов. Прямая электростимуляция зрительных нервов осуществляется с помощью имплантированных биполярных электродов. Электростимуляция способствует повышению уровня активности зрительного нерва и зрительного анализатора в целом и используется как метод восстановления зрения при повреждении зрительных нервов. Получены отчетливые лечебные эффекты в виде значительного повышения остроты зрения и расширения периферических границ полей зрения.
Диагностическая электростимуляция включает электроимпульсное воздействие на нервные или мышечные структуры с целью их возбуждения и регистрации вызванных возбуждением эффектов. Диагностическое направление возникло в различных областях медицины и в настоящее время имеет самостоятельное значение.
Диагностическая стимуляция сердца используется, например, дли выявления скрытых форм нарушений проводимости в различных отделах проводящей системы, определения резерва коронарного русла, слабости синусового узла. Стимуляция в этом случае осуществляется с помощью эндокардиального электрода, регистрация эффекта воздействия производится путем внутрисердечной электрографии.
Значительное распространение получила электростимуляционная миография, с помощью которой проводят диагностику ряда заболеваний, связанных с нарушением проводимости по нерву, нервномышечной передачи.
В данном случае стимулирующее воздействие в виде однократных или периодических импульсов наносится чрескожно в проекции возбуждаемых структур. Эффект воздействия оценивается по регистрации электромиограммы. Важное значение для клиники нервных болезней имеет исследование рефлекторного ответа мышцы, вызываемого электрической стимуляцией нерва, - так называемого Н-рефлекса. Это обусловлено в первую очередь тем, что величина Н-рефлекса отражает функциональное состояние спинальных структур, которое, е свою очередь, находится под супраспинальным контролем.
В анестезиологии используется стимуляция двигательных нервов для определения степени нервно-мышечной блокады при введении оперируемому больному мышечных релаксантов. Стимулы подаются, например, на локтевой нерв в виде четырехимпульсной последовательности при длительности стимулов 2 мс. При этом мышечное сокращение большого пальца фиксируется с помощью датчика силы, а обработки получаемых сигналов осуществляется микро-ЭВМ.
Важным направлением диагностической электростимуляции является воздействие дозированными по интенсивности стимулами на кожу с целью определения порогов тактильной и болевой чувствительности. Измерение порогов чувствительности на определенных участках кожи позволяет, в частности, судить о развитии патологических процессов в центральной нервной системе.
Определение порогов кожной чувствительности осуществляется с помощью электродов, питаемых от стимулятора, работающего в режиме генератора тока. Для оценки болевой чувствительности в стоматологии стимулы прикладываются на кожу щечной области лица или через специальные электроды непосредственно на зуб. При этом фиксируется не только пороговое значение интенсивности стимула, но и вегетативные проявления болевой реакции по сигналам с датчиков плетизмограммы и пневмограммы. Полученная информация анализируется с помощью ЭВМ.
Рассмотрение основных методик электростимуляции органов и тканей показывает, что, несмотря на различие лечебных эффектов, возникающих при возбуждении различных физиологических систем, в процессах, происходящих при электростимуляции, наблюдается ряд общих явлений и характерных закономерностей.
Анализ процессов электростимуляции показывает, что можно выделить несколько типов структур, являющихся объектом воздействия, близких по своим электрофизиологическим свойствам: это нервные структуры на уровне центральной нервной системы, спинного мозга, периферических проводников и рецепторов.
Исследование систем электронейростимуляции позволяет на основе анализа общих закономерностей функционирования систем разработать эффективные методы и аппаратуру электронейростимуляции для различных клинических применений. ЛИТЕРАТУРА1. 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, 2000г. – 376с.
2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с..
3. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.
4. Катона З. Электроника в медицине: Пер. с венг. / Под ред. Н.К.Розмахина - Мн.: Медицина 2002. - 140с.
bukvasha.ru
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Электростимуляция внутренних органов и опорно-двигательного аппарата»
МИНСК, 2008
Для профилактики и лечения гипокинезии применяется многоканальная программируемая электростимуляция, имитирующая работу мышц-антагонистов при выполнении произвольных движений с учетом их анатомо-физиологических особенностей.
Для биоуправления параметрами стимуляции используется отведение биопотенциалов здоровых мышц, которые модулируют сигналы воздействия. Биоэлектрическая активность может быть записана на магнитную ленту и многократно использоваться для управления движениями.
Для коррекции нарушений ходьбы разработаны методы ЭС ОДА, использующие отведение биопотенциалов здоровых мышц-антагонистов и соответствующих мышц здоровой конечности.
Рисунок 1 – Электростимуляция опорно-двигательного аппарата:
1,2 - воздействие на ЦНС, 3 - СМ, 4 - периферические нервы, 5 - мышцы
При тяжелых поражениях двигательных функций используется церебро-спинальная электростимуляция. В этом случае стимулы подводятся к областям спинного или головного мозга с помощью имплантированных электродов.
Управление процессом стимуляции осуществляется по радиоканалу, который может также применяться для подзарядки имплантированных источников питания. Для электростимуляции структур центральной нервной системы разработаны специальные фиксированные программы, включаемые извне с помощью радиочастотного программирующего устройства.
Методы церебро-спинальной ЭС ОДА применяются при лечении спинномозговых травм, центральных расстройств движения, реабилитации двигательных функций.
Электростимуляция дыхания (ЭСД) используется при расстройствах функции внешнего дыхания, вызванных угнетением дыхательного центра, патологией периферических или центральных механизмов, нарушением исполнительных механизмов дыхательного акта вследствие травм или хирургических вмешательств в области грудной клетки.
