Введение к работе
Актуальность темы исследования. Как следует из проведенного в дис
сертации анализа, отечественных ,и»,зарубежньіхі источников; за і последние
20 лет (полная библиография полеме работы неисчерпаема),,электромагнит
ная терапия ^уже, прочно, вошла в практику, здравоохранения и - клинической
медицины. Речь идет о КВЧ-терапии с ПППЭ>< 10. мВт/см? и магнитотерапии
с индукцией В < 20.^.40 мТл,то есть о нетешювых,.низкоинтенсивных излу
чениях. . ' . ".-.... , . '. . .. .,, . .: ;.,; ,'' . ,.
. В данном.аспекте диалектика развития выявляет свои закономерности н разных.вариантах сочетания в различные этапы развития медицины лекарственных : (медикаментозных) и немедикаментозных .методов,,, инвазивных, и неинвазивных; хирургических» и терапевтических, аллопатических и гомеопатических и.т.п.-Тенденции к различным вариантамсочетаний и предпочтений определяются*— для каждого временнбго периода исторического развития — весьма многочисленными предпосылками. Так, завершившийся XXвек: был, безусловно,.периодом максимально,выраженной.лекарственной;аллопатии. Такую тенденцию создало резкое возрастание роли науки,и,техники в жизни человечества; начавшееся с середины XIX века. ..... ,. .... >,. . .
і:; Таким образом, от преимущественно гомеопатической, фитотсрапсвтиче: ской,, оздоровительной г практики врачевания- средних веков и так далее вплоть до начала XIX века, медицина .резко поменяла свои ориентиры. и. приоритеты к концу г века двадцатого/. Однако дляч замыкания . предыдущего. и подготовки г нового г диалектического; витка медицина неизбежно должна, в какой-то степени вновь вернуться к немедикаментозным, неинвазивным ме-тодамлечения; .Этот процесс и наблюдается в последнюю четверть, прошлого века и сейчас. Речь идет об электромагнитной терапии./., ... ..
''Развитие:электромагнитной терапииіобьясняется.'.с, одной.стороны, .уже ощущаемым. кризисом чисто медикаментозных ^методов лечения, определенным' исчерпыванием;г— на данном, этапе .их развития,— ее, потенциала, а главное — отсутствиемівидимьіх перспектив развития,, с другой ~— все более усиливающейся.d начала 80-х гг. XX в^ координацией и успехами в исследовании взаимодействия физических<полей с,живым веществом.;Именно,выдвинутые в последние 10... 15 лет гипотезььи концепции привели к практическому освоению ЭМгметодов в терапии и диагностике. ., . .... і . ,
В то же/время;,каК)Показали:уже первые опыты на животных и клинические'эксперименты (Научная школа акад. Н, Д. Девяткова), именно КВЧ-диа-'пазон таит в себе, с точки зрения лечебно-корректирующего^ воздействия на организм, человека, оченьбольшие ..возможности; что. связано с большим «сродством» КВЧ-ЭМП внешнего излучения с собственнымиі ЭКЩ (дипольних) клеточных и субклеточных структур, а вполне возможно.—; многое говорит за то— и стенными структурами (П, П; Гаряев).-Таким образом, лечение и коррекция организма, то есть поддержание гомеостаза на уровне; ф'и-
іиологической нормы, с использованием облучения внешним ни.чкоинтен-сивным (низкоэнергетическим, нетепловой интенсивности, биоинформационным...) ЭМП КВЧ в настоящее время выдвигаются на одно из первых мест в немедикаментозной медицине. Соответственно этому, актуальной темой является и создание системного подхода к физико-биологической и технической реализации управляющих воздействий высокочастотными ЭМП в медицине (Хадарцев А. А., Яшин А. А.).
Теоретические (физико-биологические) и прикладные (физико-технические) основы ЭМ-терапии были разработаны, преимущественно в последние 15...20 лет, отечественными учеными: Н. К. Чемерис и А. Б. Гапеев, Н. Д. Де-вягков, О. В. Бецкий, М. Б. Голант, А. М. Демецкий, С. П. Ситько с коллегами по НИЦ «Видгук» (Киев), Ю. А. Холодов, Т. И. Субботина, А. А. Хадарцев, А. А. Яшин, Н. А. Темурьянц, Б. М. Владимирский, В. Н. Бинги. А. М. Бер-кугов, В. И. Жулев и др. Наиболее значимые исследования за рубежом представлены работами W R. Acley, D. Arya, J.E.W. Вепекеп, Н. Frohlich, L. Furia,
