Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,560

Pyatakovich F.A. Makkonen K.F.
Синдромом дефицита внимания и гиперактивности (ADD/HD-синдромом), по данным разных авторов страдают от 10% до 20% детей и подростков В виде изолированного симптомокомплекса ADD/HD-синдром встречается редко и в 70% случаев коррелирует со специфическими нарушениями процесса обучения, а также с тревожными, личностными расстройствами и патологией поведения [Е.В. Хаймович, А.Б. Скок, О.С. Шубина, 2004].

Использование медикаментозных средств, таких как, психотропные препараты, проблему лечения загоняет в тупик, поскольку наряду с нестойкостью эффекта и выраженными побочными эффектами эти препараты формируют лекарственную зависимость.

По данным электроэнцефалографического картирования у пациентов с синдромом дефицита внимания регистрируется увеличение тета-активности и резкое снижение бета-активности в корковых и подкорковых областях лобных долей [М.Б. Штарк, 2004].

Только в середине 90-х годов удалось установить, что в большинстве случаев причиной заболевания является снижение интенсивности мозгового кровотока и падение уровня допамина в лобных долях коры головного мозга, особенно при выполнении интеллектуального задания: чем сильнее больной старается сконцентрироваться, тем существеннее страдает кортикальный метаболизм [V.J. Monastra, J.F. Lubar, M.Linden, 1999].

Используемые сегодня современные технологии лечения в виде бета-стимулирующего тренинга изначально не направлены на коррекцию метаболических процессов мозга. Поэтому актуальным является разработка технических средств работающих на хронобиологических принципах и направленных, как на усиление обменных процессов мозга, так и на коррекцию нейродинамической активности мозга в бета диапазоне ритмов электроэнцефалограммы.

Исследование проводится в соответствии с планами проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине РАМН и при поддержке гранта РНП 2.2.3.3.3301.

Модель управления анаболизмом клетки включает биохимическую, гемодинамическую, моторную и нейрогуморальную составляющие. Биохимическая составляющая включает процесс элонгации или присоединения аминокислот при синтезе белка на рибосомах с частотой 7-13 Гц. Каждые 2-3 периода колебаний (0,3 с) наступает самосинхронизация рибосом и отдельных участков клетки. Энергетическое обеспечение элонгации осуществляет гемодинамическая составляющая за счет увеличения микроциркуляции, цикличность которой связана с ритмом «мышечного тремора», выполняющего функцию «периферических сердец». Следовательно, периодика первой составляющей совпадает со спектром частот микроциркуляции и тремора мышц в диапазоне 7-13 Гц. Нейрогуморальная составляющая зависит от работы центра терморегуляции и обеспечивает ритмические перераспределения кровотока и тонуса мышц с частотой около 0,003 Гц (период около 5 минут). Питательные вещества, необходимые для синтеза белка, приносятся вместе с кровью, периодичность выброса которой составляет в среднем 1 Гц. Дополнительно к этому объем кровотока модулируется дыхательным циклом со средней частотой 0,20 Гц.

Таким образом, в упрощенной модели управления анаболизмом клетки можно выделить следующие контуры управления: биохимический, пульсовой, дыхательный и нейрогуморальный со средними периодами циклов (0,10с + 1,0с + 5,0с + 300с).

Воздействие низкочастотных электрических токов на ткани мозга в частотном диапазоне альфа ритма обеспечит стимуляцию синтеза белка. Энергетическая подпитка осуществляется при распаде аденозинтрифосфата (АТФ) на аденозинмонофосфат (АМФ) и фосфат (Ф). Следовательно, для биоуправления интенсивностью воздействия система должна функционировать в режиме амплитудно-частотной модуляции с изменением амплитуды меняющейся частоты электрических токов в тканях.

Биотехническая система индукции ЭЭГ реализует процедуру воздействия в трех режимах и обеспечивает:

