СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ Российский патент 1998 года по МПК A61N5/00 A61N1/00 

Изобретение относится к областям человеческой деятельности, имеющим дело с биологическими объектами, в частности к медицине и сельскому хозяйству.

Известен способ воздействия на биологически активные точки человека электрическими частотно-независимыми шумовыми колебаниями ("белым" шумом), средние амплитуды напряжения которых находятся в пределах 0,3 - 0,7 В, а спектральные составляющие - в диапазоне частот 50 - 2500 Гц [1]. Недостатком такого способа является слабый терапевтический эффект, обусловленный тем, что спектральная плотность частотно-независимых шумовых колебаний неоптимальна для воздействия на биологические объекты, и тем, что частоты используемых шумовых колебаний находятся вне пределов основных, воздействующих на физико-химические реакции в организме человека, частот (лежащих ниже 20 Гц [2]).

Наиболее близким к заявляемому является способ воздействия на организм человека электрическими частотно-независимыми шумовыми колебаниями, спектральные составляющие которых находятся в диапазоне частот 100 - 2000 Гц, при средней плотности воздействующего тока до 3 мА/см² [3] (при средней плотности потока воздействующей мощности до 1 Вт/см²). Недостатком способа-прототипа также является слабый терапевтический эффект, обусловленный теми же причинами, что и для способа-аналога [1].

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное решение, - ускорение и/или нормализация процессов в биологических объектах.

Это достигается тем, что в известном способе воздействия на биологические объекты путем подведения к ним физических шумовых колебаний со средней плотностью потока мощности, находящейся в диапазоне 10^-6 - 10⁰ Вт/см², в качестве шумовых колебаний используют усиленный фликкер-шум естественного или искусственного происхождения. Это достигается также тем, что фликкер-шум выбирают в диапазоне частот 10^-4 - 20 Гц.

Фликкер-шум отличается от "белого" шума тем, что его спектральная плотность (измеряемая в В²/Гц) убывает с ростом частоты.

Верхний предел средней плотности потока мощности - 1 Вт/см² - является границей, выше которой наступает перегрев биоткани, нижний предел - 10^-6 Вт/см² - выбран на десять порядков выше порога чувствительности неравновесных систем, в том числе биологических мембран, к электромагнитным и акустическим полям, достигающего 10^-16 Вт/см² [4], и не менее, чем на два порядка выше средней плотности потока мощности, которую могут создавать поля естественного происхождения. При плотностях потока мощности, меньших чем 10^-6 Вт/см², требуемое время воздействия на органы и системы человека может достигать нескольких часов, что непозволительно ни для врача, ни для пациента. Значение нижней граничной частоты - 10^-4 Гц - соответствует одному периоду колебаний 2 часа 47 минут. Большее время воздействия фликкер-шумом на пациента в течение одной процедуры, а следовательно, и меньшая чем 10^-4 Гц нижняя граничная частота, неприемлемы для практической медицины. Значение верхней граничной частоты фликкер-шума - 20 Гц - выбрано потому, что большинство колебательных физико-химических процессов в биологических объектах происходит на частотах ниже 20 Гц.

Воздействие на биологические объекты может осуществляться при помощи любого физического фактора, значение (сила, напряженность, интенсивность) которого изменяются во времени случайным образом, и спектральная плотность колебаний которого убывает с ростом частоты.

Подводимые к биологическим объектам флуктуации влияют на протекающие в них физико-химические процессы, изменяя, в частности эффективную скорость протекания реакций. Они способны приводить к перестройке кинематического режима, к открываю и/или закрыванию определенных частных путей реакции и к качественному изменению конечного результата.

Воздействие шумовым сигналом на биологические объекты осуществляется в определенных частотных "окнах", распределение которых на оси частот носит индивидуальный характер для каждой биологической системы. Система сама "выбирает" нужные ей составляющие колебаний. Чем ниже частоты "окна", тем большее время или большая амплитуда воздействующего сигнала требуется, чтобы "раскачать" систему на этих частотах. Этому условию в значительной степени удовлетворяет фликкер-шум, средняя амплитуда колебаний которого растет с уменьшением частоты.

