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Verfahren zum Schutz vor iontophoretischen
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Verbrennungen und zugehörige Vorrichtung Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Mehrfach-Elektroden zum Anlegen an Lebewesen mit Haut, um damit
Effekte zu erzielen, die mit dem Durchgang von elektrischem Strom zu tun haben.
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Um die Jahrhundertwende wurden zahlreiche Elektrodenanordnungen für
die "elektrischen Behandlungen" des menschlichen Körpers vorgeschlagen. Die Elektroden
wurden gewöhnlich auf dem Körper in einer bestimmten Lage in Bezug auf das zu behandelnde
Organ angelegt.
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Diese "elektrischen Behandlungen" umfaßten sehr verschiedenartige
Anwendungen. Zum Beispiel wurden in der Vergangenheit galvanische Behandlungen (Gleichstrom-Behandlungen)
wegen ihrer polarisierenden Wirkungen auf ionisierte Moleküle vielfach verwendet,
wobei die Moleküle durch die Haut getrieben wurden, was gewöhnlich oberflächlich
geschah. Der Effekt ist als Iontophorese oder Ionen-Ubertragung bekannt und ist
zum Einbringen von Medikamenten oder einfach von Feuchtigkeit in die Haut eines
Patienten verwendet worden.
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Gewisse Zink- und Kupfer-Ionen können zur Behandlung bestimmter Hautinfektionen
verwendet werden, und Chlor-Ionen sind zum Ablösen oberflächlicher Narben verwendet
worden. Auch können gefäßerweiternde Medikamente bei rheumatischen Erkrankungen
und periphären Gefäßveränderungen verwendet werden; Anästhesie der Haut läßt sich
durch Iontophorese örtlicher Betäubungsmittel erzielen. Die Verwendung von Gleichstrom
auf sorgfältig ausgewählten Gebieten an lebenden Tieren ist vorgeschlagen worden,
da damit Betäubungswirkungen hervorgerufen werden können (siehe Limoge, An Introduction
to Electroanesthesia = Einführung zur Elektroanästhesie, 1975, Verlag
University
Park Press).
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Im allgemeinen wurde nur die Elektrodenstruktur beschrieben.
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Keine Beziehung der Elektroden zu irgendwelchen unerwünschten Nebenwirkungen
wurde angegeben, die der elektrische Strom auf die Haut ausüben kann. Ein Beispiel
ist in dem Horton Jr. 1896 erteilten US-Patent Nr. 562 765 beschrieben worden. Gewöhnlich
war das Ziel nur, den Kontaktwiderstand an der Haut zu verringern.
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In Band 98 der Zeitschrift "Archives of Dermatology", Nr. 5, November
1968, berichtet F. Levitt auf Seiten 505-507 über langdauernde Anhidrose, die durch
die elektrische Behandlung der Füße oder Hände hervorgerufen wurde. Er beschrieb
aber nur die Verwendung einer Elektrode aus Bleiblech mit einer Fläche von 12,90
Quadratzentimeter. Diese Elektrode "wird in eine flache Schale gestellt, die genügend
Wasser enthält, um gerade die Handfläche oder die Sohlen zu bedecken"; eine Elektrode
und eine Schale ist für jede Handfläche oder Sohle vorgesehen. Seine Versuchsergebnisse
zeigen, daß die Behandlung Schwitzen verhindert, wo der elektrische Strom zugeführt
wird.
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Zwar wurde festgestellt, daß diese iontophoretischen Behandlungen
wirkungsvoll sind, doch haben bei diesen Gleichstrom-Behandlungen bekannte Elektroden
häufig iontophoretische Verbrennungen am Patienten verursacht; diese Verbrennungen
traten im allgmeinen an der negativen Elektrode auf. Die Verbrennungen sind nicht
auf erhöhte Temperatur zurückzuführen sondern ergeben sich aus der Einwirkung des
elektrischen Stroms auf die Haut.