  1. автоматическую модуляцию и индивидуальное дозирование интенсивности физиотерапевтического воздействия;
  2. изменение глубины амплитудной модуляции несущего терапевтического сигнала 7-13 Гц синхронно в такт с ударами пульса и дыхания при преобладающих нарушениях микроциркуляции в венозной его части требует увеличения амплитуды дыхательного сигнала.
  3. синхронизацию ритмов воздействия со всеми основными ритмами энергетики клеток и, что самое главное, с ритмами капиллярного кровотока в тканях;
  4. циклическое воздействие с периодом, измеряемом в единицах биологического времени, где функцию секунды выполняет межпульсовой удар. Общая продолжительность сеанса биоуправляемой хронофизиотерапии должна включать повторяющиеся циклы воздействия равные 300 ударам пульса с паузой в 60 ударов пульса;
  5. возможность выбора воздействия в форме моночастотного режима и в форме сканирования частот во всем диапазоне.
Таким образом, из рассмотренной упрощенной модели следует что, интегральный лечебный эффект разрабатываемой аппаратной биотехнической системы воздействия при помощи низкочастотных импульсных токов должен базироваться на:
  • синхронизации несущего физиотерапевтического сигнала с основными биоритмами пациента;
  • отсчете биологического времени, в котором роль биологической секунды выполняет межпульсовой интервал;
  • цикличности процедуры воздействия в виде периода работы и паузы синхронно в такт с функционированием центра терморегуляции;
  • дифференцированной модуляции несущего физиотерапевтического сигнала синхронно в такт с ударами пульса и дыханием пациента;
  • усилении артериолярной или венозной составляющей микроциркуляции;
  • функциональной индукции избыточного анаболизма клетки посредством усиления энергетических процессов клеточных и тканевых структур в патологически измененном органе;
  • восстановлении естественного внутримозгового контура саморегуляции кровотока в зоне патологии.

Структура модели биотехнической системы коррекции нейродинамической активности мозга и активности метаболизма

Как известно в современной физиотерапии наиболее перспективным направлением является разработка импульсных методик, при которых физический фактор подводится к больному во время процедуры не непрерывно, а в виде отдельных кратковременных импульсов, ритм которых соответствует физиологическим ритмам организма.

Помимо частоты к основным физическим параметрам импульсного тока относятся длительность импульса и его форма: остроконечная, треугольная, экспоненциальная, полусинусоидальная.

К методам относят электропунктуру, электростимуляцию, электросон, электроанальгезию, диадинамотерапию, амплипульстерапию, последняя проводится при помощи синусоидальных модулированных токов. Этот метод разработан в результате научного анализа и опыта лечебного применения диадинамических и интерференционных токов низкой частоты [И.Г Шеметило, М.Г Воробьев, 1980].

Установлено, что наилучший терапевтический эффект альфа тренинга при неврозах отмечается на низкочастотных флюктуациях проявляемости веретен альфа-ритма.

Для этих целей в составе биотехнической системы должен быть предусмотрен генератор, формирующий эталонные (навязываемые) процессы, законы изменения, которых выбираются заранее.

Биоуправляемый индуктор ЭЭГ содержит: 1. Преобразователь пульса. 2. Усилитель. 3. Преобразователь-компаратор. 4. Преобразователь дыхания. 5. Формирователь-повторитель. 6. Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). 7. Генератор низкой частоты (НЧ). 8. Преобразователь-компаратор. 9. Делители частоты. 10. Переключатель делителей частоты. 11. Сумматор. 12. Счетчик пульса. 13. Дешифратор 300 ударов пульса. 14. Дешифратор 360 ударов пульса. 15. Задатчик циклов. 16. Индикатор циклов. 17. Усилитель мощности. 18. Блок гальванической развязки. 19. Электроды. 20. АЦП. 21. Дешифратор. 22. Светодиодная индикаторная линейка.

«Биоуправляемый индуктор ЭЭГ» содержит: хрономодуль пульса, содержащий датчик пульса 1 и, последовательно с ним соединенные, усилитель 2, преобразователь-компаратор 3, первый выход которого включен на сумматор амплитуд 11, а второй выход связан со входом счетчика пульса 12.

Параллельно хрономодулю пульса включена электрическая цепь хрономодуля дыхания, включающая датчик дыхания 4 и последовательно с ним соединенного формирователя-повторителя 5 выход которого включен на вход сумматора амплитуд пульса и дыхания 11. Выходы сумматора 11 связаны со входом усилителя мощности 17 и входом АЦП 20 блока индикации.

Блок индикации включает последовательно соединенные АЦП 20, дешифратор 21, светодиодную индикаторную линейку 22.

«Биоуправляемый индуктор ЭЭГ» содержит также блок биологического таймера, включающего счетчик пульса 12, первый выход которого соединен с дешифратором трехсот ударов пульса 13, второй выход включен на вход дешифратора трехсотшестидесяти ударов пульса 14, а третий выход связан со входом, последовательно соединенных, задатчика циклов 15 и индикатора циклов 16. Выход же дешифратора трехсотшестидесяти ударов пульса связан со входом счетчика пульса 12.

