Аппараты электросна и электроанальгезии

3.3.1 Аппараты электросна

Рисунок 3.15 – Структурная схема аппарата электосон

При электросне воздействие на головной мозг осуществляется через электроды, наложенные на закрытые глаза и сосцевидные отростки височных костей, импульсным током прямоугольной формы при длительности импульсов порядка О,2-0,5 мс и частоте повторения, регулируемой в пределах от 1-5 до 80-100 имп/с. Частота импульсов подбирается для каждого больного индивидуально, а ток устанавливается таким, чтобы ощущение от его прохождения (постукивание, вибрация или легкое давление в глубине глазницы) не достигало беспокоящей больного интенсивности.

На рис.3.12 представлена структурная схема аппарата. Генератор импульсов представляет собой мультивибратор. С выхода мультивибратора прямоугольные импульсы после дифференцирования поступают на вход ограничителя - формирователя. С помощью этого каскада из отрицательных пиков, снимаемых с выхода дифференцирующей цепочки, создаются практически прямоугольные импульсы длительностью 0,5 мс. Прямоугольные импульсы усиливаются выходным усилителем. С нагрузки выходного усилителя- на импульсное напряжение через разделительный конденсатор подается на выходное гнездо «Пациент». В цепь выходного тока включен резистор. Падение напряжения на этом резисторе, пропорциональное амплитуде импульсов тока, подается в блок измерителя. Измеритель представляет собой пиковый детектор, напряжение которого модулирует по амплитуде колебания автогенератора. После усиления высокочастотные колебания детектируются, и постоянная составляющая, пропорциональная амплитуде импульсов в цепи пациента, измеряется миллиамперметром. Помимо генератора импульсного напряжения, аппарат имеет регулируемый источник постоянного тока для создания в выходной цепи дополнительной постоянной составляющей, усиливающей в ряде случаев эффективность импульсного тока. Постоянное напряжение создается с помощью мостового выпрямителя с фильтровыми конденсаторами.

Структурное построение аппаратуры периферической электроанальгезии должно обеспечивать формирование адекватного воздействующего тока, а также отвечать требованиям по реализации необходимых режимов стимуляции. Данная задача решается путем схемотехнического проектирования отдельных каскадов электростимуляторов по заданным электрическим параметрам воздействия. В то же время при разработке аппаратуры периферической электроанальгезии необходимо учесть общие требования, предъявляемые к аппаратуре для медицинского при­менения. Кроме того, конкретная область использования электро­анальгезии в медицине, условия функционирования аппаратуры обуслав­ливают определенные особенности ее конструктивных и эксплуатаци­онных характеристик. Поэтому разработку технических средств для электроанальгезий необходимо проводить на основе медико-технических требований, базирующихся на результатах, полученных при анализеБТС ЭА, а также учитывающих медицинские аспекты использования аппа­ратуры.

Рассмотрим основные медико-технические требования к аппаратуре для периферической электроанальгезии, включающие конструктивные и эксплуатационные требования. Анализ области использования средств периферической электроанальгезии показывает, что сфера применения различных вариантов конструкций аппаратуры достаточно широка. Рас­пространенность болевых синдромов различной этиологии, разная сте­пень выраженности болей, неодинаковая продолжительность лечения, а также различие условий использования аппаратуры (стационар, поли­клиника, скорая медицинская помощь, лечение на дому) делают неце­лесообразной разработку универсальных многоцелевых электростимуляторов. Лечение острых болей постоперационного, посттравматического, нейрогенного характера, обезболивание в родах требует охвата стимуля­цией обширных зон, связанных с очагами боли. В этих случаях целесообразно использование аппаратов, обеспечивающих достаточно большой ток стимула и позволяющих применять электроды значительной площа­ди. Данный тип электростимуляторов предназначен для использования в специализированных палатах лечебных учреждений, где важное значение имеет способность аппаратуры работать непрерывно в течение длительного времени. Это обуславливает целесообразность выполнения аппаратуры в виде стационарных конструкций с питанием от сети переменного тока.