ЭСД осуществляется путем непосредственной стимуляции диафрагмы или диафрагмальных нервов, благодаря которой под действием плавно нарастающих стимулов сокращается дыхательная мускулатура и осуществляется активный вдох, а выдох происходит пассивно за счет эластичности диафрагмы и легких (рис. 1). Частота подводимых стимулов определяет ритм дыхательных движений.
Метод трансвенозной стимуляции наиболее полно отвечает задачам адекватного управления диафрагмальным дыханием. С помощью этого метода удается получить стабильный эффект в течение длительного времени без отрицательных воздействий на структуру диафрагмального нерва. При непосредственной стимуляции с помощью имплантируемых электродов используется радиочастотная передача стимула от экстракорпорального генератора воздействия к имплантируемому приемнику, соединенному с электродами, накладываемыми на нерв.
Рисунок 2 – Электростимуляция дыхания:
1 - диафрагмальный нерв; 2 - диафрагма; 3 - электроды; 4 - приемная часть; 5 - излучающая антенна; 6 - стимулятор
Биоуправляемая ЭСД позволяет синхронизировать стимулы с ритмом естественного дыхания. Для управления стимулами используете регистрация дыхательных движений диафрагмы, определяемых, например, с помощью термисторного датчика, реагирующего на движение воздуха во внешних дыхательных путях. Эффективность биосинхронизированной ЭСД оказывается существенно выше несинхронизированной.
Электростимуляция депрессорных нервов (ЭСДН) предложена как способ лечения гипертонической болезни. Особенностью барорефлекса, возникающего при ЭСДН, является кратковременность эффект, из-за наступающей адаптации. Длительное и стойкое снижение артериального давления можно получить, воздействуя стимулами попеременно — на правый и левый депрессорный нервы, таким образом, чтобы каждое последующее воздействие перекрывало предыдущее. Метод ЭСДН может найти применение в клинике для купирования гипертонических кризов, осложняющих течение гипертонической болезни и представляющих особую опасность.
При тяжелых болевых синдромах, встречающихся в неврологической практике, возможно применение спинномозговой стимуляции, осуществляемой с помощью электродов, имплантированных в спинномозговой канал. Связь с источником стимулов может осуществляться по радиоканалу или непосредственно через проводники, выходящие на поверхность кожи. Сообщается о высокой эффективности метода, оцениваемой по сравнению с методом перидуральной анестезии.
Электростимуляция нерва каротидного синуса используется для лечения стенокардии и гипертензии при неэффективности или наличии противопоказаний к другим видам терапии. Стимуляция осуществляется с помощью имплантированных электродов с радиочастотной передачей сигнала от внешнего стимулятора-передатчика. При гипертонии постоянная стимуляция нерва каротидного синуса приводит к ослаблению симпатической регуляции сердечной деятельности, что приводит к снижению частоты сердечных сокращений, ударного объема и давления крови. При стенокардии под влиянием стимуляции улучшается питание и происходит мобилизация резерва метаболических ресурсов миокарда. Эффективным является двухстороннее дискретное раздражение нерва, при котором отмечается нормализация обмена в миокарде. Предложена методика стимуляции, при которой параметры воздействия автоматически корректируются в зависимости от состояния сердечной деятельности, анализируемой по результатам измерения ЭКГ. Для этого в состав имплантированной части системы включается микропроцессор с запоминающим устройством и схема управления. Данная методика стимуляции позволяет учесть индивидуальные особенности пациента, а также корректировать воздействие при физических нагрузках и в покое.
Электростимуляция желудочно-кишечного тракта применяется как метод борьбы с нарушениями моторной, моторно-эвакуаторной и секреторной функций пищеварительной системы. При трансгастральной электростимуляции желудка и двенадцатиперстной кишки в них через пищевод вводят активный электрод - зонд. В случае униполярной стимуляции, охватывающей большую зону кишечника, чем при биполярной, индифферентный электрод в виде пластинки помещают на брюшной стенке в эпигастральной области. При необходимости лечения нижних отделов кишечника активный электрод располагается ректально, а индифферентный - на передней брюшной стенке или на пояснице.
Используется также введение униполярного электрода через кишечные свищи. Для ликвидации послеоперационного пареза кишечника применяют наиболее простой способ стимуляции с помощью электродов, накладываемых на кожу в области гепатодуоденальной зоны.
Параметры стимулирующего воздействия определяются особенностями возбуждения гладкой мускулатуры, сокращения которой, достигая большой силы, распространяются достаточно медленно. Частота следования стимулов выбирается в диапазоне нескольких десятков герц при длительности стимула порядка единиц миллисекунд. Сообщается о высокой эффективности метода при лечении больных нейрогеннодискинетическими колитами, при поражениях спинного мозга, при лечении функциональной кишечной непроходимости.
Электростимуляция биологически активных точек (БАТ) (электро-акупунктура, электропунктура) заключается в раздражении БАТ слабым постоянным или импульсным низкочастотным током. Здесь используются игольчатые или конусные заостренные электроды, располагаемые в области БАТ.
Токи воздействия при игольчатых электродах не превышают десятков-сотен микроампер при миллисекундных длительностях стимула с частотой следования порядка десятков герц. Электростимуляция БАТ является одним из основных методов рефлексотерапии, используемой практически во всех основных направлениях медицины. Большой положительный опыт использования электропунктуры накоплен в практике анестезиологии-реаниматологии для борьбы с болевыми синдромами, в ортопедии и травматологии.
Дефибрилляция сердца осуществляется путем воздействия на сердце одиночным импульсом большой амплитуды. Причиной фибрилляции является частичная или полная потеря синхронизации в генерации и проведении возбуждения в сердце.