Электрические цепи хрономодулятора пульса и дыхания через усилитель мощности 17 имеют выход на, последовательно соединенные, гальваническую развязку 18 и электроды 19.

Рассмотрим более детально работу биотехнической системы «Биоуправляемый индуктор ЭЭГ». Слабый сигнал с датчика пульса 1 усиливается усилителем 2 и преобразуется в компараторе 3 в П-образные импульсы, прямо пропорциональные по времени максимальному текущему пульсовому выбросу. С первого выхода компаратора пульсирующий ток поступает на счетчик пульса 11, где осуществляется подсчет числа ударов пульса. Аналоговый сигнал с датчика дыхания 4 поступает на формирователь-повторитель 5, с выхода которого поступает на вход сумматора амплитуды пульса и дыхания 10.

Одновременно на вход сумматора 10 подается сигнал, изменяющийся по частоте в пределах 7-13 Гц, или 14-26 Гц с амплитудой +5В. Этот сигнал генерируется двумя генераторами: ГЛИН 6 и генератором НЧ 7. Генератор ГЛИН 6 генерирует пилообразное напряжение амплитудой +5В и длительностью импульса 2с, которое управляет работой генератора 7, выдающего треугольно-синусоидальные импульсы амплитудой +5В и частотой 140-260 Гц. Эти пилообразные импульсы преобразуются в компараторе 8 в П-образные импульсы и посредством переключателя 10 подаются на делители частоты 9 (деление на 20 или на 10) и с делителей частоты сигналы частотой 7-13 Гц, или 14-26 Гц подводятся на вход сумматора 11.

С сумматора 11 аналоговый сигнал дыхания, квантованный прямоугольными сигналами пульса и прямоугольными сигналами плавающей частоты 7 - 13 Гц, или 14 - 26 Гц подается на усилитель мощности 17 и далее на блок гальванической развязки 18 и электроды 19.

«Биоуправляемый индуктор ЭЭГ» обеспечивает возможность автоматически циклично воздействовать на пациента биомодулированными несущими токами посредством, агрегатируемых ЭЭГ электродов с временным интервалом цикла в 360 ударов пульса. Продолжительность воздействия 300 ударов пульса и пауза 60 ударов пульса. Количество повторов циклов задается в зависимости от длительности процедуры: 1-6 повторов (5-30 минут).

Это осуществляется с помощью блока биологического таймера 12-14, который функционирует следующим образом: пульсовая частота сигналов с компаратора 3 подается на счетчик импульсов 12 и затем на дешифраторы 13 и 14.

Дешифратор 13 выделяет из двоичного кода комбинацию импульсов, соответствующую трехсотому импульсу на счетчике, который отключает усилитель мощности 17 и, соответственно, воздействующий физический фактор.

При дальнейшем счете импульсов дешифратор 14 фиксирует трехсотшестидесятый импульс, который сбрасывает счетчик 12 в исходное состояние и включает усилитель мощности 17. Таким же образом повторяется следующий цикл.

Схема таймера обеспечивает возможность программирования количества циклов с использованием одной кнопки, которой и устанавливают через задатчик 15 необходимое количество циклов.

Задатчик циклов 15 включает индикатор 16 из шести светодиодов. При этом количество включенных светодиодов соответствует набранному количеству циклов.

По мере отработки циклов, соответственно, уменьшается число светящихся диодов индикатора 16. При полной отработке всех циклов отключается подача пульсовых импульсов на вход таймера, т.е. на счетчик 12.

Процесс возобновляется при установке задатчика на необходимое количество циклов следующего сеанса.

«Биоуправляемый индуктор ЭЭГ» обеспечивает также индикацию размаха амплитуды суммарного сигнала светодиодной шкалой - линейкой 22. Это осуществляет АЦП 20, на который подается сигнал с сумматора 11. Цифровой код с АЦП 20 поступает на дешифратор 21 и преобразуется в набор управляющих сигналов, которые включают соответствующие индикаторы светодиодной линейки 22.

Рассмотрим принцип биоуправляемой модуляции интенсивности низкочастотных импульсных токов воздействия посредством параметров пульса и дыхания.

Проанализированы процессы, происходящие до момента выпрямления импульсных токов. Такой подход позволяет более наглядно представить форму модулированных сигналов напоминающих альфа и бета веретено электроэнцефалограммы. Длительность такого веретена определяется частотой дыхания пациента (12-15 дыханий в минуту) и колеблется от четырех до пяти секунд.

