Способ определения пороговых фибрилляционных токов Советский патент 1989 года по МПК G09B23/28 

1 .,

Изобретение относится к электрофизиологии, электропатологии и электробезопасности и может быть использовано для моделирований различных состояний сердца при воздействии на него токами различной частоты и амплитуды в течение любого времени, а также для обоснования времени и уставки срабатывания устройств защитного отключения.

Цель - снижение травматичности способа.

Способ осуществляете следующим образом.

Электрический ток от внешнего источника, проходя через организм человека, влияет на параметры транс- мембранного потенциала.

Уравнение трансмембранного потенциала имеет вид

. dt где С

1

-S-n, Ь

+ 1ап)+ --

т

- емкость мембраны, отнесенная к единице площади;

W натриевый, калие- о вый, анионный и внешний токи соответст- -венно.

I. (400 + 0,14)( 40);

-NC,

ik (Як+ (+ 100) 1,, о,

тогда

л

(Л

dE 1

- -- (400 + 0,14)(Е„,-40) +

m

dt

+ (Чм+ Чк7),

где ()+ --J- .

Чц,,5 Ч,- проводимости мембраны для первого и второго калиевых каналов, отнесенные к единице площади;

q 1,2 ехр( 90)/50 + + 0,015 ехр(Е„ + 90)/60j;

4ki ь ;

«

4

h, n - безразмерные переменные,, описьшающи.е активахдию натриевой системы и инактивацию калиевой системы соответственно.

dn

dt

dm dt

dh

в(„(1-п) -|S,,-n; )

10

5 /bO-h) ,

дес|(|,,з(„ и o( - коэффициенты, завися- 5 щие от трансмембранного потенциала /з , fi ,

Pi.(- Em -- 50)

ёхрТ(- 50)7Toi- T

0,002 ехр(- Е„- 90)

(- Em- 48) ёхр1()

Р.

(Em + 8)

ixp СТЁГ+ З)/Т5 Г-- Т

о( 0,17 expt.(- Е,„- 9Q)

() .- 1 В начальный момент времени все волокно находится в состоянии покоя и стимулируется током плотностью 1.

в состоянии покоя значение трансмембранного потенциала;

Em

Вышеприведенная система уравнений Ходжкина-Хаксли в модификации Нобла с параметрами волокна миокарда рассчитывается на ЦВМ.

Момент подачи внешнего тока I определяется на восходящей ветви фазы Т кардиоцикла и равен 520 мс.

При получении положительногр значения вынужденного потенциала деист- i ВИЯ клетки волокна миокарда определяется действующее значение порогового фибрилляционного тока (I-A) через

человека по выражению

„, (1,/ /2 )-S

пг

(1)

где I

mt

пг

амплитудное значение тока через единицу площади, которое вызвало вынужденный потенциал действия (экстрасистолу) , мкА/см J поперечное сечение груди на уровне сердца, т/2 - коэффициент перевода тока

от амплитудного к действующему значению.

При токе промьшшенной частоты вынужденное колебание клетки при постепенном увеличении его амплитудного значения вызывалось подачей импульса тока плотность 45 мкА/см.

Ток частотой 20 Гц вызьшает фибрилляцию при 1пф 39,7mA.

Значения порогового фибрилляционного тока для человека (1п,), полученные на ЦВМ и фибрилляционного тока для собак (1ф), полученные экспериментально при различных частотах (f) внешнего тока, показаны в таблице.

Изобретение относится к физиологии. Цель изобретения - снижение травматичности способа. Многократно подают внешний ток фиксированной частоты в момент возникновения восходящей ветви фаты Т кардиоцикла. Устанавливают значение внешнего тока, вызвавшего экстрасистолу, и определяют значение порогового фибрилляцион- ного тока. Способ позволяет исследот вать влияние любой комбинации частот при любых соотношениях токов. 1 табл.