Обезболивание после травмы, снятие острых и хронических болей нейрогенного, артрогенного и другого происхождения предполагает использование электростимуляторов, в первую очередь, в условиях поликлиники и травмпунктов, а также при оказании скорой медицинской помощи или при лечении на дому. В данном случае необходимы кон­струкции электростимуляторов, имеющих малые габариты, массу и способных функционировать при питании от батарей или аккумуляторов. Использование периферической электроанальгезии в качестве компонента общей анестезии при хирургических вмешательствах, при лечении тяжелых болевых синдромов требует проведения длительных сеансов воздействия в условиях, при которых подбор параметров стимула по обычным показаниям затруднен в силу ограниченности или невозмож­ности контакта с больным. Для этих случаев необходима разработка аппаратуры с автоматической биорегулировкой параметров воздействия по одному из предложенных алгоритмов функционирования БТС ЭА. Это технически существенно усложняет электростимулятор, однако клинические возможности его применения становятся более широкими. Таким образом, реализация БТС ЭА в различных клинических условиях требует разработки аппаратуры различного функционального предназна­чения, содержащего следующие типы конструкций электростимуляторов:

· стационарную с питанием от сети переменного тока для использования в палатах лечебных учреждений различного профиля;

· портативную с питанием от сменных батарей для лечения в ус­ловиях учреждений скорой медицинской помощи и на дому по назначению врача.

Общая электроанестезия представляет собой воздействие электрическим током на центральную нервную систему с целью формирования наркотического состояния, достаточного для проведения хирургических вмешательств. Достоинствами метода, привлекающими внимание иссле­дователей, являются отсутствие токсического действия на организм, мгновенное достижение анальгезии, быстрый выход из состояния электронаркоза, возможность точного дозирования. Наряду с прямоугольными импульсами продолжительностью в сотни микросекунд и при частоте тока порядка сотен герц, используются интерференционные токи звуковой частоты с расстройкой порядка сотен герц, подаваемые через две пары электродов. В последнее время высокую эффективность показал метод общей электроанестезии, разработанный в Институте хирургии имени А. В. Вишневского. По этому методу для стимуляции ис­пользуется импульсный ток в виде серий импульсов высокой частоты с периодически переключаемой длительностью, что позволяет получить стабильную анестезию в течение многочасовых операций.

3.3.2.Физиологическое обоснование применения электрического воздействия при лечении болевых синдромов

Лечение хронических болевых синдрома по-прежнему остается одной из важнейших задач и сложнейшей проблемой медицины. Боль представляет собой многоплановый феномен, который, сигнализируя об опасности повреждения, выполняет в организме информационные и защитные функции, вместе с тем хроническая боль истощая силы организма, снижая сопротивляемость, способствуя развитию осложнений, становится механизмом патогенеза и основой для возникновения раз­личных патологических нарушений. Хронические болевые синдромы яв­ляются одной из наиболее частых причин нетрудоспособности человека. Защитная функция боли может быть наиболее полно проанализирована с позиций теории функциональных систем П. К. Анохина, согласно которой любая функциональная система имеет однотипную структуру, ядром которой является системообразующий фактор - полезный приспособительный результат. При отклонении жизненно важной функции от необходимого уровня включается специальный рецепторный аппарат, широко представленный в организме. Рецепторы являются первым звеном формирования так называемой обратной афферентации — физиологической обратной связи, играющей сигнальную роль в регуляции функций и в получении информации о результатах действий, совершенных функциональной системой. Обратная афферентация является основой, которая определяет целенаправленную деятельность каждой функциональной системы.

Для удержания полезного результата на заданном уровне каждая функциональная система имеет различные исполнительные механизм которые реализуются посредством поведенческой, вегетативной, гуморальной регуляции. Эффекторный аппарат функциональных систем является, в определенной степени, универсальным, т. к. одни и те исполнительные механизмы могут быть включены для выполнения различных функций организма. Системообразующий фактор каждой функциональной системы обусловлен определенной биологической потребностью организма. Если считать боль своеобразной отрицательной потребностью организма, то можно вести речь, по крайней мере двух приспособительных результатах, которые могут быть положен в основу построения концепции функциональной системы с участием боли: целостность покровных оболочек организма, т. е. защита от повреждающих воздействий со стороны внешней среды, и необходимый уровень окислительных процессов в тканях организма т.е. защита воздействия веществ, которые нарушают химические тканевые процессы, поддерживающие нормальную жизнедеятельность. Сформирован на такой основе функциональная система с системообразующим фактором - болью показана на рис. 3.16. Под действием болевой импульсации, возникающей в рецепторном аппарате и передаваемой по каналам обратной афферентации, в организме возникает ряд специфических и неспецифических реакций, направленных на устранение причины возникновения боли и восстановление гомеостаза.