Для усиления эффективности воздействия и для увеличения вклада холинэргических механизмов регуляции могут быть использованы специальные приемы принудительно управляемого дыхания. Тогда при заданном ритме дыхания, например, резонансном длительность веретена будет равна десяти секундам.

Сформированы: I- Диаграмма пульсовой волны и сигнала управления; II - диаграмма дыхания и сигналы управления; III - диаграмма модуляции интенсивности электрических биений и частота заполнения - (7-13 Гц, или 14-26 Гц).

Таким образом, модель веретена включает один дыхательный цикл и пять ударов пульса.

Процесс биоуправления в рассматриваемой биотехнической системе миллиметровой терапии может быть представлен виде структуры.

Генерация электромагнитных колебаний соответствующих диапазону альфа и бета ритмов ЭЭГ (x=A cos (wot+jo) осуществляется при помощи генератора линейно-изменяющегося напряжения, генератора низкой частоты и двух делителей (на 20 и на 10). Импульсный низкочастотный ток через специальные ЭЭГ электроды подводится к пациенту.

Монтаж электродов осуществляют, как в клинической электроэ-нцефалографии, по системе 10-20. При стимуляции левого полуша-рия используют частоты 7 - 13 Гц в позиции F3 - O1, при стимуляции правого полушария в позиции F4 - O2. Для стимуляции передней лобной доли правого полушария используют частоты 14 - 26 Гц в позиции F4 - С4.

Биологическая обратная связь включает дыхательную и сердечно-сосудистую систему, датчик дыхания и пульса, генераторы и сумматор, ЭЭГ электроды.

Биоуправление изменением воздействия импульсными низкочастотными токами заключается в циклических колебаниях постоянного напряжения (U = IR) в диапазоне 0,5 - 15,0 В на ЭЭГ электродах пациента, создаваемых суммарным сигналом пульса и дыхания. Эти низкочастотные циклические колебания пульса и дыхания обусловливают модуляцию частот 7-13 Гц или 14-26 Гц, В момент систолы и на вдохе амплитуда импульсов наибольшая, а в момент диастолы и выдоха- наименьшая. По форме такие циклы напоминают ЭЭГ веретена альфа и бета ритмов от трех до пяти секунд при нормальном дыхании и до десяти секунд при резонансном дыхании.

Нами, рассмотрены спектры и круговые диаграммы распределений ритмов ЭЭГ до и после воздействия при помощи биоуправляемого индуктора ЭЭГ с частотой 14 - 26 Гц.

На исходных графиках правой лобной доли был выявлен альфа ритм с частотой 11,25 Гц, после воздействия он стал равным 10,6 Гц. Бета ритм до воздействия не имел выраженного пика, а после воздействия он равен частоте 16,25 Гц. Доля бета ритма в 1,14 раза больше доли альфа ритма. Амплитудные характеристики бета ритма на диаграммах распределения ритмов ЭЭГ, превышают и в правом и в левом полушарии амплитуды альфа ритма.

Ранее проведенные отечественными учеными исследования, включавшие микроплетизмографические, поляграфические (по напряжению кислорода) и реографические методы показали возникновение эффекта тканевой памяти в течение не менее нескольких месяцев после одного курса биоуправляемой хронофизиотерапии [С.Л. Загускин, 1986; Ф.И. Комаров, С.И. Рапопорт, С.Л. Загускин, 1994]. Увеличение интенсивности электрического воздействия в фазах пульсового выброса и вдоха условно-рефлекторно закрепляют реакцию капиллярной сети, нормализующей кровоток и сохраняет этот положительный эффект сеанса-обучения. Этим можно объяснить доказанную при лечении многих болезней более высокую стабильность лечебного эффекта данным методом по сравнению с обычной физиотерапией [Ф.А. Пятакович, С.Л. Загускин, Т.И. Якунченко, 2003].

Благодаря переменным параметрам пульсового выброса и вдоха-выдоха, дисперсии периодов их ритмов во время сеанса лечения уменьшается адаптация ткани. Автоматическое согласование фаз функциональной нагрузки и энергетики увеличивает интегральную целостность организма и усиливает его регуляторные гомеостатические возможности. Наконец согласование изменений электрического воздействия с ритмами капиллярного кровотока снижает возможность деструктивных процессов и осмотических нарушений на уровне клеток и тканей.