В качестве источников, генерирующих фликкер-шум (который в дальнейшем должен быть усилен), могут использоваться полупроводниковые и газоразрядные приборы, система платиновый электрод - католит (модификация электрохимически активированной воды) - хлорсеребряный электрод, растения с подключенными к ним двумя нейтральными электродами и другие объекты. В качестве источника фликкер-шума также может использоваться шум, сформированный при помощи ЭВМ.

Для осуществления заявленного способа нами был изготовлен прибор для записи и воспроизведения сверхнизко- и низкочастотных сигналов, в том числе шумовых.

В состав прибора входят:
1 - устройство сопряжения с компьютером IBM PC/AT;
2 - дешифратор команд;
3 - регистр адреса;
4 - задающий генератор;
5 - формирователь временных интервалов;
6 - оперативное запоминающее устройство;
7 - автономный источник питания;
8 - цифроаналоговый преобразователь;
9 - источник опорного напряжения;
10 - выходной буферный каскад;
11 - делитель выходного напряжения;
12 - контрольное устройство;
13 - сетевой блок питания.

Прибор может работать в одном из трех режимов: режим записи данных из компьютера, режим хранения информации и режим считывания (воспроизводства) информации.

Краткие технические характеристики прибора:
1. Размер оперативной памяти - 65536 (2¹⁶) слов
2. Разрядность слов - 16 бит
3. Максимальный интервал изменения выходного напряжения - от минус 15 до плюс 15 В
4. Дискретность изменения выходного напряжения в процессе воспроизведения сигнала - не более 500 мкВ
5. Максимальный выходной ток - 25 мА
6. Шаг квантования во времени - 0,01; 0,1; и 10 с
7. Ток, потребляемый в режиме хранения информации - 20 мкА
8. Мощность, потребляемая от сети переменного напряжения - 10 Вт
9. Габаритные размеры - 270х250х100 мм³
10. Вес прибора - не более 1 кг
Конструктивно прибор выполнен в виде лабораторного образца в металлическом корпусе. На лицевой панели прибора размещены:
контрольное устройство (цифровой вольтметр);
тумблер включения сети переменного напряжения 220 В;
светодиодный индикатор включения сети;
переключатель "ЗАПИСЬ"/"ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ";
переключатель длительности временных дискретов "0,01 с", "0,1 с", "1 с" и "10 с";
переключатель выходного напряжения.

На задней панели прибора расположены выходной разъем, с которого снимаются воздействующие на биологические объекты сигналы, разъем для подключения к компьютеру, гнездо предохранителя и сетевой шнур питания.

Данный прибор позволяет записывать, хранить (в течение года) и многократно воспроизводить сверхнизко- и низкочастотные сигналы, у которых отношение верхней частоты к нижней составляет около 10⁴.

Фликкер-шумовой сигнал при помощи ЭВМ формируют как суперпозицию равноотстоящих друг от друга на оси частот 10⁴ колебаний, мощности которых убывают с ростом частоты (зависимость убывания мощности фликкер-шума с ростом частоты выбирается в пределах f^-0,6 - f^-1,6, где f - частота). Затем производят дискретизацию суммарного сигнала на 2¹⁶ значений, которые в виде чисел заносят в память ЭВМ.

К ЭВМ через ее выходной порт подключают названный прибор. Тумблер "ЗАПИСЬ"/"ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ" переводят в положение "ЗАПИСЬ", и прибор включают в сеть переменного напряжения. После записи информации названный тумблер переводят в положение "ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ" и прибор отключают от сети переменного напряжения и ЭВМ.