При дефибрилляции происходит одновременная деполяризация мембран всех клеток в результате их одномоментного раздражения сильным импульсом тока. Нормальная активность сердца восстанавливается в результате возникновения автономного возбуждения в синусовом узле.
При проведении дефибрилляции наиболее важным является выбор минимального по интенсивности импульса тока, способного вызвать эффективное воздействие при однократном включении, так как сама процедура дефибрилляции не исключает возможности повреждения сердца электрическим током.
При проведении кардиохирургических операций возможна прямая дефибрилляция, при которой электроды накладываются непосредственно на поверхность сердца.
Трансторакальная дефибрилляция осуществляется при наложении электродов на поверхность грудной клетки больного. Оптимальной формой импульса для осуществления дефибрилляции считается синусоидальная полуволна, возникающая при прохождении разрядного тока конденсатора через индуктивность при малой добротности системы. Амплитуда тока импульса достигает десятков ампер при длительности порядка 10 мс.
Электростимуляция выделительных органов включает электростимуляцию мочевого пузыря и сфинктеров и применяется при расстройствах мочеиспускания.
В зависимости от места приложения стимулов используется стимуляция соответствующих нервов, мышц мочевого пузыря и непосредственно спинальных центров мочеиспускания. В случаях, когда трансректальное подведение стимулов становится неэффективным, производят имплантацию электродов для непосредственной стимуляции мочевого пузыря. Тогда передача стимулов может осуществляться по радиоканалу.
При лечении дисфункции сфинктеров стимулирующий ток способствует напряжению мышц сфинктера и восстановлению их естественного тонуса.
Так, для лечения энуреза используется методика длительной стимуляции с помощью электродов, располагаемых как эндоуретрально, так и накожно. При лечении анальной инконтиненции электроимпульсное воздействие прикладывается через ректальный электрод специальной формы к мышцам наружного сфинктера в целях увеличения тонического напряжения мышц.
Электростимуляция органов слуха и зрения применяется с целью терапии и протезирования при утрате естественной функции органов. Для улучшения слуха используется электростимуляция слухового нерва через первичное раздражение рецепторных зон, а также соответствующих биологически активных точек.
При лечении больных с нейросенсорной глухотой предложен метод электростимуляции слухового нерва короткими пачками монополярных импульсов, следующих с частотой акустического сигнала. При этом число импульсов в пачке возрастает с увеличением интенсивности звука. Имплантированная часть устройства содержит мультиэлектрод, соединенный со слуховым нервом, и микропроцессор, управляющий режимом стимуляции.
Передача энергии от внешнего передатчика осуществляется по радиочастотному каналу, а передача информации - с помощью ультразвука, чем достигается развязка каналов. Прямая электростимуляция зрительных нервов осуществляется с помощью имплантированных биполярных электродов. Электростимуляция способствует повышению уровня активности зрительного нерва и зрительного анализатора в целом и используется как метод восстановления зрения при повреждении зрительных нервов. Получены отчетливые лечебные эффекты в виде значительного повышения остроты зрения и расширения периферических границ полей зрения.
Диагностическая электростимуляция включает электроимпульсное воздействие на нервные или мышечные структуры с целью их возбуждения и регистрации вызванных возбуждением эффектов. Диагностическое направление возникло в различных областях медицины и в настоящее время имеет самостоятельное значение.
Диагностическая стимуляция сердца используется, например, дли выявления скрытых форм нарушений проводимости в различных отделах проводящей системы, определения резерва коронарного русла, слабости синусового узла. Стимуляция в этом случае осуществляется с помощью эндокардиального электрода, регистрация эффекта воздействия производится путем внутрисердечной электрографии.
Значительное распространение получила электростимуляционная миография, с помощью которой проводят диагностику ряда заболеваний, связанных с нарушением проводимости по нерву, нервномышечной передачи.
В данном случае стимулирующее воздействие в виде однократных или периодических импульсов наносится чрескожно в проекции возбуждаемых структур. Эффект воздействия оценивается по регистрации электромиограммы. Важное значение для клиники нервных болезней имеет исследование рефлекторного ответа мышцы, вызываемого электрической стимуляцией нерва, - так называемого Н-рефлекса. Это обусловлено в первую очередь тем, что величина Н-рефлекса отражает функциональное состояние спинальных структур, которое, е свою очередь, находится под супраспинальным контролем.
В анестезиологии используется стимуляция двигательных нервов для определения степени нервно-мышечной блокады при введении оперируемому больному мышечных релаксантов. Стимулы подаются, например, на локтевой нерв в виде четырехимпульсной последовательности при длительности стимулов 2 мс. При этом мышечное сокращение большого пальца фиксируется с помощью датчика силы, а обработки получаемых сигналов осуществляется микро-ЭВМ.
Важным направлением диагностической электростимуляции является воздействие дозированными по интенсивности стимулами на кожу с целью определения порогов тактильной и болевой чувствительности. Измерение порогов чувствительности на определенных участках кожи позволяет, в частности, судить о развитии патологических процессов в центральной нервной системе.
Определение порогов кожной чувствительности осуществляется с помощью электродов, питаемых от стимулятора, работающего в режиме генератора тока. Для оценки болевой чувствительности в стоматологии стимулы прикладываются на кожу щечной области лица или через специальные электроды непосредственно на зуб. При этом фиксируется не только пороговое значение интенсивности стимула, но и вегетативные проявления болевой реакции по сигналам с датчиков плетизмограммы и пневмограммы. Полученная информация анализируется с помощью ЭВМ.
Рассмотрение основных методик электростимуляции органов и тканей показывает, что, несмотря на различие лечебных эффектов, возникающих при возбуждении различных физиологических систем, в процессах, происходящих при электростимуляции, наблюдается ряд общих явлений и характерных закономерностей.