Целостность

защитных оболочек.

Нормальный уровень -

химических тканевых

Результат процессов

Обратная афферентация

Рисунок 3.16 – Функциональная система организма с участием боли

Данные реакции можно разделить на несколько характерных групп:

· двигательные реакции, связанные с рефлекторной мышечной активностью, например, реакции «отдергивания»;

· эмоционально-поведенческие и социально-поведенческие, обуславливающие процесс лечения;

· вегетативные, вызывающие, например, расширение сосудов, уси­ление деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем;

· гематологические, связанные с ускорением свертываемости крови, лейкоцитозом;

· гуморальные, определяемые повышением активности гормонов;

· метаболические, вызывающие изменения обмена веществ.

Таким образом, данная функциональная система, охватывающая практически все основные физиологические процессы, целенаправленно защищает организм как от последствий болевого раздражения, так и от возможных его повторений. Оценка указанных реакций организма на боль позволяет найти физиологические корреляты болевого раздражения, которые имеют информационную значимость при исследовании боли и методов обезболивания.

Раздражители, вызывающие ощущение боли, могут быть различными по своей природе: механическими, химическими, электрическими, термическими. Кроме того, у человека боль может вызываться эмоцио­нальными и психическими факторами. Болевое ощущение в нор­мальных физиологических условиях формируется в результате раздраже­ния сложной афферентной системы, включающей рецепторный аппарат, афферентные волокна, передающие ноцицептивную информацию, спинальные зоны переключения, восходящие пути в структуры ЦНС.

В настоящее время существует несколько теорий рецепции и восприятия боли. Наиболее традиционными являются теории специфичности Фрея и теории неспецифического паттерна Гольдшейдера, предложенные в конце прошлого столетия.Вторая теория придает основное значение при формировании боли простран­ственно-временному соотношению афферентных сигналов в нервных проводниках различного типа. Ни одна из этих теорий до настоящего времени не отвергнута, более того, они продолжают подкрепляться со­ответствующими экспериментальными и клиническими данными, а поэ­тому имеют право на существование.

К рецепторам боли - ноцицепторам - относят низкопороговые и высокопороговые соматические рецепторы и терминали, передающие импульсацию по А-дельта и С-волокнам (по классификации Гассера), которые по механизму реагирования можно разделить на механорецепторы и хеморецепторы. Обработка ноцицептивных сигналов на уровне спинного мозга изучалась в работах Р. Мелзака и П. Уолла, явившихся по сути дела попыткой создать теорию боли, в которой, с одной стороны, учитывалась физиологическая специализация, а с другой - осуществлялся анализ различных по интенсивности импульсных потоков. Теория «воротного контроля» боли Р. Мелзака и П. Уолла предполагает, что нейронный механизм задних рогов спинного мозга (спинальные зоны переключения) осуществляет модуляцию потока импульсации, идущей от периферических волокон в ЦНС. Степень уменьшения или увеличения передачи импульсации определяется соотноше­нием активности волокон, несущих ноцицептивную и сенсорную им­пульсацию, а также влиянием тормозной нисходящей системы из высших структур мозга. Согласно модели «воротного контроля» боли, афферентные волокна проводят импульсацию в желатинозную субстанцию и в передаточные Т-клетки. Модулирующее влияние, оказываемое со стороны желатинозной субстанции на передачу импульсации через Т-клетки, усиливается при возбуждении толстых волокон и уменьшается при возбуждении тонких. Однако «воротная» теория боли не смогла в полной мере объяснить явлений, возникающих при развитии болевых синдромов и их лечении. Недостаток теории по мнению ряда авторов состоит в том, что в ней торможение проведения болевой импульсации объясняется, главным образом, пресинаптическими механизмами на спинальном уровне, а центральному влиянию отводится второстепенная роль.

Открытие в середине 70-х годов эндогенной системы контроля болевой чувствительности, а также выделение эндогенных веществ, выполняющих функции нейромодуляторов болевой импульсации - опиоидных пептидов (эндорфинов и энкефалинов), позволили раскрыть более тонкие механизмы формирования болевой чувствительности у че­ловека. В различных органах и тканях, в первую очередь в ЦНС, в структурах спинного мозга, в кишечнике, печени, предсердиях и др. были обнаружены так называемые опиатные рецепторы, с которыми взаимодействуют эндорфины и энкефалины.

