Биофизические основы метода динамической электронейростимуляции

Обзор базовых режимов аппаратов
для динамической электрорефоексотерапии

Гуров А.А.1, Мейзеров Е.Е.1, Будников Ю.Ф. 1, Черемхин К.Ю.2, Иванов В.В.2
1. Институт рефлексотерапии ФНКЭЦ ТМДЛ Росздрава, г.Москва, Россия;
2. Медицинский отдел корпорации ДЭНАС МС, г.Екатеринбург, Россия

Приводится электрофизиологическое обоснование двух базовых функций динамической электронейростимуляции (ДЭНС): программы минимальной эффективной дозировки (МЭД) и способа выявления и локализации латентных триггерных рефлексогенных зон – скрининг-обследования. В основе этих функций лежит мониторинг импеданса подэлектродного участка поверхности кожи, осуществляемый через определение частоты затухающих колебаний выходного напряжения в контуре электродов аппарата и оценки динамики ее изменения.
Выявлена корреляция динамики емкостной составляющей импеданса поверхности кожи с показателями вегетативной регуляции и субъективными ощущениями испытуемых. Этот показатель может быть использован для определения минимальной, но уже эффективной дозировки воздействия. Определены оптимальные параметры для измерений и выявлены диагностические критерии патологии.
Ключевые слова: динамическая электронейростимуляция, импеданс подэлектродного участка поверхности кожи, минимальная эффективная дозировка воздействия, скрининг-обследование.

Метод динамической электронейростимуляции (ДЭНС) является дальнейшим развитием чрескожной электронейростимуляции (ЧЭНС) [10]. В основу ДЭНС положен принцип, заключающийся в мониторинге импеданса поверхности кожи в процессе стимуляции. Мониторинг предназначен для наблюдения и оценки реакций вегетативной нервной системы по динамике изменений значений емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи, что позволяет оптимизировать лечебные алгоритмы [3, 4, 6, 7, 8, 11].

Оценка динамики изменения поверхностного импеданса в процессе стимуляции использовалась и ранее разработчиками аппаратуры для определения дозировки воздействия, предпринимались попытки создания устройств с "биологической обратной связью". Однако во всех этих случаях не было физиологического обоснования критерия достаточности дозировки стимуляции [2, 9].

Известно, что электрод аппаратов для ДЭНС представляет собой конденсатор с величиной собственной емкости порядка 0.1 нФ, а его прикосновение к поверхности кожи приводит к увеличению этой емкости с постепенным выходом на плато до значения единиц и десятков нанофарад в течение нескольких минут [2]. Причиной этого эффекта является, скорее всего, появление естественной гидрофильной прокладки в виде водного раствора хлористого натрия и других веществ с высокой диэлектрической проницаемостью.
В модели для плоского конденсатора значение емкостной составляющей импеданса определяется по формуле:

C = E0 * E * S / D

где E0-диэлектрическая проницаемость вакуума;
E- диалектрическая проницаемость гидрофильной прокладки (например, для воды E=80, натрия E=б);
S- площадь электродов;
D- расстояние между электродами.

При этом следует отметить, что параметр Е зависит от температуры, давления, концентрации, Е0 зависит от выбора системы единиц, а величина емкости зависит от геометрических соотношений электродов, но не зависит от материала проводника [12]. Применение стимуляции приводит к более резкому повышению значения емкости при выходе на плато [2]. Стоит отметить, что стабильность значения импеданса на плато относительна, поскольку наблюдался медленный дрейф значения емкости в сторону ее увеличения.

На рис.1 изображена эквивалентная схема выходного каскада аппарата для ДЭНС (схема 1a), которая состоит из встроенных электродов Э1 и Э2, подключенных к вторичной обмотке выходного трансформатора, на первичную обмотку которого подаются импульсы стимуляции.
Эта эквивалентная схема представляет собой параллельный контур (схема 1б), который образован индуктивностью выходного трансформатора L и С совокупностью собственной емкости между электродами Э1, Э2 и емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи - между электродами Э1, Э2 с гидрофильной прокладкой на поверхности кожи.
Основным параметром для оценки динамики электрокожных характеристик в процессе стимуляции является значение резонансной частоты параллельного колебательного контура (формула 1в), в котором происходит резонанс токов.

