Способ коррекции функционального состояния организма

Изобретение относится к медицине, а именно к магнитотерапии. Для этого электромагнитное воздействие осуществляют на весь организм. При этом сигнал формируют при заданной согласованности аппроксимирующей функции спектра. Аппроксимирующую функцию спектра флуктуации частоты сердечных сокращений рассчитывают на основе индивидуальной кардиограммы испытуемого, регистрируемой непосредственно перед началом каждого электромагнитного воздействия. Способ позволяет индивидуально оптимизировать параметры электромагнитного воздействия, кроме того, оказывает корригирующее влияние на показатели регуляции ритма сердца и реполяризации миокарда, способствует нормализации работы вегетативной нервной системы, а также безопасен в применении. 4 ил.

 

Изобретение относится к магнитотерапии.

В современных научных работах по исследованию биоэффектов электромагнитного воздействия на организм показана необходимость постановки и возможность решения задачи индивидуальной оптимизации параметров электромагнитного воздействия.

Известны способы, позволяющие изменять функциональное состояние организма с использованием электромагнитного воздействия, оцениваемое по медицинским, физиологическим, биохимическим, поведенческим и другим показателям.

Известен способ формирования стимулирующего воздействия (патент RU №2053803, A61N 1/00. Способ формирования стимулирующего воздействия / М.В.Быстров, Г.Э.Заславский, Г.И.Кока // бюл. «Изобретения», №4, 10.02.1996), включающий выбор вида сигнала (СВЧ и УВЧ диапазона), параметры которого преобразуют в сигнал случайной последовательности импульсов, вследствие чего осуществляется модуляция, имеющая вид 1/fⁿ, где f - спектральная частота, n - показатель степени аппроксимирующей функции спектра воздействующего сигнала. Однако данный способ формирования обеспечивает показатель степени n, равный единице, и не учитывает индивидуальных особенностей организма.

Известен способ коррекции функционального состояния человека (патент RU №2071719, МПК⁶ А61В 5/02. Способ коррекции функционального состояния человека / С.М.Годин, А.Н.Власкин, Ю.В.Тюрин и др. // бюл. «Изобретения», №2, 20.01.97), включающий воздействие импульсным вращающимся магнитным полем (МП) I=I₀exp(αt), при этом момент подачи импульса синхронизируют с систолой. При этом в качестве основного параметра берут форму огибающей спектра мощности временного ряда, составляемого по вариациям частоты сердечных сокращений (ЧСС). Доза воздействия МП корректируется в зависимости от адаптационной реакции. Однако в данном способе воздействие вращающимся МП и импульсным МП осуществляют локально (только на зону головного мозга), что лишь опосредованно отражается на кроветворной системе клеточного обновления и может быть недостаточным фактором для быстрого изменения лейкоцитарной формулы крови, по которой определяется адаптационная реакция организма. Это обстоятельство может привести к неточному выбору параметров МП в каждом индивидуальном случае. Таким образом, этот способ воздействия недостаточно эффективен для формирования необходимой адаптационной реакции, обеспечивающей повышение общей резистентности организма к действию многих повреждающих агентов, в том числе и радиации.

Наиболее близким к предлагаемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ коррекции функционального состояния организма (патент RU №2071719, МПК⁷ A61N 2/02. Способ коррекции функционального состояния организма / Е.П.Лобкаева, Н.С.Девяткова и др. // бюл. «Изобретения. Полезные модели.» №8, 20.03.2005), включающий электромагнитное воздействие на весь организм. Подбор диапазонов воздействия проводили с учетом спектральной функции флуктуации ритма сердечных сокращений (Использование управляющих ритмов в медицине, Медицинская физика, №2, 1995 г.; Методическое и техническое обеспечение психофизиологического эксперимента под редакцией акад. М.В.Фролова. М.: Наука, 1995, с.3-13). При этом аппроксимирующую функцию распределения спектра флуктуации ЧСС рассчитывали на основе статистического массива данных ритмограмм кардиосигнала, зарегистрированного для множества людей в нормальном физиологическом состоянии. Так как воздействующий на организм сигнал должен быть согласован по спектру с биологическими ритмами процессов, протекающих в организме, аппроксимирующие функции распределения спектра воздействующего сигнала и распределения спектра флуктуации ЧСС приводили к заданной степени согласованности и при этих значениях формировали параметры воздействующего сигнала.

