Механизмы действия магнитных полей на живой организм

В экспериментальной биологии и медицинской практике накоплен громадный эмпирический опыт об эффектах ЭМП, требующий систе­матизации и теоретического осмысления для расшифровки механизмов их действия на живые объекты. Обилие гипотез по этой проблеме сви­детельствует скорее о ее нерешенности, чем о достаточном уровне по­нимания механизмов взаимодействия живого с естественными и искус­ственными магнитными полями.

В попытках добиться решения этой проблемы следует исходить из того, что организм представляет собой многоуровневую иерархическую организацию. Особенности структуры каждого из этих уровней предоп­ределяют характерную избирательность взаимодействия по различным параметрам МП. В связи с этим для осмысления механизмов действия МП на живые системы предлагается выделить следующие уровни, на которых это взаимодействие прослеживается достаточно явно.

1. Ядерно-молекулярный уровень, включающий подуровни:

— электронно-ядерный;

— ионно-молекулярный.

2. Цитохимический уровень, в котором следует выделить:

— субклеточные структуры;

— структурные образования, обеспечивающие ионное равновесие в клетках и тканевой жидкости;

— клеточные мембраны;

— биополимеры, определяющие вязкость и способность изменять аг­регатное состояние жидких сред организма.

3. Тканевый уровень, на котором воздействие МП будет предопреде­ляться:

— особенностями морфологии данной ткани;

— функциональной предназначенностью тканей;

— преобладающим характером метаболизма.

4. Органный уровень (воздействие на отдельные органы).

5. Системный уровень, включающий:

— центральную, периферическую и вегетативную нервные системы;

— сенсорные системы;

— сердечно-сосудистую систему;

— эндокринную систему;

— дыхательную, пищеварительную и выделительную системы;

— систему крови;

— опорно-двигательный аппарат и др.

6. Межсистемный уровень, описывающий взаимодействие между от­дельными системами организма.

7. Общесистемный уровень, формирующийся при интегрировании вза­имодействий между всеми системами.

8. Межличностный уровень, включающий:

— воздействие одного организма на другой через собственное излуче­ние ЭМП;

— взаимодействие живых организмов во внешнем ЭМП.

Электронно-ядерный уровень. Изучение организма на квантовомуровне показывает, что химические реакции, протекающие в условиях in vivo, имеют много общего с «пробирочными» реакциями, а механизмы действия МП на живой организм основаны на адекватном изменении энергии химических связей в биологических процессах. Результатом хи­мических реакций, как правило, является превращение молекул одних веществ в другие за счет перестройки электронных оболочек ядер. Физические влияния МП связаны с вероятностью протекания элементарных химических актов, когда в результате химических превращений вследствие распаривания электронов, появляются свободные радикалы. Радикальные пары могут существовать в состоянии с общим спином 8=0 (синглетное состояние) и в состоянии с общим спином 5=1 (три-плетное состояние). Переход между различными спиновыми состояния­ми пары возможен в случае воздействия внешним магнитным полем, тем самым изменяется вероятность течения химических реакций и, как следствие, имеет место проявление тех или иных магнитобиологических эффектов. Так, в работе рассматривается влияние постоянного МП на перенос нервного импульса по седалищному нерву человека с точки зрения гипотезы, в основе которой лежит влияние постоянного МП на спиновые эффекты кинетики ионных каналов.

И, тем не менее, несмотря на обилие литературы, описывающей влияние МП на биохимические процессы, в частности, на активность ферментов, концентрацию продуктов химических реакций, данные из­менения могут оказаться следствием совершенно иного, неизвестного механизма воздействия МП.

4.6 Промышленные магнитотерапевтические аппараты. обзор и анализ требований

В основу классификации серийно выпускаемых магнитотерапевтических приборов и аппаратов положена степень локализации поля воз­действия на пациента, т. к. это является наиболее значимым фактором с точки зрения построения самого аппарата, его сложности, а также оконечного устройства формирования магнитного поля. В первой главе были выделены три класса локализации воздействия:

· локального (местного) воздействия,

· распределенного воздействия,

· общего воздействия.

К первому классу отнесены аппараты, содержащие один или два индуктора, предназначенные для облучения магнитным полем некото­рого органа или участка тела пациента. К ним же отнесены аппараты магнитопунктурного действия с возможностью облучения в любой мо­мент времени только одной биологически активной точки. Особеннос­тью этого класса является отсутствие пространственного перемещения магнитного поля. К ним же относятся магнитотерапевтические изделия с постоянными магнитами: браслеты, таблетки, клипсы и т.п., которые в данной работе не рассматриваются.

Ко второму классу отнесены аппараты, содержащие ряд (три и более) индукторов, с помощью которых можно охватить ряд органов пациента или значительную область тела пациента и даже разместить на разных частях тела. Этот класс характеризуется возможностью перемещения магнитного поля в пространстве вокруг пациента.