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Diese Verbrennungen brauchen eine verhältnismäßig lange Zeit für ihre
Heilung und können häßliches, sehr unerwünschtes Narbengewebe hinterlassen.
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Ein von Leeming und Howland verfaßter, in der Zeitschrift "Journal
of the American Medical Association, Band 2lot, Nr. 9 vom 30. November 1970 veröffentlichter
Artikel beschreibt Fälle von Verbrennungen, gibt jedoch keine Einrichtungen zur
Verhinderung derartiger Verletzungen an. Diese unerwünschten Wirkungen der iontophoretischen
Behandlung haben dazu geführt, daß iontophoretische Verfahren von der Arzteschaft
alles andere als begeistert aufgenommen wurden, obwohl durch die Verwendung und
Weiterentwicklung
dieser Verfahren verschiedene große Vorteile erzielt werden können.
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Es bestand also Bedarf an einem geeigneten, wirkungsvollen Verfahren
und einer entsprechenden Vorrichtung zur Verhinderung iontophoretischer Verbrennungen
bei der Zuführung von elektrischer Energie an die Haut des menschlichen Körpers.
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Wie im folgenden dargelegt, befriedigt die vorliegende Erfindung diesen
Bedarf.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur örtlichen Zuführung elektrischer Energie an die Haut des menschlichen Körpers,
wobei unerwünschte Nebenwirkungen stark verringert oder ausgeschaltet werden können.
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Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung besteht aus zwei leitenden
Gebieten, denen elektrischer Strom entgegengesetzter Polarität zugeführt wird. Die
beiden Gebiete können verhältnismäßig nahe benachbart sein. Wenn die Elektroden
nahe beieinander gelegen sind, geht der elektrische Strom nicht durch stromempfindliche
Organe wie z.B. das Herz.
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Zwar werden das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung
zur Verhinderung iontophoretischer Verbrennungen im Zusammenhang mit der elektrischen
Behandlung zur Verhinderung des starken Schwitzens (Perspirieren) beschrieben, doch
sind Vorrichtung und Verfahren ebenfalls für andere elektrische Behandlungen geeignet,
wie sie in den obigen Beispielen angeführt sind.
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Iontophoretische Verbrennungen sind eine Nebenwirkung, die durch
die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur ausgeschaltet wird. Der Grund ist, daß ein
verhältnismäßig dickes, poröses, vorzugsweises angefeuchtetes Material zwischen
die negative Elektrode und die Haut eingelegt wird.
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Eine weitere Nebenwirkung, die verringert wird, ist Schmerz oder
Stechen oder das Gefühl eines elektrischen Schlags aufgrund des Stromdurchgangs.
Erreicht wird dies durch Vergrößerung des Gebiets der positiven Elektrode.
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In einer anderen Ausführungsform werden ineinander gesetzte negative
und positive Elektroden geringer Größe verwendet, die
sämtlich poröses
Material aufweisen.
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Figur 1 ist ein Querschnittsaufriß längs der in Figur 2 mit 1-1 bezeichneten
Linie einer leitfähigen Elektrode, der porösen Zwischenlage und der zu behandelnden
Haut.
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Figur 2 ist eine Aufsicht auf ein Paar von Elektroden und den Rest
der Anordnung.
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Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der eine Elektrode
größer als die andere ist.
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Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der kleine positive
und negative Elektroden räumlich ineinandergesetzt angeordnet sind.
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Figur 5 zeit eine weitere Ausführungsform, in der kleine positive
und negative Elektroden ineinandergesetzt angeordnet sind, wobei die positiven Elektroden
größer als die negativen Elektroden sind.
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Die in Figur 1 dargestellte leitende Elektrode 1 kann biegsam oder
starr sein und wird typischerweise aus Metall hergestellt, so z.B. aus rostfreiem
Stahl oder ais Aluminium.