Недостатком прототипа является то, что не учтено индивидуальное состояние сердечно-сосудистой системы (ССС) испытуемого (пациента) в данный момент времени, так как использован статистический массив данных ритмограмм кардиосигналов, зарегистрированных для множества людей в нормальном физиологическом состоянии, что снижает степень оптимизации параметра воздействующего сигнала, что в свою очередь снижает биоэффект электромагнитного воздействия, т.е. терапевтический эффект.

Решаемая предлагаемым изобретением задача - индивидуальная оптимизация параметров электромагнитного воздействия.

Техническим результатом предлагаемого изобретения при решении данной задачи является повышение терапевтического эффекта электромагнитного воздействия.

Указанный результат достигается тем, что в способе коррекции функционального состояния организма электромагнитное воздействие осуществляют на весь организм, а воздействующий сигнал формируют при заданной согласованности аппроксимирующих функций распределения спектра воздействующего сигнала и распределения спектра флуктуации частоты сердечных сокращений; при этом аппроксимирующую функцию спектра флуктуации ЧСС рассчитывают на основе индивидуальной кардиограммы испытуемого, регистрируемой непосредственно перед началом каждого электромагнитного воздействия. Новым в заявляемом способе является то, что аппроксимирующую функцию спектра флуктуации ЧСС рассчитывают на основе индивидуальной кардиограммы испытуемого, регистрируемой непосредственно перед началом каждого электромагнитного воздействия.

При использовании индивидуальной кардиограммы, регистрируемой непосредственно перед началом каждого электромагнитного воздействия, происходит учет индивидуальных особенностей организма и его адаптационной реакции на электромагнитное воздействие за счет сопоставимого уровня применяемой энергии в магнитотерапии с уровнем энергии слабых взаимодействий в организме в соответствии с теорией развития общих адаптационных реакций организма на внешнее воздействие. А это означает, что происходит более точный расчет параметра воздействующего сигнала, что повышает терапевтический эффект электромагнитного воздействия.

При обосновании оптимизации параметров электромагнитного воздействия использована теория флуктуации устойчиво-неравновесных открытых систем вследствие влияния на них различных внешних воздействий (Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М.: Мир, 1991; Урицкий В.М., Музалевская Н.И. Фрактальные структуры и процессы в биологии (обзор) // Биомедицинская информатика и эниология. Под редакцией Н.И.Полонникова и К.Г.Короткова. - СПб: Ольга. 1995. С.84-130). Учитывая тот факт, что физиологические системы животных и человека в процессе эволюции хорошо приспособились к присутствию электромагнитного фона Земли, можно с уверенностью предположить, что собственные колебательные процессы биосистем гармонично взаимосвязаны с ритмами естественных колебаний геомагнитного поля (ГМП), и любое изменение нормального геомагнитного фона должно приводить к дестабилизации регуляторных функций и провоцировать развитие патологических процессов. Колебания ГМП относятся к фракталоподобным процессам, как и вариации широкого класса иных физически несходных явлений: изменения скоростей химических и биохимических реакций, осцилляции активности одиночных нейронов и альфа-волн головного мозга, ежегодные колебания подъемов воды в реках, интенсивность землетрясений, гроз, фликкер-шум и т.д. Целый ряд функций организма, регулируемых деятельностью центральной нервной системы, также обнаруживает фрактальные флуктуации. Спектральная плотность этих колебательных процессов имеет вид 1/fⁿ, где f - частота колебаний, n - показатель степени аппроксимирующей функции этих сигналов, значение которого изменяется от 0,5 до 2. Эта зависимость означает, что энергия на разных частотных диапазонах такого процесса практически зависит только от ширины диапазона, не зависит от его локализации и пропорциональна величине ln(f₂/f₁). Иными словами, наблюдается энергетическое самоподобие частотных диапазонов.