1 +

+

3 4

+

2 +

Рисунок 3.17 - Модель «воротного» контроля боли: 1 - волокна большого диаметра, 2 - волокна малого диаметра, 3 - желатинозная субстанция,4 - Т-клетки, 5 - система центрального контроля, б - система действия

В свете современных представлений формирование болевого ощущения у человека происходит в результате взаимодействия двух антаго­нистически функционирующих систем организма — ноцицептивной и антиноцицептивной. Ноцицептивная система (НС) восходит от ноцицепторов к глубоким структурам мозга. НС содержит в своем со­ставе нейрохимический аппарат генерации специфических и неспеци­фических медиаторов болевой передачи — нейротрансмиттеров (НТ), который, располагаясь по ходу путей, проводящих ноцицепцию, пре­имущественно сосредотачивается в переключающих структурах. Типич­ными НТ являются: ацетилхолин, норадреналин, серотин. В тех же зонах представлены рецепторы антиноцицептивной системы (АНС), тормозящей передачу болевой импульсации за счет генерации нейромодуляторов (НМ) (рис. 3.18).

Рисунок 3.18 – Схема формирования болевого ощущения

Экспериментальные и клинические работы последних лет показали, что болевые ощущения у человека обусловлены изменением динамического соотношения между уровнями НМ и НТ. АНС и НС в процессе продукции НМ и НТ оказываются взаимосвязанными т. к. активация одной из систем приводит не только к усилению ее функциони­рования, но и вызывает торможение другой системы.

При воздействии ноцицептивного раздражителя происходит торможение структур АНС. Активация НС в рамках данных представлений может произойти без воздействий, угрожающих повреждением, например, вследствие угнетения активности АНС. Так, введение блокаторов НМ ведет к развитию гипералгезии, т.е. к уменьшению болевого порога и возникновению спонтанных болевых ощущений. Активация АНС, вызывающая срабатывание эндогенных механизмов антиноцицепции и приводящая к снижению болевой чувствительности, происходит при различных видах воздействия на организм. Этими механизмами могут быть объяснены анальгетические феномены, возникающие при акупунктуре, вибрационной и звуковой стимуляции, при чрескожной электронейростимуляции и стимуляции спинномозговых проводящих путей.

Все вышесказанное позволяет утверждать, что в ответ на болевое раздражение в организме возникает системная реакция, направленная на устранение раздражения и характеризующаяся возбуждением основ­ных физиологических систем. Передача болевого раздражения от ноци­цепторов к структурам ЦНС, ответственным за восприятие боли, про­исходит под контролем двух эндогенных систем организма - НС и АНС, взаимосвязанных при своем функционировании. Модуляция аф­ферентных потоков болевой импульсации возможна путем влияния на активность данных систем. Возбуждение сенсорных структур, связанных с областью болевого раздражения, возникающее при противоболевой электронейростимуляции, активирует АНС и вызывает соответственное изменение уровней НМ и НТ, приводящее к повышению болевого по­рога. Данные механизмы могут быть использованы для объяснения процессов регуляции боли при электронейростимуляции сенсорных структур в ходе периферической электроанальгезии.

3.3.3 Биотехническая система электроанальгезии

Создание новых эффективных аппаратных методов и технических средств для периферической электроанальгезии представляет собой проблему, решение которой требует комплексного подхода и всестороннего учета ее технических, физиологических и клинических аспектов. Созда­ние новой медицинской техники и аппаратных методов лечения должно опираться, с одной стороны, на возможности современных технологий, а с другой - на глубокое понимание явлений, происходящих при вза­имодействии технических средств и живого организма. Изучение такого взаимодействия невозможно без использования системного подхода, в соответствии с которым технические и биологические звенья должны рассматриваться взаимосвязано в рамках единой биотехнической сис­темы (БТС).

Для решения проблемы создания эффективных аппаратных методов и технических средств периферической электроанальгезии ее следует рассмотреть с этих же позиций и разработатьБТС нового типа - био­техническую систему электроанальгезии(БТС ЭА), объединяющую в своем составе биологические и технические звенья, участвующие в про­цессе обезболивания под влиянием электростимуляции.