В третий класс отнесена аппаратура с наиболее объемным оконеч­ным устройством, в котором Должен размещаться весь человек. В этих аппаратах обеспечивается общее воздействие, и, как правило, в такой аппаратуре предусматривается перемещение поля в пространстве и из­менение во времени.

В первых двух классах непосредственно излучатели магнитного поля имеют несложную конструкцию и зачастую организованы «россыпью», поэтому при лечении они могут устанавливаться произвольно, в зави­симости от желания врача-физиотерапевта или в соответствии с меди­цинскими методиками. При этом в общей стоимости аппарата излучатели составляют малую часть по сравнению с электронной частью, генерирующей силовые токи. Это особенно характерно для аппаратов распределенного действия и менее справедливо для аппаратов локально действия, где нередко используются простейшие преобразователи то промышленной частоты.

В аппаратах третьего класса используют стационарные, достаточно объемные оконечные устройства, в которые помещается пациент. Иконструкция может быть самой разнообразной - от магнитного скафандра до магнитной комнаты. Здесь стоимость оконечных устройств порой превышает стоимость электронного блока управления, генерирующего весь ансамбль силовых токов. Именно эти аппараты являются предметом пристального внимания авторов книги, поскольку именно они являются системами комплексной магнитотерапии.

Анализ принципов построения промышленных магнитотерапевтических аппаратов позволяет представить их обобщенную структурную схему (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Обобщенная структурная схема МТА

С помощью блока управления задается набор биотропных параметров магнитного поля. Функционально блок управления может содержать задатчики частотно-временных параметров, параметров синхронизации интенсивности магнитного поля и др.

Формирователь предназначен для получения тока определенно формы в индукторах и в самом простейшем случае может содержат преобразователь вида тока питания индуктора в виде выпрямительного диода. Как правило, в состав формирователя входит усилитель мощности.

Оконечное устройство предназначено для формирования магнитного поля и представляет собой индуктор или набор индукторов (излучателей магнитного поля), выполненных в виде электромагнитов, соленоидов коротких (плоских) катушек индуктивности.

4.6.1 Магнитотерапевтические аппараты распределенного действия

Большинство МТА локального действия имеют несколько режимов работы, в одном из которых возможно осуществление распределенного воздействия. Например, в МТА «Полюс-101» возможно попеременное включение одной из двух катушек, что приводит как бы к перемещению поля в пространстве. Однако для направленного перемещения, а тем более создания бегущего или вращающегося поля требуется не менее трех индукторов и трехфазного питающего тока.

МТА «Атос» (рис. 4.7) предназначен для лечения заболеваний в офтальмологии вращающимся вокруг оптической оси глаза магнитным полем, создаваемым шестиканальным источником, выполненным на базе соленоидов и генерирующим переменное или импульсное ревер­сивное магнитное поле частотой 50 или 100 Гц. Особенностью данного аппарата является возможность воздействия одновременно на 3-х час­тотах: частотой каждого соленоида в момент включения, частотой мо­дуляции ИБМП, частотой коммутации соседних соленоидов.

Рисунок 4.7 – Структурная схема МТА «Атос»

МТА «Алимп-1» является 8-и канальным источником импульсного бегущего МП частотой 10, 100 Гц с двухступенчатой регулировкой интенсивности поля. Аппарат снабжен комплектом индукторов 3-х типов образующих 2 соленоидных устройства, состоящих из 5-й и 3-х индук­торов-соленоидов соответственно, и набор из 8-и соленоидов, разме­щенных в карманах пакета (720x720x20 мм) (рис. 4.8). Первое соленоидное устройство (480x270x330 мм) представляет собой набор из 5 цилиндрических катушек, расположенных одна за другой. Второе (450x450x410 мм) - конструкцию из 3-х цилиндрических катушек, рас­положенных под углом друг к другу. Потребляемая мощность не более 500 Вт. Отличительной особенностью аппарата является использование импульсного бегущего МП, как обладающего более выраженным терапевтическим эффектом.

Рисунок 4.8 – Структурная схема МТА «Алимп-1»

Аппарат «Малахит-010П» является лечебно-диагностическим комплексом, предназначенным для лечебного воздействия импульсным сложно модулированным электромагнитным полем на больной орган и его диагностики. Аппараты подобного типа строятся по схеме изображенной на рис. 4.9.

Рисунок 4.9 – Структурная схема МТА «Малахит-010П»

Отличительной особенностью устройства является наличие канала связи с компьютером для автоматического управления параметрами работы и оптимизации процесса лечения за счет обратной связи. Комплект индукторов состоит из 12 электромагнитов.