Наиболее доступным и информативным показателем, приводимым в научной литературе, является закономерность флуктуации сердечного ритма. Одним из современных и наиболее интенсивно развиваемых в клинической практике методов оценки физиологического состояния человека и животных является анализ естественных флуктуации ЧСС или иначе вариабельности сердечного ритма (ВСР). Анализ ВСР является методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека и высокоорганизованных животных, в частности общей активности регуляторных механизмов, нейрогуморальной регуляции сердца, соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы. ВСР - одно из фундаментальных физиологических свойств всего организма, а не просто сердечно-сосудистой системы, и, тем более, сердца. Она с большой точностью отражает состояние именно регуляторных процессов в организме Поэтому изучение ВСР доставляет неоценимую информацию для качественных диагностики, прогнозирования, лечения и предупреждения болезней. Система кровообращения может рассматриваться как чувствительный индикатор адаптационных реакций всего организма. Адаптационная деятельность организма человека и животных не только обеспечивает выживание и эволюционное развитие, но и повседневное приспособление к изменениям окружающей среды. Характерной особенностью метода ВСР является его высокая чувствительность к самым разнообразным внутренним и внешним воздействиям. Метод основан на распознавании и измерении временных интервалов между RR-зубцами электрокардиограммы (ЭКГ), построении динамических рядов кардиоинтервалов (кардиоинтервалограммы) и последующем анализе полученных числовых рядов различными математическими методами. Здесь простота съема информации сочетается с возможностью извлечения из получаемых данных обширной и разнообразной информации о нейрогуморальной регуляции физиологических функций и адаптационных реакциях целостного организма.

Анализ приводимых в научной литературе данных по исследованию ВСР показал, что у практически здорового человека, находящегося в состоянии глубокого сна, огибающая функции распределения флуктуации ЧСС описывается зависимостью вида , где показатель степени n колеблется от 0.8 до 1.4.

Вариант спектра «хаотических» флуктуации ЧСС, построенного для статистически осредненного ряда ЧСС здорового человека в состоянии покоя, представлен на фиг.1.

На фиг.1 ось U(f) - спектральная плотность в относительных единицах; ось f - частота спектра (Гц); функции f^-1, f^-0.9 - аппроксимирующие реальный спектр (гладкие кривые).

Огибающая этой кривой с определенным приближением (для здорового человека) может быть аппроксимирована семейством кривых вида f^-n, где n=0,8-1,4.

Известно, что самоорганизующиеся неравновесные процессы, для которых характерны 1/f-флуктуации, легко подстраиваются под ритмы внешних воздействий, даже очень слабых, в том числе к влиянию слабых МП (Фрактальные структуры и процессы в биологии (обзор). Биомедицинская информатика. СПб: СПИИРАН, 1995, с.84-129). Такие системы находятся как бы во "взведенном" напряженном состоянии и для вывода их из установившегося неравновесного состояния достаточно лишь слабого толчка.

Воздействие электромагнитным полем (ЭМП), огибающая спектра которого имеет вид f^-n (n=0,8-1,4), способно вызывать разные ответные физиологические изменения в организме, но оно согласовано по спектру с биологическими ритмами процессов, протекающих в здоровом организме, и приводит в итоге к состоянию комфорта и к повышению лечебного эффекта. Воздействие ЭМП, огибающая спектра которого имеет вид f^-n, но n<0,8 или n>1,4, воспринимается здоровым организмом как раздражающее и приводит его к дискомфортному состоянию (стресс-реакции) организма.

Поэтому сигнал, имеющий любое аналитическое выражение, спектральная плотность которого зависит от частоты по закону f^-n, обеспечивает создание условий комфортного состояния здорового организма либо дискомфорта в зависимости от значения n. Наибольшей проблемой лечения при помощи низкочастотной магнитотерапии является отсутствие убедительного теоретического обоснования подбора биоэффективных параметров воздействия, поскольку существующие на настоящий день методики стандартизованы и не учитывают ответную реакцию нейрогуморальных механизмов регуляции деятельности ССС на электромагнитное воздействие. Вследствие этого лечебное воздействие с использованием существующих методик недостаточно эффективно, а порой имеют место противоречивые результаты.