Записанный в прибор сигнал в дальнейшем используют для воздействия на биологические объекты. В зависимости от положения переключателя временных дискретов фликкер-шум может воспроизводиться в одном из четырех временных масштабов. Выходной сигнал после завершения одного цикла повторяется до тех пор, пока прибор не будет отключен от сети переменного напряжения.

Приводим примеры практического осуществления заявленного способа в области медицины и сельского хозяйства.

Пример 1. Эксперимент по влиянию фликкер-шумового тока на человека.

Больная Р., 1967 года рождения, в течение последних 5 лет страдает нейроциркуляторной гипотонией. В начале лечения артериальное давление у нее составляло 88/60 мм рт.ст. Лечение проводили фликкер-шумовым током, спектральная плотность которого была обратно пропорциональна частоте. Фликкер-шумовое напряжение подавали на биологически активные зоны ладоней и пальцев правой и левой рук пациентки от прибора для записи и воспроизведения сверхнизко- и низкочастотных сигналов через цилиндрические пустотелые латунные электроды диаметром 30 мм и длиной 110 мм. Напряжение колебаний на электродах достигало ±7 В, плотность шумового тока 20 мкА/см². Переключатель длительности временных интервалов прибора находился в положении "0,1 с". Пациентка во время сеанса электротерапии находилась в кресле, обхватив (без напряжения) электроды пальцами обеих рук. Всего было проведено 10 сеансов, каждый длительностью 20 мин. После курса лечения артериальное давление Р. в течение 6 месяцев не опускалось ниже 110/75 мм.

Пример 2. Эксперимент по влиянию фликкер-шумового тока на прорастание семян огурца сорта "Парад".

Эксперимент проводили в полевых условиях летом 1995 г.

Во влажную почву на глубину 15 см перпендикулярно ее поверхности были углублены две пластины из нержавеющей стали размерами 70•20•0,1 см³ на расстоянии 2 м друг от друга (поверхности пластин размерами 70•0,1 см² располагали параллельно поверхности почвы). На расстоянии 10 м от этого места во влажную почву были углублены таким же образом еще две аналогичные пластины. Между пластинами первой и второй пары было посеяно по 100 сухих семян в ямки глубиной 15 мм (семена острыми концами были направлены на пластины). На третьем аналогичном участке размерами 200х70 см², лежащем на одной прямой с двумя другими и отстоящими от ближайшего участка на 10 м также было посеяно 100 сухих семян (семена острыми концами были направлены в том же направлении, что и на двух других участках). Сопротивление участков между пластинами составляло около 1 кОм. Пластины из нержавеющей стали в качестве электродов использовали потому, что они давали на границе с почвой напряжение фликкер-шумов, не превышающее единиц мкВ, - меньше, чем электроды из других материалов.

На прибор для записи и воспроизведения сверхнизко- и низкочастотных сигналов был записан сформированный при помощи ЭВМ IBM PC/AT фликкер-шумовой сигнал, спектральная плотность которого была обратно пропорциональна частоте. Частота дискретизации сигнала на переключателе временных дискретов была выбрана "1 с". Максимальная амплитуда выходного сигнала была установлена 4 В, что было рассчитано на плотность потока падающей мощности в месте нахождения семян (1,0 - 1,5)•10^-5 Вт/см².

К выходному разъему прибора при помощи двух проводников были подключены две пластины, находящиеся на среднем участке земли. Два остальных участка были контрольными.

После этого все три участка земли были политы водой из пруда. Затем на 10 часов (один раз) включали упомянутый прибор. После окончания фликкер-шумового воздействия все четыре металлические пластины были удалены из почвы.

Через две недели определяли показатели проростков. Корни растения предварительного промывали и подсушивали.

Эксперимент проводили в трехкратной повторности. Посев семян каждый раз проводили на разных участках земли.

Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

Пример 3. Эксперимент по влиянию на прорастание семян огурца сорта "Парад" фликкер-шумового тока, полученного на основе снятой разности потенциалов между стеблем кукурузы и почвой.