Рис. 1. Эквивалентная схема выходного каскада аппарата для ДЭНС.

Как известно, форма импульса для ДЭНС всегда состоит из двух фаз [3, 4, 7, 8].
Первая фаза, регулируемая по длительности, предназначена для управления выходной мощностью стимулятора.
А вторая фаза - это вынужденные затухающие синусоидальные колебания, которые выполняют две функции:
непосредственно стимуляции и одновременно служат источником информации для оценки характера самого процесса стимуляции.
Эти колебания являются результатом ударного возбуждения контура от первой фазы импульса [3], формируемой блоком управления электростимулятора.
Происходящие в таком контуре процессы подробно освещены в литературе [5]. Колебания образуются непосредственно на электродах аппарата.
Активная составляющая импеданса подэлектродного участка кожи влияет на добротность резонансного контура и соответственно на скорость затухания вынужденных колебаний; ее величина, сильно зависящая от силы давления электродов на поверхность кожи, нестабильна, а потому диагностической значимости не имеет.

На рис. 2 приведены осциллограммы выходного импульса в аппаратах для ДЭНС без контакта с поверхностью кожи.

Рис. 2. Осциллограммы выходного импульса в аппаратах для ДЭНС
1 - эпюра выходного напряжения, 2 - эпюра тока, протекающего через электроды

На осциллограмме сигнала выходного напряжения четко выделяются первая фаза и вторая фаза в виде вынужденных затухающих колебаний с частотой примерно 30 кГц. Расчет резонансной частоты контура при Lтp=150 мГн и С0=0,15 нФ тоже дает значение порядка 30 кГц.
Скорость снижения частоты колебаний в контуре зависит от появления и скорости изменения водного состава гидрофильной прокладки в подэлектродной зоне, что в свою очередь зависит от уровня активации вегетативной нервной системы. В процессе стимуляции концентрация раствора меняется, и соответственно во второй фазе изменяется частота вплоть до 2 кГц и ниже.

На рис. 3 приведены осциллограммы выходного импульса в аппаратах для ДЭНС через интервал времени 30 секунд от момента соприкосновения с поверхностью кожи.

Рис. 3. Осциллограммы выходного импульса ДЭНС через 30 секунд от момента соприкосновения с кожей.

На рис. 3 по осциллограмме 1 видно снижение амплитуды и частоты вынужденных колебаний. Это происходит вследствие снижения импеданса подэлектродного участка кожи - снижаются активная и реактивная составляющие - увеличивается нагрузка. По этой же причине заметно вырастает амплитуда тока - осциллограмма 2.

Таким образом, мониторинг импеданса подэлектродного участка поверхности кожи осуществляемый через определение частоты и оценки динамики ее изменения лег в основу двух базовых режимов аппаратов для ДЭНС:
программы минимальной эффективной дозировки (МЭД) и
способа выявления и локализации латентных триггерных рефлексогенных зон - скрининг-обследования (СКРИНИНГ).

Минимальная эффективная дозировка воздействия. Обоснованное определение дозировки воздействия на рефлексогенные зоны является, безусловно, актуальной задачей, особенно принимая во внимание широкое использование аппаратов для ДЭНС в домашних условиях. Однако, как было показано в предыдущих исследованиях [2, 9], принцип определения достаточности воздействия, положенный в основу дозированного режима, в ряде аппаратов не является физиологически обоснованным. Все это послужило основанием для определения параметров, на основе анализа которых было бы возможно формирование алгоритма эффективной минимальной дозировки воздействия, достаточной для устойчивого изменения психофизиологического состояния организма. По результатам исследований [9] была построена программа воздействия на частоте 10 Гц, которая и получила название МЭД.