Таким образом, решающим фактором является фактическое отсутствие обратной связи между нейрогуморальными механизмами регуляции деятельности ССС и параметрами воздействующего ЭМП при магнитотерапии. В силу же особенностей влияния ЭМП на ССС и нейроэндокринные механизмы ее управления учет такой связи необходим, так как под воздействием ЭМП происходит достаточно быстрая перестройка адаптационных реакций как нейрогуморальных механизмов регуляции ССС, так и непосредственно органов системы кровообращения. Для оптимизации параметров воздействия вслед за изменением реакции вышеуказанных систем организма необходимо определенным образом изменять параметры поля.

При заболевании происходит отклонение показателей ВСР от нормальных значений. Поэтому при воздействии ЭМП с разными параметрами можно вызывать разные ответные физиологические изменения в организме в зависимости от его исходного состояния на момент воздействия. Переход биосистемы из одного состояния в другое происходит за счет усиления в ней внутренних флуктуаций, проявляющихся, в том числе, и в изменении ВСР. Регистрируя кардиосигнал и анализируя изменения спектра флуктуации ЧСС, можно оценить (задать) форму ответного сигнала биосистемы на любое внешнее воздействие. Опираясь на значение параметров флуктуации ЧСС в нормальном состоянии, можно определить стратегию воздействия ЭМП на организм. При правильном подборе параметров лечебное воздействие ЭМП не только значительно усиливает нормальные (физиологические), но и ослабляет патологические колебания в биологической системе.

Вариант спектра «хаотических» флуктуации ЧСС, построенного для индивидуального ряда ЧСС здорового человека в состоянии покоя, представлен на фиг.2.

На фиг.2 ось амплитуда - спектральная плотность в миллисекундах; ось f - частота спектра (Гц); функция, аппроксимирующая реальный спектр (гладкая кривая).

При апробации предлагаемого способа использовали магнитогенератор, позволяющий генерировать сигнал (см. фиг.2), имеющий аналитическое выражение типа:

U(t)=U₀sin(ωt+φ)exp(αt),

где U₀ - начальная амплитуда напряжения магнитогенератора;

α - коэффициент затухания;

ω=2 πf - частота колебаний,

так как сигналы вида экспоненты и затухающей синусоиды имеют спектральные характеристики, приближенные к виду m/fⁿ.

На фиг.3 представлены вариации нормированной огибающей спектральной плотности этого сигнала U(f) при частоте модуляции f₁=100 Гц и различной величине параметра затухания α. Для сопоставления здесь же приведена нормированная огибающая спектральной плотности сигнала U(f)=f^-1.

Предлагаемый способ коррекции функционального состояния организма осуществляется в три этапа последовательного воздействия ЭМП. На первом этапе непосредственно перед воздействием в течение 4 минут регистрируют электрокардиограмму (ЭКГ) испытуемого (пациента). Данные ЭГК загружают в компьютер, где осуществляется ее обработка:

- формируется временной массив последовательных значений RR-интервалов и проводится его преобразование во временной массив флуктуации ЧСС;

- производится спектральное преобразование временного массива флуктуации ЧСС;

- рассчитываются параметры функции, наилучшим образом аппроксимирующей распределение спектра флуктуации ЧСС;

- значения рассчитанных параметров (показатель степени n) принимаются как оптимальные для формирования характеристик ЭМП, переводящего организм или нейрогуморальные органы регуляции ССС и саму ССС в комфортное, т.е. более стабильное на данный момент времени состояние;

- на основании этих параметров определяется спектральная характеристика нужного на данный момент времени выходного сигнала магнитогенератора, на основании которой определяются параметры (амплитуда, продолжительность) и синтезируется выходной сигнал воздействующего ЭМП со значениями параметров функции, аппроксимирующей распределение его спектра, равными или максимально приближенными (насколько это возможно обеспечить технически для конкретного устройства) к значению аналогичной функции спектра флуктуации ЧСС для оказания комфортного воздействия на организм, т.е. осуществляют заданную согласованность аппроксимирующих функций.

В последующем в течение десяти минут на спокойно сидящего пациента оказывают воздействие ЭМП. По аналогичной схеме проводят второй и третий этапы.

