Введение к работе
Актуальность проблемы. Ухудшение экологической и социально-экономической ситуации сопровождается ростом числа заболеваний органов пищеварения и сердечно-сосудистой системы. Наиболее актуальными, с точки зрения их социальной значимости, являются язвенная болезнь желудка и 12-п кишки, а также гипертоническая болезнь.
Эффективность фармакотерапии язвенной болезни, включая препараты для подавления Helicobacter pylori, остается недостаточной, особенно в отношении предупреждения последуюшего рецидива. Вероятность рецидива колеблется от 30 до 82% (П. Я.Григорьев, Э. П. Яковенко, 1990), что в конечном итоге приводит к хронизации процесса, потере трудоспособности и инвалидизации.
Использование физических факторов для лечения различных заболеваний требует решения проблемы оптимизации физиотерапевтического воздействия.
В литературе по физиотерапии рассматривают следующие пути оптимизации воздействий с помощью физических факторов:
подбор дозиметрических параметров, включая продолжительность, режим, частоту, интенсивность;
путь комбинирования и сочетания физических факторов;
использование различной локализации воздействия - местные, общие, сегментарно-рефлекторные зоны, биологически активные точки;
выбор режима воздействия - непрерывный или импульсный",
учет циркадных ритмов.
Доказано, что случайный выбор фазы воздействия или воздействие при помощи так называемого "белого шума" дает положительный эффект в 40% случаев за счет неспецифической активации процессов регенерации, у 50% пациентов этот эффект статистически недостоверен, а у 10% - отмечают ухудшение состояния (Ф. И. Комаров, С. Л. Загускин, С. И. Рапопорт, 1994).
Таким образом, путь подбора со случайным угадыванием селективных частот обрекает физиотерапевтов на бесконечный их поиск. Кроме того, все биохимические процессы, обеспечивающие выполнение разнообразных физиологических функций в организме человека, совершаются циклически, повторяясь с присущими им индивидуальными периодами, непрерывно изменяясь по абсолютным значениям (Ф. И. Комаров, 1989). Все это указывает на то, что практически не-
возможно подобрать резонансные частоты, пригодные для всех случаев жизни у различных пациентов.
Наиболее перспективным следует признать направление работ, рассматривающих эту проблему в соответствии с принципами биоритмологии: синхронизация с пульсом воздействия импульсными токами низкой частоты (Г. И. Сидоренко, В. А. Кобрик, С. М. Элькинд, 1979), биосинхронизация пульса и ультразвукового способа воздействия (А. А. Чиркин, 1979), модуляция пульсовым выбросом конкретного пациента и "чужими биоритмами" КВЧ-воздействия (В. А. Неганов, 1994).
Однако проведенные экспериментальные исследования на уровне клетки, ткани, органа показали, что биологические коды являются многочастотными, а эффективность их зависит от определенного соотношения в сложномодулированном суммарном сигнале. Также было установлено, что одночастотные воздействия организмом активно демпфируются на адресуемом уровне за счет выше- и нижележащих уровней гомеостатической регуляции.
Следовательно, проблема оптимизации воздействия при помощи любого физического фактора может быть решена на основе разработки технических средств, обеспечивающих модуляцию несущего терапевтического сигнала при помощи основных биоритмов пациента. Они включают ритмы микроциркуляции (артериальную и венозную составляющие), совпадающие между собой по частоте ритмы мышечного тремора ("периферические сердца") и ритмы элонгации, а также ритмы перераспределения периферического кровотока, совпадающие с работой центра терморегуляции (С. Л. Загускин, 1985).
С позиций практической реализации представленных выше фундаментальных положений могут быть рассмотрены три подхода. Первый связан с разработкой универсальных хрономодулей или устройств, обеспечивающих интерфейс с существующей физиотерапевтической аппаратурой и переводящих ее в режим биоуправления. Второй подход обеспечивает разработку автономных биоуправляемых аппаратов с конкретно направленным воздействием того или иного физического фактора. Третье направление позволяет создавать биотехнические системы, имеющие в своем составе специализированные устройства для биомодуляции несущего терапевтического сигнала.
