Научный руководитель: канд. техн. наук, доц. П. Т. Харитонов

Пензенская государственная технологическая академия, г. Пенза

Эта работа была опубликована в cборнике материалов I Всероссийской научной студенческой конференции с международным участием «МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ», под редакцией проф., д-ра мед. наук С.И. Карася (г. Томск, 10-11 ноября 2011 года). 

Введение. На сегодняшний день, постоянное воздействие на орга­низм химических, биологических и физических факторов окружающей среды, а так же вредные привычки оказывают негативное влияние на ор­ганизм человека, создавая условия для сдвига концентрации ионов натрия, калия, приводя к возникновению алкалоза, ацидоза и ряду дру­гих заболеваний. [3]

Важную функцию при становлении кислотно-щелочного и ионного балансов выполняет мембранный потенциал клеток крови, который складывается из токов, воздействующих на поверхность клетки.

Мембраны - неотъемлемая часть клетки живого организма. Кровь человека состоит на 40-45% из форменных элементов, наличие которых определяет её плотность и вязкость. Внутри клеток крови содержатся положительно и отрицательно заряженные частицы, которые так же вносят свой вклад в определение мембранного потенциала. Поверх­ностный слой клеток крови имеет отрицательный заряд, что служит при­чиной отталкивания их друг от друга [1].

Активные свойства мембраны, обеспечивающие возникновение по­тенциалов действия и покоя основываются главным образом на разно­сти концентраций электролитов снаружи и внутри клетки, которые влия­ют на поведение потенциал-зависимых натриевых и калиевых каналов. Потенциал мембраны может изменяться под действием различных сти­мулов. В естественных условиях стимулом часто служит химический сигнал от соседних клеток, поступающий через синапс или путём диф­фузной передачи через межклеточную среду [2].

В связи со сложившейся ситуацией стал актуальным поиск спосо­бов коррекции содержания ионов натрия и калия, а так же кислотно-щелочного баланса крови и устранение заболеваний, зависящих от дан­ных факторов при минимальных затратах и значительной скорости пу­тём неинвазивного воздействия.

Цель работы. Разработка способа коррекции ионного содержания натрия, калия и кислотно-щелочного баланса крови путём неинвазивно-го воздействия переменным током в определённых интервалах и после­дующее внедрение данного метода воздействия.

Материал и методы. Потенциал покоя для большинства мембран составляет величину порядка - 70 мВ, при этом в открытом состоянии находятся потенциал-зависимые калиевые каналы. При потенциале действия заряд достигает значения до 30 мВ, что обеспечивает откры­тие потенциал-зависимых натриевых каналов [2]. Таким образом, пере­пад на поверхности мембраны клетки приблизительно будет составлять ±100 мВ. Зная величину потенциалов покоя, действия и сопротивление кожного покрова, можно установить силу тока, действующую на поверх­ность мембран клеток крови.

Сила тока при потенциале действия и покоя:

где    200*10^-6 - сила тока, ампер;

±100*10^-3 - напряжение, создаваемое на поверхности мембран кле­ток крови, в зависимости от её кислотно-щелочного баланса, вольт;

~500 - сопротивление увлажнённой кожи и тканевой жидкости, ко­торое в зависимости от физиологических особенностей организма чело­века колеблется от 300 до 1000 Ом.

Искусственно изменяя силу тока, действующую на поверхности мембран, можно контролировать поступление и выведение из клетки ка­тионов натрия и калия, а в результате этого и воды. Причём ток, пода­ваемый на поверхность мембраны, должен быть биологически совме­стимым с ней, в избегании электрического и механического пробоя мем­браны, а так же должен учитывать сопротивление кровеносной системы и кожного покрова, которые при увлажнении колеблются от 300 Ом до 1000 Ом, в зависимости от физиологических особенностей организма человека.

Быстрое движение крови по артериям, венам и капиллярам позво­лит эффективно воздействовать на неё переменным током, изменяя мембранный потенциал клеток крови.

Таким образом, целесообразно создавать силу тока от 100 мкА до 330 мкА (в зависимости физиологии организма) для изменения потенци­ала клеток крови. Такая же сила тока создаётся и в самом организме, поэтому воздействие такой силой тока на организм будет безопасным.

Для осуществления возможности такого рода воздействия был сконструирован прибор, создающий нужную силу тока.

Прибор содержит: накладные электроды; регулируемый задатчик тока через участок с прохождением кровеносных сосудов; регулируемый инфранизкочастотный автогенератор; индикатор тока коррекции; пере­ключатель режима работы; переключатель предела измерения индика­тора тока; кнопка инверсии тока коррекции; корпус с источником посто­янного напряжения 9V.

Накладные электроды размещают на теле таким образом, чтобы короткий путь протекания тока коррекции пролегал через выбранный для этого кровеносный сосуд. Предпочтительно двусторонне размеще­ние электродов, например, на шее или руке (ноге).

Исследование эффективности данного метода проводилось по двум направлениям: на 20 пробах крови и на группе добровольцев, со­стоящей из 40 человек.

Исследование влияния переменных сил тока на предварительно отобранные 20 образцов крови производилось в течении 0,5 минуты, по отношению к 5 мл крови.

Так как сопротивлением жидкости воздействию переменного тока можно пренебречь, то сила тока, воздействующий напрямую на кровь будет составлять примерно ±100мВ.

До и после исследования производился контроль концентраций содержания ионов натрия и калия в плазме крови, для установления влияния данных сил тока на кровь.