Анализ процессов электростимуляции показывает, что можно выделить несколько типов структур, являющихся объектом воздействия, близких по своим электрофизиологическим свойствам: это нервные структуры на уровне центральной нервной системы, спинного мозга, периферических проводников и рецепторов.
Исследование систем электронейростимуляции позволяет на основе анализа общих закономерностей функционирования систем разработать эффективные методы и аппаратуру электронейростимуляции для различных клинических применений.
ЛИТЕРАТУРА
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, 2000г. – 376с.
Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И.Утямышева и М.Враны - М.: Энергоатомиздат, 2003.384с..
Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. :[Учебн. пособие] - Мн.: Медицина, 2001. - 344с.
Катона З. Электроника в медицине: Пер. с венг. / Под ред. Н.К.Розмахина - Мн.: Медицина 2002. - 140с.
topref.ru
Механизмы действия и режимы электростимуляции МИНСК, 2008 Электростимуляция - это использование импульсных токов для восстановительного лечения органов и систем, особенно нервов и мышц, утративших свою нормальную функцию в результате болезни или травмы. Электростимуляция, вызывая двигательное возбуждение и сокращение мышц, одновременно рефлекторно усиливает весь комплекс обменно-трофических процессов, направленных на энергетическое обеспечение работающих мышц,
а также повышает активность регулирующих систем, в том числе клеток коры головного мозга. При прохождении стимулирующего электрического тока вдоль нервных стволов повышается проводимость по ним нервного возбуждения, ускоряется регенерация поврежденных нервов. Сокращение мышц, вызываемое стимулирующим электрическим током даже при полном нарушении проводимости нерва, в силу указанных выше процессов, тормозит развитие атрофии мышц и склеротических изменений (перерождение
мышечной ткани в соединительную, т.е. в ткань не способную к активному сокращению) в них. Электростимуляция улучшает кровообращение путём расширения кровеносных сосудов и ускорения в них кровотока. Активизация крово - и лимфообращения происходит и в более глубоких тканях межэлектродного пространства, повышается проницаемость сосудистых стенок, раскрываются резервные капилляры. Активизация кровообращения под воздействием электростимуляции является фактором, обеспечивающим многие
компоненты лечебного процесса. Это улучшение трофики тканей, удаление продуктов нарушенного обмена веществ из патологических очагов, рассасывание отёков, размягчение и рассасывание рубцов, регенерация поврежденных тканей, нормализация нарушенных функций. Наряду с улучшением кровообращения стимулируемой области активизируются процессы синтеза нуклеиновых кислот, в том числе РНК. Электростимуляция регулирует активность центральной нервной системы (головного и спинного мозга), восстанавливает
активность нервно-мышечного аппарата, восстанавливает тонус мышц и объем мышечной массы, увеличивает сосудистое русло артериальной и венозной крови, питающее нервы и мышцы, а также обладает обезболивающим эффектом. Было отмечено, что при электростимуляции достигается больший и более быстрый прирост мышечной массы, чем при обычной тренировке. Можно проводить избирательную электростимуляцию наиболее важных мышц или мышечных групп в режиме максимальных сокращений с последующими расслаблениями.
Сила, скорость сокращения и работоспособность мышц характеризуют функциональное состояние нервно-мышечного аппарата. Сила зависит от толщины мышечных волокон и регуляции мышц, участвующих в движении или усилии, а также от взаимодействия мышц-синергистов и мышц-антагонистов. Прирост силы мышцы максимален при изометрической тренировке, т.е. когда она напрягается, но движения в суставе не происходит; при этом увеличиваются поперечные размеры мышечных волокон.
Прирост времени работоспособности (динамическая тренировка) связан с нарастающей двигательной деятельностью; он обусловлен в основном усиленным кровотоком. Здесь играет роль и обучение той или иной функционально-динамической системы двигательного анализатора. Исходя из этого, можно применять один или оба режима (изометрическая и динамическая тренировка). В зависимости от амплитуды сигналов и порога возбуждения стимулируемой нервно-мышечной структуры различают следующие режимы электростимуляции: подпороговый,
пороговый и надпороговый. Подпорговый режим воздействия не вызывает сокращения мышцы, регистрируемого визуально или при помощи датчика. В опытах с подпороговой стимуляцией нервно-мышечного аппарата при выполнении динамической или статической работы нами было обнаружено повышение его работоспособности. При электростимуляции подпороговыми сигналами 5 раз в неделю (длительность процедуры 10 мин) в течение месяца нарастала сила и возбудимость мышц. Анализ данных проводился путем оценки электромиограмм, интегральной
электрической активности мышцы и эргограмм. Полученные результаты можно объяснить тем, что эфферентная стимуляция связана со способностью рецепторов (в том числе проприорецепторов) длительно отвечать на раздражение импульсами, в связи с чем через спинальные мотонейроны одноименных сегментов замыкается обратная связь, т.е. возникающая в ответ эфферентная импульсация поддерживает мышечный тонус и трофические процессы на более высоком уровне, чем в покое. Следовательно, стимулирующее воздействие влияет в основном
на эфферентную систему. Этот режим целесообразно использовать в клинической практике и в других случаях, сопровождающихся гиподинамией, он может сочетаться с воздействием пороговых и надпороговых стимулов. Пороговый режим представляет собой такое воздействие, при котором происходит едва регистрируемое сокращение стимулируемой мышцы. Эффект воздействия заключается не только в эфферентной электростимуляции, но и в непосредственном влиянии на нервно-мышечные структуры.