Из таблицы видно, что наибольшей опасностью для человека обладает ток частотой 50 Гц„ С увеличением частоты внешнего тока величина порогового фибрилляционного тока увеличивается, что соответствует данным, полученным в эксперименте на собаках

В систему уравнений Нобла вводятся постепенно возрастающие по амплитуде значения внешнего тока при фик50 сированной частоте в момент появления восходящей ветви фазы Т кардиоцикпа. Причем для каждого амплитудного значения внешнего тока производится расчет на ЦВМ. Появление вынужденного

52 потенциала действия (экстрасистолы) вызьтает наступление предфабрилля- ционного состояния сердца с последующей фибрилляцией. Величина тока, вызвавшая этот потенциал действия, и будет пороговой. Затем амплитудное значение тока 1, вызвавшего экстрасистолу, представляется в выражении (1) для расчета действующего значения порогового фибрилляционного тока (1яФ) .

Пример. Определение порогового фибрилляционного тока при частоте f 50 Гц.

В программу модели вводятся следующие исходные параметры: параметры внешнего тока (j), описываемого выражением

1„ (21f f ,t), (2)

,

где - значение амплитуды внепшего

тока частотой 50 Гц; f - значение частоты тока, равное 50 Гц,

время начала воздействия внешнего тока Т 520 MCj время конца воздействия внепшего тока Т 540 мс; время начала интегрирования Рц О MCJ время конца интегрирования Р к 2000 мс.

Для иллюстрации действия модели без внешнего тока сначала 1, приравнивается к нулю, осталь ные параметры оставляются прежними. В результате на ЦВМ ЕС-1022 получена распечатка № 1, На ней видны два естественных спайка, возникших бе,з влияния внешнего тока (I|ti 0) за две секунды, что соответствует частоте пульса 60 ударов в минуту.

Затем в программе модели задается

1, 40 мкА/см. Остальные параметры остаются прежними. Ни полученной ре- зультирующей распечатке.№ 2 виден отклик модели на воздействие внешнего тока. Однако, его наибольшее значение ниже нуля и равно -9,3 мВ. Экстрасис- тола не получена.

После ввода в программу модели 1 45 мкА/см при прежних остальных параметрах на результирующей распечатке № 3 виден вынужденный спайк, наибольшее значение которого превьш1а- ет нулевое и равно 7,9 мВ. Экстрасистола получена. Можно произвести расет значения порогового фибрилляционного тока по выражению

1пФ (1,/ T)-S где Ivn, 45 мкА/см ,

иг )

пг

800 см2.

1пФ 26400 мкА 26,4 мА.

В случае воздействия на объект смеси двух частот выражение для внешнего тока имеет вид

i I,.cos(2Ff,t) + I,cos(),

где

mi

амплитудное значение внешнего тока второй частоты; f - значение второй частоты

внешнего тока.

Для получения значения порогового фибрилляционного тока при смеси двух частот вводятся дополнительные параметры: значения f . Остальные параметры оставляются прежними. Затем производятся аналогичные действия, рассмотренные в примере.

t Предлагае ьц1 способ определения

пороговых фибршшяционных токов дозволяет быстро и безопасно проводить исследование воздействия на организм различных токов как по величине, частоте, длительности воздействия, так

и по- частотному составу смеси токов на сердце человека с различными сечениями грудной клетки и может быть использован при анализе в случае поражения электрическим током, выработке критериев электробезопасности, величины тока уставки и времени срабатывания устройств защитного отключения .

Модель позволяет легко .исследовать влияние на сердце токов смешан-- ных частот, так как частотный состав

промышленных токов сложен из-за все более широкого применения полупровод- ник овой техники, а сложность натурного эксперимента высока. Она возрастает с увеличением гармонических составляющих токов питающей сети. Модель позволяет практически без увеличения машинного времени исследовать влияние любой комбинации частот при любых соотношениях токов.

Формула изобретени я

Способ определения пороговых фиб- рилляционных токов путем пропускания фибрилляционного тока, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью снижения травматичности способа, многократно подают внешний ток фиксированной частоты в момент возникновения восходящей ветви фазы Т кардноцикла, затем устанавливают значение внешнего тока, вызвавшего зкстрасистолу.

и определяют значение порогового 4)ибрилляционного тока по формуле

(1«,/V2) Sflr ,

где I mi амплитудное значение тока через единицу площади,

14641988

вызвавшей потенциал действия, мкА/см ;

S - поперечное сечение груди на уровне сердца,

I п4 пороговый фибрилляционный ток, мкА.