На втором этапе необходимо изменить амплитуду магнитной индукции выходного сигнала, чтобы реализовать режим, который рассогласован с ВСР и переводит вышеуказанные системы в состояние дискомфорта, уничтожая предыдущие колебания, вследствие чего биосистема приближается к состоянию физиологической нормы. Для этого с испытуемым производят все те же манипуляции и затем синтезируют выходной сигнал воздействующего ЭМП со значениями параметров функции, аппроксимирующей распределение его спектра, больше или меньше значения аналогичных параметров функции спектра флуктуации ЧСС (в зависимости от состояния пациента) для оказания дискомфортного воздействия на организм. Однако каких-либо негативных изменений для организма в целом в этот момент не происходит вследствие малого рассогласования с параметрами ВСР.

На третьем этапе после анализа кардиосигнала испытуемого для стабилизации и закрепления организма в новом, более приближенном к физиологической норме, состоянии, снова используют режим воздействия, который переводит организм в комфортное состояние.

Алгоритм проведения процедуры магнитотерапии представлен на фиг.4.

Данная комбинация режимов электромагнитного воздействия находится в рамках параметров, разрешенных МЗ РФ к применению в магнитотерапии.

Использование описанной схемы воздействия ЭМП на организм приводит в итоге к состоянию комфорта и к повышению терапевтического эффекта.

На фиг.1 показана среднестатистическая спектральная функция «хаотических» флуктуаций частоты сердечных сокращений, полученных в состоянии покоя.

На фиг.2 показана индивидуальная спектральная функция «хаотических» флуктуаций частоты сердечных сокращений, полученных в состоянии покоя.

На фиг.3 представлены вариации нормированной спектральной плотности U(f) сигнала U(t)=U₀e^-αtSinωt магнитогенератора при различной величине параметра затухания.

На фиг.4 представлен алгоритм проведения процедуры магнитотерапии.

Индивидуальный подбор параметров ЭМП осуществляли при помощи персонального компьютера с установленным пакетом программ «Клиника» (разработчик РФЯЦ-ВНИИЭФ, г.Саров). Регистрацию ЭКГ испытуемого в ходе проведения процедуры проводили при помощи кардиорегистратора «Гном» (Кардиорегистратор Н-100-1, г.Москва) в грудном отведении в течение одной минуты. Для проведения сеанса магнитотерапии использовали установку «Колибри» с максимальным значением магнитной индукции в центре соленоида 3,5 мТл, частотой ЭМП в соленоиде 100 Гц и максимальным напряжением заряда конденсаторов - 500 В (УМТИ-ЗФ, регистрационное удостоверение МЗ РФ №29/06101297/2461-01 от 03.10.2001 г.) производства ГУП электромеханического завода «Авангард» г.Саров.

Клинические исследования проводили на базе кардиологического отделения Государственного учреждения здравоохранения «Нижегородская областная клиническая больница им. Н.А.Семашко» (ГУЗ НОКБ) совместно с кафедрой физиологии и биохимии Нижегородского государственного университета (ННГУ) им. Н.И.Лобачевского. Процедуры выполняли в отделении физиотерапии.

Клинические исследования проводили с участием пациентов обоих полов в возрасте от 20 до 60 лет.

Группы обследованных пациентов были следующими:

- группа здоровых с имитацией воздействия МП (15 чел),

- группа здоровых с воздействием МП (15 чел),

- больные артериальной гипертензией (АГ) 1-2 стадии, получающие гипотензивную терапию (бета-блокаторы, ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (ИАПФ), сартаны, антагонисты кальция, диуретики) с воздействием МП (20 чел),

- больные АГ 1-2 стадии, получающие базовую гипотензивную терапию без воздействия МП (20 чел).

Группы пациентов были сопоставимы по полу, возрасту, исходным показателям артериального давления (АД), частоте сердечных сокращений (ЧСС), диагнозу при поступлении в стационар, базисной медикаментозной терапии и характеру сопутствующей патологии (хроническая сердечная недостаточность 1-2 функционального класса; ишемическая болезнь сердца, стенокардия напряжения 1-2 функционального класса).

У пациентов всех групп в начале и по окончании периода наблюдения (1-е и 10-е сутки) проводились следующие исследования:

- регистрация ЭКГ в 12 стандартных отведениях;

- развернутый анализ периферической крови;

- ультразвуковая доплерография сосудов головного мозга.