Цель работы: разработка универсальных методологических приемов биоуправления, направленных на индивидуализацию и усиление эффективности лечения и связанных с созданием специализированных устройств, имеющих блоки хронодиагностики текущего состояния пациента, биологического таймера, обеспечивающего цикличность процедуры в конкретных биоритмах пациента, а не в единицах физического времени, блок биоуправления, использующий параметры биологической обратной связи.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи : 1) проведение анализа перспективных направлений, связанных с решением усиления эффективности нефармакопогичр-ских лечебных мероприятий с использованием технических средств, работающих на принципах биоуправления;
-
рассмотрение на основе информационного анализа правил структурной реорганизации и функционирования систем управления нейродинамическими процессами мозга, секрецией желудка, ритмом сердца;
-
определение информационных параметров, отражающих правила структурной реорганизации и функционирования систем управления нейродинамическими процессами мозга, секрецией желудка, ритмом сердца на основе информационного анализа;
-
разработка комплексного алгоритма хронодиагностики функционального состояния человека;
-
разработка алгоритмов биоуправления цветостимуляцией на основе детерминированных моделей для двух кодифицированных формул воздействия "мягкой" и "интенсивной" релаксации;
-
разработка макетных образцов биоуправляемой автоматизированной системы цветостимуляции, биотехнической системы для миллиметровой терапии с использованием в качестве КВЧ-генератора устройств на лампе обратной волны и устройств на лавинопролетном диоде, биотехнической системы для интерференцтерапии;
-
клиническая оценка эффективности разработанных биотехнических систем КВЧ-терапии и интерференцтерапии, включающая принципы индивидуализации физиолечения по динамике показателей, характеризующих моторную, секреторную, репаративную функции желудка у больных осложненной язвенной болезнью, а также по критериям медико-социальной эффективности;
-
клиническая оценка эффективности разработанных биотехнических систем КВЧ-терапии и цветостимуляции у больных гипертони-
ческой болезнью, включающая принципы индивидуализации физиолечения с учетом показателей типов гемодинамики.
Методы исследования. В работе использовались методы системного анализа, моделирования, математической статистики, методы регистрации и анализа электрофизиологической информации, включающие вариационную пульсометрию, информационный, автокорреляционный и спектральный анализы, ЭКГ, ЭЭГ, реоплетизмо-графию, интрагастральную Рґі-метрию.
Научная новизна. 1. Рассмотрена информационная модель динамики паттерна ЭЭГ, временной упорядоченности пульса и электрометрических кривых интрагастральной рН в двухкоординатном пространстве - это изменения алфавита (элементов) и степени организации (упорядоченности) системы, в которой гармоническая функция служит критерием структурной реорганизации системы.
2. Выявлен принцип, согласно которому реорганизация паттерна
ЭЭГ, межпульсового интервала, временной упорядоченности рН
в моменты повышенных функциональных требований к системе осу
ществляется в строгом соответствии с правилом "золотой пропорции",
на основе которого возможно дифференцировать состояние вегета
тивного профиля, адаптационного статуса, биологического цикла
секреторной функции желудка.
-
Установлена зависимость между временной упорядоченностью ЭЭГ, пульса, интрагастральной рН и уровнем адаптации пациента; степенью нарушений функционального состояния и остротой патологического процесса.
-
Определены структура и алгоритмы анализа и обработки электрофизиологической информации в составе автоматизированной системы для исследования функциональных характеристик сердечнососудистой, дыхательной и пищеварительной систем, отличающейся модульным исполнением и предназначенной как для работы в режиме ON-LINE, так и для долговременного накопления данных и последующего использования вычислительных ресурсов в режиме OF-LINE.
-
Разработаны структура и алгоритмы биоуправления воздействия физическим фактором в биотехнических системах цветостимуля-ции и КВЧ-терапии.
Практическая значимость работы. 1. Разработаны медико-технические требования и созданы макетные образцы биотехнических систем для синхроцветостимуляции, ММ-терапии на базе лампы обратной волны (ЛОВ) и лавинопролетных диодов (ЛПД), интерференц-терапии.
2.Технически реализована синхронизация воздействующего физического фактора с параметрами артериальной и венозной составляющей капиллярного кровотока - межпульсовым интервалом и дыхательным циклом пациента.
-
Достигнуто увеличение эффективности воздействия за счет синхронизации параметров воздействующего физического фактора с параметрами биологической обратной связи, в качестве которой использованы основные биоритмы пациента: пульсовой выброс, дыхательный цикл, ритм элонгации и ритм перераспределения кровотока.
-
Осуществлено уменьшение общей дозы воздействия за счет
УВеЛИЧеНИЯ аМПЛИТуДЫ ВОЗДеЙСТВИЯ ТОЛЬКО В МОМеНТ ПуЛЬСОВОГО Rbl-
броса и вдоха пациента, а также благодаря введению в цикл воздействия пауз отдыха, соответствующих индивидуальным ритмам перераспределения кровотока, синхронных с работой центра терморегуляции.
-
Обеспечена индивидуализация физиотерапевтического лечения за счет применения биологического таймера, отсчитывающего циклы воздействия по биологическим интервалам пациента, а не по физическим секундам.
-
Реализована возможность формирования особых эффектов:
коррекция временной гармонии работы клеток, тканей, органов;
улучшение реологических свойств крови;
увеличение мощности антиоксидантной защиты;
усиление пластических процессов внутриклеточной и тканевой регенерации.