Например, применяется так называемый электромассаж, т.е. такая процедура, при которой стимулирующие сигналы вызывают фасцикулярные подергивания мышечных волокон, но вся мышца не напрягается и движения в суставе не происходит. Исследования проводились на группе испытуемых, включавшей 21 чел. обоего пола в возрасте от 20 до 40 лет. Пластинчатые электроды размерами 3х6 см прикрепляли на левом бицепсе. Использовали прямоугольный импульс длительностью 2 мс и паузу 5 мс; общая продолжительность процедуры
равнялась 15 мин. Изучали максимальную силу мышцы, соответствующую наибольшей массе, которую может удержать испытуемый при прямоугольном положении плеча по отношению к предплечью. Динамическую силу определяли путем подъема наибольшей массы бицепсом при перемещении предплечья из положения, соответствующего углу 180° в локтевом суставе, до угла 90°. Работоспособность мышцы рассчитывали по нагрузке, составляющей 60% наибольшей массы, и максимально
возможному числу перемещений предплечья между углами 180 и 90° при 28 сокращениях в минуту (обратное движение было разгружено). Оказалось, что электромассаж приводит к улучшению рабочих параметров мышцы и может частично заменить двигательную тренировку. При ежедневной электростимуляции в течение трех недель максимальная сила возросла на 17%, динамическая сила I на 23%, работоспособность на 93%. Электростимуляция должна проводиться, по меньшей мере,
3 раза в неделю, так как при этом ее эффективность вдвое выше, чем при двухразовой тренировке. Надпороговый режим представляет собой такое воздействие, при котором сокращение стимулируемой мышцы больше порогового, при этом оно может иметь различную степень выраженности. Эффект воздействия сходен с достигаемым при пороговом режиме электростимуляции, однако непосредственное влияние на нервно-мышечные структуры оказывается более сильным, четко выражено эфферентное влияние на
все уровни двигательного анализатора и целостный организм. Вызванное максимальное сокращение мышцы может поддерживаться дольше и повторяться большее число раз, чем при произвольных усилиях. По сравнению с обычной тренировкой электростимуляция нервно-мышечного аппарата имеет определенные преимущества. Так, при многолетней тренировке спортсмен достигает высокого уровня силового развития, однако отдельные мышечные группы отстают в этом развитии.
Вспомогательные упражнения, например, с увеличением отягощений, способствуют росту силы и мышечной массы, вместе с тем степень развития мышечной координации снижается, а сложный координационный навык основного движения не укрепляется, даже расшатывается. Тренировка мышцы ведет к замедлению скорости ее сокращений. При систематической электростимуляции, несмотря на увеличение силы максимального сокращения мышцы (в
среднем на 20-30%), у здоровых лиц она практически не влияет на координацию движений, а больных координация улучшается. После 35 дней электростимуляции по часу в день с достижением максимального напряжения прямой мышцы бедра белых крыс установлено, что электровозбудимость этой мышцы повысилась на 30%, а работоспособность стала выше контрольной на 70,8% через 1 мин, на 94,8% через 2 мин и на 23,3% через 15 мин. Достигнутый прирост силы даже через 6-7 мес. снижался лишь на 13%.
Во избежание замедления скорости сокращения мышцы, подвергающейся электростимуляции целесообразно применение двух режимов, один из которых обеспечивает получение медленных (тонических) напряжений, а другой позволяет осуществлять быстрые (кинетические) сокращения. Длительность времени сокращений и интервалы между ними должны быть индивидуализированы для каждой мышцы так, чтобы не наступало выраженного утомления. Таким образом, при проведении электростимуляции нервно-мышечного аппарата важен рациональный выбор
ее режимов и сочетания тонических и кинетических сокращений; это существенно влияет на процессы аэробного и анаэробного гликолиза, на увеличение массы, развитие силы, повышение возбудимости и работоспособности мышц. Электростимуляция увеличивает кровоток в мышцах, оказывает болеутоляющее и противовоспалительное действие, предупреждает возникновение атрофии от бездействия, замедляет ее развитие при денервации, понижает тонус при наличии спастичности, улучшает регенерацию нервов.
При систематической стимуляции нервно-мышечного аппарата с использованием даже одноканального электростимулятора происходят положительные биохимические сдвиги и в нетренируемых симметричных мышцах, а также улучшается функциональное состояние всего организма. Электрические и электрофизиологические параметры объектов электростимуляции. При разработке аппаратов для электростимуляции скелетной мускулатуры, внутренних тканей органов, необходимо знать особенности процессов, протекающих в зоне стимуляционного воздействия,
в том числе процессов, связанных с изменением междуэлектродного сопротивления. 1. Сопротивления кожи и подкожных тканей существенно различаются. Участки мышечной ткани, находящейся под биполярными электродами, условно можно считать гомогенными, однако различные органы и части тела нельзя характеризовать одинаковыми значениями удельного сопротивления, так как между далеко расположенными электродами оказываются разнородные ткани и органы.
Это важно учитывать при разработке методов электростимуляции, так как целесообразно биполярное наложение пары электродов одного канала электростимулятора на стимулируемую мышцу и нежелательно (даже недопустимо) их разнесение на разные группы мышц и тем более на одноименные мышцы противоположной стороны тела. Продольное сопротивление мышц, например, в звуковом диапазоне частот примерно в 2 раза меньше поперечного, что указывает на целесообразность такого наложения электродов, при котором биологический участок электрической
цепи замыкается по ходу мышечных волокон и их синаптического аппарата, так как при этом для обеспечения сокращения мышцы нужна меньшая мощность стимулирующих электрических воздействий.
2dip.su
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ на тему:
"Механизмы действия и режимы электростимуляции"
МИНСК, 2008
Электростимуляция - это использование импульсных токов для восстановительного лечения органов и систем, особенно нервов и мышц, утративших свою нормальную функцию в результате болезни или травмы.