Эксперимент проводили в полевых условиях летом 1995 г. Он отличался от эксперимента, описанного в примере 2, только характером воздействующего на семена спектра.

Сначала в лабораторных условиях в горшке с почвенным субстратом была выращена кукуруза высотой 60 см. Затем стебель кукурузы в верхней его части был обмотан слоем ваты шириной 10 мм, смоченной изотоническим раствором NaCl. Слой ваты был охвачен кольцевым электродом из нержавеющей стали (ширина электрода составляла 15 мм, толщина 0,1 мм). К кольцевому электроду был подсоединен тонкий проводник. Плоский электрод из нержавеющей стали размерами 150х25х1 мм³ был помещен в почвенный субстрат у стенки горшка. К нему также был подсоединен проводник. Оба проводника подключали ко входу цифрового вольтметра типа В7-34, который был соединен с ЭВМ IBM PC/AT. Через 15 мин после подсоединения электродов к растению и подключения проводников к вольтметру включали запись разности потенциалов между названными электродами. Частота дискретизации составляла 2 Гц. Через 9 час 6 мин 8 с запись сигнала прекращали. Затем сигнал из ЭВМ переписывали в упомянутый прибор. Воздействие фликкер-шумовым током на семена огурца осуществляли в положении переключателя длительности временных интервалов прибора "1 с". Все остальные действия в этом эксперименте проводили так же, как и в эксперименте, описанном в примере 2.

Результаты эксперимента представлены в табл. 2.

Данные представленные в табл. 1 и 2, показывают, что проростки, выращенные из семян, подвергшихся во время набухания и начала прорастания воздействию фликкер-шумовыми токами, характеризуются более высокой всхожестью, большей массой, большей площадью листьев и большей высотой, чем проростки, выращенные без такого воздействия.

Результаты экспериментов, приведенные в примерах 1 - 3, свидетельствуют о положительном влиянии фликкер-шума на биологические объекты.

Заявленный способ может найти применение в медицине для нормализации функций отдельных органов и систем, повышения иммунного статуса организма, расширения его адаптационных возможностей и резистентности.

В сельском хозяйстве заявленный способ может найти применение для стимуляции роста и развития растений, повышения продуктивности зерновых, овощных, плодово-ягодных и цветочных культур.

Источники информации, использованные при составлении описания изобретения:
1. А. с. СССР N 793581, кл A 61 N 1/32. Способ воздействия на биологически активные точки/Цзян Каньчжен Ю.В. Б.И. 1981. N 1. С. 27.

2. Кисловский Л.Д. О роли критических явлений при фазовых переходах второго рода в процессах самоорганизации неравновесных систем биосферы. - В кн. : Проблемы космической биологии. Т. 65. Биофизические и клинические аспекты гелиобиологии. - Л.: Наука. 1989. С. 129 - 145.

2. Ясногородский В.Г. Электротерапия. - М.: Медицина. 1987. С. 110 - 114 - прототип.

4. Музалевская Н.И., Бобров А.В. О возможной роли двойных электрических слоев в реакции биологических объектов на внешние воздействия//Биофизика. 1998. Т. 33. N 4. С. 725.

Способ используется для воздействия на биологические объекты частотно-независимыми шумовыми колебаниями. Воздействуют усиленными фликкер-шумовыми колебаниями, плотность потока мощности которых находится в диапазоне 10^-6-10⁰ Вт/см², естественного или искусственного происхождения. Способ позволяет ускорить и/или нормализовать процессы в биологических объектах. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ воздействия на биологические объекты путем подведения к ним физических шумовых колебаний со средней плотностью потока мощности, находящейся в диапазоне 10^-6 - 10⁰ Вт/см², отличающийся тем, что в качестве шумовых колебаний используют усиленный фликкер-шум естественного или искусственного происхождения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фликкер-шум выбирают в диапазоне частот 10^-4 - 20 Гц.