На рис. 4 представлены временные диаграммы сигналов, где на эпюре "а" изображен временной интервал стимуляции, на эпюре "b" - характер изменения емкостной составляющей импеданса подэлектродного участка кожи, на эпюре "с" - временной интервал стимуляции после стабилизации значения импеданса, на эпюре "d" - типовой график изменения индекса напряжения (ИН).

Рис. 4. Временные диаграммы сигналов программы МЭД, пояснения в тексте.

До начала стимуляции фоновые показатели вегетативного гомеостаза различались у различных испытуемых. Наиболее высокие значения ИН отмечались у людей с сердечно-сосудистой патологией в анамнезе и пациентов с болевыми ощущениями на момент исследования. На протяжении 5 минут фоновой регистрации ИН стабилизировался, кривая его изменения выходила на плато (рис. 3, эпюра "d" до t1). После включения стимуляции (эпюра "а" в момент t1) в основной серии исследований у большинства испытуемых сначала наблюдалось повышение индекса напряжения (эпюра "d" в момент t1, пунктирная линия) на 10-35% и изменение остальных показателей вегетативной регуляции в сторону преобладания симпатической активации и усиления напряжения вегетативной регуляции. У 5 здоровых добровольцев после начала стимуляции (в момент t1) начинались, напротив, медленное снижение индекса напряжения и уменьшение симпатической активации. После стимуляции в течение первых 1-1,5 минут происходили постепенное снижение индекса напряжения (эпюра "d" от t1 до t2) и изменение других показателей вегетативной регуляции в сторону снижения напряжения (снижение амплитуды моды, увеличение вариационного размаха, смещение вегетативного показателя ритма в сторону парасимпатической активации и др.). Следует отметить, что такая тенденция изменения показателей вегетативной регуляции наблюдалась при стимуляции как шейно-воротниковой зоны, так и периферических зон на конечностях.

Параллельно динамике физиологических показателей происходило и изменение электрических параметров кожи. После начала стимуляции наблюдалось увеличение значения емкости в подэлектродной зоне, а, следовательно, снижение значения импеданса (эпюра "b" от t1 до t2) до его стабилизации.

Начиная с момента стабилизации емкостной составляющей (в момент t2), в течение 1-2 минут стимуляции всегда происходила стабилизация состояния и выход на плато кривой изменения индекса напряжения (эпюра "d" до момента t3).

Параллельно с изменением показателей вегетативной регуляции электропроводности кожи и в этот временной диапазон наблюдались и определенные изменения субъективных ощущений испытуемых. Пациенты с болевыми синдромами именно в это время отмечали уменьшение интенсивности боли, здоровые добровольцы отмечали субъективное снижение амплитуды стимуляции. Таким образом, корреляция динамики емкостной составляющей импеданса поверхности кожи с показателями вегетативной регуляции свидетельствует о том, что этот показатель может быть использован для определения минимальной, но уже функционально- эффективной дозировки воздействия [11].

Скрининг-обследование.
Нарушения функций внутренних органов приводят к появлению в определенных ограниченных кожных областях - зон измененной чувствительности, не характерных для здорового организма и не обнаруживаемых на остальных и симметрично расположенных участках тела. Эти зоны называются латентными триггерными рефлексогенными зонами. В отличие от активных рефлексогенных зон, которые выявляются врачом при опросе и осмотре пациентов, латентные зоны выявляются и локализуются с помощью диагностических методов. К ним относятся и методы измерения электрокожного сопротивления либо в зоне прямой проекции пораженного органа, либо в удаленных кожных зонах сегментарной и внесегментарной иннервации, что обусловлено висцерокутанными или висцеромоторными коммуникациями.

Как показали исследования [3], самым информативным параметром для метода выявления и локализации латентных триггерных рефлексогенных зон является не значение частоты вынужденных колебаний и не столько значение скорости их изменения, сколько модуль разности значений скоростей в соседних областях поверхности кожи.