7. Улучшены показатели медико-социальной эффективности в
виде уменьшения числа дней нетрудоспособности, снижения частоты
рецидивирования, стабилизации полученного эффекта и удлинения
сроков ремиссии за счет формирования тканевой памяти на био-
управляемое лечение.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в лечебную практику Железноводской гастроэнтерологической клиники, санатория "Дубовая Роща" г. Железноводска, муниципальной клинической поликлиники N5 и ТМО N1 г. Кемерова, городской клинической больницы N1 г. Курска и Беловской ЦРБ Курской области, здравпункта дробильной фабрики Михайловского ГОК г. Железногорска, здравпункта АО Аккумулятор г. Курска.
Авторское свидетельство N1591947 от15 мая 1990 г. "Способ прогнозирования обострения гастродуоденита и рецидива язвенной болезни".
Положительное решение о выдаче патента по заявке N 5057388/14 от 30.03.94 г "Способ лечения осложненной язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки".
Авторское свидетельство N 3093 от 16.11.1996 г. на полезную модель; "Биоуправляемый синхроцветозвукостимулятор".
Патент № 2110291 от 10.05.1998 г на "Способ лечения пародонтоза и устройство для его осуществления". Приоритет от 27.07.1993 г.
Патент № 2124909 от 20.01.1999 г на изобретение: "Синхропуль-сар-ММ для КВЧ-тералии". Приоритет от 6.05.1996 г.
Патент № 2127135 от 10.03.1999 г на изобретение: "Способ коррекции функциональных состояний". Приоритет от 22.02.94 г.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Индивидуализация физиотерапии не может быть решена при помощи классических способов усиления эффективности в оздейст-вия, использующих комбинацию, сочетание физических факторов, а также интуитивный подбор параметров воздействия.
-
Проблема усиления эффективности воздействия при помощи любого физического фактора может быть решена на основе модуляции несущего терапевтического сигнала параметрами биологической обратной связи, включающими пульсовой выброс и цикл дыхания, а также совпадающие между собой по частоте ритмы мышечного тремора, элонгации и ритмы перераспределения периферического кровотока, совпадающие с работой центра терморегуляции.
-
Практическая реализация связана с разработкой универсальных хрономодулей или устройств, обеспечивающих интерфейс с существующей физиотерапевтической аппаратурой и переводящих ее в режим биоуправления, автономных биоуправляемых аппаратов с конкретно направленным воздействием того или иного физического фактора, биотехнических систем, имеющих в своем составе блок хроно-диагностики текущего состояния пациента, блок биологического таймера, обеспечивающего цикличность процедуры воздействия в конкретных биоритмах пациента, а не в единицах физического времени, а также блок биоуправления, использующий параметры биологической обратной связи.
4. Оценка эффективности разработанных биотехнических систем для физиотерапии свидетельствует о возможности коррекции реологических свойств крови, увеличении мощности антиоксидантной защиты, усилении пластических процессов внутриклеточной и тканевой регенерации, обеспечивающих уменьшение числа дней нетрудоспособности, снижение частоты рецидивирования, стабилизацию полученного эффекта и удлинение сроков ремиссии.
Апробация работы.Основные положения диссертации доложены на Всесоюзной конференции "Методы исследования и лечения, аппаратные системы и ЭВМ в гастроэнтерологии. Механизмы действия минеральных вод и грязей на функциональное состояние органов пищеварения", 9-11 октября 1991 г., г. Железноводск-Ессентуки; на ежегодной конференции Таганрогского государственного технического университета "Рассеяние электромагнитных волн", Таганрог, 1993 г.; на ежегодной конференции Тульского государственного технического университета и Международной Академии Информатизации по секции "Биотехнические и медицинские приборы и аппараты", 26-29 сентября 1994 г., г.Тула; на Российской научно-технической конференции "Материалы и упрочняющие технологии-94" по секции "Создание технологии материалов и оборудования для производства медицинской аппаратуры новых поколений", г. Курск, 15-17 ноября 1994 г.; на международном симпозиуме "Россия на пороге третьего тысячелетия: единство в многообразии" по секции "Информация, управление, экономика". Курск, 4 -7 декабря 1995 г.; на 25-м Международном Салоне изобретений в Женеве 14 апреля 1997 г.; на Международной технической конференции "Медико-экологические информационные технологии", 19-22 мая
-
г., г. Курск; на пятом Международном конгрессе "Иммуннореаби-литация и реабилитация в медицине". Тенерифе, Испания, 1-7 мая
-
г.; на второй международной научно-технической конференции "Медико-экологические информационные технологии-99", 19-21 мая 1999 года, г. Курск; на Международной научно-практической конференции "Метромед-99. Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья", 29 июня-1 июля 1999 г., г. Санкт-Петербург.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 32 научные работы, из них 2 авторских свидетельства и 4 патента.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 280 страницах машинописи и состоит из введения, 8 глав с обсуждением результатов исследования, основных результатов работы, практических рекомендаций и списка литературы (227 отечественных и 63 ино-
странных авторов). Диссертация иллюстрирована таблицами (71), рисунками ( 15 ) и выписками из историй болезни.