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Die Oberhaut 2 ist vereinfacht dargestellt. Die physiologischen Einzelheiten
der Oberhaut sind in einer Zeichnung auf Seite 840 des Bandes 16 der 15. Auflage
der "Encyclopedia Britalmica" (Copyright 1974) dargestellt.
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Die poröse Zwischenlage 4 ist gewöhnlich in leichtem elektrischen
Kontakt mit der Unterseite der Elektrode 1, sodaß das Material 4 jeweils nach der
Verwendung ausgewechselt und weggeworfen werden kann.
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Für die Zwischenlage 4 eignet sich eine im handel erhältliche Art
von Filz. Die in der vorliegenden Erfindung hauptsächlich verwendete Dicke ist im
allgemeinen nicht erhältlich, kann aber auf entsprechenden Auftrag bezogen werden.
Was Güteansprüche angeht, so muß dieses Material frei von metallischen Fremdkörpern
sein.
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Eine Dicke von mehr als 3 Millimetern kann gewählt werden, wenn ein
größerer Wert des Produkts aus Stromstärke und Behandlungszeit erwünscht ist.
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Der biegsame elektrische Leiter 5 ist mit Elektrode l verbunden,
die die Form einer Ansteckvorrichtung, einer Metallplatte,
oder
einer Platte aus leitendem Kunststoff, wie beispielsweise Silikon, haben kann. Figuren
2 und 3 zeigen zwei Beispiele von Elektrodenanordnungen. Figur 2 zeigt die negative
Elektrode 1.
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Das poröse Material 4 der Zwischenlage ist unter dieser Elektrode
angebracht.
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Neben der Elektrode 1 ist die zweite Elektrode 6 im Abstand von etwa
einem Bruchteil eines Zentimeters bis einigen wenigen Zentimetern angebracht. Die
über Leiter 7 mit der Stromquelle 8 verbundene positive Elektrode 6 kann eine einfache
Metallelektrode mit oder ohne der dicken porösen Zwischenlage 4 sein.
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Stromquelle 8 kann eine einfache Gleichstromquelle, z.B.
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eine Batterie sein. Der normalerweise benötigte Strom hat eine Stärke,
die von einem Bruchteil eines Milliampere bis etwa 20 Milliampere reichen kann.
Ein bekannter Regelwiderstand kann in Stromquelle 8 eingebaut werden, damit der
Benutzer den richtigen Strom für jeden Vorgang einstellen kann.
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Um Schwitzen zu verhindern, wird an der positiven Elektrode eine
Stromdichte von etwa l/20 bis 1/2 Milliampere pro Quadratzentimeter als wünschenswert
erachtet. Die tatsächliche Stromstärke und die Dauer der Behandlung bei den oben
erwähnten Anwendungsfällen der vorliegenden Erfindung sollten so gewählt werden,
daß sie zum jeweiligen Fall passen. Die hier erwähnten Werte sind deswegen nur Beispiele
einer der Behandlungen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige
Vorrichtung verwendet werden können.
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Stromquelle 8 kann auch eine bekannte Konstantstromquelle sein, die
die oben angegebenen Kennwerte hat und einen Regler aufweist, damit der Benutzer
die gewünschte Konstantstromstärke einstellen kann. Ferner kann eine solche Einheit
Einrichtungen enthalten, mit denen der angelegte Maximalstrom begrenzt werden kann.
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Die Stromquelle kann auch anderer Art sein, so eins innige Impulse
oder veränderlichen Strom liefern, jedoch keinen Wechselstrom der üblicherweise
verwendeten Frequenzen oder Hochfrequenz-Strom liefern Die Anordnung der Elektroden
l und 6 kann sehr verschieden vorgenommen werden, je nach der zu behandelnden Fläche
und der
Wahl des Konstrukteurs. Die Elektroden können an dem in
Figur 2 mit gestrichelten Linien dargestellten isolierenden Rahmen 9 angebracht
sein. Dies ist zweckmäßig, wenn das Perspirieren an einer Hand oder einem Fuß verhindert
werden soll.