Электростимуляция, вызывая двигательное возбуждение и сокращение мышц, одновременно рефлекторно усиливает весь комплекс обменно-трофических процессов, направленных на энергетическое обеспечение работающих мышц, а также повышает активность регулирующих систем, в том числе клеток коры головного мозга. При прохождении стимулирующего электрического тока вдоль нервных стволов повышается проводимость по ним нервного возбуждения, ускоряется регенерация поврежденных нервов. Сокращение мышц, вызываемое стимулирующим электрическим током даже при полном нарушении проводимости нерва, в силу указанных выше процессов, тормозит развитие атрофии мышц и склеротических изменений (перерождение мышечной ткани в соединительную, т.е. в ткань не способную к активному сокращению) в них.
Электростимуляция улучшает кровообращение путём расширения кровеносных сосудов и ускорения в них кровотока. Активизация крово - и лимфообращения происходит и в более глубоких тканях межэлектродного пространства, повышается проницаемость сосудистых стенок, раскрываются резервные капилляры. Активизация кровообращения под воздействием электростимуляции является фактором, обеспечивающим многие компоненты лечебного процесса. Это улучшение трофики тканей, удаление продуктов нарушенного обмена веществ из патологических очагов, рассасывание отёков, размягчение и рассасывание рубцов, регенерация поврежденных тканей, нормализация нарушенных функций. Наряду с улучшением кровообращения стимулируемой области активизируются процессы синтеза нуклеиновых кислот, в том числе РНК.
Электростимуляция регулирует активность центральной нервной системы (головного и спинного мозга), восстанавливает активность нервно-мышечного аппарата, восстанавливает тонус мышц и объем мышечной массы, увеличивает сосудистое русло артериальной и венозной крови, питающее нервы и мышцы, а также обладает обезболивающим эффектом.
Было отмечено, что при электростимуляции достигается больший и более быстрый прирост мышечной массы, чем при обычной тренировке. Можно проводить избирательную электростимуляцию наиболее важных мышц или мышечных групп в режиме максимальных сокращений с последующими расслаблениями.
Сила, скорость сокращения и работоспособность мышц характеризуют функциональное состояние нервно-мышечного аппарата. Сила зависит от толщины мышечных волокон и регуляции мышц, участвующих в движении или усилии, а также от взаимодействия мышц-синергистов и мышц-антагонистов. Прирост силы мышцы максимален при изометрической тренировке, т.е. когда она напрягается, но движения в суставе не происходит; при этом увеличиваются поперечные размеры мышечных волокон. Прирост времени работоспособности (динамическая тренировка) связан с нарастающей двигательной деятельностью; он обусловлен в основном усиленным кровотоком. Здесь играет роль и обучение той или иной функционально-динамической системы двигательного анализатора. Исходя из этого, можно применять один или оба режима (изометрическая и динамическая тренировка). В зависимости от амплитуды сигналов и порога возбуждения стимулируемой нервно-мышечной структуры различают следующие режимы электростимуляции: подпороговый, пороговый и надпороговый.
Подпорговый режим воздействия не вызывает сокращения мышцы, регистрируемого визуально или при помощи датчика. В опытах с подпороговой стимуляцией нервно-мышечного аппарата при выполнении динамической или статической работы нами было обнаружено повышение его работоспособности. При электростимуляции подпороговыми сигналами 5 раз в неделю (длительность процедуры 10 мин) в течение месяца нарастала сила и возбудимость мышц. Анализ данных проводился путем оценки электромиограмм, интегральной электрической активности мышцы и эргограмм. Полученные результаты можно объяснить тем, что эфферентная стимуляция связана со способностью рецепторов (в том числе проприорецепторов) длительно отвечать на раздражение импульсами, в связи с чем через спинальные мотонейроны одноименных сегментов замыкается обратная связь, т.е. возникающая в ответ эфферентная импульсация поддерживает мышечный тонус и трофические процессы на более высоком уровне, чем в покое. Следовательно, стимулирующее воздействие влияет в основном на эфферентную систему. Этот режим целесообразно использовать в клинической практике и в других случаях, сопровождающихся гиподинамией, он может сочетаться с воздействием пороговых и надпороговых стимулов.
Пороговый режим представляет собой такое воздействие, при котором происходит едва регистрируемое сокращение стимулируемой мышцы. Эффект воздействия заключается не только в эфферентной электростимуляции, но и в непосредственном влиянии на нервно-мышечные структуры. Например, применяется так называемый электромассаж, т.е. такая процедура, при которой стимулирующие сигналы вызывают фасцикулярные подергивания мышечных волокон, но вся мышца не напрягается и движения в суставе не происходит. Исследования проводились на группе испытуемых, включавшей 21 чел. обоего пола в возрасте от 20 до 40 лет. Пластинчатые электроды размерами 3х6 см прикрепляли на левом бицепсе. Использовали прямоугольный импульс длительностью 2 мс и паузу 5 мс; общая продолжительность процедуры равнялась 15 мин. Изучали максимальную силу мышцы, соответствующую наибольшей массе, которую может удержать испытуемый при прямоугольном положении плеча по отношению к предплечью. Динамическую силу определяли путем подъема наибольшей массы бицепсом при перемещении предплечья из положения, соответствующего углу 180° в локтевом суставе, до угла 90°. Работоспособность мышцы рассчитывали по нагрузке, составляющей 60% наибольшей массы, и максимально возможному числу перемещений предплечья между углами 180 и 90° при 28 сокращениях в минуту (обратное движение было разгружено). Оказалось, что электромассаж приводит к улучшению рабочих параметров мышцы и может частично заменить двигательную тренировку. При ежедневной электростимуляции в течение трех недель максимальная сила возросла на 17%, динамическая сила I на 23%, работоспособность на 93%. Электростимуляция должна проводиться, по меньшей мере, 3 раза в неделю, так как при этом ее эффективность вдвое выше, чем при двухразовой тренировке.