На рис. 5 приведены графики, поясняющие определение разности скоростей ? изменения частоты (или импеданса) для двух зон поверхности кожи, представленной в условных единицах /\LT (дельта латентных триггеров). Видно, что в Зоне 1 определена скорость /\LT1, а в Зоне 2 - /\LT2. Как было сказано выше, наибольшую диагностическую значимость представляет разность этих двух скоростей без учета знака /\= |/\LT1- /\LT2 | и имеет размерность [нФ/сек]. Максимальное значение емкости составляет 18 нФ. Для упрощения пользования методом разработчиками было принято решение перевести параметр /\LT в условные единицы в диапазоне от 0 до 100. Интервал подсчета в 5 секунд выбран из тех соображений, что такой интервал достаточно мал для результативной стимуляции.

Рис. 5. Определение ?LT для двух зон, объяснения в тексте.

Этот способ выявления и локализации латентных триггерных зон был назван скрининг-обследованием и реализован в аппаратах серии "ДиаДЭНС". С начала применения этих аппаратов в медицинской практике получены многочисленные данные, свидетельствующие об информативности такого рода обследования кожной поверхности.

В результате проведенных исследований [3] было установлено, что абсолютные значения показателя LT, показывающего скорость нарастания емкостной составляющей импеданса в течение 5 секунд тестирования не являются достаточно информативными для выявления патологических кожных сегментов. Не удалось выявить достаточно узкий универсальный "коридор нормы" для всех обследованных по аналогии с методом электропунктурной функциональной диагностики по Р.Фоллю. Значения /\LT были различны у разных испытуемых и в различных анатомических зонах у одного и того же человека. Одни и те же значения /\LT могли встречаться в "здоровых" сегментах одних больных и "патологических" сегментах других. Уровень перспирации определяется уровнем активации вегетативной нервной системы как сегментарного, так и надсегментарного уровня.
Уровень активности симпатического отдела вегетативной нервной системы, в свою очередь, имеет значительный разброс в зависимости от пола, возраста, типа темперамента, психоэмоционального состояния, уровня половых и других гормонов и т.д. [1]. В то же время достаточно информативным оказался модуль разности скоростей изменения импеданса справа и слева в симметричных зонах. Было выявлено, что значения /\ >=5 соответствуют патологии органов, иннервируемых симпатической или соматической частью данного сегмента, причем при воспалительных заболеваниях более высокие значения /\?LT наблюдаются на пораженной стороне, а при дегенеративных заболеваниях вне обострения - на здоровой.
Выявлены и другие информативные параметры скрининг-обследования. Было отмечено, что при артритах и артрозах суставов в остром периоде, сопровождающихся выраженным болевым синдромом наблюдались значения в диапазоне от /\LT > 90 до /\LT=100.

При этом со стороны поражения и здоровой стороны асимметрии показателей не наблюдалось. Это связано с очень низким начальным значением импеданса, и поэтому прирост /\LT происходил очень быстро и за пределами шкалы. Таким образом, значимым диагностическим критерием способа можно считать превышение абсолютных показателей /\LT > 90.

В ряде случаев при наличии патологии внутренних органов в соответствующем дерматоме наблюдались изменения абсолютных значений /\LT по сравнению с соседними сегментами. Причем, асимметрия показателя справа и слева /\> 5 наблюдалась при остром процессе или обострении хронического процесса. Можно предположить, что при воспалительном процессе будет наблюдаться повышение, а при дегенеративном - снижение этого показателя, но для подтверждения этого предположения необходимы данные более точной инструментальной диагностики патологии, которые были представлены только у больных с вертеброгенной патологией.

Наиболее информативными зонами для скрининг-обследования оказались зоны первой боковой линии спины и сигнальные зоны. Это согласуется с данными литературы о наиболее выраженном сегментарном действии акупунктурных точек, расположенных именно на первой боковой линии спины и об использовании сигнальных зон как диагностически значимых [2,6].

Удалось установить, что абсолютные значения показателя /\LT <10 имеют определенное диагностическое значение - могут указывать на прогрессирующие дегенеративные изменения в соответствующих позвоночно-двигательных сегментах, в большинстве случаев сопровождающихся грыжами дисков.