A. A, Pilla и др.
В медицине, как сугубо практической отрасли прикладного знания, результаты исследования прежде всего оцениваются по конечному результату: излечению больного, поддержанию его организма в физиологической норме. В ЭМ-терапии за это «отвечает» в струкіуре биотехнического комплекса (пациент и аппарат ЭМ-во «действия \- диагностика результата) аппаратура, в частности, КВЧ-терапии и магнитотерапии. Здесь прогресс, конечно, наблюдается, но все же не используется принцип замкнутого биотехнического комплекса, то есть практически отсутствует БОС. Остальной набор характеристик аппаратуры более или менее устоялся; например, для КВЧ-терапии это исполыование дискретных «терапевтических» частот с длиной волны X = 4,9; 5,6 и 7,1 мм; ввод ЭМИ КВЧ в организм инвазивно — посредством гибкого диэлектрического волновода, неинвазивно — апертурным облучением БАТ кожного покрова в локализованных рефлексогенных зонах Подшибякина и Захарьина-Геда. Также используются как немодулированные ЭМИ КВЧ, так и ЭМИ КВЧ, модулированные частотами Фолля (единицы герц) -- частотами основных физиологических ритмов организма человека; понятно, выбираются частоты по нозологии основного (излечиваемого) заболевания.
До последнего времени наибольшее распространение имели КВЧ-апиара-ты «Минитаг», «Бос» (авторы разработки А. Е. Бессонов, М. Б. Балакирев,
B. И. Терещенков из Научного центра информационной медицины «ЛИДО»).
Данная и подобная им аппаратура советской, российской и украинской (НИЦ
«Видгук», Киев; Институт «Трансмаг» НАНУ, Днепропетровск) разработки
заявляются изготовителями, как реализующие процедуры «миллиметрово-
волновой терапии» и «исследования информационного гомеостаза». В дан
ной аппаратуре используются, кроме дискретных, сканирующие частоты в
диапазоне 30—325 ГГц и далее вплоть до ИК- и видимого излучения, а само
ЭМИ модулируется частотами Фолля.
. Достаточно дискуссионен > вопрос. о; ПППЭ аппаратуры; КВЧ-терапии; здесь наблюдается большой разброс. Так, например, широко используемый в медицине; аппарат «Малыш» .имеет ПППЭ;,на два-три порядка превышаю- щук»- соответствующий -показатель. уи аппарата «Ратибор».. (разработчики. Е, И. Нефедов,-; Ю. М. Ермолаев~,и»др.,, ИРЭ РАН, .Фрязино),— Это при том; чтоизлишняя мощность провоцирует масеу:патогенных эффектов, ...
< На наш взгляд, какпредставителяЛГульской научной'школы биофизики
полейіиі излучения, и биоинформатики (руководитель.А, А. Яшин),, здесь,
преобладает фактор биоинформационный, но не энергетический. Поэтому
во; многом і прав С. П. Ситько,, использующий; в, разработках КВЧтап-
паратуры НИЩ «Видгук»; ПППЭ сверхнизкой,интенсивности — порядка.
10"10 Вт/смгТц. ...у . ,'.. . .„ ,., ...
Сходная ситуация ив практической >магнитотерапии, (Рязанскаянаучная;
школа, РГРТА),.поэтому«сколь-либо.подробно на ее,спсцифике.останавли
ваться ЗДеСЬ НЄ будем, -.. ..и. ; ..-. :.,,.
Таким образом, укрупненно в используемой!научной методологии и ап-
паратурно-технической реализации не.решены следующие,' принципиальной
важности задачи: . .. .;'' :;.! і .
-— не выработана > единая .или < наиболее адекватная концепция. терапевтического воздействия ЭМИ КВЧ и МП на живой организм; .,,.,, ;..-. ... '-*-< не реализован системный подход к формированию процедур магнито-терапии и КВЧ-терапии, как процесса в замкнутой (по системе обратных свяг зей) биотехнической синергетической системе «пациент + аппарат»; .
не выработан, системно-методологический подход к. оптимизации спектра управляющего модулированного ЭМИ КВЧ;,... ,..., :...
не разработан. системный подход к физико-технической реализации аппаратурьі'магнитотерапиииіКВЧ-терапии, в том числе не выработан методологический, .электродинамический подход. к. проектированию. высокочастотной миниатюризованной аппаратуры. ;. . ;,, ....