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Auch kann die positive Elektrode 6 an der Handfläche angesetzt werden,
um dort das Schwitzen zu verhindern; die negative Elektrode kann an den Handrücken
oder am Handgelenk angelegt werden.
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Die Elektroden 1 und 6 sind mit Verbindungsteilen 3 am Rahmen 9 befestigt.
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Die negative Elektrode kann auch an anderer Stelle angesetzt werden,
z.B. mit der positiven Elektrode zusammen in Handschuhen für eine Hand oder für
die Hände. Die positive Elektrode wird zur Verhinderung des Schwitzens angebracht,
während die negative Elektrode daneben für die Stromrückleitung angebracht wird.
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Ähnliche Anordnungen sind in Strümpfen für die Füße möglich. Der Sollwert
des Drucks zwischen den Elektroden und der Haut kann dadurch in jeder Stellung beibehalten
werden.
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Um Schwitzen am Unterarm zu verhindern, kann zumindest die positive
Elektrode gekrümmt werden, sodaß sie unter die Achsel paßt. Die negative Elektrode
kann daneben angebracht werden, oder e positive und die negative Elektrode können
jeweils die Hälfte des Achselraums ausfüllen und durch ein zwischen ihnen angebrachtes
isolierendes Trennstück getrennt sein.
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In Figur 3 haben die Teile 5, 7 und 8 die gleiche Bedeutung wie vorher.
Die positive Elektrode 10 hat jedoch eine verhältnismäßig große Fläche, während
die Fläche der negativen Elektrode 1 verhältnismäßig klein ist. Die positive Elektrode
ist rechteckig und nicht viereckig, wie im vorher beschriebenen Fall.
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Die Elektrode kann fast jede Form annehmen, wenn dies aus bestimmten
Erwägungen notwendig erscheint.
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Die dargestellte Anordnung eignet sich dazu, das Schwitzen der Hand
zu verhindern. Elektrode 10 wird auf die Handfläche gelegt, während Elektrode 1
auf die Finger der gleichen Hand aufgesetzt wird.
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Bei der praktischen Durchführung des Verhinderns der Transpiration
und
ähnlichen Behandlungen wurde festgestellt, daß die iontophoretischen Verbrennungen
bei bekannten Einrichtungen bei Stromdichten auftreten, die zur Erzielung des gewünschten
Ergebnisses benötigt werden. In unseren Untersuchungen wurde festgestellt, daß Verbrennungserscheinungen
an der negativen Elektrode auftreten. Erfindungsgemäß wird der Metallanschluß oder
die Platte der negativen Elektrode in angemessener Weise mit einem dicken Filzpolster
abgedeckt. Dadurch werden iontophoretische Verbrennungen vermieden, solange Einschränkungen
in Bezug auf Stromstärke und Zeit beachtet werden.
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Die Art der dicken Filzelektrode wurde beschrieben. Für ihre Benutzung
wird sie mit Leitungswasser angefeuchtet. Es wurde festgestellt, daß auch destilliertes
oder ionenfrei gemachtes Wasser verwendet werden kann.
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In einem Beispiel wurde die Handfläche mit einer positiven Elektrode
behandelt, die eine Fläche von 90 Quadratzentimeter hatte. Die negative Elektrode
war mit den Fingern in Berührung und hatte eine Fläche von 30 Quadratzentimetern.
Der Filz hatte eine Dicke von 6 Millimetern.
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Eine Stromstärke von 15 Milliampere konnte 10 Minuten lang aufrechterhalten
werden, ohne daß es hierbei iontophoretische Verbrennungen gab. Als Alternativlösung
konnte eine Behandlungszeit von 20 Minuten mit einer Stromstärke von 7,5 Milliampere
oder eine Behandlungszeit von 40 Minuten mit einer Stromstärke von 3,75 Milliampere
verwendet werden.