Работа БТС ЭА строится на основе взаимодействия системы кон­троля болевой чувствительности организма человека, являющейся фи­зиологической частью БТС, и технического компонента системы, в задачи которого должны входить не только формирование лечебного воз­действия, но и оценка состояния физиологических показателей и диагностических признаков для управления параметрами воздействия. При развитии болевого синдрома система контроля болевой чувстви­тельности возбуждается потоком ноцицептивной импульсации из очага боли. Лечебное воздействие в виде стимулирующего электротока, созда­ваемого блоком воздействия, будет формировать поток сенсорной афферентации, поступающий на управляемый вход системы контроля болевой чувствительности. Блок воздействия включает в себя канал согла­сования, содержащий возбуждаемые афференты, участки пассивной передачи тока воздействия, стимулирующие электроды, а также устрой­ство формирования электрического воздействия. Формирование управ­ляющих сигналов, задающих параметры и режимы стимуляции, осущест­вляется на основе оценки физиологических показателей и определения диагностического признака. Реализация целевой функции БТС, заклю­чающаяся в минимизации отклонения диагностического признака от нормы, осуществляется различными способами в зависимости от функ­циональных особенностей использования аппаратуры.

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

При возникновении у пациента болевых ощущений управление параметрами электронейростимуляции осуществляется врачом на основе клинического обследования состояния больного, причем включение стимулов и установка выбранного режима воздействия может происходить автоматически по программе, составленной с учетом индивидуальных особенностей проявления болевого синдрома. В определенных случаях, например, при лечении хронических болей, управление параметрами стимулов может осуществляться самим пациентом по инструкции врача. В случаях, когда контакт с пациентом в ходе лечения затруднен или вообще невозможен, например, во время проведения хирургических вме­шательств, единственным наблюдаемым проявлением болевого синдрома является изменение физиологических показателей, отражающих со стояние пациента. Для диагностики состояния в этом случае в БТС ЭА необходимо ввести блоки измерения физиологических параметров оценки показателей, дающие врачу информацию об эффективности электроанальгезии. В соответствии с вышеизложенным структурно функциональная схема БТС ЭА приобретает вид, показанный на рис. 3.19. Для БТС ЭА эндогенная регулировка болевой чувствительности осуществляется со стороны двух систем организма: АНС и НС, связанных с зонами переключения болевой чувствительности, находящимися на пути ноцицептивной импульсации от периферии к структурам ЦНС воспринимающим боль.

Рисунок 3.19 – Структурная схема биотехнической системы электроанальгезии

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

Биотехнический контур управления образуется с помощью устройства генерации и формирования стимулирующего тока, воздействующего через электроды и участки тканей, передающие стимул на соответствующие сенсорные структуры. Ядром биологического звена БТС ЭА является зона управления болевой чувствительностью, происходящие процессы в которой за счет электрического воздействия определяют эффективность обезболивания, достигаемого в результате функционирования биотехнического контура управления. Технические звенья, входящие в состав биотехнического контура управления в соответствии с функцио­нальным назначением в БТС ЭА — возбуждением сенсорных афферентов — должны содержать каскады задающего генератора, формирователя стимулов, выходного усилителя тока, а также блок управления парамет­рами выходного тока стимула. Задающий генератор определяет частоту следования стимулов и синхронизирует работу устройства, в формиро­вателе происходит задание формы стимула и его временных параметров (длительности, фронта, среза, заполнения и т.п.). Выходной усилитель задает необходимую амплитуду тока стимулов и определяет условия со­гласования с электродами и биологической тканью. Динамическое со­гласование параметров стимулирующего тока и биологической ткани может быть достигнуто введением блока оценки условий стимуляции, осуществляющего обратную связь канала согласования БТС и блока управления параметрами выходного тока. Блоки измерения физиологи­ческих параметров и оценки показателей входят в информационное звено БТС. В качестве измеряемых параметров для оценки выраженнос­ти болевого синдрома и степени электроанальгезии могут быть выбраны: параметры сердечно-сосудистой системы, являющейся надежным индикатором изменения состояния организма - сердечный ритм, гемодинамические показатели, а также показатели внешнего дыхания.

Структурное построение технических звеньев БТС ЭА в определен­ной степени зависит от области медицинского применения. Аппаратура для индивидуального пользования по инструкции врача должна иметь минимум возможных вариаций ручных регулировок параметров стимула и повышенную безопасность в работе. Для клинического использования блок управления может включать программное устройство долговремен­ного задания параметров. Информационные звенья целесообразно вклю­чать в составБТС в случаях интраоперационного обезболивания, когда контакт с больным отсутствует. Таким образом, предложенная структура БТС ЭА является функционально полной для описания различных вариантов обезболивания путем периферической электронейростимуляции Сенсорных структур.