Обобщая сказанное, можно утверждать,;что віиселедуемойтематике от
сутствует, системный! подход:в реализации! методов, и аппаратуры.,терапии,
что не позволяет сколь-либоjэффективно раскрыть большие, потенциальные
возможности ЭМ-методов лечения , ,,..,...
Цель исследованиям Разработка методологии обобщенного,, системного
синергетического подхода к.реализации комплексной электромагнитной.те
рапии (КВЧ-терапии и магнитотерапии), как управляющих воздействий ЭМП
и МП в биотехнической системе на организм человека:с целью лечения,и
коррекции, сі исследованием и разработкой ^средств; физико-биологической и
физико-технической реализации данных процедур, :. , і . ;. ,
Для-достижения'поставленной цели решены, следующие: основные'за
дачи: '' ' ' :'), ' ' '.' '.' . .','. --и '.. . ....', . . ,.
' Iі. Анализ существующих.теорийи концепций, объясняющих механизмы взаимодействия высокочастотных >ЭМП<нетепл6вой интенсивности с биообъ-
сктами и создание непротиворечивой концепции терапевтического воздействия ЭМИ КВЧ.
-
Исследование физико-биологических механизмов магнитотерапии, процессов, лежащих в ее основе — получении лечебного эффекта и коррекции — поддержания гомеостаза на уровне физиологической нормы.
-
Разработка на концептуальном и проблемно-ориентированном уровне синергетического подхода в реализации комплексной (биотехнической) низкоинтенсивной терапии и коррекции физиологического состояния организма с использованием ЭМИ КВЧ и МП.
-
Создание системно-методологического обеспечения оптимизации характеристик воздействующих на организм пациента ЭМИ КВЧ и МП, ориентированных на конкретную нозологию заболеваний.
-
Разработка методологии физико-технического проектирования аппаратуры КВЧ-терапии и магнитотерапии в системе биотехнического, синергетического контура «пациент + аппарат + диагностика».
-
Разработка методов электродинамического проектирования и реализации аппаратуры КВЧ-терапии с учетом комплексного, синергетического подхода, включая варианты, когда синергетичность системы терапии достигается оптимизацией спектральных характеристик воздействующих полей сложной конфигурации.
-
Выработка методов проектирования и реализации аппаратуры магнитотерапии в составе биотехнических контуров, включая аппаратуру, использующую вращающиеся (вихревые) МП.
-
Разработка практических конструкций аппаратуры КВЧ-терапии и магнитотерапии, реализующих комплексный, синергетический подход к ЭМ-терапии.
Связь с целевыми и рабочими программами. Настоящая работа является обобщением исследований и разработок автора в рамках деятельности Государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт новых медицинских технологий» (ГУП НИИ НМТ), кафедры «Медико-биологические дисциплины» медицинского факультета Тульского государственного университета (ТулГУ) и кафедры электротехники Новомосковского института ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева». Разработка систем комплексной ЭМ-терапии, исследование задач их проектирования проводились в рамках государственных программ Минобразования РФ, в частности, программы «Технологии живых систем» (1996—2003 гг.).
Работа выполнена в рамках целевых программ ГУП НИИ НМТ и медфа-культета ТулГУ в 1998-2006 гг. (лаборатория биофизики полей и излучений и биоинформатики), а также заказных НИОКР «Кальб», «Отмель-2М», «Шунгит-Био», «Веер-НМТ» (по заказу «KRUNG SIAM» St. Carlos Medical Centre, Таиланд, Бангкок) и в рамках международного научного сотрудничества: Украина (Институт «Трансмаг» НАНУ, Днепропетровск; Институт га-
строэнтерологии АМН «Украины, Днепропетровск; Институт общей и неот
ложной, хирургии г АМНі. Украины, Харьков),, Словения* («Nave Tetinolbglji
D.O.О. raziskave inpraksa»<Любляна), Киргизия (Киргизско-Российский сла
вянский университет-—. ООО «Гумовит», проект MHTI4-kR-1562 (2000—
2002гг.),Австрия («Novicky Farm», Вена),, , , ,.
Методы исследований.. В работе использованы.рабочие методы иссле-
дования,- соответствующие трем- основным дисциплинарным;направлениям:
биофизика полей и излучений и биоинформатика, теория управления и си
нергетика, электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, а также теория и техника
постоянных, переменных и вращающихся.(вихревых),МП, Первому направ
лению соответствуют основные методы анализа взаимодействия электромаг
нитных полей с живым веществом, включая морфологические исследования
облученной; биоткани — электронная и световая микроскопия — и тестиро-
ваниена, мутагенность, а также метод биологического индикатора.; При ис
следованиях по остальным направлениям использовались основные методы
структурного анализа теории автоматического управления и регулирования.