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Es wurde festgestellt, daß Teilchen oder eine Substanz von der Metallelektrode
1 durch die Zwischenlage 4 wandern, wenn der Strom in Haut 2 geschickt wird. Die
Teilchen oder die Substanz dürfen nicht ganz bis zur Haut durchgelassen werden,
da andernfalls Verbrennungen auftreten. Die Dicke der Zwischenlage wirkt damit als
Durchgangssperre oder Verzögerung und verhindert, daß die die Verbrennungen erzeugenden
Teilchen die Haut innerhalb der Behandlungszeit bei einer gegegebenen Stromstärke
erreichen.
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Die Zwischenlage kann nicht verjüngt werden, sodaß in der Praxis
die Zwischenlage für die negative Elektrode nach Bedarf bei einer Behandlung verwendet
und anschließend weggeworfen wird.
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Das zur Zeit vorzugsweise verwendete Material der Zwischenlage
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besteht aus metallfreien Naturfasern aus Wolle oder Baumwolle.
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Andere äquivalente synthetische Fasermaterialien können verwendet
werden, z.B. Viskose-, Nylon- oder Polyester-Kunststoffe. Auch können poröse Materialien
wie Schaumstoffe oder Schwämme verwendet werden. Alle diese Substanzen wurden als
"porös" bezeichnet.
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Zwar wird das Schwitzen elektrisch verhindert, doch tritt diese Verhinderung
nicht unmittelbar nach der Behandlung sondern erst nach etwa 2 Wochen auf. Nach
diesem Zeitabschnitt ergeben eine oder zwei weitere Behandlungen eine andere sechswöchige
Periode usw.
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Die wirksam behandelte Hautfläche wird auch ausgebleicht und gestreckt,
wobei die Wirkung über das Gebiet hinausgeht, das direkt von den Elektroden kontaktiert
wird.
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Empirisch wurde festgestellt, daß die Streuung des elektrischen Stroms
selbst klein ist im Vergleich zur Streuung bei der Verhinderung des Schwitzens.
Es scheint deshalb, daß die Verhinderung des Schwitzens von einem chemischen Effekt
herrührt, der einen Keratin-Verschluß in jedem Perspirationskanal ergibt.
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Da sich die Behandlungswirkung über ein begrenztes Gebiet über die
Hautteile hinauserstreckt, die mit den Elektroden in Berührung stehen, können die
Elektroden flach sein und brauchen auch Hautunebenheiten nicht zu berücksichtigen,
wie sie auf Handflächen oder den Sohlen der Füße auftreten können. Diese Zerstreuungswirkung
wurde in bekannten Elektrodenanordnungen nicht beobachtet oder wurde nicht erkannt,
da in keiner der bekannten Veröffentlichungen darüber berichtet wird.
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Der Abstand zwischen den in Figuren 2 und 3 dargestellten Elektrodenpaaren
kann verhältnismäßig klein sein, solange nur verhindert wird, daß der Strom von
einer Elektrode an die andere fließt, ohne dabei durch die Haut zu gehen und ohne
dabei dann die erfindungsgemäße Wirkung hervorzurufen.
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Um Sicherheit und größtmögliche Bequemlichkeit für den Benutzer zu
erreichen, können Batterien als Stromquelle 8 verwendet werden. Die benötigte Spannung
variiert entsprechend dem Gesamtwiderstand der Schaltung bei Belastung. Typischerweise
wird
eine Spannung von 45 Volt verwendet. Eine kleine Batterie mit dieser Gesamtspannung
ist im Handel erhältlich und eignet sich, da eine solche Batterie nur einen Strom
von einigen wenigen Milliampere liefern muß.