Таким образом, в результате проведенных исследований были определены оптимальные параметры для измерений и выявлены диагностические критерии патологии, а также установлена достоверная корреляция показателей скрининг-обследования с клиническими данными в группе больных с вертеброгенной патологией.

В заключение можно отметить, что динамическая электронейростимуляция является полезным дополнением к стандартным методам, используемым при лечении болезней, сопровождающихся болью, функциональными нарушениями и воспалением. С учетом возможности самостоятельного лечения и хорошей переносимости процедур ДЭНС можно рекомендовать для длительного применения в комплексном лечении.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Алдерсонс А.А. Механизмы электродермальных реакций. Рига: Зинанте, 1985. - 130 с.
  2. Гуров А.А., Будников Ю.Ф., Королева М.В., Мейзеров Е.Е. Экспериментальные исследования характеристик поверхностного импеданса при чреcкожной электростимуляции. // Электростимуляция -2002. Труды научно-практической конференции 27-28 марта 2002 г. М.-изд-во "ВНИИМП-ВИТА" НИИ медицинского приборостроения). - С. 118-123.
  3. Гуров А.А., Королева М.В., Черныш И.М. и др. Исследование параметров скрининг-обследования с применением аппарата "ДиаДЭНС" // Рефлексотерапия. - 2005. - № 3 (14). - С. 28-34.
  4. Гуров А.А., Королева М.В., Черныш И.М. и др. Основные принципы скрининг-обследования с применением аппарата "ДиаДЭНС" // Рефлексология. - 2006. - № 2 (10). - С. 27-31.
  5. Котельников В.А., Николаев А.М. Основы радиотехники. М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1950. - Ч.1. - 371с.
  6. Красникова Т.М., Косяков Н.С. Мониторинг поверхностного импеданса кожи аппаратами "ДиаДЭНС-Т" и "ДиаДЭНС-ДТ" для индикации корпоральных триггерных зон у детей различных возрастных групп при сколиозах позвоночника / Матер. междунар. симпозиума, посвящен. 7-лет. корпорации "ДЭНАС МС". - под ред. В.В.Малахова. - Екатеринбург: 2005. - С. 118-119.
  7. Мейзеров Е.Е. Динамическая электронейростимуляция в физио- и рефлексотерапии. // Рефлексотерапия. - 2003. - № 4 (7). - С. 20-24.
  8. Мейзеров Е.Е., Королева М.В., Гуров А.А., Будников Ю.Ф. Актуальные вопросы чреcкожной динамической электронейростимуляции. // Сборник материалов Научной юбилейной конференции. Итоги и перспективы развития традиционной медицины в России. 1-2 марта 2002 г. - М. Федеральный научный клинико-экспериментальный центр традиционных методов диагностики и лечения Министерства здравоохранения Российской Федерации. - С.97-103.
  9. Мейзеров Е.Е., Гуров А.А., Королева М.В. К вопросу о физиологическом обосновании дозировки воздействия при динамической электронейростимуляции. // Традиционная медицина. - 2004. - № 1. - С. 58-61.
  10. Метод динамической электронейростимуляции. Федеральная служба по надзору в сфере здравоохранения и социального развития МЗ и СР РФ. Регистрационное удостоверение на метод ФС-2005/004 от 04.03.2005.
  11. Черныш И.М., Дубова М.Н., Королева М.В., Адашинская Г.А., Мейзеров Е.Е. Предварительные результаты оценки применения динамической электронейростимуляции в неврологической практике. // Сборник материалов Научной юбилейной конференции. Итоги и перспективы развития традиционной медицины в России. 1-2 марта 2002 г. - М. Федеральный научный клинико-экспериментальный центр традиционных методов диагностики и лечения Министерства здравоохранения Российской Федерации. - С. 139-144.
  12. Физический энциклопедический словарь. -Под ред. А.М. Прохорова. - М.: Советская энциклопедия. - 1984. - 943 с.

.