Для провидения исследования по второму направлению было при­глашено 40 добровольцев. У двадцати человек имелись признаки аци­доза, а у остальных алкалоза.

Перед началом исследования был проведён опрос добровольцев, на выявление факторов смещения кислотно-щелочного баланса в ту или иную сторону, а также был произведён анализ рН мочи каждого добро­вольца, стандартным рН метром и определено количественное содер­жание натрия и калия перед проведением исследования.

Воздействие на мембранный потенциал клеток крови производи­лось поверхностно, на предварительно увлажнённые участки кожи, от 40 секунд до 5 минут (в зависимости от места приложения) данным прибо­ром. Сила заряда завесила от кислотно-щелочного и ионного сдвига в организме. При ацидозе воздействие на кровь осуществлялось положи­тельным полюсом напряжения, создаваемое силой тока в 200 мкА, а при алкалозе - отрицательным полюсом, с силой тока в 200 мкА.

В результате воздействия сил тока на мембранный потенциал кле­ток крови, происходил выход ионов калия или натрия из эритроцитов в плазму крови. Избыток ионов удалялся из организма через почки с мо­чой, что привело к изменению содержания исследуемых элементов и рН в моче и крови соответственно.

Впоследствии были произведены повторные анализы количествен­ного содержания ионов натрия, калия, рН в моче добровольцев и образ­цах крови в пробирках, для установления влияния сил тока на организм.

Результаты и обсуждение. В процессе обработки полученных ре­зультатов были определены среднеарифметические показатели полу­ченных результатов.

В 20 пробах крови, после её разделения на плазму и форменные элементы, и последующее исследование перехода ионов из клеток кро­ви в плазму и наоборот, обнаружились следующие перепады концен­трации ионов натрия и калия в плазме крови:

при воздействии на кровь силой тока в 100мА создаваемой поло­жительным полюсом происходил вход ионов натрия из плазмы внутрь клетки;при воздействии на кровь силой тока в -100мА создаваемой от­рицательным полюсом происходил вход ионов калия из плазмы внутрь клетки.

Данная закономерность отмечалось при сопоставлении первона­чальных и конечных результатах исследования полученных образцов плазмы.

Концентрация ионов натрия, калия и рН мочи у 40 человек, прини­мавших участие в исследовании, менялась следующим образом:

У добровольцев, с признаками ацидоза и имеющих среднее значе­ние рН мочи 5,1 до проведения воздействия, произошла его увеличение на 0,6. А у добровольцев, с признаками алкалоза и имеющих среднее значение рН мочи 7,5 произошло его уменьшение на 0,9.

Так же произошла стабилизация концентраций содержания ионов натрия и калия в моче после проведения воздействия:

У добровольцев, имеющих признаки ацидоза произошла стабили­зация концентрации ионов: натрия на 8ммоль/л., калия на 21ммоль/л.; при признаках алкалоза произошла стабилизация концентрации ионов: натрия на 9ммоль/л., калия на 5ммоль/л.

Наряду с коррекцией содержания ионов натрия и калия происхо­дили изменения, связанные с изменением концентрации данных ионов в плазме крови и моче.

Подобное изменение концентраций элементов в моче и крови до­казывает положительное влияние сил тока на организм. Выводы:

1.       Полученные результаты позволят не только нормализовать кис­лотно-щелочной баланс и целенаправленно его смещать, но также кон­тролировать выведение из организма определённых электролитов, что важно при заболеваниях мочевыделительной системы.

2.       Использование данной методики позволит бороться с послед­ствиями приёма алкогольных напитков среди населения, за счёт удале­ния лишних ионов калия, так как при хроническом алкоголизме содержа­ние ионов калия в эритроцитах повышается на 20%, а содержание ионов натрия в них снижается в 3,5 раза. Стабилизировать давление станет возможно за счёт действия свободных ионов натрия, которыё при из­бытке способствуют повышению, а при недостатке - понижению давле­ния.

3.       Стабилизация мембранного заряда клеток крови будет препят­ствовать их склеиванию. Уменьшить риск возникновения онкологических заболеваний, атеросклероза и тромбоэмболии становится возможным из-за нейтрализации ацидоза, который активно способствует развитию такого рода заболеваний.

4.       Способ коррекции мембранного потенциала клеток крови умень­шает признаки алкалоза и ацидоза, а так же позволяет предупредить остальные проблемы, связанные с изменением ионного баланса крови без применения лекарственных форм.

Данный метод воздействия может быть использован в эксперимен­те и клинике при изучении процессов лечения патологий, связанных с нарушениями кислотно-щелочного равновесия в организме, а так же в лечебных и профилактических целях.

Предлагаемый прибор воздействует на кровеносную систему орга­низма переменной силой тока, что позволяет увеличить диапазон режимов воздействия устройства с учетом индивидуальных показателей функционального состояния пациента.

Список литературы:

1.             Гистология, цитология, эмбриология / Ю.И. Афанасьева, Н.А. Юрина - М.: «Ме­дицина» 2002 - 740 с.

2.             Основы физиологии человека: Учебник для студентов вузов, обучающихся по медицинским и биологическим специальностям/ Агаджанян Н. А. - М.: РУДН, 2001. - 408 с.

3.             Регуляторные системы организма человека: Учебное пособие для студентов вузов/Дубынин Вячеслав Альбертович - М.: Дрофа, 2003. - 368 с.