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Ein Vorteil der in Figuren 2 und 3 dargestellten, dicht nebeneinander
angebrachten Elektroden ergibt sich daraus, daß der Behandlungsstrom am Beginn einer
Behandlung rasch erhöht werden kann, ohne daß der Benutzer dies als unangenehm empfindet.
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Der Strom soll am Beginn der Behandlung zunächst von Null auf einen
niedrigen Wert erhöht werden. Bei den nahe nebeneinander gelegenen Elektroden kann
der Strom auf den bei der Behanalung verwendeten Wert in Bruchteilen einer Sekunde
erhöht werden.
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Bei einer weiter abgelegenen Elektrode, die viele Zentimeter weit
weg angebracht ist und möglicherweise an einem anderen Glied befestigt ist, muß
der Strom langsam erhöht werden. Ein Verfa5-ren ist es dabei, daß die Bedienungsperson
oder der Benutzer ein Potentiometer zur Stromregelung sehr langsam und stetig dreht,
sodaß Schmerz und elektrische Schlagwirkung vermieden werden. Bei einer derart abgelegenen
Elektrode ergibt sich bei der Behandlung ebenfalls ein Schutz vor Verbrennungen.
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Falls die Elektroden nicht nahe nebeneinander gelegen sind, muß der
Strom am Ende der Behandlung langsam verringert werden.
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Zwar wurde eine Verhinderung des Schwitzens hauptsächlich an der
positiven Elektrode erreicht, doch wird eine solche Verhinderung zu einem geringeren
Grad auch an der negativen Elektrode erzielt.
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Grundsätzlich beträgt die Behandlungszeit für Anhidrose, d.h. das
Verhindern des Schwitzens, 40 Minuten. Zunächst werden 6 Behandlungen durchgeführt,
vorzugsweise eine jeden zweiten Tag.
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Die Haut braucht vor den elektrischen Behandlungen nicht in größerem
Maß vorbehandelt werden. Um immer die gleichen Verhältnisse zu schaffen, ist es
zweckmäßig, die Haut an der Stelle der Elektrodenanbringung mit Spiritus zu reinigen.
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Figur 4 zeigt eine andere Struktur für die distale Elektrodenanordnung.
Kleine positive Elektroden 14 und negative Elektroden 15 sind ineinandergesetzt.
Die Elektroden haben typischerweise eine Größe von ein Quadratzentimeter und einen
Abstand
von einigen Millimetern voneinander. Bei allen ist eine
filzartige Schicht zwischen der Elektrode und der Haut eingelegt. Ein System aus
Leitern 16 für die positiven Elektroden und Leitern 17 für die negativen Elektroden
berührt die Haut nicht und verbindet alle Elektroden mit der Stromquelle 8.
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Bei dieser Anordnung kann die positive Elektrode 18 eine größere
Fläche als die negative Elektrode 19 haben, wie in Figur 5 dargestellt. Die anderen
Kennzeichen dieser Anordnung gleichen der in Figur 4 dargestellten.
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Wenn die positive Elektrode eine größere Fläche als die negative
Elektrode bei einer dieser Ausführungsformen hat, besteht in der Praxis eine Grenze
für die Flächenunterschiede.
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Das Flächenverhältnis beträgt etwa 3:1, d.h. 90 Quadratzentimeter
für die Fläche der positiven Elektroden und etwa 30 Quadratzentimeter für die Fläche
der negativen Elektroden in der in Figur 3 dargestellten Ansfüiirungsform.
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Für die gleichzeitige Behandlung zur Verhinderung des Schwitzens
beider Hände oder beider Füße können zwei Sätze von Elektroden der in Figur 3 dargestellten
Art mit einer Konstantstromquelle verbunden werden. Doch ist die Verwendung getrennter
Konstantstromquellen 8, von denen jede ihre eigene Batterie hat, vorzuziehen. Es
kann damit ein stärkerer Strom für die eine Hand eingestellt werden, um mögliche
Unterschiede in der Empfindlichkeit jeder Hand zu kompensieren.