Надпороговый режим представляет собой такое воздействие, при котором сокращение стимулируемой мышцы больше порогового, при этом оно может иметь различную степень выраженности. Эффект воздействия сходен с достигаемым при пороговом режиме электростимуляции, однако непосредственное влияние на нервно-мышечные структуры оказывается более сильным, четко выражено эфферентное влияние на все уровни двигательного анализатора и целостный организм. Вызванное максимальное сокращение мышцы может поддерживаться дольше и повторяться большее число раз, чем при произвольных усилиях. По сравнению с обычной тренировкой электростимуляция нервно-мышечного аппарата имеет определенные преимущества. Так, при многолетней тренировке спортсмен достигает высокого уровня силового развития, однако отдельные мышечные группы отстают в этом развитии. Вспомогательные упражнения, например, с увеличением отягощений, способствуют росту силы и мышечной массы, вместе с тем степень развития мышечной координации снижается, а сложный координационный навык основного движения не укрепляется, даже расшатывается. Тренировка мышцы ведет к замедлению скорости ее сокращений. При систематической электростимуляции, несмотря на увеличение силы максимального сокращения мышцы (в среднем на 20-30%), у здоровых лиц она практически не влияет на координацию движений, а больных координация улучшается. После 35 дней электростимуляции по часу в день с достижением максимального напряжения прямой мышцы бедра белых крыс установлено, что электровозбудимость этой мышцы повысилась на 30%, а работоспособность стала выше контрольной на 70,8% через 1 мин, на 94,8% через 2 мин и на 23,3% через 15 мин. Достигнутый прирост силы даже через 6-7 мес. снижался лишь на 13%.
Во избежание замедления скорости сокращения мышцы, подвергающейся электростимуляции целесообразно применение двух режимов, один из которых обеспечивает получение медленных (тонических) напряжений, а другой позволяет осуществлять быстрые (кинетические) сокращения. Длительность времени сокращений и интервалы между ними должны быть индивидуализированы для каждой мышцы так, чтобы не наступало выраженного утомления.
Таким образом, при проведении электростимуляции нервно-мышечного аппарата важен рациональный выбор ее режимов и сочетания тонических и кинетических сокращений; это существенно влияет на процессы аэробного и анаэробного гликолиза, на увеличение массы, развитие силы, повышение возбудимости и работоспособности мышц. Электростимуляция увеличивает кровоток в мышцах, оказывает болеутоляющее и противовоспалительное действие, предупреждает возникновение атрофии от бездействия, замедляет ее развитие при денервации, понижает тонус при наличии спастичности, улучшает регенерацию нервов. При систематической стимуляции нервно-мышечного аппарата с использованием даже одноканального электростимулятора происходят положительные биохимические сдвиги и в нетренируемых симметричных мышцах, а также улучшается функциональное состояние всего организма.
Электрические и электрофизиологические параметры объектов электростимуляции.
При разработке аппаратов для электростимуляции скелетной мускулатуры, внутренних тканей органов, необходимо знать особенности процессов, протекающих в зоне стимуляционного воздействия, в том числе процессов, связанных с изменением междуэлектродного сопротивления.
1. Сопротивления кожи и подкожных тканей существенно различаются. Участки мышечной ткани, находящейся под биполярными электродами, условно можно считать гомогенными, однако различные органы и части тела нельзя характеризовать одинаковыми значениями удельного сопротивления, так как между далеко расположенными электродами оказываются разнородные ткани и органы. Это важно учитывать при разработке методов электростимуляции, так как целесообразно биполярное наложение пары электродов одного канала электростимулятора на стимулируемую мышцу и нежелательно (даже недопустимо) их разнесение на разные группы мышц и тем более на одноименные мышцы противоположной стороны тела. Продольное сопротивление мышц, например, в звуковом диапазоне частот примерно в 2 раза меньше поперечного, что указывает на целесообразность такого наложения электродов, при котором биологический участок электрической цепи замыкается по ходу мышечных волокон и их синаптического аппарата, так как при этом для обеспечения сокращения мышцы нужна меньшая мощность стимулирующих электрических воздействий.
2. Сопротивление междуэлектродной цепи зависит от силы тока. Эта зависимость сходна с соответствующей зависимостью в электролите, чем меньше плотность тока, тем больше сопротивлении цепи. Например, при частоте синусоидального тока 12 кГц, площади электродов 1 см2, междуэлектродном расстоянии 2 см и силе тока 50 мкА сопротивление кожи составляло 312±14 Ом, а при силе тока 100 мкА – 28З±11 Ом (исследовано 28 здоровых мужчин).
3. Полное сопротивление Z кожи и лежащих под нею тканей состоит из активного R и реактивного (емкостного) Хс сопротивлений, которые зависят от емкости С. R - это омическое сопротивление кожи и электролитов подкожных тканей, С - сумма емкости клеток ткани и поляризационной емкости, образующейся на границе тканей с различными удельными сопротивлениями. Поэтому при изменении частоты пропускаемого синусоидального тока электрические характеристики исследуемого участка тела человека изменяются. Разность электрических параметров жидких и клеточных фаз организма максимальна на частотах порядка сотен герц.