Основным вопросом, определяющим эффективность функциониро­вания БТС ЭА, является выработка критериев формирования стимули­рующего воздействия на основе анализа процессов, происходящих в зоне регуляции болевой чувствительности биологического звена под действи­ем управляющего воздействия. Данные критерии определяют алгоритм функционирования БТС, направленный на реализацию ее целевой функ­ции. Анализ структуры БТС ЭА показывает, что существуют два уровня определения искомых критериев. На уровне канала согласования БТС целесообразно определить критерии выбора стимулирующего воздейст­вия, обеспечивающие наибольшую эффективность возбуждения соматических афферентов, а на уровне зоны регуляции болевой чувствитель­ности — критерии эффективной электроанальгезии.

Критерии канала согласования касаются выбора параметров и режимов стимуляции, формы стимулов, обеспечивающих высокую интенсивность импульсации в возбуждаемых нервных структурах. Критерии зоны регуляции определяются на основе анализа процессов вНСАНС, определяющих уровень болевой чувствительности в организм При синтезе сигнала воздействия для БТС ЭА необходим совместный учет критериев обоих уровней, в результате чего создаются условия для эффективной электроанальгезии. С точки зрения теории БТС задание подобных критериев является реализацией принципов адекватности единства информационной среды.

Определение данным путем характеристик и параметров стимулирующего воздействия позволяет провести синтез структуры технического звена, в частности, электронейростимулятора на основе формирования требований к отдельным его блокам, отвечающим конкретной технической реализации. Алгоритмы функционирования технического звена целесообразно определить, исходя из закономерностей изменения к параметров канала согласования БТС, так и динамики процессов, происходящих в зоне управления болевой чувствительностью, что необходимо для обеспечения эффективного функционирования БТС в целом.

Ядром БТС электроанальгезии является зона управления болев чувствительностью, процессы в которой определяют эффективность обезболивания, достигаемого за счет действия биотехнического контура управления. Процессы, происходящие в зоне управления под влиянием противоболевой электронейростимуляции, зависят от изменения уровней НМ и НТ в структурах АНС и НС и интенсивностей ноцицепции и стимуляции. Это позволяет описать процесс формирования болевой чувствительности в зоне управления методом камерного моделирован позволяющим рассматривать процессы управления в биосистемах в терминах «вход-выход-состояние».

Под камерой обычно понимается некоторый легко формализуемый элемент биосистемы, с которым связано перемещение или преобразование отдельного ее компонента, имеющего количественную характеристику. Каждая камера биосистемы характеризуется одной переменой состояния, а биосистема в целом - вектором состояния.

В камерных моделях открытых биосистем в качестве входных-выходных переменных используются темпы изменения количества вещества или энергии на входе и выходе биосистемы, а в качестве переменных состояния — их уровни, регулирующие эти темпы. Такие представления отвечают закономерностям важнейших процессов в биосистемах, описываемых с помощью обыкновенных дифференциальных уравнений, определяющих диффузионный и конвективный транспорт вещества, ферментативные реакции, воздействие активных веществ на органы и ткани, нейрогуморальные процессы.

Камерная модель, в отличие от существующих качественных мете описания процессов формирования болевой чувствительности, позволяет установить зависимость между темпами поступления входных переменных, в данном случае - ноцицепции и сенсорной афферентации, и уровнями НТ и НМ, определяющими порог болевого восприятия. Это дает возможность использовать данную модель не только для анализа процессов регуляции болевой чувствительности, но и для определения наиболее эффективных параметров и режимов воздействия на АНС с целью подавления болевых синдромов.

Анализ модели позволяет определить требования к формированию стимулирующего воздействия для эффективного подавления боли. В пределах линейности уравнений модели увеличение амплитуды тока стимула ведет к повышению болевого порога. Эта зависимость хорошо подтверждается клинически, однако в случае чрескожной стимуляции возникновение электрокожных тепловых эффектов, сопровождающихся болевыми ощущениями под электродами, ограничивает увеличение тока. Достижение обезболивания при ограниченных амплитудах тока стимула возможно путем увеличения значения порога болевого раздражения, которое зависит от выбранной формы стимулирующего тока.