Перечень аппаратов для магнитотерапии распределенного действия выпускаемых промышленностью, их основные технические характеристики и особенности приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Отечественная и зарубежная аппаратура распределенного воздействия

4.6.2 Магнитотерапевтические аппараты локального действия

Магнитотерапевтические аппараты (МТА) локального действия можно разделить на портативные - индивидуального пользования и переносные - общего пользования. В основе деления лежит взаиморас­положенность блока управления и оконечного устройства - индуктора.

В качестве первого рассматриваемого МТА назовем «Маг-30». Он предназначен для воздействия синусоидальным МП одной интенсивнос­ти. Устройство представляет собой индуктор П-образной формы с двумя катушками в пластмассовом корпусе и питается непосредственно от сети. Его отличительной особенностью является отсутствие блока управления как такового. Аппарат выпускается 4-х типоразмеров: 130x115x130 мм, 105x80x54 мм, 115x80x47 мм, 110x72x34 мм, потребляемая мощность не более 50 Вт.

Следующий МТА «Магнитер» формирует синусоидальное и пульси­рующее магнитные поля и выполнен в виде совмещенных в едином конструктиве индуктора-электромагнита и преобразователя (рис. 4.10). Преобразователь представляет собой устройство, формирую­щее импульсы тока, питающие обмотку электромагнита. Регулировка интенсивности производится коммутацией выводов обмотки. Аппарат имеет габариты 243х93х48 мм и потребляет мощность не более 30 Вт.

Рисунок 4.10 – Структурная схема МТА «Магнитер»

МТА «Полюс-2Д» формирует пульсирующее МП с плавно нараста­ющим фронтом и спадом импульса. Индуктор состоит из 4-х электро­магнитных катушек, включенных последовательно. Особенностью аппа­рата является наличие общего ферромагнитного экрана. Потребляемая мощность не более 4 Вт.

Переносная магнитотерапевтическая аппаратура локального дейст­вия представлена широким спектром приборов. Так, семейство аппара­тов «Полюс» насчитывает свыше пяти наименований. «Полюс-1» пред­назначен для воздействия на пациента синусоидальным или пульсиру­ющим однополупериодным МП промышленной частоты в непрерывном или прерывистом режимах. Аппарат имеет 4-х ступенчатую регулировку интенсивности МП. Отличительной особенностью является наличие таймера и устройства индикации, состоящего из сигнальных ламп, вклю­ченных последовательно с индукторами. Задание прерывистого режима осуществляется устройством управления, выполненным по схеме муль­тивибратора. В комплект индукторов входят электромагниты 3-х типов: цилиндрический, прямоугольный, полостной. Цилиндрический индуктор представляет собой катушку с П-образным сердечником (110x60 мм) полюса которого являются рабочей поверхностью. Прямоугольный индуктор имеет в качестве рабочей поверхности не только переднюю, и торцевые и боковые стенки (160x47x50 мм). На сердечнике укреплены 2 последовательно соединенные катушки. Полостной индуктор представляет собой катушку, внутри которой помещен сердечник (25x165 мм). Потребляемая мощность не более 130 Вт.

Аппарат «Полюс-101» предназначен для воздействия синусоидальным магнитным полем повышенной частоты и имеет 4 ступени регулировки интенсивности МП. Комплект индукторов состоит из двух соленоидов (220x264x35 мм). Предусмотрен режим попеременного включения индукторов в прерывистом режиме. Потребляемая мощность более 50 Вт. Особенностью данного аппарата является то, что индуктор и последовательно соединенные с ними конденсаторы образуют резонансные контуры, что позволяет получить экономию в потреблении мощности. Другой отличительной чертой является то, что для получения тока синусоидальной формы в индукторах используется не питающая сеть, а напряжение, формируемое отдельным генератором (рис. 4.11).

 

Рисунок 4.11 – Структурная схема МТА «Полюс-101»

МТА «Полюс-2» предназначен для воздействия синусоидальным пульсирующим МП с 4-я ступенями регулирования интенсивности частоты импульсов МП. В комплект аппарата входят 3 типа индуктора цилиндрический (110x60 мм), прямоугольный (55x40x175 мм), внутриполостной (25x165 мм), индуктор-соленоид (240x265x150 мм). Цилиндрический индуктор выполнен в виде 4-х отдельных катушек с сердечниками, размещенными по периметру индуктора. Отличительной особенностью аппарата является автоматическое согласование интенсивности магнитного поля индуктора при его смене с генератором и наличие формирователя импульсов МП, позволяющего получать экспоненциальную форму тока в цепи индуктора с регулировкой времени сп (рис. 4.12).

 

 

 

Рисунок 4.12 – Структурная схема МТА «Полюс-2»

Примечание. В таблице приняты следующие обозначения токов: sin - синусоидальный; имп. - импульсный; ехр - экспоненциальный; ПУ - пульсирующий; 1п/п и 2п/п - одно- и двухполупериодного вы­прямления соответственно.