На низких частотах энергия стимулирующих сигналов в основном приходится на кожу, где расположено много различных рецепторов, при раздражении которых у человека появляются ощущения дискомфорта. При повышении частоты увеличивается емкостная проводимость (соответственно изменяется сдвиг по фазе), за счет чего уменьшается падение напряжения на роговом слое кожи и все большая часть энергии приходится на внутренние ткани.
Участки поверхности кожи с толстым роговым слоем обладают в норме наибольшим активным сопротивлением и наименьшей емкостью. Опубликованы данные о результатах измерения у 104 здоровых лиц обоего пола полного сопротивления и фазового угла для середины внутренней стороны предплечья в полосе частот 1-20 кГц. Электродами служили два диска из нержавеющей стали диаметром 2 см, расстояние между их центрами составляло 4 см.
Полное сопротивление в полосе частот от 1 до 20 кГц снижалось в среднем от 6487 до 507 Ом, составляя (1882±468) Ом при частоте 4 кГц. Фазовый угол при этом уменьшался от 75 до 57 о и составлял 73,6±З,6°. Удаление рогового слоя кожи снижало полное сопротивление, при частоте 4 кГц до 304±54 Ом и фазовый угол φ до 10±1,8°.
4. Чем больше площадь электродов, тем меньше полное сопротивление кожи и подкожных тканей, так как проводимость растет при увеличении площади поперечного сечения проводника. Для измерений целесообразно применять жидкостные электроды, у которых площадью является поверхность кожи со всеми ее углублениями и выступами, с которыми соприкасается жидкость, налитая в плотно прижатую к коже трубку из диэлектрика.
5. С целью уменьшения электрического сопротивления кожа перед электростимуляцией обрабатывается нетоксичным веществом, растворяющим жир. Спирт для обработки кожи непригоден, так как наряду с обезжириванием он удаляет влагу из эпидермиса и особенно из протоков потовых желез, в результате чего появляются амплитудные и частотные искажения сигналов. Установлено, что обрабатывать кожу с целью увеличения ее проводимости рационально эфиром с последующим применением токопроводящих паст или растворов.
6. Оптимальной накожной электродной системой является такая система, которая минимизирует изменения полного сопротивления во время движения, хорошо прилегает к поверхности тела, обеспечивая одинаковое полное сопротивление по всей поверхности электрода, причем не имеет точек жжения. Термическое повреждение кожи широко варьируется в зависимости от ее полного сопротивления, значение которого, как уже отмечалось, зависит от способа обработки, а также от площади поверхности электрода, контактирующей с кожей.
Плоские накожные электроды имеют большую собственную поверхность, но площадь контактной поверхности между электродом и кожей зависит от давления, с которым электрод прижимается к коже.
7. Электрическое сопротивление постепенно снижается, особенно в течение первых 30 мин после наложения электродов на кожу человека. Это надо учитывать при электростимуляции; например, если в начале процедуры напряжение стимулирующего сигнала было установлено режиме пороговой стимуляции, то в конце ее могут появиться сверху пороговые сокращения мышцы при том же уровне сигнала. В целом полное сопротивление является функцией частоты и плотности тока, в связи с чем целесообразно проводить оптимизацию - минимизировать мощность, поглощаемую участком электроды - кожа. При наличии основной и гармонических составляющих сигнала большая часть энергии должна поступать к нервно – мышечному аппарату.
8. Имеются топографические различия в электрическом сопротивлении кожи и подкожных тканей: на голове оно меньше, чем па предплечье; на конечностях больше, чем на туловище.
9. Электрическое сопротивление кожи и подкожных тканей человека зависит от температуры окружающего воздуха. С ее понижением кровеносные сосуды кожи сужаются, что приводит к увеличению сопротивления ткани. Например, при резком понижении температуры окружающего воздуха и кожи испытуемого даже после обработки кожи специальной пастой сопротивление увеличивалось при приложении постоянного тока от 10 до 100 кОм. Установлено, что при изменении температуры кожи на 20 0С ее проводимость (по переменному току) изменяется нелинейно на 52%. Во избежание этих изменений нами были разработаны электроды с автоматической, регулировкой подогрева в пределах 38-43 °С, что позволило существенно уменьшить полное сопротивление кожи под электродами и тем самым снизить мощность сигналов при электростимуляции нервно-мышечного аппарата и проводить процедуру при практически стабильном переходном сопротивлении системы электроды - кожа - подкожные ткани.
10. На проводимость живой ткани влияют воздействия на органы чувств, различные формы физической и психической деятельности (например, испуг и др.). Измерение проводимости кожи в диапазоне частот 0–100 Гц применяется для регистрации кожно-гальванического рефлекса.
11. Перспективно использование результатов измерений полного сопротивления мышцы для характеристики ее функционального состояния.
При сокращении мышцы ее полное сопротивление возрастает, при расслаблении - уменьшается. Осциллограмма этих изменений отражает механические явления в мышце во время ее работы.
Изложенное выше указывает на наличие нелинейных изменений электрических характеристик кожи и подкожных тканей в зависимости от различных условий. Полное сопротивление различно у людей; иногда оно зависит от топографической области исследуемого участка тела. Изменения проводимости можно использовать как объективный показатель реакции нервно-мышечного аппарата на электростимуляционные воздействия.
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, 2000г. – 376с.
2. Электронная аппаратура для стимуляции органов и тканей /Под ред Р.И. Утямышева и М. Враны - М.: Энергоатомиздат, 2000.384с.
3. Электрическая стимуляция мозга и нервов у человека / Н.П. Бехтерева, С.В. Медведев, А.Н. Шандурина и др. – Спб.: Наука, 2000. - 263с.
4. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.: [Учебн. пособие] - М.: Медицина, 2001. - 344с.
topref.ru