Исследование возбудимости нервных волокон различного диаметра, ответственных за проведение различных видов чувствительности пока­зывает, что дифференциация порогов сенсорного и болевого раздраже­ния возрастает с укорочением длительности стимула и увеличением кру­тизны его фронта. Таким образом, для повышения эффективности про­тивоболевого воздействия необходимо выбирать стимулы с коротким фронтом, длительность которого не превышает единиц процентов от длительности стимула. Уменьшение длительности прямоугольного сти­мула ограничено величиной времени релаксации тока в тканях, окру­жающих возбудимую структуру, т. к. при дальнейшем укорочении сти­мула возрастает величина энергии, рассеиваемой в тканях.

При чрескожной электростимуляции требование уменьшения энергии, рассеиваемой в тканях, усиливается, т. к. из-за падения амплитуды стимула при его передаче к возбудимому звену приходится значительно увеличивать ток, проходящий в ткани. Возникающие при этом чрескожные эффекты в значительной степени зависят от соотношения состав­ляющих, образующих частотный спектр стимула. Сравнение различных форм стимула для чрескожной электронейростимуляции опорно-двигательного аппарата, а также электростимуляции мышц показывает, что уменьшение чрескожных эффектов в зоне расположения электродов при больших токах стимула достигается путем увеличения частоты основных спектральных компонент стимула, а также использования синусо­идальных стимулирующих токов с частотой порядка 3...5 кГц. При­чем уменьшение частоты сопровождается усилением болезненности под электродами, а значительное увеличение частоты приводит к резкому падению эффективности стимуляции.

Исследование чрескожных эффектов действия тока показывает, что минимальные пороги болевых ощущений наблюдаются в области «низ­ких» частот порядка десятков-сотен герц. Здесь же достигают максимума термические эффекты, обусловленные потерями стимулирующего тока в тканях. С повышением частоты спектральных компонент стимулов увеличивается шунтирующее действие проводимости межэлектродного промежутка, что обуславливает падение напряжения стимулов на возбу­димой структуре. Так, если для модели чрескожного импеданса восполь­зоваться трехзвенной электрической эквивалентной схемой, то за­висимость напряжения стимулов от частоты тока примет вид, показан­ный на рис. 3.20.

Рисунок 3.20 – Частотные зависимости при синусоидальном стимуле:

а - модуль напряжения стимула; б — экспериментальные пороги возбуждения; в — пороги, рассчитанные для модели

Здесь же показаны зависимости для порогов возбуждения М-ответов срединного нерва для случая чрескожной регистрации при воздействии стимулом, имеющим квазимонохроматический спектр, а также рассчитанная по модели канала воздействия для условий эксперимента.

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

Таким образом, рассмотрение зависимостей чрескожных эффекте действия тока и характеристик возбудимости нервного волокна от частотных компонент воздействующего тока, с точки зрения критерия ми­нимального порогового воздействия и уменьшения ноцицептивных эффектов под электродами, показывает существование области «средних» адекватных частот стимулирующего тока. Спектральное представление импульсного стимулирующего тока виде совокупности гармонических составляющих позволяет сформулировать частотно-избирательный подход к формированию тока, основан­ный на определении области адекватных частот составляющих спектра стимула и синтеза воздействующего тока на основе частотно-временного преобразования. Частотный спектр импульса тока прямоугольной формы имеет огибающую с максимумом, расположенным вблизи нулевой частоты. Основная часть энергии спектра сосредоточена в области ограниченной нулевой частотой и частотой первого минимума.

Таким образом, при использовании стимулов миллисекундного диапазона основные спектральные составляющие тока оказываются сосредоточенными в области наиболее низких значений болевого порога. Это ограничивает применение прямоугольных стимулов большой амплитуды для чрескожной противоболевой электронейростимуляции.

Спектр адекватного импульсного воздействия должен быть сосредоточен в той области частот, где электрокожные болевые пороги достаточно высоки, т.е. где активные потери достаточно малы. С этой точки зрения целесообразно увеличение частоты основных компонент стимулирующего тока. Однако с увеличением частоты происходит перерас­пределение тока в тканях, что вызывает уменьшение напряжения на возбудимой структуре.

Области адекватных частот спектральных составляющих стимулиру­ющего тока можно ограничить значениями граничных частот, опреде­ляемых со сторон<