Электродинамическими рабочими моделями являются-ранее.использован
ные: в электродинамике продуктивные методы математической физики и
' вычислительнойналгебры: векторный, анализ, исчисление дифференциаль
ных форм, конформные преобразования; метод А. А. Олинера; метод попе
речных сечений, декомпозиционныйподход -г, метод МАБ, метод функции
Грина, метод частичных областей,,метод Галеркина и,др., а также ряд спе
циализированных методов, предложенных иразработанных автором с кол
легами, ., і -..;. ,.;,,; ,
>Научном новизна., .-, ,.
1. Выполнено комплексное экспериментально-теоретическое исследование
с практическими выводами для медицинского приборостроения, клинической медицины,'здравоохранения и биофизики,, утверждающее: для наиболее эффективной реализации ЭМ-терапии, с, одновременной, минимизацией побочных патогенных воздействий на организм человека, аппаратура КВЧ-терапии и магнитотерапии должна разрабатываться в составе.замкнутого по системе ОС
(ПОС и ООС) биотехнического контура (синергетический принцип)^ '.'..
'2i Разработана непротиворечивая концепция,взаимодействия ЭМИ КВЧ с
биообъектами на клеточном уровне. , '.;;
3/ Исследованы биотропные. характеристики вращающихся (вихревых) МП в соотнесении с лечебными возможностями принципиально нового вида МП-терапии: вихревой магнитотерапии. , ,,.,, ,,,.,
4.! Детализирован,,, применительно; к ЭМ-терапии.и ее аппаратурному обеспечению, синергетический подход, позволяющий разрабатывать биотехнические системы КВЧ-терапииимагнитотерапии с оптимизацией их динамических параметров^ характеристик/
,5?Выработан системный,.синергетический подход, в реализации ЭМ-: терапии и диагностики; как замкнутого биотехнического контура управления.
-
Разработаны адекватные математические модели электродинамического синтеза узлов и устройств КВЧ-терапии и магнитотерапии, включая впервые полученные трехмерные модели для синтеза вихревых МП.
-
Выполнена в рамках лаборатории биофизики полей и излучений серия модельных экспериментов на лабораторных животных, подтвердившая наличие патогенных эффектов при КВЧ-терапии и магнитотерапии, что обосновывает необходимость синергетического подхода при проектировании соответствующей аппаратуры.
Практическая значимость.
-
Полученные результаты могут быть использованы в медицинском приборостроении, в клинических научно-исследовательских учреждениях, в здравоохранении и в учебном процессе подготовки специалистов, аспирантов и докторантов по специальностям 200401 — «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и 200402 — «Инженерное дело в медико-биологической практике», а также по смежным приборостроительным и биофизическим специальностям.
-
Предложенный биотехнический синергетический подход позволяет оптимизировать клинические процедуры КВЧ-терапии и магнитотерапии по своей эффективности и свести к минимуму риск побочных, патогенных воздействий.
-
Разработаны основы инженерного системно- и схемотехнического проектирования функциональных узлов и собственно аппаратуры КВЧ-терапии и магнитотерапии, включая использующую вращающиеся МП, реализующей биотехнический, синергетический подход.
-
Разработано программное обеспечение для расчета функциональных узлов аппаратуры ЭМ-терапии.
-
Создана гамма практических конструкций аппаратов КВЧ-терапии, магнитотерапии и вихревой магнитотерапии в составе биотехнических контуров осуществления клинических процедур.
Внедрение результатов работы в практику. Результаты исследований внедрены в НИОКР, практическое здравоохранение и в учебный процесс в ГУП НИИ новых медицинских технологий, ОАО «Шунгит-Био» (г. Тула), Тульском государственном университете (медицинский факультет и факультет механики и систем управления), в НИИ медицинских проблем семьи Донецкого государственного медицинского университета им. М. Горького (Украина, Донецк), в Курском государственном техническом университете (Кафедра биомедицинской инженерии), в Институте «Трансмаг» НАН Украины (Украина, Днепропетровск), в Тверском региональном отделении РАЕН, в Сургутском государственном университете (Лаборатория биокибернетики и биофизики сложных систем), в Владимирском государственном университете (Научно-исследовательский центр медицинской техники), в ОАО «Исток — Аурио Трейдинг» (Фрязино, Московская обл.), в ООО «Виктон» — базовом предприятии МГТУ им. Н. Э. Баумана (Москва),
в ООО і «Мега». (Биомедицинский отдел,, Москва),, в. ООО .«Перспективная
медицина» (Москва),- ...; , ..,.., .-, .;',.. ..;, ..-'
Положения,'выносимые на защиту: , .,;..>,'. , /',
>, І.Синергетическийподход.к.формироватто биотехнических, замкнутых по системе ОС, устройств ЭМгтерапии: КВЧ-терапии и магнитотерапии,', .