В оценке ультразвуковой доплеграфии (УЗДГ) сосудов головного мозга учитывали следующие показатели: линейная скорость кровотока по средним мозговым артериям справа и слева (CMAM1 и М2), в глазничной артерии справа и слева, R1 - индекс циркуляторного сопротивления (как показатель упругоэластичных свойств сосудов). Исследования проводились по стандартной методике, сравнивая показатели обеих групп пациентов.

Всем больным в первые сутки и по окончании периода наблюдения проводили исследование вариабельности ритма сердца с помощью аппарата «Полиспектр» по стандартной методике оценки кардиоинтервалограммы по 5 показателям:

- SDNN - интегральный показатель, характеризующий вариабельность ритма сердца в целом;

- PNN - 50% показатель, определяющий влияние преимущественно парасимпатического отдела вегетативной нервной системы;

- HF - вагусный контроль сердечного ритма;

- LF - симпатические влияния вегетативной нервной системы;

- TP - общая мощность спектра, отражающая суммарную активность вегетативного воздействия на сердечный ритм.

Наряду с этим в 1, 3, 5, 7 и 10 сутки наблюдения в обеих группах регистрировали артериальное давление (АД), систолическое (АДс) и диастолическое (АДд), а также частоту сердечных сокращений (ЧСС). Кроме того, на протяжении всей работы велось наблюдение за динамикой клинического состояния (жалоб и ощущений) пациентов, а у пациентов опытной группы как до, так и после окончания сеанса магнитотерапии проводили измерение АДс и АДд.

Показатели тревоги и депрессии исследовали до начала и после окончания лечения при помощи шкалы госпитальной тревоги и депрессии. Вегетативный статус исследовали до начала и после окончания лечения при помощи опросника A.M.Вейна.

Полученные результаты обработаны методом вариационной статистики с использованием t-критерия Стъюдента. Различие считалось достоверным при значении р≤0,05.

Исходно до лечения зафиксировали ассиметрию скорости кровотока по средним мозговым артериям и снижение индекса циркуляторного сопротивления, что свидетельствует об имеющихся начальных проявлениях нарушений мозгового кровотока. В результате проведенного курса магнитотерапии отмечалась тенденция к восстановлению симметрии скорости кровотока по средним мозговым артериям и повышению уровня индекса циркуляторного сопротивления.

По завершении курса магнитотерапии в опытной группе, по сравнению с контролем, отмечалось заметное снижение частоты регистрируемых нарушений, а также исчезновение таких нарушений, как предсердная экстрасистолия.

В группе здоровых добровольцев, которым проводились полноценные сеансы магнитотерапии, отчетливо отмечали улучшение общего самочувствия, снижение ощущения внутренней тревожности и повышенной возбудимости. Каких-либо негативных, отрицательных ощущений пациенты не отмечали.

МП улучшает микроциркуляцию, регионарное кровообращение, благоприятно влияет на иммунореактивные и нейровегетативные процессы. Формируется общая адаптационная реакция, исходной стороной которой является отсутствие перенапряжения функций на всех уровнях организма

Курс системной магнитотерапии при индивидуальном подборе параметров МП уменьшает выраженность дистонических нарушений мозгового кровотока; оказывает корригирующее влияние на показатели регуляции ритма сердца и процессы реполяризации миокарда; способствуют нормализации работы вегетативной нервной системы и регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы.

Данный метод лечения безопасен в применении.

Проанализировав результаты исследований, можно рекомендовать предлагаемый способ коррекции функционального состояния в комплексной магнитотерапии с индивидуальным подходом для каждого пациента.

Способ коррекции функционального состояния организма, включающий электромагнитное воздействие на весь организм, сигнал которого формируют при заданной согласованности аппроксимирующих функций распределения спектра воздействующего сигнала и спектра флуктуации частоты сердечных сокращений, отличающийся тем, что аппроксимирующую функцию спектра флуктуации частоты сердечных сокращений рассчитывают на основе индивидуальной кардиограммы испытуемого, регистрируемой непосредственно перед началом каждого электромагнитного воздействия.