2. Концепции взаимодействия іЗМИ- КВЧ ,и< МП,, включая вращающиеся МП, с биообъектом на клеточном уровне.,'і-v! .,-.,..-.-
3;Обоснованио"Соотношения.сано- и патогенного, воздействия на организм человека,подтвержденное экспериментами на лабораторных животных с морфологическим и генетическим анализом результатов., ... , .. . '
4.<Методология физикогбиологического.и физико-технического анализа и синтезаг приі разработке биотехнических,, синергстических; систем. ЭМ-тс-
рапии; "',''.,':. . ,: ., . _, ,...<
!5; Математические, физические и.технические модели для проектирова
ния аппаратных средств КВЧ-терапии и магнитотерапии в системе биотехни
ческих контуров у правления, ц,, ... ...;.. .,.,11-1
6. Методы проектирования устройств КВЧ-терапии, магнитотерапии и
вихревой магнитотерапии* . , '< . ... .,
7ї Электродинамические! модели-анализа и синтеза.аппаратуры КВЧтте-рапии и магнитотерапии,- включая вихревую магнитотерапию, , .
8; Результаты:практического, использования разработанных, методов: се-. рия аппаратов і КВЧ-терапии и. магнитотерапии,,.реализующих синергетиче-ский подход к процедурам ЭМ-терапии....-.,, і .,;/; .,-.,., . ..,.'., ,.,
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на I, II, и III Международных симпозиумах «Биофизика.полей и излучений'и биоин-форматика»:(Тула; 1996,i 1998 и 2000, гг.),,постоянно действующем семинаре МНТО РЭС им. А. С. Попова «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот» (Москва, 2000—2006 гг.), V Международной научно-практической конференции «Современные технологии в аэрокосмическом комплексе» (Украина, Житомир,. 2001), I Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара,'2001), 4-ой Международной конференции «Радиоэлектроника в медицинской диагностике» (Москва, 2001), II Международной научногпрактичес-кой.конференции «Современная техника и технологии в медицине и биологии» (Новочеркасск, 2001), X Международной школе-семинаре «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот» (Москва, 2002), XX Научной сессии, посвященной 40-летию кафедры радиоэлектроники ТулРУ (Тула, 2003), II Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2003), III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Волгоград, 2004), I Международной научно-практической' конференции «Реабилитационно-восстановительные технологии в физической культуре и спорте высших достижений».(Тула, 2004), Научно-
практической конференции «Физиологические и психические основы здоровья» (Тула, 2006), 16-ой Международной крымской конференции «СВЧ-тех-ника и телекоммуникационные технологии» (Украина, Крым, 2006), V Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2006), XXIV Научно-технической конференции, посвященной Дню Радио (Тула, 2006).
Личный вклад автора. Постановка задач, способы решения, основные научные результаты, выводы и рекомендации принадлежат автору. Автором сформулированы основные принципы защищаемых концепций, методов и расчетных алгоритмов. Системо- и схемотехнические аппаратные и программные средства для реализации полученных результатов разработаны под руководством и при непосредственном участии автора; это же относится и к биофизическим экспериментам. Работы, выполненные в соавторстве — коллектив Тульской научной школы биофизики полей и излучений и биоинфор-магики - подчинены общей постановке (цели) и концептуальному направлению ее решения, предложенной автором в плане долговременных исследований названной выше Научной школы.
Публикации по теме работы. По материалам целевых исследований опубликовано, преимущественно в центральной, реферируемой, рекомендованной ВАК РФ для публикации материалов докторских диссертаций научной периодике 42 работы, в том числе 3 монографии и патент РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация построена традиционно, состоит из введения, шести глав, заключения (выводов и практических рекомендаций), списка отечественной и зарубежной литературы из 414 наименований и 10 приложений. Работа содержит 370 страниц основного текста, включая 138 иллюстраций, 15 таблиц и 112 страниц приложений.
